アンモニア処理システム及びアンモニア処理方法
【課題】副生成物の発生を抑制しつつ、高濃度のアンモニアを分解できるアンモニア処理システム及びアンモニア処理方法を提供する。
【解決手段】処理ガスに含まれるアンモニアの一部を分解する第１触媒塔と、第１触媒塔から排出された処理ガスを冷却する冷却器と、冷却された処理ガスに含まれる残りのアンモニアを分解する第２触媒塔と、を備えたことを特徴とするアンモニア処理システム。
【解決手段】処理ガスに含まれるアンモニアの一部を分解する第１触媒塔と、第１触媒塔から排出された処理ガスを冷却する冷却器と、冷却された処理ガスに含まれる残りのアンモニアを分解する第２触媒塔と、を備えたことを特徴とするアンモニア処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンモニア処理システム及びアンモニア処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、火力発電所や下水処理場等から発生するアンモニアを触媒を用いて分解するアンモニア処理システムが知られている。このアンモニア処理システムは、処理ガスに含まれるアンモニアを触媒に接触させる触媒塔を備えている。この触媒塔では、例えば４ＮＨ３＋３Ｏ２→２Ｎ２＋６Ｈ２Ｏに示す分解反応が生じ、アンモニアが分解される（例えば特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２１６３００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、前述したアンモニア処理システムでは、触媒塔に供給する処理ガスのアンモニア濃度を高めて、アンモニアの分解効率を高めることが望まれている。しかしながら、アンモニアの分解反応は発熱反応であるため、処理ガスのアンモニア濃度が高いほど、分解反応で生じる発熱量も多くなり、触媒塔の温度が上昇しやすい。触媒塔の温度が上昇すると、環境汚染の原因となるＮＯｘやＮ２Ｏ等の副生成物の生成率が増大する傾向にある。このため、前述したアンモニア処理システムでは、副生成物の発生を抑制しつつ、例えば処理ガスのアンモニア濃度が２％を超えるような高濃度のアンモニアを分解することは困難であった。
【０００５】
本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、副生成物の発生を抑制しつつ、高濃度のアンモニアを分解できるアンモニア処理システム及びアンモニア処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するための発明は、処理ガスに含まれるアンモニアの一部を分解する第１触媒塔と、前記第１触媒塔から排出された前記処理ガスを冷却する冷却器と、冷却された前記処理ガスに含まれる残りの前記アンモニアを分解する第２触媒塔と、を備えたことを特徴とするアンモニア処理システムである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、副生成物の発生を抑制しつつ、高濃度のアンモニアを分解できるアンモニア処理システム及びアンモニア処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態にかかるアンモニア処理システムの構成例を説明するための模式図である。
【図２】本実施形態にかかるアンモニア処理システムの外形を示す平面図である。
【図３】車載した図２に示すアンモニア処理システムの外形を示す正面図である。
【図４】本実施形態にかかる触媒層の表面の構造を示す模式図である。
【図５】本実施形態にかかる触媒層における基材の表面の一部を示す斜視図である。
【図６】図５に示す触媒層における基材の全体構造を示す斜視図である。
【図７】第１確認試験の結果を示すグラフである。
【図８】（ａ）は第２確認試験の結果を示すグラフであり、（ｂ）は（ａ）に示す結果を説明するための触媒塔Ａの模式図である。
【図９】（ａ）は第３確認試験の結果を示すグラフであり、（ｂ）は（ａ）に示す結果を説明するための触媒層及び冷却器の模式図である。
【図１０】その他の実施形態にかかるアンモニア処理システムの構成例を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
===アンモニア処理システムの全体構成===
図１、図２、図３を参照しつつ、本実施形態にかかるアンモニア処理システム１の全体構成について説明する。尚、図１は、アンモニア処理システム１の構成を説明するための模式図である。図２は、アンモニア処理システム１の外径を示す平面図である。図３は、トラック９に車載したアンモニア処理システム１の外形を示す正面図である。
【００１０】
図２及び図３に示すように、アンモニア処理システム１は、例えば組み立てられた状態でトラック９に車載され、火力発電所等のアンモニア取扱設備を定期点検する際に、当該アンモニア取扱設備の付近まで持ち運ばれる。そして、アンモニア取扱設備においてアンモニアを貯蔵するアンモニアタンク７内に残留するアンモニアガスを分解処理する。具体的には、アンモニアタンク７内の残留アンモニアガスは、流量調整装置６によってアンモニアの濃度が例えば２％となるように空気と混合された後、ブロワ８によってアンモニア処理システム１に処理ガスとして供給される。このアンモニア処理システム１は、加熱装置２と、第１触媒塔３と、冷却器４と、第２触媒塔５とを備えている。
【００１１】
加熱装置２は、熱交換器２０と、ヒータ２１とを備えている。熱交換器２０は、第２触媒塔５から排出された処理ガスと、第１触媒塔３に供給される前の処理ガスとを熱交換させる。これによって、熱交換器２０は、第２触媒塔５から排出された処理ガスを冷却するとともに、第１触媒塔３に供給される前の処理ガスを加熱する。
【００１２】
ヒータ２１は、例えば、熱交換器２０から排出された処理ガスの温度を検知するセンサ（不図示）を備えている。ヒータ２１は、このセンサによって、熱交換器２０で処理ガスが加熱されたことを検出するまでの間、即ち、第２触媒塔５から処理ガスが排出され、熱交換器２０に供給されるまでの間、第１触媒塔３に供給される前の処理ガスを加熱する。
【００１３】
第１触媒塔３は、第１触媒層３０を備え、処理ガスに含まれるアンモニアの一部を分解する。冷却器４は、熱交換器４０と、この熱交換器４０に空気を送風するブロワ４１とを備えている。熱交換器４０は、第１触媒塔３から排出された処理ガスと、ブロワ４１を介して供給される空気とを熱交換させる。これによって、熱交換器４０は、第１触媒塔３から排出された処理ガスを冷却する。
【００１４】
第２触媒塔５は、第２触媒層５０、第３触媒層５１、第４触媒層５２を備え、処理ガスに含まれる残りのアンモニアを分解する。尚、本実施形態では、第１触媒塔３の第１触媒層３０及び第２触媒塔５の第２触媒層５０乃至第４触媒層５２は、夫々同一の構成からなることとし、総称して触媒層とする。この触媒層の詳細については後述する。
【００１５】
本実施形態にかかるアンモニア処理システム１では、第１触媒塔３において、処理ガスに含まれるアンモニアの一部を分解する。このため、処理ガスに含まれる全アンモニアを分解する場合に比べて、アンモニアの分解反応による発熱量を低減でき、第１触媒塔３の最大温度の上昇を抑制できる。そして、第１触媒塔３から排出された処理ガスを冷却器４によって冷却してから第２触媒塔５に供給する。この処理ガスは、第１触媒塔３でアンモニアが分解されているため、アンモニア濃度が低減している。第２触媒塔５の最大温度は、第２触媒塔５の入口温度と、処理ガスのアンモニア濃度とに起因して定まる。従って、第２触媒塔５では、第１触媒塔３において処理ガスのアンモニア濃度が低減した分及び冷却器４で処理ガスが冷却された分、第２触媒塔５の最大温度の上昇を抑制できる。よって、アンモニア処理システム１では、副生成物の発生を抑制しつつ、高濃度のアンモニアを分解できる。
