(57)【要約】【課題】９００℃よりも相当に低い温度の被処理ガス中の一酸化窒素を、高い脱硝率で還元処理することができるガス処理方法およびガス処理装置を提供する。【解決手段】本発明のガス処理方法は、窒素酸化物を含有する被処理ガスを処理するガス処理方法であって、前記被処理ガスにアンモニアが混合されてなる混合ガスに対して、紫外線を照射する工程を有し、前記混合ガス中における一酸化窒素に対するアンモニアの割合が、モル比で１．５以上であることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒素酸化物を含有する被処理ガスを処理するガス処理方法であって、
前記被処理ガスにアンモニアが混合されてなる混合ガスに対して、紫外線を照射する工程を有し、
前記混合ガス中における一酸化窒素に対するアンモニアの割合が、モル比で１．５以上であることを特徴とするガス処理方法。
【請求項２】
前記紫外線は、波長が１９０ｎｍ以下の光を含むことを特徴とする請求項１に記載のガス処理方法。
【請求項３】
前記被処理ガスをアンモニア水溶液に接触させることによって、前記混合ガスを調製することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガス処理方法。
【請求項４】
前記混合ガスに対して紫外線を照射して得られる光照射処理済ガスを、アンモニア回収用水に接触させることによって、当該光照射処理済ガス中のアンモニアを回収することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のガス処理方法。
【請求項５】
窒素酸化物を含有する被処理ガスを処理するガス処理装置であって、
アンモニアを供給するアンモニア供給部と、
前記被処理ガスに前記アンモニア供給部からのアンモニアが混合された混合ガスに対して、紫外線を照射する光照射処理部と
前記混合ガス中における一酸化窒素に対するアンモニアの割合を、モル比で１．５以上となるよう調整するアンモニア濃度調整手段と
を備えてなることを特徴とするガス処理装置。
【請求項６】
前記光照射処理部は、前記混合ガスに紫外線を照射する紫外線光源として、波長が１９０ｎｍ以下の光を含む紫外線を放射するランプを有することを特徴とする請求項５に記載のガス処理装置。
【請求項７】
前記アンモニア供給部は、前記アンモニアをアンモニア水溶液の状態で供給するものであり、
前記被処理ガスを前記アンモニア供給部から供給されたアンモニア水溶液に接触させることにより、前記混合ガスを調製する混合ガス調製部を備えてなることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のガス処理装置。
【請求項８】
前記光照射処理部から排出される光照射処理済ガスをアンモニア回収用水に接触させることにより、当該光照射処理済ガス中のアンモニアを回収するアンモニア回収部を備えてなることを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれかに記載のガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒素酸化物を含む被処理ガスを処理するガス処理方法およびガス処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば焼却炉若しくは燃焼炉や、ディーゼルエンジン等の内燃機関においては、その使用時に、空気中の窒素と酸素とが反応することにより、或いは燃料等に含まれる窒素と酸素とが反応することにより、一酸化窒素（ＮＯ）や二酸化窒素（ＮＯ2 ）等の窒素酸化物（ＮＯx ）が生成されるため、焼却炉等や内燃機関などから排出される排ガス中には、一酸化窒素や二酸化窒素等の窒素酸化物が含まれている。このような窒素酸化物は、それ自体が人体に有害な物質であると共に、光化学スモッグや酸性雨を引き起こす大気汚染原因物質である。そのため、焼却炉等や内燃機関から排出される排ガスについては、それに含まれる窒素酸化物を処理することが行われている。焼却炉等や内燃機関から排出される窒素酸化物のほとんどはＮＯであり、それを還元処理することが行われている。
【０００３】
従来、排ガス中のＮＯを還元処理する方法としては、アンモニアを用いる方法が知られており、このようなガス処理方法としては、ＮＯを含む被処理ガスに、当該被処理ガス中の窒素酸化物と同等の当量若しくは若干少ない当量のアンモニアを混合する方法が知られている。
また、ＮＯを含む被処理ガスに、当該被処理ガス中のＮＯと同等の当量若しくは若干少ない当量のアンモニアを混合し、還元触媒を用いる方法も知られている。
