特許 7414933 アンモニアを用いた高純度水素の製造装置及び製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-05

(45)【発行日】2024-01-16

(54)【発明の名称】アンモニアを用いた高純度水素の製造装置及び製造方法

(51)【国際特許分類】

   C01B 3/04 20060101AFI20240109BHJP

   C01B 3/56 20060101ALI20240109BHJP

【ＦＩ】

C01B3/04 B

C01B3/56 Z

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2022176173

(22)【出願日】2022-11-02

【審査請求日】2022-11-02

(31)【優先権主張番号】10-2022-0112877

(32)【優先日】2022-09-06

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】512278205

【氏名又は名称】コリア インスティテュート オブ エナジー リサーチ

【氏名又は名称原語表記】ＫＯＲＥＡ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ ＯＦ ＥＮＥＲＧＹ ＲＥＳＥＡＲＣＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100130111

【弁理士】

【氏名又は名称】新保 斉

(72)【発明者】

【氏名】ジョン、ウン ホ

(72)【発明者】

【氏名】ク、ギ ヨン

(72)【発明者】

【氏名】パク、ヨン ハ

【審査官】磯部 香

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－０７５８４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０４０８６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／０９９１４３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】韓国公開特許第２０２０－００４９９９５（ＫＲ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／０８４８７６（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０１Ｂ ３／００－３／５８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

アンモニア分解反応を通じてアンモニアを分解し、前記アンモニア分解反応から生成された水素、窒素及び未反応アンモニアを含む反応生成物を排出する分解反応部と、
第１のアンモニア供給部から供給されたアンモニアを燃焼させて、前記分解反応部を加熱する燃焼部と、
第２のアンモニア供給部から供給された液状アンモニアを気化させる気化器と、前記気化器から中間連結ラインを介して供給されたアンモニアを予熱（ｐｒｅｈｅａｔｉｎｇ）する予熱器と、を有する気化予熱部と、
前記中間連結ラインに水素を供給する水素供給部と、
前記反応生成物から高純度水素を分離・精製する吸着精製部と、を備える
ことを特徴とするアンモニアを用いた高純度水素の製造装置。

【請求項2】

前記水素供給部は、前記分解反応部の後端と、前記吸着精製部の前端もしくは後端と、分離・精製された高純度水素が貯留された水素貯留部と、のうちのいずれか一つに配置される内部供給部、及び前記反応生成物、前記アンモニア及び前記高純度水素が通過する連結ラインの外部に配置された外部供給部のうちの少なくとも一方を備える
請求項１に記載のアンモニアを用いた高純度水素の製造装置。

【請求項3】

前記内部供給部は、
前記分解反応部から排出された反応生成物の一部を前記中間連結ラインに供給する第１の供給部と、前記吸着精製部に供給される反応生成物の一部を前記中間連結ラインに供給する第２の供給部と、前記吸着精製部において分離・精製されて排出される高純度水素の一部を前記中間連結ラインに供給する第３の供給部と、前記水素貯留部に貯留された高純度水素の一部を前記中間連結ラインに供給する第４の供給部と、のうちの少なくとも一つを備える
請求項２に記載のアンモニアを用いた高純度水素の製造装置。

【請求項4】

前記水素供給部は、前記中間連結ラインとは異なる位置に配置された水素流入地点に水素を供給する
請求項１に記載のアンモニアを用いた高純度水素の製造装置。

【請求項5】

前記水素流入地点は、互いに異なる複数に配備され、
前記水素供給部は、複数の前記水素流入地点のうちの少なくとも一つに水素を供給する
請求項４に記載のアンモニアを用いた高純度水素の製造装置。

【請求項6】

前記水素流入地点は、
前記第２のアンモニア供給部と前記気化器とをつなぐ第１の供給ラインと連結される第１の流入地点と、前記予熱器と前記分解反応部とをつなぐ第２の供給ラインと連結される第２の流入地点と、のうちの少なくとも一方を備える
請求項５に記載のアンモニアを用いた高純度水素の製造装置。

【請求項7】

気化器が、第２のアンモニア供給部から供給された液状アンモニアを気化させて気相アンモニアを生成するステップと、
水素供給部が、前記気化器と予熱器とをつなぐ中間連結ラインに水素を供給するステップと、
前記予熱器が、前記気相アンモニアを予熱して分解反応部に供給するステップと、
燃焼部が、第１のアンモニア供給部から供給されたアンモニアを燃焼させて、前記分解反応部を加熱するステップと、
前記分解反応部が、アンモニア分解反応を通じてアンモニアを分解して水素、窒素及び未反応アンモニアを含む反応生成物を排出するステップと、
吸着精製部が、前記反応生成物から窒素及び未反応アンモニアを吸着して取り除いて、高純度水素を分離・精製するステップと、を含む
ことを特徴とするアンモニアを用いた高純度水素の製造方法。

【請求項8】

内部供給部が、前記中間連結ラインに反応生成物または水素を供給するステップをさらに含む
請求項７に記載のアンモニアを用いた高純度水素の製造方法。

【請求項9】

前記内部供給部は、
前記分解反応部から排出された反応生成物の一部を前記中間連結ラインに供給する第１の供給部と、前記吸着精製部に供給される反応生成物の一部を前記中間連結ラインに供給する第２の供給部と、前記吸着精製部において分離・精製された高純度水素の一部を前記中間連結ラインに供給する第３の供給部と、水素貯留部に貯留された高純度水素の一部を前記中間連結ラインに供給する第４の供給部と、のうちの少なくとも一つを備える
請求項８に記載のアンモニアを用いた高純度水素の製造方法。

【請求項10】

前記水素供給部が、前記中間連結ラインとは異なる位置に配置された水素流入地点に水素を供給するステップをさらに含む
請求項７に記載のアンモニアを用いた高純度水素の製造方法。

【請求項11】

前記水素流入地点は、
前記第２のアンモニア供給部と前記気化器とをつなぐ第１の供給ラインと連結される第１の流入地点と、前記予熱器と前記分解反応部とをつなぐ第２の供給ラインと連結される第２の流入地点と、のうちの少なくともどちらか一方を備える
請求項１０に記載のアンモニアを用いた高純度水素の製造方法。

【請求項12】

アンモニア分解反応を通じてアンモニアを分解し、前記アンモニア分解反応から生成された水素、窒素及び未反応アンモニアを含む反応生成物を排出する分解反応部と、
第１のアンモニア供給部から供給されたアンモニアを燃焼させて、前記分解反応部を加熱する燃焼部と、
第２のアンモニア供給部から供給された液状アンモニアを気化させる気化器と、前記気化器から中間連結ラインを介して供給されたアンモニアを予熱（ｐｒｅｈｅａｔｉｎｇ）する予熱器と、を有する気化予熱部と、
予熱されたアンモニアの一部を触媒反応を通じて分解して、水素を産生する触媒反応部と、
前記反応生成物から高純度水素を分離・精製する吸着精製部と、を備える
ことを特徴とするアンモニアを用いた高純度水素の製造装置。

