JPH10174843A

JPH10174843A - アンモニア含有ガスの処理方法

Info

Publication number: JPH10174843A
Application number: JP8337150A
Authority: JP
Inventors: Roberuto Masahiro Serikawa; ロベルト正浩芹川; Hiroshi Wada; 洋和田; Takashi Ito; 崇伊藤
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1996-12-17
Filing date: 1996-12-17
Publication date: 1998-06-30

Abstract

(57)【要約】【課題】高濃度のアンモニア含有ガスを触媒酸化分解
法により処理するに際して、ＮＯ_xガスの生成を極力抑
制して、後処理工程の脱硝処理工程を必要としないアン
モニア含有ガスの処理方法を提供する。【解決手段】高濃度のアンモニア含有ガスを分解触媒
触媒層に導入して、アンモニアを触媒酸化分解させる方
法において、前記触媒層での酸化発熱による処理ガス温
度上昇（△Ｔ）を１０〜２００℃の範囲で、触媒層への
前記混合ガスの導入温度（Ｔ_in）を下記式により求めら
れる範囲で、且つ１００℃＜Ｔ_in＜２０４℃の範囲に制
御することを特徴とするアンモニア含有ガスの処理方
法。式・・Ｔ_in＝Ｔ_r−（△Ｔ・ｋ）／２、（式中、Ｔ
_rは、触媒層内平均ガス温度で、（Ｔ_in＋Ｔ_out）／２
＝Ｔ_rにより求められる値。Ｔ_outは、触媒層からの処
理ガスの排出温度。ｋは、触媒層温度維持定数であっ
て、０〜１。）

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電力、化学産業、
電子産業、金属表面産業、し尿処理場や埋め立て浸出水
処理場などから排出されるアンモニア含有ガスの処理方
法に関し、特にそれらから排出されるアンモニア含有廃
水をストリッピング法、蒸留法などで分離されたアンモ
ニア含有ガス、又は直接アンモニア含有ガスとして排出
されたアンモニア含有排ガスを触媒の存在下にアンモニ
ア及び共雑有機物を窒素、水及び炭酸ガスに酸化分解す
るアンモニア含有ガスの処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のアンモニア含有ガスの触媒酸化分
解法としては、処理対象排ガスの濃度で分けて、高濃度
及び低濃度の二種類を対象にするものが知られている。
最も一般的な方法は、いわゆる低濃度のアンモニアが含
まれる排ガスを対象とする触媒脱臭法である。この触媒
脱臭法において処理対象としている排ガスは、通常アン
モニア濃度が１０００ｐｐｍ以下、つまり０．１ｖｏｌ
％以下のものである（以下、「ｖｏｌ％」を単に「％」
で表わすことがある）。また、し尿などから水蒸気スト
リッピングを用いて高濃度の水蒸気／アンモニアガスを
分離して、例えば３．４７ｖｏｌ％、つまり３４，７０
０ｐｐｍのアンモニアガスを含む排ガスを、気体状酸化
ガスと混合して、熱交換器で２５０℃まで加熱し、更に
灯油燃焼バーナーなどで２７０℃まで加熱し、この加熱
ガスを触媒層に導入する酸化分解方法がある。

【０００３】前者の技術では、アンモニアの濃度が、
０．１ｖｏｌ％以下であるため、アンモニアを酸化分解
した場合の発熱量は、反応ガスを最高で約１０℃昇温さ
せる程度の熱量である。従って、この方法ではアンモニ
アの酸化発熱量のみでは連続反応を維持することができ
ないため、少量のガスの場合には電気ヒーターなどでア
ンモニア含有ガスを加熱してから触媒層に導入してい
る。この点から、前者の方法は、ランニングコストが高
い処理方法であるということになる。また、後者の方法
では、アンモニア濃度が高いために発熱量が大きいの
で、被処理ガスであるアンモニア含有ガスを反応温度が
上昇した反応後のガスと熱交換器において熱交換させる
ことにより、２５０℃までに加熱することが可能であ
り、連続反応を維持するのに灯油燃焼バーナーなどで更
に約２０℃昇温させるように加熱するようにして、２７
０℃で触媒層へ導入して連続反応を維持することができ
る。

