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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-05-10
(45)【発行日】2024-05-20
(54)【発明の名称】重水素化アンモニアの製造方法及び製造装置
(51)【国際特許分類】
C01C 1/04 20060101AFI20240513BHJP
C01B 5/02 20060101ALI20240513BHJP
【ＦＩ】
C01C1/04 C
C01B5/02 Z
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2020201938
(22)【出願日】2020-12-04
(65)【公開番号】P2022089501
(43)【公開日】2022-06-16
【審査請求日】2023-05-08
(73)【特許権者】
【識別番号】320011650
【氏名又は名称】大陽日酸株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001634
【氏名又は名称】弁理士法人志賀国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】土橋 祐太
【審査官】宮脇 直也
(56)【参考文献】
【文献】特開昭５９－２０６０３３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特公昭５０－００７７２０（ＪＰ，Ｂ１）
【文献】中国特許出願公開第１０３９５０９５２（ＣＮ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ０１Ｃ １／０２ － １／１４
Ｃ０１Ｂ ５／０２
Ｂ０１Ｄ ５９／２８
ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
アンモニアと重水素化溶媒とを反応容器内で混合して軽水素－重水素同位体交換反応を行うことにより、重水素化アンモニアを得る方法であって、前記反応容器に向けて前記重水素化溶媒を供給する重水素化溶媒供給ステップと、
前記反応容器に向けて前記アンモニアを供給するアンモニア供給ステップと、
前記反応容器の内部において、前記アンモニアと、前記反応容器内に貯留された前記重水素化溶媒とで軽水素－重水素同位体交換反応を行う交換反応ステップと、
前記反応容器に向けてキャリアガスを供給し、前記反応容器内の前記重水素化溶媒を前記キャリアガスによってバブリングするキャリアガス供給・バブリングステップと、
を備えることを特徴とする重水素化アンモニアの製造方法。
【請求項2】
前記キャリアガス供給・バブリングステップは、前記アンモニアを前記反応容器に供給する前記アンモニア供給ラインに前記キャリアガスを供給することにより、前記反応容器に向けて前記キャリアガスを供給することを特徴とする請求項１に記載の重水素化アンモニアの製造方法。
【請求項3】
前記キャリアガス供給・バブリングステップは、さらに、前記交換反応ステップにおいて軽水素－重水素同位体交換反応を行った前記重水素化溶媒を前記キャリアガスでバブリングすることにより、該重水素化溶媒中から前記重水素化アンモニアを抽出することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の重水素化アンモニアの製造方法。
【請求項4】
前記交換反応ステップは、前記反応容器を２以上で複数用いるとともに、該複数の反応容器の各々の間を直列で接続する１以上の混合ガス移送ラインを用い、前記混合ガス移送ラインが、前記反応容器内で生成された前記重水素化アンモニア及び前記キャリアガスの混合ガスを、それぞれ後段の前記反応容器に向けて移送することにより、前記複数の反応容器内において、順次、軽水素－重水素同位体交換反応を行って前記重水素化アンモニアを得ることを特徴とする請求項１～請求項３の何れか一項に記載の重水素化アンモニアの製造方法。
【請求項5】
前記交換反応ステップは、さらに、前記複数の反応容器の各々の間を直列で接続する１以上の溶媒移送ラインを用い、前記反応容器内に残存した前記重水素化溶媒の一部又は全部を、それぞれ前段の前記反応容器に向けて移送することを特徴とする請求項４に記載の重水素化アンモニアの製造方法。
【請求項6】
アンモニアと重水素化溶媒とを反応容器内で混合して軽水素－重水素同位体交換反応を行うことにより、重水素化アンモニアを得る装置であって、前記反応容器に向けて前記アンモニアを供給するアンモニア供給ラインを含むアンモニア供給部と、
前記反応容器に向けてキャリアガスを供給するキャリアガス供給ラインを含むキャリアガス供給部と、を備え、
前記反応容器は、内部に前記重水素化溶媒が貯留され、前記アンモニアと前記重水素化溶媒とで軽水素－重水素同位体交換反応を行い、
前記キャリアガス供給部は、前記キャリアガスを、前記反応容器内における軽水素－重水素同位体交換反応を行った前記重水素化溶媒中に吹き込んでバブリングすることにより、前記重水素化溶媒中から前記重水素化アンモニアを抽出する
ことを特徴とする重水素化アンモニアの製造装置。
【請求項7】
前記キャリアガス供給部は、前記キャリアガス供給ラインから前記アンモニア供給ラインに前記キャリアガスを供給することにより、前記反応容器に向けて前記キャリアガスを供給することを特徴とする請求項６に記載の重水素化アンモニアの製造装置。
【請求項8】
前記反応容器を２以上で複数備えるとともに、該複数の反応容器の各々の間を直列で接続する１以上の混合ガス移送ラインを備え、前記混合ガス移送ラインは、前記反応容器内で生成された前記重水素化アンモニア及び前記キャリアガスの混合ガスを、それぞれ後段の前記反応容器に向けて移送し、
前記複数の反応容器は、順次、軽水素－重水素同位体交換反応を行うことで、前記重水素化アンモニアを得ることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の重水素化アンモニアの製造装置。
【請求項9】
さらに、前記複数の反応容器の各々の間を直列で接続し、前記反応容器内に残存した前記重水素化溶媒の一部又は全部を、それぞれ前段の前記反応容器に向けて移送する１以上の溶媒移送ラインを備えることを特徴とする請求項８に記載の重水素化アンモニアの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、重水素化アンモニアの製造方法及び製造装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、重水素化アンモニアは、種々の化学反応における反応機構の解明、並びに、医薬農薬分野におけるトレーサー・プローブ等の試薬や、農薬、医薬の合成ビルディングブロックとしての用途があることから、各分野において注目されている。
【0003】
上記のような重水素化アンモニアを製造する方法の一つとして、ハーバー・ボッシュ法（ＨＢ法）が挙げられる。このＨＢ法は、鉄を主体とした触媒上で重水素と窒素とを反応させることで、重水素化アンモニアを製造する方法であり、重水素化されていないアンモニア（ＮＨ３）を用いた工業的な製造方法である。
【0004】
また、例えば、窒化マグネシウム（Ｍｇ３Ｎ２）、窒化リチウム（Ｌｉ３Ｎ）、又は石灰窒素（ＣａＣＮ２）等のような金属窒化物を重水で加水分解することで重水素化アンモニアを得る方法もある。
【0005】
上記のような背景下、従来、重水素化アンモニアを製造する方法として、例えば、酸化鉄と酸化アルミニウムからなる触媒上で重水素と窒素を反応させることで、重水素化アンモニアを得る方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
また、窒化マグネシウムや窒化リチウムを重水で加水分解することにより、重水素化アンモニアを得る方法も提案されている（例えば、特許文献２を参照）。
