(57)【要約】【課題】液体アンモニア貯留タンク内に残留するアンモニアガスを、簡易な設備を用いて簡便な操作で安全に処理することができるアンモニアタンク内残留ガスの処理方法を提供する。【解決手段】液体アンモニア貯留タンクに残留するアンモニアガスを、タンク外に抜き出して分解処理する方法において、タンクの内圧を利用して抜き出したアンモニアガスを、触媒塔を有する触媒燃焼装置に導いて処理したのち、タンク内に不活性ガスを圧入して残存するアンモニアガスを希釈して流出させ、該流出混合ガスを触媒塔を有する触媒燃焼装置に導いて処理し、アンモニアガス又は前記流出混合ガスの前記触媒燃焼装置への流量を触媒塔内温度によって調整することを特徴とするアンモニアタンク内残留ガスの処理方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体アンモニア貯留タンクに残留するアンモニアガスを、タンク外に抜き出して分解処理する方法において、タンクの内圧を利用して抜き出したアンモニアガスを、触媒塔を有する触媒燃焼装置に導いて処理したのち、タンク内に不活性ガスを圧入して残存するアンモニアガスを希釈して流出させ、該流出混合ガスを触媒塔を有する触媒燃焼装置に導いて処理し、アンモニアガス又は前記流出混合ガスの前記触媒燃焼装置への流量を触媒塔内温度によって調整することを特徴とするアンモニアタンク内残留ガスの処理方法。
【請求項２】
触媒燃焼装置の入り口でアンモニアガス又は流出混合ガスを空気と混合する請求項１記載のアンモニアタンク内残留ガスの処理方法。
【請求項３】
不活性ガスが窒素ガスである請求項１記載のアンモニアタンク内残留ガスの処理方法。
【請求項４】
タンク内に不活性ガスを圧入して残存するアンモニアガスを希釈して流出させたのち、タンク内に水を張り込み、わずかに残存するアンモニアガスをアンモニア水として回収する請求項１記載のアンモニアタンク内残留ガスの処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンモニアタンク内残留ガスの処理方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、液体アンモニア貯留タンクを開放点検する際などに、タンク内に残留するアンモニアガスを効率的に無害化処理することができるアンモニアタンク内残留ガスの処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アンモニア製造プラントや火力ボイラプラントなどの液体アンモニアを貯留するタンクにおいては、定期的にタンクを開放して内部の点検や補修を行うことが義務づけられている。このような点検や補修を行うに際しては、まずタンク内に貯留されている液体アンモニアを別の貯留容器に移送するが、その状態ではタンク内にアンモニアガスが充満しており、タンク内に入って点検や補修の作業を行うことができない。
そのために、従来は、液体アンモニアを移送したのちタンク内に水を張り込み、アンモニアガスを吸収してアンモニア水として回収する操作を繰り返し、タンクの開放を行っていた。しかし、この方法では、操作が煩雑で時間を要するのみならず、多量のアンモニア水が産業廃棄物として発生する上に、アンモニアガスが周辺に揮散して環境汚染を引き起こすという問題があった。
廃液として発生したアンモニア水の処分方法としては、排出基準に則って希釈放流する方法もあるが、特に閉鎖水域ではアンモニア性窒素の総量規制を遵守する観点から制約がある。また、アンモニア水の処理方法として、塩素系薬剤による酸化分解処理やストリッピング処理などの既存の処理方法があるが、いずれも処理に時間と費用がかかり、液体アンモニア貯留タンク内の残留ガスを処理する一連の技術として、実用性に乏しいものである。
また、従来技術として、特許文献１には、液化アンモニア貯蔵容器のアンモニアを排出に、不活性ガスを圧入する方法が開示されている。そして、特許文献２及び特許文献３には、液化ガスタンクの残留可燃性ガスを不活性ガスで追い出す方法が開示されている。
これらの文献には、アンモニアガス又は前記流出混合ガスの前記触媒燃焼装置への流量を調節することによって、触媒の種類によって決定される所定の触媒塔内温度を維持して触媒燃焼装置の反応の暴走を抑制する構成は開示されていない。
