WO2024009647A1

WO2024009647A1 - 排ガス処理装置および排ガス処理装置の設計方法

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Publication number: WO2024009647A1
Application number: PCT/JP2023/019759
Authority: WO
Inventors: 具承増田; 啓一郎甲斐; 慎平兼田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Mitsubishi Power Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2022-07-07
Filing date: 2023-05-26
Publication date: 2024-01-11
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Abstract

アンモニアを含む燃料を燃焼する燃焼装置（２００）から排出される排ガスを処理する排ガス処理装置（１００）であって、排ガスに含まれるアンモニアを分解するアンモニア分解触媒を有するアンモニア分解部（１０）と、アンモニア分解部（１０）でアンモニアが分解された排ガスに含まれる亜酸化窒素およびＮＯｘを分解する第２触媒を有する窒素酸化物分解部（２０）と、を備える排ガス処理装置（１００）を提供する。

Description

排ガス処理装置および排ガス処理装置の設計方法

　本開示は、排ガス処理装置および排ガス処理装置の設計方法に関する。

　近年、地球温暖化抑制のため、カーボンニュートラルの実現が求められており、燃焼時に二酸化炭素を排出しない燃料として、アンモニア燃料の適用が検討されている。アンモニア燃料を使用する場合、排ガス中にＮＯｘだけでなくアンモニア（ＮＨ_３）や亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）などが含まれるため、これらを排ガスから除去して環境への影響を低減する必要がある。

　従来、アンモニア分解触媒を用いてアンモニアを酸化させることにより、アンモニアを窒素と水に分解するアンモニア処理装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６－２６５２９号公報

　しかしながら、特許文献１では、アンモニアを分解することができるものの、例えば処理対象のガスに亜酸化窒素が含まれる場合には亜酸化窒素を分解することができない。

　また、従来、燃焼装置から排出される排ガス等に含まれるＮＯｘを分解するために、排ガス中に還元剤であるアンモニアや尿素水を噴霧してＮＯｘを還元する選択的接触還元法（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ　Ｃａｔａｌｙｔｉｃ　Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ：ＳＣＲ）が知られている。しかしながら、選択的接触還元法では、ＮＯｘを分解することができるものの亜酸化窒素を分解することができない。

　本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、アンモニアを含む燃料を燃焼する燃焼装置から排出される排ガスに含まれるアンモニア、亜酸化窒素、およびＮＯｘを適切に分解することが可能な排ガス処理装置および排ガス処理装置の設計方法を提供することを目的とする。

　上記課題を解決するために、本開示は以下の手段を採用する。
　本開示に係る排ガス処理装置は、アンモニアを含む燃料を燃焼する燃焼装置から排出される排ガスを処理する排ガス処理装置であって、前記排ガスに含まれるアンモニアを分解する第１触媒を有する第１処理部と、前記第１処理部でアンモニアが分解された前記排ガスに含まれる亜酸化窒素およびＮＯｘを分解する第２触媒を有する第２処理部と、を備える。

　本開示に係る排ガス処理装置の設計方法は、アンモニアを含む燃料を燃焼する燃焼装置から排出される排ガスを処理する排ガス処理装置の設計方法であって、前記排ガスに含まれるアンモニアの濃度が、前記排ガスに含まれる亜酸化窒素の濃度に第１係数を乗算した第１濃度と前記排ガスに含まれるＮＯｘの濃度に第２係数を乗算した第２濃度との合計濃度よりも高い場合に、前記燃焼装置の下流側に前記排ガスに含まれるアンモニアを分解する第１触媒を有する第１処理部を配置し、かつ前記第１処理部の下流側に前記第１処理部でアンモニアが分解された前記排ガスに含まれる亜酸化窒素およびＮＯｘを分解する第２触媒を有する第２処理部を配置するように前記排ガス処理装置を設計し、前記排ガスに含まれるアンモニアの濃度が、前記合計濃度以下である場合には、前記燃焼装置の下流側に前記第１処理部を配置せずに前記第２処理部を配置するように前記排ガス処理装置を設計する。

　本開示によれば、アンモニアを含む燃料を燃焼する燃焼装置から排出される排ガスに含まれるアンモニア、亜酸化窒素およびＮＯｘを適切に分解することが可能な排ガス処理装置および排ガス処理装置の設計方法を提供することができる。

本開示の第１実施形態に係る排ガス処理装置を示す概略構成図である。アンモニア分解触媒の分解特性を示すグラフである。アンモニア分解触媒におけるアンモニア濃度と温度上昇の関係を示すグラフである。排ガスの温度に対する亜酸化窒素の分解特性を示すグラフである。排ガスの温度に対するＮＯの分解特性を示すグラフである。本開示の第１実施形態に係る排ガス処理装置における還元剤の供給処理を示すフローチャートである。本開示の第１実施形態に係る排ガス処理装置におけるバイパス弁の切替処理を示すフローチャートである。本開示の第２実施形態に係る排ガス処理装置を示す概略構成図である。本開示の第２実施形態に係る排ガス処理装置のバイパス弁の切替処理を示すフローチャートである。本開示の第３実施形態に係る排ガス処理装置を示す概略構成図である。本開示の第４実施形態に係る排ガス処理装置の設計方法を示すフローチャートである。本開示の第５実施形態に係る排ガス処理装置を示す概略構成図である。窒素酸化物分解部における排ガスの温度に対する亜酸化窒素の分解率を示し、ＮＯ濃度が０ｐｐｍである場合と４５０ｐｐｍである場合を比較したグラフである。本開示の第５実施形態に係る排ガス処理装置における燃料および還元剤の供給処理を示すフローチャートである。本開示の第５実施形態に係る排ガス処理装置における燃料および還元剤の供給処理を示すフローチャートである。本開示の第５実施形態に係る排ガス処理装置における燃料および還元剤の供給処理を示すフローチャートである。本開示の第５実施形態の変形例に係る排ガス処理装置を示す概略構成図である。

〔第１実施形態〕
　以下に、本開示の第１実施形態に係る排ガス処理装置１００について、図面を参照して説明する。本実施形態の排ガス処理装置１００は、アンモニアを含む燃料を燃焼する燃焼装置２００から排出される排ガスを処理し、外部へ排出されるアンモニアと亜酸化窒素とＮＯｘとを低減する装置である。

　燃焼装置２００は、アンモニアを含む燃料を燃焼する装置であり、例えば、船舶の推進力を発生する舶用ディーゼルエンジンである。本実施形態の燃焼装置２００は、例えば、アンモニアと他の燃料（重油，ＬＮＧ（液化天然ガス），ＬＰＧ（液化石油ガス））を混焼させる。また、燃焼装置２００は、例えば、アンモニアのみを燃料として用いる装置であってもよい。

　燃焼装置２００ではアンモニアを燃料として用いるため、燃焼装置２００から排出される排ガスには、未燃のアンモニアが含まれている。また、燃焼装置２００から排出される排ガスには、アンモニアおよびその他の燃料の燃焼により生成されるＮＯｘ（ＮＯ，ＮＯ_２）および亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）が含まれている。本実施形態の排ガス処理装置１００は、燃焼装置２００から排出される排ガスに含まれるアンモニアとＮＯｘと亜酸化窒素とを低減する。

　図１は、本開示の第１実施形態に係る排ガス処理装置を示す概略構成図である。図１に示すように、本実施形態の排ガス処理装置１００は、アンモニア分解部（第１処理部）１０と、窒素酸化物分解部（第２処理部）２０と、アンモニア分解部（第３処理部）３０と、検出部４０と、還元剤であるアンモニアまたは尿素水を供給する第１供給部５０と、温度センサ６０と、バイパス弁７０と、制御部８０と、を備える。

　燃焼装置２００から排出される排ガスは、配管Ｌ１を介してアンモニア分解部１０に供給される。アンモニア分解部１０を通過した排ガスは、配管Ｌ２を介して窒素酸化物分解部２０に供給される。窒素酸化物分解部２０を通過した排ガスは、配管Ｌ３を介してアンモニア分解部３０に供給される。アンモニア分解部３０を通過した排ガスは、配管Ｌ４を介して外部へ排出される。窒素酸化物分解部２０を通過した排ガスの一部は、バイパス弁７０が開状態の場合、アンモニア分解部３０を通過せずに配管Ｌ３から配管Ｌ５を介して配管Ｌ４へ導かれる。

　本実施形態の排ガス処理装置１００は、配管Ｌ５とバイパス弁７０を備えるものとしたが、これらを備えない変形例としてもよい。この変形例においては、窒素酸化物分解部２０を通過した排ガスの全量がアンモニア分解部３０に導かれる。

　アンモニア分解部１０は、燃焼装置２００から排出される排ガスに含まれるアンモニアを分解するアンモニア分解触媒（第１触媒）を有する。アンモニア分解触媒は、アンモニアを分解するだけでなく、ＮＯｘの分解を行うとともに亜酸化窒素の生成を抑制する機能を備える多元機能触媒である。本実施形態のアンモニア分解触媒は、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）およびロジウム（Ｒｈ）から選ばれた１種以上の貴金属を担持したシリカおよびまたはゼオライトである第１成分と、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）およびバナジウム（Ｖ）から選ばれた１種以上の元素の酸化物からなる組成物である第２成分とからなる触媒である。アンモニア分解触媒の実施例については後述する。

　アンモニア分解部１０のアンモニア分解触媒は、第１成分により、以下の式（１），（２）によりＮＨ_３を分解する。
　４ＮＨ_３＋３Ｏ_２→２Ｎ_２＋６Ｈ_２Ｏ　　　　　　　　　　　　　（１）
　４ＮＨ_３＋５Ｏ_２→４ＮＯ＋６Ｈ_２Ｏ　　　　　　　　　　　　　（２）

　また、アンモニア分解部１０のアンモニア分解触媒は、第２成分により、以下の式（３）により、ＮＨ_３を分解するとともに式（２）で副生成されたＮＯの少なくとも一部を除去する。
　４ＮＨ_３＋４ＮＯ＋Ｏ_２→４Ｎ_２＋６Ｈ_２Ｏ　　　　　　　　　（３）

