(57)【要約】  本発明による亜酸化窒素を含むガスの処理装置は、被処理ガスを導入し処理済みガスを排出するためのダンパー（１１３〜１１６，１１８〜１２０，１２３〜１２５）と、セラミック蓄熱体を充填した複数の蓄熱層（１０２）と、前記蓄熱層にそれぞれ対応して配置されていて導入された前記被処理ガスに含まれる亜酸化窒素を窒素に熱分解するための複数の触媒層（１０３）と、導入された前記被処理ガスを前記触媒層で熱分解可能な温度まで上げるための加熱手段（１０７）とを備えている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック蓄熱体と助燃手段を用いて被処理ガスを３００〜６００℃まで加熱し、触媒により亜酸化窒素を窒素に熱分解することを特徴とする亜酸化窒素を含むガスの処理方法。
【請求項２】
熱分解後の処理済ガスの熱をセラミック蓄熱体に蓄え、その蓄熱を次に導入される被処理ガスに加えるようにしたことを特徴とする亜酸化窒素を含むガスの処理方法。
【請求項３】
被処理ガスを導入し処理済みガスを排出するためのダンパーと、セラミック蓄熱体を充填した複数の蓄熱層と、前記蓄熱層にそれぞれ対応して配置されていて導入された前記被処理ガスに含まれる亜酸化窒素を窒素に熱分解するための複数の触媒層と、導入された前記被処理ガスを前記触媒層で熱分解可能な温度まで上げるための加熱手段とを備えた亜酸化窒素を含むガスの処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、亜酸化窒素を含むガスの処理方法及び装置に関し、特に、硝酸生産工場、カプロラクタム製造工場及びアジピン酸製造工場等から排出される亜酸化窒素を含む排ガスの処理方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
亜酸化窒素は、例えば、硝酸生産工場からの排ガス、シクロヘキサノールやシクロヘキサンからアジピン酸の製造工程における排ガス、カプロラクタムの製造等の気相でアンモニアを酸化させる工程での排ガス、あるいは麻酔薬使用後の排ガス中等に含まれている。【０００３】
亜酸化窒素は、地球の大気を害するものとして認識されている。成層圏では、亜酸化窒素は一酸化窒素を生じ、この一酸化窒素はオゾン層の破壊をもたらすとされているからである。また、亜酸化窒素は温室効果ガスであることも知られており、その温室効果は炭酸ガスの温室効果の３１０倍といわれている。このような理由から、京都議定書により削減対象ガスとされている。【０００４】
一方、一酸化窒素は安定物質であり、触媒不存在下では８００℃以上でしか分解しないことが知られている。更に、温度が上昇すると窒素と酸素への分解という形態では進行せず、１０００℃以上では一酸化窒素への分解割合が増加する。【０００５】
こうしたことから、一酸化窒素の分解処理には触媒を用いることが一般的となっている。例えば、特許文献１には、アジピン酸の製造工程で副生する亜酸化窒素を、酸化第二銅をアルミナに担持させた触媒を用いて分解する具体例が示されている。【０００６】
図１はその具体例を示している。図１において、アジピン酸製造工程からの酸化排ガス１は、ＮＯｘ吸収塔１３に供給される。ガス中の二酸化窒素は、吸収水２に吸収され、硝酸水溶液３として塔底より抜き出される。塔頂からはＮ2Ｏを主成分とする酸化排ガス４が、ほぼ常温・常圧状態で供給ガス予熱用熱交換器１４に供給される。ここで所定の温度まで予熱された酸化排ガス５は、触媒充填反応器１５に導かれる。触媒充填反応器１５の形式は、固定床及び流動床の何れを用いても良いが、この具体例では固定床による等温反応器が用いられている。分解熱の大部分は、反応管の外部と蒸気ドラム１７間を循環する熱水１０及び１１に吸収される。熱水は蒸気ドラムで蒸発し、蒸気１２としてその熱を再利用できる。蒸発した水分は常時予備タンク１８よりボイラ用共給水９として供給される。【０００７】
そして、反応器の温度が低い立ち上げ時には導入用配管１９に酸化排ガス４を導き、立ち上げ用予熱器２０にて所定の温度まで暖める必要があるとしている。そして、これは炭化水素その他の可燃性ガスまたは液体を燃焼させるものが考えられるが、必要な熱量を供給できるものであればその種類を問わず利用しうるとしている。【０００８】
【特許文献１】特開平５−４０２７号公報
【０００９】
亜酸化窒素の分解反応は、反応阻害物質の共存状態にもよるが、触媒を用いても３００〜４００℃以上でしか起きないので、上記従来例のように亜酸化窒素含有ガスを反応開始温度まで昇温しなければならない。また、亜酸化窒素濃度によっては、反応系の熱バランスを取るために、立ち上げ用予熱器２０を常時稼動させることが必要となる。こうした場合、燃料費が大きくなり、更に、CO2排出量の増加がもたらされる。従って、亜酸化窒素含有ガスの温度維持のために必要とされる燃料が少なく、CO2発生量の少ない分解システムの提供が求められている。