【請求項13】

前記触媒反応部において産生された水素は、前記分解反応部に供給される
請求項１２に記載のアンモニアを用いた高純度水素の製造装置。

【請求項14】

前記触媒反応は、前記予熱器により加熱されたアンモニアに含まれている熱エネルギーを用いて行われる
請求項１２に記載のアンモニアを用いた高純度水素の製造装置。

【請求項15】

前記触媒反応は、電気加熱方式を用いて行われる
請求項１２に記載のアンモニアを用いた高純度水素の製造装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、装置及び方法に係り、さらに詳しくは、アンモニアを用いて高純度水素を製造するための製造装置及び製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

アンモニア分解反応は、２つのアンモニア分子が１つの窒素分子及び３つの水素分子に分解される反応（ＮＨ_３→Ｎ_２＋３Ｈ_２）であり、吸熱反応であって、約４６ｋＪ／ｍｏｌの熱量を必要とする。このようなアンモニア分解反応を通じた水素の製造方式が、通常のガス関係の産業分野または半導体及びＬＣＤ工場において所要の高純度水素を製造するために広く用いられている。

【0003】

一般に、アンモニア分解反応を通じて水素を製造するに際して、常温のアンモニアが熱交換を通じて高温に予熱された後に分解反応器に供給されるが、このようにして加熱されたアンモニアは、窒化反応を通じて金属製の配管及び分解反応器を腐食させ、その結果、製造装置の寿命が短くなってしまうという不都合が存在する。さらに、予熱器と、予熱器の後端から分解反応器までをつなぐ配管及び分解反応器が高温のアンモニアに晒され続けることにより、窒化が行われる場合に深刻な腐食の問題が生じてしまう虞がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明が解決しようとする技術的課題は、アンモニア分解反応を用いた水素の産生工程において、高温のアンモニアにより、予熱器及び予熱器と分解反応器とをつなぐ配管における腐食の発生を防ぐだけではなく、このような配管を介して高温のアンモニアが流れ込む分解反応器において起こる腐食の問題（すなわち、分解反応器を構成する金属製の反応器本体、分解反応器内の充填物及び触媒などの腐食）を解決することのできる、アンモニアを用いた高純度水素の製造装置及び製造方法を提供することである。

【0005】

本発明が解決しようとする技術的課題は、上述した技術的課題に何ら制限されるものではなく、未言及の他の技術的課題は、次の記載から本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者にとって明らかに理解できる筈である。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の技術的課題を達成するために、本発明の一実施形態に係るアンモニアを用いた高純度水素の製造装置は、アンモニア分解反応を通じてアンモニアを分解し、前記アンモニア分解反応から生成された水素、窒素及び未反応アンモニアを含む反応生成物を排出する分解反応部と、第１のアンモニア供給部から供給されたアンモニアを燃焼させて、前記分解反応部を加熱する燃焼部と、第２のアンモニア供給部から供給された液状アンモニアを気化させる気化器と、前記気化器から中間連結ラインを介して供給されたアンモニアを予熱（ｐｒｅｈｅａｔｉｎｇ）する予熱器と、を有する気化予熱部と、前記中間連結ラインに水素を供給する水素供給部と、前記反応生成物から高純度水素を分離・精製する吸着精製部と、を備えていてもよい。

【0007】

本発明の実施形態において、前記水素供給部は、前記分解反応部の後端と、前記吸着精製部の前端もしくは後端と、分離・精製された高純度水素が貯留された水素貯留部と、のうちのいずれか一つに配置される内部供給部、及び前記反応生成物、前記アンモニア及び前記高純度水素が通過する連結ラインの外部に配置された外部供給部のうちの少なくとも一方を備えていてもよい。

【0008】

本発明の実施形態において、前記内部供給部は、前記分解反応部から排出された反応生成物の一部を前記中間連結ラインに供給する第１の供給部と、前記吸着精製部に供給される反応生成物の一部を前記中間連結ラインに供給する第２の供給部と、前記吸着精製部において分離・精製されて排出される高純度水素の一部を前記中間連結ラインに供給する第３の供給部と、前記水素貯留部に貯留された高純度水素の一部を前記中間連結ラインに供給する第４の供給部と、のうちの少なくとも一つを備えていてもよい。

【0009】

本発明の実施形態において、前記水素供給部は、前記中間連結ラインとは異なる位置に配置された水素流入地点に水素を供給してもよい。

【0010】

本発明の実施形態において、前記水素流入地点は、互いに異なる複数に配備され、前記水素供給部は、複数の前記水素流入地点のうちの少なくとも一つに水素を供給してもよい。

【0011】

本発明の実施形態において、前記水素流入地点は、前記第２のアンモニア供給部と前記気化器とをつなぐ第１の供給ラインと連結される第１の流入地点と、前記予熱器と前記分解反応部とをつなぐ第２の供給ラインと連結される第２の流入地点と、のうちの少なくとも一方を備えていてもよい。

【0012】

上記の技術的課題を達成するために、本発明の一実施形態に係るアンモニアを用いた高純度水素の製造方法は、気化器が、第２のアンモニア供給部から供給された液状アンモニアを気化させて気相アンモニアを生成するステップと、水素供給部が、前記気化器と予熱器とをつなぐ中間連結ラインに水素を供給するステップと、前記予熱器が、前記気相アンモニアを予熱して分解反応部に供給するステップと、燃焼部が、第１のアンモニア供給部から供給されたアンモニアを燃焼させて、前記分解反応部を加熱するステップと、前記分解反応部が、アンモニア分解反応を通じてアンモニアを分解して水素、窒素及び未反応アンモニアを含む反応生成物を排出するステップと、吸着精製部が、前記反応生成物から窒素及び未反応アンモニアを吸着して取り除いて、高純度水素を分離・精製するステップと、を含んでいてもよい。

【0013】

本発明の実施形態において、内部供給部が、前記中間連結ラインに反応生成物または水素を供給するステップをさらに含んでいてもよい。

【0014】

本発明の実施形態において、前記内部供給部は、前記分解反応部から排出された反応生成物の一部を前記中間連結ラインに供給する第１の供給部と、前記吸着精製部に供給される反応生成物の一部を前記中間連結ラインに供給する第２の供給部と、前記吸着精製部において分離・精製された高純度水素の一部を前記中間連結ラインに供給する第３の供給部と、水素貯留部に貯留された高純度水素の一部を前記中間連結ラインに供給する第４の供給部と、のうちの少なくとも一つを備えていてもよい。

【0015】

本発明の実施形態において、前記水素供給部が、前記中間連結ラインとは異なる位置に配置された水素流入地点に水素を供給するステップをさらに含んでいてもよい。

【0016】

本発明の実施形態において、前記水素流入地点は、前記第２のアンモニア供給部と前記気化器とをつなぐ第１の供給ラインと連結される第１の流入地点と、前記予熱器と前記分解反応部とをつなぐ第２の供給ラインと連結される第２の流入地点と、のうちの少なくともどちらか一方を備えていてもよい。

