(57)【要約】【課題】アンモニア分解装置の構成を簡単化する。【解決手段】アンモニア分解装置を、気体が通流される筒体中に、筒体の長手方向に沿って気体の上流側から順に、気体を加熱する加熱部と、気体中に処理対象液を噴霧する噴霧部と、アンモニア分解触媒を有する反応部とが順次設けられてなる構成とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体が通流される筒体内に、前記筒体の長手方向に沿って前記気体の上流側から順に、前記気体を加熱する加熱部と、前記気体中に処理対象液を噴霧する噴霧部と、アンモニア分解触媒を有する反応部とが順次設けられてなるアンモニア分解装置。
【請求項２】
前記反応部の後流側の前記筒体内に、該反応部から出た気体との熱交換によって該筒体内に導入される前に気体を予熱する予熱部を備えたことを特徴とする請求項１に記載のアンモニア分解装置。
【請求項３】
前記反応部は、前記アンモニア分解触媒に加えてＶＯＣ分解触媒を有す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分解装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアンモニアを含有する廃液中のアンモニアを分解して除去する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アンモニアを含有する排水等の廃液処理の方法として、処理対象液にアルカリ分を加えたものを気化し、高温下で触媒と反応させてアンモニアを分解する方法が提案されている。そして、このような触媒として高分解能をもつアンモニア分解触媒の利用が提案されている。これはアンモニアの酸化作用と、脱硝作用すなわちＮＯＸの除去作用とを併せもつものである。この触媒によってなされる反応は、下記の式１および式２に示す反応である。
（アンモニア酸化触媒反応）
ＮＨ３＋５／４Ｏ２  →  ＮＯ＋３／２Ｈ２Ｏ・・（式１）
（脱硝触媒反応）
ＮＨ３＋ＮＯ＋１／４Ｏ２  →  Ｎ２＋３／２Ｈ２Ｏ・・（式２）
これによれば、アンモニアの大部分を無害のＮ２およびＨ２Ｏに変換でき、またアンモニアが酸化されてＮＯが発生しても近傍のアンモニアと反応して分解されるから、ＮＯの生成を低減することができる。
【０００３】
ところで、一般にこのような廃液処理においては、アンモニアの気化に放散塔が用いられている。このような放散塔は、通常略鉛直に立てられて設けられた筒状の容器を有し、この中に処理対象液であるアンモニア含有排水等を入れ、ここに蒸気や熱風等を吹き込んで気化させるものである。そして、放散塔の上部から抽出されたアンモニア含有ガスは、希釈用の空気を加えて例えばＤｒｙベースで１０，０００ｐｐｍとなるように調整され、ヒータによって加熱されてから上述したような触媒を備えた筒体へと導入される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような放散塔は、しばしば大きなサイズのものが要求され、特に処理対象液が少量、例えば１日あたり１トン以下のような場合には、アンモニア分解装置の簡単化、ひいては小型化を図るうえで障害となっていた。
【０００５】
上述した問題点に鑑み、本発明の課題は、アンモニア分解装置の構成を簡単化することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述した課題を、気体が通流される筒体内に、この筒体の長手方向に沿って気体の上流側から順に、気体を加熱する加熱部と、この気体中に処理対象液を噴霧する噴霧部と、アンモニア分解触媒を有する反応部とが順次設けられてなる構成とすることによって解決する。
【０００７】
すなわち、本発明によれば、例えば空気等の気体が送風機等によって筒体内に吹き込まれ、あるいは後流側から誘引されることによって、筒体内に気流が形成される。この気流は、加熱器によって処理対象液の気化熱及び触媒反応に必要な熱量を考慮して定められた温度まで加熱される。そして、アンモニアを含有しかつアルカリ分を加えられた排水等の処理対象液は、噴霧部から高温気流中に噴霧されて気化する。気化したアンモニアは、気流に同伴されて反応部へと導入され、上述した触媒反応によって分解される。つまり、このような構成とすることによって、放散塔が不要となるから、アンモニア分解装置の構成を簡単化することができ、装置を小型化することができる。