【０００４】しかし、この方法では、触媒入口温度が高
く、アンモニア濃度を特に調整していないため、触媒層
内では酸化反応により温度が上昇し過ぎて３４７℃程度
となり、反応を正常な状態に維持することができにくい
ものである。しかも、反応温度が高いと、触媒の熱劣化
を起こす危険があり、さらにその酸化分解反応において
アンモニアのかなりの部分がＮＯ_xガスに変換されると
いう問題がある。このため、従来の高濃度のアンモニア
の触媒酸化分解技術では、アンモニアの酸化分解工程で
生成するＮＯ_xを脱硝するためのＮＯ_x還元触媒装置を
設ける必要性があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の高濃
度のアンモニアの触媒酸化分解技術における欠点を解消
し、アンモニア含有ガスを一段階の反応工程のみでアン
モニアを無害な窒素ガス及び水に変換するアンモニア含
有ガスの処理方法を提供することを目的とするものであ
る。つまり、本発明は、高濃度のアンモニア含有ガスを
触媒酸化分解法により処理するに際して、従来の方法で
は避けられなかったＮＯ_xガスの生成を極力抑制して、
後処理工程の脱硝処理工程を必要としないアンモニア含
有ガスの処理方法を提供することを目的とするものであ
る。また、本発明は、一段階の反応工程でアンモニア含
有ガスを処理するに当たり、外部加熱エネルギーを極力
使用しないで、処理のランニングコストを低減させるア
ンモニア含有ガスの処理方法を提供することを目的とす
るものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は、前記の課題
を解決するために、アンモニア含有ガスの触媒層での着
火温度（「アンモニアの酸化分解反応が開始する温度」
をいう）、触媒層へのガスの入口温度、触媒層での処理
ガス温度上昇などとＮＯ_xガス生成率やアンモニア分解
率の関係について鋭意研究を進めたところ、触媒層への
ガスの入口温度を着火温度、触媒層での処理ガス温度上
昇との関係で一定の範囲に設定するなどの条件によって
ＮＯ_xガスの生成を極力抑制できることを見い出し、そ
れを基礎として本発明に到達した。すなわち、本発明
は、下記の手段により前記課題を解決することができ
た。

【０００７】（１）水蒸気又は空気以外の最多量成分が
アンモニアであるアンモニア含有ガスを気体状酸化剤と
混合させた混合ガスを分解触媒触媒層に導入して、アン
モニア及び共雑有機物を触媒酸化反応により窒素、水及
び炭酸ガスに分解させる方法において、前記触媒層での
酸化発熱による処理ガス温度上昇（△Ｔ）を１０〜２０
０℃の範囲で、触媒層への前記混合ガスの導入温度（Ｔ
_in）を下記式（１）により求められる範囲で、且つ１０
０℃＜Ｔ_in＜２０４℃の範囲に制御することを特徴とす
るアンモニア含有ガスの処理方法。式（１）Ｔ_in＝Ｔ_r−（△Ｔ・ｋ）／２（式中、Ｔ_rは、触媒層内平均ガス温度で（Ｔ_in＋Ｔ
_out）／２＝Ｔ_rにより求められる値。Ｔ_outは、触媒
層からの処理ガスの排出温度。ｋは、触媒層温度維持定
数であって、０〜１。好ましくは０．４０〜０．９８）

【０００８】（２）触媒層内平均ガス温度（Ｔ_r）を１
７０℃＜Ｔ_r＜反応着火温度（Ｔ_ign）＋１０℃の範
囲、且つ反応着火温度（Ｔ_ign）を１７０℃＜Ｔ_ign＜
２５０℃の範囲とすることを特徴とする前記（１）記載
のアンモニア含有ガスの処理方法。（３）触媒層処理ガス凝縮水のｐＨ測定で反応着火温度
（Ｔ_ign）を特定し、これに基づいてアンモニア混合ガ
スの導入温度（Ｔ_in）を制御することを特徴とする請求
項１又は２記載のアンモニア含有ガスの処理方法。（４）前記触媒層処理ガス凝縮水のｐＨが６．５〜７．
５の範囲にある時のアンモニア混合ガスの導入温度（Ｔ
_in）及び触媒層からの処理ガスの排出温度（Ｔ_ou _t）よ
り反応着火温度（Ｔ_ign）を特定することを特徴とする
（３）記載のアンモニア含有ガスの処理方法。（５）触媒層処理ガス凝縮水の電気的信号を、処理ガス
温度上昇（△Ｔ）制御に用いることを特徴とする前記
（１）〜（４）のいずれか１項記載のアンモニア含有ガ
スの処理方法。（６）触媒層入口での供給酸素量を、前記触媒層で消費
される酸素量の４倍以上とすることを特徴とする前記
（１）〜（５）のいずれか１項記載のアンモニア含有ガ
スの処理方法。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明において、処理の対象とす
るアンモニア含有ガスとしては、前記したように、電
力、化学産業、電子産業、金属表面産業、し尿処理場や
埋め立て浸出水処理場などから排出されるアンモニア含
有ガスが挙げられるが、特にそれらで処理される液、或
いはそれらから排出されるアンモニア含有廃水をストリ
ッピング法、蒸留法などで分離されたアンモニア含有ガ
ス、又は直接アンモニア含有ガスとして排出されたアン
モニア含有排ガスが挙げられる。前記のストリッピング
法、蒸留法などで分離されたアンモニア含有ガスなど
は、かなり高濃度のアンモニア或いはさらに共雑有機物
を含有しているので、気体状酸化剤、例えば空気、触媒
層から排出される処理ガスなどを用いて、触媒層での酸
化反応の発熱量による処理ガスの温度上昇を１０〜２０
０℃以内になるよう、希釈することが好ましい。

