JP2000233117A

JP2000233117A - 排ガスの浄化方法及び浄化装置

Info

Publication number: JP2000233117A
Application number: JP11348179A
Authority: JP
Inventors: Suehachi Ki; 末八暉; Yasusada Miyano; 安定宮野; Noboru Akita; 昇秋田; Kenji Otsuka; 健二大塚; Takashi Shimada; 孝島田
Original assignee: Japan Pionics Ltd
Current assignee: Japan Pionics Ltd
Priority date: 1998-12-14
Filing date: 1999-12-07
Publication date: 2000-08-29

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体製造工程などから排出されるアンモニ
ア含有排ガスを、副生物を生じることがなく、二次処理
を必要せず、効率よく、完全に浄化することのできる浄
化方法及び浄化装置を開発する。【解決手段】アンモニア含有排ガスをアンモニア分解
触媒に接触させて、アンモニアの大部分を窒素と水素に
分解し、アンモニア分解処理後の未分解アンモニアを吸
着剤に接触させて浄化すると共に、該吸着剤の加熱再生
の際に吸着剤から脱離したアンモニアを含む再生排ガス
を前記アンモニア分解触媒に循環接触させる構成とす
る。

Description

【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
る排ガスの浄化方法及び浄化装置に関し、更に詳細には
半導体製造工程から排出されるアンモニア含有排ガス、
あるいは化学処理工程等から排出されるアンモニア含有
排ガスの浄化方法及び浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体製造工業やオプトエレクト
ロニクス製造工業、精密機器製造工業、超硬材料及び装
飾品製造工業などの発展とともにそれぞれの工程でアン
モニアが使用されている。これらの中でも化合物半導体
の窒化膜製造工程などではアンモニアが多量に使用され
ている。

【０００３】アンモニアは化合物半導体の製造工程では
不可欠な物質であるが、毒性が高く、その許容濃度は２
５ｐｐｍであり、アンモニアを含む排ガスが大気中に放
出された場合は、人体や環境に悪影響をおよぼす。した
がってアンモニアを半導体製造工程等で使用した後に排
出されるアンモニアを含む排ガスは大気に放出するに先
立って浄化する必要がある。また、化学工業においても
アンモニアが多量に使用されるが、その際にもアンモニ
アを含有するガスを排出することがあり、これらの排ガ
スも大気に放出するに際して浄化する必要がある。

【０００４】アンモニアを含有する排ガスの浄化方法と
しては従来から、硫酸などの酸性水溶液に接触吸収さ
せ、アンモニアを硫酸アンモニウム等の塩として捕捉す
る方法、燃焼炉に導入して、アンモニアを水と窒素に
して浄化する方法、乾式除害剤と接触させて浄化する
方法、アンモニア分解触媒に加熱下に接触させて窒素
と水素に分解する方法、さらにアンモニア分解触媒と
乾式除害剤とを組み合わせて浄化する方法などが知られ
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
方法には次のような問題点があった。すなわち、硫酸
などの水溶液に接触吸収させる方法では、浄化処理で大
量のアンモニウム塩を副生する不都合がある。燃焼炉
に導入し、燃焼させて浄化する方法は、排ガスが定常化
された条件で放出されないことが多いために、ガス流
量、可燃性成分濃度の変動などから不完全燃焼、異常燃
焼、あるいは爆発等の危険を伴う不都合があるばかりで
なく、燃焼処理により有害物である窒素酸化物を副生す
る欠点がある。乾式除害剤と接触させて浄化する方法
では、アンモニア処理量の大きな場合には大量の除害剤
を必要とし、処理費用が高額となるほか、極めて大きな
処理装置を必要とする欠点がある。

【０００６】また、アンモニア分解触媒に加熱下に接
触させる方法では、アンモニアの分解率が化学平衡濃度
で規定される結果、浄化後の排ガス中には数十から数百
ｐｐｍのアンモニアが残存しているという不都合があ
る。さらに、アンモニア分解触媒と乾式除害剤とを組
み合わせて浄化する方法は、アンモニア分解後の未分解
アンモニア濃度が数十〜数百ｐｐｍであるために多量の
乾式除害剤を必要とする不都合があった。以上のことか
ら、浄化装置が小型で、浄化能力が高く、浄化後の処理
が容易であり、浄化後のパージガス中にアンモニアの流
出が極めて少なく、安価に処理し得る浄化方法及び浄化
装置の開発が強く望まれていた。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、これらの
問題点を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、アンモニア
を含有する排ガスの浄化において、アンモニア含有排ガ
スをアンモニア分解触媒に接触させて窒素と水素に分解
させた後、アンモニア分解処理後のガス中に含まれる未
分解アンモニアを吸着剤に接触させて吸着分離した後
に、吸着剤の加熱再生排ガスを該分解触媒に再度接触さ
せることによって、アンモニア含有排ガスをほぼ完全に
浄化することができることを見出した。また、前記再生
排ガスを前記アンモニア分解触媒とは別に設けられたア
ンモニア分解触媒（第二のアンモニア分解触媒）に接触
させることによって、アンモニア排出量を著しく低減さ
れた状態で排出し得ることを見出し、本発明に到達し
た。

【０００８】すなわち本発明の第１の態様は、アンモニ
アを含有する排ガスの浄化方法であって、該排ガスをア
ンモニア分解触媒と加熱下で接触させてアンモニアを水
素と窒素に分解し、次に未分解アンモニアを吸着するた
めに設けられた少なくとも２系列の吸着剤と順次切り換
えて接触させて浄化すると共に、該吸着剤を順次切り換
えて加熱再生し、その際に吸着剤から脱離するアンモニ
アを含む再生排ガスを前記アンモニア分解触媒に加熱下
で接触させて浄化することを特徴とする排ガスの浄化方
法である。

