特開 2024-165503 アンモニア分解ガス発生装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024165503

(43)【公開日】2024-11-28

(54)【発明の名称】アンモニア分解ガス発生装置

(51)【国際特許分類】

   C01B 3/04 20060101AFI20241121BHJP

   C01C 1/12 20060101ALI20241121BHJP

【ＦＩ】

C01B3/04 B

C01C1/12 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023081758

(22)【出願日】2023-05-17

(71)【出願人】

【識別番号】000175272

【氏名又は名称】三浦工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】安井 賢志

(57)【要約】

【課題】吸着材を再生すること。
【解決手段】アンモニア分解ガス発生装置１は、アンモニアを水素と窒素とに分解する触媒を含む反応器５と、反応器５を加熱する加熱器６と、反応器５において生成された分解ガスからアンモニアを回収する吸着材を含む第１アンモニア処理装置７と、吸着材を吸引する吸引装置８と、吸引装置８により吸引された吸引ガスからアンモニアを回収する吸収液を含む第２アンモニア処理装置９と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

アンモニアを水素と窒素とに分解する触媒を含む反応器と、
前記反応器を加熱する加熱器と、
前記反応器において生成された分解ガスからアンモニアを回収する吸着材を含む第１アンモニア処理装置と、
前記吸着材を吸引する吸引装置と、
前記吸引装置により吸引された吸引ガスからアンモニアを回収する吸収液を含む第２アンモニア処理装置と、を備える、
アンモニア分解ガス発生装置。

【請求項2】

前記反応器からの前記分解ガスが流れる分解ガス導出ラインと、
前記分解ガス導出ラインの分岐部分から分岐する分岐ラインと、を備え、
前記第１アンモニア処理装置は、前記分岐部分よりも下流の前記分解ガス導出ラインに配置され、
前記吸引装置は、前記分岐ラインに配置され、
前記第２アンモニア処理装置は、前記吸引装置よりも下流側の前記分岐ラインに配置される、
請求項１に記載のアンモニア分解ガス発生装置。

【請求項3】

前記反応器と前記第１アンモニア処理装置との間の前記分解ガス導出ラインに配置される第１バルブを備え、
前記吸引装置は、前記第１バルブが閉状態において、前記吸着材を吸引する、
請求項２に記載のアンモニア分解ガス発生装置。

【請求項4】

前記反応器の流入口にパージガスを供給するパージガス供給装置を備え、
前記パージガス供給装置は、前記第１バルブが開状態において、前記分解ガス導出ラインに前記パージガスを供給し、
前記吸引装置は、前記第１バルブが閉状態において、前記吸着材を吸引する、
請求項３に記載のアンモニア分解ガス発生装置。

【請求項5】

前記第１アンモニア処理装置よりも下流の前記分解ガス導出ラインに配置される第２バルブを備え、
前記吸引装置は、前記第２バルブが閉状態において、前記吸着材を吸引する、
請求項４に記載のアンモニア分解ガス発生装置。

【請求項6】

前記吸収液は、酸が添加された水を含む、
請求項１に記載のアンモニア分解ガス発生装置。

【請求項7】

前記酸は、クエン酸である、
請求項６に記載のアンモニア分解ガス発生装置。

【請求項8】

前記第２アンモニア処理装置は、前記吸引ガスを前記吸収液にくぐらせるバブラーを含む、
請求項１に記載のアンモニア分解ガス発生装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書で開示する技術は、アンモニア分解ガス発生装置に関する。

【背景技術】

【0002】

アンモニア分解ガス発生装置は、ＡＸガスと呼ばれるアンモニア分解ガスを生成する。アンモニア分解ガスは、１：３の比率の窒素と水素とからなる混合ガスである。アンモニア分解ガス発生装置において生成されたアンモニア分解ガスは、アンモニア分解ガスを使用する設備に供給される。設備に供給されるアンモニア分解ガスにアンモニアが含まれていると、設備に影響を与える可能性がある。そのため、吸着材を用いてアンモニア分解ガスに含まれるアンモニアを回収することが行われる。特許文献１には、アンモニアを吸着する吸着材の例が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－００７１８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本明細書で開示する技術は、吸着材を再生することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本明細書は、アンモニア分解ガス発生装置を開示する。アンモニア分解ガス発生装置は、アンモニアを水素と窒素とに分解する触媒を含む反応器と、反応器を加熱する加熱器と、反応器において生成された分解ガスからアンモニアを回収する吸着材を含む第１アンモニア処理装置と、吸着材を吸引する吸引装置と、吸引装置により吸引された吸引ガスからアンモニアを回収する吸収液を含む第２アンモニア処理装置と、を備える。

