WO2011102084A1 - 除害処理装置および除害処理方法 - Google Patents

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WO2011102084A1
WO2011102084A1 PCT/JP2011/000420 JP2011000420W WO2011102084A1 WO 2011102084 A1 WO2011102084 A1 WO 2011102084A1 JP 2011000420 W JP2011000420 W JP 2011000420W WO 2011102084 A1 WO2011102084 A1 WO 2011102084A1
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target gas
processing target
gas
cracking furnace
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勉 塚田
啓志 今村
弘基 葛岡
博充 宮地
公郎 蕨野
弘章 金城
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カンケンテクノ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an ammonia detoxification treatment apparatus and an ammonia detoxification treatment method capable of minimizing the amount of solid adsorbent and the like and suppressing emission of nitrogen oxides.
  • Ammonia (NH 3 ) is a colorless gas at normal temperature and pressure with a unique and strong irritating odor. It is highly irritating to human mucous membranes. Present. For this reason, ammonia is designated as one of the specific malodorous substances based on the Malodor Control Law, and is also designated as a deleterious substance in the Poisonous and Deleterious Substances Control Law.
  • ammonia is a raw material for basic chemicals such as nitric acid, and is an industrially extremely important substance and is often synthesized as a by-product in the industrial production process. In a production facility where such a problem occurs, it is required to provide an ammonia detoxification treatment device that detoxifies ammonia contained in the exhaust gas.
  • an ammonia detoxification treatment apparatus (1) a method of absorbing ammonia in water, (2) a method of neutralizing ammonia using a strong acid aqueous solution, and (3) ammonia using carbon dioxide gas and water.
  • a solid adsorbent such as an ion exchange resin or activated carbon is disclosed in Patent Document 1 (for example, an invention in which (3) a method of converting ammonia to ammonium carbonate is further improved is disclosed in Patent Document 1.)
  • a method of adsorbing ammonia and (5) a method of thermally decomposing ammonia in an oxygen atmosphere have been developed.
  • the method (4) or (5) is a dry detoxification method that does not require water, so it is not necessary to provide a waste water treatment apparatus as described above, but in the method (4), There is a problem that a large amount of disposal (or regeneration) of the used solid adsorbent is required.
  • the main object of the present invention is to provide a dry ammonia detoxification treatment apparatus and ammonia detoxification treatment method that can minimize the amount of solid adsorbent used and suppress nitrogen oxide emissions. It is in.
  • a cracking furnace 12 that thermally decomposes all or part of the ammonia contained in the processing target gas F in an oxygen atmosphere to generate nitrogen oxides; One end of which is connected to the cracking furnace 12, and a processing target gas introduction path 16 for introducing the processing target gas F into the cracking furnace 12, One end is connected to the processing target gas introduction path 16 and the other end is connected to the downstream side of the cracking furnace 12 to branch a part of the processing target gas F flowing through the processing target gas introduction path 16.
  • a denitrator 14 accommodated therein When the processing target gas F contains hydrogen, or when the internal temperature of the cracking furnace 12 becomes equal to or higher than a reference temperature set higher than the thermal decomposition temperature of ammonia, the opening of the bypass passage 20 is opened.
  • the bypass passage opening degree adjusting valve 100 that restricts the opening degree of the bypass passage 20 is provided in the bypass. This is an ammonia detoxification treatment apparatus 10 ”provided in the passage 20.
  • the processing target gas F containing ammonia discharged from a generation source passes through the processing target gas introduction path 16.
  • a generation source for example, a GaN (gallium nitride) LED manufacturing apparatus
  • Ammonia contained in the gas F to be treated introduced into the cracking furnace 12 is thermally decomposed in an oxygen atmosphere in the cracking furnace 12 so that all or a part thereof becomes nitrogen oxides and is discharged from the cracking furnace 12. .
  • nitrogen oxides and undecomposed ammonia are mixed in the processing target gas F discharged from the decomposition furnace 12, and all the ammonia is heated. In the case of decomposition, no ammonia remains.
  • the processing target gas F branched to the bypass path 20 is mixed with the processing target gas F that has passed through the cracking furnace 12, and has passed through the cracking furnace 12 with ammonia in the processing target gas F that has passed through the bypass path 20.
  • Nitrogen oxide and ammonia (a part remaining without being thermally decomposed) in the gas F to be treated are mixed and introduced into the denitrifier 14.
  • Nitrogen oxide and ammonia introduced into the denitration device 14 are decomposed into harmless nitrogen and water by the denitration catalyst 38 accommodated in the denitration device 14, for example, as shown in the following reaction formula. NO + NO 2 + 2NH 3 ⁇ 2N 2 + 3H 2 O
  • the ammonia detoxification treatment apparatus 10 of the present invention a part of the ammonia discharged from the generation source is converted into nitrogen oxide, and then the nitrogen oxide and the remaining ammonia are converted. Since both are made harmless by reacting with each other, the amount of ammonia that must be directly detoxified with a solid adsorbent or a catalyst may be significantly reduced compared to the amount of ammonia discharged from the source. In addition, the initial cost and running cost of the ammonia detoxification treatment apparatus 10 as a whole can be reduced.
  • the processing target gas F containing ammonia may or may not contain hydrogen (for example, a GaN-based LED).
  • hydrogen gas is used to bring the semiconductor crystal growth field into a reducing atmosphere, but depending on the state of the crystal growth field, the hydrogen gas may be reduced to almost zero.
  • the reference temperature a temperature set slightly higher than the thermal decomposition temperature of ammonia (about 950
  • the bypass path opening adjustment valve 100 when the bypass path opening adjustment valve 100 is provided in the bypass path 20 and hydrogen is not included in the processing target gas F (the presence or absence of hydrogen, a hydrogen presence / absence signal received from the generation source of the processing target gas F) For example, it may be determined based on HS or the hydrogen flow rate in the processing target gas F), or when the internal temperature of the cracking furnace 12 becomes lower than the reference temperature, the opening degree of the bypass passage opening degree adjusting valve 100 By reducing the amount of the processing target gas F flowing through the bypass path 20 by reducing the amount of gas, the risk of exhausting ammonia that could not be decomposed is reduced, and the processing target gas F is continuously supplied regardless of the presence or absence of hydrogen. Made it possible to process automatically.
  • the invention described in claim 2 relates to the ammonia detoxification treatment apparatus 10 described in claim 1, “It has a central portion to which the other end of the bypass passage 20 is connected, and reduced diameter portions 44a and 44b formed at a smaller diameter than the central portion at both ends, and one of the reduced diameter portions 44b. Is connected to the downstream side of the cracking furnace 12, and the other reduced diameter portion 44a is connected to the denitrator 14, a bypass gas mixer 44, Cooling air CA is supplied between the cracking furnace 12 and the bypass gas mixer 44, and the processing target gas F discharged from the cracking furnace 12 is suitable for the decomposition of nitrogen oxides by the denitration catalyst 38. It further includes a cooling air feeding device 80 that lowers the temperature ”.
  • the processing target gas F immediately after being discharged from the cracking furnace 12 is at a high temperature, and when the bypassed processing target gas F is mixed with the high temperature processing target gas F, in the bypassed processing target gas F There is a possibility that the ammonia will be decomposed at a high temperature and the nitrogen oxides cannot be decomposed by the denitrator 14 and the control will become unstable.
  • the cooling air feeding device 80 that feeds the cooling air CA for reducing the processing target gas F discharged from the cracking furnace 12 to a temperature suitable for the decomposition of the nitrogen oxides by the denitration catalyst 38.
  • the processing target gas F bypassed in the bypass gas mixer 44 is mixed with the processing target gas F from the cracking furnace 12 cooled by the cooling air CA.
  • the ammonia can be prevented from being decomposed at a high temperature, and the risk of unstable control can be eliminated.
  • bypass gas mixer 44 of the present invention has reduced diameter portions 44a and 44b formed at both ends thereof, so that the processing target gas F from the cracking furnace 12 mixed with the cooling air CA is bypassed.
  • the flow path expands and contracts both when being introduced into the gas mixer 44 and when the bypassed processing target gas F is further mixed and then discharged from the bypass gas mixer 44. The degree of confusion can be further increased by the generated turbulent flow.
  • the invention described in claim 3 relates to the ammonia detoxification treatment apparatus 10 described in claim 1 or 2, “When the processing target gas F is branched from the processing target gas introduction path 16 and flows into the bypass path 20, the ratio of the processing target gas F is determined by nitrogen oxidation in the processing target gas F introduced into the denitration catalyst 38.
  • the molar ratio of ammonia to the product is set to be 1.2 or more,
  • An ammonia catalyst 40 for decomposing ammonia in the processing target gas F is provided on the downstream side of the denitration catalyst 38.
  • the nitrogen oxide is reliably decomposed in the denitration catalyst 38, and the nitrogen oxide
  • the ammonia discharged from the denitration catalyst 38 in an unreacted state is decomposed by the ammonia catalyst 40 provided on the downstream side of the denitration catalyst 38, and the process target gas discharged from the ammonia detoxification treatment apparatus 10 The amount of nitrogen oxides and ammonia is minimized.
  • the molar ratio of ammonia to nitrogen oxides is preferably close to 1.2 in that the amount of ammonia discharged from the denitration catalyst 38 is reduced and the capacity of the ammonia catalyst 40 can be reduced. is there.
  • ammonia catalyst 40 may be disposed on the downstream side of the denitration catalyst 38 inside the denitration device 14, or an ammonia decomposer separate from the denitration device 14 is provided on the downstream side of the denitration device 14.
  • the ammonia catalyst 40 may be disposed therein.
  • the invention described in claim 4 relates to the ammonia detoxification treatment apparatus 10 according to any one of claims 1 to 3, “The distributor 22 further includes a casing 60 and a separator 62 in which the inside of the casing 60 is divided into two spaces 58a and 58b and a plurality of through holes 70 are formed to allow the spaces 58a and 58b to communicate with each other. Has Both the spaces 58a, 58b and the through hole 70 are part of the processing target gas introduction path 16, One end of the bypass path 20 is connected to any one of the through holes 70 ".
  • both the spaces 58 a and 58 b in the casing 60, which are separated by the separator 62, and the plurality of through holes 70 that communicate with each other are part of the processing target gas introduction path 16. Therefore, the processing target gas F flowing from the upstream enters the one space 58a and is distributed almost evenly to each through hole 70 and passes at an equal flow rate (the more the number of through holes 70 is, the larger the number is). The flow rate of the processing target gas F flowing through each through hole 70 becomes more uniform.
  • the total flow rate of the processing target gas F flowing from the upstream is supplied to the bypass passage 20 by the number of the through holes 70.
  • this ratio is substantially constant regardless of the fluctuation of the flow rate unless the flow rate of the processing target gas F is extremely reduced.
  • the ammonia detoxification treatment apparatus 10 that can be stably continued can be provided.