【０００８】
このような噴霧部は、例えば筒体内に設けられたノズルと、このノズルに処理対象液を圧送するポンプとを設ける構成としてもよい。また、ポンプを省略し、筒体内の気体の流速に起因する圧力差によってノズルから処理対象液が噴霧される構成としてもよい。また、筒体内の断面にわたってアンモニア含有ガスの濃度を均一に近づけるため、ノズルは筒体の断面方向にわたって複数が分散して設けられる構成としてもよい。
【０００９】
また、反応部の後流側の筒体内に、この反応部から出た気体との熱交換によって気体を筒体内に導入される前に予熱する予熱部を備えた構成としてもよい。これによれば、触媒の反応熱等の廃熱を、筒体内に導入される空気等を予熱するのに利用できるから、加熱部の出力を低減することができ、装置の省エネルギー化を図ることができる。
【００１０】
また、反応部は、アンモニア分解触媒に加えて揮発性有機化合物（ＶＯＣ）分解触媒を有してなる構成としてもよい。これによれば、処理対象液がアンモニアに加えてＶＯＣを含有する場合に、アンモニアのみならずＶＯＣをも分解することができる。
【００１１】
また、良好なアンモニア分解能力を得るため、反応部へ導かれるアンモニア含有ガス中のアンモニア濃度を制御する濃度制御部を設けてもよい。具体的には、例えば処理対象液中のアンモニア濃度および処理対象液の供給量と、筒体内に吹き込まれる気体の流量とからアンモニア含有ガス中のアンモニア濃度を求め、これが好適な値、たとえばＤｒｙベースにおいて１０，０００ｐｐｍとなるように気体または処理対象液の供給量を制御するようにしてもよい。
【００１２】
また、反応部近傍におけるアンモニア含有ガスの温度を検出し、これが好適な温度、例えば３５０℃程度になるように加熱器の運転を制御する温度制御部を設けても良い。
【００１３】
同様に、反応部近傍におけるアンモニア含有ガスの圧力を検出し、これが好適な圧力となるように送風機、あるいは後流側に誘引通風機を設けた場合にはこの誘引通風機、さらにガス流路上の任意の箇所に圧力制御弁またはダンパを設けた場合にはこれらを制御する圧力制御部を設けてもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用してなるアンモニア分解装置の実施形態について説明する。先ず、第１の実施形態について説明する。図１は、本実施形態のアンモニア分解装置の構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態のアンモニア分解装置は、略水平方向に筒軸が配置され、気体が通流される矩形断面の筒体またはダクト状の触媒分解塔１を有する。そして、触媒分解塔１の内部には、その一方の端、すなわち運転時に流される気体の上流側から順に、気体を加熱する加熱部である電気ヒータ３と、処理対象液を噴霧する噴霧部であるインジェクタ５と、アンモニア分解触媒を有するアンモニア分解反応部７と、触媒分解塔１内に導入される空気を予熱する予熱部である空気予熱器９とが設けられている。電気ヒータ３、アンモニア分解反応部７および空気予熱機９は、それぞれ触媒分解塔１の断面を略ふさぐように設けられ、これによって触媒分解塔１内を流れる気体が略全量通流されるようになっている。なお、インジェクタ５については詳細な構成を後述する。また、処理対象液であるアンモニア含有排水は、アルカリ分を加えられて排水源１１から供給され、ポンプ１３によって加圧されてインジェクタ５に供給されるようになっている。また、ダクト状の触媒分解塔１内に空気を送風する押込通風器１５が設けられ、ここから出た空気は、空気予熱器９内を経由して触媒分解塔１の入口部１７に導入されるようになっている。一方、触媒分解塔１の出口部１９から出た排気を吸引する誘引通風器２１が設けられ、さらに誘引通風器２１から出た排気を放出する煙突２３が設けられている。なお、筒体１の入口部１７側の端部には断面積を空気流方向に沿って徐々に拡大してなるテーパ部１８が形成され、一方、出口部１９側の端部には、排気流方向に沿って断面積を徐々に縮小してなるテーパ部２０が形成されている。
【００１５】