【0017】

上記の技術的課題を達成するために、本発明の別の実施形態に係るアンモニアを用いた高純度水素の製造装置は、アンモニア分解反応を通じてアンモニアを分解し、前記アンモニア分解反応から生成された水素、窒素及び未反応アンモニアを含む反応生成物を排出する分解反応部と、第１のアンモニア供給部から供給されたアンモニアを燃焼させて、前記分解反応部を加熱する燃焼部と、第２のアンモニア供給部から供給された液状アンモニアを気化させる気化器及び前記気化器から中間連結ラインを介して供給されたアンモニアを予熱（ｐｒｅｈｅａｔｉｎｇ）する予熱器を有する気化予熱部と、予熱されたアンモニアの一部を触媒反応を通じて分解して、水素を産生する触媒反応部と、前記反応生成物から高純度水素を分離・精製する吸着精製部と、を備えていてもよい。

【0018】

本発明の実施形態において、前記触媒反応部において産生された水素と窒素は、未反応アンモニアとともに前記分解反応部に供給されてもよい。

【0019】

本発明の実施形態において、前記触媒反応は、前記予熱器により加熱されたアンモニアに含まれている熱エネルギーを用いて行われてもよい。

【0020】

本発明の実施形態において、前記触媒反応は、前記触媒反応は、電気加熱方式を用いて行われてもよい。

【発明の効果】

【0021】

本発明に実施形態に係る高純度水素の製造装置及び製造方法は、分解反応部の後端、吸着精製部の前端もしくは後端、及び水素貯留部から気化器と予熱器との間へと水素をさらに供給することにより、高温の気相アンモニアによる、予熱器、分解反応部及び予熱器の後端と分解反応部とをつなぐ配管における腐食の発生を抑えることができる。なお、気化器と予熱器との間の他に、水素流入地点に水素をさらに供給することにより、高温の気相アンモニアによる、分解反応部の腐食を防ぐことができる。

【0022】

また、本発明の実施形態に係る高純度水素の製造装置及び製造方法は、分解反応部に供給される前に、予熱済みの気相アンモニアの一部を触媒分解して水素を産生し、これを気相アンモニアとともに分解反応部に供給することにより、高温の気相アンモニアによる分解反応部の腐食を防ぐことができる。

【0023】

本発明の効果は、上記の効果に何ら限定されることはなく、本発明の詳細な説明の欄または特許請求の範囲に記載の発明の構成から推論可能なあらゆる効果を含む。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明の一実施形態に係るアンモニアを用いた高純度水素の製造装置を示すブロック図である。

【図2】本発明の別の実施形態に係るアンモニアを用いた高純度水素の製造装置を示すブロック図である。

【図3】本発明のさらに別の実施形態に係るアンモニアを用いた高純度水素の製造装置を示すブロック図である。

【図4】図１から図３のアンモニアを用いた高純度水素の製造装置を用いて高純度水素を製造する手順を示すブロック図である。

【図5】中間連結ラインに水素が供給されない場合において、高温のアンモニアによる分解反応部における腐食発生の前後の状態を示す図である。

【図6】中間連結ラインに水素が供給される場合において、高温のアンモニアによる分解反応部における腐食発生の前後の状態を示す図である。

【図7】本発明のさらに別の実施形態に係るアンモニアを用いた高純度水素の製造装置を示すブロック図である。

【図8】図７のアンモニアを用いた高純度水素の製造装置により高純度水素を製造する手順を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下では、添付図面に基づいて、本発明を詳しく説明する。しかしながら、本発明は、種々の異なる形態に具体化可能であり、したがって、ここで説明する実施形態に限定されるものではない。なお、図中、本発明を明確に説明するために、説明とは無関係な部分は省略し、明細書の全般に亘って、類似の部分には類似の図面符号を付している。

【0026】

明細書の全般に亘って、ある部分が他の部分と「連結（接続、接触、結合）」されているとしたとき、これは、「直接的に連結」されている場合のみならず、これらの間に他の部材を挟んで「間接的に連結」されている場合も含む。なお、ある部分がある構成要素を「備える」としたとき、これは、特に断りのない限り、他の構成要素を除外するわけではなく、他の構成要素をさらに備えていてもよいということを意味する。

【0027】

本明細書において用いた用語は、単に特定の実施形態を説明するために用いられたものであり、本発明を限定しようとする意図はない。単数の表現は、文脈からみて明らかに他の意味を有さない限り、複数の言い回しを含む。本明細書において、「備える」または「有する」などの用語は、明細書に記載の特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定するものに過ぎず、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものの存在または付加の可能性を予め排除しない。

【0028】

以下、添付図面に基づいて、本発明の実施形態について詳細に説明する。

【0029】

図１は、本発明の一実施形態に係るアンモニアを用いた高純度水素の製造装置を示すブロック図である。図２は、本発明の別の実施形態に係るアンモニアを用いた高純度水素の製造装置を示すブロック図である。図３は、本発明のさらに別の実施形態に係るアンモニアを用いた高純度水素の製造装置を示すブロック図である。

【0030】

図１を参照すると、本発明の一実施形態に係るアンモニアを用いた高純度水素の製造装置（以下、高純度水素の製造装置と称する。）１０は、アンモニア（ＮＨ_３）をアンモニア分解反応を通じて分解した後、この分解反応から生成された分解反応生成物から窒素（Ｎ_２）及び未反応アンモニア（ＮＨ_３）を取り除いて高純度水素（Ｈ_２）を製造するための装置であってもよい。

【0031】

高純度水素の製造装置１０は、燃焼部１００と、第１のアンモニア供給部Ｐ１０と、気化予熱部２００と、第２のアンモニア供給部Ｐ２０と、分解反応部３００と、吸着精製部４００と、水素供給部５００と、を備えていてもよい。なお、高純度水素の製造装置１０は、水素貯留部Ｓ１０をさらに備えていてもよい。

【0032】

水素貯留部Ｓ１０には、後述する吸着精製部４００において分離・精製された高純度水素が貯留されてもよい。このとき、水素貯留部Ｓ１０は、高純度水素の製造装置１０に組み込まれる構成要素として記載されているが、本発明はこれに何ら限定されるものではなく、水素貯留部Ｓ１０は、高純度水素の製造装置１０の外部に配置される別途の水素貯留インフラであってもよい。

【0033】

燃焼部１００は、アンモニアを分解するために必要な温度に分解反応部３００を加熱することができる。燃焼部１００は、第１のアンモニア供給部Ｐ１０と連結されて、第１のアンモニア供給部Ｐ１０からアンモニアを供給されることができる。燃焼部１００は、外部から供給された空気を用いてアンモニアを燃焼させ、これから生じた反応熱を用いて分解反応部３００を加熱することができる。なお、燃焼部１００は、後述する吸着精製部４００から排出されたオフガス（ｏｆｆ－ｇａｓ）を供給されることができる。このような場合、燃焼部１００は、第１のアンモニア供給部Ｐ１０から供給されたアンモニアをオフガスとともに燃焼させて分解反応部３００を加熱することができる。