【０００９】また本発明の第２の態様は、アンモニアを
含有する排ガスの浄化方法であって、該排ガスをアンモ
ニア分解触媒と加熱下で接触させてアンモニアを水素と
窒素に分解し、次に未分解アンモニアを吸着するために
設けられた少なくとも２系列の吸着剤と順次切り換えて
接触させて浄化すると共に、該吸着剤を順次切り換えて
加熱再生し、その際に吸着剤から脱離するアンモニアを
含む再生排ガスを前記アンモニア分解触媒とは別に設け
られたアンモニア分解触媒と加熱下で接触させて浄化す
ることを特徴とする排ガスの浄化方法である。

【００１０】さらに本発明の第３の態様は、アンモニア
を含有する排ガスの浄化方法であって、該排ガスをアン
モニア分解触媒に加熱下で接触させてアンモニアを窒素
と水素に分解し、次に未分解アンモニアを吸着するため
に設けられた吸着剤と接触させて浄化すると共に、その
後該吸着剤を加熱再生し、その際に吸着剤から脱離する
アンモニアを含む再生排ガスを前記アンモニア分解触媒
と同一又は別に設けられたアンモニア分解触媒に加熱下
で接触させて浄化することを特徴とする排ガスの浄化方
法である。

【００１１】また本発明の第４の態様は、アンモニアを
含有する排ガスの浄化方法であって、該排ガスを、少な
くとも２系列の並列に切り換え可能の状態で設けられた
アンモニア分解触媒とアンモニアの吸着剤から成る系列
に順次切り換えて接触させて、アンモニアを窒素と水素
に分解し、次に未分解アンモニアを吸着分離して浄化す
ると共に、系列を順次切り換えてアンモニア吸着剤を加
熱再生し、その際の再生排ガスを該加熱再生中のアンモ
ニア吸着剤と同一系列のアンモニア分解触媒に加熱下で
接触させて浄化することを特徴とする排ガスの浄化方法
である。

【００１２】さらに本発明の第５の態様は、アンモニア
を含有する排ガスの浄化装置であって、アンモニア分解
触媒が充填されヒーターを備えたアンモニア分解筒、そ
の後段に少なくとも２筒の並列に切換え可能な状態で設
けられたアンモニアの吸着剤が充填されヒーターを備え
たアンモニア吸着筒、及び該吸着剤を加熱再生するため
のガス供給手段を備えると共に、再生排ガスを前記アン
モニア分解筒に供給するための設備を有することを特徴
とする排ガスの浄化装置である。

【００１３】また本発明の第６の態様は、アンモニアを
含有する排ガスの浄化装置であって、アンモニア分解触
媒が充填されヒーターを備えたアンモニア分解筒、その
後段に少なくとも２筒の並列に切り換え可能な状態で設
けられたアンモニアの吸着剤が充填されヒーターを備え
たアンモニア吸着筒、及び該吸着剤を加熱再生するため
のガス供給手段を有すると共に、再生排ガスを前記アン
モニア分解筒とは別に設けられたアンモニア分解触媒が
充填されヒーターを備えたアンモニア分解筒に供給され
るように構成されたことを特徴とする排ガスの浄化装置
である。

【００１４】また本発明の第７の態様は、アンモニアを
含有する排ガスの浄化装置であって、アンモニア分解触
媒が充填されヒーターを備えたアンモニア分解筒、その
後段にアンモニアの吸着剤が充填されヒーターを備えた
アンモニア吸着筒、及び該吸着剤を加熱再生するための
ガス供給手段を有すると共に、再生排ガスを前記アンモ
ニア分解筒又は別に設けられたアンモニア分解筒に供給
されるように構成されたことを特徴とする排ガスの浄化
装置である。

【００１５】このほか本発明の第８の態様は、アンモニ
アを含有する排ガスの浄化装置であって、少なくとも２
系列の並列に切り換え可能な状態で設けられたアンモニ
ア分解触媒が充填されヒーターを備えたアンモニア分解
筒とアンモニアの吸着剤が充填されヒーターを備えたア
ンモニア吸着筒から成り、各系列のアンモニア吸着筒出
口ガスの一部が、他の系列の吸着剤再生用ガスとして供
給し得るように切り換え可能とされ、さらに該他の系列
の吸着剤の再生排ガスが該他の系列のアンモニア分解筒
で浄化されるように構成されたことを特徴とする排ガス
の浄化装置である。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明は、半導体製造工程から排
出されるアンモニアを含有する排ガスのほか、化学処理
工程などから排出されるアンモニア含有排ガスの浄化に
も適用される。本発明は、アンモニア含有排ガスをアン
モニア分解触媒と接触させて窒素と水素に分解した後、
アンモニア分解処理後のガス中に含まれる未分解のアン
モニアを吸着剤に捕捉させた後排気すると共に、吸着剤
の加熱再生の際に吸着剤から脱離するアンモニアを含む
再生排ガスをアンモニア分解触媒に再接触させた後排気
するか、若しくは再生排ガスをアンモニア分解触媒とア
ンモニア吸着剤を組み合わせた系に循環させて浄化する
ことによって、アンモニア含有排ガスを浄化する方法で
ある。

【００１７】本発明において、アンモニア分解触媒とし
ては、アンモニアを気相で水素と窒素に分解し得る触媒
であれば特に限定はなく、公知のアンモニア分解触媒が
使用可能である。例えば、無機担体にニッケル、鉄、パ
ラジウム、白金又はルテニウムなどの金属又は金属化合
物を担持させた触媒、あるいはこれらの金属又は金属化
合物を有効成分として含み、打錠成形若しくは押し出し
成形などで調製された触媒がある。さらに有効成分とし
てこれらの金属又は金属化合物の単独成分を有効成分と
する触媒のほか、複数種を含む触媒も用いることができ
る。これらの中でも、低い温度でも高いアンモニア分解
活性が得られる点でルテニウム触媒が好ましい。