それ故、本発明の目的は、亜酸化窒素ガスの分解に必要とされるエネルギーが少なくて済む処理方法及び装置を提供することにある。
【発明の開示】
【００１０】
本発明による亜酸化窒素を含むガスの処理方法は、セラミック蓄熱体と助燃手段を用いて被処理ガスを３００〜６００℃まで加熱し、触媒により亜酸化窒素を窒素に熱分解することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明による亜酸化窒素を含むガスの処理方法は、熱分解後の処理済ガスの熱をセラミック蓄熱体に蓄え、その蓄熱を次に導入される被処理ガスに加えるようにしたことを特徴とする。
【００１２】
本発明による亜酸化窒素を含むガスの処理装置は、被処理ガスを導入し処理済みガスを排出するためのダンパーと、セラミック蓄熱体を充填した複数の蓄熱層と、前記蓄熱層にそれぞれ対応して配置されていて導入された前記被処理ガスに含まれる亜酸化窒素を窒素に熱分解するための複数の触媒層と、導入された前記被処理ガスを前記触媒層で熱分解可能な温度まで上げるための加熱手段とを備えている。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、亜酸化窒素を含むガスを触媒を用いて分解する処理装置の一従来例の概略図である。
【図２】図２は、本発明による亜酸化窒素を含むガスを触媒を用いて分解する処理装置の基本構成図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図２は、本発明に係る処理装置の一実施例を示している。図中、１０１は反応器で、その内部は、セラミック蓄熱体よりなる蓄熱層１０２とその上に設けられた白金等の貴金属を担持した触媒よりなる触媒層１０３を含む三組の蓄熱-触媒区画１０４，１０５，１０６と、これらの蓄熱-触媒区画の上に設けられていてバーナ等の助燃手段１０７を含む天井区画１０８とで、構成されている。１０９は助燃手段１０７に燃料を供給するための自動弁、１１０は助燃手段１０７に燃焼用空気を供給するための自動弁、１１１は各蓄熱-触媒区画１０４，１０５，１０６内の蓄熱層１０２と触媒層１０３の間の温度を検知して自動弁１０９，１１０を制御する温度制御器、１１２は天井区画１０８内の温度が所定値を超えたとき警報を発する温度警報器である。【００１５】
各蓄熱-触媒区画１０４，１０５，１０６の底部には、切替えダンパー１１３，１１４，１１５，１１６を介して、被処理ガス源即ち亜酸化窒素含有ガス源１１７に接続されたガス分配配管と、切替えダンパー１１８，１１９，１２０，１１６と送風機１２１を介して、処理済ガス放出配管１２２に接続されたガス排出配管と、切替えダンパー１２３，１２４，１２５を介して、処理済ガス放出配管１２２に接続されたパージ配管１２６に接続されたガス排出配管とが、それぞれ連結されている。また、切替えダンパー１２７を介して、ガス分配配管の切替えダンパー１１３の上流側と処理済ガス放出配管１２２の送風機１２１の下流側とが接続されている。【００１６】
上記反応炉の稼動にあたり、切替えダンパー１１３，１１４，１２０，１２４を開き、切替えダンパー１１５，１１６，１１８，１１９，１２５，１２７を閉じ、加熱手段１０７を点火して、送風機１２１を駆動すれば、その吸引力によりガス分配配管を介して、被処理ガス源１１７より蓄熱-触媒区画１０４内へ被処理ガスが吸い込まれ、蓄熱層１０２、触媒層１０３，天井区画１０８，蓄熱-触媒区画１０６の触媒層１０３及び蓄熱層１０２を経て、処理済ガス放出配管１２２内へ処理済みガスが排出される。そして、処理済みガスの一部は、パージ配管１２６を介して、蓄熱-触媒区画１０５内へパージガスとして導入され、このパージガスは、蓄熱-触媒区画１０５の蓄熱層１０２及び触媒層１０３を経て、天井区画１０８内へ入り、その中のガスの流れに乗って蓄熱-触媒区画１０６内へ入り、その触媒層１０３及び蓄熱層１０２を経て、処理済ガス放出配管１２２内へ排出される。【００１７】
上記過程において、蓄熱-触媒区画１０４内へ導入された被処理ガス即ち亜酸化窒素含有ガスは、蓄熱された蓄熱層１０２を通過する間に触媒反応処理適正温度（約４００℃〜６００℃）まで昇温されて、触媒層１０３により窒素と酸素に分解され、天井区画１０８内へ導入されて、予熱される。その後、他の蓄熱-触媒区画１０６内で、残存する亜酸化窒素成分が触媒層１０３により窒素と酸素とに分解され、蓄熱層１０２を熱し、熱を失った後に送風機１２１により系外へ排出される。この間、天井区画１０８内では、蓄熱-触媒区画１０６内の触媒層１０３下部のガス温度に応じて、加熱手段１０７により灯油，LPGまたは軽油等の燃料を燃焼させて、当該触媒層１０３の温度が常に所定値に維持されるようにする。換言すれば、加熱手段１０７は、触媒層１０３の入口温度が常に適正温度になるように、温度制御器１１１により制御される。【００１８】