【特許文献１】特開昭４７−７２０８号公報
【特許文献２】特開昭４９−５１６１７号公報
【特許文献３】特開平１０−１６００９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、これらの従来技術の問題点を解決し、液体アンモニア貯留タンク内に残留するアンモニアガスを、簡易な設備を用いて簡便な操作で安全に処理することができるアンモニアタンク内残留ガスの処理方法を提供することを目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、液体アンモニア貯留タンクに残留するアンモニアガスを、タンクの内圧を利用して抜き出し、アンモニア処理装置に導いて処理したのち、タンク内に不活性ガスを圧入して残存するアンモニアガスを希釈して流出させ、該流出混合ガスをアンモニア処理装置に導いて処理することにより、多量のアンモニア水を発生させることなく、液体アンモニア貯留タンクに残留するアンモニアガスを効率的に処理し得ることを見いだし、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、
（１）液体アンモニア貯留タンクに残留するアンモニアガスを、タンク外に抜き出して分解処理する方法において、タンクの内圧を利用して抜き出したアンモニアガスを、触媒塔を有する触媒燃焼装置に導いて処理したのち、タンク内に不活性ガスを圧入して残存するアンモニアガスを希釈して流出させ、該流出混合ガスを触媒塔を有する触媒燃焼装置に導いて処理し、アンモニアガス又は前記流出混合ガスの前記触媒燃焼装置への流量を触媒塔内温度によって調整することを特徴とするアンモニアタンク内残留ガスの処理方法、
（２）触媒燃焼装置の入り口でアンモニアガス又は流出混合ガスを空気と混合する第１項記載のアンモニアタンク内残留ガスの処理方法、
（３）不活性ガスが窒素ガスである第１項記載のアンモニアタンク内残留ガスの処理方法、及び、
（４）タンク内に不活性ガスを圧入して残存するアンモニアガスを希釈して流出させたのち、タンク内に水を張り込み、わずかに残存するアンモニアガスをアンモニア水として回収する第１項記載のアンモニアタンク内残留ガスの処理方法、
を提供するものである。
【発明の効果】
【０００５】
本発明のアンモニアタンク内残留ガスの処理方法によれば、アンモニアタンク及び付随する設備系統内に残留するアンモニアを効率的に処理することができ、排水処理の必要なアンモニア含有水が発生しない上に、外部にアンモニアの臭気が漏れず、工期の短縮及び廃棄物低減により、環境負荷を大幅に改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明のアンモニアタンク内残留ガスの処理方法においては、液体アンモニア貯留タンクに残留するアンモニアガスを、タンク外に抜き出して処理する方法において、タンクの内圧を利用して抜き出したアンモニアガスを、アンモニア処理装置に導いて処理したのち、タンク内に不活性ガスを圧入して残存するアンモニアガスを希釈して流出させ、該流出混合ガスをアンモニア処理装置に導いて処理する。
図１は、本発明方法の実施の一態様の工程系統図である。通常の運転時には、液体アンモニア貯留タンク１は、１,０００〜１,５００ｋＰａ程度の圧力に保持され、貯留された液体アンモニアは蒸発器２において数十℃に加温してガス化され、アキュムレーター３にいったん貯留されたのち、本設備払い出し配管４を経由して連続的に又は必要に応じて断続的に本設備へ供給される。液体アンモニア貯留タンクの点検や補修に際しては、タンク内にアンモニアガスが全く存在しない状態とする必要がある。まずタンク内に貯留されている液体アンモニアをバルブ１０及びバルブ１１を経由して、別の貯留容器に移送する。この状態ではタンク内にアンモニアガスが充満しており、タンク内圧は数百ｋＰａ程度である場合が多い。この残留するアンモニアガスを、本発明方法により処理することができる。
【０００７】