　また、アンモニア分解部１０のアンモニア分解触媒において、ＮＨ_３が式（４）により酸化されて生じるＮＯ_２から式（５）により亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）が生成すると推定される。アンモニア分解触媒では、脱硝触媒上に少量の貴金属触媒が均一に存在しているため、貴金属触媒上で生成したＮＯ_２は式（２）で生成したＮＯとともに直ちに脱硝触媒上で式（６）のように反応してＮ_２となる確率が高く、そのためにＮ２Ｏの副生成を低減できる。
　４ＮＨ_３＋７Ｏ_２→４ＮＯ_２＋６Ｈ_２Ｏ　　　　　　　　　　　　（４）
　４ＮＨ_３＋４ＮＯ_２＋Ｏ_２→４Ｎ_２Ｏ＋６Ｈ_２Ｏ　　　　　　　　（５）
　ＮＯ＋ＮＯ_２＋２ＮＨ_３→２Ｎ_２＋３Ｈ_２Ｏ　　　　　　　　　　（６）

　窒素酸化物分解部２０は、アンモニア分解部１０でアンモニアが分解された排ガスに含まれる亜酸化窒素およびＮＯｘを分解する窒素酸化物分解触媒（第２触媒）を有する。窒素酸化物分解触媒は、ＳｉＯ_２およびＡｌ_２Ｏ_３を含む担体と、それに担持してなる鉄元素とを含有するものである。担体において、ＳｉＯ_２およびＡｌ_２Ｏ_３は、混合物として含まれていてもよいし、複合されたものとして含まれていてもよい。ＳｉＯ２とＡｌ_２Ｏ_３とが複合されたものとして、例えば、アルミノシリケート（ｘＭ_２Ｏ・ｙＡｌ_２Ｏ_３・ｚＳｉＯ_２・ｎＨ_２Ｏ）などを挙げることができる。窒素酸化物分解触媒の実施例については後述する。

　窒素酸化物分解部２０の窒素酸化物分解触媒は、以下の式（７）により亜酸化窒素をＮＨ_３により還元反応させて分解する。
　３Ｎ_２Ｏ＋２ＮＨ_３→４Ｎ_２＋３Ｈ_２Ｏ　　　　　　　　　　　　（７）

　窒素酸化物分解部２０の窒素酸化物分解触媒は、以下の式（８），（９），（１０）によりＮＯｘをＮＨ_３により還元反応させて分解する。
　４ＮＯ＋４ＮＨ_３＋Ｏ_２→４Ｎ_２＋６Ｈ_２Ｏ　　　　　　　　　　（８）
　ＮＯ＋ＮＯ_２＋２ＮＨ_３→２Ｎ_２＋３Ｈ_２Ｏ　　　　　　　　　　（９）
　６ＮＯ_２＋８ＮＨ_３→７Ｎ_２＋１２Ｈ_２Ｏ　　　　　　　　　　　（１０）

　アンモニア分解部３０は、窒素酸化物分解部２０を通過した排ガスに含まれるアンモニアを分解するアンモニア分解触媒（第３触媒）を有する。アンモニア分解触媒は、アンモニアを分解するだけでなく、ＮＯｘの分解を行うとともに亜酸化窒素の生成を抑制する機能を備える多元機能触媒である。アンモニア分解触媒は、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）およびロジウム（Ｒｈ）から選ばれた１種以上の貴金属を担持したシリカおよびまたはゼオライトである第１成分と、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）およびバナジウム（Ｖ）から選ばれた１種以上の元素の酸化物からなる組成物である第２成分とからなる触媒である。アンモニア分解部３０の構成は、アンモニア分解部１０の構成と同様であるので以下での説明を省略する。

　検出部４０は、アンモニア分解部１０を通過した排ガスに含まれる亜酸化窒素およびＮＯｘの濃度を検出する装置である。検出部４０は、配管Ｌ３を通過する排ガスに含まれる亜酸化窒素およびＮＯｘの濃度を検出する。検出部４０が検出する亜酸化窒素およびＮＯｘの濃度は、制御部８０に伝達される。

　第１供給部５０は、アンモニア分解部１０から窒素酸化物分解部２０へ供給される排ガスに還元剤であるアンモニアまたは尿素水を供給する装置である。第１供給部５０は、配管Ｌ６を介して配管Ｌ２に還元剤を供給し、配管Ｌ２を流通する排ガスに混合させる。配管Ｌ６は、例えば、配管Ｌ２中に還元剤を噴霧することにより、還元剤を排ガスに混合させる。第１供給部５０は、制御部８０から伝達される制御信号に応じて、配管Ｌ２に供給する還元剤の供給量を調整する。

　還元剤として尿素水を供給した場合、配管Ｌ２にて排ガスと混合した尿素水は、排ガス中で加水分解し、アンモニアが生成される。そして、窒素酸化物分解部２０の窒素酸化物分解触媒は、前述した式（７），（８），（９）によりＮＯｘをアンモニア（ＮＨ_３）により還元反応させて分解する。

　温度センサ６０は、配管Ｌ２を流通する排ガスの温度を検出する装置である。温度センサ６０は、検出した排ガスの温度を制御部８０に伝達する。

　バイパス弁７０は、配管Ｌ５に配置される開閉弁である。バイパス弁７０の開閉状態は、制御部８０により制御される。バイパス弁７０が開状態の場合、配管Ｌ５を介して配管Ｌ３から配管Ｌ４へ排ガスが導かれる。バイパス弁７０が閉状態の場合、配管Ｌ５へ排ガスは導かれず、配管Ｌ３を流通する排ガスの全量がアンモニア分解部３０を介して配管Ｌ４へ導かれる。

　制御部８０は、排ガス処理装置１００の各部を制御する装置である。制御部８０は、記憶部（図示略）に記憶された制御プログラムを読み出して実行することにより、排ガス処理装置１００の各部を制御する。

　制御部８０は、検出部４０が検出する亜酸化窒素およびＮＯｘの濃度および温度センサ６０が検出する排ガスの温度に応じて、第１供給部５０が配管Ｌ２に供給する還元剤の供給量を制御する。また、制御部８０は、検出部４０が検出する亜酸化窒素およびＮＯｘの濃度および温度センサ６０が検出する排ガスの温度に応じて、バイパス弁７０の開閉状態を制御する。

　次に、図２を参照して、本実施形態のアンモニア分解部１０のアンモニア分解触媒の分解特性について説明する。図２は、アンモニア分解触媒の分解特性を示すグラフである。図２に示すように、アンモニアを含む排ガスの温度が３５０℃から４５０℃へ上昇するにしたがって、アンモニア分解部１０のアンモニア分解触媒によるアンモニア分解率［％］が上昇する。

　次に、図３を参照して、本実施形態のアンモニア分解部１０のアンモニア分解触媒におけるアンモニア濃度と温度上昇の関係について説明する。図３は、アンモニア分解触媒におけるアンモニア濃度と温度上昇の関係を示すグラフである。

　図３に示すように、アンモニア分解部１０のアンモニア分解触媒は、アンモニアを分解する際の発熱により、燃焼装置２００から排出される排ガスに含まれる未燃のアンモニア濃度が高くなるにしたがって排ガスの温度上昇が大きくなる。アンモニア分解部１０のアンモニア分解触媒で未燃のアンモニアを燃焼させることで、アンモニア分解部１０の温度を上昇させて、アンモニア分解率を高めることができる。また、アンモニア分解部１０から排出される排ガスの温度を上昇させることができる。

　次に、図４を参照して、排ガスの温度に対する亜酸化窒素の分解特性について説明する。図４は、排ガスの温度に対する亜酸化窒素の分解特性を示すグラフである。図４に示す触媒Ａ－Ｆは、後述する窒素酸化物分解触媒の実施例で説明する触媒Ａ－Ｆに対応している。図４に示すように、触媒Ａ－Ｆのいずれにおいても、排ガスの温度が上昇するにしたがって、亜酸化窒素の分解率が上昇する。したがって、アンモニア分解部１０のアンモニア分解触媒によりアンモニアを分解して排ガスの温度を上昇させると、排ガスの温度上昇に伴って亜酸化窒素の分解率が上昇する。

　次に、図５を参照して、排ガスの温度に対するＮＯの分解特性について説明する。図５は、排ガスの温度に対するＮＯの分解特性を示すグラフである。図５に示す触媒Ａ－Ｆは、後述する窒素酸化物分解触媒の実施例で説明する触媒Ａ－Ｆに対応している。図５に示すように、触媒Ａ－Ｆのいずれにおいても、排ガスの温度が上昇するにしたがって、ＮＯの分解率が上昇する。したがって、アンモニア分解部１０のアンモニア分解触媒によりアンモニアを分解して排ガスの温度を上昇させると、排ガスの温度上昇に伴ってＮＯの分解率が上昇する。

　本実施形態において、窒素酸化物分解部２０の上流側にアンモニア分解部１０を設置しているのは、燃焼装置２００から排出される排ガスに含まれる未燃のアンモニアの供給量が、窒素酸化物分解部２０で亜酸化窒素およびＮＯｘを分解するのに必要なアンモニアの量を上回ることを想定しているためである。本実施形態の排ガス処理装置１００は、アンモニア分解部１０において余剰のアンモニアを分解し、アンモニアを分解した際の発熱により排ガスの温度を上昇させ、窒素酸化物分解部２０における亜酸化窒素およびＮＯｘの分解率を上昇させる。

　本実施形態の排ガス処理装置１００は、燃焼装置２００から排出される排ガスに含まれるアンモニアと亜酸化窒素とＮＯｘの濃度がそれぞれ以下の式（１１）を満たすことを想定している。
　アンモニア濃度＞α×亜酸化窒素濃度＋β×ＮＯｘ濃度　　　　　（１１）

　ここで、α，βは係数であり、例えば、α＝１．０であり、β＝１．５である。α＝１．０としているのは、式（７）の反応におけるアンモニアと亜酸化窒素のモル比（アンモニア／亜酸化窒素＝２／３）に１．５を乗算した値である。β＝１．５としているのは、式（８）の反応におけるアンモニアとＮＯのモル比（アンモニア／ＮＯ＝１／１）に１．５を乗算した値である。なお、α，βに乗算する数値は１．５に限られず、例えば、燃焼装置２００の排ガスの性状に応じて、１．２以上かつ２．０以下の任意の数値に設定してもよい。