【００１６】
===触媒層について===
<<<触媒層の構成について>>>
図４、図５、図６を参照しつつ、本実施形態にかかるアンモニア処理システム１の備える触媒層の構成について、第１触媒層３０を例に挙げて説明する。尚、本実施形態では、第１触媒層３０と、第２触媒層５０乃至第４触媒層５２とは、夫々同一の構成からなるため、第２触媒層５０乃至第４触媒層５２の構成についての説明は省略する。図４は、第１触媒層３０の基材３１の表面における多孔質物質３２及び触媒成分３３の構造を説明するための模式図である。図５は、第１触媒層３０における基材３１の表面の一部を示す斜視図である。図６は、第１触媒層３０における基材３１の全体構造を示す斜視図である。
【００１７】
第１触媒層３０は、例えば、処理ガスに含まれるアンモニアガスと接触することで、アンモニア（ＮＨ３）を酸化して、窒素（Ｎ２）と水（Ｈ２Ｏ）とに分解する。図４に示すように、第１触媒層３０は、基材３１と、多孔質物質３２と、触媒成分３３とを備えている。
【００１８】
多孔質物質３２は、触媒成分３３を担持する。本実施形態では、多孔質物質３２として酸化アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を用いている。触媒成分３３は、Ｐｔ−ＣｕＯ又はＰｔ−ＣｕＯ−Ｃｌからなる。触媒成分３３がＰｔ−ＣｕＯの場合、例えば白金コロイド溶液に多孔質物質３２を含浸することで、多孔質物質３２に触媒成分３３を担持させることができる。また、触媒成分３３がＰｔ−ＣｕＯ−Ｃｌの場合、例えば塩化白金酸（Ｈ２ＰｔＣｌ６）水溶液に多孔質物質３２を含浸することで、多孔質物質３２に触媒成分３３を担持させることができる。
【００１９】
基材３１は、表面に多孔質物質３２がコーティングされ、本実施形態では、ステンレス鋼（ＳＵＳ）によって形成されている。ここで、図５及び図６を参照しつつ、基材３１の構造について具体的に説明する。基材３１は、シート状のベース部３４と、このベース部３４の一方の表面から立ち上がった複数の突出片３５とを備えている。
【００２０】
ベース部３４は、短尺辺と長尺辺とを有する矩形帯状に形成されている。各突出片３５は、ベース部３４の表面から直交する角度で立ち上がっている。また、ベース部３４における各突出片３５の基端部分には突出片３５と同じ形状の貫通孔３６が形成されている。
【００２１】
基材３１は、突出片３５や貫通孔３６が形成されたベース部３４を、一方の短尺辺を中心として巻回された円柱形状を呈している。本実施形態では、ベース部３４は、突出片３５を備える表面が内側となるように巻回されている。これにより、各突出片３５は、円柱形状の中心軸から放射状に向いて設けられ、半径方向に重なり合うベース部３４の隙間（層間）に介在する。これによって、ベース部３４の隙間は突出片３５の高さ以上の間隔に維持され、通気性が確保される。
【００２２】
この第１触媒層３０では、処理ガスを基材３１の一方の端面側から他方の端面側に向かって流すことで、処理ガスに含まれるアンモニアが分解される。具体的には、基材３１の層間には、触媒成分３３を担持する多孔質物質３２がコーティングされた突出片３５が介在しているので、処理ガスが突出片３５と衝突する際にアンモニアの分解反応が生じる。
【００２３】
この際、突出片３５は、処理ガスの入口側である基材３１の一方の端面側から、処理ガスの出口側である他方の端面側に亘って異なる位置に多数配置されている。これによって、処理ガスを流すための流路を基材３１の内部全体に形成でき、基材３１の内部における目詰まりを防止できる。また、突出片３５によって、処理ガスに対する適度な流路抵抗を与えること、処理ガスの流れ方向に変化を与えることができる。さらに、貫通孔３６によって、基材３１の内部において層間を跨いで三次元的に処理ガスを流すことができる。従って、第１触媒層３０では、基材３１の内部全体でアンモニアの分解反応を生じさせることができ、処理ガスに含まれるアンモニアを効率よく分解できる。第２触媒層５０乃至第４触媒層５２についても同様である。
【００２４】
本実施形態にかかる第１触媒塔３では、第１触媒層３０が、基材３１の一方の端面側から他方の端面側に向かって処理ガスが流れるように配置されている。また、第２触媒塔５では、第２触媒層５０、第３触媒層５１、第４触媒層５２が順に、夫々の基材の一方の端面側から他方の端面側に向かって処理ガスが流れるように直列に配置されている。
【００２５】
<<<触媒層のアンモニア分解特性について>>>
ここで、図７、図８を参照しつつ、本実施形態にかかる触媒層のアンモニア分解特性について説明する。尚、図７は、触媒塔Ａの最大温度とＮＯｘの発生率との関係を示すグラフである。図８（ａ）は、触媒塔Ａにおける入口温度と、触媒層ごとの温度及びアンモニアの分解率との関係を示すグラフであり、（ｂ）は、触媒塔Ａの模式図である。
【００２６】
先ず、触媒塔Ａのアンモニア分解特性について第１及び第２確認試験によって確認した。触媒塔Ａは、第１触媒層３０、第２触媒層５０、第３触媒層５１、第４触媒層５２を、夫々の基材の一方の端面側から他方の端面側に向かって処理ガスが流れるように直列に備えている。
【００２７】
第１確認試験では、触媒塔Ａにおいて、アンモニア濃度が１％の処理ガスに含まれるアンモニアを分解した場合に、アンモニアの分解反応に伴って上昇する触媒塔Ａの最大温度と、副生成物として発生したＮＯｘの発生率との関係を確認した。この第１確認試験では、触媒塔Ａへ供給する処理ガスの温度（入口温度）を変化させることで、触媒塔Ａの最大温度を約３４０度〜約３８５度に変化させた。そして、触媒塔Ａから排出された処理ガスに含まれるＮＯｘの濃度をガス検知管法によって分析し、各最大温度におけるＮＯｘの発生率を算出した。
【００２８】
図７に示す第１確認試験の結果より、触媒塔Ａの最大温度が上昇するほど、ＮＯｘの発生率も上昇することが確認された。また、ＮＯｘの発生率は、触媒塔Ａの最大温度が３８０度以下では３〜５％であるが、３８０度を超えると８％に上昇することが確認された。つまり、触媒塔Ａの最大温度を３８０度以下とすることで、効率よくＮＯｘの発生を抑制できることが確認された。
【００２９】
第２確認試験では、触媒塔Ａにおいて、アンモニア濃度が２％の処理ガスに含まれるアンモニアを分解した場合に、触媒塔Ａにおける入口温度と、第１触媒層３０乃至第４触媒層５２夫々の出口における処理ガスの温度（出口温度）及びアンモニアの分解率との関係を確認した。第２確認試験では、触媒塔Ａにおける入口温度を２５０度、２７５度、３００度に夫々変化させた。そして、この入口温度ごとに、各触媒層における出口温度を測定した。また、入口温度を２５０度とした測定では、第１触媒層３０及び第２触媒層５０から夫々排出された処理ガスのアンモニアの濃度をガス検知管法によって分析してアンモニアの分解率を算出した。同様に、入口温度を２７５度、３００度とした測定では、夫々第１触媒層３０から排出された処理ガスにおけるアンモニアの分解率を算出した。
【００３０】
図８（ａ）に示す第２確認試験の結果より、触媒塔Ａの入口温度が高いほど、各触媒層の出口温度も高くなる傾向にあることが確認された。また、触媒塔Ａの入口温度が高いほど、触媒塔Ａの入口に近い触媒層（第１触媒層３０）において、速やかにアンモニアが分解されることが確認された。
【００３１】
触媒塔Ａの入口温度を２７５度及び３００度とした場合、処理ガスが第１触媒層３０を通過した段階で、処理ガスに含まれるアンモニアの９０％以上が分解され、処理ガスの温度も５００度近くまで上昇している。
【００３２】
入口温度を２５０度とした場合、処理ガスが第１触媒層３０を通過した段階では、処理ガスに含まれるアンモニアの分解率は５０％であり、第１触媒層３０の出口温度も約３５０度である。しかし、第２触媒層５０乃至第４触媒層５２において処理ガスに含まれる残りのアンモニアが分解されることで、触媒塔Ａの最大温度は３８０度を超える。