  • the invention described in claim 5 relates to an ammonia detoxification treatment method performed using the ammonia detoxification treatment apparatus 10 in claim 1, “Among the processing target gas F containing ammonia introduced into the processing target gas introduction path 16, a predetermined ratio of the processing target gas F is branched to the bypass path 20, and the remaining processing target gas F is supplied to the processing target gas F.
  • the invention described in claim 6 relates to the ammonia detoxification treatment method described in claim 5, “Before mixing the bypassed processing target gas F with the processing target gas F discharged from the cracking furnace 12, the processing target gas F discharged from the cracking furnace 12 is converted into nitrogen oxides by the denitration catalyst 38. Send cooling air CA to lower the temperature suitable for decomposition, The processing target gas F bypassed in the bypass gas mixer 44 having the reduced diameter portions 44a and 44b formed to have a smaller diameter than the central portion is mixed.
  • the invention described in claim 7 relates to the ammonia detoxification treatment method described in claim 5 or 6, “The ratio of the process target gas F branched from the process target gas introduction path 16 and flowing into the bypass path 20 is such that the molar ratio of ammonia to nitrogen oxides in the process target gas F introduced into the denitration catalyst 38 is 1. It is set to be 2 or more, After supplying the processing target gas F to the denitration catalyst 38, the processing target gas F discharged from the denitration catalyst 38 is supplied to the ammonia catalyst 40 for decomposing ammonia in the processing target gas F. To do.
  • Ammonia detoxification treatment apparatus and ammonia detoxification treatment method capable of minimizing the amount used, dry detoxification of ammonia at low cost, and suppressing emission of nitrogen oxides with low initial cost and running cost could be provided.
  • FIG. 1 is a flowchart of the ammonia detoxification apparatus 10.
  • the ammonia detoxification treatment apparatus 10 of this embodiment is roughly composed of a cracking furnace 12, a denitration device 14, a treatment target gas introduction path 16, a treatment target gas communication path 18, a bypass path 20, and an exhaust fan 23. It has.
  • the cracking furnace 12 is a device that generates nitrogen oxides by thermally decomposing a part or all of ammonia in the introduced processing target gas F in an oxygen atmosphere, and is inserted from the top surface of the casing 24 and the casing 24.
  • the electric heater 26, the air supply device 28 for supplying air A as the oxygen source and the furnace temperature adjusting medium into the decomposition furnace 12, and the processing target gas F introduced from the processing target gas introduction path 16 are decomposed.
  • a processing target gas supply pipe 30 to be supplied into the furnace 12 is provided.
  • the casing 24 is composed of a covered cylindrical casing body 24a formed of a metal such as stainless steel and a refractory heat insulating material 24b attached to the inner wall thereof, and the bottom thereof is reduced in diameter into a cone, It is connected to the processing object gas communication path 18.
  • the electric heater 26 is a rod-like body such as a sheathed heater that uses electricity as a heat source, and has an ability to raise the internal temperature of the decomposition furnace 12 to a temperature higher than the thermal decomposition temperature of ammonia (about 950 ° C.).
  • the two electric heaters 26 are inserted from the top surface of the casing 24.
  • the internal temperature of the cracking furnace 12 can be equal to or higher than the thermal decomposition temperature of ammonia
  • Any number of heaters 26 may be used, such as the number of watts per one heater or the shape thereof.
  • ammonia may be thermally decomposed using atmospheric pressure plasma or a fuel burner.
  • the air supply device 28 includes an air supply fan 32 and an air supply pipe 34, and air (oxygen) and decomposition required for thermal decomposition of ammonia in the decomposition furnace 12 through the air supply pipe 34. Air for cooling the inside of the furnace 12 is supplied from an air supply fan 32.
  • the reason why the air for cooling the inside of the cracking furnace 12 is supplied will be briefly described.
  • the thermal decomposition of ammonia generated in the cracking furnace 12 is an exothermic reaction. If the air is not supplied to the processing furnace gas F, the temperature in the cracking furnace 12 becomes excessive, and the refractory insulation 24b and the electric heater 26 are damaged, or the processing target gas F introduced into the denitrifier 14 This is because there is a problem that the denitration efficiency is lowered due to excessively high temperature (in particular, when not only ammonia but a large amount of hydrogen is contained in the gas F to be treated [for example, in the LED manufacturing process]
  • the gas to be processed F discharged from the GaN film forming apparatus] and the combustion heat of hydrogen are generated in a large amount in the cracking furnace 12, and this problem of “the temperature in the cracking furnace 12 becomes excessive” becomes prominent. .).
  • the amount of air A supplied from the air supply fan 32 is adjusted based on the internal temperature of the cracking furnace 12 measured by the thermometer 35 attached to the casing body 24a of the cracking furnace 12. Yes.
  • the cracking furnace 12 side portion of the air supply pipe 34 is set to have a diameter smaller than the diameter of the processing target gas supply pipe 30 that supplies the processing target gas F to the cracking furnace 12, and inside the processing target gas supply pipe 30. It is inserted. That is, the end of the air supply pipe 34 on the cracking furnace 12 side is covered with the processing target gas supply pipe 30 to form a double pipe structure, and the processing target gas supplied from the processing target gas supply pipe 30 is used. F is introduced into the cracking furnace 12 in a state in which the air A supplied from the air supply fan 32 is efficiently mixed in such a manner as to entrain the air A from the outside.
  • the denitration device 14 includes a bottomed cylindrical casing 36 formed of a metal such as stainless steel, and a denitration catalyst 38, an ammonia catalyst, which are disposed in order inside the casing 36 from upstream to downstream of the processing target gas F. 40 and an oxidation catalyst 42.
  • the casing 36 is provided with a processing target gas communication path connection hole 46 to which a bypass gas mixer 44 constituting the processing target gas communication path 18 is connected at a lower portion of the side surface thereof.
  • a processing target gas exhaust duct connection hole 50 to which a processing target gas exhaust duct 48 for discharging the target gas F to the exhaust fan 23 is connected is provided.
  • the upper portion of the casing 36 is formed in a cone shape whose diameter is reduced toward the upper side (that is, the downstream side of the processing target gas F), and the processing target gas exhaust duct connection hole 50 is formed at the top of the cone. Is provided.
  • the denitration catalyst 38 for example, a honeycomb or plate-like base material on which vanadium (V) is supported is used (of course, the shape of the base material and the type of the support are not limited thereto).
  • V vanadium
  • ammonia is used to decompose nitrogen oxides into harmless nitrogen and water.
  • the ammonia catalyst 40 is a catalyst that is provided on the downstream side of the denitration catalyst 38 and decomposes ammonia remaining in the processing target gas F discharged from the denitration catalyst 38.
  • the catalyst for decomposing ammonia is roughly divided into a method for oxidizing and decomposing ammonia (the following formula A) and a method for deoxidizing and decomposing ammonia (the following formula B). However, in this embodiment, the latter (non-oxidative decomposition) method is used. 4NH 3 + 3O 2 ⁇ 2N 2 + 6H 2 O Formula A 2NH 3 ⁇ N 2 + 3H 2 Formula B
  • the oxidation catalyst 42 is a catalyst that is provided on the downstream side of the ammonia catalyst 40 and oxidizes (combusts) hydrogen contained in the processing target gas F discharged from the ammonia catalyst 40.
  • formula B when ammonia catalyst 40 that does not oxidatively decompose ammonia is used as in the present embodiment, hydrogen is generated by the decomposition of ammonia, but hydrogen having high flammability. Can not be discharged together with the processing target gas F, the ammonia detoxification treatment apparatus 10 of this embodiment is provided with an oxidation catalyst 42 to oxidize the hydrogen to harmless water (below) See formula).
  • the processing target gas introduction path 16 is a flow path for introducing the processing target gas F from the generation source (not shown) of the processing target gas F containing ammonia into the cracking furnace 12. It is connected to the generation source, and the other end is formed inside a stainless steel processing target gas introduction pipe 52 connected to the cracking furnace 12.
  • the processing target gas introduction path 16 may be configured by a duct having a larger cross-sectional area.
  • the material of the pipe and the duct is appropriately selected according to the properties (corrosiveness, etc.) of the gas contained in the processing target gas F. These are common to all tubes and ducts described herein.
  • the processing target gas communication path 18 is a flow path for introducing the processing target gas F containing nitrogen oxides discharged from the cracking furnace 12 into the denitration device 14, and is connected to the lower end of the cracking furnace 12 in this embodiment.
  • the bottomed cylindrical lower casing 54 and the bypass gas mixer 44 having one end connected to the lower side of the casing 36 of the denitrator 14 and the other end connected to the side of the lower casing 54 as described above. It is configured. Further, at both ends of the bypass gas mixer 44, reduced diameter portions 44 a and 44 b having smaller diameters than the center portion of the bypass gas mixer 44 are formed.
  • the temperature of the processing target gas F introduced into the NOx removal device 14 into the processing target gas communication path 18 in the lower casing 54 is set to a temperature suitable for decomposition of nitrogen oxides by the NOx removal catalyst 38 (for example, 350 to A cooling air feeding device 80 for feeding cooling air CA to be lowered to 400 ° C. is provided.
  • a temperature suitable for decomposition of nitrogen oxides for example, 350 to A cooling air feeding device 80 for feeding cooling air CA to be lowered to 400 ° C.
  • an electric heater (not shown) is connected to the bypass gas mixer 44. ) May be provided.
  • the cooling air supply device 80 includes a cooling air supply fan 82 and a cooling air supply pipe 84, and the cooling air CA from the cooling air supply fan 82 passes through the cooling air supply pipe 84 in the lower casing 54. To the processing object gas communication path 18. Further, the amount of the cooling air CA supplied from the cooling air supply fan 82 is adjusted based on the temperature of the processing target gas F measured by the thermometer 86 attached to the bypass gas mixer 44. It has become.
  • cooling air supply fan 82 is not an essential component, and the cooling air supply pipe 84 is not provided and the intake air side end of the cooling air supply pipe 84 is opened, and the cooling air supply pipe 84 is connected to the cooling air supply pipe 84.
  • the flow rate of the cooling air CA supplied to the processing object gas communication path 18 may be adjusted by adjusting the opening degree of the provided damper 120 (which may of course be a valve).
  • the damper 120 may be automatically adjusted or manually fixed.
  • the bypass path 20 branches a part of the processing target gas F supplied from the generation source from the processing target gas introduction path 16 and directly introduces it into the processing target gas communication path 18 without going through the cracking furnace 12.
  • one end of the flow path is connected to the processing target gas introduction path 16 and the other end is configured inside the bypass pipe 56 connected to the bypass gas mixer 44.
  • the other end of the bypass pipe 56 may be connected upstream or downstream of the connection position of the cooling air supply pipe 84 in the lower casing 54.