また、窒化マグネシウムや窒化リチウムを重水で加水分解することにより、重水素化アンモニアを得る方法も提案されている（例えば、特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】中国特許出願公開第１０３９５０９５２号明細書
【文献】特公昭５０－１１８７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
一般に、上記のＨＢ法は、重水素と窒素との反応条件として、厳しい高温条件（４００～６００℃）、並びに高圧条件（２０～１００ＭＰａＧ）が必要であり、非常に高いエネルギー負荷が掛かるという問題がある。
例えば、特許文献１に記載された技術では、重水素と窒素との反応に、温度：４００～６００℃、圧力：１０～３０ＭＰａＧという非常に厳しい反応条件が必要となる。
例えば、特許文献１に記載された技術では、重水素と窒素との反応に、温度：４００～６００℃、圧力：１０～３０ＭＰａＧという非常に厳しい反応条件が必要となる。
【0008】
また、特許文献２に記載されたような、金属窒化物を重水で加水分解する方法においては、窒素源である金属窒化物が非常に高価であることから製造コストが増大するという問題がある。また、市販されている金属窒化物は低純度であるが、低純度の金属窒化物の純度を精製して高めようとする場合には、その精製処理における条件や手順が難しいという問題がある。さらに、特許文献２に記載された方法では、加水分解の副生成物である金属水酸化物の生成に伴って重水素原子が無駄に消費されてしまうという問題があった。
【0009】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、高温や高圧の条件を必要とすることなく、製造工程におけるエネルギー負荷が抑制され、低コスト且つ優れた生産効率で重水素化アンモニアを製造することが可能な重水素化アンモニアの製造方法及び製造装置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】
【0010】
上記課題を解決するため、本発明者等が鋭意検討した結果、アンモニアと重水素化溶媒とを混合して軽水素－重水素同位体交換反応（交換反応）を行うことで、高温や高圧の厳しい条件を必要とすることなく重水素化アンモニアを製造できることを知見した。より具体的には、ヒドロキシ基、アミノ基等のようなプロトン交換性官能基を有する重水素化溶媒と、重水素化されていないアンモニアとを混合・溶解して交換反応を行い、その後、キャリアガスの供給により、重水素化溶媒に溶解した重水素化アンモニアをガスの形で取り出す方法により、高温や高圧の厳しい条件を必要とすることなく重水素化アンモニアが得られることを見いだし、本発明を完成させた。
即ち、本発明は、以下の態様を包含する。
即ち、本発明は、以下の態様を包含する。
【0011】
請求項１に係る発明は、アンモニアと重水素化溶媒とを反応容器内で混合して軽水素－重水素同位体交換反応を行うことにより、重水素化アンモニアを得る方法であって、前記反応容器に向けて前記重水素化溶媒を供給する重水素化溶媒供給ステップと、前記反応容器に向けて前記アンモニアを供給するアンモニア供給ステップと、前記反応容器の内部において、前記アンモニアと、前記反応容器内に貯留された前記重水素化溶媒とで軽水素－重水素同位体交換反応を行う交換反応ステップと、前記反応容器に向けてキャリアガスを供給し、前記反応容器内の前記重水素化溶媒を前記キャリアガスによってバブリングするキャリアガス供給・バブリングステップと、を備えることを特徴とする。
【0012】
請求項２に係る発明は、前記キャリアガス供給・バブリングステップは、前記アンモニアを前記反応容器に供給する前記アンモニア供給ラインに前記キャリアガスを供給することにより、前記反応容器に向けて前記キャリアガスを供給することを特徴とする。
【0013】
請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載の重水素化アンモニアの製造方法であって、前記キャリアガス供給・バブリングステップは、さらに、前記交換反応ステップにおいて軽水素－重水素同位体交換反応を行った前記重水素化溶媒を前記キャリアガスでバブリングすることにより、該重水素化溶媒中から前記重水素化アンモニアを抽出することを特徴とする。
【0014】
請求項４に係る発明は、請求項１～請求項３の何れか一項に記載の重水素化アンモニアの製造方法であって、前記交換反応ステップは、前記反応容器を２以上で複数用いるとともに、該複数の反応容器の各々の間を直列で接続する１以上の混合ガス移送ラインを用い、前記混合ガス移送ラインが、前記反応容器内で生成された前記重水素化アンモニア及び前記キャリアガスの混合ガスを、それぞれ後段の前記反応容器に向けて移送することにより、前記複数の反応容器内において、順次、軽水素－重水素同位体交換反応を行って前記重水素化アンモニアを得ることを特徴とする。
【0015】
請求項５に係る発明は、請求項４に記載の重水素化アンモニアの製造方法であって、前記交換反応ステップは、さらに、前記複数の反応容器の各々の間を直列で接続する１以上の溶媒移送ラインを用い、前記反応容器内に残存した前記重水素化溶媒の一部又は全部を、それぞれ前段の前記反応容器に向けて移送することを特徴とする。
【0016】
請求項６に係る発明は、アンモニアと重水素化溶媒とを反応容器内で混合して軽水素－重水素同位体交換反応を行うことにより、重水素化アンモニアを得る装置であって、前記反応容器に向けて前記アンモニアを供給するアンモニア供給ラインを含むアンモニア供給部と、前記反応容器に向けてキャリアガスを供給するキャリアガス供給ラインを含むキャリアガス供給部と、を備え、前記反応容器は、内部に前記重水素化溶媒が貯留され、前記アンモニアと前記重水素化溶媒とで軽水素－重水素同位体交換反応を行い、前記キャリアガス供給部は、前記キャリアガスを、前記反応容器内における軽水素－重水素同位体交換反応を行った前記重水素化溶媒中に吹き込んでバブリングすることにより、前記重水素化溶媒中から前記重水素化アンモニアを抽出することを特徴とする。
【0017】
請求項７に係る発明は、請求項６に記載の重水素化アンモニアの製造装置であって、前記キャリアガス供給部は、前記キャリアガス供給ラインから前記アンモニア供給ラインに前記キャリアガスを供給することにより、前記反応容器に向けて前記キャリアガスを供給することを特徴とする。
【0019】
請求項８に係る発明は、前記反応容器を２以上で複数備えるとともに、該複数の反応容器の各々の間を直列で接続する１以上の混合ガス移送ラインを備え、前記混合ガス移送ラインは、前記反応容器内で生成された前記重水素化アンモニア及び前記キャリアガスの混合ガスを、それぞれ後段の前記反応容器に向けて移送し、前記複数の反応容器は、順次、軽水素－重水素同位体交換反応を行うことで、前記重水素化アンモニアを得ることを特徴とする。
【0020】
請求項９に係る発明は、さらに、前記複数の反応容器の各々の間を直列で接続し、前記反応容器内に残存した前記重水素化溶媒の一部又は全部を、それぞれ前段の前記反応容器に向けて移送する１以上の溶媒移送ラインを備えることを特徴とする。
【0021】
なお、本発明で説明する、重水素化アンモニア及びキャリアガスの混合ガスとは、軽水素－重水素同位体交換反応で得られる重水素化アンモニア及びキャリアガスの他、残余の原料、即ち、アンモニアや重水素化溶媒の一部も含むものである。
【発明の効果】
【0022】
本発明に係る重水素化アンモニアの製造方法によれば、上記のように、反応容器に向けてアンモニアを供給するアンモニア供給ステップと、反応容器の内部において、アンモニアと重水素化溶媒とで軽水素－重水素同位体交換反応を行う交換反応ステップと、反応容器に向けてキャリアガスを供給するキャリアガス供給・バブリングステップと、を備えた方法を採用している。