また、アンモニア分解装置は、以下述べるような制御機能をもつ現場制御盤２５を有する。押込通風器１５の出口部には、空気の圧力を検出して発信する圧力発信器２７が設けられており、その出力信号は現場制御盤２５に送られる。そして、この信号に応じて押込通風器１５に入る空気量を調節するモータ２９に制御信号を出力するＦＤＦ制御部３１が現場制御盤２５に設けられている。また、また、触媒分解塔１内のアンモニア分解反応部７直前または上流の温度を検出して発信する温度検出器３３が設けられ、この出力信号に応じて電気ヒータ３を制御する電気ヒータ制御部３５が現場制御盤２５に設けられている。さらに、アンモニア分解反応部７の圧力を検出し発信する圧力発信器３７が設けられ、この出力信号に応じて誘引通風器２１の入口部のダンパ制御モータ３９を制御するＩＤＦ制御部４１が現場制御盤２５に設けられている。このほか、現場制御盤２５には、動力用電源部４３、制御用電源部４５および、各制御部からの異常信号を検出して装置の運転を安全化する制御をするインターロック部４７とが設けられている。
【００１６】
その他、排水源１１からポンプ１３までの間に、上流から順に、圧力調整バルブ４９、温度計５１、圧力計５３、圧力発信器５５、遮断弁５７および流量発信器５９が設けられている。また、押込通風機直後の圧力発信器２７の下流側に、上流側から順に、圧力スイッチ６１、温度計６３が設けられている。また、触媒分解塔１の出口部１９の直後には、温度計６５が設けられている。また、誘引通風機２１と煙突２３との間には、排気サンプルを抽出するサンプル検出器６７が配置されている。
【００１７】
なお、触媒分解塔１は、テーパ部１８と電気ヒータ部３との間、インジェクタ５と温度検出器３３との間、空気予熱器９とテーパ部２０との間においてそれぞれ触媒分解塔１の筒軸方向に分割可能に形成されており、これらの箇所はそれぞれ筒体の外側につば状に突出して形成されたフランジ部６９、７１、７３においてフランジ結合されている。
【００１８】
次に、インジェクタ５の詳細について説明する。図２は、インジェクタ５部分の拡大図である。なお、本図においてはフランジ部７１は図の明解化のため省略している。図２に示すように、インジェクタ５は、触媒分解塔１の側壁から略垂直に挿入された配管７５と、配管７５から触媒分解塔１の筒軸に沿って下流側に分岐し突出して形成されたノズル７７と、触媒分解塔１の外部に設けられ、配管７７に処理対象の廃液を供給する管寄せ７９とを有して構成されている。なお、図中、実線矢印は処理対象の排水の流れを示し、白抜き矢印は触媒分解塔１内の空気等の流れを示している。ノズル７７は先端部を円錐台状にすぼめられた円筒状のものであり、図２に示すように、配管７５の筒軸方向に沿って略等間隔に６つ形成されている。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ部矢視断面図である。図２に示すように、配管７５は、管寄せ７９からそれぞれ分岐して略等間隔かつ平行に５本設けられている。そして、それぞれの配管７５は上述したように６個のノズル７７を有するから、この場合３０個のノズル７７が相互に略等間隔を隔てて設けられることとなる。図４は、ノズル７７を側面から見た拡大図である。図４に示すように、ノズル７７の先端部に形成された円錐台部のテーパ面に、その円周方向に分散して複数開口されたノズル孔８１を有してなる。そして、処理対象の排水は、図中に矢印で示したように、テーパ面から略垂直に噴き出されるようになっている。
【００１９】
次に、上述した本実施形態のアンモニア分解装置の動作について説明する。このアンモニア分解装置の運転時において、押込通風機１５は空気導入部１４から雰囲気空気を吸入し、これを空気予熱器９に圧送する。この空気量は、定常運転時において例えば毎分４．５立方メートルである。空気予熱器９は、触媒分解塔１内を流れる高温ガスと空気との熱交換を行ない、これによって加熱された空気は、触媒分解塔１に、入口部１７から吹き込まれる。ここで、図５は本実施形態のアンモニア分解装置のヒートバランスを示す模式図である。図５に示すように、押込通風機１５を出た空気は、略周囲雰囲気温度Ａであり、例えば２０℃である。そして、空気予熱器９において加熱され、温度Ｂ、例えば２００℃まで昇温して触媒分解塔１に流入する。次に、この空気は、電気ヒータ３を通過し、ここでも加熱されて、図５における温度Ｃに達する。