【００３３】
つまり、触媒塔Ａにおいて、アンモニア濃度が２％以上の高濃度のアンモニアを分解する場合、アンモニアの分解反応に伴う副生成物の発生率も８％を超えて高くなることが確認された。
【００３４】
===アンモニア処理システムによる処理について===
第１及び第２確認試験の結果より、本実施形態にかかるアンモニア処理システム１では、第１触媒層３０のみを備える第１触媒塔３に、加熱装置２によって例えば２６０度に加熱した処理ガスを供給することとする。これによって、第１触媒塔３の温度を３８０度以下に維持しつつ、処理ガスに含まれるアンモニアの約５０％を先ず分解する。そして、第１触媒塔３から排出された処理ガスを冷却器４によって例えば約２６０度に冷却してから第２触媒塔５に供給することとする。これによって、第２触媒塔５における入口温度を下げることができる。さらに、第１触媒塔３においてアンモニアの約５０％を分解しているため、アンモニア濃度を低減させた処理ガスを第２触媒塔５に供給できる。このため、第２触媒塔５においても最大温度を３８０度以下に維持したまま、処理ガスに含まれる残りのアンモニアを分解できる。よって、アンモニア処理システム１では、第１触媒塔３及び第２触媒塔５の入口温度を約２６０度とすることで、第１触媒塔３及び第２触媒塔５の最大温度を３８０度以下とすることができ、副生成物の発生をより効率よく抑制しつつ、高濃度のアンモニアを分解できる。
【００３５】
アンモニア処理システム１についても、第１触媒塔３及び第２触媒塔５において、アンモニア濃度が２％の処理ガスに含まれるアンモニアを分解し、第１触媒層３０乃至第４触媒層５２夫々の出口温度と、アンモニアの分解率とを確認する第３確認試験を行った。この第３確認試験について、図９を参照しつつ説明する。尚、図９（ａ）は、第１触媒塔３及び第２触媒塔５における触媒層ごとの温度及びアンモニア分解率を示すグラフであり、（ｂ）は、第１触媒塔３、冷却器４、第２触媒塔５の模式図である。第３確認試験では、第１触媒塔３の入口温度を約２６０度とし、第２触媒塔５の入口温度を約２８０度とした。
【００３６】
図９（ａ）に示す第３確認試験の結果から、第１触媒塔３に備えられる第１触媒層３０の出口温度は約３７０度となり、第１触媒塔３によるアンモニアの分解率は５５％であった。第２触媒塔５の最大温度は、第３触媒層５１の出口温度であり３６０度であった。第２触媒塔５によって処理ガスに含まれるアンモニアの９９％が分解された。よって、アンモニア処理システム１では、第１触媒塔３及び第２触媒塔５の最大温度を３８０度以下とすることができ、副生成物の発生を効率よく抑制しつつ、処理ガスに含まれる高濃度のアンモニアを分解できることが確認された。
【００３７】
＜まとめ＞
以上より、本実施形態にかかるアンモニア処理システム１は、少なくとも、処理ガスに含まれるアンモニアの一部を分解する第１触媒塔３と、第１触媒塔３から排出された処理ガスを冷却する冷却器４と、冷却された処理ガスに含まれる残りのアンモニアを分解する第２触媒塔５とを備えている。
【００３８】
このアンモニア処理システム１によれば、処理ガスに含まれるアンモニアの一部を第１触媒塔３によって分解する。そして、第１触媒塔３におけるアンモニアの分解反応によって温度が上昇した処理ガスを冷却器４で冷却した後に、第２触媒塔５に供給して処理ガスに含まれる残りのアンモニアを分解する。従って、第１触媒塔３及び第２触媒塔５夫々の最大温度が上昇することを抑制できるため、副生成物の発生を抑制しつつ、高濃度のアンモニアを分解処理できる。
【００３９】
また、前述したアンモニア処理システム１は、第１触媒塔３において、アンモニアの一部が分解される温度（例えば約２５０度〜２６０度）に、処理ガスを加熱する加熱装置２をさらに備えることが好ましい。例えば図８（ａ）に示すように、第１触媒塔３におけるアンモニアの分解率は、第１触媒塔３の入口温度の変化に伴って変化する。このため、加熱装置２によって、第１触媒塔３の入口温度を、例えば触媒の活性が得られる下限温度以上であって、処理ガスに含まれるアンモニアの一部のみが分解されるような温度に調整する。これによって、第１触媒塔３の最大温度が上昇することを抑制しつつ、処理ガスに含まれるアンモニアを効率よく分解できる。
【００４０】
また、前述したアンモニア処理システム１における加熱装置２は、第２触媒塔５から排出された処理ガスと、第１触媒塔３に供給される前の処理ガスとを熱交換する熱交換器２０を備えることが好ましい。このアンモニア処理システム１では、第２触媒塔５におけるアンモニアの分解反応によって温度が上昇した処理ガスの排熱を利用して、第１触媒塔３に供給する前の処理ガスを加熱できる。このため、アンモニア処理システム１において処理ガスを処理する際に必要なエネルギーを低減できる。
【００４１】
また、前述したアンモニア処理システム１における第１触媒塔３及び第２触媒塔５における触媒成分３３は、Ｐｔ−ＣｕＯ又はＰｔ−ＣｕＯ−Ｃｌであることが好ましい。このＰｔ−ＣｕＯ系又はＰｔ−ＣｕＯ−Ｃｌ系触媒は、例えばＦｅ−Ｍｇ系等の他の触媒に比べて、触媒活性が高く、高濃度のアンモニアに対しても高い分解率を有する。しかし、アンモニアの分解反応が速やかに生じる分、処理ガスの温度が上昇しやすい。しかし、本実施形態にかかるアンモニア処理システム１では、処理ガスに含まれるアンモニアの一部を第１触媒塔３によって分解した後、処理ガスを冷却器４で冷却してから第２触媒塔５に供給して残りのアンモニアを分解することで、第１触媒塔３及び第２触媒塔５の温度上昇を抑制できる。このため、副生成物の発生を抑制しつつ、触媒成分３３を備える触媒層によって高濃度のアンモニアをより効率的に分解できる。
【００４２】
また、前述したアンモニア処理システム１における第１触媒塔３は、第２触媒塔５よりも少ない量の触媒成分３３を有することが好ましい。アンモニアの分解反応は、処理ガスのアンモニア濃度が高いほど生じやすい。アンモニア処理システム１では、高濃度のアンモニアを含む処理ガスが、先ず、第１触媒塔３に供給され、第１触媒塔３においてアンモニアの一部が分解された処理ガスが第２触媒塔５に供給される。つまり、第１触媒塔３に供給される処理ガスのアンモニア濃度の方が、第２触媒塔５に供給される処理ガスのアンモニア濃度よりも高い。従って、第１触媒塔３は第１触媒層３０のみを備え、第２触媒塔５は第２触媒層５０乃至第４触媒層５２を備えることで、第１触媒塔３において処理ガスに含まれるアンモニアの一部を分解し、第２触媒塔５において残りのアンモニアを分解する。これによって、第１触媒塔３及び第２触媒塔５の最大温度を抑制しつつ、処理ガスに含まれる高濃度のアンモニアを効率よく分解できる。
【００４３】
===アンモニア処理方法について===
本実施形態にかかるアンモニアの処理方法について説明する。このアンモニア処理方法では、先ず、処理ガスに含まれるアンモニアの一部を第１触媒塔３によって分解する第１分解工程を行う。次に、アンモニアの一部が分解された処理ガスを冷却器４によって冷却する冷却工程を行う。次に、冷却された処理ガスに含まれる残りのアンモニアを第２触媒塔５触媒によって分解する第２分解工程を行う。
【００４４】
このアンモニアの処理方法では、第１分解工程において、処理ガスに含まれるアンモニアの一部を分解するため、処理ガスに含まれる全アンモニアを分解する場合に比べて、第１触媒塔３の最大温度の上昇を抑制できる。また、第１分解工程におけるアンモニアの分解反応によって温度が上昇した処理ガスを冷却工程において冷却してから、第２触媒塔５に供給できる。また、第２触媒塔５に供給される処理ガスは、第１分解工程においてアンモニアの濃度が低減している。よって、第２分解工程では、第２触媒塔５の温度が上昇することを抑制できる。このアンモニアの処理方法では、第１触媒塔３及び第２触媒塔５の最大温度が上昇することを抑制できるため、副生成物の発生を抑制しつつ、高濃度のアンモニアを分解処理できる。