【００１８】これらの触媒は、アルミナなどの担体に金
属塩の溶液を含浸、または添着させて調製する方法、金
属化合物の粉末を滑剤などと共に打錠成形して調製する
方法、若しくは金属化合物を含むケーキを押し出し成形
する方法などによって調製することもできるが、アンモ
ニア分解触媒として市販されているものもあることか
ら、それらを用いることもできる。

【００１９】アンモニア分解触媒の形状には特に制限は
なく、通常はリング状、タブレット状、円柱状、球状な
どがある。通常これらの触媒は金属製の筒に充填され
（以下、アンモニア分解筒と記す）固定床として用いら
れる。アンモニアの分解触媒がアンモニア分解筒に充填
して使用される場合の充填長は、通常は５０〜３０００
ｍｍ程度とされるが、詳細には処理する排ガス中のアン
モニア濃度、処理ガス量、反応温度、および触媒形状な
どによって定められる。

【００２０】本発明におけるアンモニア分解の条件とし
ては、排ガス中のアンモニア濃度に制限はなく、排ガス
中のアンモニア濃度が１００％に達するような場合であ
っても、排出された状態のままで接触分解させることが
できる。アンモニア分解させる場合の反応温度として通
常は４５０〜１２００℃、好ましくは６００〜９００℃
である。また、圧力は低いほど好ましく、常圧以下でも
実施しうるが、操作性の点から通常は０．０１〜１ＭＰ
ａ、好ましくは０．０９〜０．５ＭＰａである。

【００２１】アンモニア分解筒内の排ガスの空筒線速度
（ＬＶ）は、アンモニア濃度、分解触媒の充填長および
反応温度などによって定められるが、通常は０℃、常圧
換算で、０．１〜２００ｃｍ／ｓｅｃであり、好ましく
は１〜５０ｃｍ／ｓｅｃである。このような条件でアン
モニア含有排ガスを分解することにより、アンモニア分
解筒出口ガス中のアンモニア濃度として、通常は６０〜
１０００ｐｐｍ程度に低減される。

【００２２】また、アンモニア分解筒の触媒充填部はア
ンモニア分解筒に設けられたヒーターの加熱により所望
の反応温度に保持される。また処理する排ガスをアンモ
ニア分解筒に供給するにあたり、予熱器により反応温度
近傍まで加熱する方法、あるいは処理する排ガスをアン
モニア分解筒出口ガスと熱交換させる方法などによって
加熱したのち、アンモニア分解筒に供給することもでき
る。

【００２３】本発明で用いられるアンモニアの吸着剤と
しては、天然ゼオライト、合成ゼオライト、活性炭、ア
ルミナ、シリカゲル、シリカアルミナ等の吸着剤を用い
ることができる。これらの内でも、安定して大きな吸着
能力が得られる点で合成ゼオライト、活性炭などが好ま
しい。合成ゼオライトとしては細孔径が４Å、５Å程度
の合成ゼオライト（ユニオン昭和（株）製、又はリンデ
製モレキュラーシーブス４Ａ、５Ａ）が用いられる。こ
れらの吸着剤は、通常は金属製の筒に充填された状態で
（以下、アンモニア吸着筒と記す）使用される。吸着剤
は使用に先だって活性化した後に、アンモニア分解筒出
口ガスと接触させて未分解アンモニアを物理吸着によっ
て吸着分離する。

【００２４】本発明において、アンモニア分解筒出口ガ
スと吸着剤とを接触させる際の圧力に特に限定はなく、
常圧、減圧あるいは加圧下で行うこともできる。また、
アンモニア分解筒出口ガスと吸着剤と接触させる際の空
筒線速度は、通常は１〜３０ｃｍ／ｓｅｃ程度であり、
好ましくは５〜１５ｃｍ／ｓｅｃである。また、アンモ
ニア分解筒出口ガスと吸着剤とを接触させる際の温度
は、通常は１００℃以下、好ましくは７０℃以下、より
好ましくは常温付近の温度（０〜５０℃）である。

【００２５】アンモニアを吸着分離した吸着剤は、加熱
下にアンモニアを含まない乾燥ガスを通気することによ
って再活性化（以下、吸着剤の加熱再生と記す）され
る。吸着剤を加熱再生する際の温度は、吸着操作時の温
度よりも高い温度とされ、吸着剤によっても異なり一概
には特定できないが、通常は１００〜３５０℃で行われ
る。吸着剤の加熱再生は、吸着剤を加熱下に、アンモニ
ア含有排ガスを浄化した後のパージ排ガス（以下、自己
ガスと記す）を通気することによって行うこともできる
が、窒素などの不活性ガスを通気することによっても行
うことができる。

【００２６】次に本発明を、図１により具体的に説明す
る。図１は本発明の排ガス浄化装置の１例である。アン
モニアを含有する排ガスは排ガス供給ライン１から熱交
換器２を経てアンモニア分解筒３に供給される。アンモ
ニア分解筒３にはアンモニア分解触媒４が充填されてお
り、ヒーター５で加熱されている。アンモニア分解筒３
ではアンモニアの大部分が窒素と水素に分解される。分
解筒３からのアンモニア分解筒出口ガスは配管６、熱交
換器２、冷却器１７、バルブ７を経て常温付近の温度に
保持されたアンモニア吸着筒８に導入される。

【００２７】アンモニア吸着筒８には合成ゼオライト等
の活性化されたアンモニアの吸着剤９が充填されてい
る。これによってアンモニア分解筒出口ガス中の未分解
アンモニアは吸着分離され、浄化された排ガスはバルブ
１１、排ガスパージライン１２を経て大気中に放出され
る。このとき、アンモニア吸着筒８の出口ガスの一部を
バルブ１３から加熱されたアンモニア吸着筒８’に導入
し、アンモニアを吸着している吸着剤９’を加熱再生す
る。またこのときアンモニア吸着筒８’から排出される
アンモニアを多量に含む再生排ガスは冷却器１８’、バ
ルブ１４’、ブロワ１５、配管１６、排ガス供給ライン
１を経て、アンモニア分解筒３に導入される。