　一方、例えば、排ガス処理装置１００から排出される排ガスの量や排ガスに含まれるアンモニアが想定よりも少ない場合は、未燃のアンモニアの全量がアンモニア分解部１０で分解されてしまい、窒素酸化物分解部２０で還元剤として必要なアンモニアが不足してしまう。そこで、本実施形態では、窒素酸化物分解部２０で還元剤として必要なアンモニアが不足する場合には、第１供給部５０から還元剤を供給することにより、窒素酸化物分解部２０におけるアンモニアの不足を補う。

　次に、図６を参照して、本実施形態の排ガス処理装置１００における還元剤の供給処理について説明する。図６は、本実施形態の排ガス処理装置１００における還元剤の供給処理を示すフローチャートである。図６の各ステップの処理は、制御部８０が排ガス処理装置１００の各部を制御することにより実行される。燃焼装置２００による燃焼動作が開始したことに応じて、本フローチャートの処理が開始される。

　ステップＳ１０１で、制御部８０は、温度センサ６０から伝達される配管Ｌ２を流通する排ガスの温度Ｔａが還元剤を窒素酸化物分解部２０へ供給可能な供給可能温度（例えば、３５０℃）以上であるかどうかを判定し、ＹＥＳであればステップＳ１０２に処理を進め、ＮＯであればステップＳ１０８に処理を進める。

　ステップＳ１０８で、制御部８０は、配管Ｌ２を流通する排ガスの温度Ｔａが還元剤を窒素酸化物分解部２０へ供給可能な供給可能温度よりも低いため、第１供給部５０による還元剤の供給を停止させるよう制御する。

　ステップＳ１０２で、制御部８０は、検出部４０が検出するＮＯｘ濃度が第１所定濃度（例えば、２００ｐｐｍ）以下であるかどうかを判定し、ＹＥＳであればステップＳ１０３に処理を進め、ＮＯであればステップＳ１０５に処理を進める。

　ステップＳ１０３で、制御部８０は、検出部４０が検出する亜酸化窒素濃度が第２所定濃度（例えば、５０ｐｐｍ）以下であるかどうかを判定し、ＹＥＳであればステップＳ１０４に処理を進め、ＮＯであればステップＳ１０５に処理を進める。

　ステップＳ１０４で、制御部８０は、ＮＯｘ濃度が第１所定濃度以下であり、かつ亜酸化窒素濃度が第２所定濃度以下であるため、アンモニアによるＮＯｘおよび亜酸化窒素の還元処理が適切に行われていると判定し、還元剤供給量を減少させるよう第１供給部５０を制御する。

　ステップＳ１０５で、制御部８０は、ＮＯｘ濃度が第１所定濃度より高い、または亜酸化窒素濃度が第２所定濃度より高いため、アンモニアによるＮＯｘおよび亜酸化窒素の還元処理が十分に行われていないと判定し、還元剤供給量を増加させるよう第１供給部５０を制御し、ステップＳ１０１に処理を進める。

　ステップＳ１０６で、制御部８０は、燃焼装置２００が停止しているかどうかを判定し、ＹＥＳと判定した場合はステップＳ１０７に処理を進め、ＮＯと判定した場合はステップＳ１０１を再び実行する。燃焼装置２００は、燃焼動作を停止する状態を含む動作状態を制御部８０に伝達する。

　ステップＳ１０７で、制御部８０は、燃焼装置２００が停止しているため、アンモニアによるＮＯｘおよび亜酸化窒素の還元処理が不要であると判定し、第１供給部５０による還元剤の供給を停止させ、本フローチャートの処理を終了する。制御部８０は、燃焼装置２００が燃焼動作を開始すると、本フローチャートの処理を再開する。

　次に、図７を参照して、本実施形態の排ガス処理装置１００におけるバイパス弁７０の切替処理について説明する。図７は、本実施形態の排ガス処理装置１００におけるバイパス弁７０の切替処理を示すフローチャートである。図７の各ステップの処理は、制御部８０が排ガス処理装置１００の各部を制御することにより実行される。燃焼装置２００による燃焼動作が開始したことに応じて、本フローチャートの処理が開始される。

　本実施形態の排ガス処理装置１００は、窒素酸化物分解部２０の下流側にアンモニア分解部３０を配置したものである。アンモニア分解部３０は、例えば、燃焼装置２００から排出される排ガスに含まれるアンモニア濃度が予め想定した濃度よりも高く、アンモニア分解部１０および窒素酸化物分解部２０で分解しきれない場合に、余剰のアンモニアを確実に分解して外部に排出しないために設けられている。

　一方、アンモニア分解部３０は、窒素酸化物分解部２０から排出される排ガスに含まれるアンモニアの濃度が所定の許容濃度以下である場合には、排ガスをアンモニア分解部３０で処理する必要がなく、排ガスがアンモニア分解部３０を通過する際に圧力損失を生じさせてしまう。そこで、本実施形態では、窒素酸化物分解部２０から排出される排ガスに含まれるアンモニアの濃度が所定の許容濃度以下である場合には、窒素酸化物分解部２０から排出される排ガスの一部を配管Ｌ５に導くことで排ガスがアンモニア分解部３０を通過する際の圧力損失の発生を防止する。

　ステップＳ２０１で、制御部８０は、温度センサ６０から伝達される配管Ｌ２を流通する排ガスの温度Ｔａが還元剤を窒素酸化物分解部２０へ供給可能な供給可能温度（例えば、３５０℃）以上であるかどうかを判定し、ＹＥＳであればステップＳ２０３に処理を進め、ＮＯであればステップＳ２０２に処理を進める。

　ステップＳ２０２で、制御部８０は、配管Ｌ２を流通する排ガスの温度Ｔａが還元剤を窒素酸化物分解部２０へ供給可能な供給可能温度未満であり、燃焼装置２００から排出される排ガスの温度が適切な温度まで上昇していないことから、バイパス弁７０を閉状態とするよう制御する。

　ステップＳ２０３で、制御部８０は、燃焼装置２００の負荷が所定負荷（例えば、５０％負荷）以下であるかどうかを判定し、ＹＥＳと判定した場合はステップＳ２０４へ処理を進め、ＮＯと判定した場合はステップＳ２０１を再び実行する。燃焼装置２００は、燃焼動作の負荷を制御部８０に伝達する。

　ステップＳ２０４で、制御部８０は、燃焼装置２００の負荷が所定負荷以下であることから、バイパス弁７０を開状態とするよう制御する。燃焼装置２００の負荷が所定負荷以下である場合、窒素酸化物分解部２０から排出される排ガスに含まれるアンモニアの濃度が所定の許容濃度（例えば、５ｐｐｍ）以下となり、排ガスをアンモニア分解部３０で処理する必要がない。そこで、排ガスがアンモニア分解部３０を通過する際に圧力損失を生じさせることを低減するため、配管Ｌ３を流通する排ガスの一部を配管Ｌ５から配管Ｌ４へ導く。

　ステップＳ２０５で、制御部８０は、燃焼装置２００が停止しているかどうかを判定し、ＹＥＳと判定した場合はステップＳ２０６に処理を進め、ＮＯと判定した場合はステップＳ２０１を再び実行する。燃焼装置２００は、燃焼動作を停止する状態を含む動作状態を制御部８０に伝達する。

　ステップＳ２０６で、制御部８０は、燃焼装置２００が停止しているため、バイパス弁７０を閉状態とし、本フローチャートの処理を終了する。制御部８０は、燃焼装置２００が燃焼動作を開始すると、本フローチャートの処理を再開する。

　以上の説明において、検出部４０は、アンモニア分解部１０を通過した排ガスに含まれる亜酸化窒素およびＮＯｘの濃度を検出するものとしたが、他の態様であってもよい。検出部４０は、アンモニア分解部１０を通過した排ガスに含まれる亜酸化窒素またはＮＯｘのいずれかの濃度を検出するものであってもよい。検出部４０が亜酸化窒素の濃度を検出する場合、図６のステップＳ１０２の処理が省略される。また、検出部４０がＮＯｘの濃度を検出する場合、図６にステップＳ１０３の処理が省略される。

〔アンモニア分解触媒の実施例〕
　本実施形態のアンモニア分解部１０のアンモニア分解触媒は、例えば、以下の実施例のいずれかにより得られる。

　実施例１
　１．３３×１０^-２ｗｔ％の塩化白金酸（Ｈ_２〔ＰｔＣｌ_６〕・６Ｈ_２Ｏ）水溶液１リットルに、微粒シリカ粉末（富田製薬社製、無水ケイ酸）１００ｇを加えて砂浴上で蒸発乾固し、空気中５００℃で２時間焼成して０．０５ｗｔ％Ｐｔ・ＳｉＯ_２を調製して第１成分の触媒組成物粉末を得た。

　一方、酸化チタン粉末（石原産業社製、商品名、ＭＣＨ、ＳＯ_４含有量：３ｗｔ％）４６．７ｋｇにパラタングステン酸アンモニウム（（ＮＨ_４）_１０・Ｗ_１２Ｏ_４１・５Ｈ_２Ｏ）７．４３ｋｇ、メタバナジン酸アンモニウム３．０ｋｇとを加えてニーダを用いて混練し、得られたペーストを造粒後乾燥、５５０℃で２時間焼成した。得られた顆粒を粉砕して、第２成分である触媒組成物粉末を得た。組成はＴｉ／Ｗ／Ｖ＝９１／５／４（原子比）である。

　第１成分２０ｇと第２成分２．０２ｋｇとを水３．０６ｋｇに懸濁させて得たスラリにペーパハニカム担体（ニチアス社製、商品名、ハニクル３７２２、１５０ｍｍ×１５０ｍｍ角、長さ５０ｍｍ）に浸漬して担体にスラリを含浸した後、エアブローで液切りし、本実施例の触媒を得た。これを１２時間大気中で風乾後、５００℃で２時間焼成した。本触媒中の第１成分と第２成分の第１成分／第２成分比は１／９９（重量比、以下同じ）であり、触媒成分中のＰｔ含有量は５ｐｐｍに相当し、触媒の担持量は第１成分と第２成分を合わせて担体表面積当たり１５０ｇ／ｍ^２であった。得られたハニカム触媒から５段×８セル（１１×１４ｍｍ）、５０ｍｍ長さを切り出してテストピースを得た。