このようにして、所定の時間が経過したとき、切替えダンパー１１４〜１１６、１１８〜１２０及び１２３〜１２５の開閉の組合わせを順次切り替えて、被処理ガスの流れを変え、蓄熱された蓄熱層は入口層に、蓄熱されるべき蓄熱層は出口層になるようにされる。この切替えを繰り返すことにより、熱効率を９５％以上高めることが可能となり、ランニングコストを低減させることができる。
パージ配管１２６は、被処理ガスの流れが切り替わる時に、未処理のガスが処理側にリ−クするのを防ぐためのラインであり、このラインに接続される蓄熱-触媒区画は未処理ガスを追い出すためのパージ槽となるが、実際上このリーク量は微量であるため、経済性を考慮して、設置されなくても良い。【００１９】
なお、上記の場合、切替えダンパーの切替え時に、僅かではあるが装置内に圧力変動を起こす。この圧力変動を許容しない装置の場合には、切替えダンパーの代わりに、排ガスラインを連続的に切替え得るロータリータイプを用いると良い。【００２０】
また、上記実施例では、蓄熱-触媒区画が二組または三組連接されている場合について説明したが、これに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱することなしに、四組以上連接されて構成されても良い。【００２１】
次に、下記条件の下での、本発明装置とこの種の一般方式の装置との比較検証結果を示す。
被処理排ガス量：20,000 m3N/hr
排ガス温度    ：80℃
触媒処理温度  ：450℃
燃料          ：天然ガス10,000 kcal/m3
CO2の発生量および燃料使用量
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【００２２】
また、本発明方式によれば、触媒温度を変えることにより、経時変化による触媒活性低下の対策やＮ2Ｏ処理効率を調整することが可能である。【００２３】
また、本発明方式は、一般方式に比べ、熱効率が高いため、触媒の処理温度を変えても、燃料費やＣＯ2の発生量の変化幅が少なく、性能を自由に調整することができる。【００２４】
触媒の処理温度を500℃とした時の、CO2の発生量および燃料使用量の比較検証結果は下表の通りである。
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なお、本発明の反応は発熱反応であり、被処理ガス温度を６００℃を超える温度まで昇温し反応させると、触媒の破壊が始まり、適切ではない。また、被処理ガス温度を３００℃未満とすると分解反応が起きない。
実際の被処理ガス中に含まれる亜酸化窒素量や水分量により最適な被処理ガス温度が決まるので、予め最適温度を求めておくことが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明による装置は、運転コストを大幅に削減することができ、温室効果ガスである亜酸化窒素含有ガスの削減のための処理装置として極めて有用である。
【図１】
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【図２】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年7月7日(2006.7.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
亜酸化窒素を含む被処理ガスを導入して処理済みガスを排出するためのダンパーと、加熱手段と共同して導入された被処理ガスを３００〜６００℃まで加熱し得るセラミック蓄熱体を含む複数の蓄熱層と、前記各蓄熱層にそれぞれ対応して配置されていて導入された前記被処理ガスに含まれる亜酸化窒素を窒素に熱分解する貴金属触媒を含む複数の触媒層とを備え、熱分解後の処理済ガスの熱を前記セラミック蓄熱体に蓄えてその蓄熱を次に導入される被処理ガスに加え得るように構成した亜酸化窒素を含むガスの処理装置。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
（削除）
【国際調査報告】
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2007122678.tif 000008
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