【００２８】また、アンモニア吸着筒８’は加熱再生が
終了した時点でヒーター１０’による加熱を停止し、常
温付近の温度まで冷却してアンモニア吸着筒８との切り
換えに備える。アンモニア吸着筒８中の吸着剤が飽和吸
着量に達し、出口ガス中にアンモニアの流出が認められ
た時点、若しくはアンモニアの流出が間近となった時点
で、ガス流路をバルブ７からバルブ７’に、バルブ１１
からバルブ１１’にそれぞれ切り換えてアンモニア分解
筒出口ガスの流路をアンモニア吸着筒８’側に切り換え
る。

【００２９】また、アンモニア吸着筒８はアンモニア吸
着筒８’の加熱再生の場合と同様の方法で加熱再生し、
切り換えに備える。なお、ここではアンモニア吸着筒
８’の加熱再生用のガスとしてアンモニア吸着筒８の出
口ガスの一部（自己ガス）を供給する方法で説明した
が、加熱再生用ガスとして窒素ガス等の不活性ガスを供
給することによっても行うことができる。

【００３０】このようにすることによって、アンモニア
含有排ガス中のアンモニアを大気中に全く放出すること
なしに完全に浄化することができる。なお、アンモニア
分解筒出口ガス中の未分解アンモニア濃度は接触分解条
件によって異なるが、通常は６０〜１０００ｐｐｍであ
り、アンモニア吸着筒８、又はアンモニア吸着筒８’で
極めて容易に吸着分離することができる。この方式によ
れば、排ガス浄化後のパージガスはアンモニアを全く含
まない状態で放出することができることから、加熱及び
動力源としての電力以外に消費する副資材を必要とせず
に、また二次処理を必要とするような副生物を生成する
こともなく、完全に浄化することができる。

【００３１】また本発明において、図２に示すように、
吸着剤の加熱再生の際に、吸着剤から脱離されたアンモ
ニアを含む再生排ガスを上記アンモニア分解筒とは別に
設けられたアンモニア分解筒（以下、第二のアンモニア
分解筒と記す）に導入し、アンモニアを窒素と水素に分
解することもできる。第二のアンモニア分解筒出口ガス
も、その未分解アンモニア濃度が６０〜１０００ｐｐｍ
程度であると共に、浄化対象とされた最初のアンモニア
含有排ガスに比べて著しくその量が低減されていること
から、希釈することによってそのまま大気中に放出する
こともできる。この場合は、必然的に第二のアンモニア
分解筒での分解率にもとづく量の未分解アンモニアが大
気中に放出される。

【００３２】なお本発明において、図３に示すように、
アンモニア分解筒、アンモニア吸着筒を1筒づづ組み合
わせて、アンモニアを含有する排ガスを浄化することが
できる。この場合には、アンモニア吸着剤の再生の際、
再生用ガスを不活性ガス供給ライン２４から導入し、ア
ンモニアを多量に含む再生排ガスをアンモニア分解筒３
に導入し、その際のアンモニア分解筒出口ガスはそのま
ま大気中に放出する。また図４に示すように、アンモニ
ア分解筒、アンモニア吸着筒、第二のアンモニア分解筒
を１筒づつ組み合わせて、浄化することもできる。しか
し、これらの場合にはいずれもアンモニア吸着筒を加熱
再生する間、アンモニア分解筒出口ガスの吸着操作がで
きないために、排ガスの浄化が間欠操作になる。

【００３３】さらに、図５に示すように、アンモニア分
解筒とアンモニア吸着筒を1筒づづ繋げたものを２系列
並列に設け、各系列のアンモニア吸着筒出口ガスの一部
を他の系列の吸着剤再生用ガスとして供給できるように
構成して、交互に切り換えて排ガスの浄化を行うことも
できる。また、図５と同様にアンモニア分解筒、アンモ
ニア吸着筒が配置され交互に切り換え可能であっても、
それぞれの再生用ガスとして外部から不活性ガスを供給
する方式については、本発明のアンモニア分解筒とアン
モニア吸着筒を1筒づづ組み合わせたものに含まれるも
のである。

【００３４】また、第二のアンモニア分解筒出口ガスの
後段処理として、乾式のアンモニア浄化剤を用いて浄化
することもできる。同様に第二のアンモニア分解筒出口
ガスの後段処理として酸の水溶液を用いる湿式吸収で浄
化することもできる。このほか、第二のアンモニア分解
筒出口ガスの後段処理として燃焼装置に導入して浄化す
ることもできる。これらの後段処理を組み合わせた場合
には、それぞれの処理方式に基づき乾式浄化剤、酸の水
溶液、燃料などの補助資材を必要とするが、パージ排ガ
スはアンモニアを含まない状態で放出できることから、
アンモニア含有排ガスをほぼ完全に浄化することができ
る。

【００３５】さらに、図３、図５に示すような、吸着剤
の再生排ガスをアンモニア分解筒に導入して浄化した後
そのまま排気する場合にも、第二のアンモニア分解筒出
口ガスの後段処理と同様に処理を行うことができる。

【００３６】なお本発明において、吸着剤の加熱再生の
際に、脱離するアンモニアを含む再生排ガスを第二のア
ンモニア分解筒と、上記アンモニア吸着筒とは別に設け
られたアンモニア吸着筒（以下、第二のアンモニア吸着
筒と記す）とを組み合わせた系列に供給し、この系列で
循環浄化することもできる。しかし、それらは基本的に
は本発明の変形にすぎず、本発明に含まれるものであ
る。