このように、例えば、ヒドロキシ基、アミノ基等のようなプロトン交換性官能基を有する重水素化溶媒と、重水素化されていないアンモニアとを混合・溶解して交換反応を行い、その後、キャリアガスの供給により、重水素化溶媒に溶解した重水素化アンモニアをガスの形で取り出すことで、高温や高圧の条件を必要とすることなく、重水素化アンモニアを得ることができる。
従って、製造工程におけるエネルギー負荷が抑制され、低コスト且つ優れた生産効率で重水素化アンモニアを製造することが可能になる。
このように、例えば、ヒドロキシ基、アミノ基等のようなプロトン交換性官能基を有する重水素化溶媒と、重水素化されていないアンモニアとを混合・溶解して交換反応を行い、その後、キャリアガスの供給により、重水素化溶媒に溶解した重水素化アンモニアをガスの形で取り出すことで、高温や高圧の条件を必要とすることなく、重水素化アンモニアを得ることができる。
従って、製造工程におけるエネルギー負荷が抑制され、低コスト且つ優れた生産効率で重水素化アンモニアを製造することが可能になる。
【0023】
また、本発明に係る重水素化アンモニアの製造装置によれば、上記のように、反応容器に向けてアンモニアを供給するアンモニア供給ラインを含むアンモニア供給部と、反応容器に向けてキャリアガスを供給するキャリアガス供給ラインを含むキャリアガス供給部とを備え、反応容器が、供給されたアンモニアと、内部に貯留された重水素化溶媒とで軽水素－重水素同位体交換反応を行う構成を採用している。
これにより、上記同様、重水素化溶媒と、重水素化されていないアンモニアとで交換反応を行い、キャリアガスの供給により、重水素化溶媒に溶解した重水素化アンモニアをガスの形で取り出すことで、高温や高圧の条件を必要とすることなく、重水素化アンモニアが得られる。
従って、上記同様、製造工程におけるエネルギー負荷が抑制され、低コスト且つ優れた生産効率で重水素化アンモニアを製造することが可能になる。
これにより、上記同様、重水素化溶媒と、重水素化されていないアンモニアとで交換反応を行い、キャリアガスの供給により、重水素化溶媒に溶解した重水素化アンモニアをガスの形で取り出すことで、高温や高圧の条件を必要とすることなく、重水素化アンモニアが得られる。
従って、上記同様、製造工程におけるエネルギー負荷が抑制され、低コスト且つ優れた生産効率で重水素化アンモニアを製造することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】本発明を適用した一実施形態である重水素化アンモニアの製造方法及び製造装置を模式的に説明する図であり、複数の反応容器を備えた製造装置の全体構成を示す装置系統図である。
【図2】本発明を適用した一実施形態である重水素化アンモニアの製造方法及び製造装置を模式的に説明する図であり、製造装置に備えられる反応容器の詳細な構成を示す拡大図である。
【図3】本発明を適用した一実施形態である重水素化アンモニアの製造方法及び製造装置を模式的に説明する図であり、製造装置に備えられる複数の反応容器の間の重水素化溶媒の流れを示す概略図である。
【図4】本発明を適用した重水素化アンモニアの製造方法及び製造装置の実施例について説明する図であり、実施例で得られた重水素化アンモニアのフーリエ変換赤外分光光度計によるスペクトルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
以下、本発明を適用した一実施形態である重水素化アンモニアの製造方法及び製造装置について、図面を適宜参照しながら説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
【0026】
＜重水素化アンモニアの製造装置＞
まず、本発明を適用した重水素化アンモニアの製造装置（以下、単に製造装置と称する場合がある。）について、図１～図３を適宜参照しながら以下に詳述する。
図１は、本実施形態の重水素化アンモニアの製造装置１を模式的に説明する図であり、複数の反応容器２を備えた製造装置１の全体構成を示す装置系統図であり、図２は、反応容器２の詳細な構成を示す拡大図である。図３は、製造装置１に備えられる複数の反応容器２の間の重水素化溶媒Ｌの流れを示す概略図である。
まず、本発明を適用した重水素化アンモニアの製造装置（以下、単に製造装置と称する場合がある。）について、図１～図３を適宜参照しながら以下に詳述する。
図１は、本実施形態の重水素化アンモニアの製造装置１を模式的に説明する図であり、複数の反応容器２を備えた製造装置１の全体構成を示す装置系統図であり、図２は、反応容器２の詳細な構成を示す拡大図である。図３は、製造装置１に備えられる複数の反応容器２の間の重水素化溶媒Ｌの流れを示す概略図である。
【0027】
本実施形態の重水素化アンモニアの製造装置１は、アンモニアＡと重水素化溶媒Ｌとを反応容器２内で混合して軽水素－重水素同位体交換反応を行うことにより、重水素化アンモニアＨを得るものである。
図１に示すように、本実施形態の製造装置１は、反応容器２に向けてアンモニアＡを供給するアンモニア供給ライン３２を含むアンモニア供給部３と、反応容器２に向けてキャリアガスＣを供給するキャリアガス供給ライン４を含むキャリアガス供給部と、内部に重水素化溶媒Ｌが貯留され、アンモニアＡと重水素化溶媒Ｌとで軽水素－重水素同位体交換反応を行う反応容器２とを備え、概略構成される。
図１に示すように、本実施形態の製造装置１は、反応容器２に向けてアンモニアＡを供給するアンモニア供給ライン３２を含むアンモニア供給部３と、反応容器２に向けてキャリアガスＣを供給するキャリアガス供給ライン４を含むキャリアガス供給部と、内部に重水素化溶媒Ｌが貯留され、アンモニアＡと重水素化溶媒Ｌとで軽水素－重水素同位体交換反応を行う反応容器２とを備え、概略構成される。
【0028】
また、図１（図２及び図３も参照）に示す例の製造装置１は、３台の反応容器２（２Ａ，２Ｂ，２Ｃ）が直列で接続されており、これら反応容器２Ａ，２Ｂ，２Ｃの各々の間を接続することで、反応容器２（２Ａ又は２Ｂ）内で生成された重水素化アンモニアＨ及びキャリアガスＣの混合ガスＲを、それぞれ後段の反応容器２（２Ｂ又は２Ｃ）に向けて移送するための２本の混合ガス移送ライン５１，５２が設けられている。さらに、図示例の製造装置１は、反応容器２Ａ，２Ｂ，２Ｃの各々の間を直列で接続し、反応容器２（２Ｂ又は２Ｃ）内に残存する重水素化溶媒Ｌの一部又は全部を、それぞれ前段の反応容器２（２Ａ又は２Ｂ）に向けて移送するための２本の溶媒移送ライン６１，６２が設けられている。
【0029】
図１に示す例の製造装置１は、上記構成により、複数で直列に反応容器２Ａ，２Ｂ，２Ｃが、順次、軽水素－重水素同位体交換反応を行うことで、重水素化アンモニアＨを得ることが可能なものである。
【0030】
さらに、図１に示す例の製造装置１においては、最後段となる反応容器２Ｃの下流側に、軽水素－重水素同位体交換反応で得られる重水素化アンモニアＨとキャリアガスＣとの混合ガスＲから、この混合ガスＲに不純物として含まれる重水素化溶媒Ｌを除去するための溶媒除去器７が接続されている。そして、溶媒除去器７の下流側には、この溶媒除去器７によって重水素化溶媒Ｌが除去された後の混合ガスＲを、目的生成物である重水素化アンモニアＨと、不要となるキャリアガスＣとに分離するための分離回収器８が接続されている。
【0031】
［アンモニア供給部］
アンモニア供給部３は、軽水素－重水素同位体交換反応を行う反応容器２内にアンモニアＡを供給するものである。図１中に例示するアンモニア供給部３は、アンモニアＡが充填されるアンモニア容器３１と、このアンモニア容器３１から反応容器２に向けてアンモニアＡを供給するアンモニア供給ライン３２とを含んで構成される。
アンモニア供給部３は、軽水素－重水素同位体交換反応を行う反応容器２内にアンモニアＡを供給するものである。図１中に例示するアンモニア供給部３は、アンモニアＡが充填されるアンモニア容器３１と、このアンモニア容器３１から反応容器２に向けてアンモニアＡを供給するアンモニア供給ライン３２とを含んで構成される。