【００４５】
===その他の実施形態について===
前述した実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく変更や改良等が可能であり、また本発明はその等価物も含むものである。
【００４６】
前述した処理システム１では、第１触媒塔３及び第２触媒塔５によって処理ガスに含まれるアンモニアを分解することとした。しかし、特にこれに限定されるものではなく、例えば、図１０に示すアンモニア処理システム１０のように、処理ガスに含まれるアンモニアを２より多い複数の分解塔によって分解してもよい。尚、図１０は、アンモニア処理システム１０の構成例を示す模式図である。
【００４７】
このアンモニア処理システム１０は、前述したアンモニア処理システム１における第２触媒塔５にかえて、第２触媒塔５ａを備えている。そして、この第２触媒塔５ａと冷却器４との間にさらに第３触媒塔１５と、中間冷却器１６とを備えている。
【００４８】
第３触媒塔１５は、例えば、第２触媒層５０が、基材の一方の端面側から他方の端面側に向かって処理ガスが流れるように配置されている。また、第３触媒塔１５は、第１触媒塔３によってアンモニアの一部が分解された後、冷却器４で冷却された処理ガスが供給され、この処理ガスに含まれるアンモニアのさらに一部を分解する。
【００４９】
中間冷却器１６は、熱交換器６０と、この熱交換器６０に空気を送風するブロワ６１とを備えている。熱交換器６０は、第３触媒塔１５から排出された処理ガスと、ブロワ６１を介して供給される空気とを熱交換させる。これによって、熱交換器６０は、第３触媒塔１５から排出された処理ガスを冷却する。
【００５０】
第２触媒塔５ａは、例えば、第３触媒層５１、第４触媒層５２が順に、夫々の基材の一方の端面側から他方の端面側に向かって処理ガスが流れるように直列に配置されている。第２触媒塔５ａは、中間冷却器１６で冷却された処理ガスが供給され、この処理ガスに含まれる残りのアンモニアを分解する。
【００５１】
このアンモニア処理システム１０では、第１触媒塔３、第２触媒塔５、第３触媒塔１５及び冷却器４、中間冷却器１６により、処理ガスを冷却しつつ、処理ガスに含まれるアンモニアを３段階に分けて分解する。これによって、各触媒塔の最大温度の上昇をより精度よく抑制できる。このため、高濃度のアンモニアを分解する場合であっても、副生成物の発生をより確実に抑制できる。
【００５２】
尚、本発明のアンモニア処理システムでは、少なくとも２つの触媒塔を備え、この触媒塔同士の間に中間冷却器（冷却器）を備えていればよい。この触媒塔及び冷却器の数は、処理ガスのアンモニア濃度や、アンモニア処理システムを持ち運ぶ際の可搬性等に応じて定められればよい。例えば、前述したアンモニア処理システム１のように、トラック９等に車載する場合には、持ち運びやすいように触媒塔及び冷却器の数が少ない方が好ましい。一方、より高濃度のアンモニアを分解する場合等には、複数の触媒塔によってより確実に副生成物の発生を抑制しつつ、アンモニアを分解することが好ましい。
【００５３】
また、前述したアンモニア処理システム１における第１触媒塔３は第１触媒層３０を備え、第２触媒塔４は第２触媒層５０乃至第４触媒層５２を備えることとしたが、特にこれに限定されるものではない。第１触媒塔３及び第２触媒塔５は、第１触媒塔３によって処理ガスに含まれる一部のアンモニアが分解され、第２触媒塔５によって処理ガスに含まれる残りのアンモニアが分解されるように、夫々触媒を備えていればよい。
【００５４】
例えば、前述した実施形態にかかる触媒層の多孔質物質３２に関しては、Ａｌ２Ｏ３を例示したが、触媒成分３３を担持できればこれに限られない。触媒成分３３に関しては、Ｐｔ−ＣｕＯ又はＰｔ−ＣｕＯ−Ｃｌを例示したが、アンモニアの分解反応に活性を有する触媒であればこれに限られない。基材３１に関しては、ベース部３４の一方の短尺辺を中心として巻回された円柱形状を呈していることとしたが、例えば、複数のベース部３４を重ね合わせた積層構造であることとしてもよい。また、基材３１は、例えば、金属やセラミックス等から形成され、側面を共有する複数の中空の六角柱を蜂の巣状とした、いわゆるハニカム構造であってもよい。これらは、前述したアンモニア処理システム１０における第３触媒塔１５についても同様である。
【００５５】
また、触媒塔夫々に備えられる触媒層の数（触媒の量）は、触媒塔の入口温度、処理ガスに含まれるアンモニアの濃度、触媒層の大きさ、触媒の分解性能等に応じて適宜決定されればよい。例えば、第１触媒塔３と、第２触媒塔５とは互いに異なる触媒を備えてもよい。また、第１触媒塔３と第２触媒塔５とは同じ量の触媒を備えていてもよい。
【００５６】
また、前述した実施形態にかかるアンモニア処理システム１、１０では、第２触媒塔５から排出された処理ガスと、第１触媒塔３に供給される前の処理ガスとを熱交換する熱交換器２０を備えることとした。しかし、特にこれに限られるものではなく、ヒータ２１のみによって第１触媒塔３に供給される前の処理ガスを加熱してもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１、１０…アンモニア処理システム，２…加熱装置，３…第１触媒塔，４…冷却器，５、５ａ…第２触媒塔，６…流量調整装置，７…アンモニアタンク，８、４１、６１…ブロワ，９…トラック，１５…第３触媒塔，１６…中間冷却器，２０、４０、６０…熱交換器，２１…ヒータ，３０…第１触媒層，３１…基材，３２…多孔質物質，３３…触媒成分，３４…ベース部，３５…突出片，３６…貫通孔，５０…第２触媒層，５１…第３触媒層，５２…第４触媒層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンモニア処理システム及びアンモニア処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、火力発電所や下水処理場等から発生するアンモニアを触媒を用いて分解するアンモニア処理システムが知られている。このアンモニア処理システムは、処理ガスに含まれるアンモニアを触媒に接触させる触媒塔を備えている。この触媒塔では、例えば４ＮＨ３＋３Ｏ２→２Ｎ２＋６Ｈ２Ｏに示す分解反応が生じ、アンモニアが分解される（例えば特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２１６３００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、前述したアンモニア処理システムでは、触媒塔に供給する処理ガスのアンモニア濃度を高めて、アンモニアの分解効率を高めることが望まれている。しかしながら、アンモニアの分解反応は発熱反応であるため、処理ガスのアンモニア濃度が高いほど、分解反応で生じる発熱量も多くなり、触媒塔の温度が上昇しやすい。触媒塔の温度が上昇すると、環境汚染の原因となるＮＯｘやＮ２Ｏ等の副生成物の生成率が増大する傾向にある。このため、前述したアンモニア処理システムでは、副生成物の発生を抑制しつつ、例えば処理ガスのアンモニア濃度が２％を超えるような高濃度のアンモニアを分解することは困難であった。
【０００５】