  • the processing target gas F immediately after being discharged from the cracking furnace 12 is at a high temperature, and when the processing target gas F bypassed to the high temperature processing target gas F is mixed, the processing target gas F bypassed. Since the ammonia inside decomposes at a high temperature and nitrogen oxides cannot be decomposed by the denitrator 14 and the control becomes unstable, the other end of the bypass pipe 56 is connected to the bypass gas mixer 44 as described above. It is preferable that the processing target gas F discharged from the cracking furnace 12 and the cooling air CA are sufficiently mixed and the processing target gas F bypassed at a position where the temperature is lowered is mixed.
  • bypass passage 20 is provided with a bypass passage opening degree adjustment valve 100, and further, a bypass flow rate adjustment valve 101 is provided downstream of the bypass passage opening degree adjustment valve 100 as necessary. Yes.
  • the bypass passage opening degree adjusting valve 100 opens when the processing target gas F contains hydrogen or when the internal temperature of the cracking furnace 12 becomes higher than a reference temperature set higher than the thermal decomposition temperature of ammonia. On the contrary, it is set to close when the processing target gas F does not contain hydrogen or when the internal temperature becomes lower than the reference temperature.
  • the bypass opening degree adjusting valve 100 is not only fully opened and closed, but also the ammonia in the processing target gas F introduced into the denitrifier 14 so that the inside of the cracking furnace 12 reaches a predetermined temperature.
  • the opening degree of the bypass passage 20 may be automatically adjusted so that the (or nitrogen oxide) concentration becomes a predetermined concentration (the opening degree of the bypass passage 20 is automatically adjusted using the bypass passage opening degree adjustment valve 100). In the case of adjustment, the bypass flow rate adjustment valve 101 is unnecessary.)
  • the bypass passage opening degree adjustment valve 100 is provided in the bypass passage 20 (and the bypass flow rate adjustment valve 101 is also provided if necessary), and hydrogen is not contained in the processing target gas F (about the presence or absence of hydrogen). May be determined based on the hydrogen presence / absence signal HS received from the generation source of the processing target gas F or the hydrogen flow rate in the processing target gas F), or the internal temperature of the cracking furnace 12 becomes lower than the reference temperature. In such a case, by reducing (or closing) the opening degree of the bypass passage 20, the possibility that ammonia that could not be decomposed is discharged is reduced, and the processing target gas F is continuously processed regardless of the presence or absence of hydrogen. Is possible.
  • the bypass flow rate adjustment valve 101 is a manually fixed valve provided on the downstream side of the bypass passage opening degree adjustment valve 100 as described above in order to adjust the flow rate in the bypass passage 20 as necessary.
  • the bypass flow rate adjusting valve 101 may be provided on the upstream side of the bypass passage opening degree adjusting valve 100, or an automatic adjusting valve that adjusts the opening degree based on the internal temperature of the cracking furnace 12.
  • the exhaust fan 23 is for sucking the processing target gas F in the ammonia detoxification processing apparatus 10 and maintaining the inside of the apparatus 10 at a negative pressure.
  • the exhaust fan 23 is a processing target on the upstream side of the preprocessing apparatus 76 described later.
  • the pressure of the gas introduction path 16 is controlled to be a predetermined negative pressure with the detection end as the detection end.
  • a procedure for detoxifying the processing target gas F containing ammonia discharged from a generation source (not shown) of the processing target gas F using such an ammonia detoxification processing apparatus 10 will be described.
  • the exhaust fan 23 is operated to make the whole ammonia detoxification apparatus 10 have a negative pressure
  • the electric heater 26 of the decomposition furnace 12 is operated to raise the temperature of the internal space of the decomposition furnace 12.
  • the air supply fan 32 of the air supply device 28 is operated, and the air supply pipe The air A for ammonia decomposition is supplied to the cracking furnace 12 via 34, and then the processing target gas F is introduced from the generation source into the processing target gas introduction path 16.
  • the processing target gas F introduced into the processing target gas introduction path 16 is supplied to the upstream space 58 a of the distributor 22 after the gas such as silane is adsorbed and removed through the pretreatment device 76.
  • the processing target gas F supplied to the upstream space 58a of the distributor 22 has a larger flow resistance in each through hole 70 than the processing target gas introduction pipe 52 (52a) and the upstream space 58a. It flows in a substantially equal amount with respect to each formed through hole 70. For this reason, only the processing target gas F flowing into one through hole 70 to which the nozzle portion 72 of the bypass pipe 56 is connected passes through the bypass path 20 without passing through the cracking furnace 12, and is processed in the lower casing 54.
  • the other processing target gas F guided to the gas communication path 18 passes through the downstream processing target gas introduction pipe connection hole 68, enters the processing target gas introduction path 16, and is introduced into the cracking furnace 12.
  • a part of ammonia contained in the processing target gas F introduced into the cracking furnace 12 is thermally decomposed in an oxygen atmosphere by air A fed from the air feeding device 28 in the cracking furnace 12, thereby oxidizing nitrogen. It is discharged into the processing object gas communication path 18 as a product.
  • the processing target gas F containing ammonia introduced into the processing target gas communication path 18 without passing through the cracking furnace 12 through the bypass path 20 is the same as the processing target gas F and the processing target via the cracking furnace 12. It joins in the gas communication path 18 and is introduced into the denitrifier 14 in a state where ammonia in the processing target gas F passing through the bypass path 20 and nitrogen oxides in the processing target gas F passing through the cracking furnace 12 are mixed.
  • 5% of the processing target gas F supplied from the generation source flows through the bypass 20 and the remaining 95% is introduced into the cracking furnace 12.
  • the cracking efficiency in the cracking furnace 12 that is, the conversion rate from ammonia to nitrogen oxides
  • the nitrogen oxides and ammonia introduced into the denitration device 14 are decomposed into harmless nitrogen and water by a denitration catalyst 38 housed in the casing 36 of the denitration device 14.
  • a denitration catalyst 38 housed in the casing 36 of the denitration device 14.
  • the molar ratio of ammonia to nitrogen oxide is 1.2 (that is, ammonia is larger than nitrogen oxide)
  • nitrogen oxide is almost decomposed, and unreacted ammonia is converted into denitration catalyst 38. It remains in the processing target gas F discharged from the gas.
  • the treatment target gas F containing unreacted ammonia is decomposed into nitrogen and hydrogen by the ammonia catalyst 40 disposed on the downstream side of the denitration catalyst 38. Thereafter, the hydrogen is oxidized (combusted) by the oxidation catalyst 42 to become harmless water.
  • the processing target gas F passes through the processing target gas exhaust duct 48 and the exhaust fan 23 to be ammonia. It is discharged out of the abatement apparatus 10.
  • ammonia detoxification treatment apparatus 10 a part of the ammonia discharged from the generation source is converted into nitrogen oxides, and then the nitrogen oxides and the remaining ammonia are reacted to make both harmless. Therefore, the amount of ammonia that must be directly detoxified with a solid adsorbent, catalyst, etc. can be greatly reduced compared to the amount of ammonia discharged from the source. The initial cost and running cost of the entire apparatus 10 can be reduced.
  • the molar ratio of ammonia to nitrogen oxide is set to “1.2 or more”, whereby the nitrogen oxide is reliably decomposed in the denitration catalyst 38, and the nitrogen oxide
  • the ammonia discharged from the denitration catalyst 38 in an unreacted state is decomposed by the ammonia catalyst 40 provided on the downstream side of the denitration catalyst 38, and the process target gas discharged from the ammonia detoxification treatment apparatus 10 The amount of nitrogen oxides and ammonia is minimized.
  • a molar ratio close to 1.2 is preferable in that the amount of ammonia discharged from the denitration catalyst 38 is reduced and the capacity of the ammonia catalyst 40 can be reduced.
  • the processing target gas introduction pipe 52 (52 a) on the upstream side of the branch position of the bypass path 20 is supplied from the generation source.
  • a pretreatment device 76 for adsorbing and removing silane (SiH 4 ), organic metal, or the like contained in the supplied processing target gas F by a dry adsorption method may be attached.
  • a pretreatment device bypass passage 102 for bypassing the pretreatment device 76 is provided, and the temperature rises until the internal temperature of the cracking furnace 12 reaches a predetermined start temperature when the ammonia detoxification treatment device 10 is started. During the period, the pretreatment device 76 may be bypassed.
  • a bypass duct 74 constituting a flow path for bypassing the processing target gas F directly to the processing target gas exhaust duct 48 may be attached. Further, the bypass duct 74 may be provided with a bypass ammonia abatement device 104 that detoxifies ammonia in the processing target gas F.
  • a chiller or a heat exchanger for cooling the processing target gas F may be attached to the processing target gas exhaust duct 48 in order to reduce the temperature of the processing target gas F discharged outside through the exhaust fan 23.
  • an emergency air supply device 106 may be added to the air supply device 28.
  • the emergency air supply device 106 is generally an air tank 108 that stores dry compressed air CDA, and an emergency supply device for supplying the dry compressed air CDA in the air tank 108 to the air supply pipe 34 of the air feeding device 28.
  • the air supply pipe 110 and the emergency air supply pipe 110 are normally closed (when energized), and are in an open state when the air supply fan 32 is stopped due to a power failure or the like. It comprises a valve 112.
  • the emergency air supply device 106 when a power failure occurs, the emergency valve 112 is opened, and the dry compressed air CDA in the air tank 108 passes through the emergency air supply tube 110 and the air supply tube 34.
  • Hydrogen can be decomposed by combustion.
  • the emergency air supply device 106 even if a power failure occurs, the untreated gas F to be processed is not discharged, and the processing is performed in the decomposition furnace 12 and the denitration device 14.
  • the apparatus 10 can be stopped in a clean state where the target gas F does not stay.
  • a distributor 22 may be provided at a branch position between the processing target gas introduction path 16 and the bypass path 20 (that is, a joint position between the processing target gas introduction pipe 52 and the bypass pipe 56). (Note that when the distributor 22 is provided, the bypass flow rate adjustment valve 101 is not necessary).
  • the distributor 22 plays a role of branching the processing target gas F at a predetermined ratio from the processing target gas introduction path 16 and flowing it to the bypass path 20.
  • the casing 60 and the internal space 58 are divided into an upstream space 58a and a downstream space 58b of the processing target gas F (in the drawing, an example of dividing in the left-right direction is shown, but of course, even if divided in the up-down direction) Good)) separator 62.
  • An upstream processing target gas introduction pipe connection hole 64 to which a processing target gas introduction pipe 52 (52a) for supplying the processing target gas F to the distributor 22 is connected is formed on the side surface of the casing 60 facing the upstream space 58a.
  • a bypass pipe insertion hole 66 through which the bypass pipe 56 is inserted is formed on the side surface of the casing 60 facing the downstream space 58b, and further, a distributor 22 is provided on the lower surface of the casing 60 facing the downstream space 58b.