【0032】
図示例のアンモニア供給部３は、アンモニア供給ライン３２が、複数で設けられる反応容器２Ａ，２Ｂ，２Ｃのうち、最前段に配置される反応容器２Ａに備えられたガス導入口２１に接続されている。また、図示例においては、アンモニア供給ライン３２の経路中に、後述するキャリアガス供給ライン４が接続されている。
【0033】
アンモニア容器３１は、上記のように、アンモニアＡが充填されるタンク状の容器である。
アンモニア容器３１の材質としては、アンモニアＡに対する耐食性や耐圧強度を有した材質であれば、特に限定されず、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等が挙げられる。
アンモニア容器３１の材質としては、アンモニアＡに対する耐食性や耐圧強度を有した材質であれば、特に限定されず、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等が挙げられる。
【0034】
アンモニア供給ライン３２は、上記のように、アンモニア容器３１に充填されたアンモニアＡを反応容器２に向けて供給するものであり、例えば、配管状の部材から構成される。
アンモニア供給ライン３２の材質としても、原料であるアンモニアＡや重水素化溶媒Ｌ、生成物である重水素化アンモニアＨに対する耐食性等を有した材質であれば、特に限定されず、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等の金属配管や、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の樹脂配管を用いることができる。
アンモニア供給ライン３２の材質としても、原料であるアンモニアＡや重水素化溶媒Ｌ、生成物である重水素化アンモニアＨに対する耐食性等を有した材質であれば、特に限定されず、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等の金属配管や、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の樹脂配管を用いることができる。
【0035】
アンモニア供給ライン３２に用いる配管の径としても、反応容器２に対してアンモニアＡを不足無く供給できる径であれば特に限定されず、例えば、外径が９～１０ｍｍ、内径が７～８ｍｍの配管を用いることができる。
【0036】
なお、アンモニア供給ライン３２の経路中には、アンモニアＡ及び後述のキャリアガスＣの供給圧力及び流量を調節するために、例えば、図視略の圧力調整弁や流量コントローラー（ＭＦＣ）を設置することも可能である。
【0037】
［キャリアガス供給部］
キャリアガス供給部は、軽水素－重水素同位体交換反応を行う反応容器２内にキャリアガスＣを供給するものである。キャリアガス供給部は、キャリアガスＣが充填される図視略のキャリアガス容器と、このキャリアガス容器から反応容器２に向けてキャリアガスＣを供給するキャリアガス供給ライン４とを含んで構成される。
キャリアガス供給部は、軽水素－重水素同位体交換反応を行う反応容器２内にキャリアガスＣを供給するものである。キャリアガス供給部は、キャリアガスＣが充填される図視略のキャリアガス容器と、このキャリアガス容器から反応容器２に向けてキャリアガスＣを供給するキャリアガス供給ライン４とを含んで構成される。
【0038】
キャリアガス容器は、上述のようにキャリアガスＣが充填される容器であることから、その材質としては、内部に充填するキャリアガスＣのガス種に対する耐食性や耐圧強度を有した材質であれば特に限定されず、アンモニア容器３１と同様、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等が挙げられる。
【0039】
キャリアガス供給ライン４は、上記のように、キャリアガス容器に充填されたキャリアガスＣを反応容器２に向けて供給するものであり、アンモニア供給ライン３２と同様、例えば、配管状の部材から構成される。
キャリアガス供給ライン４の材質としても、キャリアガスＣのガス種に対する耐食性の他、アンモニアＡや重水素化溶媒Ｌ、生成物である重水素化アンモニアＨに対する耐食性等を有した材質であれば、特に限定されない。即ち、キャリアガス供給ライン４の材質としては、アンモニア供給ライン３２と同様、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等の金属配管や、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の樹脂配管を用いることができる。
キャリアガス供給ライン４の材質としても、キャリアガスＣのガス種に対する耐食性の他、アンモニアＡや重水素化溶媒Ｌ、生成物である重水素化アンモニアＨに対する耐食性等を有した材質であれば、特に限定されない。即ち、キャリアガス供給ライン４の材質としては、アンモニア供給ライン３２と同様、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等の金属配管や、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の樹脂配管を用いることができる。
【0040】
ここで、図１中に示す例のキャリアガス供給部は、キャリアガス供給ライン４から、上述したアンモニア供給ライン３２にキャリアガスＣを供給することにより、反応容器２に向けて、アンモニアＡと同じ配管でキャリアガスＣを供給できる構成とされている。本実施形態においては、上記のように、アンモニアＡ及びキャリアガスＣを同じ配管で反応容器２に供給する構成とすることが、装置を簡便にできる点からより好ましい。
【0041】
なお、キャリアガス供給部によって供給されるキャリアガスＣとしては、原料であるアンモニアＡや重水素化溶媒Ｌ、生成物である重水素化アンモニアＨと反応せず、且つ、重水素化溶媒Ｌに溶解しないガスであれば、特に限定されない。即ち、キャリアガスＣとしては、例えば、窒素、アルゴン、ヘリウムといった不活性なガスの中から適宜選択して用いることができる。但し、キャリアガス中に微量で含まれる水等、交換性軽水素を持つ不純物は、重水素化溶媒Ｌ及び生成される重水素化アンモニアＨの重水素濃縮度を低下させるおそれがあることから、事前にドライカラム等で不純物を除去しておくことが好ましい。
【0042】
［反応容器］
反応容器２は、上述したように、内部に重水素化溶媒Ｌが貯留され、アンモニア供給部３によって供給されるアンモニアＡと重水素化溶媒Ｌとで軽水素－重水素同位体交換反応を行うことにより、重水素化アンモニアＨを生成させる。より詳細に説明すると、反応容器２は、内部に一定量の重水素化溶媒Ｌを貯留させた状態でアンモニアＡを供給することで、アンモニアＡと重水素化溶媒Ｌとの混合及び交換反応を行い、その後、キャリアガスＣを供給することで重水素化アンモニアＨをガス化させて取り出すものであり、本実施形態の製造装置１における重要な構成機器である。
反応容器２は、上述したように、内部に重水素化溶媒Ｌが貯留され、アンモニア供給部３によって供給されるアンモニアＡと重水素化溶媒Ｌとで軽水素－重水素同位体交換反応を行うことにより、重水素化アンモニアＨを生成させる。より詳細に説明すると、反応容器２は、内部に一定量の重水素化溶媒Ｌを貯留させた状態でアンモニアＡを供給することで、アンモニアＡと重水素化溶媒Ｌとの混合及び交換反応を行い、その後、キャリアガスＣを供給することで重水素化アンモニアＨをガス化させて取り出すものであり、本実施形態の製造装置１における重要な構成機器である。
【0043】
反応容器２は、密閉構造であって、且つ、負圧ないし加圧状態に耐えうる強度を有した使用である必要がある。