さらには、ＮＯを含む被処理ガスに、当該被処理ガス中のＮＯと同等の当量若しくは若干少ない当量のアンモニアを混合すると共に、得られた混合ガスに波長１９０〜３００ｎｍの紫外線を照射することにより、生成したアンモニアラジカルとＮＯとを反応させる方法が提案されている（特許文献１等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−７７３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のガス処理方法においては、被処理ガスを例えば９００℃以上の高温で処理することが必要であり、９００℃よりも相当に低い温度では、ＮＯを高い脱硝率で還元処理することが困難である。このため、被処理ガスを加熱するための加熱装置を設けることが必要となることから、ガス処理装置全体が大型のものとなる。また、被処理ガスを加熱するための費用がかかることから、被処理ガスの処理コストが増大する、という問題がある。
【０００６】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、９００℃よりも相当に低い温度の被処理ガス中のＮＯを、高い脱硝率で還元処理することができるガス処理方法およびガス処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のガス処理方法は、窒素酸化物を含有する被処理ガスを処理するガス処理方法であって、
前記被処理ガスにアンモニアが混合されてなる混合ガスに対して、紫外線を照射する工程を有し、
前記混合ガス中における一酸化窒素に対するアンモニアの割合が、モル比で１．５以上であることを特徴とする。
【０００８】
本発明のガス処理方法においては、前記紫外線は、波長が１９０ｎｍ以下の光を含むことが好ましい。
また、前記被処理ガスをアンモニア水溶液に接触させることによって、前記混合ガスを調製することが好ましい。
また、前記混合ガスに対して紫外線を照射して得られる光照射処理済ガスを、アンモニア回収用水に接触させることによって、当該光照射処理済ガス中のアンモニアを回収することが好ましい。
【０００９】
本発明のガス処理装置は、窒素酸化物を含有する被処理ガスを処理するガス処理装置であって、
アンモニアを供給するアンモニア供給部と、
前記被処理ガスに前記アンモニア供給部からのアンモニアが混合された混合ガスに対して、紫外線を照射する光照射処理部と
前記混合ガス中における一酸化窒素に対するアンモニアの割合を、モル比で１．５以上となるよう調整するアンモニア濃度調整手段と
を備えてなることを特徴とする。
【００１０】
本発明のガス処理装置においては、前記光照射処理部は、前記混合ガスに紫外線を照射する紫外線光源として、波長が１９０ｎｍ以下の光を含む紫外線を放射するランプを有することが好ましい。
また、前記アンモニア供給部は、前記アンモニアをアンモニア水溶液の状態で供給するものであり、
前記被処理ガスを前記アンモニア供給部から供給されたアンモニア水溶液に接触させることにより、前記混合ガスを調製する混合ガス調製部を備えてなることが好ましい。
また、前記光照射処理部から排出される光照射処理済ガスをアンモニア回収用水に接触させることにより、当該光照射処理済ガス中のアンモニアを回収するアンモニア回収部を備えてなることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、被処理ガスに、当該被処理ガス中に含まれるＮＯに対してモル比で１．５以上のアンモニアが混合された混合ガスを調製し、この混合ガスに紫外線を照射するため、低い温度の被処理ガス中のＮＯを、高い脱硝率で還元処理することができる。
また、被処理ガスをアンモニア水溶液に接触させることによって混合ガスを調製することにより、被処理ガス中に含まれるばい塵を除去することができる。
また、光照射処理済ガスをアンモニア回収用水に接触させることによって、当該光照射処理済ガス中のアンモニアを回収することにより、光照射処理済ガスからアンモニアを除去することができると共に、回収したアンモニアを再利用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明のガス処理装置の一例における構成の概略を示す説明図である。
【図２】本発明のガス処理装置の他の例における構成の概略を示す説明図である。
【図３】実施例で使用した実験用ガス処理装置の構成の概略を示す説明図である。
【図４】図３に示す実験用ガス処理装置における光照射処理部の構成を一部を破断して示す説明図である。
【図５】実験例１〜６および比較実験例１〜４に係るガス処理方法において、ＮＯに対するアンモニアのモル比と脱硝率との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明のガス処理方法およびガス処理装置の実施の形態について説明する。
図１は、本発明のガス処理装置の一例における構成の概略を示す説明図である。このガス処理装置は、窒素酸化物として主にＮＯを含有する低い温度の被処理ガスを処理するガス処理装置であって、アンモニアを供給するアンモニア供給部１０と、被処理ガスにアンモニア供給部１０からのアンモニアが混合された混合ガスに対して、紫外線を照射する光照射処理部２０とを備えてなる。