【発明の効果】

【0006】

本明細書で開示する技術によれば、吸着材が再生される。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、実施形態に係るアンモニア分解ガス発生装置を模式的に示す図である。

【図2】図２は、実施形態に係る第２アンモニア処理装置を模式的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

［アンモニア分解ガス発生装置］
図１は、実施形態に係るアンモニア分解ガス発生装置１を模式的に示す図である。図１に示すように、アンモニア分解ガス発生装置１は、液体アンモニア供給装置２と、ヒータ３と、熱交換器４と、反応器５と、加熱器６と、第１アンモニア処理装置７と、吸引装置８と、第２アンモニア処理装置９と、第１バルブ１０と、第２バルブ１１と、パージガス供給装置１２とを備える。

【0009】

液体アンモニア供給装置２は、液体アンモニアを送出する。液体アンモニアの温度は、例えば－３４℃である。液体アンモニア供給装置２から送出された液体アンモニアは、第１供給ライン１３を介してヒータ３に供給される。

【0010】

ヒータ３は、液体アンモニアを加熱する。ヒータ３において加熱された液体アンモニアは、気化される。ヒータ３において、液体アンモニアから気体アンモニアが生成される。ヒータ３において生成された気体アンモニアの温度は、例えば２５℃である。ヒータ３において生成された気体アンモニアは、第２供給ライン１４を介して熱交換器４に供給される。

【0011】

熱交換器４は、気体アンモニアを加熱する。熱交換器４は、反応器５からのアンモニア分解ガスと気体アンモニアとを熱交換し、気体アンモニアを加熱する。熱交換器４において加熱された気体アンモニアの温度は、例えば９２０℃である。熱交換器４において加熱された気体アンモニアは、第３供給ライン１５を介して反応器５に供給される。

【0012】

反応器５は、気体アンモニアを水素と窒素とに分解する。反応器５は、気体アンモニアを水素と窒素とに分解する触媒を含む。触媒は、反応器５の内部に充填される。触媒として、ルテニウム（Ｒｕ）系触媒又はロジウム（Ｒｈ）系触媒を用いることができる。なお、触媒として、ニッケル（Ｎｉ）系触媒、鉄（Ｆｅ）系触媒、及びコバルト（Ｃｏ）系触媒の少なくとも一つが用いられてもよい。

【0013】

加熱器６は、反応器５を加熱する。加熱器６は、気体アンモニアが水素と窒素とに分解される触媒反応が生じるように、反応器５を加熱する。反応器５に含まれる触媒は、加熱器６により例えば９３０℃に加熱される。反応器５に気体アンモニアが供給された状態で、反応器５の触媒が触媒反応を生じる温度まで加熱されることにより、反応器５において気体アンモニアが水素と窒素とに分解され、アンモニア分解ガスが生成される。アンモニア分解ガスは、ＡＸガスとも呼ばれる。アンモニア分解ガスは、１：３の比率の窒素と水素とからなる混合ガスである。反応器５において生成されたアンモニア分解ガスは、分解ガス導出ライン１６を介して熱交換器４に供給される。

【0014】

以下の説明において、アンモニア分解ガスを適宜、分解ガス、と称する。

【0015】

分解ガス導出ライン１６を介して反応器５から熱交換器４に供給された分解ガスは、熱交換器４において、ヒータ３から熱交換器４に供給された気体アンモニアと熱交換し、気体アンモニアを加熱する。熱交換器４を通過した分解ガスは、分解ガス導出ライン１７を介して第１アンモニア処理装置７に供給される。

【0016】

第１アンモニア処理装置７は、反応器５において生成された分解ガスからアンモニアを回収する吸着材を含む。分解ガスに未反応のアンモニアが含まれている可能性がある。分解ガスに含まれているアンモニアは、第１アンモニア処理装置７に充填されている吸着材に吸着される。吸着材は、例えば多数の細孔を有する多孔体であり、静電相互作用等によってアンモニアを細孔に吸着させる。吸着材は、化学的結合によってアンモニアを吸着してもよい。吸着材として、活性炭の多孔体、アルミナ、又はゼオライトが例示される。第１アンモニア処理装置７を通過した分解ガスは、分解ガス導出ライン１７を介して、分解ガスを使用する設備に供給される。