【００３７】本発明の排ガス浄化装置は図１〜５に示す
ように、アンモニアを窒素と水素に分解するためのアン
モニア分解筒、アンモニア分解処理後のガス中に含まれ
る未分解アンモニアを吸着分離するためのアンモニア吸
着筒、及び吸着剤の加熱再生のためのガスの供給手段を
有すると共に、吸着剤から脱離するアンモニアを含む再
生排ガスをアンモニア分解筒に供給する配管若しくは設
備からなる排ガスの浄化装置である。アンモニア分解筒
の材質としては、反応温度条件に耐え得る金属であると
ともに、排ガス中に含まれるほかアンモニア分解によっ
て生成する水素、窒素による水素脆性、および窒化など
を生じにくい材料を用いることが好ましく、例えばＩＮ
ＣＯ社のニッケル・クロム合金、インコロイ８００、イ
ンコネル６００などが使用される。

【００３８】また、アンモニア分解筒の加熱には公知の
加熱手段が用いられる。例えば、アンモニア分解筒の外
側にヒーターを取り付ける方法、あるいはアンモニア分
解触媒充填部にヒーターを埋設する方法、あるいはこれ
らの加熱手段と共にアンモニア分解筒の前に予熱器を設
けた装置構成とすることができる。さらに、アンモニア
分解筒入り口ガスをアンモニア分解筒出口ガスと熱交換
させる構成にして、熱効率を高めることもできる。

【００３９】アンモニア吸着筒の材料は、通常はＳＵＳ
３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ等の耐蝕性材料
が用いられる。また、吸着剤の加熱再生に必要な温度ま
で加熱し得るように、吸着筒の外側にヒーターを設ける
方法、または内部にヒーターを埋設する方法が採られ
る。本発明において、アンモニア吸着筒は１筒のみで排
ガスの浄化を行うこともできるが、好ましくは２筒以上
の並列構成にして、未分解アンモニアの吸着と吸着剤の
加熱再生とを交互に行うことにより、連続して排ガスの
浄化が行える構成とされる。

【００４０】また、吸着剤を加熱再生するための不活性
ガス又は自己ガス供給用の配管、冷却器、バルブなどが
設けられる。このように、アンモニア吸着筒部分は、酸
素、窒素等汎用ガスの不純物を吸着して除去する装置と
して公知のガス精製装置と同様の構成とすることができ
る。また本発明において、アンモニア吸着筒が破過する
前に他の吸着筒に切り換えることができるように、アン
モニア吸着筒の後半部分に破過を検知する手段を設ける
ことができる。また、アンモニア吸着筒の後段にアンモ
ニア吸着予備筒を設け、その両吸着筒間に破過を検知す
る手段を設けることもできる。破過を検知する手段とし
ては、例えば、分析用ガスのサンプリング配管、アンモ
ニア検知器などがある。

【００４１】本発明において、吸着剤を加熱再生する際
に、吸着剤から脱離するアンモニアを含む再生排ガスを
アンモニア分解筒に供給し、循環させて浄化するための
設備としてポンプ、ブロワあるいは不活性ガス供給配管
等が設けられるが、その形式に特に限定されるものでは
ない。このような構成の排ガス浄化装置とすることによ
り、アンモニア含有排ガスを、連続して、効率よく、完
全に浄化することができる。

【００４２】本発明において、アンモニアを含む再生排
ガスを別に設けた第二のアンモニア分解筒に導入し、ア
ンモニアを窒素と水素に分解した後、第二のアンモニア
分解筒出口ガスをそのまま大気中に放出する場合には、
大量の不活性ガス若しくは空気と混合できるような構成
とされる。第二のアンモニア分解筒出口ガスを、乾式浄
化剤、酸の水溶液、又は燃焼炉などを用いて浄化する場
合には、それぞれに対応した公知の設備を用いることが
でき、その方式など特に限定されるものではない。

【００４３】また、吸着剤の加熱再生の際に脱離するア
ンモニアを含む再生排ガスを第二のアンモニア分解筒
と、第二のアンモニア吸着筒とを組み合わせた系列に供
給し、この系列で循環浄化する浄化装置とすることもで
きるが、それらは基本的にアンモニア分解筒と、１筒又
は複数筒並列のアンモニア吸着筒との組み合わせに同じ
であり、本発明に含まれるものである。

【００４４】

【実施例】本発明を実施例により具体的に説明するが、
本発明はこれらにより限定されるものではない。

【００４５】（実施例１）（排ガス浄化装置の製作）アンモニア分解筒として、イ
ンコロイ８００製であって内径８３ｍｍ、長さ１０００
ｍｍの反応管を製作した。この反応管に、アンモニア分
解触媒として、アルミナ１００重量部に対して、ニッケ
ル１８重量部を担持させた、直径５ｍｍ、長さ５ｍｍの
円柱状ニッケル系アンモニア分解触媒を５００ｍｍ充填
した。また、反応管には外側から加熱できるように、電
気ヒーターを取り付け、アンモニア分解筒とした。

【００４６】次に、ＳＵＳ３１６製内径１０８．３ｍ
ｍ、長さ１３５０ｍｍの吸着筒２筒を製作した。これら
の吸着筒に、アンモニアの吸着剤として直径１．６ｍ
ｍ、長さ５ｍｍの円柱状の合成ゼオライト（ユニオン昭
和（株）製、モレキュラーシーブス５Ａ）を１２００ｍ
ｍ充填した。また、吸着筒には外側から加熱できるよう
に、電気ヒーターを取り付け、アンモニア吸着筒とし
た。これらのアンモニア分解筒、アンモニア吸着筒と共
に、熱交換器、冷却器、ブロワを用いて図１に示すよう
な排ガス浄化装置を製作した。