【００１４】
アンモニア供給部１０は、アンモニアの供給源が貯蔵されたアンモニア貯蔵部１１と、キャリアガスが貯蔵されたキャリアガス貯蔵部１２と、アンモニアガス貯蔵部１１およびキャリアガス貯蔵部１２の各々に導管１３，１４を介して接続された、アンモニアガスおよびキャリアガスが混合されてなる処理用ガスを調製する処理用ガス調製部１５とにより構成されている。
【００１５】
光照射処理部２０は、被処理ガスおよび処理用ガスが導入される処理室Ｓを形成する処理室形成部２１を有し、この処理室形成部２１には、被処理ガスを導入する被処理ガス導入口２１Ａ、光照射処理済ガスを排出する処理済ガス排出口２１Ｂ、および処理用ガスを導入する処理用ガス導入口２１Ｃが形成されている。また、この処理室形成部２１には、紫外線を透過する例えば石英ガラスよりなる板状の紫外線透過窓２２が設けられている。紫外線透過窓２２に対向する位置には、紫外線放射ランプ２５が配置されている。被処理ガス導入口２１Ａには、被処理ガスの導入路を形成する導管２６が接続され、処理済ガス排出口２１Ｂには、光照射処理済ガスの排出路を形成する導管２７が接続されている。また、処理用ガス導入口２１Ｃは、処理用ガスの導入路を形成する導管１６を介して、アンモニア供給部１０における処理用ガス調製部１５に接続されている。
【００１６】
アンモニアガス貯蔵部１１と処理用ガス調製部１５とを接続する導管１３には、アンモニアガス貯蔵部１１からのアンモニアガスの流量を調整するアンモニアガス流量制御機構１７が設けられ、被処理ガスの導入路を形成する導管２６には、被処理ガスの流量を調整する被処理ガス流量制御機構２８が設けられており、アンモニアガス流量制御機構１７および被処理ガス流量制御機構２８によって、後述する混合ガス中におけるＮＯに対するアンモニアの割合を調整するアンモニア濃度調整手段が構成されている。
【００１７】
アンモニア供給部１０において、アンモニア貯蔵部１１に貯蔵されるアンモニアの供給源としては、アンモニアガス、液体アンモニアを用いることができるが、反応によってアンモニアを生成し得るもの、例えば尿素やヒドラジン等、アンモニアを生成する化合物との混合物なども用いることができる。
キャリアガス貯蔵部１２から供給されるキャリアガスとしては、空気、窒素ガスなどを用いることができる。
【００１８】
紫外線放射ランプ２５としては、アンモニアにおけるＮ−Ｈ結合を切断し得るエネルギーを有する紫外線を放射するものであればよいが、効率よくアンモニアラジカルを生成させることができる点で、波長が１９０ｎｍ以下の紫外線を放射するものであることが好ましい。
また、紫外線透過窓２２を構成する材料として１２０ｎｍより短い波長の紫外線を効率よく透過するものがなく、また、比較的安価な石英ガラスは１２０ｎｍより短い紫外線によりダメージを受け、短時間に破損してしまうことから、紫外線放射ランプ２５としては、波長が１２０ｎｍ以上の紫外線を放射するものを用いることが好ましい。
このような紫外線を放射する紫外線放射ランプの具体例としては、重水素ランプ（波長１２０〜１７０ｎｍ）、ＡｒＢｒエキシマランプ（波長１６５ｎｍ）、Ｘｅエキシマランプ（波長１７２ｎｍ）、ＡｒＣｌエキシマランプ（波長１７５ｎｍ）、低圧水銀ランプ（波長１８５ｎｍ）などが挙げられる。
【００１９】
上記のガス処理装置においては、被処理ガス（矢印Ｇ１で示す）が、焼却炉、燃焼炉または内燃機関などの被処理ガス発生源（図示省略）から導管２６を介して光照射処理部２０における処理室Ｓに導入される。
一方、アンモニア供給部１０においては、アンモニアガス（矢印ｇ１で示す）が、アンモニアガス貯蔵部１１から導管１３を介して処理用ガス調製部１５に供給されると共に、キャリアガス（矢印ｇ２で示す）が、キャリアガス貯蔵部１２から導管１４を介して処理用ガス調製部１５に供給され、これにより、当該処理用ガス調製部１５においてアンモニアガスとキャリアガスとが混合されて処理用ガスが調製される。このアンモニアガスを含む処理用ガス（矢印ｇ３で示す）は、処理用ガス調製部１５から導管１６を介して光照射処理部２０における処理室Ｓ内に導入される。
【００２０】
光照射処理部２０における処理室Ｓ内においては、被処理ガスとアンモニアガスを含む処理用ガスとが混合されることによって混合ガスが調製されると共に、紫外線放射ランプ２５からの紫外線（矢印Ｌで示す）が、紫外線透過窓２２を介して混合ガスに照射される。これにより、当該混合ガス中のアンモニアガスが下記反応式（１）〜（２）に示すような光分解反応によってアンモニアラジカルが発生し、このアンモニアラジカルによって被処理ガス中のＮＯが下記反応式（３）〜（５）に示す反応により還元処理される。ここで、アンモニアラジカルとは、アンモニアから生ずるラジカルおよびイオンを意味し、主に下記反応式（１）〜（２）に示すＮＨ2 ラジカルおよびＮＨラジカルであるが、その他Ｎラジカル、Ｎ+ イオン、ＮＨ+ イオン、ＮＨ2+イオン、ＮＨ3+イオンなども含まれる。