  • a downstream processing target gas introduction pipe connection hole 68 to which a processing target gas introduction pipe 52 (52b) for introducing the distributed processing target gas F into the cracking furnace 12 is connected is formed.
  • the separator 62 is a plate material having a predetermined thickness, and a plurality of through holes 70 are formed with the same diameter from the front surface to the back surface, and the upstream space 58 a and the downstream space 58 b of the casing 60 are formed by the through holes 70. Are in communication with each other.
  • a nozzle portion 72 having an inner diameter substantially the same as the diameter of the through hole 70 is formed at the end of the bypass pipe 56, and a plurality of through holes 70 in which the tip of the nozzle portion 72 is formed in the separator 62 are formed. Are connected to any one of them.
  • the nozzle part 72 is not formed in the end part of the bypass pipe 56, and the end of the bypass pipe 56 is connected to the separator 62 so as to cover the corresponding through hole 70 while maintaining a diameter larger than the diameter of the through hole 70. May be.
  • both the spaces 58 a and 58 b in the casing 60, which are separated by the separator 62, and the plurality of through holes 70 that communicate with each other are part of the processing target gas introduction path 16. Therefore, the processing target gas F flowing from the upstream enters the one space 58a and is distributed almost evenly to each through hole 70 and passes at an equal flow rate (the more the number of through holes 70 is, the larger the number is). The flow rate of the processing target gas F flowing through each through hole 70 becomes more uniform.
  • the total flow rate of the processing target gas F flowing from the upstream is supplied to the bypass passage 20 by the number of the through holes 70.
  • this ratio is substantially constant regardless of the fluctuation of the flow rate unless the flow rate of the processing target gas F is extremely reduced.
  • the ammonia detoxification treatment apparatus 10 that can be stably continued can be provided.

Abstract

　固形吸着剤等の使用量を極小化できるとともに窒素酸化物の排出を抑制できる、アンモニアの除害処理装置を提供する。アンモニアの除害処理装置１０を、処理対象ガスＦ中のアンモニアの全部あるいは一部を酸素雰囲気下で熱分解して窒素酸化物を生成する分解炉１２と、分解炉１２に処理対象ガスＦを導入する処理対象ガス導入路１６と、処理対象ガスＦの一部を分岐して、分解炉１２で処理された処理対象ガスＦに混合させるバイパス路２０と、バイパスされた処理対象ガスＦ中のアンモニアを還元剤として窒素酸化物を分解する脱硝触媒３８が収容された脱硝器１４とで構成し、処理対象ガスＦ中における水素の有無、あるいは分解炉１２の内部温度に基づいてバイパス路２０の開度を調整するバイパス路開度調整バルブ１００を設けることにより、上記課題を解決することができる。

Description

除害処理装置および除害処理方法
　本発明は、固形吸着剤等の使用量を極小化できるとともに窒素酸化物の排出を抑制できる、アンモニアの除害処理装置およびアンモニアの除害処理方法に関する。
　アンモニア（ＮＨ3）は、特有の強い刺激臭を持つ、常温常圧において無色の気体であり、ヒトの粘膜に対する刺激性が強く、濃度０．１％以上のガスを吸引することで危険症状を呈する。このため、アンモニアは、悪臭防止法に基づく特定悪臭物質のひとつに指定されており、また、毒物および劇物取締法においても劇物に指定されている。
　その一方で、アンモニアは、硝酸等の基礎化学品の原料となり、工業的に極めて重要な物質であるとともに、工業的生産過程において副生成物として合成されることも多いことから、アンモニアを含む排ガスが発生するような生産設備においては、同排ガス中に含まれるアンモニアを除害するアンモニアの除害処理装置を設けることが要求されている。
　このようなアンモニアの除害処理装置として、（１）アンモニアを水に吸収させる方法、（２）強酸水溶液を用いてアンモニアを中和する方法、（３）炭酸ガスと水とを用いて、アンモニアを炭酸アンモニウムにする方法（例えば、（３）アンモニアを炭酸アンモニウムにする方法をさらに改良した発明が特許文献１に開示されている。）、（４）イオン交換樹脂や活性炭等の固形吸着剤にアンモニアを吸着させる方法、および（５）アンモニアを酸素雰囲気下で熱分解する方法を用いるものが開発されている。
特開２００６－１８１４１５号公報
　しかしながら、（１）～（３）の方法のように、アンモニアの除害に際して水を用いる湿式除害方式の場合、アンモニアやアンモニアを中和することによって生成された塩が含まれた排水を処理する排水処理装置をアンモニアの除害処理装置とは別に設ける必要があり、装置全体のイニシャルコストだけでなく、排水処理費用も必要となることからランニングコストも高くなるという問題があった。
　一方、（４）あるいは（５）の方法であれば、水を必要としない乾式除害方法であることから、上述のような排水処理装置を設ける必要はないものの、（４）の方法では、使用済み固形吸着剤の廃棄（あるいは再生）処理が大量に必要となるという問題があった。
　また、（５）の方法では、固形吸着剤を必要としないものの、アンモニアを熱分解することによって光化学スモッグや酸性雨等を引き起こす大気汚染原因物質である窒素酸化物（ＮＯｘ）を排出してしまうという問題があった。
　本発明は、このような従来技術の問題に鑑みて開発されたものである。それゆえに本発明の主たる課題は、固形吸着剤等の使用量を極小化できるとともに窒素酸化物の排出を抑制できる、乾式の、アンモニアの除害処理装置およびアンモニアの除害処理方法を提供することにある。
　請求項１に記載した発明は、
「処理対象ガスＦに含まれるアンモニアの全部あるいは一部を酸素雰囲気下で熱分解して窒素酸化物を生成する分解炉１２と、
　一端が前記分解炉１２に接続され、前記分解炉１２に処理対象ガスＦを導入する処理対象ガス導入路１６と、
　一端が前記処理対象ガス導入路１６に接続されているとともに、他端が前記分解炉１２の下流側に接続され、前記処理対象ガス導入路１６を通流する処理対象ガスＦの一部を分岐して前記分解炉１２をバイパスさせ、前記分解炉１２から排出された処理対象ガスＦに混合させるバイパス路２０と、
　前記バイパス路２０の他端が接続された位置よりもさらに下流側に接続され、前記バイパス路２０でバイパスされた処理対象ガスＦ中のアンモニアを還元剤として窒素酸化物を分解する脱硝触媒３８が収容された脱硝器１４とを備えており、
　処理対象ガスＦに水素が含まれている場合、あるいは前記分解炉１２の内部温度がアンモニアの熱分解温度よりも高く設定された基準温度以上になった場合に前記バイパス路２０の開度を開き、逆に、処理対象ガスＦに水素が含まれない場合、あるいは前記内部温度が前記基準温度よりも低くなった場合に前記バイパス路２０の開度を絞るバイパス路開度調整バルブ１００が前記バイパス路２０に設けられていることを特徴とするアンモニアの除害処理装置１０」である。
　本発明の除害処理装置１０によれば、発生源（例えば、ＧａＮ（窒化ガリウム）系のＬＥＤ製造装置）から排出された、アンモニアを含む処理対象ガスＦは、処理対象ガス導入路１６を通って分解炉１２に導入される前に、その一部がバイパス路２０に分岐される。
　分解炉１２に導入された処理対象ガスＦに含まれるアンモニアは、分解炉１２において酸素雰囲気下で熱分解されることによって全部あるいはその一部が窒素酸化物となり、当該分解炉１２から排出される。このとき、一部のアンモニアが熱分解された場合には、分解炉１２から排出された処理対象ガスＦ中に窒素酸化物と未分解のアンモニアとが混在することになり、全てのアンモニアが熱分解された場合には、アンモニアは残存しないことになる。
　一方、バイパス路２０に分岐された処理対象ガスＦは、分解炉１２を経由した処理対象ガスＦに混合され、バイパス路２０を経由した処理対象ガスＦ中のアンモニアと、分解炉１２を経由した処理対象ガスＦ中の窒素酸化物およびアンモニア（熱分解されずに残存した一部）とが混合された状態で脱硝器１４に導入される。