【００１０】そして、前記のストリッピング法、蒸留法
などで分離されたアンモニア含有ガスなどは、かなりの
水蒸気を含有しており、１０〜４０ｖｏｌ％もの水蒸気
を含有する場合もあるが、通常アンモニア、共雑有機物
以外は水蒸気であるが、その水蒸気が含有されていて
も、本発明のアンモニア含有ガスの触媒酸化分解にはほ
とんど影響しない。すなわち、混合ガス温度を１００＜
Ｔ_in＜２００℃とするため、水蒸気は常に加熱水蒸気の
状態であり、空気の比熱より若干高い比熱を持ち、触媒
層での局部的熱スポットを緩和させる良好な反応媒体に
なりうると考えられる。また処理ガスに含まれるこの水
蒸気をコンデンサーなどを通過させ、凝縮水を生成させ
ることにより、ｐＨを測定することにより反応の進捗状
況を制御、モニタリングすることが可能となる。

【００１１】なお、本発明に用いる触媒に関しては、加
熱水蒸気の存在下においても活性を示し、容易に劣化し
ない形態をもたせることが好ましい。アンモニアの酸化
分解に有効と考えられるチタン、アルミナ、ジルコニウ
ム、鉄、コバルト、白金、パラジウム、ロジウム、銀、
モリブデン、バナジウム、マンガン、等の金属状態、又
は酸化物状態の少なくとも一成分を含む触媒を用いるこ
とができるが、白金、マンガンなどを含む比較的低温で
酸化反応に活性を示す、つまりアンモニア及び共雑有機
物の低い酸化反応着火温度を示す触媒を用いることが好
ましい。

【００１２】本発明においては、触媒層での酸化発熱に
よる処理ガスの温度上昇が１０℃から２００℃の範囲に
なるように、アンモニア含有ガスに酸素、空気、処理ガ
スを循環したものを最低一つを用いて混合希釈し、さら
に所定の温度に調整して触媒層に導入する。その混合ガ
スの触媒層入口温度（Ｔ_in）が低いと触媒層内において
アンモニア及び共雑有機物の酸化分解反応が開始しない
ため、酸化分解反応が行われない。つまり、アンモニア
又はアンモニア及び共雑有機物の触媒層での酸化反応着
火温度（Ｔ_ign）以上に混合ガス温度が一旦ならない
と、酸化分解反応は開始されない。この混合ガスを着火
温度以上にするのには、混合ガスを触媒層に導入する前
に予め加熱する或いは触媒層を直接加熱して触媒層を通
過する混合ガス温度を着火温度以上にするどちらの方法
でもよい。

【００１３】従来では着火温度を測定する方法として処
理ガス中のアンモニア濃度又はＮＯ _x濃度を定期的に一
定時間ガスバッグあるいはガス洗浄ビンでサンプリング
して行う方法が一般的であるが、連続的且つリアルタイ
ムで酸化反応進行状況を把握し、着火温度を測定するこ
とは困難であり、実際のプロセスでは実用的ではない。
なお、ＮＯ_x濃度計を用いると連続的にＮＯ_x濃度を測
定することは可能であるが、アンモニアなどがＮＯ_x濃
度計に入ると、硝酸アンモニウムの結晶がＮＯ _xセンサ
ー部分に付着し、たちまち測定不能となる。着火温度測
定にはアンモニアの酸化分解の初期を測定する必要があ
り、処理ガスにはアンモニアがまだ含まれている状態で
ある。従って、ＮＯ_x濃度計はあっ喪にあ含有ガスの触
媒酸化分解の着火温度の測定には不向きである。

【００１４】本発明では、処理ガスを凝縮させて、凝縮
水のｐＨを追跡する方法が最もシンプル、高感度、適切
に着火温度を特定できることが明らかにした。触媒酸化
反応が着火して少量のＮＯ₂ガスが処理ガスに含まれる
と、ＮＯ₂は即座に水蒸気と反応し、硝酸を生じる。処
理ガス凝縮水に硝酸性窒素（ＮＯ₃−Ｎ）が１４ｍｇ／
リットル含まれると、ｐＨは３となる。アンモニア含有
ガスが分解されていない場合は、ｐＨは凝縮水ｐＨが通
常９以上であり、反応が着火すると急激にｐＨは２〜６
の範囲に安定化する。この安定化するｐＨの値は主にア
ンモニア濃度に依存する。アンモニア濃度が高いとｐＨ
は低くなる。酸化反応が着火した後のｐＨは混合ガス中
のアンモニア濃度に比例するため、このｐＨの信号をア
ンモニア含有ガスを適切な濃度に希釈させるのに用いる
ことが可能となり、触媒層での酸化反応発熱による処理
ガス温度を１０℃から２００℃の範囲に制御するのに有
効である。