さらには、アンモニアへの紫外線照射で生成したＮＨ2 ラジカルやＮＨラジカルとＮＯとが還元反応することによって、下記反応式（３）および下記反応式（５）に示すようにＯＨラジカルが生成する。このＯＨラジカルは、下記反応式（６）に示すようにアンモニアからＮＨ2 ラジカルを生成させ，下記反応式（３）に示すＮＯの還元反応に寄与する。これらの反応式（３）〜反応式（６）の反応は連鎖反応であり、ＮＯを効率良く還元する原理となっている。
その後、混合ガスに対して紫外線を照射して得られる光照射処理済ガス（矢印Ｇ２で示す）は、導管２７を介して外部に排出される。
【００２１】
反応式（１）：
ＮＨ3 ＋ｈν  →  ＮＨ2 ＋Ｈ
反応式（２）：
ＮＨ3 ＋ｈν  →  ＮＨ＋Ｈ2 
反応式（３）：
ＮＯ＋ＮＨ2   →  ＮＮＨ＋ＯＨ
反応式（４）：
ＮＮＨ  →  Ｎ2 ＋Ｈ
反応式（５）：
ＮＯ＋ＮＨ  →  Ｎ2 ＋ＯＨ
反応式（６）：
ＮＨ3 ＋ＯＨ  →  ＮＨ2 ＋Ｈ
［反応式（１）および反応式（２）において、「ｈ」はプランク定数（６．６３×１０-34 〔Ｊｓ〕）であり、「ν」は照射される紫外線の振動数（光速／波長）である。
【００２２】
以上において、光照射処理部２０における処理室Ｓ内の混合ガスは、アンモニア濃度調整手段によって、当該混合ガス中におけるＮＯに対するアンモニアの割合がモル比で１．５以上、好ましくは１．５〜３となるよう調整される。具体的には、被処理ガス流量制御機構２８によって処理室Ｓに導入される被処理ガスの流量が制御されると共に、アンモニアガス流量制御機構１７によって処理用ガス調製部１５に供給されるアンモニアガスの流量が制御されることにより、混合ガス中におけるＮＯに対するアンモニアの割合が調整される。
混合ガス中におけるＮＯに対するアンモニアの割合がモル比で１．５未満である場合には、ＮＯを高い脱硝率で還元処理することが困難となる。また、混合ガス中におけるＮＯに対するアンモニアの割合がモル比で３を超える場合には、光照射処理済ガス中に多量にアンモニアガスが残存するため、好ましくない。
【００２３】
また、光照射処理部２０における混合ガスに対する紫外線の照射条件としては、紫外線のフォトン数と混合ガス中に含まれるアンモニア分子数との比（フォトン数）/（アンモニア分子数）が０．５０〜０．８５であることが好ましく、０．７７が好適である。（フォトン数）/（アンモニア分子数）が０．５０未満のときには、上記反応式（１）および上記反応式（２）で示す反応において、十分なＮＨ2 ラジカルおよびＮＨラジカルが生成せず、高い脱硝率は得られないことがある。また、（フォトン数）/（アンモニア分子数）が０．８５以上のときには，高い脱硝率が得られるもののエネルギー効率が低下するため、好ましくない。
【００２４】
また、光照射処理部２０における処理室Ｓ内の混合ガスの温度は、例えば室温〜３５０℃のような低温であってもよく、被処理ガス発生源からの被処理ガスを、加熱することなしに光照射処理部２０に導入すればよい。
また、アンモニアラジカルによるＮＯの還元処理時間、具体的には、光照射処理部２０における混合ガスの滞留時間は、（フォトン数）/（アンモニア分子数）が０．５０〜０．８５となる１４．４〜２４．９秒間であることが好ましく、より好ましくは（フォトン数）/（アンモニア分子数）が０．７７となる２２．４秒間である。
【００２５】
このようなガス処理装置およびガス処理方法によれば、被処理ガスに、当該被処理ガス中に含まれるＮＯに対してモル比で１．５以上のアンモニアが混合された混合ガスを調製し、この混合ガスに紫外線を照射するため、低い温度の被処理ガス中のＮＯを、高い脱硝率で還元処理することができる。従って、被処理ガス中のＮＯの還元処理において、加熱装置を設けることが不要となるため、ガス処理装置全体の小型化を図ることができると共に、被処理ガスの処理コストの低減化を図ることができる。
【００２６】
図２は、本発明のガス処理装置の他の例における構成の概略を示す説明図である。このガス処理装置は、窒素酸化物を含有する被処理ガスを処理するガス処理装置であって、アンモニアをアンモニア水溶液の状態で供給するアンモニア供給部３０と、被処理ガスをアンモニア供給部３０から供給されたアンモニア水溶液に接触させることにより、被処理ガスにアンモニアが混合されてなる混合ガスを調製する混合ガス調製部３５と、混合ガス調製部３５からの混合ガスに対して、紫外線を照射する光照射処理部４０と、光照射処理部４０から排出される光照射処理済ガスをアンモニア回収用水に接触させることにより、当該光照射処理済ガス中のアンモニアを回収するアンモニア回収部５０とを備えてなる。
【００２７】
アンモニア供給部３０から供給されるアンモニア水溶液としては、被処理ガスのＮＯ濃度、温度および流量によって異なるが、アンモニアの濃度が例えば５〜６０質量％のものを用いることができる。
