(57)【要約】【課題】  非平衡プラズマ燃焼を用いて、排気ガスに含まれるアンモニアを環境に無害な窒素や水素に分解する装置及び方法を提供する。【解決手段】  減圧した反応管１２に反応ガスとして酸素を供給する。反応管１２内の酸素にマイクロ波を照射し、酸素を電離させてプラズマ化させる。この状態で、アンモニアを含む排気ガスを投入することにより、排気ガス中のアンモニアを窒素及び酸素に分解し、その他の成分のうち有機物を主に二酸化炭素と水に、無機物を無機酸化物として外部へ排出する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応管内を減圧させる減圧手段と、反応ガスを前記反応管内に供給する反応ガス供給部と、マイクロ波を前記反応管内に入射させて、前記反応ガスを電離させることによって非平衡プラズマ化させるマイクロ波発生手段と、アンモニアを含むガスを投入するガス投入部と、当該ガス投入部から投入されたガスを前記プラズマ中に放出する細管を備えて構成したことを特徴とするマイクロ波非平衡プラズマを用いたアンモニアの処理装置。
【請求項２】
減圧した反応管内に供給した反応ガスにマイクロ波を照射してプラズマ化した状態で、アンモニアを含む排気ガスを該反応管内に供給することで、前記排気ガス内のアンモニアを窒素及び水素に分解することを特徴とするマイクロ波非平衡プラズマを用いたアンモニアの処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガス中に含まれるアンモニアを分解処理して、環境に無害な水素及び窒素として排出することのできるアンモニアの処理装置及びアンモニアの処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガソリンなどの燃料その他の燃焼，または各種の化学反応の結果発生する排気ガスは、現代社会において多量に環境へ放出されている。排気ガスの大部分は無害な二酸化炭素であるが、一酸化炭素や炭化水素、窒素酸化物や粒子状物質などの有害物質も含まれている。
【０００３】
そのため、これら排気ガスの環境への放出は極力避けられるべきであり、従来から排気ガスの放出を避けるための方法が種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５４−９１６６号公報
【０００５】
上記特許文献１記載の方法は、有害物質を吸脱着処理する吸着材として活性炭を用いて排気ガスを吸脱着処理するものである。活性炭は、多種類の悪臭物質に対して優れた吸着性能を有する特徴がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、活性炭は、例えばアンモニアのように沸点が低く、分子量が小さい塩基性物質に対する吸着性能が著しく低いため、このような塩基性物質を含有する排気ガスを処理する場合には、十分な処理性能を得ることができなかった。
【０００７】
アンモニアは、半導体の製造過程又は金属材料の窒化処理において使用され、或いは家畜排泄物や化学肥料の施肥及び自動車等の排気ガスとして大気中に放出されている。特に金属材料の窒化処理で使用されるアンモニアは、その４０〜７０％が未反応であり何らかの分解処理を必要とする。
【０００８】
アンモニアは特有の強い刺激臭を持つばかりか、高い可燃性や引火性、更には、皮膚や目、呼吸器系に障害を発生させる有害性もあるため、環境への放出は極力避けなければならず、また、１［ppm］以上のアンモニアは悪臭防止法の規制の対象となる。
【０００９】
そこで、アンモニアを燃焼によって分解することも考えられるが、アンモニアは着火しにくく燃焼速度も遅いことから、灯油や水素、その他の助燃剤を用いる必要があり、処理が迂遠となる。
【００１０】
そこで、本発明は、助燃剤などを用いることなくアンモニアを分解して、環境への放出を確実に防止することのできる処理装置及び処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１記載の発明は、反応管内を減圧させる減圧手段と、反応ガスを前記反応管内に供給する反応ガス供給部と、マイクロ波を前記反応管内に入射させて、前記反応ガスを電離させることによって非平衡プラズマ化させるマイクロ波発生手段と、アンモニアを含むガスを投入するガス投入部と、当該ガス投入部から投入されたガスを前記プラズマ中に放出する細管を備えて構成したことに特徴を有する。
【００１２】
請求項２記載の発明は、減圧した反応管内に供給した反応ガスにマイクロ波を照射してプラズマ化した状態で、アンモニアを含むガスを該反応管内に供給することで、前記ガス内のアンモニアを窒素及び水素に分解することに特徴を有する。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１記載の発明によれば、沸点が低く分子量の小さいアンモニアであっても、助燃剤を用いることなく直接的に分解処理することが可能となり、効率的である。
【００１４】
請求項２記載の発明によれば、排気ガスに含まれるアンモニアを環境負荷のない水素と窒素に分解できるので、環境の保全に貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係るアンモニア処理装置を示す構成図である。
【図２】本発明のアンモニア処理装置を構成する反応部内を示す拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図１を用いて説明する。図１において、１はマイクロ波発生装置、２はマイクロ波導波管、３はアンモニアを含む排気ガスの投入部、４は反応ガス供給部、５は反応部である。
【００１７】
６はマイクロ波発生装置１から発振したマイクロ波が反射してマイクロ波発生装置１内に入ることを防止するために、反射したマイクロ波を吸収するためのアイソレータであり、７はマイクロ波の強度を調べるパワーモニタ、８はマイクロ波を共振させ、プラズマの発生位置に焦点を合わせるスタブチューナである。