【００４７】（排ガス浄化装置の調整）この装置内を窒
素で置換したのち、アンモニア分解筒を８００℃に加熱
した。次に、アンモニア２０ｖｏｌ％、水素５ｖｏｌ
％、窒素７５ｖｏｌ％からなる排ガスを、常圧、５０Ｎ
ｌ／ｍｉｎの流量で図１に示す排ガス浄化装置の排ガス
供給ライン１から供給した。また、アンモニア分解筒出
口ガスはアンモニア吸着筒８を経て排ガスパージライン
から放出した。なおこの間に、アンモニア吸着筒８出口
ガスの一部（５Ｎｌ／ｍｉｎ）をバルブ１３を経由させ
て３００℃に加熱されたアンモニア吸着筒８’に１０時
間にわたり供給し、アンモニア吸着筒８’の再生操作を
行った。その後アンモニア吸着筒の加熱を停止して常温
まで冷却し、切り換えに備えた。なお、アンモニア吸着
筒８’からの再生排ガスは冷却器１８’、バルブ１
４’、ブロワ１５、配管１６を経て排ガス供給ライン１
に導入した。

【００４８】アンモニア吸着筒８へのアンモニア分解筒
出口ガスの供給を１００時間行った後、アンモニア吸着
筒８’側に切り換えてアンモニア分解筒出口ガスの供給
を１００時間行い、その間上記と同様の方法でアンモニ
ア吸着筒８の再生操作を行い、排ガス浄化装置を調整し
た。なお、アンモニア吸着筒８及びアンモニア吸着筒
８’出の吸着操作はいずれも２０〜４０℃で行った。

【００４９】（排ガスの浄化実験）アンモニア分解筒出
口ガスの供給を約３０℃に保持されたアンモニア吸着筒
８側に切り換えて、排ガス浄化実験を開始した。またこ
のとき、アンモニア吸着筒８の出口ガスの一部（５Ｎｌ
／ｍｉｎ）を１０時間にわたりアンモニア吸着筒８’に
導入して、吸着剤の加熱再生を行った。アンモニア含有
排ガスの浄化中、アンモニア分解筒３の出口ガスの一
部、アンモニア吸着筒８の出口ガスの一部をそれぞれ経
時的にサンプリングし、アンモニア濃度を測定した。そ
の結果、アンモニア含有排ガスの流通開始から１９８時
間までは吸着筒８出口ガス中にアンモニアは検出され
ず、１９９時間を経過した時点で、吸着筒８出口のアン
モニア濃度が許容値を超える結果となった。それらの結
果を表１に示す。なお、アンモニア濃度の測定は熱伝導
型検出器付ガスクロマトグラフおよびガス検知管（ガス
テック（株）製、検出限界０．２ｐｐｍ）で行った。

【００５０】

【表１】表１浄化実験の経過時間とアンモニア濃度経過時間（ｈ）５５０１００１５０１９９分解筒出口濃度（ｐｐｍ）６２０６４０６５０６３０６３０吸着筒出口濃度（ｐｐｍ） n.d n.d n.d n.d ３０ n.d は検出せずを意味する。

【００５１】（実施例２）実施例１の排ガス浄化装置及
びアンモニア含有排ガスを用いた排ガス浄化実験におい
て、一方のアンモニア吸着筒でアンモニアを吸着してい
る間に他方のアンモニア吸着筒で加熱再生処理すること
を交互に行うことにより、アンモニア吸着筒８、アンモ
ニア吸着筒８’それぞれの出口ガス中のアンモニア濃度
が許容濃度上限値（２５ｐｐｍ）に達するまでの時間
（破過時間）を測定した。その結果を表２に示すが、ア
ンモニア吸着筒８、アンモニア吸着筒８’それぞれが吸
着能力の低下なしに繰り返し加熱再生されていることが
認められた。

【００５２】

【表２】表２繰り返し回数と破過時間アンモニア吸着筒８アンモニア吸着筒８’ １回目１９８２０２２回目２０５２０１３回目１９６２０４４回目２０８１９９５回目１９７２１０

【００５３】（実施例３）実施例１におけるアンモニア
含有排ガスを、アンモニア５ｖｏｌ％、水素５ｖｏｌ
％、窒素９０ｖｏｌ％からなる排ガスに変え、アンモニ
ア分解筒の温度を６００℃に変えたほかは、実施例１と
同様にして排ガスの浄化実験を行い、アンモニア分解筒
出口ガス、及びアンモニア吸着筒８出口ガス中のアンモ
ニア濃度の変化を測定した。結果を表３に示すが、アン
モニア吸着筒８の出口ガス中のアンモニア濃度は１６８
時間までは検出限界以下であり、１６９時間の時点で６
５ｐｐｍに達した。

【００５４】

【表３】表３浄化実験の経過時間とアンモニア濃度経過時間（ｈ）５５０１００１５０１６９分解筒出口濃度（ｐｐｍ）７８０７６０７７０７８０７８０吸着筒出口濃度（ｐｐｍ） n.d n.d n.d n.d ６５

【００５５】（実施例４）実施例１で製作した吸着筒２
筒それぞれについて、吸着剤充填部の下部から１５０ｍ
ｍ上の位置に、破過を検知するためのガスサンプリング
配管を設けた。そのほかは実施例１と同じ装置構成とし
た。このようにした後、実施例１と同じ条件でアンモニ
ア含有排ガスの浄化及び吸着筒の再生操作を開始した。
そして、吸着筒のサンプリング配管取付部が破過を検知
した時点で他の吸着筒に切り換える方式で、１５００時
間にわたり連続して排ガスの浄化を行った。その結果、
浄化実験中全ての時間においてパージ排ガス中にアンモ
ニアは検出されず、完全に浄化されていることが認めら
れた。

【００５６】実施例５（排ガス浄化装置の製作）実施例１で製作したアンモニ
ア分解筒を第一の分解筒とした。また実施例１で製作し
た吸着筒２筒にそれぞれ吸着剤充填部の下部から１５０
ｍｍの位置に、破過を検知するためのサンプリング配管
を設けた。さらに第二のアンモニア分解筒として、イン
コロイ８００製であって、内径８３ｍｍ、長さ６００ｍ
ｍの反応管に実施例１におけるアンモニア分解触媒と同
じ触媒を３５０ｍｍ充填したものを製作した。これらを
組み合わせて、図２に示すものと同様の排ガス浄化装置
を製作した。