【0017】

吸引装置８は、吸着材を吸引する。吸引装置８として、真空ポンプが例示される。吸引装置８は、分解ガス導出ライン１７の分岐部分１８から分岐する分岐ライン１９に配置される。第１アンモニア処理装置７は、分岐部分１８よりも下流の分解ガス導出ライン１７に配置される。

【0018】

第２アンモニア処理装置９は、吸引装置８により吸引された吸引ガスからアンモニアを回収する吸収液を含む。吸着材から吸引されたアンモニアが吸引ガスに含まれている。吸引ガスに含まれているアンモニアは、第２アンモニア処理装置９に充填されている吸収液に吸収される。第２アンモニア処理装置９を通過した吸引ガスは、排気ライン２０を介してアンモニア分解ガス発生装置１の外部に排出される。

【0019】

図２は、実施形態に係る第２アンモニア処理装置９を模式的に示す図である。第２アンモニア処理装置９は、吸引ガスを吸収液にくぐらせるバブラーを含む。分岐ライン１９の下端部は、吸収液に浸かる。排気ライン２０の下端部は、第２アンモニア処理装置９の気体空間に配置される。吸引ガスは、分岐ライン１９を介して吸収液に供給される。吸引ガスと吸収液とが接触することにより、吸引ガスに含まれているアンモニアが吸収液に吸収される。アンモニアが除去された吸引ガスは、排気ライン２０を介してアンモニア分解ガス発生装置１の外部に排出される。

【0020】

吸収液は、酸が添加された水を含む。酸として、硫酸、塩酸、酢酸、硝酸、及びクエン酸の少なくとも一つが例示される。吸収液が酸を含むことにより、アンモニアを吸収することができる。

【0021】

実施形態において、酸は、クエン酸である。クエン酸は、硫酸、塩酸、酢酸、及び硝酸に比べて扱い易く、刺激臭が少ない。

【0022】

図１に戻って、第１バルブ１０は、反応器５と第１アンモニア処理装置７との間の分解ガス導出ライン１７に配置される。実施形態において、第１バルブ１０は、熱交換器４と第１アンモニア処理装置７との間の分解ガス導出ライン１７に配置される。第１バルブ１０は、三方弁である。第１バルブ１０は、分岐部分１８に配置される。

【0023】

第２バルブ１１は、第１アンモニア処理装置７よりも下流の分解ガス導出ライン１７に配置される。第２バルブ１１は、開閉弁である。

【0024】

パージガス供給装置１２は、反応器５の流入口にパージガスを供給する。実施形態において、パージガス供給装置１２は、パージガスとして窒素を供給する。なお、パージガス供給装置１２は、パージガスとして蒸気を供給してもよい。パージガス供給装置１２は、給気ライン２１を介して第１供給ライン１３に接続される。

【0025】

［分解ガスを生成する場合］
分解ガスを生成する場合、第１バルブ１０が開状態になり、第２バルブ１１が開状態になる。第１バルブ１０が開状態とは、熱交換器４から分解ガス導出ライン１７に送出された分解ガスが、分岐ライン１９に供給されずに、第１アンモニア処理装置７に供給される状態をいう。第２バルブ１１が開状態とは、第１アンモニア処理装置７から送出された分解ガスが設備に供給される状態をいう。分解ガスを生成する場合、パージガス供給装置１２からパージガスが供給されない。

【0026】

液体アンモニア供給装置２から送出された液体アンモニアは、ヒータ３において気体アンモニアに変化する。ヒータ３において生成された気体アンモニアは、熱交換器４において加熱される。熱交換器４において加熱された気体アンモニアは、反応器５において水素と窒素とに分解される。反応器５において生成された分解ガスは、熱交換器４に供給されて気体アンモニアと熱交換した後、分解ガス導出ライン１７を介して第１アンモニア処理装置７に供給される。分解ガスに未反応のアンモニアが含まれている場合、第１アンモニア処理装置７の吸着材により回収される。アンモニアは、吸着材に吸着する。第１アンモニア処理装置７を通過した分解ガスは、設備に供給される。第１アンモニア処理装置７により、分解ガスを使用する設備にアンモニアが供給されることが抑制される。