本発明方法に用いるアンモニア処理装置に特に制限はなく、例えば、アンモニア分解装置、アンモニア吸収装置などを挙げることができる。アンモニア分解装置としては、例えば、酸化剤を用いる酸化分解装置、触媒燃焼装置などを挙げることができる。アンモニア分解装置は、アンモニアガスを直接分解する装置であることが好ましく、中でも触媒燃焼装置を特に好適に用いることができる。アンモニア吸収装置としては、例えば、吸収液として水を用いる装置、吸収液として酸性水を用いる装置などを挙げることができる。吸収液として酸性水を用いると、吸収速度を速めることができる。
図１に示す態様においては、アンモニア処理装置として触媒燃焼装置を使用している。本設備払い出し配管４から、バルブ１７で仮配管を取り合い、アンモニア処理用配管５、バルブ１８、流量計６及びガス混合器７を経由して、触媒燃焼装置８に接続している。本発明方法の実施に際しては、触媒燃焼装置を起動して昇温したのち、タンクの内圧を利用してアンモニアガスを送り出し、流量計６で管理しながらバルブ１８を使用してアンモニアガス流量を調整し、ガス混合器７で空気と混合し、触媒燃焼装置８に送り込む。触媒燃焼装置において、アンモニアガスは次式によって空気中の酸素ガスと反応し、窒素ガスと水が生成する。
４ＮＨ3 ＋ ３Ｏ2 → ２Ｎ2 ＋ ６Ｈ2Ｏ
【０００８】
液体アンモニア貯留タンクの内圧が常圧近くまで低下したとき、バルブ１０を閉じ、バルブ９を開いてタンク内に不活性ガスを圧入し、タンク内に残存するアンモニアガスを希釈する。次いで、バルブ１０を開いてアンモニアガスと不活性ガスの混合ガスを流出させ、蒸発器２とアキュムレーター３を経由して、蒸発器とアキュムレーター内に残存するアンモニアガスも流出させながら、同様にガス混合器で空気を注入して混合し、触媒燃焼装置でアンモニアガスを酸化分解することができる。液体アンモニア貯留タンクの内圧が常圧近くまで低下したとき、タンクへの不活性ガスの圧入による残存するアンモニアガスの希釈と、混合ガスの流出を繰り返すことが好ましい。さらにその後、不活性ガス供給配管をバルブ１１又はバルブ１４に接続して不活性ガスを連続式又はバッチ式で供給し、蒸発器及びアキュームレーターになお残留するアンモニアガスを確実に追い出して、触媒燃焼装置に導くことが好ましい。
【０００９】
また、液体アンモニア貯留タンク１に残留するアンモニアの処理時には、アンモニア処理用配管５をバルブ１７ではなく、バルブ１１に接続しておき、液体アンモニア貯留タンクに残留するアンモニアガスのみを処理し、次いで、不活性ガス供給管をバルブ１１に、アンモニア処理用配管をバルブ１４に接続して蒸発器２中のアンモニアガスを処理し、さらに、不活性ガス供給管をバルブ１４に、アンモニア処理用配管をバルブ１７に接続してアキュムレーター３中のアンモニアガスを処理することもできる。
本発明方法において、不活性ガスは、不活性ガス供給配管を工場の不活性ガス供給ラインに接続して供給することができ、あるいは、不活性ガスボンベに接続して供給することもできる。図１に示す態様においては、不活性ガス供給配管は液体アンモニア貯留タンク１に接続されているが、バルブ１１を有する取り合い配管や、バルブ１４を有する取り合い配管にも接続可能としておくことが好ましい。また、アンモニア処理用配管の一端は触媒燃焼装置に連結し、他端はバルブ１７を有する取り合い配管に接続しているが、他端をバルブ１１を有する配管や、バルブ１４を有する配管にも接続可能とすることが好ましい。
【００１０】
本発明方法においては、液体アンモニア貯留タンクに残留するアンモニアガスをタンクの内圧を利用して抜き出したのち、タンク内に不活性ガスを圧入して残存するアンモニアガスを希釈して流出させるので、液体アンモニア貯留タンクに空気が流入するおそれがなく、空気との混合による爆発性混合ガスが生成するおそれがない。本発明方法に用いる不活性ガスに特に制限はなく、例えば、窒素ガス、二酸化炭素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドンなどを挙げることができる。これらの中で、窒素ガスは、入手が容易なので特に好適に用いることができる。
本発明方法においては、液体アンモニア貯留タンク内に残留するアンモニアガスをガス状態のまま流出させるので、産業廃棄物としての処理が必要なアンモニア水が多量に発生することがない。また、アンモニア処理装置として触媒燃焼装置を用いることにより、アンモニアガスは酸化分解されて窒素ガスと水になり、窒素酸化物などが発生しないので、環境を汚染するおそれがない。
【００１１】