【００５７】（排ガス浄化実験）この排ガス浄化装置の
第一のアンモニア分解筒、第二のアンモニア分解筒をそ
れぞれ９００℃に保持した。また、第一の吸着筒、第二
の吸着筒を破過前に交互に切り替える方式により、吸着
は常温で、吸着剤の再生は３００℃で行う方法で行いな
がら、排ガス供給ラインからアンモニア２０ｖｏｌ％、
水素５％、窒素７５％からなる排ガスを５０Ｎｌ／ｍｉ
ｎの流量で９６０時間にわたり通気した。また、この間
の吸着剤の再生時には自己ガスを５Ｎｌ／ｍｉｎの流量
でそれぞれ５時間通気し、吸着剤再生排ガスは第二のア
ンモニア分解筒に通気し、第二アンモニア分解筒の出口
ガスは窒素ガスで希釈した後、大気中に放出した。その
結果、実験中はアンモニア吸着筒出口ガス中にアンモニ
アの流出は認められなかった。また、第二のアンモニア
分解筒出口ガス中のアンモニア濃度は最大時で５２０ｐ
ｐｍであった。

【００５８】実施例６（排ガス浄化装置の製作）実施例１におけるアンモニア
分解筒と同じものを２筒製作した。但し、アンモニア分
解触媒はアルミナに金属ルテニウムが０．３重量％担持
された触媒を充填した。また、実施例１におけるアンモ
ニア吸着筒と同じものを２筒製作した。これらを用い
て、図５に示すように、それぞれアンモニア分解筒とア
ンモニア吸着筒が接続された２系列からなる構成の浄化
装置を製作した。

【００５９】（排ガス浄化実験）この排ガス浄化装置の
両系列のアンモニア分解筒をそれぞれ６００℃に保持し
た。また、両系列の吸着筒をそれぞれ破過前に交互に切
り替えることにより、吸着は常温で、吸着剤の再生は３
００℃で行う方法で行いながら、排ガス供給ラインから
アンモニア２０ｖｏｌ％、水素５％、窒素７５％からな
る排ガスを１００Ｎｌ／ｍｉｎの流量で９６０時間にわ
たり通気した。また、この間の吸着剤の再生時には自己
ガスを５Ｎｌ／ｍｉｎの流量でそれぞれ５時間通気し、
吸着剤再生排ガスはそれぞれの系列のアンモニア分解筒
に通気し、分解筒の出口ガスは窒素ガスで希釈した後、
大気中に放出した。その結果、実験中はアンモニア吸着
筒出口ガス中にアンモニアの流出は認められなかった。
また、吸着剤再生排ガスのアンモニア分解処理後のガス
中のアンモニア濃度は最大時で８６０ｐｐｍであった。

【００６０】（比較例１）実施例１におけるアンモニア
吸着筒８、アンモニア吸着筒８’の吸着剤を除いたほか
は、実施例１と同様にしてアンモニア含有排ガスの浄化
を行った。その結果、排ガスパージライン中には常に６
００ｐｐｍ以上のアンモニアの含まれていることが認め
られた。

【００６１】

【発明の効果】本発明の浄化方法及び浄化装置により、
排ガス中のアンモニア濃度にかかわりなく、極めて効率
よく浄化することができる。特に、アンモニア吸着筒の
再生排ガスをアンモニア分解筒に導入して循環処理を行
った場合には、浄化処理後のパージガスはアンモニアを
含まない状態で排出することができる。すなわち、アン
モニア含有排ガスを、連続して、補助資材を用いること
なしにほぼ完全に浄化することができる。また、アンモ
ニア吸着筒の再生排ガスを第二のアンモニア分解筒に導
入して浄化を行った場合には、処理対象の最初のアンモ
ニア含有排ガスに比べて著しく低減された量のアンモニ
アで排出することができる。さらに、第二のアンモニア
分解筒出口ガスの後段処理として、乾式浄化剤、酸の水
溶液、または燃焼装置のいずれかと組み合わて浄化を行
った場合には、ほぼ完全に浄化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の排ガス浄化装置（再生排ガスをアンモ
ニア分解筒に循環）の１例である。