【００１５】アンモニアガスを触媒層に通してその触媒
酸化着火温度（Ｔ_ign）を本発明の方法で特定すると、
２０４℃付近にあることが明らかになった。なお、この
着火温度は、アンモニア／水蒸気／気体状酸化剤のみの
混合ガスを分解対象にした場合で、その他有機成が含ま
れる場合はこの着火温度は異なる。また、着火温度は、
使用触媒の種類、形態によっても異なるが、アンモニア
及び共雑有機物が１７０℃から２５０℃の範囲で着火で
きる触媒を用いることが好ましい。従来においては、触
媒層へ導入されるアンモニア含有ガスの温度は、この着
火温度付近まで加熱（予熱）する必要があると考えられ
ていたが、一旦酸化反応が着火すると、触媒層入口混合
ガスの温度（Ｔ_in）は、着火温度以下に下げても反応が
継続することが可能であることが本発明で明確になっ
た。これは、そのアンモニア及び共雑有機物の酸化分解
反応の発熱量が一部、触媒層及び反応器に蓄積され、触
媒表面を活性化状態に維持できるためである。よって、
この新事実の発見に基づく発明として、本発明は次のよ
うな技術思想をも有するものである。

【００１６】「アンモニア含有ガスを触媒層の着火温度
より低い温度で触媒層に導入して、この層の酸化分解反
応熱をもって連続分解反応維持させることにより、アン
モニア及び共雑有機物を分解し、且つＮＯ_x生成を極力
低くする。」その着火温度以下に下げられる触媒層入口
温度（Ｔ_in）は、触媒層で酸化発熱による処理ガスの温
度上昇、触媒層の温度維持特性などと密接な関係を持っ
ている。こょ酸化反応による処理ガスの温度上昇はいう
までもなく、混合ガス中のアンモニア濃度、共雑有機物
濃度に直接比例する。従って、これらの濃度が高過ぎる
場合、触媒層へ導入されるアンモニア含有ガスを、空
気、その他酸化性ガス又は触媒層から排出されるガスを
循環して用いて、処理ガスの温度上昇を１０℃から２０
０℃の範囲になるように希釈制御する必要性がある。ア
ンモニアが混合ガスに１，０００ｐｐｍから２０，００
０ｐｐｍ含まれていると酸化反応発熱で処理ガスの温度
上昇は１０℃から２００℃になる。しかし、共雑有機物
などが含まれると、これらも酸化反応で発熱するので、
アンモニア濃度は１，０００ｐｐｍから２０，０００ｐ
ｐｍの範囲に調整する必要性がある。従って、混合ガス
に含まれている共雑有機物などいわゆる可燃性の物質の
発熱量で処理ガス温度の上昇が１０℃から２００℃の範
囲になればよい。

【００１７】ところで、その下げることができる触媒層
入口温度は、処理するアンモニア含有ガス中のアンモニ
ア濃度によって異なってくる。触媒層に通す混合ガス中
のアンモニア濃度（ｖｏｌ％）と反応器での発熱による
温度上昇（△Ｔ）との関係を調べたところ図４に示した
とおりの結果を得た。すなわち、前記のアンモニア濃度
が１ｖｏｌ％であるとすると、酸化分解反応による反応
ガスの温度上昇は１００℃であるので、触媒層へ導入す
る混合ガスの温度を２００℃とした場合には、触媒層か
ら排出されるガスの温度は３００℃となり、前記の着火
温度以上であるので、アンモニアの酸化分解反応が進行
し、完全分解することができる。また、アンモニア含有
ガスのアンモニア濃度が１．５ｖｏｌ％であるとする
と、酸化分解反応による反応ガスの温度上昇は１５０℃
であるので、それを見越して触媒層へ導入する混合ガス
の温度を１５０℃と下げた場合でも、触媒層から排出さ
れるガスの温度は３００℃となり、前記の着火温度以上
であるので、アンモニアの酸化分解反応が十分進行す
る。

【００１８】ところで、その触媒層へ導入する混合ガス
の温度（Ｔ_in）を前と同じ２００℃として反応を行わせ
ると、酸化分解反応による反応ガスの温度上昇は１５０
℃であるため、触媒層から排出されるガスの温度は３５
０℃となり、かなりの高温となるため、従来問題となっ
ているＮＯ_xの発生が多くなる。その触媒層における反
応と触媒層の温度との関係を調べると次の関係があるこ
とが判明した。実験を簡単にするために、アンモニア含
有ガスとして、純粋なアンモニア水をアンモニアモデル
廃水とし、それからのストリッピングで生ずるアンモニ
ア含有ガスを使用し、それに空気を混合し、前記ガス中
のＮ−ＮＨ₄濃度が３，９３７．３ｐｐｍと９，５２５
ｐｐｍの２種のガスを触媒層に通し、触媒層の平均温度
を種々に変えて、酸化分解反応を行わせた。

【００１９】反応の状況をみるために、触媒層から出る
ガスを冷却してガス中の水分を凝縮させ、その凝縮水の
ｐＨを測定した。その測定結果は、図１に示すとおりで
ある。触媒層平均温度が例えば１５０℃と低い場合に
は、凝縮水のｐＨは７以上であって、これは処理ガス中
にアンモニアが残っているためである。そして、平均温
度が２００℃付近を超えると凝縮水のｐＨが急激に減少
する。２０４℃よりもさらに上昇すると、凝縮水のｐＨ
は５或いは３に低下する。これは、酸化分解反応が進行
してＮＯ_xが生成していることを示している。このこと
から、この場合には、触媒層における触媒酸化反応の反
応着火温度は約２０４℃であることを示すものである。
ただ、その触媒層平均温度が２０４℃を超えると、凝縮
水のｐＨがかなり急激に低下することから、その触媒酸
化反応では、アンモニアが窒素ガスと水に分解する酸化
分解反応の他に、ＮＯ_xと水を生成する酸化反応も生じ
ており、その温度が高くなるほどその酸化反応の割合が
多くなることが分かる。