【００１８】
９は反応部５内部の状況を目視するための観察窓であり、１０は後述する反応管内の気圧を調整するための真空ポンプである。１１は気圧調整された前記反応管内の気圧を測定するための圧力計である。
【００１９】
図２に反応部５内部の構造を示す。反応部５内部にはマイクロ波導波管２に対して反応管１２が垂直に設置されており、その上部は反応ガス供給部４に接続され、下部は真空ポンプ１０と導通している。
【００２０】
反応管１２内部には、上端を投入部３に接続した細管（以下、プローブという）１３の下端がプラズマ発生部Ｘまで延出している。反応管１２は、例えば透明の石英管によって形成されており、図１に示すマイクロ波発生装置１から発振してプラズマ導波管２を通過したマイクロ波を反応管１２内に通過させる。
【００２１】
次に、図１に示すアンモニアの処理装置Ａによってアンモニアを処理する方法ついて説明する。
【００２２】
例えば、排気ガスに含まれるアンモニアを分解処理するに当たっては、まず、図１に示す反応ガス供給部４から反応ガスとして酸素を供給する。供給された酸素は、図２に示す反応管１２内を降下する。
【００２３】
次に、図１に示す真空ポンプ１０および圧力計１１を用いて、反応管１２内を所定圧力（例えば、０．１〜１０４ｋＰａ）に減圧・固定し、この状態でマイクロ波発生装置１によって生成したマイクロ波を所定の出力（３００〜１０００Ｗ）で発振する。
【００２４】
マイクロ波発生装置１から出力されたマイクロ波は、マイクロ波導波管２、アイソレータ６を介してパワーモニタ７に伝播し、パワーモニタ７により入射電力が検出される。このとき、アイソレータ６は反射したマイクロ波を吸収することによって、マイクロ波発生装置１を保護する。反射したマイクロ波の電力はパワーモニタ７によって検出される。
【００２５】
マイクロ波導波管２内を通過したマイクロ波は、スタブチューナ８によって共振され図２に示す反応管１２内でマイクロ波が最大量消費されるように、プラズマ発生部Ｘに入射する。
【００２６】
プラズマ発生部Ｘに入射したマイクロ波は、透明石英管等からなる反応管１２を良好に透過する。このとき、反応管１２内には、図１に示す反応ガス供給部４より反応ガスとして酸素が供給されており、この酸素は入射したマイクロ波によって電離してプラズマ化される。
【００２７】
このとき発生するプラズマは、反応管１２内が所定圧に減圧されているので、グロー放電によって生じる。グロー放電は、コロナ放電と比較してより広範囲で安定した放電であり、アーク放電と比較して低エネルギーで生じさせることができる。
【００２８】
プラズマ発生部Ｘにグロー放電プラズマを発生させたら、処理対象である排気ガスを投入部３から投入する。排気ガスは図２に示すプローブ１３内を通過してプラズマ発生部Ｘに投入される。
【００２９】
排気ガスはプラズマ化している酸素と急激に反応し、非平衡プラズマ燃焼となる。非平衡プラズマ燃焼とは、通常の燃焼が熱平衡な化学反応で進行するのに対し、熱非平衡なプラズマ反応を有する燃焼方法である。
【００３０】
このとき、プローブ１３の下端部がプラズマ発生部Ｘの上部位置まで延出しているので、プローブ１３の下端部に電磁場が集中し、プラズマ発生部Ｘにプラズマが発生するきっかけを与えることができる。
【００３１】
これは、プラズマ発生部Ｘに供給した反応ガスにマイクロ波を照射した場合、反応ガスを電離させてプラズマ化させることは容易でないので、プローブ１３によってプラズマが発生するきっかけを与えることによって、プラズマの発生確率を向上させることが可能となる。
【００３２】
また、一度発生したプラズマは、プローブ１３の下端部が電子の供給源となることにより、安定した状態を継続的に維持することができる。
【００３３】
上述した非平衡プラズマ燃焼によって、排気ガスに含まれるアンモニアは水素と窒素に分解される。また、排気ガスのその他の成分のうち、有機物は主に二酸化炭素と水になり、無機物は酸化されて無機の酸化物となる。
【００３４】
アンモニアの分解により得られた水素と窒素及び有機物に起因する二酸化炭素と水や、無機物に起因する無機酸化物は、真空ポンプ１０の吸引力を利用してアンモニア処理装置Ａの外部へ排出する。
【００３５】
このように、本発明に係るアンモニアの処理装置及び処理方法によれば、沸点が低く分子量の小さいアンモニアであっても、助燃剤を用いることなく確実に分解処理することが可能となる。
【００３６】
また、分解したアンモニアは、環境に無害な窒素及び水素として外部へ排出することができるので、環境の保全に貢献することができる。
【００３７】
なお、本発明によるアンモニアの分解は、上述したように、反応管１２内を０．１〜１０４ｋＰａに減圧・固定するとともに、マイクロ波の出力を３００〜１０００Ｗで発振することにより効率よく分解処理することが可能となるが、本発明の技術的範囲を上記数値限定した範囲に限定するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
アンモニアの分解処理に利用可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１  マイクロ波発生装置
２  マイクロ波導波管
３  投入部
４  反応ガス供給部
５  反応部
６  アイソレータ
７  パワーモニタ
８  スタブチューナ
９  観察窓
１０  真空ポンプ
１１  圧力計
１２  反応管
１３  細管（プローブ）
Ａ  アンモニアの処理装置
Ｘ  プラズマ発生部
【図１】
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【図２】
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