【００２８】
この例の混合ガス調製部３５は、被処理ガスとアンモニア水溶液とを気液体混合することにより、被処理ガスにアンモニア水溶液から気化したアンモニアガスが混合されてなる混合ガスを調製するものである。この混合ガス調製部３５には、被処理ガスを導入する被処理ガス導入口３５Ａ、調製された混合ガスを光照射処理部４０に供給する混合ガス供給口３５Ｂ、アンモニア供給部３０からのアンモニア水溶液を導入する液体導入口３５Ｃ、および混合ガス調製部３５からアンモニア水溶液を排出する液体排出口３５Ｄが形成されている。混合ガス調製部３５におけるガス導入口３５Ａには、被処理ガスの導入路を形成する導管３６が接続され、混合ガス供給口３５Ｂには、混合ガスの導入路を形成する導管３７が接続され、液体排出口３５Ｄには、アンモニア水溶液の排出路を形成する導管３８が接続されている。また、液体導入口３５Ｃは、アンモニア水溶液の導入路を形成する導管３１を介してアンモニア供給部３０に接続されている。
このような混合ガス調製部３５としては、ウェットスクラバーを利用することができる。
【００２９】
光照射処理部４０は、混合ガスが導入される処理室Ｓを形成する処理室形成部４１を有し、この処理室形成部４１には、混合ガスを導入する混合ガス導入口４１Ａおよび光照射処理済ガスを排出する処理済ガス排出口４１Ｂが形成されている。また、この処理室形成部４１には、紫外線を透過する例えば石英ガラスよりなる板状の紫外線透過窓４２が設けられている。紫外線透過窓４２に対向する位置には、紫外線放射ランプ４５が配置されている。混合ガス導入口４１Ａには、混合ガスの導入路を形成する導管３７が接続され、処理済ガス排出口４１Ｂには、光照射処理済ガスの排出路を形成する導管４３が接続されている。
紫外線放射ランプ４５としては、図１に示すガス処理装置における紫外線放射ランプ２５と同様のものを用いることができる。
【００３０】
アンモニア回収部５０は、光照射処理済ガスとアンモニア回収用水とを気液混合処理することによって、アンモニア回収用水に、光照射処理済ガス中に含まれるアンモニアガスを溶解させ、これにより、アンモニアをアンモニア水溶液として回収するものである。このアンモニア回収部５０は、アンモニア回収用水が貯蔵されたアンモニア回収用水貯蔵部５１と、光照射処理部４０から排出される光照射処理済ガスおよびアンモニア回収用水貯蔵部５１から供給されるアンモニア回収用水を気液混合処理する気液混合処理部５２と、気液混合処理部５２において得られるアンモニア水溶液を回収する回収タンク５３とを備えてなる。
【００３１】
アンモニア回収用水としては、水道水、蒸留水などを用いることができるが、後述する循環路５４によって回収タンク５３内のアンモニア水溶液をアンモニア供給部３０に導入しない場合には、海水や、塩酸または硫酸などの酸性水溶液などを用いることができる。
【００３２】
気液混合処理部５２には、光照射処理済ガスを導入するガス導入口５２Ａ、気液混合処理された光照射処理済ガスを排出するガス排出口５２Ｂ、アンモニア回収用水貯蔵部５１からのアンモニア回収用水を導入する液体導入口５２Ｃ、および気液混合処理によって得られるアンモニア水溶液を排出する液体排出口５２Ｄが形成されている。気液混合処理部５２におけるガス導入口５２Ａには導管４３が接続され、ガス排出口５２Ｂには、光照射処理済ガスの排出路を形成する導管５５が接続されている。また、液体導入口５２Ｃは、アンモニア回収用水の導入路を形成する導管５６を介して、アンモニア回収用水貯蔵部５１に接続され、液体排出口５２Ｄは、除塵フィルタ５８を有する導管５７を介して、回収タンク５３に接続されている。
このような気液混合処理部５２としては、ウェットスクラバーを利用することができる。
また、図示の例では、回収タンク５３は、循環路５４を介してアンモニア供給部３０に接続されている。
【００３３】
アンモニア供給部３０と混合ガス調製部３５とを接続する導管３１には、アンモニアガス供給部３０からのアンモニア水溶液の流量を調整するアンモニア水溶液流量制御機構３２が設けられ、被処理ガスの導入路を形成する導管３６には、被処理ガスの流量を調整する被処理ガス流量制御機構３９が設けられており、アンモニア水溶液流量制御機構３２および被処理ガス流量制御機構３９によって、後述する混合ガス中におけるＮＯに対するアンモニアの割合を調整するアンモニア濃度調整手段が構成されている。
【００３４】
上記のガス処理装置においては、被処理ガス（矢印Ｇ１で示す）が、焼却炉、燃焼炉または内燃機関などの被処理ガス発生源（図示省略）から導管３６を介して混合ガス調製部３５に導入されると共に、アンモニア水溶液（矢印Ｌ１で示す）が、アンモニア供給部３０から導管３１を介して混合ガス調製部３５に供給される。