　実施例２
　実施例１の第１成分を１０ｇ、第２成分を２．０２ｋｇ、水を３．０４ｋｇに変えた以外は実施例１と同様にして本実施例の触媒を得た。本触媒中の第１成分と第２成分の第１成分／第２成分比は０．５／９９．５であり、触媒成分中のＰｔ含有量は２．５ｐｐｍに相当し、触媒の担持量は第１成分と第２成分を合わせて担体表面積当たり１５０ｇ／ｍ^２であった。

　実施例３－５
　実施例１で得られた第１成分および第２成分を用い、スラリ調製時の水添加量を４７６および８１６ｋｇに変え、得られたスラリをペーパハニカム担体（ニチアス社製、商品名、ハニクル３３１９、１５０ｍｍ×１５０ｍｍ角、長さ５０mm）に実施例１と同様にして担持し本実施例の触媒を得た。本触媒中の第１成分と第２成分の第１成分／第２成分比は１／９９であり、触媒成分中のＰｔ含有量は５ｐｐｍに相当する。実施例３－５の触媒の担持量は、第１成分と第２成分を合わせて担体表面積当たりそれぞれ１００、８０、５０ｇ／ｍ^２であった。

　実施例６
　実施例１のペーパハニカム担体をメタルラス（ＳＵＳ３０４、板厚０．２ｍｍｔ、１５０ｍｍ×１５０ｍｍ角）に変えた以外は実施例１と同様にして本実施例の触媒を得た。本触媒中の第１成分と第２成分の第１成分／第２成分比は１／９９であり、触媒成分中のＰｔ含有量は５ｐｐｍに相当する。触媒の担持量は第１成分と第２成分を合わせて担体表面積当たり２００ｇ／ｍ^２であった。

　実施例７
　実施例１のスラリ調製用の水を、コロイダルシリカ（日産化学社製、商品名、ＯＳゾル、ＳｉＯ_２分２０％）／水＝３／７に変える以外は同様にして本実施例の触媒を調製した。

　実施例８
　実施例１で調製した第１成分２０ｇを、コロイダルシリカ／水＝３／７の液１０００ｇに懸濁させ、これにペーパハニカム担体を浸漬して担体にスラリを含浸した後、エアブローで液切り、１２時間大気中で風乾、さらに５００℃で２時間焼成した。得られた触媒を、実施例１の第２成分２．０２ｋｇを水３．０６ｋｇに懸濁して得たスラリに浸漬後、液切り、風乾後、５００℃で２時間焼成して本実施例の触媒を調製した。

〔窒素酸化物分解触媒の実施例〕
　本実施形態の窒素酸化物分解部２０の窒素酸化物分解触媒は、例えば、以下の触媒Ａ－Ｅのいずれかである。

　触媒Ａ
(担持工程（イオン交換）)
　ＢＥＡ型ゼオライト（ＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３比＝２５）６０ｇを８０℃に加温した硝酸鉄(III)九水和物（Ｆｅ_２（ＮＯ_２）_２・９Ｈ_２Ｏ）１３．２ｇを含む水溶液２０００ｍｌに投入し、次いで温度８０℃に保持した状態で３時間攪拌し、スラリを得た。濾紙（Ｎｏ．５Ｃ）を取り付けた吸引漏斗にて前記スラリに脱水処理を施した。濾紙上のケーキに所定量の純水を注ぎ、洗浄した。洗浄済みケーキを１１０℃で１２時間乾燥させ、５００℃で５時間焼成した。焼成物を遊星ボールミルで粉砕して粉末状のＦｅ担持ゼオライト触媒Ａを得た。

（ハニカムコート工程）
　Ｆｅ担持ゼオライト触媒Ａを純水に投入し、次いで攪拌して触媒スラリを得た。ハニカム基材に触媒スラリを被覆量７０ｇ／ｍ２にて塗布した。これを１２０℃で２時間乾燥させ、次いで５００℃で２時間焼成して、ハニカム触媒Ａを得た。

　触媒Ｂ
　ＢＥＡ型ゼオライト（ＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３比＝２５）をＢＥＡ型ゼオライト（ＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３比＝２８）に替えた以外は触媒Ａと同じ製造方法で粉末状のＦｅ担持ゼオライト触媒Ｂおよびハニカム触媒Ｂを得た。

　触媒Ｃ
　ＢＥＡ型ゼオライト（ＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３比＝２５）をＢＥＡ型ゼオライト（ＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３比＝７．５）に替えた以外は触媒Ａと同じ製造方法で粉末状のＦｅ担持ゼオライト触媒Ｃおよびハニカム触媒Ｃを得た。

　触媒Ｄ
　ＣＨＡ型ゼオライト（ＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３比＝２４）６０ｇを８０℃に加温した硝酸鉄(III)九水和物（Ｆｅ_２（ＮＯ_３）_３・９Ｈ_２Ｏ）１３．２ｇを含む水溶液２０００ｍｌに投入し、次いで温度８０℃に保持した状態で３時間攪拌し、スラリを得た。濾紙（Ｎｏ．５Ｃ）を取り付けた吸引漏斗にて前記のスラリを濾過した。濾紙上のケーキに所定量の純水を注ぎ、洗浄した。洗浄済みケーキを１１０℃で１２時間乾燥させ、５００℃で５時間焼成した。焼成物を遊星ボールミルで粉砕して粉末を得た。

　この粉末を硝酸鉄(III)九水和物（Ｆｅ_２（ＮＯ_３）_３・９Ｈ_２Ｏ）１３．２ｇを含む水溶液２０００ｍｌに投入し、上記操作をさらに２回（トータル３回のイオン交換工程を）行って、粉末状のＦｅ担持ゼオライト触媒Ｄを得た。Ｆｅ担持ゼオライト触媒ＡをＦｅ担持ゼオライト触媒Ｄに替えた以外は触媒Ａと同じ製造方法でハニカム触媒Ｄを得た。

　触媒Ｅ
　ＢＥＡ型ゼオライト（ＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３比＝２５）をＭＦＩ型ゼオライト（ＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３比＝３０）に替えた以外は触媒Ａと同じ製造方法で粉末状のＦｅ担持ゼオライト触媒Ｅおよびハニカム触媒Ｅを得た。

　触媒Ｆ
　ＢＥＡ型ゼオライト（ＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３比＝２５）をＢＥＡ型ゼオライト（ＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３比＝２４）に替えた以外は触媒Ａと同じ製造方法で粉末状のＦｅ担持ゼオライト触媒Ｆおよびハニカム触媒Ｆを得た。

　以上説明した本実施形態の排ガス処理装置１００が奏する作用および効果について説明する。
　本開示に係る排ガス処理装置１００によれば、燃焼装置２００から排出される排ガスに含まれるアンモニアは、アンモニア分解部１０を通過する際にアンモニア分解触媒により適切に分解される。また、燃焼装置２００でアンモニアを燃焼する際に生成される亜酸化窒素およびＮＯｘは、窒素酸化物分解部２０を通過する際に窒素酸化物分解触媒により適切に分解される。このように、本開示に係る排ガス処理装置１００によれば、アンモニアを含む燃料を燃焼する燃焼装置２００から排出される排ガスに含まれるアンモニアおよび亜酸化窒素を適切に分解することができる。

　本実施形態の排ガス処理装置１００によれば、窒素酸化物分解部２０を通過した排ガスにアンモニアが残存している場合であっても、アンモニア分解部３０でアンモニアを分解することにより、アンモニアが外部に排出されることを防止することができる。

　本実施形態の排ガス処理装置１００によれば、窒素酸化物分解部２０を通過した排ガスに含まれる亜酸化窒素の濃度が第１所定濃度より高い、または窒素酸化物分解部２０を通過した排ガスに含まれるＮＯｘの濃度が第２所定濃度より高いと検出部４０が検出する場合には、亜酸化窒素およびＮＯｘを還元するためのアンモニアの不足を補うため、窒素酸化物分解部２０へ供給される排ガスに第１供給部５０から還元剤を供給する。そのため、アンモニア分解部１０から窒素酸化物分解部２０へ供給されるアンモニアの不足が補われ、窒素酸化物分解部２０を通過した排ガスに含まれる亜酸化窒素の濃度およびＮＯｘの濃度を低下させることができる。

〔第２実施形態〕
　以下、本開示の第２実施形態の排ガス処理装置１００Ａについて図面を参照して説明する。本実施形態の排ガス処理装置１００Ａは、第１実施形態の排ガス処理装置１００の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第１実施形態と同様であるものとし、以下での説明を省略する。

　本実施形態の排ガス処理装置１００Ｂは、配管Ｌ１を流通する排ガスの一部を配管Ｌ２へ導く配管（バイパス配管）Ｌ７と、配管Ｌ７に配置されるバイパス弁９０を備える点が第１実施形態の排ガス処理装置１００と異なる。

　図８は、本開示の第２実施形態に係る排ガス処理装置１００Ａを示す概略構成図である。図８に示すように、本実施形態の排ガス処理装置１００Ａは、配管Ｌ１を流通する排ガスの一部を配管Ｌ２へ導く配管Ｌ７と、配管Ｌ７に配置されるバイパス弁９０を備える。

　バイパス弁９０は、配管Ｌ７に配置される開閉弁である。バイパス弁９０の開閉状態は、制御部８０により制御される。バイパス弁９０が開状態の場合、配管Ｌ７を介して配管Ｌ１から配管Ｌ２へ排ガスが導かれる。バイパス弁９０が閉状態の場合、配管Ｌ７へ排ガスは導かれず、配管Ｌ１を流通する排ガスの全量がアンモニア分解部１０を介して配管Ｌ２へ導かれる。

　本実施形態の排ガス処理装置１００Ａは、燃焼装置２００から排出される排ガスに含まれる未燃のアンモニアの供給量が、窒素酸化物分解部２０で亜酸化窒素およびＮＯｘを分解するのに必要なアンモニアの量を上回る場合、バイパス弁９０を閉状態とし、配管Ｌ１を流通する排ガスの全量をアンモニア分解部１０に導き、アンモニア分解部１０において余剰のアンモニアを分解する。