本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、副生成物の発生を抑制しつつ、高濃度のアンモニアを分解できるアンモニア処理システム及びアンモニア処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するための発明は、処理ガスに含まれるアンモニアの一部を分解する第１触媒塔と、前記第１触媒塔から排出された前記処理ガスを冷却する冷却器と、冷却された前記処理ガスに含まれる残りの前記アンモニアを分解する第２触媒塔と、を備えたことを特徴とするアンモニア処理システムである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、副生成物の発生を抑制しつつ、高濃度のアンモニアを分解できるアンモニア処理システム及びアンモニア処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態にかかるアンモニア処理システムの構成例を説明するための模式図である。
【図２】本実施形態にかかるアンモニア処理システムの外形を示す平面図である。
【図３】車載した図２に示すアンモニア処理システムの外形を示す正面図である。
【図４】本実施形態にかかる触媒層の表面の構造を示す模式図である。
【図５】本実施形態にかかる触媒層における基材の表面の一部を示す斜視図である。
【図６】図５に示す触媒層における基材の全体構造を示す斜視図である。
【図７】第１確認試験の結果を示すグラフである。
【図８】（ａ）は第２確認試験の結果を示すグラフであり、（ｂ）は（ａ）に示す結果を説明するための触媒塔Ａの模式図である。
【図９】（ａ）は第３確認試験の結果を示すグラフであり、（ｂ）は（ａ）に示す結果を説明するための触媒層及び冷却器の模式図である。
【図１０】その他の実施形態にかかるアンモニア処理システムの構成例を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
===アンモニア処理システムの全体構成===
図１、図２、図３を参照しつつ、本実施形態にかかるアンモニア処理システム１の全体構成について説明する。尚、図１は、アンモニア処理システム１の構成を説明するための模式図である。図２は、アンモニア処理システム１の外径を示す平面図である。図３は、トラック９に車載したアンモニア処理システム１の外形を示す正面図である。
【００１０】
図２及び図３に示すように、アンモニア処理システム１は、例えば組み立てられた状態でトラック９に車載され、火力発電所等のアンモニア取扱設備を定期点検する際に、当該アンモニア取扱設備の付近まで持ち運ばれる。そして、アンモニア取扱設備においてアンモニアを貯蔵するアンモニアタンク７内に残留するアンモニアガスを分解処理する。具体的には、アンモニアタンク７内の残留アンモニアガスは、流量調整装置６によってアンモニアの濃度が例えば２％となるように空気と混合された後、ブロワ８によってアンモニア処理システム１に処理ガスとして供給される。このアンモニア処理システム１は、加熱装置２と、第１触媒塔３と、冷却器４と、第２触媒塔５とを備えている。
【００１１】
加熱装置２は、熱交換器２０と、ヒータ２１とを備えている。熱交換器２０は、第２触媒塔５から排出された処理ガスと、第１触媒塔３に供給される前の処理ガスとを熱交換させる。これによって、熱交換器２０は、第２触媒塔５から排出された処理ガスを冷却するとともに、第１触媒塔３に供給される前の処理ガスを加熱する。
【００１２】
ヒータ２１は、例えば、熱交換器２０から排出された処理ガスの温度を検知するセンサ（不図示）を備えている。ヒータ２１は、このセンサによって、熱交換器２０で処理ガスが加熱されたことを検出するまでの間、即ち、第２触媒塔５から処理ガスが排出され、熱交換器２０に供給されるまでの間、第１触媒塔３に供給される前の処理ガスを加熱する。
【００１３】
第１触媒塔３は、第１触媒層３０を備え、処理ガスに含まれるアンモニアの一部を分解する。冷却器４は、熱交換器４０と、この熱交換器４０に空気を送風するブロワ４１とを備えている。熱交換器４０は、第１触媒塔３から排出された処理ガスと、ブロワ４１を介して供給される空気とを熱交換させる。これによって、熱交換器４０は、第１触媒塔３から排出された処理ガスを冷却する。
【００１４】
第２触媒塔５は、第２触媒層５０、第３触媒層５１、第４触媒層５２を備え、処理ガスに含まれる残りのアンモニアを分解する。尚、本実施形態では、第１触媒塔３の第１触媒層３０及び第２触媒塔５の第２触媒層５０乃至第４触媒層５２は、夫々同一の構成からなることとし、総称して触媒層とする。この触媒層の詳細については後述する。
【００１５】
本実施形態にかかるアンモニア処理システム１では、第１触媒塔３において、処理ガスに含まれるアンモニアの一部を分解する。このため、処理ガスに含まれる全アンモニアを分解する場合に比べて、アンモニアの分解反応による発熱量を低減でき、第１触媒塔３の最大温度の上昇を抑制できる。そして、第１触媒塔３から排出された処理ガスを冷却器４によって冷却してから第２触媒塔５に供給する。この処理ガスは、第１触媒塔３でアンモニアが分解されているため、アンモニア濃度が低減している。第２触媒塔５の最大温度は、第２触媒塔５の入口温度と、処理ガスのアンモニア濃度とに起因して定まる。従って、第２触媒塔５では、第１触媒塔３において処理ガスのアンモニア濃度が低減した分及び冷却器４で処理ガスが冷却された分、第２触媒塔５の最大温度の上昇を抑制できる。よって、アンモニア処理システム１では、副生成物の発生を抑制しつつ、高濃度のアンモニアを分解できる。
【００１６】
===触媒層について===
<<<触媒層の構成について>>>
図４、図５、図６を参照しつつ、本実施形態にかかるアンモニア処理システム１の備える触媒層の構成について、第１触媒層３０を例に挙げて説明する。尚、本実施形態では、第１触媒層３０と、第２触媒層５０乃至第４触媒層５２とは、夫々同一の構成からなるため、第２触媒層５０乃至第４触媒層５２の構成についての説明は省略する。図４は、第１触媒層３０の基材３１の表面における多孔質物質３２及び触媒成分３３の構造を説明するための模式図である。図５は、第１触媒層３０における基材３１の表面の一部を示す斜視図である。図６は、第１触媒層３０における基材３１の全体構造を示す斜視図である。
【００１７】
第１触媒層３０は、例えば、処理ガスに含まれるアンモニアガスと接触することで、アンモニア（ＮＨ３）を酸化して、窒素（Ｎ２）と水（Ｈ２Ｏ）とに分解する。図４に示すように、第１触媒層３０は、基材３１と、多孔質物質３２と、触媒成分３３とを備えている。
【００１８】
多孔質物質３２は、触媒成分３３を担持する。本実施形態では、多孔質物質３２として酸化アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を用いている。触媒成分３３は、Ｐｔ−ＣｕＯ又はＰｔ−ＣｕＯ−Ｃｌからなる。触媒成分３３がＰｔ−ＣｕＯの場合、例えば白金コロイド溶液に多孔質物質３２を含浸することで、多孔質物質３２に触媒成分３３を担持させることができる。また、触媒成分３３がＰｔ−ＣｕＯ−Ｃｌの場合、例えば塩化白金酸（Ｈ２ＰｔＣｌ６）水溶液に多孔質物質３２を含浸することで、多孔質物質３２に触媒成分３３を担持させることができる。
【００１９】
基材３１は、表面に多孔質物質３２がコーティングされ、本実施形態では、ステンレス鋼（ＳＵＳ）によって形成されている。ここで、図５及び図６を参照しつつ、基材３１の構造について具体的に説明する。基材３１は、シート状のベース部３４と、このベース部３４の一方の表面から立ち上がった複数の突出片３５とを備えている。
【００２０】
ベース部３４は、短尺辺と長尺辺とを有する矩形帯状に形成されている。各突出片３５は、ベース部３４の表面から直交する角度で立ち上がっている。また、ベース部３４における各突出片３５の基端部分には突出片３５と同じ形状の貫通孔３６が形成されている。
【００２１】
基材３１は、突出片３５や貫通孔３６が形成されたベース部３４を、一方の短尺辺を中心として巻回された円柱形状を呈している。本実施形態では、ベース部３４は、突出片３５を備える表面が内側となるように巻回されている。これにより、各突出片３５は、円柱形状の中心軸から放射状に向いて設けられ、半径方向に重なり合うベース部３４の隙間（層間）に介在する。これによって、ベース部３４の隙間は突出片３５の高さ以上の間隔に維持され、通気性が確保される。