　脱硝器１４に導入された窒素酸化物およびアンモニアは、脱硝器１４内に収容された脱硝触媒３８によって、例えば下記反応式のように無害な窒素と水とに分解される。
　　ＮＯ＋ＮＯ2＋２ＮＨ3　→　２Ｎ2＋３Ｈ2Ｏ
　このように、本発明のアンモニアの除害処理装置１０によれば、発生源から排出されたアンモニアの一部を窒素酸化物に変換し、然る後、当該窒素酸化物と残部のアンモニアとを互いに反応させて双方を無害化するので、固形吸着剤や触媒等で直接的に除害しなければならないアンモニアの量を、発生源から排出されるアンモニアの量に比べて大幅に少なくすることができ、アンモニアの除害処理装置１０全体のイニシャルコストおよびランニングコストを低減することができる。
　加えて、処理対象ガスＦの発生源の稼働条件によっては、アンモニアを含む処理対象ガスＦに、さらに水素が含まれている場合と含まれていない場合とがあるが（例えば、ＧａＮ系のＬＥＤ製造装置であれば、水素ガスが半導体の結晶成長場を還元雰囲気にするために使用されているが、結晶成長場の状態によっては水素ガスがほぼゼロに絞られることもあり得る。）、水素含有の有無に拘わらず連続的に処理対象ガスＦを処理したいという要望が存在する。
　処理対象ガスＦ中の水素は、分解炉１２の内部で燃焼し、当該内部の温度を高める役割を有していることから、処理対象ガスＦに水素が含まれている場合、分解炉１２の内部温度は基準温度（アンモニアの熱分解温度（約９５０℃）よりもやや高めに設定された温度）以上となって当該処理対象ガスＦに含まれているアンモニアが完全に熱分解され、窒素酸化物が発生する（熱分解されたアンモニアに対して約１％［モル比］の窒素酸化物が発生する。）。したがって、処理対象ガスＦに水素が含まれている場合（＝分解炉１２の内部温度が基準温度以上になった場合）、バイパス路開度調整バルブ１００を開け、上述のように、処理対象ガス導入路１６から分岐された処理対象ガスＦを、分解炉１２から排出された（窒素酸化物を含む）処理対象ガスＦに混合させる必要がある。
　一方、処理対象ガスＦに水素が含まれない場合、水素の燃焼熱が発生しないので分解炉１２の内部温度は基準温度よりも低くなり、処理対象ガスＦ中のアンモニアの熱分解はやや不完全な状態となって窒素酸化物の発生量が基準温度よりも高い場合に比べて減少する。
　このような場合に処理対象ガスＦのバイパスを継続すると、分解炉１２で発生した窒素酸化物の量に比べて、バイパスされた処理対象ガスＦ中のアンモニアの量の方が多くなってしまい、分解しきれなかったアンモニアが排出されてしまうおそれがある。
　そこで、本発明では、バイパス路２０にバイパス路開度調整バルブ１００を設け、処理対象ガスＦに水素が含まれない場合（水素の有無については、処理対象ガスＦの発生源から受け入れる水素有無信号ＨＳや、処理対象ガスＦ中の水素流量によって判断することが一例として考えられる）、あるいは分解炉１２の内部温度が基準温度よりも低くなった場合に、バイパス路開度調整バルブ１００の開度を絞ってバイパス路２０を通流する処理対象ガスＦの量を減少させることにより、分解しきれなかったアンモニアが排出されるおそれを低減し、水素含有の有無に拘わらず処理対象ガスＦを連続的に処理することを可能にした。
　請求項２に記載した発明は、請求項１に記載したアンモニアの除害処理装置１０に関し、
「前記バイパス路２０の他端が接続された中央部、および、両端部において前記中央部に比べて小径に形成された縮径部４４ａ、４４ｂを有しており、一方の前記縮径部４４ｂが前記分解炉１２の下流側に接続されているとともに、他方の前記縮径部４４ａが前記脱硝器１４に接続されたバイパスガス混合器４４と、
　前記分解炉１２と前記バイパスガス混合器４４との間に冷却空気ＣＡを送給して、前記分解炉１２から排出された処理対象ガスＦを前記脱硝触媒３８による窒素酸化物の分解に適した温度に低下させる冷却空気送給装置８０とをさらに備えている」ことを特徴とする。
　分解炉１２から排出された直後の処理対象ガスＦは高温になっており、高温の処理対象ガスＦに対して、バイパスさせた処理対象ガスＦを混合させると、バイパスさせた処理対象ガスＦ中のアンモニアが高温分解して脱硝器１４で窒素酸化物を分解できなくなってしまい、制御が不安定になるおそれがある。
　しかしながら、本発明では、分解炉１２から排出された処理対象ガスＦを前記脱硝触媒３８による窒素酸化物の分解に適した温度に低下させるための冷却空気ＣＡを送給する冷却空気送給装置８０が設けられており、当該冷却空気ＣＡによって冷却された分解炉１２からの処理対象ガスＦに対して、バイパスガス混合器４４においてバイパスさせた処理対象ガスＦが混合されるようになっているので、アンモニアが高温分解してしまうのを回避し、制御が不安定になるおそれをなくすことができる。
　加えて、本発明のバイパスガス混合器４４には、その両端部に縮径部４４ａ、４４ｂが形成されていることから、冷却空気ＣＡが混合された分解炉１２からの処理対象ガスＦがバイパスガス混合器４４内に導入される際、および、バイパスされた処理対象ガスＦがさらに混合された上でバイパスガス混合器４４から排出される際の両方において、流路が拡大・収縮することによって発生する乱流により、混同の度合いをより高めることができる。
　請求項３に記載した発明は、請求項１または２に記載したアンモニアの除害処理装置１０に関し、
「前記処理対象ガス導入路１６から分岐して前記バイパス路２０に処理対象ガスＦを流す場合において、その処理対象ガスＦの割合は、前記脱硝触媒３８に導入される処理対象ガスＦにおいて窒素酸化物に対するアンモニアのモル比が１．２以上となるように設定されており、
　前記脱硝触媒３８の後流側には、処理対象ガスＦ中のアンモニアを分解するアンモニア触媒４０が設けられている」ことを特徴とする。
　バイパス路２０に処理対象ガスＦを流す場合、理論上（＝反応効率１００％）、脱硝器１４に導入されるアンモニアの量を窒素酸化物の量と同じ（すなわちモル比＝１．０）にすれば、脱硝触媒３８から排出される処理対象ガスＦ中のアンモニアおよび窒素酸化物はゼロになる。
　しかしながら、実際の装置で反応効率が１００％ということはありえないことから、上記モル比を１．０に設定すると、反応しなかったアンモニアおよび窒素酸化物の両方が脱硝触媒３８から排出されてしまい、脱硝触媒３８の後流側に「アンモニアを除去する装置」および「窒素酸化物を除去する装置」の両方を設けなければならなくなって不合理である。
　そこで、本発明の除害処理装置１０では、窒素酸化物に対するアンモニアのモル比を「１．２以上」に設定することにより、脱硝触媒３８において窒素酸化物を確実に分解するとともに、窒素酸化物と未反応のままで脱硝触媒３８から排出されたアンモニアを当該脱硝触媒３８の後流側に設けられたアンモニア触媒４０で分解して、アンモニアの除害処理装置１０から排出される処理対象ガス中の窒素酸化物やアンモニアの量を極小化するようにしている。
　これにより、脱硝触媒３８の後流側に窒素酸化物を除去する装置を設ける必要がなくなり、アンモニアの除害処理装置１０のイニシャルコストおよびランニングコストを確実に低減することができる。
　なお、窒素酸化物に対するアンモニアのモル比は、１．２に近い方が、脱硝触媒３８から排出されるアンモニアの量が少なくなってアンモニア触媒４０の装置容量を小さくすることができる点で好適である。
　また、アンモニア触媒４０は、脱硝器１４の内部における脱硝触媒３８の後流側に配置してもよいし、脱硝器１４の後流側において、脱硝器１４とは別体のアンモニア分解器を設け、その内にアンモニア触媒４０を配置してもよい。
　請求項４に記載した発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載したアンモニアの除害処理装置１０に関し、
「ケーシング６０と、前記ケーシング６０の内部を２つの空間５８ａ、５８ｂに区分けするとともに、両空間５８ａ、５８ｂを互いに連通させる複数の貫通孔７０が形成されたセパレータ６２とを有する分配器２２をさらに備えており、
　前記両空間５８ａ、５８ｂ、および前記貫通孔７０が前記処理対象ガス導入路１６の一部となっており、
　前記バイパス路２０の一端が前記貫通孔７０のいずれか１つに接続されている」ことを特徴とする。
　この分配器２２によれば、セパレータ６２によって区分けされた、ケーシング６０内の両空間５８ａ、５８ｂおよびこれらを互いに連通させる複数の貫通孔７０が処理対象ガス導入路１６の一部になっていることから、上流から流れてきた処理対象ガスＦは、一方の空間５８ａに入った後で各貫通孔７０にほぼ均等に分配され、それぞれ均等な流速で通過する（貫通孔７０の数が多ければ多いほど、各貫通孔７０を通流する処理対象ガスＦの流量はより均一になる。）。
　このとき、バイパス路２０の一端が貫通孔７０のいずれか１つに接続されていることから、当該バイパス路２０には、上流から流れてきた処理対象ガスＦの全流量を貫通孔７０の数で除した分の処理対象ガスＦが分岐されることになり（例えば、貫通孔７０の数が２０であれば、バイパス路２０に分岐される処理対象ガスＦの割合は、１／２０＝０．０５＝５％となる。）、この割合は、処理対象ガスＦの流量が極端に少なくならない限り、流量の変動に拘わらずほぼ一定になる。
　したがって、本発明によれば、処理対象ガスＦの流量変動に拘わらず、予め設定した割合（＝貫通孔７０の数）の処理対象ガスＦをバイパス路２０に分岐することによって、除害処理を安定して継続できるアンモニアの除害処理装置１０を提供することができる。
　請求項５に記載した発明は、請求項１におけるアンモニアの除害処理装置１０を用いて行うアンモニアの除害処理方法に関し、
「処理対象ガス導入路１６に導入された、アンモニアを含む処理対象ガスＦの内、所定の割合の処理対象ガスＦをバイパス路２０に分岐させるとともに、残部の処理対象ガスＦを、当該処理対象ガスＦに含まれるアンモニアの全部あるいは一部を酸素雰囲気下で熱分解して窒素酸化物を生成する分解炉１２に導入し、
　前記分解炉１２から排出された処理対象ガスＦと、前記バイパス路２０を通って前記分解炉１２をバイパスした処理対象ガスＦとを混合した後、バイパスされた処理対象ガスＦ中のアンモニア、および前記分解炉１２から排出された処理対象ガスＦ中にアンモニアが残留する場合における当該アンモニアを還元剤として窒素酸化物を分解する脱硝触媒３８に供給するアンモニアの除害処理方法であって、
　処理対象ガスＦに水素が含まれている場合、あるいは前記分解炉１２の内部温度がアンモニアの熱分解温度よりも高く設定された基準温度以上になった場合には、前記バイパス路２０へ分岐する処理対象ガスＦの量を減少させ、
　逆に、処理対象ガスＦに水素が含まれない場合、あるいは前記内部温度が前記基準温度よりも低くなった場合には、前記バイパス路２０へ分岐する処理対象ガスＦの量を増加させる」ことを特徴とする。
　請求項６に記載した発明は、請求項５に記載したアンモニアの除害処理方法に関し、