　一方、本実施形態の排ガス処理装置１００Ａは、燃焼装置２００から排出される排ガスに含まれる未燃のアンモニアの供給量が、窒素酸化物分解部２０で亜酸化窒素およびＮＯｘを分解するのに必要なアンモニアの量と同じかそれを下回る場合、バイパス弁９０を開状態とし、アンモニア分解部１０を通過させずに配管Ｌ１を流通する排ガスの一部を配管Ｌ２へ導く。

　次に、図９を参照して、本実施形態に係る排ガス処理装置１００Ａのバイパス弁９０の切替処理について説明する。図９は、本実施形態に係る排ガス処理装置１００Ａのバイパス弁９０の切替処理を示すフローチャートである。図９の各ステップの処理は、制御部８０が排ガス処理装置１００Ａの各部を制御することにより実行される。燃焼装置２００による燃焼動作が開始したことに応じて、本フローチャートの処理が開始される。

　ステップＳ３０１で、制御部８０は、温度センサ６０から伝達される配管Ｌ２を流通する排ガスの温度Ｔａが還元剤を窒素酸化物分解部２０へ供給可能な供給可能温度（例えば、３５０℃）以上であるかどうかを判定し、ＹＥＳであればステップＳ３０２に処理を進め、ＮＯであればステップＳ３０５に処理を進める。

　ステップＳ３０２で、制御部８０は、燃焼装置２００の負荷に基づいて、燃焼装置２００から排出される排ガス中のアンモニア、亜酸化窒素、およびＮＯｘの各成分の濃度を算出する。燃焼装置２００は、燃焼動作の負荷を制御部８０に伝達する。制御部８０は、燃焼装置２００の複数の負荷のそれぞれに対応付けたアンモニア、亜酸化窒素、およびＮＯｘの各成分の濃度のマップを記憶部（図示略）に記憶させておくものとする。制御部８０は、燃焼装置２００から伝達される負荷に対応付けた濃度を記憶部に記憶されたマップを参照して算出する。

　ステップＳ３０３で、制御部８０は、ステップＳ３０２で算出したアンモニア濃度が、所定濃度以下であるかどうかを判定し、ＹＥＳであればステップＳ３０４へ処理を進め、ＮＯであればステップＳ３０５に処理を進める。ここで、所定濃度とは、以下の式（１２）で示される濃度である。
　α・亜酸化窒素濃度＋β・ＮＯｘ濃度　　　　　　　　　　　（１２）
　ここで、α，βは係数であり、例えば、α＝１．０であり、第１実施形態の式（１１）で説明したものと同様である。

　ステップＳ３０４で、制御部８０は、アンモニア濃度が所定濃度以下であり、余剰のアンモニアをアンモニア分解部１０で分解するために排ガスの全量をアンモニア分解部１０へ供給する必要がないため、バイパス弁９０を開状態とする。

　ステップＳ３０５で、制御部８０は、排ガスの温度Ｔａが還元剤を窒素酸化物分解部２０へ供給可能な供給可能温度未満であるか、あるいはアンモニア濃度が所定濃度より高いため、バイパス弁９０を閉状態とする。これは、燃焼装置２００から排出される排ガスの温度が十分に高まっていないか、あるいは排ガスに含まれるアンモニア濃度が所定濃度より高いため、排ガスの全量をアンモニア分解部１０へ供給する必要があるからである。

　ステップＳ３０６で、制御部８０は、燃焼装置２００が停止しているかどうかを判定し、ＹＥＳと判定した場合はステップＳ３０７に処理を進め、ＮＯと判定した場合はステップＳ３０１を再び実行する。燃焼装置２００は、燃焼動作を停止する状態を含む動作状態を制御部８０に伝達する。

　ステップＳ３０７で、制御部８０は、燃焼装置２００が停止しているため、バイパス弁９０を閉状態とし、本フローチャートの処理を終了する。制御部８０は、燃焼装置２００が燃焼動作を開始すると、本フローチャートの処理を再開する。

　以上説明した本実施形態の排ガス処理装置１００Ｂが奏する作用および効果について説明する。
　本実施形態の排ガス処理装置１００Ａによれば、燃焼装置２００から排出される排ガスに含まれるアンモニアの濃度が窒素酸化物分解部２０で亜酸化窒素およびＮＯｘを分解する際に還元剤として必要な濃度よりも高い場合には、バイパス弁９０を閉状態とすることで余剰のアンモニアをアンモニア分解部１０で分解することができる。また、燃焼装置２００から排出される排ガスに含まれるアンモニアの濃度が窒素酸化物分解部２０で亜酸化窒素およびＮＯｘを分解する際に還元剤として必要な濃度と同じかそれよりも低い場合には、バイパス弁９０を開状態とすることで、アンモニア分解部１０でアンモニアを分解せずに窒素酸化物分解部２０にアンモニアを導くことができる。

〔第３実施形態〕
　以下、本開示の第２実施形態の排ガス処理装置１００Ｂについて図面を参照して説明する。本実施形態の排ガス処理装置１００Ｂは、第１実施形態の排ガス処理装置１００の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第１実施形態と同様であるものとし、以下での説明を省略する。

　第１実施形態の排ガス処理装置１００は、窒素酸化物分解部２０の上流側にアンモニア分解部１０を配置したものであった。それに対して、本実施形態の排ガス処理装置１００Ｂは、窒素酸化物分解部２０の上流側にアンモニア分解部１０を配置しないものである。

　図１０は、本開示の第３実施形態に係る排ガス処理装置１００Ｂを示す概略構成図である。図１０に示すように、本実施形態の排ガス処理装置１００Ｂは、窒素酸化物分解部２０の上流側にアンモニア分解部１０を配置しておらず、燃焼装置２００から排出される排ガスは、配管Ｌ１を介して窒素酸化物分解部２０に供給される。

　本実施形態において、窒素酸化物分解部２０の上流側にアンモニア分解部１０を設置していないのは、燃焼装置２００から排出される排ガスに含まれる未燃のアンモニアの供給量が、窒素酸化物分解部２０で亜酸化窒素およびＮＯｘを分解するのに必要なアンモニアの量と同じかそれを下回ることを想定しているためである。本実施形態の排ガス処理装置１００Ｂは、排ガスに含まれる亜酸化窒素およびＮＯｘを分解する還元剤として必要なアンモニアの不足分を第１供給部５０から供給することにより補う。

　本実施形態の排ガス処理装置１００Ｂは、燃焼装置２００から排出される排ガスに含まれるアンモニアと亜酸化窒素とＮＯｘの濃度がそれぞれ以下の式（１３）を満たすことを想定している。
　アンモニア濃度≦α・亜酸化窒素濃度＋β・ＮＯｘ濃度　　　　　（１３）
　ここで、α，βは係数であり、第１実施形態の式（１１）で説明したものと同様である。

　本実施形態の排ガス処理装置１００Ｂにおける還元剤の供給処理は、第１実施形態の図６に示す処理と同様である。また、本実施形態の排ガス処理装置１００Ａにおけるバイパス弁７０の切替処理は、第１実施形態の図７に示す処理と同様である。

　以上説明した本実施形態の排ガス処理装置１００Ｂが奏する作用および効果について説明する。
　本実施形態の排ガス処理装置１００Ｂによれば、燃焼装置２００から排出される排ガスに含まれるアンモニアは、窒素酸化物分解部２０を通過する際に窒素酸化物分解触媒により還元剤として亜酸化窒素およびＮＯｘと反応して分解される。また、燃焼装置２００でアンモニアを燃焼する際に生成される亜酸化窒素およびＮＯｘは、窒素酸化物分解部２０を通過する際に窒素酸化物分解触媒により適切に分解される。このように、本実施形態の排ガス処理装置１００Ｂによれば、アンモニアを含む燃料を燃焼する燃焼装置２００から排出される排ガスに含まれるアンモニア、亜酸化窒素およびＮＯｘを適切に分解することができる。

〔第４実施形態〕
　以下、本開示の第４実施形態に係る排ガス処理装置の設計方法について説明する。本実施形態の設計方法は、第１実施形態および第２実施形態で説明した排ガス処理装置１００，１００Ａのように窒素酸化物分解部２０の上流側にアンモニア分解部１０を配置する設計と、第３実施形態で説明した排ガス処理装置１００Ｂのように窒素酸化物分解部２０の上流側にアンモニア分解部１０を配置しない設計とのいずれの設計を行うかを決定する方法である。

　図１１は、本実施形態に係る排ガス処理装置の設計方法を示すフローチャートである。
　ステップＳ４０１で、燃焼装置２００から排出される排ガス中のアンモニア、亜酸化窒素、およびＮＯｘの各成分の濃度を算出する。各成分の濃度は、燃焼装置２００が予め定めた一定の負荷で動作するものと仮定し、その負荷における排ガス中のアンモニア、亜酸化窒素、およびＮＯｘの各成分の濃度を特定する。

　ステップＳ４０２で、ステップＳ４０１で算出したアンモニア濃度が、所定濃度以下であるかどうかを判定し、ＹＥＳであればステップＳ４０３へ処理を進め、ＮＯであればステップＳ４０４に処理を進める。ここで、所定濃度とは、第２実施形態の式（１２）で示される濃度であり、α・亜酸化窒素濃度＋β・ＮＯｘ濃度となる。

　ステップＳ４０３で、燃焼装置２００から排出される排ガス中のアンモニア濃度が所定濃度以下であるため、窒素酸化物分解部２０の上流側にアンモニア分解部１０を配置しない第３実施形態の排ガス処理装置１００Ｂの設計とする。このような設計とするのは、窒素酸化物分解部２０の上流側にアンモニア分解部１０を配置して、余剰のアンモニアを分解する必要がないためである。

　ステップＳ４０４で、燃焼装置２００から排出される排ガス中のアンモニア濃度が所定濃度より高いため、窒素酸化物分解部２０の上流側にアンモニア分解部１０を配置する第１実施形態の排ガス処理装置１００または第２実施形態の排ガス処理装置１００Ａの設計とする。このような設計とするのは、排ガスに含まれるアンモニア濃度が所定濃度より高いため、排ガスの全量をアンモニア分解部１０へ供給して余剰のアンモニアを分解する必要があるからである。