【００２２】
この第１触媒層３０では、処理ガスを基材３１の一方の端面側から他方の端面側に向かって流すことで、処理ガスに含まれるアンモニアが分解される。具体的には、基材３１の層間には、触媒成分３３を担持する多孔質物質３２がコーティングされた突出片３５が介在しているので、処理ガスが突出片３５と衝突する際にアンモニアの分解反応が生じる。
【００２３】
この際、突出片３５は、処理ガスの入口側である基材３１の一方の端面側から、処理ガスの出口側である他方の端面側に亘って異なる位置に多数配置されている。これによって、処理ガスを流すための流路を基材３１の内部全体に形成でき、基材３１の内部における目詰まりを防止できる。また、突出片３５によって、処理ガスに対する適度な流路抵抗を与えること、処理ガスの流れ方向に変化を与えることができる。さらに、貫通孔３６によって、基材３１の内部において層間を跨いで三次元的に処理ガスを流すことができる。従って、第１触媒層３０では、基材３１の内部全体でアンモニアの分解反応を生じさせることができ、処理ガスに含まれるアンモニアを効率よく分解できる。第２触媒層５０乃至第４触媒層５２についても同様である。
【００２４】
本実施形態にかかる第１触媒塔３では、第１触媒層３０が、基材３１の一方の端面側から他方の端面側に向かって処理ガスが流れるように配置されている。また、第２触媒塔５では、第２触媒層５０、第３触媒層５１、第４触媒層５２が順に、夫々の基材の一方の端面側から他方の端面側に向かって処理ガスが流れるように直列に配置されている。
【００２５】
<<<触媒層のアンモニア分解特性について>>>
ここで、図７、図８を参照しつつ、本実施形態にかかる触媒層のアンモニア分解特性について説明する。尚、図７は、触媒塔Ａの最大温度とＮＯｘの発生率との関係を示すグラフである。図８（ａ）は、触媒塔Ａにおける入口温度と、触媒層ごとの温度及びアンモニアの分解率との関係を示すグラフであり、（ｂ）は、触媒塔Ａの模式図である。
【００２６】
先ず、触媒塔Ａのアンモニア分解特性について第１及び第２確認試験によって確認した。触媒塔Ａは、第１触媒層３０、第２触媒層５０、第３触媒層５１、第４触媒層５２を、夫々の基材の一方の端面側から他方の端面側に向かって処理ガスが流れるように直列に備えている。
【００２７】
第１確認試験では、触媒塔Ａにおいて、アンモニア濃度が１％の処理ガスに含まれるアンモニアを分解した場合に、アンモニアの分解反応に伴って上昇する触媒塔Ａの最大温度と、副生成物として発生したＮＯｘの発生率との関係を確認した。この第１確認試験では、触媒塔Ａへ供給する処理ガスの温度（入口温度）を変化させることで、触媒塔Ａの最大温度を約３４０度〜約３８５度に変化させた。そして、触媒塔Ａから排出された処理ガスに含まれるＮＯｘの濃度をガス検知管法によって分析し、各最大温度におけるＮＯｘの発生率を算出した。
【００２８】
図７に示す第１確認試験の結果より、触媒塔Ａの最大温度が上昇するほど、ＮＯｘの発生率も上昇することが確認された。また、ＮＯｘの発生率は、触媒塔Ａの最大温度が３８０度以下では３〜５％であるが、３８０度を超えると８％に上昇することが確認された。つまり、触媒塔Ａの最大温度を３８０度以下とすることで、効率よくＮＯｘの発生を抑制できることが確認された。
【００２９】
第２確認試験では、触媒塔Ａにおいて、アンモニア濃度が２％の処理ガスに含まれるアンモニアを分解した場合に、触媒塔Ａにおける入口温度と、第１触媒層３０乃至第４触媒層５２夫々の出口における処理ガスの温度（出口温度）及びアンモニアの分解率との関係を確認した。第２確認試験では、触媒塔Ａにおける入口温度を２５０度、２７５度、３００度に夫々変化させた。そして、この入口温度ごとに、各触媒層における出口温度を測定した。また、入口温度を２５０度とした測定では、第１触媒層３０及び第２触媒層５０から夫々排出された処理ガスのアンモニアの濃度をガス検知管法によって分析してアンモニアの分解率を算出した。同様に、入口温度を２７５度、３００度とした測定では、夫々第１触媒層３０から排出された処理ガスにおけるアンモニアの分解率を算出した。
【００３０】
図８（ａ）に示す第２確認試験の結果より、触媒塔Ａの入口温度が高いほど、各触媒層の出口温度も高くなる傾向にあることが確認された。また、触媒塔Ａの入口温度が高いほど、触媒塔Ａの入口に近い触媒層（第１触媒層３０）において、速やかにアンモニアが分解されることが確認された。
【００３１】
触媒塔Ａの入口温度を２７５度及び３００度とした場合、処理ガスが第１触媒層３０を通過した段階で、処理ガスに含まれるアンモニアの９０％以上が分解され、処理ガスの温度も５００度近くまで上昇している。
【００３２】
入口温度を２５０度とした場合、処理ガスが第１触媒層３０を通過した段階では、処理ガスに含まれるアンモニアの分解率は５０％であり、第１触媒層３０の出口温度も約３５０度である。しかし、第２触媒層５０乃至第４触媒層５２において処理ガスに含まれる残りのアンモニアが分解されることで、触媒塔Ａの最大温度は３８０度を超える。
【００３３】
つまり、触媒塔Ａにおいて、アンモニア濃度が２％以上の高濃度のアンモニアを分解する場合、アンモニアの分解反応に伴う副生成物の発生率も８％を超えて高くなることが確認された。
【００３４】
===アンモニア処理システムによる処理について===
第１及び第２確認試験の結果より、本実施形態にかかるアンモニア処理システム１では、第１触媒層３０のみを備える第１触媒塔３に、加熱装置２によって例えば２６０度に加熱した処理ガスを供給することとする。これによって、第１触媒塔３の温度を３８０度以下に維持しつつ、処理ガスに含まれるアンモニアの約５０％を先ず分解する。そして、第１触媒塔３から排出された処理ガスを冷却器４によって例えば約２６０度に冷却してから第２触媒塔５に供給することとする。これによって、第２触媒塔５における入口温度を下げることができる。さらに、第１触媒塔３においてアンモニアの約５０％を分解しているため、アンモニア濃度を低減させた処理ガスを第２触媒塔５に供給できる。このため、第２触媒塔５においても最大温度を３８０度以下に維持したまま、処理ガスに含まれる残りのアンモニアを分解できる。よって、アンモニア処理システム１では、第１触媒塔３及び第２触媒塔５の入口温度を約２６０度とすることで、第１触媒塔３及び第２触媒塔５の最大温度を３８０度以下とすることができ、副生成物の発生をより効率よく抑制しつつ、高濃度のアンモニアを分解できる。
【００３５】
アンモニア処理システム１についても、第１触媒塔３及び第２触媒塔５において、アンモニア濃度が２％の処理ガスに含まれるアンモニアを分解し、第１触媒層３０乃至第４触媒層５２夫々の出口温度と、アンモニアの分解率とを確認する第３確認試験を行った。この第３確認試験について、図９を参照しつつ説明する。尚、図９（ａ）は、第１触媒塔３及び第２触媒塔５における触媒層ごとの温度及びアンモニア分解率を示すグラフであり、（ｂ）は、第１触媒塔３、冷却器４、第２触媒塔５の模式図である。第３確認試験では、第１触媒塔３の入口温度を約２６０度とし、第２触媒塔５の入口温度を約２８０度とした。
【００３６】
図９（ａ）に示す第３確認試験の結果から、第１触媒塔３に備えられる第１触媒層３０の出口温度は約３７０度となり、第１触媒塔３によるアンモニアの分解率は５５％であった。第２触媒塔５の最大温度は、第３触媒層５１の出口温度であり３６０度であった。第２触媒塔５によって処理ガスに含まれるアンモニアの９９％が分解された。よって、アンモニア処理システム１では、第１触媒塔３及び第２触媒塔５の最大温度を３８０度以下とすることができ、副生成物の発生を効率よく抑制しつつ、処理ガスに含まれる高濃度のアンモニアを分解できることが確認された。