「前記分解炉１２から排出された処理対象ガスＦに対し、バイパスした処理対象ガスＦを混合させる前に、前記分解炉１２から排出された処理対象ガスＦを前記脱硝触媒３８による窒素酸化物の分解に適した温度に低下させる冷却空気ＣＡを送給し、
　中央部に比べて小径に形成された縮径部４４ａ、４４ｂを有するバイパスガス混合器４４においてバイパスした処理対象ガスＦを混合させる」ことを特徴とする。
　また、請求項７に記載した発明は、請求項５または６に記載したアンモニアの除害処理方法に関し、
「前記処理対象ガス導入路１６から分岐して前記バイパス路２０に流す処理対象ガスＦの割合は、前記脱硝触媒３８に導入される処理対象ガスＦにおいて窒素酸化物に対するアンモニアのモル比が１．２以上となるように設定されており、
　前記脱硝触媒３８に処理対象ガスＦを供給した後、前記脱硝触媒３８から排出された処理対象ガスＦを、当該処理対象ガスＦ中のアンモニアを分解するアンモニア触媒４０に供給する」ことを特徴とする。
　本発明によれば、処理対象ガス中に含まれるアンモニアの一部を窒素酸化物に変換し、当該窒素酸化物および残存するアンモニアの双方を脱硝触媒で無害化することにより、固形吸着剤等の使用量を極小化して低コストでアンモニアを乾式除害でき、かつ、窒素酸化物の排出を抑えることのできる、イニシャルコストおよびランニングコストの低い、アンモニアの除害処理装置およびアンモニアの除害処理方法を提供することができた。
本発明に係る除害処理装置のフロー図である。 他の実施例に係る除害処理装置のフロー図である。 分配器の拡大断面図である。
　本発明を適用したアンモニアの除害処理装置１０の実施例について、図面を用いて説明する。図１は、このアンモニアの除害処理装置１０のフロー図である。
　本実施例のアンモニアの除害処理装置１０は、大略、分解炉１２と、脱硝器１４と、処理対象ガス導入路１６と、処理対象ガス連絡路１８と、バイパス路２０と、排気ファン２３とを備えている。
　分解炉１２は、導入された処理対象ガスＦにおけるアンモニアの一部あるいは全部を酸素雰囲気下で熱分解して窒素酸化物を生成する装置であり、ケーシング２４と、ケーシング２４の天面から挿設された電気ヒータ２６と、分解炉１２内に酸素源および炉内温度調整媒体として空気Ａを送給する空気送給装置２８と、処理対象ガス導入路１６から導入された処理対象ガスＦを分解炉１２内に供給する処理対象ガス供給管３０とを備えている。
　ケーシング２４は、ステンレス等の金属で形成された有蓋円筒状のケーシング本体２４ａとその内側壁に取り付けられた耐火断熱材２４ｂとで構成されており、その底部はコーン状に縮径された後、処理対象ガス連絡路１８に接続されている。
　電気ヒータ２６は、電気を熱源とするシーズヒータ等の棒状体であり、分解炉１２の内部温度をアンモニアの熱分解温度以上（約９５０℃）の高温にする能力を有している。なお、本実施例では、２本の電気ヒータ２６がケーシング２４の天面から挿設されているが、分解炉１２の内部温度をアンモニアの熱分解温度以上にすることが可能であれば、電気ヒータ２６の本数や１本当たりのワット数あるいは形状等はどのようなものでもよい。また、電気ヒータ２６に替え、大気圧プラズマや燃料バーナを用いてアンモニアを熱分解してもよい。
　空気送給装置２８は、空気送給ファン３２と、空気供給管３４とを備えており、空気供給管３４を介して、分解炉１２内におけるアンモニアの熱分解に必要な空気（酸素）および分解炉１２内を冷却する空気を、空気送給ファン３２から送給するようになっている。
　分解炉１２内を冷却する空気を送給する理由について簡単に説明すると、分解炉１２内で生じるアンモニアの熱分解は発熱反応であることから、仮に分解炉１２内に冷却用の空気（分解反応に必要な分以上の空気）を送給しなければ、分解炉１２内の温度が過大となって耐火断熱材２４ｂや電気ヒータ２６が損傷したり、脱硝器１４に導入される処理対象ガスＦの温度が高くなりすぎて脱硝効率が低下したりするといった問題が生じるからである（とりわけ、アンモニアだけでなく、多量の水素が処理対象ガスＦに含まれている場合［例えば、ＬＥＤ製造工程でのＧａＮ成膜装置から排出される処理対象ガスＦ］、分解炉１２において水素の燃焼熱が大量に生じることから、この「分解炉１２内の温度が過大になる」という問題が顕著となる。）。
　空気送給ファン３２から送給される空気Ａの量は、分解炉１２のケーシング本体２４ａに取り付けられた温度計３５で測定された分解炉１２の内部温度に基づいて調整されるようになっている。
　また、空気供給管３４の分解炉１２側部分は、処理対象ガスＦを分解炉１２に供給する処理対象ガス供給管３０の径よりも小径に設定され、当該処理対象ガス供給管３０の内側に挿設されている。つまり、空気供給管３４の分解炉１２側端部は、その外周を処理対象ガス供給管３０で覆われて二重管構造となっており、処理対象ガス供給管３０から供給された処理対象ガスＦが、空気送給ファン３２から送給された空気Ａを外側から巻き込むようにして効率よく混ざりあった状態で分解炉１２内に導入される。
　脱硝器１４は、ステンレス等の金属で形成された有底円筒状のケーシング３６と、ケーシング３６の内部において処理対象ガスＦの上流から下流に向かって順に配設された、脱硝触媒３８、アンモニア触媒４０、および酸化触媒４２とを備えている。
　ケーシング３６は、その側面下部に、処理対象ガス連絡路１８を構成するバイパスガス混合器４４が接続される処理対象ガス連絡路接続孔４６が設けられており、また、その天面には、処理対象ガスＦを排気ファン２３に排出する処理対象ガス排気ダクト４８が接続される処理対象ガス排気ダクト接続孔５０が設けられている。なお、ケーシング３６の上部は、上方（すなわち、処理対象ガスＦの下流側）に向けて縮径するコーン状に形成されており、当該コーンの頂部に前述の処理対象ガス排気ダクト接続孔５０が設けられている。
　脱硝触媒３８は、例えば、ハニカム状あるいはプレート状の基材にバナジウム（Ｖ）を担持させたものが使用されており（もちろん、基材の形状や担持体の種類はこれに限られるものではない。）、下記反応式のようにアンモニアを用いて、窒素酸化物を無害な窒素と水とに分解する役割を有している。
　　ＮＯ＋ＮＯ2＋２ＮＨ3　→　２Ｎ2＋３Ｈ2Ｏ
　アンモニア触媒４０は、脱硝触媒３８の後流側に設けられ、脱硝触媒３８から排出された処理対象ガスＦ中に残存するアンモニアを分解する触媒である。アンモニアを分解する触媒には、大きく分けて、アンモニアを酸化分解する方式（下記式Ａ）と、アンモニアを非酸化分解する方式（下記式Ｂ）とがあり、いずれの方式のものを使用してもよいが、本実施例では、後者（非酸化分解）の方式を使用している。
　　４ＮＨ3＋３Ｏ2　→　２Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ　…式Ａ
　　２ＮＨ3　→　Ｎ2＋３Ｈ2　…式Ｂ
　酸化触媒４２は、アンモニア触媒４０の後流側に設けられ、アンモニア触媒４０から排出された処理対象ガスＦ中に含有される水素を酸化（燃焼）させる触媒である。本実施例のように、アンモニア触媒４０としてアンモニアを非酸化分解するものを使用すると、上図式Ｂに示すように、アンモニアが分解されることによって水素が生成されるが、高い可燃性を有する水素を処理対象ガスＦとともに排出することはできないことから、本実施例のアンモニアの除害処理装置１０では、酸化触媒４２を設けて当該水素を酸化して無害な水にするようにしている（下式参照）。
　　２Ｈ2＋Ｏ2　→　２Ｈ2Ｏ
　処理対象ガス導入路１６は、アンモニアを含有する処理対象ガスＦの発生源（図示せず）から分解炉１２に処理対象ガスＦを導入するための流路であり、本実施例では、一端が当該発生源に接続され、他端が分解炉１２に接続されたステンレス製の処理対象ガス導入管５２の内側に形成されている。もちろん、処理対象ガスＦの流量に応じて、より断面積の大きなダクト等で処理対象ガス導入路１６を構成してもよい。また、管やダクトの材質は、処理対象ガスＦに含まれるガスの性質（腐食性等）に応じて適宜選択される。これらは、本明細書で説明するすべての管やダクトにおいて共通する。
　処理対象ガス連絡路１８は、分解炉１２から排出された窒素酸化物を含有する処理対象ガスＦを脱硝器１４に導入する流路であり、本実施例では、分解炉１２の下端に接続された有底筒状の下部ケーシング５４と、前述のように脱硝器１４のケーシング３６の側面下部にその一端が接続され、他端が下部ケーシング５４の側面に接続されたバイパスガス混合器４４とで構成されている。また、バイパスガス混合器４４の両端部には、当該バイパスガス混合器４４の中央部に比べて小径の縮径部４４ａ、４４ｂが形成されている。
　また、本実施例では、下部ケーシング５４内の処理対象ガス連絡路１８に脱硝器１４に導入する処理対象ガスＦの温度を脱硝触媒３８による窒素酸化物の分解に適した温度（例えば、３５０～４００℃）に低下させる冷却空気ＣＡを送給する冷却空気送給装置８０が設けられている。逆に、脱硝器１４に導入する処理対象ガスＦの温度が窒素酸化物の分解に適した温度よりも低くなってしまうおそれがある場合には、バイパスガス混合器４４に電気ヒータ（図示せず）を設けてもよい。
　冷却空気送給装置８０は、冷却空気送給ファン８２と冷却空気供給管８４とを備えており、冷却空気送給ファン８２からの冷却空気ＣＡが冷却空気供給管８４を介して下部ケーシング５４内の処理対象ガス連絡路１８に送給される。また、冷却空気送給ファン８２から送給される冷却空気ＣＡの量は、バイパスガス混合器４４に取り付けられた温度計８６で測定された処理対象ガスＦの温度に基づいて調整されるようになっている。
　なお、冷却空気送給ファン８２は、必須の構成要素ではなく、当該冷却空気送給ファン８２を設けずに冷却空気供給管８４の吸気側端を開放しておき、当該冷却空気供給管８４に設けたダンパ１２０（もちろんバルブでもよい）の開度を調節することにより、処理対象ガス連絡路１８に送給する冷却空気ＣＡの流量を調節してもよい。ダンパ１２０は、自動調節でもよいし、手動固定でもよい。
　バイパス路２０は、発生源から供給された処理対象ガスＦの一部を処理対象ガス導入路１６から分岐して分解炉１２を経由することなく、直接、処理対象ガス連絡路１８に導入するための流路であり、本実施例では、その一端が処理対象ガス導入路１６に接続されており、他端がバイパスガス混合器４４に接続されたバイパス管５６の内側に構成されている。
　もちろん、バイパス管５６の他端を、下部ケーシング５４における、冷却空気供給管８４の接続位置よりも上流側、あるいは下流側に接続してもよい。しかしながら、分解炉１２から排出された直後の処理対象ガスＦは高温になっており、高温の処理対象ガスＦに対してバイパスさせた処理対象ガスＦを混合させると、バイパスさせた処理対象ガスＦ中のアンモニアが高温分解して脱硝器１４で窒素酸化物を分解できなくなってしまい、制御が不安定になることから、上述の通り、バイパス管５６の他端をバイパスガス混合器４４に接続し、分解炉１２から排出された処理対象ガスＦと冷却空気ＣＡとが十分に混合されて温度が低下した位置でバイパスさせた処理対象ガスＦを混合させるのが好適である。