　本実施形態の排ガス処理装置の設計方法によれば、排ガスに含まれるアンモニアの濃度が、排ガスに含まれる亜酸化窒素の濃度にα（第１係数）を乗算した第１濃度と排ガスに含まれるＮＯｘの濃度にβ（第２係数）を乗算した第２濃度との合計濃度よりも高い場合には、アンモニア分解部１０から窒素酸化物分解部２０へ供給されるアンモニアの濃度が過剰となることを防止するため、燃焼装置２００の下流側にアンモニア分解部１０を配置し、かつアンモニア分解部１０の下流側に窒素酸化物分解部２０を配置するよう排ガス処理装置を設計する。

　一方、排ガスに含まれるアンモニアの濃度が、排ガスに含まれる亜酸化窒素の濃度にα（第１係数）を乗算した第１濃度と排ガスに含まれるＮＯｘの濃度にβ（第２係数）を乗算した第２濃度との合計濃度以下である場合には、アンモニア分解部１０からち窒素酸化物分解部２０へ供給されるアンモニアの濃度が過剰とならないため、燃焼装置２００の下流側にアンモニア分解部１０を配置せずに窒素酸化物分解部２０を配置するように排ガス処理装置を設計する。これにより、燃焼装置２００から排出される排ガスに含まれるアンモニアの濃度に応じた適切な構成の排ガス処理装置を設計することができる。

〔第５実施形態〕
　次に、本開示の第５実施形態の排ガス処理装置１００Ｃについて図面を参照して説明する。本実施形態の排ガス処理装置１００Ｃは、第１実施形態の排ガス処理装置１００の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第１実施形態と同様であるものとし、以下での説明を省略する。

　本実施形態の排ガス処理装置１００Ｃは、燃焼装置２００からアンモニア分解部１０へ供給される排ガスにアンモニア分解部１０のアンモニア分解触媒（第１処理部）を加熱するための燃料としてのアンモニアまたは尿素水を供給する第２供給部５５を備える点で、第１実施形態の排ガス処理装置１００と異なる。また、本実施形態の排ガス処理装置１００Ｃは、アンモニア分解部３０を備えない点で、第１実施形態の排ガス処理装置１００と異なる。

　図１２は、本実施形態に係る排ガス処理装置１００Ｃを示す概略構成図である。図１２に示すように、本実施形態の排ガス処理装置１００Ｃは、アンモニア分解部（第１処理部）１０と、窒素酸化物分解部（第２処理部）２０と、検出部４０と、第１供給部５０と、第２供給部５５と、温度センサ６０と、制御部８０と、を備える。第２供給部５５を除く他の構成については、第１実施形態と同様であるため、以下での説明を省略する。

　第２供給部５５は、温度センサ６０が検出する温度が所定温度以下である場合に、燃焼装置２００からアンモニア分解部１０へ供給される排ガスにアンモニア分解触媒を加熱するための燃料としてのアンモニアまたは尿素水を供給する装置である。第２供給部５５は、配管Ｌ８を介して配管Ｌ１へ尿素水を供給し、尿素水の加水分解反応によりアンモニアを生成する。

　アンモニア分解部１０へ導かれたアンモニアは、第１実施形態の式（１），（２）の反応によりアンモニア分解触媒の作用で分解される。アンモニアが分解される際の発熱反応により、アンモニア分解部１０を通過する排ガスが加熱される。また、第２供給部５５から尿素水を供給するのに替えて、第２供給部５５からアンモニアを配管Ｌ２に供給するようにしてもよい。

　発明者らは、燃焼装置２００から排出される排ガスの性状と亜酸化窒素の分解率との関係性を実験で確認したところ、排ガスに含まれるＮＯの濃度によって亜酸化窒素の分解率に変化が生じる温度帯が存在するとの知見を得た。排ガスに含まれるＮＯの濃度によって亜酸化窒素の分解率が変化してしまうと、第１実施形態の排ガス処理装置１００では所望の亜酸化窒素の分解率が得られない可能性がある。そこで、本実施形態の排ガス処理装置１００Ｃは、排ガスに含まれるＮＯの濃度によって亜酸化窒素の分解率に変化が生じない温度範囲で窒素酸化物分解部２０を動作させるようにしている。

　図１３は、窒素酸化物分解部２０における排ガスの温度に対する亜酸化窒素の分解率を示し、ＮＯ濃度が０ｐｐｍである場合と４５０ｐｐｍである場合を比較したグラフである。図１３は、窒素酸化物分解部２０の窒素酸化物分解触媒として、触媒Ａを用いた例である。図１３に実線で示す例と点線で示す例とは、排ガス中のＮＯ濃度が４５０ｐｐｍと０ｐｐｍである点で異なる。一方、図１３に実線で示す例と点線で示す例とは、排ガス中の亜酸化窒素濃度が１８０ｐｐｍであり、排ガス中のアンモニア濃度が５７０ｐｐｍであり、排ガス中の酸素濃度が１３％であり、排ガス中の二酸化硫黄濃度が１５ｐｐｍであり、排ガス中の水分濃度が１５％であり、残りが窒素である点で共通している。

　図１３に示すように、排ガスの温度が４５０℃の近傍であれば、排ガス中のＮＯ濃度が４５０ｐｐｍと０ｐｐｍで異なっていても、亜酸化窒素の分解率の差が殆ど無い。一方、排ガスの温度が４５０℃を下回るにつれて、亜酸化窒素の分解率の差が大きくなる。具体的には、同じ排ガス温度においては、排ガス中のＮＯ濃度が４５０ｐｐｍである場合の亜酸化窒素の分解率よりも、排ガス中のＮＯ濃度が０ｐｐｍである場合の亜酸化窒素の分解率が低くなる。

　図１３が以上のような傾向を示すのは、以下の式（１１）において窒素酸化物分解触媒に結合した酸素が、４５０℃よりも低い温度範囲において、式（１２）にて結合した酸素が取り除かれたおよび／または式（１３）の反応で亜酸化窒素が還元されたためと推測される。すなわち、排ガス中のＮＯが亜酸化窒素とともに存在する方が、亜酸化窒素の分解率が高くなるためであると推測される。
　２Ｎ_２Ｏ→２Ｎ_２＋３Ｏ_２　　　　　　　　　　　（１１）
　４ＮＯ＋４ＮＨ_３＋Ｏ_２→４Ｎ_２＋６Ｈ_２Ｏ　　　（１２）
　Ｎ_２Ｏ＋ＮＯ→Ｎ_２＋ＮＯ_２　　　　　　　　　　（１３）

　発明者らは、以上の図１３に示す実験結果を考慮し、排ガスに含まれるＮＯの濃度によって亜酸化窒素の分解率に変化が生じないように、アンモニア分解部１０から排出される排ガスの温度が４５０℃以上となるように温度範囲を設定した。また、発明者らは、触媒反応器への熱応力低減及び触媒の熱劣化抑制のため、アンモニア分解部１０から排出される排ガスの温度が５３０℃以下となるように温度範囲を設定した。

　次に、図１４から図１６を参照して、本実施形態に係る排ガス処理装置１００Ｃにおける燃料および還元剤の供給処理について説明する。図１４から図１６は、本実施形態に係る排ガス処理装置１００Ｃにおける燃料および還元剤の供給処理を示すフローチャートである。図１４から図１６の各ステップの処理は、制御部８０が排ガス処理装置１００Ｃの各部を制御することにより実行される。燃焼装置２００による燃焼動作が開始したことに応じて、本フローチャートの処理が開始される。

　ステップＳ４０１で、制御部８０は、温度センサ６０から伝達される配管Ｌ２を流通する排ガスの温度Ｔａが、第２供給部５５からアンモニア分解触媒（第１処理部）を加熱するための燃料をアンモニア分解部１０へ供給可能な燃料供給可能温度（例えば、３００℃）以上であるかどうかを判定し、ＹＥＳであればステップＳ４０２に処理を進め、ＮＯであればステップＳ４０３に処理を進める。

　ステップＳ４０２で、制御部８０は、第２供給部５５から配管Ｌ１への燃料の供給量を増加させるよう第２供給部５５を制御する。ステップＳ４０１の後に初めてステップＳ４０２を実行する際に、第２供給部５５による燃料の供給量を０から所定の供給量に増加させる。

　ステップＳ４０３で、制御部８０は、配管Ｌ１を流通する排ガスの温度Ｔａが燃料をアンモニア分解部１０へ供給可能な燃料供給可能温度よりも低いため、第２供給部５５による燃料の供給を停止させるよう制御する。

　ステップＳ４０４で、制御部８０は、排ガスの温度Ｔａが還元剤を窒素酸化物分解部２０へ供給可能な還元剤供給可能温度（例えば、４５０℃）以上であるかどうかを判定し、ＹＥＳであればステップＳ４０５に処理を進め、ＮＯであればステップＳ４０２に処理を進めて第２供給部５５からの燃料の供給量を増加させる。

　ステップＳ４０５で、制御部８０は、第１供給部５０から配管Ｌ２への還元剤の供給量を増加させるよう第１供給部５０を制御する。ステップＳ４０４の後に初めてステップＳ４０５を実行する際に、第１供給部５０による還元剤の供給量を０から所定の供給量に増加させる。

　ステップＳ４０６で、制御部８０は、検出部４０が検出するＮＯｘ濃度が第１所定濃度（例えば、２００ｐｐｍ）以下であるかどうかを判定し、ＹＥＳであればステップＳ４０７に処理を進め、ＮＯであればステップＳ４１４に処理を進める。

　ステップＳ４０７で、制御部８０は、検出部４０が検出する亜酸化窒素濃度が第２所定濃度（例えば、１０ｐｐｍ）以下であるかどうかを判定し、ＹＥＳであればステップＳ４０８に処理を進め、ＮＯであればステップＳ４１４に処理を進める。

　ステップＳ４０８で、制御部８０は、燃焼装置２００の負荷制限を解除するよう燃焼装置２００を制御する。制御部８０は、本ステップで負荷制限を解除するまでは、燃焼装置２００を所定の負荷以下となるように制御する。これは、燃焼装置２００の負荷に制限を設けずに動作させる際に、ＮＯｘ濃度および亜酸化窒素濃度を低下させるために第１供給部５０から窒素酸化物分解部２０へ供給される還元剤の供給量が過剰となってしまうと、未反応のアンモニアが窒素酸化物分解部２０から配管Ｌ３を介して外部へ排出される可能性があるからである。