【0034】

燃焼部１００は、分解反応部３００を予め設定された温度に加熱することができる。ここで、予め設定された温度は、分解反応部３００内におけるアンモニア分解反応が始まって定常状態（ｓｔｅａｄｙ ｓｔａｔｅ）に達するために必要な温度を意味することがあり、分解反応部３００の内部温度を基準として測定されてもよい。このとき、予め設定された温度は、例えば、４００℃以上であってもよい。

【0035】

気化予熱部２００は、分解反応部３００に供給される前に、アンモニアを気化させ、かつ予熱（ｐｒｅｈｅａｔｉｎｇ）することができる。気化予熱部２００は、第２のアンモニア供給部Ｐ２０と連結されてもよい。このとき、第２のアンモニア供給部Ｐ２０には、液状アンモニアが貯留されてもよい。気化予熱部２００は、第２のアンモニア供給部Ｐ２０から液状アンモニアを供給されることができる。このとき、気化予熱部２００は、気化器２１０と予熱器２２０とを備えていてもよい。

【0036】

気化器２１０は、液状アンモニアを気化させることにより、気相アンモニアに相変化させることができる。このとき、気化器２１０は、分解反応部３００から排出される高温の反応生成物に含まれている熱エネルギーを供給されて、液状アンモニアを気化させてもよい。

【0037】

予熱器２２０は、気化器２１０により気化された気相アンモニアを昇温または予熱することができる。このとき、予熱器２２０は、中間連結ラインＩＣを介して気化器２１０と連結されてもよい。このような場合、気化器２１０から排出された気相アンモニアは、中間連結ラインＩＣを介して予熱器２２０に移動してもよい。予熱器２２０は、一実施形態を挙げると、燃焼部１００から排出された後、分解反応部３００を通って予熱器２２０に移動した排ガスから熱を供給されて、気相アンモニアを予熱することができる。予熱済みの気相アンモニアは、予熱器２２０から排出された後、分解反応部３００に供給されてもよい。

【0038】

分解反応部３００は、気化予熱部２００からアンモニアを供給され、供給されたアンモニアを分解して生じた反応生成物を排出することができる。このとき、反応生成物は、アンモニア分解反応から生成された窒素、水素及び未反応アンモニアを含んでいてもよい。分解反応部３００から排出された反応生成物は、吸着精製部４００に移動してもよい。

【0039】

吸着精製部４００は、上述したアンモニア分解反応の反応生成物から高純度水素を分離・精製することができる。吸着精製部４００は、吸着剤（ａｄｓｏｒｂｅｎｔ）を含んでいてもよい。吸着精製部４００は、吸着剤を用いて、反応生成物に含まれている窒素及び未反応アンモニアを取り除くことにより、高純度水素を精製することができる。吸着剤は、例えば、活性炭（ａｃｔｉｖｅ ｃａｒｂｏｎ）またはゼオライト（ｚｅｏｌｉｔｅ）であってもよいが、これに何ら限定されるものではなく、気体や液体を吸着する性質が強い各種の物質を含んでいてもよい。

【0040】

一実施形態を挙げると、吸着精製部４００は、圧力スイング吸着（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｗｉｎｇ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ；ＰＳＡ）方式を用いて、高純度水素を分離・精製することができる。このような場合、吸着精製部４００は、内部に吸着剤を含み、反応生成物は、このような吸着精製部４００の内部を通過してもよい。反応生成物の通過に際して、吸着精製部４００の内圧は、予め設定された圧力に調節されてもよい。予め設定された圧力は、約８気圧であってもよいが、本発明はこれに何ら限定されるものではない。

【0041】

このように、反応生成物が予め設定された圧力に上昇した吸着精製部４００を通過する間に、吸着剤により窒素及びアンモニアが吸着されて取り除かれてもよい。これにより、反応生成物から高純度水素が分離・精製されることが可能になる。分離・精製された高純度水素は、水素貯留部Ｓ１０に貯留されてもよい。

【0042】

上述したように、反応生成物から水素を分離・精製した後、吸着精製部４００の内部圧力が再び減少してもよい。このような場合、吸着剤に吸着された窒素とアンモニアが再び分離されることになり、これにより、窒素、アンモニア、及び吸着精製部４００内に残存する水素を含むオフガスが生成されることが可能になる。オフガスは、吸着精製部４００から排出されて燃焼部１００に供給されてもよい。このように、燃焼部１００に供給されたオフガスは、前述したように、燃焼部１００内においてアンモニアとともに燃焼されて、分解反応部３００を加熱する上で利用可能である。

【0043】

水素供給部５００は、気化器２１０と予熱器２２０との間に水素を供給することができる。より具体的に、水素供給部５００は、中間連結ラインＩＣに水素を供給することができる。このとき、水素供給部５００は、外部供給部５１０と、内部供給部５２０と、のうちの少なくとも一方を備えていてもよい。

【0044】

外部供給部５１０は、反応生成物、アンモニア及び高純度水素が通過する連結ラインの外部に配置されてもよい。外部供給部５１０は、内部に水素が貯留された水素供給タンクであってもよい。外部供給部５１０は、内部に貯留された水素を供給ラインを介して中間連結ラインＩＣに供給することができる。

【0045】

内部供給部５２０は、分解反応部３００の後端、吸着精製部４００の前端もしくは後端、水素貯留部Ｓ１０のうちのいずれか一つに配置されて、中間連結ラインＩＣに水素を供給することができる。ここで、「前端」及び「後端」は、高純度水素の製造装置１０内において、アンモニア、反応生成物、または高純度水素が移動する方向を基準として、構成要素［例えば、分解反応部３００または吸着精製部４００］の上流側及び下流側をそれぞれ意味することがある。

【0046】

具体的に、内部供給部５２０は、分解反応部３００と気化器２１０とをつなぐ第１の連結ラインＣ１と、気化器２１０と吸着精製部４００とをつなぐ第２の連結ラインＣ２と、吸着精製部４００から排出された高純度水素を水素貯留部Ｓ１０へと導く第３の連結ラインＣ３、または水素貯留部Ｓ１０と、のうちのいずれか一つに配置されてもよい。以下では、第１の連結ラインＣ１に配置された内部供給部を第１の供給部５２１と称し、第２の連結ラインＣ２に配置された内部供給部を第２の供給部５２２と称し、第３の連結ラインＣ３に配置された内部供給部を第３の供給部５２３と称し、かつ、水素貯留部Ｓ１０に配置された内部供給部を第４の供給部５２４と称する。

【0047】

第１の供給部５２１は、第１の連結ラインＣ１に配置されて、分解反応部３００から排出された反応生成物の一部を中間連結ラインＩＣに供給することができる。これにより、分解反応部３００から排出された反応生成物に含まれている水素、窒素及び未反応アンモニアの一部が中間連結ラインＩＣに移動することにより、気相アンモニアとともに予熱器２２０に供給されることが可能になる。