図２は、本発明方法に用いるガス混合器の一態様の説明図である。エの字形の混合配管１９に、ダンパー２０から空気が送り込まれ、ダンパー２１からアンモニアガス又はアンモニアガスと不活性ガスとの流出混合ガスが送り込まれる。本図において、右上の配管は閉止され、アンモニアガスは空気と混合されて右下の配管から触媒燃焼装置へ送り出される。空気の代わりに、酸素ガス濃度を高めた気体を送り込むこともできる。
図３は、本発明方法に用いる触媒燃焼装置の一態様の説明図である。アンモニアガスと空気との混合ガスが、ブロアー２２により熱交換器２３に送られて予熱されたのちに、電気ヒーター２４により所定の温度まで加熱され、触媒塔２５に送られる。触媒塔でアンモニアと酸素ガスが反応し、アンモニアが酸化分解されて無害な窒素ガスと水になる。触媒塔から流出するガスは、熱交換器２３に送られ、廃熱が回収されたのち大気中に放出される。
【００１２】
本発明方法に用いる触媒としては、例えば、金属又はその化合物を任意形状に成形した成形触媒、担体に担持させた金属担持触媒などを挙げることができる。金属としては、例えば、鉄、マンガンなどの卑金属、金、銀、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、白金などの貴金属、これらの金属の酸化物、合金などを挙げることができる。これらの中で、鉄及びマンガン系触媒は、比較的低温でアンモニアを分解できるので、特に好適に用いることができる。金属を担持させる担体としては、例えば、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、ゼオライト、シリコンカーバイドなどを挙げることができる。これらの中で、チタニア、ジルコニア及びシリコンカーバイドを好適に用いることができる。触媒塔の温度は、例えば、１５０〜３５０℃がよく、１８０〜２８０℃であることが好ましい。
【００１３】
本発明方法においては、液体アンモニア貯留タンクに不活性ガスを圧入して残存するアンモニアガスを希釈して流出させたのち、タンク内に満水するまで水を張り込み、わずかに残存するアンモニアガスをアンモニア水として回収することが好ましい。タンクに水を張り込むことにより、内部のアンモニアガスを完全に排出して除去することができる。タンクに水を張り込む際に、タンクから押し出されるガスも、アンモニア処理装置に送って同様に処理することが好ましい。タンクには作業者の出入りが可能なマンホールが設けられているので、マンホールを介してタンク内に水を供給することができる。また、排水も、水中ポンプを利用してマンホールから行うことができる。タンク底部に配管があれば、その配管を利用して排水することもできる。液体アンモニア貯留タンクに不活性ガスを圧入して残存するアンモニアガスを希釈する操作を繰り返すことにより、張り水に吸収されたアンモニア濃度は十分低くなり、回収されたアンモニア水は、定常排水として公共水域などに排出することが可能である。
本発明方法によれば、液体アンモニア貯留タンク内に残留するアンモニアガスをガス状のまま処理するので、有害な廃棄物を一切排出することなく、短時間で安価に残留ガスを処理することができる。
【実施例】
【００１４】
以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限定されるものではない。
実施例１
図１に示す液体アンモニア貯留タンク系について、アンモニアタンク内残留ガスの処理を行った。液体アンモニア貯留タンクの容量は１３５ｍ3であり、タンクの液体アンモニアを系外に移送したのちアンモニアタンク及び付随する設備系統内に残留するアンモニアの量は約３００ｋｇであった。
鉄、マンガンの成形触媒１,２００Ｌを充填した触媒塔を有する触媒燃焼装置８を起動し、触媒塔内温度を１８０℃に昇温した。次に、バルブ１７を開き、バルブ１８を調整することにより、系の内圧３２０ｋＰａでアンモニアガスを押し出し、これをブロアーにより１,８００ｍ3(Normal)／ｈの流量で空気が吸引されているガス混合器内に注入し混合した。アンモニアガスの流量は触媒塔内温度で管理し、塔内温度が２８０℃を超えないように、アンモニアガスの流量を調整した。