　本ステップで負荷制限を解除するまでは、燃焼装置２００を所定の負荷以下となるように制御することで、未反応のアンモニアが窒素酸化物分解部２０から配管Ｌ３を介して外部へ排出されることを防止すると共に、ＮＯｘ濃度および亜酸化窒素濃度を閾値以下にすることができ、環境負荷を低減できる。

　ステップＳ４０９で、制御部８０は、温度Ｔａが第１上限温度（例えば、４８０℃）以下であるかどうかを判定し、ＹＥＳであればステップＳ４１０へ処理を進め、ＮＯであればステップＳ４１１に処理を進める。

　ステップＳ４１０で、制御部８０は、温度Ｔａが第１上限温度を下回るように、第２供給部５５から配管Ｌ１への燃料の供給量を減少させる。制御部８０は、ステップＳ４１０を実行した後はステップＳ４０４に処理を進める。

　ステップＳ４１１で、制御部８０は、温度Ｔａが第１上限温度より低いことから、第１供給部５０から配管Ｌ２への還元剤の供給量を減少させステップＳ４１２に処理を進める。

　ステップＳ４１２で、制御部８０は、燃焼装置２００が停止しているかどうかを判定し、ＹＥＳと判定した場合はステップＳ４１３に処理を進め、ＮＯと判定した場合はステップＳ４０４を再び実行する。燃焼装置２００は、燃焼動作を停止する状態を含む動作状態を制御部８０に伝達する。

　ステップＳ４１３で、制御部８０は、燃焼装置２００が停止しているため、第１供給部５０による還元剤の供給、および第２供給部５５による燃料の供給を停止させ、本フローチャートの処理を終了する。制御部８０は、燃焼装置２００が燃焼動作を開始すると、本フローチャートの処理を再開する。

　ステップＳ４１４で、制御部８０は、図９のステップＳ３０２にて算出されたＮＯｘ濃度と亜酸化窒素濃度に対して、ＮＯｘおよび亜酸化窒素を還元処理するのに必要な還元剤量を算出し、必要な還元剤量に所定の係数γを乗算した量より、供給している還元剤量が多いかを判定し、ＹＥＳであればステップＳ４１５に処理を進め、ＮＯであればステップＳ４０５に処理を進める。ここで、所定還元剤供給量とは、窒素酸化物合計濃度に含まれるＮＯｘと亜酸化窒素を還元処理するのに必要な還元剤量に所定の係数γを乗算した供給量である。係数γは、例えば、０．８以上かつ１．２以下の値に設定される。

　ステップＳ４１５で、制御部８０は、温度Ｔａが第２上限温度（例えば、５３０℃）以下であるかどうかを判定し、ＹＥＳであればステップＳ４１６へ処理を進め、ＮＯであればステップＳ４１７に処理を進める。

　ステップＳ４１６で、制御部８０は、第２供給部５５から配管Ｌ１への燃料の供給量を増加させる。制御部８０は、ステップＳ４１６を実行した後はステップＳ４１９に処理を進める。

　ステップＳ４１７で、制御部８０は、温度Ｔａが第２上限温度を下回るように、第２供給部５５から配管Ｌ１への燃料の供給量を減少させる。
　ステップＳ４１８で、制御部８０は、燃焼装置２００の出力を減少させ（例えば、１０％の負荷低減）、ステップＳ４０４に処理を進める。

　ステップＳ４１９で、制御部８０は、燃焼装置２００が停止しているかどうかを判定し、ＹＥＳと判定した場合はステップＳ４２０に処理を進め、ＮＯと判定した場合はステップＳ４０５を再び実行する。燃焼装置２００は、燃焼動作を停止する状態を含む動作状態を制御部８０に伝達する。

　ステップＳ４２０で、制御部８０は、燃焼装置２００が停止しているため、第１供給部５０による還元剤の供給、および第２供給部５５による燃料の供給を停止させ、本フローチャートの処理を終了する。制御部８０は、燃焼装置２００が燃焼動作を開始すると、本フローチャートの処理を再開する。

　なお、以上の説明において、第２供給部５５から燃料を供給してアンモニア分解部１０のアンモニア分解触媒で発熱反応させるアンモニアを生成するものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、第１供給部５０からアンモニアまたは尿素水を配管Ｌ１に供給するようにしてもよい。

　本実施形態の排ガス処理装置１００Ｃによれば、燃焼装置２００からアンモニア分解部１０へ供給される排ガスにアンモニアまたは尿素水を供給することにより、アンモニア分解部１０でのアンモニアの酸化による発熱反応を促進させることができる。これにより、アンモニア分解部１０から窒素酸化物分解部２０へ導かれる排ガスの温度を適切に上昇させ、排ガスに含まれるＮＯの濃度によって亜酸化窒素の分解率に変化が生じない温度範囲で窒素酸化物分解部２０を動作させることができる。

　また、本実施形態の排ガス処理装置１００Ｃによれば、所定温度を４５０℃以上かつ５３０℃以下のとすることにより、排ガスに含まれるＮＯの濃度によって亜酸化窒素の分解率に変化が生じない適切な温度範囲で窒素酸化物分解部２０を動作させることができる。

　なお、本実施形態の排ガス処理装置１００Ｃは、窒素酸化物分解部２０を通過した排ガスを、配管Ｌ３を介して外部へ排出するものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、図１７に示す変形例の排ガス処理装置１００Ｄように、窒素酸化物分解部２０を通過した排ガスをアンモニア分解部３０に導入し、アンモニア分解部３０を通過した排ガスを、配管Ｌ４を介して外部へ排出するようにしてもよい。

　図１７は、本開示の第５実施形態の変形例に係る排ガス処理装置１００Ｄを示す概略構成図である。図１７に示すアンモニア分解部３０は、第１実施形態のアンモニア分解部３０と同様の構成である。図１７に示す排ガス処理装置１００Ｄによれば、窒素酸化物分解部２０を通過した排ガスにアンモニアが含まれていたとしても、アンモニア分解部３０でアンモニアを適切に分解して外部へアンモニアが排出されないようにすることができる。

　また、図１７に示す排ガス処理装置１００Ｄでは、アンモニア分解部３０でアンモニアが適切に分解されるため、図１５のステップＳ４０８より前での燃焼装置２００の負荷制限が不要となるか、負荷制限が行われる頻度を低減することができる。負荷制限が不要となるか、負荷制限が行われる頻度を低減するためには、ステップＳ４１４において、図９のステップＳ３０２にて算出されたＮＯｘ濃度と亜酸化窒素濃度に対して、ＮＯｘおよび亜酸化窒素を還元処理するのに必要な還元剤量を算出し、必要な還元剤量に乗算する係数γを第５実施形態よりも大きな値（例えば、１．５）に設定する。

　以上説明した各実施形態に記載の排ガス処理装置および排ガス処理装置の設計方法は例えば以下のように把握される。
　本開示に係る排ガス処理装置（１００）は、アンモニアを含む燃料を燃焼する燃焼装置（２００）から排出される排ガスを処理する排ガス処理装置（１００，１００Ａ）であって、前記排ガスに含まれるアンモニアを分解する第１触媒を有する第１処理部（１０）と、前記第１処理部でアンモニアが分解された前記排ガスに含まれる亜酸化窒素およびＮＯｘを分解する第２触媒を有する第２処理部（２０）と、を備える。

　本開示に係る排ガス処理装置によれば、燃焼装置から排出される排ガスに含まれるアンモニアは、第１処理部を通過する際に第１触媒により適切に分解される。また、燃焼装置でアンモニアを燃焼する際に生成される亜酸化窒素およびＮＯｘは、第２処理部を通過する際に第２触媒により適切に分解される。このように、本開示に係る排ガス処理装置によれば、アンモニアを含む燃料を燃焼する燃焼装置から排出される排ガスに含まれるアンモニア、亜酸化窒素およびＮＯｘを適切に分解することができる。

　本開示に係る排ガス処理装置において、前記第１処理部は、前記排ガスに含まれるアンモニアを分解する際に生成されるＮＯｘを前記第１触媒により除去する構成としてもよい。
　本構成の排ガス処理装置によれば、第１処理部でアンモニアを分解する際に生成されるＮＯｘが第１触媒により除去されるため、燃焼装置から排出される排ガスに含まれるＮＯｘが第１処理部を通過する際に増加することを適切に防止することができる。

　本開示に係る排ガス処理装置において、前記第１処理部を通過させずに前記燃焼装置から排出される前記排ガスを前記第２処理部へ導くバイパス配管（Ｌ７）と、前記バイパス配管に配置されるバイパス弁（９０）と、を備える構成としてもよい。
　本構成の排ガス処理装置によれば、燃焼装置から排出される排ガスに含まれるアンモニアの濃度が第２処理部で亜酸化窒素およびＮＯｘを分解する際に還元剤として必要な濃度よりも高い場合には、バイパス弁を閉状態とすることで余剰のアンモニアを第１処理部で分解することができる。また、燃焼装置から排出される排ガスに含まれるアンモニアの濃度が第２処理部で亜酸化窒素およびＮＯｘを分解する際に還元剤として必要な濃度と同じかそれよりも低い場合には、バイパス弁を開状態とすることで、第１処理部でアンモニアを分解せずに第２処理部にアンモニアを導くことができる。

　本開示に係る排ガス処理装置において、前記第２処理部を通過した前記排ガスに含まれるアンモニアを分解する第３処理部（３０）を備える構成としてもよい。
　本構成の排ガス処理装置によれば、第２処理部を通過した排ガスにアンモニアが残存している場合であっても、第３処理部でアンモニアを分解することにより、アンモニアが外部に排出されることを防止することができる。

　本開示に係る排ガス処理装置において、前記第２処理部を通過した前記排ガスに含まれる亜酸化窒素および／またはＮＯｘの濃度を検出する検出部（４０）と、前記排ガスに含まれる亜酸化窒素の濃度が第１所定濃度より高い、または前記排ガスに含まれるＮＯｘの濃度が第２所定濃度より高い場合に、前記第１処理部から前記第２処理部へ供給される前記排ガスにアンモニアまたは尿素水を供給する第１供給部（５０）と、を備え、前記第２触媒は、前記排ガスに含まれる亜酸化窒素およびＮＯｘをアンモニアにより還元して分解する触媒である構成としてもよい。