【0027】

［吸着材を吸引する場合］
分解ガスの生成が終了した後、パージガス供給装置１２は、第１バルブ１０が開状態において、分解ガス導出ライン１６にパージガスを供給する。パージガス供給装置１２から送出されたパージガスは、給気ライン２１を介して第１供給ライン１３に供給され、ヒータ３、熱交換器４、及び反応器５を通過した後、分解ガス導出ライン１６を流れる。分解ガス導出ライン１６を流れたパージガスは、熱交換器４を通過した後、分解ガス導出ライン１７を流れる。分解ガス導出ライン１７を流れるパージガスは、第１アンモニア処理装置７を通過する。パージガスが供給されることにより、反応器５、熱交換器４、分解ガス導出ライン１６、及び分解ガス導出ライン１７に残留しているアンモニアが排出される。パージガスにアンモニアが含まれている場合、分解ガス導出ライン１７の吸着材により回収される。

【0028】

パージガスの供給が終了した後、吸着材を再生するために、吸着材が吸引装置８により吸引される。吸着材が吸引装置８により吸引されることにより、吸着材に吸着しているアンモニアが吸着材から脱離する。アンモニアが吸着材から脱離することにより、吸着材が再生される。

【0029】

吸着材を吸引する場合、第１バルブ１０が閉状態になり、第２バルブ１１が閉状態になる。第１バルブ１０が閉状態とは、第１アンモニア処理装置７と吸引装置８とが分解ガス導出ライン１７の一部及び分岐ライン１９を介して接続される状態をいう。第１バルブ１０が閉状態において、吸引装置８と分岐部分１８よりも上流の分解ガス導出ライン１７とは接続されない。第１バルブ１０が閉状態において、吸引装置８と熱交換器４及び反応器５とは接続されない。第２バルブ１１が閉状態とは、第１アンモニア処理装置７よりも下流の分解ガス導出ライン１７が閉じられている状態をいう。

【0030】

吸引装置８は、第１バルブ１０が閉状態において、吸着材を吸引する。吸引装置８は、第２バルブ１１が閉状態において、吸着材を吸引する。第２バルブ１１が閉状態において吸引装置８が作動するので、第１アンモニア処理装置７と吸引装置８との間の分解ガス導出ライン１７及び分岐ライン１９の圧力が十分に低下する。これにより、第１アンモニア処理装置７の吸着材に吸着しているアンモニアが吸引装置８に効果的に吸引される。

【0031】

なお、吸引装置８は、第１バルブ１０が閉状態であり、且つ、第２バルブ１１が開状態において、吸着材を吸引してもよい。第２バルブ１１が開状態において吸引装置８が作動することにより、分解ガス導出ライン１７の端部から流入した空気が第１アンモニア処理装置７を吸引装置８に向かって高速で流れる。これにより、第１アンモニア処理装置７の吸着材に吸着しているアンモニアが吸引装置８に効果的に吸引される。

【0032】

［効果］
以上説明したように、アンモニア分解ガス発生装置１は、アンモニアを水素と窒素とに分解する触媒を含む反応器５と、反応器５を加熱する加熱器６と、反応器５において生成された分解ガスからアンモニアを回収する吸着材を含む第１アンモニア処理装置７と、吸着材を吸引する吸引装置８と、吸引装置８により吸引された吸引ガスからアンモニアを回収する吸収液を含む第２アンモニア処理装置９と、を備える。

【0033】

実施形態によれば、分解ガスに未反応のアンモニアが含まれていても、第１アンモニア処理装置７の吸着材に吸着されるので、設備にアンモニアが供給されることが抑制される。吸着材に吸着したアンモニアは、吸引装置８により吸引されるので、吸着材が再生される。吸引装置８により吸引された吸引ガスに含まれるアンモニアは、第２アンモニア処理装置９の吸収液に吸収されるので、アンモニアがアンモニア分解ガス発生装置１の外部に排出されることが抑制される。