このような観点から、反応容器２の材質としては、アンモニアＡ及び重水素化溶媒Ｌに対する耐食性を有し、且つ、上記の耐圧強度を有したものであれば、特に限定されず、例えば、－０．１～０．３ＭＰａＧの範囲の圧力耐えうるステンレス鋼（ＳＵＳ）を用いることができる。
このような観点から、反応容器２の材質としては、アンモニアＡ及び重水素化溶媒Ｌに対する耐食性を有し、且つ、上記の耐圧強度を有したものであれば、特に限定されず、例えば、－０．１～０．３ＭＰａＧの範囲の圧力耐えうるステンレス鋼（ＳＵＳ）を用いることができる。
【0044】
反応容器２の容積としては、内部に供給されるアンモニアＡに対して十分な交換反応を行うことが可能な量の重水素化溶媒Ｌを収容できる大きさが必要となるが、容積が大きすぎると装置が大型化してしまうため、適宜、最適な大きさを判断することが求められる。
また、反応容器２の内径は、大きすぎると内部に供給されるガスの均一な拡散が難しくなり、小さすぎると液面の比表面積が小さくなって重水素化アンモニアＨのガス化効率が低下することから、最適な内径を選択する必要がある。
上記の観点から、反応容器２の大きさとしては、例えば、図２中に示す内径ｄと高さｈとの比が｛ｄ：ｈ＝１：２～３｝の範囲となるように設計することが好ましい。
また、反応容器２の内径は、大きすぎると内部に供給されるガスの均一な拡散が難しくなり、小さすぎると液面の比表面積が小さくなって重水素化アンモニアＨのガス化効率が低下することから、最適な内径を選択する必要がある。
上記の観点から、反応容器２の大きさとしては、例えば、図２中に示す内径ｄと高さｈとの比が｛ｄ：ｈ＝１：２～３｝の範囲となるように設計することが好ましい。
【0045】
上記のアンモニア供給ライン３２によって供給されるアンモニアＡは、反応容器２に設けられるガス導入口２１から、ガス供給配管２３を介して反応容器２内に導入される。ここで、反応容器２の上部に備えられるガス導入口２１から、容器内下方に向けて延設されるガス供給配管２３の出口２３ａは、重水素化溶媒Ｌの液面よりも下方に配置されている必要がある。これは、アンモニアＡの供給時、アンモニアＡと重水素化溶媒Ｌが混合・溶解しやすくするためであり、また、キャリアガスＣの供給時は、重水素化溶媒ＬをキャリアガスＣによる吹き込みでバブリングすることで、液中に溶解している重水素化アンモニアＨのガス化を促進するためである。
【0046】
また、図２中に示すように、ガス供給配管２３の出口２３ａ近傍には、散気管２３Ａが設置されていることが好ましい。散気管２３Ａを設置することにより、ガス供給配管２３から供給されるアンモニアＡ及びキャリアガスＣの気泡が細かく分割され、気泡の比表面積が増加する。これにより、アンモニアＡの供給時は、重水素化溶媒Ｌへの溶解効率（反応効率）をさらに向上させることができ、また、キャリアガスＣの供給時は、バブリングによる重水素化アンモニアＨのガス化効率をより向上させることが可能になる。
【0047】
上記のような散気管２３Ａとしては、例えば、濾過径が５０μｍのＳＵＳ製焼結金属フィルター等のような多孔質材料を用いることができる。散気管２３Ａの濾過径は、特に限定されないが、濾過径が小さすぎると圧力損失が大きくなって装置の運転に支障をきたす可能性があり、また、濾過径が大きすぎると、アンモニアＡ及びキャリアガスＣの気泡が細かく分割され難くなり、散気管としての作用が得られ難くなる可能性がある。上記の観点から、散気管２３Ａの濾過径は、２～１２０μｍの範囲であることが好ましい。
【0048】
図２に示すように、反応容器２の上面側には溶媒導入口２５が設けられており、この溶媒導入口２５から反応容器２の内部に重水素化溶媒Ｌを供給することができる。溶媒導入口２５の内径は、特に限定されず、重水素化溶媒Ｌの供給効率等を考慮しながら決定すればよく、例えば、７～８ｍｍ程度、もしくはそれ以上の内径とすることができる。
なお、溶媒導入口２５は、例えば、バルブやキャップ等により、反応容器２内の気密を確保できる構造とする必要がある。
なお、溶媒導入口２５は、例えば、バルブやキャップ等により、反応容器２内の気密を確保できる構造とする必要がある。
【0049】
反応容器２の下面側には溶媒出口２６が設けられており、この溶媒出口２６から使用済みの重水素化溶媒Ｌを反応容器２の外部に排出することができる。溶媒出口２６の内径は、特に限定されず、重水素化溶媒Ｌを排出する際の排出効率等を考慮しながら決定すればよく、例えば、７～８ｍｍ程度、もしくはそれ以上の内径とすることができる。
また、溶媒出口２６は、溶媒導入口２５と同様、例えば、バルブやキャップ等により、反応容器２内の気密を確保できる構造とする必要がある。
また、溶媒出口２６は、溶媒導入口２５と同様、例えば、バルブやキャップ等により、反応容器２内の気密を確保できる構造とする必要がある。
【0050】
また、反応容器２の上部には、生成された重水素化アンモニアＨを、複数で設けられる反応容器２の内の後段側に配置される反応容器２や、後述する溶媒除去器７に向けて、ガスの状態で移送するためのガス導出口２２が設けられている。このガス導出口２２には、後段側の反応容器２と直列で接続するための混合ガス移送ライン５１，５２、あるいは、後述の溶媒除去器７に接続するための第１生成ガス送出ライン９１が接続されている。
【0051】
さらに、反応容器２の上部には、内部に加圧用ガスを導入するための加圧用ガス導入口２７が設けられている。この加圧用ガス導入口２７は、例えば、反応容器２内の気密を確保可能なバルブ等と接続されている必要がある。
加圧用ガスとしては、キャリアガスＣと同じガス種であることが好ましいが、アンモニアＡ、重水素化アンモニアＨ及び重水素化溶媒Ｌと反応することが無く、且つ、重水素化溶媒Ｌに溶解しないガスであれば、特に限定されない。
加圧用ガスとしては、キャリアガスＣと同じガス種であることが好ましいが、アンモニアＡ、重水素化アンモニアＨ及び重水素化溶媒Ｌと反応することが無く、且つ、重水素化溶媒Ｌに溶解しないガスであれば、特に限定されない。
【0052】
反応容器２は、アンモニアＡ及びキャリアガスＣの供給時において、アンモニアＡと交換反応中の重水素化溶媒Ｌを攪拌できるような構造、即ち、図２中に示すような攪拌機構２４を備えていることがより好ましい。このように、反応容器２内の重水素化溶媒Ｌを攪拌する攪拌機構２４を備えることにより、内部に供給されるアンモニアＡ及びキャリアガスＣの気泡が重水素化溶媒Ｌ内に均一に拡散する作用が得られる。これにより、アンモニアＡの供給時は、重水素化溶媒Ｌに対してアンモニアＡを均一に溶解させやすくなり、キャリアガスＣの供給時は、バブリングによる重水素化アンモニアＨのガス化効率が向上する効果が得られる。
【0053】
反応容器２内の重水素化溶媒Ｌを攪拌する攪拌機構２４の構造としては、特に限定されないが、例えば、磁気攪拌子とマグネチックスターラーとからなる機構、あるいは、メカニカルスターラーと攪拌棒とからなる機構等が例示できる。
【0054】
ガス冷却部１０は、ガス導出口２２に直接取り付けられるか、あるいは、図示例のように、混合ガス移送ライン５１，５２又は第１生成ガス送出ライン９１の経路中に設けられることで、ガス導出口２２から導出されるガス状の重水素化アンモニアＨ及びキャリアガスＣの混合ガスを冷却するものである。ガス冷却部１０によって上記の混合ガスを冷却することにより、不純物として含まれる重水素化溶媒Ｌ分を凝縮して取り除く効果が得られる。
このようなガス冷却部１０としては、例えば、スパイラル式熱交換器、二重管式熱交換器等の一般的な熱交換器を何ら制限無く採用することができる。
また、ガス冷却部１０で用いる冷媒としては、例えばエチレングリコール等の一般的な冷媒を何ら制限無く採用することができる。
このようなガス冷却部１０としては、例えば、スパイラル式熱交換器、二重管式熱交換器等の一般的な熱交換器を何ら制限無く採用することができる。
また、ガス冷却部１０で用いる冷媒としては、例えばエチレングリコール等の一般的な冷媒を何ら制限無く採用することができる。