【図２】本発明の排ガス浄化装置（再生排ガスは第二の
アンモニア分解筒で浄化後そのまま排気）の１例であ
る。

【図３】本発明の排ガス浄化装置（再生排ガスはアンモ
ニア分解筒で浄化後そのまま排気）の１例である。

【図４】本発明の排ガス浄化装置（再生排ガスは第二の
アンモニア分解筒で浄化後そのまま排気）の１例であ
る。

【図５】本発明の排ガス浄化装置（再生排ガスはアンモ
ニア分解筒で浄化後そのまま排気）の１例である。

【符号の説明】

１排ガス供給ライン２、２’ 熱交換器３、３’ アンモニア分解筒４、４’、２１アンモニア分解触媒５、５’、１０、１０’、２２ヒーター６、６’、１６、１９、３１配管７、７’、１１、１１’、１３、１４，１４’、２５、
２６、２８、３０、３２、３８、３８’、４０、４０’
バルブ８、８’ アンモニア吸着筒９、９’ アンモニアの吸着剤１２、２３、２９、３４、４１、排ガスパージライン１５ブロワ１７、１７’、１８、１８’２７、３３、３９、３９’
冷却器２０第二のアンモニア分解筒２４不活性ガス供給ライン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大塚健二神奈川県平塚市田村5181番地日本パイオニクス株式会社平塚研究所内 (72)発明者島田孝神奈川県平塚市田村5181番地日本パイオニクス株式会社平塚工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アンモニアを含有する排ガスの浄化方法
であって、該排ガスをアンモニア分解触媒と加熱下で接
触させてアンモニアを水素と窒素に分解し、次に未分解
アンモニアを吸着するために設けられた少なくとも２系
列の吸着剤と順次切り換えて接触させて浄化すると共
に、該吸着剤を順次切り換えて加熱再生し、その際に吸
着剤から脱離するアンモニアを含む再生排ガスを前記ア
ンモニア分解触媒に加熱下で接触させて浄化することを
特徴とする排ガスの浄化方法。
【請求項２】アンモニアを含有する排ガスの浄化方法
であって、該排ガスをアンモニア分解触媒と加熱下で接
触させてアンモニアを水素と窒素に分解し、次に未分解
アンモニアを吸着するために設けられた少なくとも２系
列の吸着剤と順次切り換えて接触させて浄化すると共
に、該吸着剤を順次切り換えて加熱再生し、その際に吸
着剤から脱離するアンモニアを含む再生排ガスを前記ア
ンモニア分解触媒とは別に設けられたアンモニア分解触
媒と加熱下で接触させて浄化することを特徴とする排ガ
スの浄化方法。
【請求項３】アンモニアを含有する排ガスの浄化方法
であって、該排ガスをアンモニア分解触媒に加熱下で接
触させてアンモニアを窒素と水素に分解し、次に未分解
アンモニアを吸着するために設けられた吸着剤と接触さ
せて浄化すると共に、その後該吸着剤を加熱再生し、そ
の際に吸着剤から脱離するアンモニアを含む再生排ガス
を前記アンモニア分解触媒と同一又は別に設けられたア
ンモニア分解触媒に加熱下で接触させて浄化することを
特徴とする排ガスの浄化方法。
【請求項４】アンモニアを含有する排ガスの浄化方法
であって、該排ガスを、少なくとも２系列の並列に切り
換え可能の状態で設けられたアンモニア分解触媒とアン
モニアの吸着剤から成る系列に順次切り換えて接触させ
て、アンモニアを窒素と水素に分解し、次に未分解アン
モニアを吸着分離して浄化すると共に、系列を順次切り
換えてアンモニア吸着剤を加熱再生し、その際の再生排
ガスを該加熱再生中のアンモニア吸着剤と同一系列のア
ンモニア分解触媒に加熱下で接触させて浄化することを
特徴とする排ガスの浄化方法。
【請求項５】アンモニア分解触媒がニッケル、鉄、パ
ラジウム、白金及びルテニウムから選ばれる少なくとも
１種の金属又はその化合物を有効成分として含むもので
ある請求項１ないし４のいずれかの項に記載の排ガスの
浄化方法。
【請求項６】排ガスをアンモニア分解触媒と接触させ
る温度が４５０〜１２００℃である請求項１ないし４の
いずれかの項に記載の排ガスの浄化方法。
【請求項７】排ガスを吸着剤と接触させる温度が１０
０℃以下である請求項１ないし４のいずれかの項に記載
の排ガスの浄化方法。
【請求項８】吸着剤の加熱再生に用いるガスが、アン
モニア吸着筒出口ガスの一部、又は不活性ガスである請
求項１ないし４のいずれかの項に記載の排ガスの浄化方
法。
【請求項９】アンモニアを含有する排ガスの浄化装置
であって、アンモニア分解触媒が充填されヒーターを備
えたアンモニア分解筒、その後段に少なくとも２筒の並
列に切換え可能な状態で設けられたアンモニアの吸着剤
が充填されヒーターを備えたアンモニア吸着筒、及び該
吸着剤を加熱再生するためのガス供給手段を備えると共
に、再生排ガスを前記アンモニア分解筒に供給するため
の設備を有することを特徴とする排ガスの浄化装置。
【請求項１０】アンモニアを含有する排ガスの浄化装
置であって、アンモニア分解触媒が充填されヒーターを
備えたアンモニア分解筒、その後段に少なくとも２筒の
並列に切り換え可能な状態で設けられたアンモニアの吸
着剤が充填されヒーターを備えたアンモニア吸着筒、及
び該吸着剤を加熱再生するためのガス供給手段を有する
と共に、再生排ガスを前記アンモニア分解筒とは別に設
けられたアンモニア分解触媒が充填されヒーターを備え
たアンモニア分解筒に供給されるように構成されたこと
を特徴とする排ガスの浄化装置。
【請求項１１】アンモニアを含有する排ガスの浄化装
置であって、アンモニア分解触媒が充填されヒーターを
備えたアンモニア分解筒、その後段にアンモニアの吸着
剤が充填されヒーターを備えたアンモニア吸着筒、及び
該吸着剤を加熱再生するためのガス供給手段を有すると
共に、再生排ガスを前記アンモニア分解筒又は別に設け
られたアンモニア分解筒に供給されるように構成された
ことを特徴とする排ガスの浄化装置。
【請求項１２】アンモニアを含有する排ガスの浄化装
置であって、少なくとも２系列の並列に切り換え可能な
状態で設けられたアンモニア分解触媒が充填されヒータ
ーを備えたアンモニア分解筒とアンモニアの吸着剤が充
填されヒーターを備えたアンモニア吸着筒から成り、各
系列のアンモニア吸着筒出口ガスの一部が、他の系列の
吸着剤再生用ガスとして供給し得るように切り換え可能
とされ、さらに該他の系列の吸着剤の再生排ガスが該他
の系列のアンモニア分解筒で浄化されるように構成され
たことを特徴とする排ガスの浄化装置。
【請求項１３】アンモニア吸着筒の後半部分、又はア
ンモニア吸着筒とその後段に設けたアンモニア予備吸着
筒との間に、アンモニアの破過を検知するための手段が
設けられた請求項９ないし１２のいずれかの項に記載の
排ガスの浄化装置。