【００２０】なお、ここにおける「触媒層平均温度」
（Ｔ_r）というものは、正確に測定できないものである
ので、混合ガスの触媒層入口温度（Ｔ_in）と処理ガスの
出口温度（Ｔ_out）の平均を取ったものである。これを
式で表わすと、（Ｔ_in＋Ｔ_out）／２＝Ｔ_r 本発明においては、触媒層から出る処理ガス或いはそれ
を冷却して得た凝縮水について脱硝処理をしなくてもよ
いようにするのが目的であるから、前記の触媒酸化分解
反応においてＮＯ_xが発生しないようにする必要があ
り、そのような反応が行われるように前記の「触媒層平
均温度」（Ｔ_r）が維持されるようにしなければならな
い。

【００２１】そこで、その触媒層において、ＮＯ_xが発
生しないようにする条件を調べると、その処理ガスの出
口温度が３００℃を超えなければ大体よいことがわかっ
た。しかし、そのような反応条件を維持するための要素
としては、例えば混合ガスの触媒層の入口温度、混合ガ
ス中のアンモニア濃度、酸素濃度、触媒層の温度等種々
の条件が非常に複雑に関連していて、確実にその目的の
反応を行うようにすることは非常に難しいことである。
このため、従来は触媒層で確実に酸化反応を行えるよう
に、触媒層の温度が着火温度以上に維持されるようにす
るために、混合ガスをその着火温度以上に維持されるよ
うな温度になるように加熱していたのである。

【００２２】しかるに、本発明では、ＮＯ_xの発生をな
るべく抑えために、図１にあるように、凝縮水のｐＨが
７以下に下がってきた付近で反応させるようにするもの
である。つまり、図１の場合（これはアンモニアモデル
廃水の場合）触媒平均温度が２０４℃付近の温度で反応
させるものであり、そのためには、混合ガスの入口温度
を混合ガスのアンモニア濃度と関連させて調整すること
により、前記の条件の範囲に設定することができる。つ
まり、これを概念的に説明すると、混合ガスの入口温度
は、混合ガスのアンモニア濃度が高い場合には、その発
熱量が大きいので、低めに設定しなければならず、また
それは触媒層の平均温度とも関連する。

【００２３】それらの条件を、アンモニアモデル廃水や
アンモニア実廃水を使用して実験を繰り返することによ
り、ＮＯ_xの発生をなるべく抑えることができる範囲を
設定したのが、前記した条件である。すなわち、アンモ
ニア含有ガスを効率良く分解して、且つＮＯ_x発生量を
低く維持する関係で、混合ガスにおいてアンモニア及び
共雑有機物の濃度を調整して混合ガスの酸化分解反応の
発熱による温度上昇が１０℃〜２００℃の範囲のものと
する。そして、前記触媒層へのアンモニア含有ガスの入
口温度（Ｔ_in）を下記式（１）により求められる範囲で
且つ、１００℃＜Ｔ_in＜２０４℃の範囲に制御するもの
である。

【００２４】式（１）Ｔ_in＝Ｔ_r−（△Ｔ・ｋ）／２（式中、Ｔ_rは、触媒層内平均ガス温度で（Ｔ_in＋Ｔ
_out）／２＝Ｔ_rにより求められる値。Ｔ_outは、触媒
層からの処理ガスの排出温度。ｋは、触媒層温度維持定
数であって、０〜１で、好ましくは０．４０〜０．９
８。）前記の式においては、アンモニア含有ガスは通常水蒸気
を多量に含んでいるため、１００℃以下の温度では水分
が凝縮してしまうので、Ｔ_inは１００℃を超える温度で
あるようにする。また、触媒層内平均ガス温度（Ｔ_r）
は、１７０℃＜Ｔ_r＜（Ｔ_ign）＋１０℃の範囲に設定
する必要がある。さらに、本発明で用いられる反応着火
温度（Ｔ_ign）は、１７０℃＜Ｔ_ign＜２５０℃の範囲
に入ってくることが必要である。

【００２５】触媒層の温度維持定数（ｋ）は、反応器の
形状、触媒の形状又はこれらの熱容量によって異なり、
０〜１で、好ましくは０．４０から０．９８の範囲であ
る。ｋの関係は、以下の式（２）で理解されやすい。式（２）ｋ＝（Ｔ_out−Ｔ_in）／△Ｔｋが０の場合は、最も悪いケースで触媒層入口温度を触
媒層内平均温度と同じ温度にする場合、つまり触媒層で
進行している酸化反応平均温度で触媒層にアンモニア含
有ガス（混合ガス）を導入するケースである。ｋが１、
又はこれに近い値の場合、これは酸化反応発熱による温
度上昇分（△Ｔ）が直接触媒層出口温度に反映されるケ
ースであり、触媒層が完全断熱式の場合に相当する。つ
まり△Ｔ＝Ｔ_out−Ｔ_inとなる。この両極端は理論的に
しか成り立たず、実際の装置では、０．４０から０．９
８の範囲にある。