混合ガス調製部３５においては、被処理ガスとアンモニア水溶液とが気液混合処理されることにより、被処理ガスにアンモニア水溶液から気化したアンモニアガスが混合されてなる混合ガスを調製される。このとき、被処理ガス中に含まれるばい塵は、アンモニア水溶液と混合されることによって除去されるため、得られる混合ガスは、ばい塵の含有量が少ないものとなる。この混合ガス（矢印Ｇ３で示す）は、混合ガス調製部３５から導管３７を介して光照射処理部４０における処理室Ｓ内に導入される。一方、気液混合処理後のアンモニア水溶液（矢印Ｌ２で示す）は、混合ガス調製部３５から導管３８を介して外部に排出される。
【００３５】
光照射処理部４０における処理室Ｓ内においては、紫外線放射ランプ４５からの紫外線（矢印Ｌで示す）が、紫外線透過窓４２を介して処理室Ｓ内の混合ガスに照射される。これにより、当該混合ガス中のアンモニアガスが反応することによってアンモニアラジカルが発生し、このアンモニアラジカルによって被処理ガス中の窒素酸化物が還元処理される。
その後、混合ガスに対して紫外線を照射して得られる光照射処理済ガス（矢印Ｇ２で示す）は、処理済ガス排出口４１Ｂおよび導管４３を介してアンモニア回収部５０における気液混合処理部５２に導入される。
【００３６】
アンモニア回収部５０においては、アンモニア回収用水（矢印Ｌ３で示す）が、アンモニア回収用水貯蔵部５１から導管５６を介して気液混合処理部５２に供給される。
気液混合処理部５２においては、光照射処理済ガスとアンモニア回収用水とが気液混合処理されることにより、光照射処理済ガス中に含まれるアンモニアが、アンモニア回収用水に溶解することによってアンモニア水溶液として回収される。このアンモニア水溶液（矢印Ｌ４で示す）は、導管５７を介して回収タンク５３に導入される。一方、気液混合処理された光照射処理済ガス（矢印Ｇ４で示す）は、導管５５を介して外部に排出される。
【００３７】
以上において、光照射処理部４０における処理室Ｓ内の混合ガスは、アンモニア濃度調整手段によって、当該混合ガス中におけるＮＯに対するアンモニアの割合がモル比で１．５以上、好ましくは１．５〜３となるよう調整される。具体的には、被処理ガス流量制御機構３９によって処理室Ｓに導入される被処理ガスの流量が制御されると共に、アンモニア水溶液流量制御機構３２によって混合ガス調製部３５に供給されるアンモニア水溶液の流量が制御されることにより、混合ガス中におけるＮＯに対するアンモニアの割合が調整される。
光照射処理部４０における処理条件（紫外線照射条件、温度条件、還元処理時間）は、図１に示すガス処理装置における条件と同様である。
【００３８】
このようなガス処理装置およびガス処理方法によれば、被処理ガスに、当該被処理ガス中に含まれるＮＯに対してモル比で１．５以上のアンモニアが混合された混合ガスを調製し、この混合ガスに紫外線を照射するため、低い温度の被処理ガス中のＮＯを、高い脱硝率で還元処理することができる。従って、被処理ガス中のＮＯの還元処理において、加熱装置を設けることが不要となるため、ガス処理装置全体の小型化を図ることができると共に、被処理ガスの処理コストの低減化を図ることができる。
また、被処理ガスをアンモニア水溶液に接触させることによって混合ガスを調製することにより、被処理ガス中に含まれるばい塵を除去することができ、これにより、光照射処理部４０における紫外線透過窓４２が汚染することを抑制することができる。
また、光照射処理済ガスをアンモニア回収用水に接触させることによって、当該光照射処理済ガス中のアンモニアを回収することにより、光照射処理済ガスからアンモニアを除去することができる。また、回収タンク５３に回収されたアンモニア水溶液を循環路５４を介してアンモニア供給部３０に導入することにより、還元処理に供されるアンモニアを再利用することができる。
【実施例】
【００３９】
図３に示す構成に従って、実験用ガス処理装置を作製した。この実験用ガス処理装置は、被処理ガスをアンモニア水溶液に接触させることにより、被処理ガスにアンモニアが混合されてなる混合ガスを調製する混合ガス調製部３５と、混合ガス調製部３５からの混合ガスに対して、紫外線を照射する光照射処理部４０と、光照射処理部４０から排出される光照射処理済ガスをアンモニア回収用水に接触させることにより、当該光照射処理済ガス中のアンモニアを回収するアンモニア回収部５０とにより構成されている。
【００４０】
混合ガス調製部３５内には、２５質量％のアンモニア水溶液１０００ｃｍ3が貯蔵されており、被処理ガスを混合ガス調製部３５内に導入する導管３６が、その先端がアンモニア水溶液中に位置するよう設けられている。この導管３６には、被処理ガスの温度を調整する加熱ヒータＨが設けられている。
【００４１】