【0034】

アンモニア分解ガス発生装置１は、反応器５からの分解ガスが流れる分解ガス導出ライン１７と、分解ガス導出ライン１７の分岐部分１８から分岐する分岐ライン１９と、を備える。第１アンモニア処理装置７は、分岐部分１８よりも下流の分解ガス導出ライン１７に配置される。吸引装置８は、分岐ライン１９に配置される。第２アンモニア処理装置９は、吸引装置８よりも下流側の分岐ライン１９に配置される。これにより、分解ガスに含まれるアンモニアは、第１アンモニア処理装置７の吸着材に吸着され、吸引ガスに含まれるアンモニアは、第２アンモニア処理装置９の吸収液に吸収される。

【0035】

アンモニア分解ガス発生装置１は、反応器５と第１アンモニア処理装置７との間の分解ガス導出ライン１７に配置される第１バルブ１０を備える。吸引装置８は、第１バルブ１０が閉状態において、吸着材を吸引する。これにより、吸引装置８は、反応器５及び熱交換器４を吸引することなく、吸着材を吸引することができる。

【0036】

アンモニア分解ガス発生装置１は、反応器５の流入口にパージガスを供給するパージガス供給装置１２を備える。パージガス供給装置１２は、第１バルブ１０が開状態において、分解ガス導出ライン１７にパージガスを供給する。吸引装置８は、第１バルブ１０が閉状態において、吸着材を吸引する。これにより、反応器５、熱交換器４、分解ガス導出ライン１６、及び分解ガス導出ライン１７に残留するアンモニアが、パージガスにより、反応器５、熱交換器４、分解ガス導出ライン１６、及び分解ガス導出ライン１７から排出され、第１アンモニア処理装置７の吸着材に吸着される。パージガスの供給が終了した後、吸着材に吸着しているアンモニアが吸引装置８により吸引される。

【0037】

アンモニア分解ガス発生装置１は、第１アンモニア処理装置７よりも下流の分解ガス導出ライン１７に配置される第２バルブ１１を備える。吸引装置８は、第２バルブ１１が閉状態において、吸着材を吸引する。これにより、第１アンモニア処理装置７と吸引装置８との間の分解ガス導出ライン１７及び分岐ライン１９の圧力が十分に低下するので、吸着材に吸着しているアンモニアが吸引装置８に効果的に吸引される。

【0038】

第２アンモニア処理装置９の吸収液は、酸が添加された水を含む。これにより、吸収液は、アンモニアを吸収することができる。

【0039】

吸収液の水に添加される酸は、クエン酸である。クエン酸は、扱い易く、刺激臭が少ない。

【0040】

第２アンモニア処理装置９は、吸引ガスを吸収液にくぐらせるバブラーを含む。これにより、吸引ガスに含まれるアンモニアが吸収液に吸収される。

【0041】

［その他の実施形態］
上述の実施形態において、第１バルブ１０は、三方弁であることとした。また、第１バルブ１０の作動により、熱交換器４と第１アンモニア処理装置７とが分解ガス導出ライン１７を介して接続される状態（開状態）と、第１アンモニア処理装置７と吸引装置８とが分解ガス導出ライン１７の一部及び分岐ライン１９を介して接続される状態（閉状態）とに変化することとした。第１バルブ１０が複数の開閉弁により構成されてもよい。例えば、第１バルブ１０として、熱交換器４と分岐部分１８との間の分解ガス導出ライン１７に第１の開閉弁が配置され、分岐部分１８と吸引装置８との間の分岐ライン１９に第２の開閉弁が配置されてもよい。第１の開閉弁が開き、第２の開閉弁が閉じることにより、熱交換器４と第１アンモニア処理装置７とが分解ガス導出ライン１７を介して接続される状態（開状態）になる。第２の開閉弁が開き、第１の開閉弁が閉じることにより、第１アンモニア処理装置７と吸引装置８とが分解ガス導出ライン１７の一部及び分岐ライン１９を介して接続される状態（閉状態）になる。

【符号の説明】

【0042】

１…アンモニア分解ガス発生装置、２…液体アンモニア供給装置、３…ヒータ、４…熱交換器、５…反応器、６…加熱器、７…第１アンモニア処理装置、８…吸引装置、９…第２アンモニア処理装置、１０…第１バルブ、１１…第２バルブ、１２…パージガス供給装置、１３…第１供給ライン、１４…第２供給ライン、１５…第３供給ライン、１６…分解ガス導出ライン、１７…分解ガス導出ライン、１８…分岐部分、１９…分岐ライン、２０…排気ライン、２１…給気ライン。

【図1】

【図2】