【００２６】実験において、アンモニアモデル廃水でな
くアンモニア実廃水を使用して、図１に示した場合と同
様な実験をしたところ、アンモニア実廃水には、有機物
などが含有されている関係で、凝縮水のｐＨが７以下に
なる触媒層平均温度がやや高めに移動し、図２に示すよ
うに、２１０℃から上で、２３０℃よりも少し上になる
ことが見いだされた。図２においては、アンモニア実廃
水を用いた加熱水蒸気／空気雰囲気下でのアンモニアの
触媒酸化反応着火温度を示すものであり、○印の曲線
は、Ｎ−ＮＨ₄ ⁺濃度が１９，４９０ｍｇ／リットル、
ＴＯＣ（全有機炭素量）が８，３７６ｍｇ／リットルの
場合、□印の曲線は、Ｎ−ＮＨ₄ ⁺濃度が５，４７６ｍ
ｇ／リットル、ＴＯＣが２，８０８ｍｇ／リットルの場
合の場合である。

【００２７】その触媒酸化分解反応を種々検討したとこ
ろ、それに混合する空気中の酸素濃度が触媒酸化反応に
かなりの影響があることがわかった。それについての実
験によれば、触媒層で消費される酸素量を酸素濃度の濃
度を変化させて調べたところ、空気中の酸素濃度を４ｖ
ｏｌ％以下に下げると急激に酸素消費量が低減し、触媒
層平均温度も低減した。これは空気中酸素濃度が４ｖｏ
ｌ％以下では酸化反応が進行しなくなるためである。な
お、酸化反応が進行している空気中酸素濃度が４ｖｏｌ
％〜１２ｖｏｌ％の範囲では、Ｎ−ＮＨ₄及びＴＯＣの
分解効率は９９％以上である。

【００２８】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。ただし、本発明はこれらの実施例のみに限定されな
い。実験例１図５に示す実験装置を用い、試薬アンモニア水に蒸留水
を加えて所定の濃度に調整した２種の試料をアンモニア
モデル廃水とした。前記実験装置は、空気を流量計３を
通して導入し、これに窒素ボンベ１からの窒素を流量計
３で所定量が通るようにしてバッファータンク４で混合
し、このガスをエアコンプレッサー２で電気予熱器８へ
送り、一方試料アンモニア水６を液体クロマトグラフィ
用ポンプ５で電気予熱器８へ送り、気化させて空気との
混合ガスとし、触媒反応器１０へ導入する。なお、電気
予熱器８としてはＳＵＳ３０４製ビーズを充填したもの
を使用する。空気の導入管にはＮＯ_x／Ｏ₂分析装置を
設ける。

【００２９】触媒反応器１０には、電気ヒーター１１に
より所定の温度に加熱するようにし、その入口部、出口
部にそれぞれ混合ガス温度指示計１５、反応器出口ガス
温度指示計１７を設け、中央部には反応器ＰＩＤ温度制
御装置１６を設ける。反応器から出る処理ガスは二重コ
ンデンサー１２で冷却し、凝縮水を凝縮水捕集容器１３
に集める。触媒層での混合ガス中、空気濃度及び水蒸気
＋アンモニア濃度は、本試験に用いた空気又は希釈空気
の流量７．５リットル／ｍｉｎと、アンモニア水流量４
ｍｌ／ｍｉｎから算出できる。アンモニア水の水が完全
に加熱水蒸気になると、水蒸気＋アンモニアの濃度は４
２．３ｖｏｌ％、空気又は希釈空気濃度は５７．７ｖｏ
ｌ％となった。アンモニアと加熱水蒸気の濃度比は各実
験に用いた試料アンモニア水中に含まれるＮ−ＮＨ₄ ⁺
と水のモル比で異なる。また、混合ガスの流量は温度に
より変化する。触媒層の触媒として白金系及びマンガン
系の混合触媒を用い、その反応器における充填量は２１
２ｍｌである。触媒層平均温度が２００℃の場合、反応
器を通過するガスの平均流量は約２１リットル／ｍｉｎ
であった。

【００３０】空気中酸素濃度２１ｖｏｌ％の一定条件で
加熱水蒸気／空気雰囲気下でのアンモニア触媒酸化反応
着火温度を調べた。混合ガスの温度を１１０〜１２０℃
に維持し、反応器電気炉の加熱により、約１℃／ｍｉｎ
の一定昇温速度で触媒層平均温度を上昇させ、着火温度
を調べた。ここでは、酸化反応開始によりアンモニアが
分解され、凝縮処理水ｐＨが中和される温度を着火温度
とした。混合ガス温度と反応器出口ガス温度の相加平均
を触媒層平均温度とした。このアンモニアモデル廃水を
用いて着火温度を調べた結果を図１に示す。○印で示し
た線がＮ−ＮＨ₄ ⁺濃度が９，３０８ｍｇ／リットルの
アンモニアモデル廃水を使用した場合のものであり、△
印で示した線がＮ−ＮＨ₄ ⁺濃度が２２，５２０ｍｇ／
リットルのアンモニアモデル廃水を使用した場合のもの
である。