　本構成の排ガス処理装置によれば、第２処理部を通過した排ガスに含まれる亜酸化窒素の濃度が第１所定濃度より高い、または第２処理部を通過した排ガスに含まれるＮＯｘの濃度が第２所定濃度より高いと検出部が検出する場合には、亜酸化窒素およびＮＯｘを還元するためのアンモニアの不足を補うため、第２処理部へ供給される排ガスに第１供給部から還元剤としてアンモニアまたは尿素水を供給する。そのため、第１処理部から第２処理部へ供給されるアンモニアの不足が補われ、第２処理部を通過した排ガスに含まれる亜酸化窒素の濃度およびＮＯｘの濃度を低下させることができる。

　本開示に係る排ガス処理装置において、前記第１処理部から排出される前記排ガスの温度を検出する温度検出部と、前記温度検出部が検出する温度が所定温度以下である場合に、前記燃焼装置から前記第１処理部へ供給される前記排ガスにアンモニアまたは尿素水を供給する第２供給部（５５）と、を備える構成としてもよい。
　本構成の排ガス処理装置によれば、燃焼装置から第１処理部へ供給される排ガスにアンモニアまたは尿素水を供給することにより、第１処理部でのアンモニアの分解による発熱反応を促進させることができる。これにより、第１処理部から第２処理部へ導かれる排ガスの温度を適切に上昇させ、排ガスに含まれるＮＯの濃度によって亜酸化窒素の分解率に変化が生じない温度範囲で窒素酸化物分解部を動作させることができる。

　本開示に係る排ガス処理装置において、前記第２処理部を通過した前記排ガスに含まれるアンモニアを分解する第３処理部（３０）を備える構成としてもよい。
　本構成の排ガス処理装置によれば、第２処理部を通過した排ガスにアンモニアが含まれていたとしても、第３処理部でアンモニアを適切に分解して外部へアンモニアが排出されないようにすることができる。

　本開示に係る排ガス処理装置において、前記所定温度は、４５０℃以上かつ５３０℃以下の温度である構成としてもよい。
　本構成の排ガス処理装置によれば、所定温度を４５０℃以上かつ５３０℃以下のとすることにより、排ガスに含まれるＮＯの濃度によって亜酸化窒素の分解率に変化が生じない適切な温度範囲で窒素酸化物分解部を動作させることができる。

　本開示に係る排ガス処理装置は、アンモニアを含む燃料を燃焼する燃焼装置から排出される排ガスを処理する排ガス処理装置（１００Ｂ）であって、前記燃焼装置から排出される前記排ガスに還元剤としてのアンモニアを供給する第１供給部（５０）と、前記排ガスに含まれる亜酸化窒素およびＮＯｘを前記アンモニア供給部から供給されたアンモニアにより還元する分解触媒を有する窒素酸化物分解部（２０）と、前記窒素酸化物分解部を通過した前記排ガスに含まれるアンモニアを分解するアンモニア分解部（３０）と、を備える。

　本開示に係る排ガス処理装置によれば、燃焼装置から排出される排ガスに含まれるアンモニアは、窒素酸化物分解部を通過する際に分解触媒により還元剤として亜酸化窒素およびＮＯｘと反応して分解される。また、燃焼装置でアンモニアを燃焼する際に生成される亜酸化窒素およびＮＯｘは、窒素酸化物分解部を通過する際に分解触媒により適切に分解される。このように、本開示に係る排ガス処理装置によれば、アンモニアを含む燃料を燃焼する燃焼装置から排出される排ガスに含まれるアンモニア、亜酸化窒素およびＮＯｘを適切に分解することができる。

　本開示に係る排ガス処理装置の設計方法は、アンモニアを含む燃料を燃焼する燃焼装置から排出される排ガスを処理する排ガス処理装置の設計方法であって、前記排ガスに含まれるアンモニアの濃度が、前記排ガスに含まれる亜酸化窒素の濃度に第１係数を乗算した第１濃度と前記排ガスに含まれるＮＯｘの濃度に第２係数を乗算した第２濃度との合計濃度よりも高い場合に、前記燃焼装置の下流側に前記排ガスに含まれるアンモニアを分解する第１触媒を有する第１処理部を配置し、かつ前記第１処理部の下流側に前記第１処理部でアンモニアが分解された前記排ガスに含まれる亜酸化窒素およびＮＯｘを分解する第２触媒を有する第２処理部を配置するように前記排ガス処理装置を設計し、前記排ガスに含まれるアンモニアの濃度が、前記合計濃度以下である場合に、前記燃焼装置の下流側に前記第１処理部を配置せずに前記第２処理部を配置するように前記排ガス処理装置を設計する。

　本開示の排ガス処理装置の設計方法によれば、排ガスに含まれるアンモニアの濃度が、排ガスに含まれる亜酸化窒素の濃度に第１係数を乗算した第１濃度と排ガスに含まれるＮＯｘの濃度に第２係数を乗算した第２濃度との合計濃度よりも高い場合には、第１処理部から第２処理部へ供給されるアンモニアの濃度が過剰となることを防止するため、燃焼装置の下流側に第１処理部を配置し、かつ第１処理部の下流側に第２処理部を配置するよう排ガス処理装置を設計する。

　一方、排ガスに含まれるアンモニアの濃度が、排ガスに含まれる亜酸化窒素の濃度に第１係数を乗算した第１濃度と排ガスに含まれるＮＯｘの濃度に第２係数を乗算した第２濃度との合計濃度以下である場合には、第１処理部から第２処理部へ供給されるアンモニアの濃度が過剰とならないため、燃焼装置の下流側に第１処理部を配置せずに第２処理部を配置するように排ガス処理装置を設計する。これにより、燃焼装置から排出される排ガスに含まれるアンモニアの濃度に応じた適切な構成の排ガス処理装置を設計することができる。

１０　　　アンモニア分解部（第１処理部）
２０　　　窒素酸化物分解部（第２処理部）
３０　　　アンモニア分解部（第３処理部）
４０　　　検出部
５０　　　第１供給部（還元剤供給部）
５５　　　第２供給部（燃料供給部）
６０　　　温度センサ
７０　　　バイパス弁
８０　　　制御部
９０　　　バイパス弁
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ　排ガス処理装置
２００　　燃焼装置
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６，Ｌ７，Ｌ８　配管

Claims

　アンモニアを含む燃料を燃焼する燃焼装置から排出される排ガスを処理する排ガス処理装置であって、
　前記排ガスに含まれるアンモニアを分解する第１触媒を有する第１処理部と、
　前記第１処理部でアンモニアが分解された前記排ガスに含まれる亜酸化窒素およびＮＯｘを分解する第２触媒を有する第２処理部と、を備える排ガス処理装置。
　前記第１処理部は、前記排ガスに含まれるアンモニアを分解する際に生成されるＮＯｘを前記第１触媒により除去する請求項１に記載の排ガス処理装置。
　前記第１処理部を通過させずに前記燃焼装置から排出される前記排ガスを前記第２処理部へ導くバイパス配管と、
　前記バイパス配管に配置されるバイパス弁と、を備える請求項１または請求項２に記載の排ガス処理装置。
　前記第２処理部を通過した前記排ガスに含まれるアンモニアを分解する第３処理部を備える請求項１または請求項２に記載の排ガス処理装置。
　前記第２処理部を通過した前記排ガスに含まれる亜酸化窒素および／またはＮＯｘの濃度を検出する検出部と、
　前記排ガスに含まれる亜酸化窒素の濃度が第１所定濃度より高い、または前記排ガスに含まれるＮＯｘの濃度が第２所定濃度より高い場合に、前記第１処理部から前記第２処理部へ供給される前記排ガスにアンモニアまたは尿素水を供給する第１供給部と、を備え、
　前記第２触媒は、前記排ガスに含まれるＮＯｘをアンモニアにより還元して分解する触媒である請求項１または請求項２に記載の排ガス処理装置。
　前記第１処理部から排出される前記排ガスの温度を検出する温度検出部と、
　前記温度検出部が検出する温度が所定温度以下である場合に、前記燃焼装置から前記第１処理部へ供給される前記排ガスにアンモニアまたは尿素水を供給する第２供給部と、を備える請求項５に記載の排ガス処理装置。
　前記第２処理部を通過した前記排ガスに含まれるアンモニアを分解する第３処理部を備える請求項６に記載の排ガス処理装置。
　前記所定温度は、４５０℃以上かつ５３０℃以下の温度である請求項６に記載の排ガス処理装置。
　アンモニアを含む燃料を燃焼する燃焼装置から排出される排ガスを処理する排ガス処理装置であって、
　前記燃焼装置から排出される前記排ガスに還元剤としてのアンモニアを供給するアンモニア供給部と、
　前記排ガスに含まれる亜酸化窒素およびＮＯｘを前記アンモニア供給部から供給されたアンモニアにより還元する窒素酸化物分解触媒を有する窒素酸化物分解部と、
　前記窒素酸化物分解部を通過した前記排ガスに含まれるアンモニアを分解するアンモニア分解部と、を備える排ガス処理装置。
　アンモニアを含む燃料を燃焼する燃焼装置から排出される排ガスを処理する排ガス処理装置の設計方法であって、
　前記排ガスに含まれるアンモニアの濃度が、前記排ガスに含まれる亜酸化窒素の濃度に第１係数を乗算した第１濃度と前記排ガスに含まれるＮＯｘの濃度に第２係数を乗算した第２濃度との合計濃度よりも高い場合に、前記燃焼装置の下流側に前記排ガスに含まれるアンモニアを分解する第１触媒を有する第１処理部を配置し、かつ前記第１処理部の下流側に前記第１処理部でアンモニアが分解された前記排ガスに含まれる亜酸化窒素およびＮＯｘを分解する第２触媒を有する第２処理部を配置するように前記排ガス処理装置を設計し、
　前記排ガスに含まれるアンモニアの濃度が、前記合計濃度以下である場合に、前記燃焼装置の下流側に前記第１処理部を配置せずに前記第２処理部を配置するように前記排ガス処理装置を設計する排ガス処理装置の設計方法。