なお、本実施形態の場合には、電気ヒータにおける電力消費量は例えば８ｋＷである。この温度Ｃは、例えば３８０℃である。一方、排水源１１から供給されるアンモニアを含有する排水は、ポンプ１３によって加圧してインジェクタ５に供給され、上述した管寄せ７９、配管７５を経て、各ノズル７７のノズル孔８１から触媒分解塔１内に噴射されて噴霧される。本実施形態の場合、排水は例えば１７重量％のアンモニアを含んだ水である。また、この噴霧量は、例えば１時間あたり１２ｋｇである。そして、噴霧された排水は、上流からの高温の空気流内に拡散しつつ、ここから気化熱を得て気化する。以下、このような空気とアンモニアを含有する排水が気化したものとが混合されたガスを、「アンモニアガス」と称して説明する。図５に示すように、排水の気化潜熱によって、当初温度Ｃであった空気は冷却され、アンモニア分解触媒の入口においては温度Ｄ、例えば３５０℃程度のアンモニアガスとなっている。このとき、温度検出器３３および圧力発信器３７は、それぞれアンモニアガスの温度および圧力を検出し、電気ヒータ制御部３５およびＩＤＦ制御部４１と協働してアンモニアガスの温度、圧力がそれぞれアンモニア分解触媒反応に好適となるように適宜制御をする。また、ＦＤＦ制御部３１は、アンモニアガス中のアンモニアガス濃度が好適となるように制御をする。例えば、アンモニアの濃度がＤｒｙベースで１０，０００ｐｐｍとなるように制御をする。
【００２０】
そして、アンモニアガスはアンモニア分解反応部７に流入する。ここで、アンモニアガス中のアンモニアは、上述した式１および式２に示す分解反応によって分解される。この分解反応は発熱反応であり、アンモニアの分解熱によってアンモニア分解反応部７の出口でのガス温度は図５の温度Ｅ、例えば４２５℃まで上がっている。なお、このアンモニア分解反応部７から排出される処理済みのガスを、以下「排出ガス」と称して説明する。そして、この排出ガスは空気加熱器９に供給され、ここで上述した熱交換によって空気を予熱する。図５に示すように、ここで排出ガス温度は、温度Ｅから温度Ｆ、例えば１４５℃まで低下する。ちなみに、本実施形態の場合には、空気予熱器９の効率は例えば７０％である。そして、空気予熱器９を出た排出ガスは、誘引通風機２１を経て煙突２３から大気中に放出され、アンモニア含有排水の処理は完了する。
【００２１】
図６は、本実施形態のアンモニア分解装置の分解能力を示すグラフである。図６に示すように、本実施形態のアンモニア分解装置においては、アンモニア分解触媒入口におけるアンモニアの量の絶対値が１である場合に、触媒出口では０．００１まで低減することができた。
【００２２】
以上のように、本実施形態によれば、筒状に形成された触媒分解塔１の中に、その長手方向にそって通流される気体の上流側から順に、電気ヒータと、インジェクタと、アンモニア分解触媒とを設けた構成としているから、アンモニア分解装置を放散塔のない構成とすることができ、装置を簡単化し、小型化することができる。
【００２３】
さらに、アンモニア分解触媒の反応熱の廃熱を利用する空気予熱器を設け、触媒分解塔に導入される前の空気を予熱することによって、電気ヒータの要求出力を低減することができ、装置の省エネルギー化をすることができる。
【００２４】
次に、本発明を適用してなるアンモニア分解装置の第２の実施形態について図７を参照して説明する。図７は、本実施形態のアンモニア分解装置の構成を示す図である。上述した第１の実施形態におけるのと同じものには同一の符合を付して図示し、説明を省略する。本実施形態は、第１の実施形態とはポンプ１３を持たない点で相違する。すなわち、本実施形態では、排水は、触媒分解塔１内の気相の圧力と、ノズル７７部における排水の蒸気圧力との差によって噴霧される。換言すれば、排水は触媒分解塔１内の空気の流速に起因して誘引されて噴霧され、気化される。この点を除けば、本実施形態のアンモニア分解装置は第１の実施形態のものと実質的に同一である。この実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を奏することができ、かつポンプがなくてもよいので装置をより簡単化できる効果がある。
【００２５】