【００３７】
＜まとめ＞
以上より、本実施形態にかかるアンモニア処理システム１は、少なくとも、処理ガスに含まれるアンモニアの一部を分解する第１触媒塔３と、第１触媒塔３から排出された処理ガスを冷却する冷却器４と、冷却された処理ガスに含まれる残りのアンモニアを分解する第２触媒塔５とを備えている。
【００３８】
このアンモニア処理システム１によれば、処理ガスに含まれるアンモニアの一部を第１触媒塔３によって分解する。そして、第１触媒塔３におけるアンモニアの分解反応によって温度が上昇した処理ガスを冷却器４で冷却した後に、第２触媒塔５に供給して処理ガスに含まれる残りのアンモニアを分解する。従って、第１触媒塔３及び第２触媒塔５夫々の最大温度が上昇することを抑制できるため、副生成物の発生を抑制しつつ、高濃度のアンモニアを分解処理できる。
【００３９】
また、前述したアンモニア処理システム１は、第１触媒塔３において、アンモニアの一部が分解される温度（例えば約２５０度〜２６０度）に、処理ガスを加熱する加熱装置２をさらに備えることが好ましい。例えば図８（ａ）に示すように、第１触媒塔３におけるアンモニアの分解率は、第１触媒塔３の入口温度の変化に伴って変化する。このため、加熱装置２によって、第１触媒塔３の入口温度を、例えば触媒の活性が得られる下限温度以上であって、処理ガスに含まれるアンモニアの一部のみが分解されるような温度に調整する。これによって、第１触媒塔３の最大温度が上昇することを抑制しつつ、処理ガスに含まれるアンモニアを効率よく分解できる。
【００４０】
また、前述したアンモニア処理システム１における加熱装置２は、第２触媒塔５から排出された処理ガスと、第１触媒塔３に供給される前の処理ガスとを熱交換する熱交換器２０を備えることが好ましい。このアンモニア処理システム１では、第２触媒塔５におけるアンモニアの分解反応によって温度が上昇した処理ガスの排熱を利用して、第１触媒塔３に供給する前の処理ガスを加熱できる。このため、アンモニア処理システム１において処理ガスを処理する際に必要なエネルギーを低減できる。
【００４１】
また、前述したアンモニア処理システム１における第１触媒塔３及び第２触媒塔５における触媒成分３３は、Ｐｔ−ＣｕＯ又はＰｔ−ＣｕＯ−Ｃｌであることが好ましい。このＰｔ−ＣｕＯ系又はＰｔ−ＣｕＯ−Ｃｌ系触媒は、例えばＦｅ−Ｍｇ系等の他の触媒に比べて、触媒活性が高く、高濃度のアンモニアに対しても高い分解率を有する。しかし、アンモニアの分解反応が速やかに生じる分、処理ガスの温度が上昇しやすい。しかし、本実施形態にかかるアンモニア処理システム１では、処理ガスに含まれるアンモニアの一部を第１触媒塔３によって分解した後、処理ガスを冷却器４で冷却してから第２触媒塔５に供給して残りのアンモニアを分解することで、第１触媒塔３及び第２触媒塔５の温度上昇を抑制できる。このため、副生成物の発生を抑制しつつ、触媒成分３３を備える触媒層によって高濃度のアンモニアをより効率的に分解できる。
【００４２】
また、前述したアンモニア処理システム１における第１触媒塔３は、第２触媒塔５よりも少ない量の触媒成分３３を有することが好ましい。アンモニアの分解反応は、処理ガスのアンモニア濃度が高いほど生じやすい。アンモニア処理システム１では、高濃度のアンモニアを含む処理ガスが、先ず、第１触媒塔３に供給され、第１触媒塔３においてアンモニアの一部が分解された処理ガスが第２触媒塔５に供給される。つまり、第１触媒塔３に供給される処理ガスのアンモニア濃度の方が、第２触媒塔５に供給される処理ガスのアンモニア濃度よりも高い。従って、第１触媒塔３は第１触媒層３０のみを備え、第２触媒塔５は第２触媒層５０乃至第４触媒層５２を備えることで、第１触媒塔３において処理ガスに含まれるアンモニアの一部を分解し、第２触媒塔５において残りのアンモニアを分解する。これによって、第１触媒塔３及び第２触媒塔５の最大温度を抑制しつつ、処理ガスに含まれる高濃度のアンモニアを効率よく分解できる。
【００４３】
===アンモニア処理方法について===
本実施形態にかかるアンモニアの処理方法について説明する。このアンモニア処理方法では、先ず、処理ガスに含まれるアンモニアの一部を第１触媒塔３によって分解する第１分解工程を行う。次に、アンモニアの一部が分解された処理ガスを冷却器４によって冷却する冷却工程を行う。次に、冷却された処理ガスに含まれる残りのアンモニアを第２触媒塔５触媒によって分解する第２分解工程を行う。
【００４４】
このアンモニアの処理方法では、第１分解工程において、処理ガスに含まれるアンモニアの一部を分解するため、処理ガスに含まれる全アンモニアを分解する場合に比べて、第１触媒塔３の最大温度の上昇を抑制できる。また、第１分解工程におけるアンモニアの分解反応によって温度が上昇した処理ガスを冷却工程において冷却してから、第２触媒塔５に供給できる。また、第２触媒塔５に供給される処理ガスは、第１分解工程においてアンモニアの濃度が低減している。よって、第２分解工程では、第２触媒塔５の温度が上昇することを抑制できる。このアンモニアの処理方法では、第１触媒塔３及び第２触媒塔５の最大温度が上昇することを抑制できるため、副生成物の発生を抑制しつつ、高濃度のアンモニアを分解処理できる。
【００４５】
===その他の実施形態について===
前述した実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく変更や改良等が可能であり、また本発明はその等価物も含むものである。
【００４６】
前述した処理システム１では、第１触媒塔３及び第２触媒塔５によって処理ガスに含まれるアンモニアを分解することとした。しかし、特にこれに限定されるものではなく、例えば、図１０に示すアンモニア処理システム１０のように、処理ガスに含まれるアンモニアを２より多い複数の分解塔によって分解してもよい。尚、図１０は、アンモニア処理システム１０の構成例を示す模式図である。
【００４７】
このアンモニア処理システム１０は、前述したアンモニア処理システム１における第２触媒塔５にかえて、第２触媒塔５ａを備えている。そして、この第２触媒塔５ａと冷却器４との間にさらに第３触媒塔１５と、中間冷却器１６とを備えている。
【００４８】
第３触媒塔１５は、例えば、第２触媒層５０が、基材の一方の端面側から他方の端面側に向かって処理ガスが流れるように配置されている。また、第３触媒塔１５は、第１触媒塔３によってアンモニアの一部が分解された後、冷却器４で冷却された処理ガスが供給され、この処理ガスに含まれるアンモニアのさらに一部を分解する。
【００４９】
中間冷却器１６は、熱交換器６０と、この熱交換器６０に空気を送風するブロワ６１とを備えている。熱交換器６０は、第３触媒塔１５から排出された処理ガスと、ブロワ６１を介して供給される空気とを熱交換させる。これによって、熱交換器６０は、第３触媒塔１５から排出された処理ガスを冷却する。
【００５０】
第２触媒塔５ａは、例えば、第３触媒層５１、第４触媒層５２が順に、夫々の基材の一方の端面側から他方の端面側に向かって処理ガスが流れるように直列に配置されている。第２触媒塔５ａは、中間冷却器１６で冷却された処理ガスが供給され、この処理ガスに含まれる残りのアンモニアを分解する。
【００５１】
このアンモニア処理システム１０では、第１触媒塔３、第２触媒塔５、第３触媒塔１５及び冷却器４、中間冷却器１６により、処理ガスを冷却しつつ、処理ガスに含まれるアンモニアを３段階に分けて分解する。これによって、各触媒塔の最大温度の上昇をより精度よく抑制できる。このため、高濃度のアンモニアを分解する場合であっても、副生成物の発生をより確実に抑制できる。
【００５２】