　また、このバイパス路２０には、バイパス路開度調整バルブ１００が設けられており、さらに、必要に応じて、当該バイパス路開度調整バルブ１００の下流側にバイパス流量調節弁１０１が設けられている。
　バイパス路開度調整バルブ１００は、処理対象ガスＦに水素が含まれている場合、あるいは分解炉１２の内部温度がアンモニアの熱分解温度よりも高く設定された基準温度以上になった場合に開き、逆に、処理対象ガスＦに水素が含まれない場合、あるいは当該内部温度が基準温度よりも低くなった場合に閉じるように設定されている。もちろん、バイパス路開度調整バルブ１００は、単に全開全閉するだけでなく、分解炉１２の内部が所定の温度となるように、あるいは、脱硝器１４に導入される処理対象ガスＦ中のアンモニア（または窒素酸化物）濃度が所定の濃度となるようにバイパス路２０の開度を自動調整するものとしてもよい（なお、バイパス路開度調整バルブ１００を用いてバイパス路２０の開度を自動調整する場合、バイパス流量調節弁１０１は不要になる。）。
　処理対象ガスＦ中の水素は、分解炉１２の内部で燃焼し、当該内部の温度を高める役割を有していることから、処理対象ガスＦに水素が含まれている場合、分解炉１２の内部温度はアンモニアの熱分解温度（約９５０℃）よりも高く設定された基準温度以上となって当該処理対象ガスＦに含まれているアンモニアが完全に熱分解され、窒素酸化物が発生する（熱分解されたアンモニアに対して約１％［モル比］の窒素酸化物が発生する。）。したがって、処理対象ガスＦに水素が含まれている場合（＝分解炉１２の内部温度が基準温度以上になった場合）、バイパス路開度調整バルブ１００を開け、上述のように、分配器２２で分岐された処理対象ガスＦを、分解炉１２から排出された（窒素酸化物を含む）処理対象ガスＦに混合させる必要がある。
　一方、処理対象ガスＦに水素が含まれない場合、水素の燃焼熱が発生しないので分解炉１２の内部温度は基準温度よりも低くなり、処理対象ガスＦ中のアンモニアの熱分解はやや不完全な状態となって窒素酸化物の発生量が基準温度よりも高い場合に比べて減少する。
　このような場合に処理対象ガスＦのバイパスを継続すると、分解炉１２で発生した窒素酸化物の量に比べて、バイパスされた処理対象ガスＦ中のアンモニアの量の方が多くなってしまい、分解しきれなかったアンモニアが排出されてしまうおそれがある。しかし、上述のように、バイパス路２０にバイパス路開度調整バルブ１００を（さらに必要に応じてバイパス流量調節弁１０１も）設け、処理対象ガスＦに水素が含まれない場合（水素の有無については、処理対象ガスＦの発生源から受け入れる水素有無信号ＨＳや、処理対象ガスＦ中の水素流量によって判断することが一例として考えられる）、あるいは分解炉１２の内部温度が基準温度よりも低くなった場合にバイパス路２０の開度を絞る（あるいは閉じる）ことにより、分解しきれなかったアンモニアが排出されるおそれを低減し、水素の有無に拘わらず処理対象ガスＦを連続的に処理することが可能となる。
　バイパス流量調節弁１０１は、バイパス路２０における通流量を調節するため、必要に応じて、上述のようにバイパス路開度調整バルブ１００の下流側に設けられた手動固定バルブである。もちろん、当該バイパス流量調節弁１０１をバイパス路開度調整バルブ１００の上流側に設けてもよいし、分解炉１２の内部温度に基づいてその開度を調節する自動調節弁であってもよい。
　排気ファン２３は、アンモニアの除害処理装置１０中の処理対象ガスＦを吸引して装置１０の内部を負圧に維持するためのものであり、後述する前処理装置７６の上流側における処理対象ガス導入路１６の圧力を検出端として、当該圧力が所定の負圧となるように制御されている。
　このようなアンモニアの除害処理装置１０を用いて、処理対象ガスＦの発生源（図示せず）から排出された、アンモニアを含む処理対象ガスＦを除害する手順について説明する。まず、排気ファン２３を稼働させてアンモニアの除害処理装置１０内部全体を負圧にするとともに、分解炉１２の電気ヒータ２６を稼働させて分解炉１２の内部空間を昇温する。
　分解炉１２の内部空間が所定の温度（＝酸素雰囲気下におけるアンモニアの熱分解可能温度）に達したことを確認した後、空気送給装置２８の空気送給ファン３２を稼働させ、空気供給管３４を介してアンモニア分解用の空気Ａを分解炉１２に送給し、然る後、発生源から処理対象ガス導入路１６に処理対象ガスＦを導入する。
　処理対象ガス導入路１６に導入された処理対象ガスＦは、前処理装置７６を通ってシラン等のガスを吸着除去された後、分配器２２の上流空間５８ａに供給される。分配器２２の上流空間５８ａに供給された処理対象ガスＦは、各貫通孔７０での通流抵抗が処理対象ガス導入管５２（５２ａ）や上流空間５８ａに比べて大きいことから、セパレータ６２に形成された各貫通孔７０に対してほぼ均等な量で流れ込む。このため、バイパス管５６のノズル部７２が接続された１つの貫通孔７０に流れ込んだ処理対象ガスＦのみが、分解炉１２を経由することなくバイパス路２０を通って下部ケーシング５４内の処理対象ガス連絡路１８に導かれ、それ以外の処理対象ガスＦは、下流側処理対象ガス導入管接続孔６８を通過して処理対象ガス導入路１６に入り、分解炉１２に導入される。
　分解炉１２に導入された処理対象ガスＦに含まれるアンモニアの一部は、分解炉１２において空気送給装置２８から送給された空気Ａによる酸素雰囲気下で熱分解されることにより、窒素酸化物となって処理対象ガス連絡路１８に排出される。
　一方、バイパス路２０を通って分解炉１２を通過することなく処理対象ガス連絡路１８に導入された、アンモニアを含有する処理対象ガスＦは、分解炉１２を経由した処理対象ガスＦと処理対象ガス連絡路１８で合流し、バイパス路２０を経由した処理対象ガスＦ中のアンモニアと分解炉１２を経由した処理対象ガスＦ中の窒素酸化物とが混合された状態で脱硝器１４に導入される。
　なお、上述のように、本実施例では、発生源から供給される処理対象ガスＦの内、５％をバイパス路２０に流し、残りの９５％を分解炉１２に導入するようになっており、かつ、実験により、分解炉１２における分解効率（つまり、アンモニアから窒素酸化物への変換率）は約４８％であることが判っていることから、この分岐割合によれば、脱硝触媒３８において、窒素酸化物に対するアンモニアのモル比が最適な１．２となる。
　　（アンモニアの割合）／（窒素酸化物の割合）
　＝（０．０５＋０．９５×０．５２）／（０．９５×０．４８）≒１．２
　脱硝器１４に導入された窒素酸化物およびアンモニアは、脱硝器１４のケーシング３６内に収容された脱硝触媒３８によって無害な窒素と水とに分解される。このとき、窒素酸化物に対するアンモニアのモル比が１．２である（つまり、窒素酸化物よりもアンモニアの方が多い）ことから、窒素酸化物はほぼ分解され、未反応のアンモニアが脱硝触媒３８から排出された処理対象ガスＦ中に残存する。
　未反応のアンモニアを含有する処理対象ガスＦは、脱硝触媒３８の後流側に配置されたアンモニア触媒４０によって窒素と水素とに分解される。然る後、当該水素は、酸化触媒４２によって酸化（燃焼）して無害な水になる。
　このように、処理対象ガスＦ中のアンモニア（および窒素酸化物）が無害な窒素および水に分解された後、当該処理対象ガスＦは、処理対象ガス排気ダクト４８および排気ファン２３を介してアンモニアの除害処理装置１０の外へ排出される。
　このアンモニアの除害処理装置１０によれば、発生源から排出されたアンモニアの一部を窒素酸化物に変換し、然る後、当該窒素酸化物と残部のアンモニアとを反応させて双方を無害化するので、固形吸着剤や触媒等で直接的に除害しなければならないアンモニアの量を、発生源から排出されたアンモニアの量に比べて大幅に少なくすることができ、アンモニアの除害処理装置１０全体のイニシャルコストおよびランニングコストを低減することができる。
　また、このアンモニアの除害処理装置１０では、窒素酸化物に対するアンモニアのモル比を「１．２以上」に設定することにより、脱硝触媒３８において窒素酸化物を確実に分解するとともに、窒素酸化物と未反応のままで脱硝触媒３８から排出されたアンモニアを当該脱硝触媒３８の後流側に設けられたアンモニア触媒４０で分解して、アンモニアの除害処理装置１０から排出される処理対象ガス中の窒素酸化物やアンモニアの量を極小化するようにしている。
　これにより、脱硝触媒３８の後流側に窒素酸化物を除去する装置を設ける必要がなくなり、アンモニアの除害処理装置１０のイニシャルコストおよびランニングコストを確実に低減することができる。なお、モル比は１．２に近い方が、脱硝触媒３８から排出されるアンモニアの量が少なくなり、アンモニア触媒４０の容量を小さくすることができる点で好適である。
　なお、本発明の効果を奏するのに必須の構成要素ではないが、図１に示すように、バイパス路２０の分岐位置よりも上流側における処理対象ガス導入管５２（５２ａ）に、発生源から供給される処理対象ガスＦに含まれるシラン（ＳｉＨ4）あるいは有機金属等を乾式吸着方法によって事前に吸着除去するための前処理装置７６を取り付けてもよい。
　また、当該前処理装置７６をバイパスする前処理装置バイパス路１０２を設け、アンモニアの除害処理装置１０の始動時等において、分解炉１２の内部温度が所定の始動開始温度になるまでの昇温期間中、前処理装置７６をバイパスさせるようにしてもよい。
　また、その一端を前処理装置バイパス路１０２の接続位置よりも上流側における処理対象ガス導入管５２に接続するとともに、他端を処理対象ガス排気ダクト４８に接続し、アンモニアの除害処理装置１０にトラブル（例えば、流路の閉塞）が発生した場合、処理対象ガスＦを直接、処理対象ガス排気ダクト４８にバイパスするための流路を構成するバイパスダクト７４を取り付けてもよい。さらに、当該バイパスダクト７４に、処理対象ガスＦ中のアンモニアを除害するバイパス用アンモニア除害器１０４を設けてもよい。
　また、排気ファン２３を介して外部へ排出する処理対象ガスＦの温度を低下させるため、処理対象ガス排気ダクト４８に処理対象ガスＦを冷却するためのチラーや熱交換器を取り付けてもよい。
　さらに、空気送給装置２８に非常用空気供給器１０６を追加してもよい。この非常用空気供給器１０６は、大略、乾燥圧縮空気ＣＤＡを貯留する空気タンク１０８と、当該空気タンク１０８内の乾燥圧縮空気ＣＤＡを空気送給装置２８の空気供給管３４へ供給するための非常用空気供給管１１０と、非常用空気供給管１１０に設けられ、通常（通電時）は閉状態となっており、停電等によって空気送給ファン３２が非常停止した場合に開状態となる非常用バルブ１１２とで構成されている。