【００３１】実施例１実験例１と同様な装置を使用し、試料アンモニア水とし
てアンモニアモデル廃水を使用した。ここではまず空気
及び試料アンモニア水を装置に通し、触媒層平均温度を
上昇させ、反応着火を確認した。ついで所定の触媒層平
均温度に設定し、触媒層平均温度を安定化させ、この温
度が安定した状態で凝縮水及び処理ガスのサンプリング
及び分析を行った。導入したアンモニア含有ガスは、Ｎ
−ＮＨ₄ ⁺濃度が１６，０００ｍｇ／リットルのアンモ
ニアモデル廃水を使用した場合に得られるものを用いて
いる。混合ガスと触媒との接触時間（以下「接触時間」
という）は、触媒見掛体積と２０４℃での混合ガス流量
との商とした。また、異なった触媒量を反応器に充填し
て、接触時間が反応に及ぼす影響も調べた。触媒層の触
媒充填量は３５．３ｍｌと２１２ｍｌの２通りである。
試験（ｒｕｎ）を４通り行ったが、それらにおけるＮ−
ＮＨ₄ ⁺分解率及び接触時間を第１表に示す。

【００３２】この実験においては、接触時間が０．１秒
でも９８．５７〜９９．８５％の高いＮ−ＮＨ₄ ⁺分解
率が得られた。そして、反応温度が高い方が処理ガス中
のＮＯ_x濃度が高くなっている。触媒層平均温度が２３
０℃の場合、処理ガス中に５００ｐｐｍものＮＯ_xが含
有されていた。また、試験ｎｏ．１とｎｏ．３の比較に
より、接触時間が長い方が処理ガス中のＮＯ_x濃度を低
く抑えることができる。試験ｎｏ．１〜ｎｏ．４で得ら
れた反応の窒素収支を第２表に示す。接触時間が０．１
秒の場合、アンモニアモデル廃水中のＮ−ＮＨ₄ ⁺がＮ
₂に転換される比は９５．９２〜９８％であるという結
果が得られた。

【００３３】

【表１】

【００３４】

【表２】

【００３５】実験例２試料として、Ｎ−ＮＨ₄ ⁺濃度が１９，４９０ｍｇ／リ
ットル、ＴＯＣが８，３７６ｍｇ／リットル（図２の○
印）と、Ｎ−ＮＨ₄ ⁺濃度が５，４７６ｍｇ／リット
ル、ＴＯＣが２，８０８ｍｇ／リットル（図２の◇印）
の２種のアンモニア実廃水を用い、実験例１と同様に実
験を行って、その着火点を調べた。その実験結果を図２
に示す。

【００３６】実験例３試料として、Ｎ−ＮＨ₄ ⁺濃度が１４，９２９ｍｇ／リ
ットル、ＴＯＣが６，６６１ｍｇ／リットルのアンモニ
ア実廃水を用い、実験例１と同様に実験を行った。ただ
し、供給する窒素量を変えることにより、空気中の酸素
量を変えるようして、加熱水蒸気／空気雰囲気下でのア
ッモニアの触媒酸化分解反応に及ぼす空気中酸素濃度の
影響を調査した。接触時間は０．７７秒である。実験手
順として、酸素濃度２１ｖｏｌ％（無希釈）の空気及び
アンモニア実廃水を加熱器に導入し、触媒温度を上昇さ
せ、反応着火の確認後、触媒槽平均温度を２２５±２℃
に設定し、３時間この温度で安定化させ、ついでＮ₂ガ
スを用いてエアコンプレッサーで加熱器に送入される空
気の希釈を行い、混合ガス中の酸素濃度を変化させて触
媒酸化分解を行った。その実験結果を図３に示す。図３
によると、空気中の酸素濃度が低下していくと、かえっ
てＮＯ_xの発生量が増える領域があることがわかる。ま
た酸素濃度がある程度低下すると、アンモニア酸化分解
反応が著しく起きがたくなることがわかる。

【００３７】実施例２試料として、Ｎ−ＮＨ₄ ⁺濃度が７，５２３ｍｇ／リッ
トル、ＴＯＣが３，８５３ｍｇ／リットルのアンモニア
実廃水を用い、実施例１と同様な実験を行った。ただ
し、触媒の充填量は２７０ｍｌで、エアコンプレッサー
での流量は７．５リットル／ｍｉｎ、アンモニア実廃水
の流量４ｍｌ／ｍｉｎであった。これらから、混合ガス
のアンモニア濃度は、３，０９９ｐｐｍと算出される。
処理ガスの触媒層の出口温度は、２５４℃、触媒層の平
均温度２１２℃であって、これらから混合ガスの触媒層
入口温度は、１６９℃に設定された。そのときのＮ−Ｎ
Ｈ₄ ⁺分解率、ＮＯ_xなどを第３表に示す。また、その
際の窒素収支を第４表に示す。第３表にみるように、こ
の処理においては、高いＮ−ＮＨ₄ ⁺分解率を維持なが
ら、処理ガス中のＮＯ_x濃度を４０ｐｐｍという低い値
に抑えることができた。