【0048】

第２の供給部５２２は、第２の連結ラインＣ２に配置されて、吸着精製部４００に供給される反応生成物の一部を中間連結ラインＩＣに供給することができる。これにより、吸着精製部４００に流れ込む反応生成物に含まれている水素、窒素及び未反応アンモニアの一部が中間連結ラインＩＣに移動することにより、気相アンモニアとともに予熱器２２０に供給されることが可能になる。

【0049】

第３の供給部５２３は、第３の連結ラインＣ３に配置されて、吸着精製部４００において精製されて排出された高純度水素の一部を中間連結ラインＩＣに供給することができる。これにより、精製された高純度水素が気相アンモニアとともに予熱器２２０に供給されることが可能になる。

【0050】

第４の供給部５２４は、水素貯留部Ｓ１０に配置されて、水素貯留部Ｓ１０に貯留された高純度水素の一部を中間連結ラインＩＣに供給することができる。これにより、貯留された高純度水素の一部が気相アンモニアとともに予熱器２２０に供給されることが可能になる。

【0051】

一方、本発明は、第１の供給部５２１、第２の供給部５２２、第３の供給部５２３または第４の供給部５２４のうちのいずれか一つの内部供給部５２０のみを備えることに何ら限定されるものではなく、第１乃至第４の供給部５２１、５２２、５２３、５２４のうちの２つ以上の内部供給部を同時に備えていてもよい。なお、図示はしないが、前述した供給部５２１、５２２、５２３、５２４の他に、追加の内部供給部をさらに備えていてもよいということはいうまでもない。

【0052】

前述したように、外部供給部５１０または内部供給部５２０を介して中間連結ラインＩＣに水素（または、反応生成物）を供給することにより、気化器２１０から排出された気相アンモニアが水素（または、反応生成物）とともに予熱器２２０に供給されることが可能になる。これにより、予熱器２２０により予熱された後、分解反応部３００に供給される高温のアンモニアにより、分解反応部３００が腐食されることを低減することができる。

【0053】

図２を参照すると、本発明の別の実施形態に係る高純度水素の製造装置２０は、燃焼部１００と、第１のアンモニア供給部Ｐ１０と、気化予熱部２００と、第２のアンモニア供給部Ｐ２０と、分解反応部３００と、吸着精製部４００と、水素供給部５００と、を備えていてもよい。なお、高純度水素の製造装置１０は、水素貯留部Ｓ１０をさらに備えていてもよい。このとき、燃焼部１００と、第１のアンモニア供給部Ｐ１０と、気化予熱部２００と、第２のアンモニア供給部Ｐ２０と、分解反応部３００と、吸着精製部４００及び水素供給部５００の具体的な特徴は、前述した実施形態と同一もしくは類似であるため、重複する説明は省略する。以下では、前述した実施形態１０との相違点に重点をおいて説明する。

【0054】

高純度水素の製造装置２０は、水素流入地点Ｂを備えていてもよい。水素流入地点Ｂは、水素供給部５００から排出された水素が流れ込む位置であってもよい。このとき、水素流入地点Ｂは、高純度水素の製造装置２０内において、中間連結ラインＩＣとは異なる位置に配置されてもよい。

【0055】

水素流入地点Ｂは、少なくとも一つ備えられてもよい。一実施形態を挙げると、水素流入地点Ｂは、複数備えられてもよい。複数の水素流入地点Ｂは、互いに異なる位置に配置されてもよい。このような場合、外部供給部５１０は、中間連結ラインＩＣに供給する水素の他に、複数の水素流入地点Ｂのうちのいずれか一つに水素を供給してもよい。

【0056】

複数の水素流入地点Ｂは、第１の流入地点Ｂ１０と、第２の流入地点Ｂ２０と、を備えていてもよい。本発明は、これに何ら限定されるものではなく、高純度水素の製造装置２０は、追加の流入地点（図示せず）をさらに備えていてもよい、説明のしやすさのために、高純度水素の製造装置２０が、第１及び第２の流入地点Ｂ１０、Ｂ２０を備えている実施形態に重点をおいて説明する。

【0057】

第１の流入地点Ｂ１０は、第２のアンモニア供給部Ｐ２０と気化器２１０との間に配置されてもよい。より具体的に、第１の流入地点Ｂ１０は、第２のアンモニア供給部Ｐ２０から排出されたアンモニアを気化器２１０へと導く第１の供給ラインＰＡに配置されてもよい。これにより、外部供給部５１０から第１の流入地点Ｂ１０を介して第１の供給ラインＰＡへと流れ込んだ水素は、第２のアンモニア供給部Ｐ２０から供給されたアンモニアとともに気化器２１０に供給されることが可能になる。

【0058】

第２の流入地点Ｂ２０は、予熱器２２０と分解反応部３００との間に配置されてもよい。より具体的に、第２の流入地点Ｂ２０は、予熱器２２０から排出された予熱済みの気相アンモニアを分解反応部３００へと導く第２の供給ラインＰＢに配置されてもよい。これにより、外部供給部５１０から第２の流入地点Ｂ２０を介して第２の供給ラインＰＢへと流れ込んだ水素は、予熱器２２０から排出されたアンモニアとともに分解反応部３００に供給されることが可能になる。

【0059】

前述したように、外部供給部５１０は、中間連結ラインＩＣに水素を供給することに加えて、第１の流入地点Ｂ１０及び第２の流入地点Ｂ２０のうちのどちらか一方に水素を供給することができる。これにより、気化器２１０、予熱器２２０または分解反応部３００への水素の供給量を増やすことにより、気化予熱部２００を通りながら加熱された高温のアンモニアにより分解反応部３００が腐食されてしまうことを低減することができる。

【0060】

図３を参照すると、本発明のさらに別の実施形態に係る高純度水素の製造装置３０は、燃焼部１００と、第１のアンモニア供給部Ｐ１０と、気化予熱部２００と、第２のアンモニア供給部Ｐ２０と、分解反応部３００と、吸着精製部４００と、水素供給部５００と、を備えていてもよい。また、高純度水素の製造装置１０は、水素貯留部Ｓ１０をさらに備えていてもよい。このとき、燃焼部１００と、第１のアンモニア供給部Ｐ１０と、気化予熱部２００と、第２のアンモニア供給部Ｐ２０と、分解反応部３００と、吸着精製部４００及び水素供給部５００の具体的な特徴は、前述した実施形態と同一または類似であるため、重複する説明は省略する。以下では、前述した実施形態１０との相違点に重点をおいて説明する。

【0061】

高純度水素の製造装置３０は、内部供給部５２０と、水素流入地点Ｂと、を両方とも備えていてもよい。このとき、前述したように、内部供給部５２０は、第１の供給部５２１と、第２の供給部５２２と、第３の供給部５２３及び第４の供給部５２４を備えていてもよい。なお、水素流入地点Ｂは、第１の流入地点Ｂ１０と、第２の流入地点Ｂ２０と、を備えていてもよい。