次に、本発明を適用してなるアンモニア分解装置の第３の実施形態について、図８を参照して説明する。図８は、本実施形態のアンモニア分解装置の構成を示す図である。この場合も第１の実施形態におけるものと同じものには同一の符合を付して図示し、説明を省略する。本実施形態は、図８に示すように、インジェクタ５と、アンモニア分解反応部７との間に、ＶＯＣ分解触媒を有するＶＯＣ分解反応部８３を設け、アンモニアとＶＯＣとを含有する廃液または排水を処理できるようにしたことを特徴とするものである。
【００２６】
図９は、本実施形態におけるヒートバランスを示す模式図である。当初空気温度Ａが予熱されて温度Ｂとなり、さらに電気ヒータ３によって温度Ｃまで昇温した後、インジェクタ５から噴霧された排水の気化に伴ない温度Ｄまで低下することは上述した第１の実施形態と同様である。そして、本実施形態の場合には、ＶＯＣを含むアンモニアガスは先ずＶＯＣ分解反応部８３に入り、ここで発熱反応を伴なってＶＯＣが分解される。ＶＯＣ分解反応部８３の出口において、アンモニアガスはＶＯＣ分解触媒での発熱反応により温度Ｅ、例えば４００℃まで昇温されている。次に、このアンモニアガスは、アンモニア分解反応部７に入り、ここで第１の実施形態と同様にして発熱反応を伴なって分解し、温度Ｆ、例えば５００℃まで昇温される。そして、空気予熱器９を出た排ガスは、温度Ｇ、例えば３５０℃に冷却され、第１実施形態と同様に煙突２３から大気中に放出される。
【００２７】
このような第３の実施形態によれば、反応部としてアンモニア触媒に併せてＶＯＣ分解触媒をも有する構成としているから、上述した各実施形態と同様の効果に加えて、同一の装置によってＶＯＣをも分解できる効果がある。
【００２８】
なお、上述した各実施形態では、触媒分解塔は略水平に設けられているが、例えば、触媒分解塔は、略鉛直に立てられたり、あるいは斜めに傾斜して配置される等任意に配置可能である。また、筒体が屈曲しているような構成であってもよい。また、触媒分解塔の断面形状も矩形に限らず、円形等任意の形状であってよい。
【００２９】
また、本発明の噴霧部の構成は、上述したようなインジェクタの構成に限定されず、処理対象液を気相流中に噴霧できる構成であれば、いかなる構成をとってもよい。
【００３０】
また、上述した各実施形態においては、触媒分解塔に大気を導入する構成としているが、これに限らず、酸素を含有してなるガスであれば他の気体を導入してもよい。例えば、予め気相のアンモニアを含有するガスを筒体内に導入し、この中にさらにアンモニア含有排水等を噴霧することによって、両方のアンモニアを同時に処理できるようにしてもよい。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、アンモニア分解装置の構成を簡単化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るアンモニア分解装置の構成を示す図である。
【図２】図１のアンモニア分解装置のインジェクタ部分の拡大図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ部矢視断面図である。
【図４】図１のアンモニア分解装置のノズル部分の拡大図である。
【図５】図１のアンモニア分解装置の各部位におけるヒートバランスを示す模式図である。
【図６】図１のアンモニア分解装置の分解能力を示すグラフである。
【図７】本発明の第２の実施形態に係るアンモニア分解装置の構成を示す図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係るアンモニア分解装置の構成を示す図である。
【図９】図８のアンモニア分解装置の各部位におけるヒートバランスを示す模式図である。
【符号の説明】
１  触媒分解塔
３  電気ヒータ
５  インジェクタ
７  アンモニア分解反応部
９  空気予熱器
１１  排水源
１５  押込通風機
２１  誘引通風機
【図１】
2004275952.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004275952.tif 000009
【図８】
2004275952.tif 000010
【図９】
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