２２時間後、液体アンモニア貯留タンクの内圧が５０ｋＰａまで低下したので、バルブ１０を閉じ、タンクに窒素ガスを４７０ｋＰａまで圧入した。次に、バルブ１７を開き、バルブ１８を調整することにより、系の内圧でアンモニアガスと窒素ガスの混合ガスを押し出し、これをブロアーにより１,８００ｍ3(Normal)／ｈの流量で空気が吸引されているガス混合器内に注入し混合した。アンモニアガスと窒素ガスの混合ガスの流量は触媒塔内温度で管理し、塔内温度が２８０℃を超えないように、混合ガス流量を調整した。タンクの内圧が５０ｋＰａに低下するまでに、１１時間を要した。
同様にして、液体アンモニア貯留タンクへの窒素ガスの圧入と、混合ガスの触媒燃焼装置への通気によるアンモニアガスの処理をさらに２回繰り返した。３回目の処理には５時間を要し、４回目の処理には４時間を要した。
引き続いて、液体アンモニア貯留タンクに、工業用水を満水の１３５ｍ3まで張り込んだ。なお、工業用水を満たす時に押し出される気体も、同様にして触媒燃焼装置へ通気した。張り水中の全窒素濃度は１０.６ｍｇ／Ｌであり、アンモニア濃度が２０ｍｇ／Ｌ未満であることが確認されたので、張り水を放流した。工業用水の張り込みと、張り水中の全窒素の分析と、張り水の放流に合計２８時間を要した。
さらに、バルブ１１から窒素ガスを蒸発器２に送り込み、流出するアンモニアガスと窒素ガスの混合ガスを、バルブ１４を経由して触媒燃焼装置へ通気し、アンモニアを酸化分解した。約６時間後に蒸発器から流出する混合ガス中のアンモニア濃度が２０ｐｐｍ（容量比）未満となったので、蒸発器への窒素ガスの供給を停止した。続いて、バルブ１４から窒素ガスをアキュムレーター３に送り込み、流出するアンモニアガスと窒素ガスの混合ガスを、バルブ１７を経由して触媒燃焼装置へ通気し、アンモニアを酸化分解した。約６時間後にアキュムレーターから流出する混合ガス中のアンモニア濃度が２０ｐｐｍ（容量比）未満となったので、アキュムレーターへの窒素ガスの供給を停止した。
この液体アンモニア貯留タンク系に残留するアンモニアガスの処理に、合計４２時間を要した。全作業時間を通じて、作業環境においてアンモニアの臭気は感じられず、作業環境におけるアンモニア濃度は２０ｐｐｍ（容量比）未満であった。
実施例１の結果を、第１表に示す。
【００１５】
【表１】
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【００１６】
液体アンモニア貯留タンクに残留するアンモニアガスを、タンクの内圧を利用して抜き出したのち、直ちにタンクに工業用水を張り込み、抜き取る従来の処理方法では、作業者がタンクの中に入り得る状態とするまでに、工業用水の張り込みと抜き取りを２回繰り返す必要があり、工業用水２７０ｍ3を消費し、同量の排水処理の必要なアンモニア含有水が発生していた。また、発生するアンモニア含有水を希釈放流する際に、約１２,５００ｍ3の希釈水と、それに相当する時間を要していた。
本発明方法によれば、上記の従来の方法に比べて、全処理時間を短縮し、工業用水の使用量を大幅に減少し、排水処理の必要なアンモニア含有水が発生せず、アンモニアガスをすべて無害な窒素ガスと水に変換することができる。
【産業上の利用可能性】
【００１７】
本発明方法によれば、液体アンモニア貯留タンクの点検や補修に際して、液体アンモニア貯留タンク系に残留するアンモニアガスを効率的に処理し、工期を短縮し、産業廃棄物の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明方法の実施の一態様の工程系統図である。
【図２】本発明方法に用いるガス混合器の一態様の説明図である。
【図３】本発明方法に用いる触媒燃焼装置の一態様の説明図である。
【符号の説明】
【００１９】
１  液体アンモニア貯留タンク
２  蒸発器
３  アキュムレーター
４  本設備払い出し配管
５  アンモニア処理用配管
６  流量計
７  ガス混合器
８  触媒燃焼装置
９〜１８  バルブ
１９  混合配管
２０  ダンパー
２１  ダンパー
２２  ブロアー
２３  熱交換器
２４  電気ヒーター
２５  触媒塔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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