【0062】

このような場合、外部供給部５１０は、中間連結ラインＩＣに水素を供給し、これに加えて、第１の流入地点Ｂ１０と第２の流入地点Ｂ１０のうちのどちらか一方にも水素を供給してもよい。

【0063】

内部供給部５２０は、第１乃至第４の供給部５２１、５２２、５２３、５２４のうちのいずれか一つから中間連結ラインＩＣへと水素（または、反応生成物）を供給し、これに加えて、第１の流入地点Ｂ１０と第２の流入地点Ｂ１０のうちのどちらか一方にも水素（または、反応生成物）を供給することができる。

【0064】

例えば、第１の供給部５２１を介して反応生成物を供給する場合、第１の供給部５２１は、分解反応部３００から排出された反応生成物の一部を中間連結ラインＩＣに供給し、これに加えて、第１の流入地点Ｂ１０と第２の流入地点Ｂ１０のうちのどちらか一方にも反応生成物を供給することができる。別の例を挙げると、第２の供給部５２２を介して反応生成物を供給する場合、第２の供給部５２２は、吸着精製部４００に流れ込む反応生成物の一部を中間連結ラインＩＣに供給し、これに加えて、第１の流入地点Ｂ１０と第２の流入地点Ｂ１０のうちのどちらか一方にも反応生成物を供給することができる。さらに別の例を挙げると、第３の供給部５２３は、吸着精製部４００から排出された高純度水素の一部を中間連結ラインＩＣに供給し、これに加えて、第１の流入地点Ｂ１０と第２の流入地点Ｂ１０のうちのどちらか一方にも高純度水素を供給することができる。さらに別の例を挙げると、第４の供給部５２４は、水素貯留部Ｓ１０に貯留された高純度水素の一部を中間連結ラインＩＣに供給し、これに加えて、第１の流入地点Ｂ１０と第２の流入地点Ｂ１０のうちのどちらか一方にも高純度水素を供給することができる。

【0065】

このように、外部供給部５１０のみならず、内部供給部５２０から中間連結ラインＩＣへと水素を供給するだけではなく、第１の流入地点Ｂ１０または第２の流入地点Ｂ２０に水素を供給することにより、高温のアンモニアによる「予熱器２２０」、「分解反応部３００」及び「予熱器２２０の後端から分解反応部３００までをつなぐ配管」における腐食の発生を防ぐことができる。

【0066】

図４は、図１から図３のアンモニアを用いた高純度水素の製造装置を用いて高純度水素を製造する手順を示すブロック図である。

【0067】

図４を参照すると、本発明の一実施形態に係るアンモニアを用いた高純度水素の製造方法Ｓ１０は、下記の通りである。

【0068】

まず、気化器２１０が、第２のアンモニア供給部Ｐ２０から供給された液状アンモニアを気化させて気相アンモニアに相変化させることができる（Ｓ１１０）。このとき、気化器２１０は、分解反応部３００から排出される高温の反応生成物に含まれている熱エネルギーを供給されてアンモニアを気化させてもよい。

【0069】

次いで、水素供給部５００が、中間連結ラインＩＣに水素を供給することができる（Ｓ１２０）。具体的に、水素供給部５００は、外部供給部５１０または内部供給部５２０のうちのどちらか一方を介して中間連結ラインＩＣに水素を供給することができる。

【0070】

一実施形態を挙げると、外部供給部５１０が中間連結ラインＩＣに水素を供給することができる。このような場合、外部供給部５１０により供給された水素は、気化器２１０から排出された気相アンモニアとともに予熱器２２０に供給されてもよい。次いで、予熱器２２０においては、供給された気相アンモニア及び水素を加熱して、分解反応部３００に供給される前に、気相アンモニアを予熱することができる。予熱器２２０は、予熱済みの気相アンモニアを分解反応部３００に供給することができる（Ｓ１３０）。

【0071】

別の実施形態を挙げると、内部供給部５２０が中間連結ラインＩＣに水素を供給することができる。このとき、内部供給部５２０は、例えば、第１の供給部５２１、第２の供給部５２２、第３の供給部５２３及び第４の供給部５２４を備え、第１乃至第４の供給部５２１、５２２、５２３、５２４のうちのいずれか一つの供給部を介して、中間連結ラインＩＣに水素（または、反応生成物）を供給してもよい。このように、第１乃至第４の供給部５２１、５２２、５２３、５２４のうちのいずれか一つから供給された水素（または、反応生成物）は、中間連結ラインＩＣを介して気相アンモニアとともに予熱器２２０に供給されてもよい。

【0072】

さらに別の実施形態を挙げると、水素供給部５００は、中間連結ラインＩＣとは異なる位置に配置された水素流入地点Ｂに水素を供給することができる。このとき、水素流入地点Ｂは、例えば、第１の流入地点Ｂ１０及び第２の流入地点Ｂ２０を備えていてもよい。また、水素供給部５００は、外部供給部５１０や、第１乃至第４の供給部５２１、５２２、５２３、５２４のうちのいずれか一つを介して、第１の流入地点Ｂ１０または第２の流入地点Ｂ２０に水素（または、反応生成物）を供給することができる。これにより、水素供給部５００から供給された水素（または、反応生成物）は、予熱済みの気相アンモニアとともに分解反応部３００に供給されることや、第２のアンモニア供給部Ｐ２０から供給されたアンモニアとともに気化器２１０に供給されることが可能になる。

【0073】

一方、燃焼部１００は、第１のアンモニア供給部Ｐ１０から供給されたアンモニアを燃焼させて、分解反応部３００を予め設定された温度に加熱することができる（Ｓ１００）。具体的に、燃焼部１００は、アンモニア燃焼反応を通じて生じた燃焼熱を用いて、分解反応部３００を予め設定された温度（例えば、４００℃以上）まで加熱することができる。このとき、燃焼部１００は、吸着精製部４００から供給されたオフガスをアンモニアとともに燃焼させて燃焼熱を生じさせてもよい。これにより、分解反応部３００において、アンモニア分解反応が始まることが可能になる。燃焼部１００は、アンモニア燃焼反応から生成された燃焼排ガスを燃焼部１００の外部に排出することができる。

【0074】

次いで、分解反応部３００がアンモニアを分解し、これから生成された反応生成物を排出することができる（Ｓ１４０）。具体的に、分解反応部３００は、気化予熱部２００［または、予熱器２２０］から供給されたアンモニアを燃焼部１００の加熱による熱エネルギーを用いて分解することができる。なお、分解反応部３００は、アンモニア分解反応から生成された反応生成物を吸着精製部４００に供給することができる。このとき、反応生成物は、アンモニア分解反応から生成された水素、窒素及び未反応アンモニアが含まれている「アンモニア分解ガス」であってもよい。