　処理対象ガスＦの除害処理中に停電が発生したとき、排気ファン２３や空気送給ファン３２が停止し、分解炉１２や脱硝器１４中にあった処理対象ガスＦはその位置で滞留してしまうことから、停電等を感知したときには、処理対象ガス導入管５２に窒素ガス等のパージガスが導入されるようになっている。このようなパージガスが導入されると、処理対象ガス導入管５２から処理対象ガス排気ダクト４８かけての処理対象ガスＦが順に押し流されて行くことになるが、そのままでは、処理対象ガス導入管５２内にあった処理対象ガスＦは、酸素不足により分解されることなく排出されるおそれがあった。
　しかし、非常用空気供給器１０６を設けることにより、停電が発生すると、非常用バルブ１１２が開いて空気タンク１０８中の乾燥圧縮空気ＣＤＡが非常用空気供給管１１０および空気供給管３４を経由して分解炉１２内に入り、当該乾燥圧縮空気ＣＤＡと耐火断熱材２４ｂ等で構成されて熱容量の大きい分解炉１２内の熱とによってパージガスで流されてきた処理対象ガスＦに含まれているアンモニアや水素を燃焼分解することができる。このように非常用空気供給器１０６によれば、万一、停電等が発生しても、未処理の処理対象ガスＦを排出することもなく、かつ、分解炉１２や脱硝器１４内に処理対象ガスＦが滞留しないクリーンな状態で装置１０を停止させることができる。
　さらに、図２に示すように、処理対象ガス導入路１６とバイパス路２０との分岐位置（すなわち、処理対象ガス導入管５２とバイパス管５６との接合位置）に分配器２２を設けてもよい（なお、分配器２２を設ける場合、バイパス流量調節弁１０１は不要になる。）。
　分配器２２は、所定の割合の処理対象ガスＦを当該処理対象ガス導入路１６から分岐してバイパス路２０に流す役割を有するものであり、図３に示すように、大略、内部空間５８を有するケーシング６０と、当該内部空間５８を処理対象ガスＦの上流空間５８ａと下流空間５８ｂとに区分けする（図中では左右方向に区分けする例を示しているが、もちろん上下方向に区分けしてもよい。）セパレータ６２とを備えている。
　上流空間５８ａを臨むケーシング６０の側面には、処理対象ガスＦを分配器２２に供給する処理対象ガス導入管５２（５２ａ）が接続される上流側処理対象ガス導入管接続孔６４が形成されており、下流空間５８ｂを臨むケーシング６０の側面には、バイパス管５６が挿通されるバイパス管挿通孔６６が形成されており、さらに、下流空間５８ｂを臨むケーシング６０の下面には、分配器２２で分配された後の処理対象ガスＦを分解炉１２に導入する処理対象ガス導入管５２（５２ｂ）が接続される下流側処理対象ガス導入管接続孔６８が形成されている。
　セパレータ６２は、所定の厚さを有する板材であってその表面から裏面にかけて互いに等しい直径にて複数の貫通孔７０が形成されており、この貫通孔７０によってケーシング６０の上流空間５８ａと下流空間５８ｂとが互いに連通されている。ここで、バイパス管５６の端部には、貫通孔７０の径とほぼ同じ内径を有するノズル部７２が形成されており、当該ノズル部７２の先端がセパレータ６２に形成された複数の貫通孔７０のうちのいずれか１つに接続されている。なお、バイパス管５６の端部にノズル部７２を形成せず、貫通孔７０の径よりも大径のままでバイパス管５６の端を、対応する貫通孔７０に被せるようにしてセパレータ６２に接続してもよい。
　この分配器２２によれば、セパレータ６２によって区分けされた、ケーシング６０内の両空間５８ａ、５８ｂおよびこれらを互いに連通させる複数の貫通孔７０が処理対象ガス導入路１６の一部になっていることから、上流から流れてきた処理対象ガスＦは、一方の空間５８ａに入った後で各貫通孔７０にほぼ均等に分配され、それぞれ均等な流速で通過する（貫通孔７０の数が多ければ多いほど、各貫通孔７０を通流する処理対象ガスＦの流量はより均一になる。）。
　このとき、バイパス路２０の一端が貫通孔７０のいずれか１つに接続されていることから、当該バイパス路２０には、上流から流れてきた処理対象ガスＦの全流量を貫通孔７０の数で除した分の処理対象ガスＦが分岐されることになり（例えば、貫通孔７０の数が２０であれば、バイパス路２０に分岐される処理対象ガスＦの割合は、１／２０＝０．０５＝５％となる。）、この割合は、処理対象ガスＦの流量が極端に少なくならない限り、流量の変動に拘わらずほぼ一定になる。
　したがって、本発明によれば、処理対象ガスＦの流量変動に拘わらず、予め設定した割合（＝貫通孔７０の数）の処理対象ガスＦをバイパス路２０に分岐することによって、除害処理を安定して継続できるアンモニアの除害処理装置１０を提供することができる。
　１０…アンモニアの除害処理装置
　１２…分解炉
　１４…脱硝器
　１６…処理対象ガス導入路
　１８…処理対象ガス連絡路
　２０…バイパス路
　２２…分配器
　２３…排気ファン
　２４…ケーシング
　２６…電気ヒータ
　２８…空気送給装置
　３０…処理対象ガス供給管
　３２…空気送給ファン
　３４…空気供給管
　３５…温度計
　３６…（脱硝器の）ケーシング
　３８…脱硝触媒
　４０…アンモニア触媒
　４２…酸化触媒
　４４…バイパスガス混合器
　４６…処理対象ガス連絡路接続孔
　４８…処理対象ガス排気ダクト
　５０…処理対象ガス排気ダクト接続孔
　５２…処理対象ガス導入管
　５４…下部ケーシング
　５６…バイパス管
　５８…（ケーシングの）内部空間
　６０…ケーシング
　６２…セパレータ
　６４…上流側処理対象ガス導入管接続孔
　６６…バイパス管挿通孔
　６８…下流側処理対象ガス導入管接続孔
　７０…貫通孔
　７２…ノズル部
　７４…バイパスダクト
　７６…前処理装置
　８０…冷却空気送給装置
　８２…冷却空気送給ファン
　８４…冷却空気供給管
　８６…温度計
　１００…バイパス路開度調整バルブ
　１０１…バイパス流量調節弁
　１０２…前処理装置バイパス路
　１０４…バイパス用アンモニア除害器
　１０６…非常用空気供給器
　１０８…空気タンク
　１１０…非常用空気供給管
　１１２…非常用バルブ
　１２０…ダンパ

Claims (7)

  1. 　処理対象ガスに含まれるアンモニアの全部あるいは一部を酸素雰囲気下で熱分解して窒素酸化物を生成する分解炉と、
    　一端が前記分解炉に接続され、前記分解炉に処理対象ガスを導入する処理対象ガス導入路と、
    　一端が前記処理対象ガス導入路に接続されているとともに、他端が前記分解炉の下流側に接続され、前記処理対象ガス導入路を通流する処理対象ガスの一部を分岐して前記分解炉をバイパスさせ、前記分解炉から排出された処理対象ガスに混合させるバイパス路と、
    　前記バイパス路の他端が接続された位置よりもさらに下流側に接続され、前記バイパス路でバイパスされた処理対象ガス中のアンモニアを還元剤として窒素酸化物を分解する脱硝触媒が収容された脱硝器とを備えており、
    　処理対象ガスに水素が含まれている場合、あるいは前記分解炉の内部温度がアンモニアの熱分解温度よりも高く設定された基準温度以上になった場合に前記バイパス路の開度を開き、逆に、処理対象ガスに水素が含まれない場合、あるいは前記内部温度が前記基準温度よりも低くなった場合に前記バイパス路の開度を絞るバイパス路開度調整バルブが前記バイパス路に設けられていることを特徴とするアンモニアの除害処理装置。
  2. 　前記バイパス路の他端が接続された中央部、および、両端部において前記中央部に比べて小径に形成された縮径部を有しており、一方の前記縮径部が前記分解炉の下流側に接続されているとともに、他方の前記縮径部が前記脱硝器に接続されたバイパスガス混合器と、
    　前記分解炉と前記バイパスガス混合器との間に冷却空気を送給して、前記分解炉から排出された処理対象ガスを前記脱硝触媒による窒素酸化物の分解に適した温度に低下させる冷却空気送給装置とをさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載のアンモニアの除害処理装置。
  3. 　前記処理対象ガス導入路から分岐して前記バイパス路に処理対象ガスを流す場合において、その処理対象ガスの割合は、前記脱硝触媒に導入される処理対象ガスにおいて窒素酸化物に対するアンモニアのモル比が１．２以上となるように設定されており、
    　前記脱硝触媒の後流側には、処理対象ガス中のアンモニアを分解するアンモニア触媒が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のアンモニアの除害処理装置。
  4. 　ケーシングと、前記ケーシングの内部を２つの空間に区分けするとともに、両空間を互いに連通させる複数の貫通孔が形成されたセパレータとを有する分配器をさらに備えており、
    　前記両空間、および前記貫通孔が前記処理対象ガス導入路の一部となっており、
    　前記バイパス路の一端が前記貫通孔のいずれか１つに接続されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のアンモニアの除害処理装置。
  5. 　処理対象ガス導入路に導入された、アンモニアを含む処理対象ガスの内、所定の割合の処理対象ガスをバイパス路に分岐させるとともに、残部の処理対象ガスを、当該処理対象ガスに含まれるアンモニアの全部あるいは一部を酸素雰囲気下で熱分解して窒素酸化物を生成する分解炉に導入し、
    　前記分解炉から排出された処理対象ガスと、前記バイパス路を通って前記分解炉をバイパスした処理対象ガスとを混合した後、バイパスされた処理対象ガス中のアンモニア、および前記分解炉から排出された処理対象ガス中にアンモニアが残留する場合における当該アンモニアを還元剤として窒素酸化物を分解する脱硝触媒に供給するアンモニアの除害処理方法であって、
    　処理対象ガスに水素が含まれている場合、あるいは前記分解炉の内部温度がアンモニアの熱分解温度よりも高く設定された基準温度以上になった場合には、前記バイパス路へ分岐する処理対象ガスの量を減少させ、
    　逆に、処理対象ガスに水素が含まれない場合、あるいは前記内部温度が前記基準温度よりも低くなった場合には、前記バイパス路へ分岐する処理対象ガスの量を増加させることを特徴とするアンモニアの除害処理方法。
  6. 　前記分解炉から排出された処理対象ガスに対し、バイパスした処理対象ガスを混合させる前に、前記分解炉から排出された処理対象ガスを前記脱硝触媒による窒素酸化物の分解に適した温度に低下させる冷却空気を送給し、
    　中央部に比べて小径に形成された縮径部を有するバイパスガス混合器においてバイパスした処理対象ガスを混合させることを特徴とする請求項５に記載のアンモニアの除害処理方法。
  7. 　前記処理対象ガス導入路から分岐して前記バイパス路に流す処理対象ガスの割合は、前記脱硝触媒に導入される処理対象ガスにおいて窒素酸化物に対するアンモニアのモル比が１．２以上となるように設定されており、
    　前記脱硝触媒に処理対象ガスを供給した後、前記脱硝触媒から排出された処理対象ガスを、当該処理対象ガス中のアンモニアを分解するアンモニア触媒に供給することを特徴とする請求項５または６に記載のアンモニアの除害処理方法。
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