光照射処理部４０は、図４に示すように、処理室を包囲する外筒４１Ｅと、紫外線放射ランプ４５を内部に配置するための石英ガラス管４１Ｓとよりなる二重管構造の処理室形成部４１と、この処理室形成部４１における石英ガラス管４１Ｓの内部に配置された紫外線放射ランプ４５と、紫外線放射ランプ４５を点灯するための電源部４６とにより構成されている。石英ガラス管４１Ｓの内部は、空気中の酸素の吸収による紫外線の減衰を防止するために、紫外線に吸収されない不活性気体（例えば窒素等）で満たされている。処理室形成部４１には、混合ガスを混合ガス調製部３５から処理室形成部４１内に導入する導管３７が接続されている。この導管３７には、混合ガス中の一酸化窒素（ＮＯ）および酸素（Ｏ2 ）の濃度を計測するガス濃度測定器Ｍ１、および混合ガス中のアンモニア（ＮＨ3 ）の濃度を計測するガス濃度測定器Ｍ２が設けられ、ガス濃度測定器Ｍ１，Ｍ２には、ＮＯとＮＨ3 とのモル比を演算するモル比演算器６０が接続され、このモル比演算器６０には、予め設定されたＮＯに対するＮＨ3のモル比と、モル比演算器６０によって演算されたモル比との差を算出する比較器６１が接続されており、比較器６１は、加熱ヒータＨを制御するヒータ制御器６５に接続されている。
処理室形成部４１内の処理室の寸法は、全長が１００ｍｍ、処理室を包囲する外筒４１Ｅの内径が８０ｍｍ、紫外線放射ランプ４５を内部に配置するための石英ガラス管４１Ｓの外径が４０ｍｍ、当該石英ガラス管４１Ｓの肉厚が２ｍｍである。また、紫外線放射ランプ４５は、波長１７２ｎｍの紫外線を放射するキセノンエキシマランプであり、その寸法は、発光長が１００ｍｍ、外径が２６．５ｍｍである。
【００４２】
アンモニア回収部５０の気液混合処理部５２内には、蒸留水１０００ｃｍ3 が貯蔵されており、光照射処理済ガスを処理室形成部４１からアンモニア回収部５０内に導入する導管４３が、その先端が蒸留水中に位置するよう設けられている。また、アンモニア回収部５０には、光照射処理済ガスを排出する導管５５が接続されており、この導管５５には、光照射処理済ガス中のＮＯおよびＯ2 の濃度を計測するガス濃度測定器Ｍ３、および光照射処理済ガス中のＮＨ3 の濃度を計測するガス濃度測定器Ｍ４が設けられている。
【００４３】
〈実験例１〉
上記の実験用ガス処理装置を用いて、酸素ガス、窒素ガスおよび一酸化窒素ガスよりなる被処理ガスのガス処理を行い、下記の条件により、被処理ガスにおける窒素酸化物の還元処理を行った。
【００４４】
［被処理ガス］
混合ガス調製部３５に供給される被処理ガスは、一酸化窒素ガスの濃度が５００ｐｐｍ、酸素ガスの濃度が８．３％のものであり、被処理ガスの流量は１．０Ｌ／ｍｉｎ、初期温度は２０℃である。
［混合ガス］
光照射処理部４０に導入される混合ガスは、ＮＯに対するアンモニアの割合が、モル比で１．５となるよう設定した。具体的には、モル比演算器６０によって演算されたＮＯとＮＨ3 とのモル比が１．５より小さい場合には、混合ガス調製部３５に供給される被処理ガスの温度が上がるよう加熱ヒータＨを制御し、モル比演算器６０によって演算されたＮＯとＮＨ3 とのモル比が１．５を超える場合には、混合ガス調製部３５に供給される被処理ガスの温度が下がるよう加熱ヒータＨを制御することにより、混合ガス中におけるＮＯに対するアンモニアの割合を調整した。
［紫外線照射条件］
紫外線放射ランプ４５による紫外線の放射照度は、処理室形成部４１の石英ガラス管４１Ｓの表面において２６ｍＷ／ｃｍ2 である。
［還元処理時間］
光照射処理部４０における混合ガスの滞留時間は、２２．４秒間である。
【００４５】
そして、ガス濃度測定器Ｍ３によって測定された光照射処理済ガス中のＮＯ濃度に基づいて、下記式により、脱硝率を求めた。結果を図５に示す。
脱硝率（％）＝（被処理ガス中のＮＯ濃度−光照射処理済ガス中のＮＯ濃度）／被処理ガス中のＮＯ濃度
【００４６】
〈実験例２〉
光照射処理部４０に導入される混合ガスを、ＮＯに対するアンモニアの割合が、モル比で２．０となるよう設定したこと以外は、実験例１と同様の条件により、被処理ガスのガス処理を行い、処理済ガス中の窒素酸化物ガスの濃度を測定して脱硝率を求めた。結果を図５に示す。
【００４７】
〈実験例３〉
光照射処理部４０に導入される混合ガスを、ＮＯに対するアンモニアの割合が、モル比で３．０となるよう設定したこと以外は、実験例１と同様の条件により、被処理ガスのガス処理を行い、脱硝率を求めた。結果を図５に示す。
【００４８】
〈比較実験例１〉
被処理ガスをアンモニア水溶液と混合せずに光照射処理部４０に導入したこと以外は、実験例１と同様の条件により、被処理ガスのガス処理を行い、脱硝率を求めた。結果を図５に示す。
【００４９】
〈比較実験例２〉
光照射処理部４０に導入される混合ガスを、ＮＯに対するアンモニアの割合が、モル比で１．０となるよう設定したこと以外は、実験例１と同様の条件により、被処理ガスのガス処理を行い、脱硝率を求めた。結果を図５に示す。
【００５０】
〈実験例４〉
紫外線放射ランプ４５として、キセノンエキシマランプの代わりに波長１９０ｎｍの紫外線を放射する蛍光ランプを用いたこと以外は、実験例１と同様の条件により、被処理ガスのガス処理を行い、脱硝率を求めた。結果を図５に示す。