【0075】

次いで、吸着精製部４００が、反応生成物から高純度水素を分離・精製することができる（Ｓ１５０）。具体的に、吸着精製部４００は、分解反応部２００から反応生成物を受け取り、反応生成物に含まれている窒素及び未反応アンモニアを取り除くことができる。このとき、吸着精製部４００は、内部に含まれている吸着剤を用いて、圧力スイング吸着（ＰＳＡ）方式を用いて、窒素とアンモニアのみを選択的に吸着して取り除いてもよい。次いで、分離・精製された高純度水素は排出されて水素貯留部Ｓ１０に収容されてもよい。

【0076】

吸着及び精製の過程において生成されたオフガス（すなわち、窒素、水素及び未反応アンモニアが混合された混合ガス）は、燃焼部１００に供給されてもよい。これにより、燃焼部１００は、第１のアンモニア供給部Ｐ１０から供給されたアンモニアと、オフガスに含まれている水素及び微量の未反応アンモニアを混焼させて分解反応部３００を加熱することができる。このような過程を通じて、分解反応部３００におけるアンモニア分解反応及び吸着精製部４００における吸着・精製が行われ続けることが可能になる。

【0077】

図５は、中間連結ラインに水素が供給されない場合において、高温のアンモニアによる分解反応部における腐食発生の前後の状態を示す図である。図６は、中間連結ラインに水素が供給される場合において、高温のアンモニアによる分解反応部における腐食発生の前後の状態を示す図である。

【0078】

図５を参照すると、図５（ａ）は、中間連結ラインＩＣ及び水素流入地点Ｂに水素（または、反応生成物）を供給しない場合において、分解反応部３００に高温のアンモニアが供給される前、あるいは、供給が始まった時点の分解反応部３００の初期の表面状態を示している。また、図５（ｂ）は、中間連結ラインＩＣ及び水素流入地点Ｂに水素（または、反応生成物）を供給しなかった状態で、分解反応部３００に高温のアンモニアが供給されて所定の時間（例えば、２４時間）が経った後の分解反応部３００の表面状態を示している。このように、図５（ａ）と図５（ｂ）とを比較すると、高温のアンモニアの流れ込みにより、分解反応部３００の表面において腐食が生じ、表面粗さが高くなったことを確認することができる。

【0079】

これに比べて、図６を参照すると、図６（ａ）は、本発明の実施形態において、分解反応部３００に高温のアンモニアが供給される前、あるいは、供給が始まった時点の分解反応部３００の初期の表面状態を示している。そして、図６（ｂ）は、中間連結ラインＩＣ及び水素流入地点Ｂに水素（または、反応生成物）が供給される状態で、分解反応部３００に高温のアンモニアが供給されて所定の時間（例えば、２４時間）が経った後の分解反応部３００の表面状態を示している。このように、図６（ａ）と図６（ｂ）とを比較すると、水素（または、反応生成物）を供給する場合、高温のアンモニアによる分解反応部３００の表面における腐食の発生が抑えられて、分解反応部３００の表面状態が初期の表面状態に保たれるということを確認することができる。

【0080】

図７は、本発明のさらに別の実施形態に係るアンモニアを用いた高純度水素の製造装置を示すブロック図である。

【0081】

図７を参照すると、本発明のさらに別の実施形態に係る高純度水素の製造装置３０は、燃焼部１００と、第１のアンモニア供給部Ｐ１０と、気化予熱部２００と、第２のアンモニア供給部Ｐ２０と、分解反応部３００と、吸着精製部４００と、触媒反応部６００と、を備えていてもよい。また、高純度水素の製造装置１０は、水素貯留部Ｓ１０をさらに備えていてもよい。このとき、燃焼部１００と、第１のアンモニア供給部Ｐ１０と、気化予熱部２００と、第２のアンモニア供給部Ｐ２０と、分解反応部３００及び吸着精製部４００の具体的な特徴は、前述した実施形態と同一または類似であるため、重複する説明は省略する。以下では、前述した実施形態１０、２０との相違点に重点をおいて説明する。

【0082】

触媒反応部６００は、予熱器２２０から排出されたアンモニアを分解して、水素を産生することができる。このとき、触媒反応部６００は、予熱器２２０とは別途に配備されて、予熱器２２０と分解反応部３００との間に配置されてもよい。但し、本発明はこれに何ら限定されるものではなく、図示はしないが、触媒反応部６００は、予熱器２２０の内部空間を触媒で充填する形態に構成されてもよく、予熱器２２０の内部の触媒コーティング層の形態に構成されてもよい。

【0083】

触媒反応部６００は、予熱器２２０から排出された予熱済みの気相アンモニアの一部を触媒分解反応させて分解することにより水素を産生することができる。このとき、アンモニアの触媒分解反応に用いられる触媒としては、例えば、ペレット触媒（ｐｅｌｌｅｔ ｃａｔａｌｙｓｔ）、モノリス触媒（ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ ｃａｔａｌｙｓｔ）及びメタルフォーム触媒（ｍｅｔａｌ ｆｏｒｍ ｃａｔａｌｙｓｔ）が挙げられるが、これらに何ら限定されるものではない。

【0084】

一実施形態を挙げると、触媒反応部６００においては、予熱器２２０により予熱された気相アンモニアに含まれている熱エネルギーを用いて、アンモニア触媒分解反応が行われることができる。別の実施形態を挙げると、触媒反応部６００は、電気加熱部（図示せず）を備えていてもよい。このような場合、電気加熱部は、触媒反応部６００の本体（図示せず）の外部または内部に配設されてもよく、熱を発するための熱源（図示せず）と、熱源から発せられた熱を触媒分解部６００の本体に届けるための伝熱部（例えば、熱線）と、を備えていてもよい。このような電気加熱部の熱源及び伝熱部により触媒反応部６００が加熱されることにより、触媒分解部６００の内部の温度は、アンモニアの触媒分解反応のために必要とされる温度まで上がることにより、アンモニアが分解されて、アンモニア、窒素及び水素の「混合物」が生成されることが可能になる。

【0085】

このように、触媒反応部６００から分解反応部３００へと供給される気相アンモニアの一部を触媒分解して、水素を産生して分解反応部３００に供給することにより、第２のアンモニア供給部Ｐ２０から供給されたアンモニアは、触媒反応部６００により産生された水素とともに分解反応部３００に供給されることができる。これにより、分解反応部３００においてアンモニア分解反応が行われることに伴う、分解反応部３００における腐食の発生を抑えることができる。

【0086】

図８は、図７のアンモニアを用いた高純度水素の製造装置により高純度水素を製造する手順を示すブロック図である。

【0087】

図８を参照すると、本発明の別の実施形態に係る、アンモニアを用いた高純度水素の製造方法Ｓ２０は、下記の通りである。

【0088】

まず、気化器２１０が、第２のアンモニア供給部Ｐ２０から供給された液状アンモニアを気化させて気相アンモニアに相変化させることができる（Ｓ２１０）。このとき、気化器２１０は、分解反応部３００から排出される高温の反応生成物に含まれている熱エネルギーを供給されてアンモニアを気化させてもよい。