【0055】
また、ガス冷却部１０と、その後段の設備との間、即ち、後段側の反応容器２（２Ｂ，２Ｃ）又は溶媒除去器７との間には、図視略の減圧ポンプを設置することがより好ましい。このような減圧ポンプにより、キャリアガスＣの供給時に反応容器２内を減圧状態にすることで、重水素化アンモニアＨのガス化をより促進することが可能になる。
上記のような減圧ポンプとしては、特に限定されないが、例えば、接ガス部に油や液体を用いておらず、装置内部への不純物混入が少ない構造を有するドライポンプやダイヤフラムポンプ等が好ましい。
上記のような減圧ポンプとしては、特に限定されないが、例えば、接ガス部に油や液体を用いておらず、装置内部への不純物混入が少ない構造を有するドライポンプやダイヤフラムポンプ等が好ましい。
【0056】
上述したように、図１に例示した製造装置１は、３台の反応容器２Ａ，２Ｂ，２Ｃが直列で接続されている。このように、反応容器２を複数台で備え、これら反応容器２Ａ，２Ｂ，２Ｃの各々の間を混合ガス移送ライン５１，５２で直列接続することにより、複数回で連続して軽水素－重水素同位体交換反応を行うことが可能になる。この交換反応を行う回数が多くなるほど、交換反応に使用する重水素化溶媒Ｌの総量を少なくすることができるが、その一方で、反応容器２の台数が増えることは装置の大型化を招く懸念もある。このため、交換反応の回数は３回程度、即ち、反応容器２の台数は３台程度とすることが好ましい。なお、交換反応の回数を３回とすると、交換反応が１回である場合と比べて、交換反応で消費される重水素化溶媒Ｌの総量を１０分の１以下程度に減量することができるので、製造コストを大幅に低減することが可能になるとともに、ほぼ平衡反応に達することで反応効率をより高めることが可能になる。
【0057】
複数の反応容器２Ａ，２Ｂ，２Ｃが多段構成で直列に備えられる場合、例えば、前段側の反応容器２（２Ａ又は２Ｂ）において、適宜、加圧用ガス導入口２７から加圧用ガスを導入して増圧することにより、全後段の反応容器２の間、即ち、反応容器２Ａと反応容器２Ｂとの間、又は、反応容器２Ｂと反応容器２Ｃとの間で圧力差が生じる。この圧力差により、例えば、後段側となる反応容器２Ｂから前段側となる反応容器２Ａに向けて、溶媒移送ライン６１を介して重水素化溶媒Ｌを移送させ、また、後段側となる反応容器２Ｃから前段側となる反応容器２Ｂに向けて、溶媒移送ライン６２を介して重水素化溶媒Ｌを移送させることが可能になる。
【0058】
混合ガス移送ライン５１，５２は、上記のように、複数の反応容器２の各々の間を直列で接続し、反応容器２（２Ａ又は２Ｂ）内で生成された重水素化アンモニアＨ及びキャリアガスＣの混合ガスＲを、それぞれ後段の反応容器２（２Ｂ又は２Ｃ）に向けてする配管である。図３中に示す例では、反応容器２Ａの後段側に配置される反応容器２Ｂにおいては、混合ガス移送ライン５１から供給される混合ガスＲが、ガス導入口２１からガス供給配管２３を介して内部に導入される。また、最後段に配置される反応容器２Ｃにおいては、混合ガス移送ライン５２から供給される混合ガスＲが、ガス導入口２１からガス供給配管２３を介して内部に導入される。
【0059】
混合ガス移送ライン５１，５２の材質としては、特に限定されないが、接続される反応容器２と同様、アンモニアＡ及び重水素化溶媒Ｌに対する耐食性を有し、且つ、上記の耐圧強度を有した金属であれば、特に限定されず、反応容器２と同様のＳＵＳからなる配管を採用できる。また、混合ガス移送ライン５１，５２の径も特に限定されず、例えば、外径が９～１０ｍｍかそれ以上、内径が７～８ｍｍかそれ以上のサイズとすることができる。
【0060】
溶媒移送ライン６１，６２は、上記のように、複数の反応容器２の各々の間を直列で接続し、反応容器２（２Ｂ又は２Ｃ）内に残存した重水素化溶媒Ｌの一部又は全部を、それぞれ前段の反応容器２（２Ａ又は２Ｂ）に向けて移送する配管である。溶媒移送ライン６１，６２は、例えば、図１，３に示すように、後段の反応容器２（２Ｂ又は２Ｃ）の液相と、前段の反応容器２（２Ａ又は２Ｂ）とを接続する。
溶媒移送ライン６１，６２の材質としても、特に限定されないが、例えば、外径が９～１０ｍｍかそれ以上、内径が７～８ｍｍかそれ以上である透明樹脂は移管等を採用することができる。
なお、図示例の溶媒移送ライン６１，６２は、複数の反応容器２の各々の気密を確保するため、出口側及び入口側の両端に、開閉バルブ６０ａ，６０ｂが設けられており、必要に応じて開閉が可能な構成とされている。
溶媒移送ライン６１，６２の材質としても、特に限定されないが、例えば、外径が９～１０ｍｍかそれ以上、内径が７～８ｍｍかそれ以上である透明樹脂は移管等を採用することができる。
なお、図示例の溶媒移送ライン６１，６２は、複数の反応容器２の各々の気密を確保するため、出口側及び入口側の両端に、開閉バルブ６０ａ，６０ｂが設けられており、必要に応じて開閉が可能な構成とされている。
【0061】
［溶媒除去器］
溶媒除去器７は、反応容器２の出口側に接続され、図１に示す例では、最後段となる反応容器２Ｃの下流側に、第１生成ガス送出ライン９１を介して接続されている。溶媒除去器７は、上述したように、反応容器２内における交換反応で得られる重水素化アンモニアＨとキャリアガスＣとの混合ガスＲから、この混合ガスＲ中に不純物として含まれる重水素化溶媒Ｌを除去する。
溶媒除去器７は、反応容器２の出口側に接続され、図１に示す例では、最後段となる反応容器２Ｃの下流側に、第１生成ガス送出ライン９１を介して接続されている。溶媒除去器７は、上述したように、反応容器２内における交換反応で得られる重水素化アンモニアＨとキャリアガスＣとの混合ガスＲから、この混合ガスＲ中に不純物として含まれる重水素化溶媒Ｌを除去する。
【0062】
溶媒除去器７に用いられる溶媒除去手段としては、特に限定されず、例えば、溶媒を吸着除去できる吸着剤を充填したカラムや、溶媒分離膜を備えたモジュール等を何ら制限無く採用できる。
溶媒除去器７に用いられる吸着剤としては、除去対象の溶媒分の物性に応じて、例えば、活性アルミナ等を採用することができるが、これには限定されず、硫酸銅無水物等のような重水素化アンモニアＨと化学反応することのない吸着剤であれば、何ら制限無く採用することが可能である。
また、溶媒除去器７に用いられる溶媒分離膜モジュールの構造としても特に限定されず、例えば、中空糸膜型、平膜型等の一般的な構造のものを採用することができる。また、溶媒分離膜の材料としても特に限定されず、例えば、ポリアミド等の高分子有機膜、シリカゲル等の無機膜といった一般的な膜材料を用いることが可能である。
溶媒除去器７に用いられる吸着剤としては、除去対象の溶媒分の物性に応じて、例えば、活性アルミナ等を採用することができるが、これには限定されず、硫酸銅無水物等のような重水素化アンモニアＨと化学反応することのない吸着剤であれば、何ら制限無く採用することが可能である。
また、溶媒除去器７に用いられる溶媒分離膜モジュールの構造としても特に限定されず、例えば、中空糸膜型、平膜型等の一般的な構造のものを採用することができる。また、溶媒分離膜の材料としても特に限定されず、例えば、ポリアミド等の高分子有機膜、シリカゲル等の無機膜といった一般的な膜材料を用いることが可能である。
【0063】
なお、溶媒除去器７で除去された重水素化溶媒Ｌは、廃棄してもよいが、例えば、精製後に反応容器２で再利用することも可能である。
【0064】
［分離回収器］
分離回収器８は、溶媒除去器７の出口側に第２生成ガス送出ライン９２を介して接続される。分離回収器８は、上述したように、溶媒除去器７によって重水素化溶媒Ｌが除去された後の混合ガスＲを、目的生成物である重水素化アンモニアＨと、目的生成物に対する不純物となるキャリアガスＣとに分離するものである。これにより、分離回収器８は、生成物出口８１から高純度の重水素化アンモニアＨを導出するとともに、不純物排出口８２からキャリアガスＣを排出する。