上記の蛍光ランプは、Ｘｅガスを封入したエキシマランプの内表面に蛍光体層を設けたものである。蛍光体層に用いる蛍光体としては、Ｘｅエキシマランプの発光波長１７２ｎｍで励起され１９０ｎｍに発光を有する蛍光体(Ｙ1-x，Ｎｄx )ＰＯ4 （ただしｘ＝０．０１〜０．１１)である。蛍光体層は以下のように形成される。
軟質ガラスの粉末を適宜のバインダーと混合してスラリーを調製し、このスラリーを発光管の内表面に塗布して乾燥した後、約６００℃で焼成して下地を形成する。得られた下地上に蛍光体スラリーを塗布して乾燥し、５００〜９００℃で焼成して蛍光体層が形成される。この蛍光体の塗布厚さは例えば、１０〜２０μｍである。
【００５１】
〈実験例５〉
紫外線放射ランプ４５として、キセノンエキシマランプの代わりに波長１９０ｎｍの紫外線を放射する蛍光ランプを用い、光照射処理部４０に導入される混合ガスを、ＮＯに対するアンモニアの割合が、モル比で２．０となるよう設定したこと以外は、実験例１と同様の条件により、被処理ガスのガス処理を行い、処理済ガス中の窒素酸化物ガスの濃度を測定して脱硝率を求めた。結果を図５に示す。
【００５２】
〈実験例６〉
紫外線放射ランプ４５として、キセノンエキシマランプの代わりに波長１９０ｎｍの紫外線を放射する蛍光ランプを用い、光照射処理部４０に導入される混合ガスを、ＮＯに対するアンモニアの割合が、モル比で３．０となるよう設定したこと以外は、実験例１と同様の条件により、被処理ガスのガス処理を行い、処理済ガス中の窒素酸化物ガスの濃度を測定して脱硝率を求めた。結果を図５に示す。
【００５３】
〈比較実験例３〉
紫外線放射ランプ４５として、キセノンエキシマランプの代わりに波長１９０ｎｍの紫外線を放射する蛍光ランプを用い、被処理ガスをアンモニア水溶液と混合せずに光照射処理部４０に導入したこと以外は、実験例１と同様の条件により、被処理ガスのガス処理を行い、脱硝率を求めた。結果を図５に示す。
【００５４】
〈比較実験例４〉
紫外線放射ランプ４５として、キセノンエキシマランプの代わりに波長１９０ｎｍの紫外線を放射する蛍光ランプを用い、光照射処理部４０に導入される混合ガスを、ＮＯに対するアンモニアの割合が、モル比で１．０となるよう設定したこと以外は、実験例１と同様の条件により、被処理ガスのガス処理を行い、処理済ガス中の窒素酸化物ガスの濃度を測定して脱硝率を求めた。結果を図５に示す。
【００５５】
図５の結果から明らかなように、実験例１〜６に係るガス処理方法によれば、被処理ガス中の窒素酸化物を、低い温度でかつ高い効率で還元処理することができることが確認された。
【００５６】
〈実験例７〉
被処理ガスにおける酸素の濃度を８．３ｐｐｍから２．１ｐｐｍに変更したこと以外は、実験例１と同様の条件により、被処理ガスのガス処理を行い、処理済ガス中の窒素酸化物ガスの濃度を測定して脱硝率を求めた。その結果、脱硝率は、７９．４％であり、実験例１における脱硝率８２．３％と大差はなかった。
【符号の説明】
【００５７】
１０  アンモニア供給部
１１  アンモニア貯蔵部
１２  キャリアガス貯蔵部
１３，１４  導管
１５  処理用ガス調製部
１６  導管
１７  アンモニアガス流量制御機構
２０  光照射処理部
２１  処理室形成部
２１Ａ  被処理ガス導入口
２１Ｂ  処理済ガス排出口
２１Ｃ  処理用ガス導入口
２２  紫外線透過窓
２５  紫外線放射ランプ
２６，２７  導管
２８  被処理ガス流量制御機構
３０  アンモニア供給部
３１  導管
３２  アンモニア水溶液流量制御機構
３５  混合ガス調製部
３５Ａ  被処理ガス導入口
３５Ｂ  混合ガス供給口
３５Ｃ  液体導入口
３５Ｄ  液体排出口
３６，３７，３８  導管
３９  被処理ガス流量制御機構
４０  光照射処理部
４１  処理室形成部
４１Ａ  混合ガス導入口
４１Ｂ  処理済ガス排出口
４１Ｅ  外筒
４１Ｓ  石英ガラス管
４２  紫外線透過窓
４３  導管
４５  紫外線放射ランプ
４６  電源部
５０  アンモニア回収部
５１  アンモニア回収用水貯蔵部
５２  気液混合処理部
５２Ａ  ガス導入口
５２Ｂ  ガス排出口
５２Ｃ  液体導入口
５２Ｄ  液体排出口
５３  回収タンク
５４  循環路
５５，５６，５７  導管
５８  除塵フィルタ
６０  モル比演算器
６１  比較器
６５  ヒータ制御器
Ｇ１  被処理ガス
Ｇ２  光照射処理済ガス
Ｇ３  混合ガス
Ｇ４  光照射処理済ガス
ｇ１  アンモニアガス
ｇ２  キャリアガス
ｇ３  処理用ガス
Ｈ    加熱ヒータ
Ｌ    紫外線
Ｌ１，Ｌ２  アンモニア水溶液
Ｌ３  アンモニア回収用水
Ｌ４  アンモニア水溶液
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４  ガス濃度測定器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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