【0089】

次いで、気化器２１０から排出された気相アンモニアは、予熱器２２０に供給されてもよい。予熱器２２０においては、供給された気相アンモニアを加熱して、分解反応部３００に供給される前に、気相アンモニアを予熱することができる。予熱器２２０は、予熱済みの気相アンモニアを分解反応部３００に供給することができる（Ｓ２２０）。

【0090】

一方、燃焼部１００は、第１のアンモニア供給部Ｐ１０から供給されたアンモニアを燃焼させて、分解反応部３００を予め設定された温度に加熱することができる（Ｓ１００）。具体的に、燃焼部１００は、アンモニア燃焼反応を通じて生じた燃焼熱を用いて、分解反応部３００を予め設定された温度（例えば、４００℃以上）まで加熱することができる。このとき、燃焼部１００は、吸着精製部４００から供給されたオフガスをアンモニアとともに燃焼させて燃焼熱を生じさせてもよい。これにより、分解反応部２００において、アンモニア分解反応が始まることができる。燃焼部１００は、アンモニア燃焼反応から生成された燃焼排ガスを燃焼部１００の外部に排出することができる。

【0091】

次いで、触媒反応部６００が、予熱済みの気相アンモニアを分解して水素を産生することができる（Ｓ２３０）。具体的に、触媒反応部６００は、予熱器２２０から排出された予熱済みの気相アンモニアの一部を触媒分解反応を通じて分解して、水素を産生することができる。これにより、予熱器２２０から排出された「未反応アンモニア」と、触媒反応部６００により生成された「窒素及び水素」が、分解反応部３００に供給されることが可能になる。

【0092】

次いで、分解反応部３００が、アンモニアを分解し、これから生成された反応生成物を排出することができる（Ｓ２４０）。具体的に、分解反応部３００は、予熱器２２０から排出された後、触媒反応部６００を通って供給されたアンモニアを分解することができる。このとき、分解反応部３００は、燃焼部１００の加熱による熱エネルギーを用いて行われるアンモニア分解反応を通じて、アンモニアを分解してもよい。なお、分解反応部３００は、アンモニア分解反応から生成された反応生成物を吸着精製部４００に供給することができる。このとき、反応生成物は、アンモニア分解反応から生成された水素、窒素及び未反応アンモニアが含まれている「アンモニア分解ガス」であってもよい。

【0093】

次いで、吸着精製部４００が、反応生成物から高純度水素を分離・精製することができる（Ｓ２５０）。具体的に、吸着精製部４００は、分解反応部２００から反応生成物を受け取り、反応生成物に含まれている窒素及び未反応アンモニアを取り除くことができる。このとき、吸着精製部４００は、内部に含まれている吸着剤を用いて、圧力スイング吸着（ＰＳＡ）方式を用いて、窒素とアンモニアのみを選択的に吸着して取り除いてもよい。次いで、分離・精製された高純度水素は排出されて水素貯留部Ｓ１０に収容されてもよい。

【0094】

吸着及び精製の過程において生成されたオフガス（すなわち、窒素、水素及び未反応アンモニアが混合された混合ガス）は、燃焼部１００に供給されてもよい。これにより、燃焼部１００は、第１のアンモニア供給部Ｐ１０から供給されたアンモニアと、オフガスに含まれている水素及び微量の未反応アンモニアを混焼させて分解反応部３００を加熱することができる。このような過程を通じて、分解反応部３００におけるアンモニア分解反応及び吸着精製部４００における吸着・精製が行われ続けられるということは、前述した実施形態と同一または類似である。

【0095】

前述したように、本発明に実施形態に係る高純度水素の製造装置１０、２０、３０、４０及び製造方法Ｓ１０は、水素供給部５００に加えて、分解反応部３００の後端、吸着精製部４００の前端もしくは後端、及び水素貯留部Ｓ１０に内部供給部５２０を備え、ここから中間連結ラインＩＣへと水素をさらに供給することにより、高温の気相アンモニアによる、「予熱器２２０」、「分解反応部３００」及び「予熱器２２０後端と分解反応部３００とをつなぐ配管」における腐食の発生を抑えることができる。なお、中間連結ラインＩＣに加えて、水素供給部５００から水素が供給される水素流入地点Ｂをさらに備え、これらの流入地点に水素をさらに供給することにより、高温の気相アンモニアによる、分解反応部３００において起こる腐食の問題［すなわち、分解反応部３００を構成する金属製の反応部本体、分解反応部３００内の充填物及び触媒などの腐食］を解消することができる。

【0096】

また、本発明の実施形態に係る高純度水素の製造装置３０及び製造方法Ｓ２０は、分解反応部３００に供給される前に、予熱済みの気相アンモニアの一部を触媒分解して水素を産生して、気相アンモニアとともに分解反応部３００に供給することにより、高温の気相アンモニアによる、分解反応部３００における上述した腐食の問題を防ぐことができる。

【0097】

上述した本発明の説明は、単なる例示のためのものであり、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者は、本発明の技術的な思想や必須的な特徴を変更することなく、他の具体的な形態へと容易に変形できる。よって、上述した実施形態は、あらゆる面において例示的なものに過ぎず、限定的ではない。例えば、単一型であると説明されている各構成要素は、分散されて実施されてもよく、同様に、分散されていると説明されている構成要素も、組み合わせられた形態に実施されてもよい。

【0098】

本発明の範囲は、後述する特許請求の範囲によって表わされ、特許請求の範囲の意味及び範囲、並びにその均等概念から導き出されるあらゆる変更または変形された形態も本発明の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0099】

１０、２０、３０、４０ 高純度水素の製造装置
１００ 燃焼部
２００ 気化予熱部
２１０ 気化器
２２０ 予熱器
３００ 分解反応部
４００ 吸着精製部
５００ 水素供給部
５１０ 外部供給部
５２０ 内部供給部
６００ 触媒反応部
Ｐ１０ 第１のアンモニア供給部
Ｐ２０ 第２のアンモニア供給部
Ｓ１０ 水素貯留部
ＩＣ 中間連結ライン
Ｂ 水素流入地点

【要約】      （修正有）

【課題】アンモニア分解反応を用いた水素の産生工程において、分解反応器において起こる腐食の問題を解決するアンモニアを用いた高純度水素の製造装置及び製造方法を提供する。
【解決手段】アンモニア分解反応を通じてアンモニアを分解し、前記アンモニア分解反応から生成された水素、窒素及び未反応アンモニアを含む反応生成物を排出する分解反応部と、第１のアンモニア供給部から供給されたアンモニアを燃焼させて、前記分解反応部を加熱する燃焼部と、第２のアンモニア供給部から供給された液状アンモニアを気化させる気化器及び前記気化器から中間連結ラインを介して供給されたアンモニアを予熱（ｐｒｅｈｅａｔｉｎｇ）する予熱器を有する気化予熱部と、前記中間連結ラインに水素を供給する水素供給部と、前記反応生成物から高純度水素を分離・精製する吸着精製部と、を備える。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】