分離回収器８は、溶媒除去器７の出口側に第２生成ガス送出ライン９２を介して接続される。分離回収器８は、上述したように、溶媒除去器７によって重水素化溶媒Ｌが除去された後の混合ガスＲを、目的生成物である重水素化アンモニアＨと、目的生成物に対する不純物となるキャリアガスＣとに分離するものである。これにより、分離回収器８は、生成物出口８１から高純度の重水素化アンモニアＨを導出するとともに、不純物排出口８２からキャリアガスＣを排出する。
【0065】
分離回収器８には、例えば、一般的な固化精製装置や蒸留装置等を採用することができる。
分離回収器８に用いられる固化精製装置としては、特に限定されないが、例えば、液体窒素等の寒剤で冷却された重水素化アンモニアＨとキャリアガスＣとの混合気体中において、重水素化アンモニアＨのみを固化・トラップし、固化しないキャリアガスＣ等の不純物をポンプで排気して除去することで、高純度の重水素化アンモニアＨが得られる装置等を採用できる。
分離回収器８に用いられる固化精製装置としては、特に限定されないが、例えば、液体窒素等の寒剤で冷却された重水素化アンモニアＨとキャリアガスＣとの混合気体中において、重水素化アンモニアＨのみを固化・トラップし、固化しないキャリアガスＣ等の不純物をポンプで排気して除去することで、高純度の重水素化アンモニアＨが得られる装置等を採用できる。
【0066】
［重水素化溶媒］
溶媒導入口２５から反応容器２に導入し、反応容器２内に貯留させて使用する重水素化溶媒Ｌとしては、特に限定されないが、例えば、ヒドロキシ基、アミノ基等のプロトン交換性官能基を有し、さらに、プロトン交換性官能基が重水素化されたものである必要がある。このような重水素化溶媒Ｌとしては、例えば、最も好ましくは重水が挙げられ、その他、重メタノール、重エタノール、重ジエチルアミン等を採用することができる。また、重水素化溶媒Ｌとしては、例えば、重酢酸等のような、アンモニアＡと化学反応することで重水素化アンモニアＨ以外の生成物を与える溶媒でない限り、上記の例示に限定されるものではない。
溶媒導入口２５から反応容器２に導入し、反応容器２内に貯留させて使用する重水素化溶媒Ｌとしては、特に限定されないが、例えば、ヒドロキシ基、アミノ基等のプロトン交換性官能基を有し、さらに、プロトン交換性官能基が重水素化されたものである必要がある。このような重水素化溶媒Ｌとしては、例えば、最も好ましくは重水が挙げられ、その他、重メタノール、重エタノール、重ジエチルアミン等を採用することができる。また、重水素化溶媒Ｌとしては、例えば、重酢酸等のような、アンモニアＡと化学反応することで重水素化アンモニアＨ以外の生成物を与える溶媒でない限り、上記の例示に限定されるものではない。
【0067】
＜重水素化アンモニアの製造方法＞
以下、本発明を適用した重水素化アンモニアの製造方法（以下、単に製造方法と称する場合がある。）について詳述する。
本実施形態においては、図１～図３に示した本実施形態の重水素化アンモニアの製造装置１を用いて重水素化アンモニアを製造する方法について、各手順及び条件、並びに、各ガス（液体）の流れを説明する。また、本実施形態では、重水素化溶媒Ｌとして重水を用い、キャリアガスＣとして窒素を用いた場合の一例を説明する。
なお、以下の説明では、上記の重水素化アンモニアの製造装置１の説明と重複する構成については、その詳細な説明を省略する。
以下、本発明を適用した重水素化アンモニアの製造方法（以下、単に製造方法と称する場合がある。）について詳述する。
本実施形態においては、図１～図３に示した本実施形態の重水素化アンモニアの製造装置１を用いて重水素化アンモニアを製造する方法について、各手順及び条件、並びに、各ガス（液体）の流れを説明する。また、本実施形態では、重水素化溶媒Ｌとして重水を用い、キャリアガスＣとして窒素を用いた場合の一例を説明する。
なお、以下の説明では、上記の重水素化アンモニアの製造装置１の説明と重複する構成については、その詳細な説明を省略する。
【0068】
本実施形態の重水素化アンモニアの製造方法は、アンモニアＡと重水素化溶媒Ｌとを反応容器内で混合して軽水素－重水素同位体交換反応を行うことにより、重水素化アンモニアＨを得る方法である。即ち、本実施形態の製造方法は、以下の（１）～（４）に示す各ステップを備える方法である。
（１）反応容器２に向けて重水素化溶媒Ｌを供給する重水素化溶媒供給ステップ。
（２）反応容器２に向けてアンモニアＡを供給するアンモニア供給ステップ。
（３）反応容器２の内部において、アンモニアＡと、反応容器２内に貯留された重水素化溶媒Ｌとで軽水素－重水素同位体交換反応を行う交換反応ステップ。
（４）反応容器２に向けてキャリアガスＣを供給するキャリアガス供給・バブリングステップ。
（１）反応容器２に向けて重水素化溶媒Ｌを供給する重水素化溶媒供給ステップ。
（２）反応容器２に向けてアンモニアＡを供給するアンモニア供給ステップ。
（３）反応容器２の内部において、アンモニアＡと、反応容器２内に貯留された重水素化溶媒Ｌとで軽水素－重水素同位体交換反応を行う交換反応ステップ。
（４）反応容器２に向けてキャリアガスＣを供給するキャリアガス供給・バブリングステップ。
【0069】
また、本実施形態では、上記（３）の交換反応ステップとして、反応容器２を計３台で用いるとともに、複数の反応容器２Ａ，２Ｂ，２Ｃの各々の間を直列で接続する２本の混合ガス移送ライン５１，５２を用い、この混合ガス移送ライン５１，５２が、反応容器２（２Ａ又は２Ｂ）内で生成された重水素化アンモニアＨ及びキャリアガスＣの混合ガスＲを、それぞれ後段の反応容器（２Ｂ又は２Ｃ）に向けて移送することにより、複数の反応容器２Ａ，２Ｂ，２Ｃ内において、順次、軽水素－重水素同位体交換反応を行う方法について説明する。
さらに、本実施形態では、複数の反応容器２Ａ，２Ｂ，２Ｃの各々の間を直列で接続する２本の溶媒移送ライン６１，６２を用い、反応容器２（２Ｂ又は２Ｃ）内に残存する重水素化溶媒Ｌの一部又は全部を、それぞれ前段の反応容器２（２Ａ又は２Ｂ）に向けて移送する方法について説明する。
さらに、本実施形態では、複数の反応容器２Ａ，２Ｂ，２Ｃの各々の間を直列で接続する２本の溶媒移送ライン６１，６２を用い、反応容器２（２Ｂ又は２Ｃ）内に残存する重水素化溶媒Ｌの一部又は全部を、それぞれ前段の反応容器２（２Ａ又は２Ｂ）に向けて移送する方法について説明する。
【0070】
なお、本実施形態では、上記の（１）に示した重水素化溶媒供給ステップについては、工業的に独立した工程として実施する一方、上記の（２）～（４）に示した各ステップは、必ずしも時系列で完全に分離して実施する工程とは限らないため、以下においては、各ステップを併せた総合的な内容で説明する。
【0071】
まず、重水素化溶媒供給ステップにおいて、反応容器２の溶媒導入口２５から重水素化溶媒Ｌとして重水を供給する。
次いで、アンモニア供給ステップ及び交換反応ステップにおいて、反応容器２Ａ内部を攪拌機構２４で攪拌しながら、アンモニア供給ライン３２を介して、反応容器２Ａに備えられたガス導入口２１からアンモニアＡを供給することで軽水素－重水素同位体交換反応を行う。
このときの条件は、特に限定されるものではなく、工程における種々の状況に応じて適宜選択することができ、例えば、重水素化溶媒Ｌの供給量：１～１０ｋｇ、アンモニアＡの供給量：０．０１～１０ｋｇ、アンモニアＡの供給流量：１～２０Ｌ／ｍｉｎ、攪拌速度：６００～１０００ｒｐｍの範囲の各条件を組み合わせて選択することができる。なお、攪拌速度が大きいほど、反応容器２内に供給されるガスの気泡が重水素化溶媒Ｌ内に均一に拡散しやすくなるため、上記のように６００ｒｐｍ以上であることが好ましい。
次いで、アンモニア供給ステップ及び交換反応ステップにおいて、反応容器２Ａ内部を攪拌機構２４で攪拌しながら、アンモニア供給ライン３２を介して、反応容器２Ａに備えられたガス導入口２１からアンモニアＡを供給することで軽水素－重水素同位体交換反応を行う。