尚、本発明のアンモニア処理システムでは、少なくとも２つの触媒塔を備え、この触媒塔同士の間に中間冷却器（冷却器）を備えていればよい。この触媒塔及び冷却器の数は、処理ガスのアンモニア濃度や、アンモニア処理システムを持ち運ぶ際の可搬性等に応じて定められればよい。例えば、前述したアンモニア処理システム１のように、トラック９等に車載する場合には、持ち運びやすいように触媒塔及び冷却器の数が少ない方が好ましい。一方、より高濃度のアンモニアを分解する場合等には、複数の触媒塔によってより確実に副生成物の発生を抑制しつつ、アンモニアを分解することが好ましい。
【００５３】
また、前述したアンモニア処理システム１における第１触媒塔３は第１触媒層３０を備え、第２触媒塔４は第２触媒層５０乃至第４触媒層５２を備えることとしたが、特にこれに限定されるものではない。第１触媒塔３及び第２触媒塔５は、第１触媒塔３によって処理ガスに含まれる一部のアンモニアが分解され、第２触媒塔５によって処理ガスに含まれる残りのアンモニアが分解されるように、夫々触媒を備えていればよい。
【００５４】
例えば、前述した実施形態にかかる触媒層の多孔質物質３２に関しては、Ａｌ２Ｏ３を例示したが、触媒成分３３を担持できればこれに限られない。触媒成分３３に関しては、Ｐｔ−ＣｕＯ又はＰｔ−ＣｕＯ−Ｃｌを例示したが、アンモニアの分解反応に活性を有する触媒であればこれに限られない。基材３１に関しては、ベース部３４の一方の短尺辺を中心として巻回された円柱形状を呈していることとしたが、例えば、複数のベース部３４を重ね合わせた積層構造であることとしてもよい。また、基材３１は、例えば、金属やセラミックス等から形成され、側面を共有する複数の中空の六角柱を蜂の巣状とした、いわゆるハニカム構造であってもよい。これらは、前述したアンモニア処理システム１０における第３触媒塔１５についても同様である。
【００５５】
また、触媒塔夫々に備えられる触媒層の数（触媒の量）は、触媒塔の入口温度、処理ガスに含まれるアンモニアの濃度、触媒層の大きさ、触媒の分解性能等に応じて適宜決定されればよい。例えば、第１触媒塔３と、第２触媒塔５とは互いに異なる触媒を備えてもよい。また、第１触媒塔３と第２触媒塔５とは同じ量の触媒を備えていてもよい。
【００５６】
また、前述した実施形態にかかるアンモニア処理システム１、１０では、第２触媒塔５から排出された処理ガスと、第１触媒塔３に供給される前の処理ガスとを熱交換する熱交換器２０を備えることとした。しかし、特にこれに限られるものではなく、ヒータ２１のみによって第１触媒塔３に供給される前の処理ガスを加熱してもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１、１０…アンモニア処理システム，２…加熱装置，３…第１触媒塔，４…冷却器，５、５ａ…第２触媒塔，６…流量調整装置，７…アンモニアタンク，８、４１、６１…ブロワ，９…トラック，１５…第３触媒塔，１６…中間冷却器，２０、４０、６０…熱交換器，２１…ヒータ，３０…第１触媒層，３１…基材，３２…多孔質物質，３３…触媒成分，３４…ベース部，３５…突出片，３６…貫通孔，５０…第２触媒層，５１…第３触媒層，５２…第４触媒層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理ガスに含まれるアンモニアの一部を分解する第１触媒塔と、
前記第１触媒塔から排出された前記処理ガスを冷却する冷却器と、
冷却された前記処理ガスに含まれる残りの前記アンモニアを分解する第２触媒塔と、
を備えたことを特徴とするアンモニア処理システム。
【請求項２】
前記第１触媒塔において、前記アンモニアの一部が分解される温度に、前記処理ガスを加熱する加熱装置をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のアンモニア処理システム。
【請求項３】
前記加熱装置は、前記第２触媒塔から排出された前記処理ガスと、前記第１触媒塔に供給される前の前記処理ガスとを熱交換する熱交換器を備えたことを特徴とする請求項２に記載のアンモニア処理システム。
【請求項４】
前記第１触媒塔及び前記第２触媒塔における触媒は、Ｐｔ−ＣｕＯ又はＰｔ−ＣｕＯ−Ｃｌを含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のアンモニア処理システム。
【請求項５】
前記第１触媒塔は、前記第２触媒塔よりも少ない量の前記触媒を有することを特徴とする請求項４に記載のアンモニア処理システム。
【請求項６】
前記冷却器と、前記第２触媒塔との間において、
冷却された前記処理ガスに含まれるアンモニアの一部を分解する第３触媒塔と、
前記第３触媒塔から排出された前記処理ガスを冷却する中間冷却器と、
をさらに備えたことを特徴とする前記請求項１乃至５の何れかに記載のアンモニア処理システム。
【請求項７】
処理ガスに含まれるアンモニアの一部を触媒によって分解する第１分解工程と、
前記アンモニアの一部が分解された前記処理ガスを冷却する冷却工程と、
冷却された前記処理ガスに含まれる残りの前記アンモニアを触媒によって分解する第２分解工程と、
を行うことを特徴とするアンモニア処理方法。
【請求項１】
処理ガスに含まれるアンモニアの一部を分解する第１触媒塔と、
前記第１触媒塔から排出された前記処理ガスを冷却する冷却器と、
冷却された前記処理ガスに含まれる残りの前記アンモニアを分解する第２触媒塔と、
を備えたことを特徴とするアンモニア処理システム。
【請求項２】
前記第１触媒塔において、前記アンモニアの一部が分解される温度に、前記処理ガスを加熱する加熱装置をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のアンモニア処理システム。
【請求項３】
前記加熱装置は、前記第２触媒塔から排出された前記処理ガスと、前記第１触媒塔に供給される前の前記処理ガスとを熱交換する熱交換器を備えたことを特徴とする請求項２に記載のアンモニア処理システム。
【請求項４】
前記第１触媒塔及び前記第２触媒塔における触媒は、Ｐｔ−ＣｕＯ又はＰｔ−ＣｕＯ−Ｃｌを含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のアンモニア処理システム。
【請求項５】
前記第１触媒塔は、前記第２触媒塔よりも少ない量の前記触媒を有することを特徴とする請求項４に記載のアンモニア処理システム。
【請求項６】
前記冷却器と、前記第２触媒塔との間において、
冷却された前記処理ガスに含まれるアンモニアの一部を分解する第３触媒塔と、
前記第３触媒塔から排出された前記処理ガスを冷却する中間冷却器と、
をさらに備えたことを特徴とする前記請求項１乃至５の何れかに記載のアンモニア処理システム。
【請求項７】
処理ガスに含まれるアンモニアの一部を触媒によって分解する第１分解工程と、
前記アンモニアの一部が分解された前記処理ガスを冷却する冷却工程と、
冷却された前記処理ガスに含まれる残りの前記アンモニアを触媒によって分解する第２分解工程と、
を行うことを特徴とするアンモニア処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−１００７８（Ｐ２０１３−１００７８Ａ）
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４４６８５（Ｐ２０１１−１４４６８５）
【出願日】平成２３年６月２９日（２０１１．６．２９）
【出願人】（０００２１１３０７）中国電力株式会社 (6,505)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２９日（２０１１．６．２９）
【出願人】（０００２１１３０７）中国電力株式会社 (6,505)
【Ｆターム（参考）】
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