【００３８】

【表３】

【００３９】

【表４】

【００４０】

【発明の効果】本発明は、高いアンモニア濃度を有する
アンモニア含有ガスを触媒酸化分解反応させることによ
り、高いアンモニア分解率を達成しながら、処理ガス中
のＮＯ _x濃度を低く抑えることができる。ＮＯ_xの発生
量が少ないため、処理ガス或いはそれを凝集させた際に
生じる凝集水を脱硝処理する必要がないので、アンモニ
ア分解処理を１工程で行うことができる。さらに、本発
明によるアンモニア含有ガスの触媒酸化分解反応におい
ては、触媒層において反応温度が異常に上昇することが
ないので、反応に使用する触媒は耐熱性が高いものでな
くともよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明におけるアンモニアモデル廃水に対する
アンモニア触媒酸化反応における触媒層平均温度と凝縮
水のｐＨとの関係を表した図を示す。

【図２】本発明におけるアンモニア実廃水に対するアン
モニア触媒酸化反応における触媒層平均温度と凝縮水の
ｐＨとの関係を表した図を示す。

【図３】本発明におけるアンモニア実廃水に対するアン
モニア触媒酸化反応における空気中の酸素濃度と酸素消
費量及び処理ガス中のＮＯ_x量（ｐｐｍ）などとの関係
を示した図を示す。

【図４】混合ガス中のアンモニア濃度と反応器での温度
上昇との関係図を示す。

【図５】本発明を実施する触媒酸化分解装置の概要図を
示す。

【符号の説明】

１窒素ボンベ２エアコンプレッサー３流量計４バッファータンク５液体クロマトグラフィ用ポンプ６試料アンモニア水７ＮＯ_x／Ｏ₂分析装置８電気予熱器９ＳＵＳ３０４製ビーズ１０触媒反応器１１電気ヒーター１２二重コンデンサー１３凝縮水捕集容器１４予熱器ＰＩＤ温度制御装置１５混合ガス温度指示計１６反応器ＰＩＤ温度制御装置１７反応器出口ガス温度指示計

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水蒸気又は空気以外の最多量成分がアン
モニアであるアンモニア含有ガスを気体状酸化剤と混合
させた混合ガスを分解触媒触媒層に導入して、アンモニ
ア及び共雑有機物を触媒酸化反応により窒素、水及び炭
酸ガスに分解させる方法において、前記触媒層での酸化
発熱による処理ガス温度上昇（△Ｔ）を１０〜２００℃
の範囲で、触媒層への前記混合ガスの導入温度（Ｔ_in）
を下記式（１）により求められる範囲で、且つ１００℃
＜Ｔ_in＜２０４℃の範囲に制御することを特徴とするア
ンモニア含有ガスの処理方法。式（１）Ｔ_in＝Ｔ_r−（△Ｔ・ｋ）／２（式中、Ｔ_rは、触媒層内平均ガス温度で（Ｔ_in＋Ｔ
_out）／２＝Ｔ_rにより求められる値。Ｔ_outは、触媒
層からの処理ガスの排出温度。ｋは、触媒層温度維持定
数であって、０〜１。）
【請求項２】触媒層内平均ガス温度（Ｔ_r）を１７０
℃＜Ｔ_r＜反応着火温度（Ｔ_ign）＋１０℃の範囲、且
つ反応着火温度（Ｔ_ign）を１７０℃＜Ｔ_ig _n＜２５０
℃の範囲とすることを特徴とする請求項１記載のアンモ
ニア含有ガスの処理方法。
【請求項３】触媒層処理ガス凝縮水のｐＨ測定で反応
着火温度（Ｔ_ign）を特定し、これに基づいてアンモニ
ア混合ガスの導入温度（Ｔ_in）を制御することを特徴と
する請求項１又は２記載のアンモニア含有ガスの処理方
法。
【請求項４】前記触媒層処理ガス凝縮水のｐＨが６．
５〜７．５の範囲にある時のアンモニア混合ガスの導入
温度（Ｔ_in）及び触媒層からの処理ガスの排出温度（Ｔ
_out）より反応着火温度（Ｔ_ign）を特定することを特
徴とする請求項３記載のアンモニア含有ガスの処理方
法。
【請求項５】触媒層処理ガス凝縮水の電気的信号を、
処理ガス温度上昇（△Ｔ）制御に用いることを特徴とす
る請求項１〜４のいずれか１項記載のアンモニア含有ガ
スの処理方法。
【請求項６】触媒層入口での供給酸素量を、前記触媒
層で消費される酸素量の４倍以上とすることを特徴とす
る請求項１〜５のいずれか１項記載のアンモニア含有ガ
スの処理方法。