このときの条件は、特に限定されるものではなく、工程における種々の状況に応じて適宜選択することができ、例えば、重水素化溶媒Ｌの供給量：１～１０ｋｇ、アンモニアＡの供給量：０．０１～１０ｋｇ、アンモニアＡの供給流量：１～２０Ｌ／ｍｉｎ、攪拌速度：６００～１０００ｒｐｍの範囲の各条件を組み合わせて選択することができる。なお、攪拌速度が大きいほど、反応容器２内に供給されるガスの気泡が重水素化溶媒Ｌ内に均一に拡散しやすくなるため、上記のように６００ｒｐｍ以上であることが好ましい。
【0072】
次いで、キャリアガス供給・バブリングステップにおいて、反応容器２Ａ内に、キャリアガス供給ライン４及びアンモニア供給ライン３２を介して、キャリアガスＣとして窒素を供給することで、重水素化溶媒Ｌに溶解している反応後の重水素化アンモニアＨをガス化させて抽出する。
また、本実施形態のキャリアガス供給・バブリングステップにおいては、上記（３）の交換反応ステップにおける重水素化溶媒ＬをキャリアガスＣでバブリングすることにより、重水素化溶媒Ｌ中から重水素化アンモニアＨを抽出する。
このときの条件も、特に限定されるものではなく、工程における種々の状況に応じて適宜選択することができ、例えば、キャリアガスＣの流量：５～５０Ｌ／ｍｉｎ、供給圧力：０．０１～０．９ＭＰａＧの範囲の各条件を組み合わせて選択することができる。
また、本実施形態のキャリアガス供給・バブリングステップにおいては、上記（３）の交換反応ステップにおける重水素化溶媒ＬをキャリアガスＣでバブリングすることにより、重水素化溶媒Ｌ中から重水素化アンモニアＨを抽出する。
このときの条件も、特に限定されるものではなく、工程における種々の状況に応じて適宜選択することができ、例えば、キャリアガスＣの流量：５～５０Ｌ／ｍｉｎ、供給圧力：０．０１～０．９ＭＰａＧの範囲の各条件を組み合わせて選択することができる。
【0073】
キャリアガスＣを供給している間は、反応容器２を加熱することが好ましい。これは、キャリアガスＣの供給によって重水素化アンモニアＨが気化する際に、蒸発潜熱によって重水素化溶媒Ｌが常温以下に冷却されてガス溶解度が大きくなり、重水素化アンモニアＨのガス化効率が大きく低下することを防止するためである。この際の加熱温度としては、反応容器２の内部が常温～６０℃となる程度が好ましく、例えば、６０℃程度であることがより好ましい。これは、加熱温度が高いほどガス化効率は向上するものの、重水素化溶媒Ｌが蒸発しやすくなり、不純物として後続の装置に混入しやすくなるのを防止するためである。
【0074】
次いで、ガス化された重水素化アンモニアＨ及びキャリアガスＣの混合ガスＲは、ガス導出口２２から導出され、混合ガス移送ライン５１に設けられたガス冷却部１０によって冷却される。
ガス冷却部１０による冷却温度は、低いほど重水素化溶媒Ｌを凝縮して取り除く効果が向上するものの、凝縮した重水素化溶媒Ｌに対する重水素化アンモニアＨの溶解度も高められることで歩留まりが低下してしまうこと、並びに、重水素化溶媒Ｌに用いる重水の融点である４℃以下に冷却すると、ガス冷却部１０の内部で重水素化溶媒Ｌが固化して流路閉塞を招くおそれがあること等を考慮し、５℃～１０℃の範囲に設定することが好ましい。
ガス冷却部１０による冷却温度は、低いほど重水素化溶媒Ｌを凝縮して取り除く効果が向上するものの、凝縮した重水素化溶媒Ｌに対する重水素化アンモニアＨの溶解度も高められることで歩留まりが低下してしまうこと、並びに、重水素化溶媒Ｌに用いる重水の融点である４℃以下に冷却すると、ガス冷却部１０の内部で重水素化溶媒Ｌが固化して流路閉塞を招くおそれがあること等を考慮し、５℃～１０℃の範囲に設定することが好ましい。
【0075】
次いで、冷却後の重水素化アンモニアＨ及びキャリアガスＣの混合ガスＲを、混合ガス移送ライン５１を介して２段目の反応容器２Ｂに導入し、上記同様のアンモニア供給ステップ、キャリアガス供給・バブリングステップ、交換反応ステップを実施する。
次いで、上記の混合ガスＲを、混合ガス移送ライン５２を介して３段目の反応容器２Ｃに導入し、上記同様の各ステップを実施する。
次いで、上記の混合ガスＲを、混合ガス移送ライン５２を介して３段目の反応容器２Ｃに導入し、上記同様の各ステップを実施する。
【0076】
次いで、３段目の反応容器２Ｃから導出された重水素化アンモニアＨ及びキャリアガスＣの混合ガスＲは、ガス冷却部１０による冷却処理を経て、第１生成ガス送出ライン９１を介して後段の溶媒除去器７に導入され、不純物となる重水素化溶媒Ｌが除去される。
次いで、溶媒除去器７で精製された重水素化アンモニアＨ及びキャリアガスＣの混合ガスＲは、後段の分離回収器８に導入され、重水素化アンモニアＨとキャリアガスＣとに分離することで、不純物となるキャリアガスＣを除去する。
次いで、反応容器２中の重水素化アンモニアＨの回収が終了した後、キャリアガスＣの反応容器２内への供給を停止する。
以上により、３台の反応容器２Ａ，２Ｂ，２Ｃを用いた１バッチの重水素化アンモニアＨの合成手順が終了する。
次いで、溶媒除去器７で精製された重水素化アンモニアＨ及びキャリアガスＣの混合ガスＲは、後段の分離回収器８に導入され、重水素化アンモニアＨとキャリアガスＣとに分離することで、不純物となるキャリアガスＣを除去する。
次いで、反応容器２中の重水素化アンモニアＨの回収が終了した後、キャリアガスＣの反応容器２内への供給を停止する。
以上により、３台の反応容器２Ａ，２Ｂ，２Ｃを用いた１バッチの重水素化アンモニアＨの合成手順が終了する。
【0077】
次に、本実施形態における、複数の反応容器２Ａ，２Ｂ，２Ｃを用いて交換反応ステップを行う方法について詳述する。
通常、２バッチ目以降の軽水素－重水素同位体交換反応を行う場合、交換反応によって重水素化率が低下した重水素化溶媒Ｌを未使用のものに入れ換える必要がある。このとき、図１に示す製造装置１のように、複数（図示例では３台）の反応容器２（２Ａ，２Ｂ，２Ｃ）を用いる場合には、全ての重水素化溶媒Ｌを未使用のものに入れ換える必要はない。これは、反応容器２Ａよりも後段側の反応容器２（反応容器２Ｂ）に収容された重水素化溶媒Ｌは、重水素化率の低下が小さいことから、２バッチ目の交換反応においても再利用することが可能なためである。
通常、２バッチ目以降の軽水素－重水素同位体交換反応を行う場合、交換反応によって重水素化率が低下した重水素化溶媒Ｌを未使用のものに入れ換える必要がある。このとき、図１に示す製造装置１のように、複数（図示例では３台）の反応容器２（２Ａ，２Ｂ，２Ｃ）を用いる場合には、全ての重水素化溶媒Ｌを未使用のものに入れ換える必要はない。これは、反応容器２Ａよりも後段側の反応容器２（反応容器２Ｂ）に収容された重水素化溶媒Ｌは、重水素化率の低下が小さいことから、２バッチ目の交換反応においても再利用することが可能なためである。
【0078】
例えば、重水素化溶媒Ｌとして９９．８ａｔｏｍ％Ｄの重水を用い、１バッチ目が終了した後の重水素化率が、１段目：８０．０ａｔｏｍ％Ｄ、２段目：９５．０ａｔｏｍ％Ｄ、３段目：９９．０ａｔｏｍ％Ｄとなった場合には、図３中に示すように、まず、１段目の反応容器２Ａ内の重水素化溶媒Ｌのみを溶媒出口２６から排出する。そして、２段目の反応容器２Ｂ内の重水素化溶媒Ｌを、溶媒移送ライン６１を介して１段目の反応容器２Ａ内に移送させ、３段目の反応容器２Ｃ内の重水素化溶媒Ｌを、溶媒移送ライン６２を介して２段目の反応容器２Ｂ内に移送させた後、３段目の反応容器２Ｃ内にのみ、未使用の重水素化溶媒Ｌを補給する。このとき、２バッチ目の交換反応開始前の重水素化率は、１段目：９５．０ａｔｏｍ％Ｄ、２段目：９９．０ａｔｏｍ％Ｄ、３段目：９９．８ａｔｏｍ％Ｄとなる。このような条件で、２バッチ目の交換反応を実施することで得られる重水素化アンモニアＨの重水素化率は、１バッチ目と比較してほとんど変化しない。即ち、毎バッチにおいて全ての重水素化溶媒Ｌを未使用のものに入れ換える必要は無く、重水素化溶媒Ｌの一部を再利用することで、重水素化溶媒Ｌとして用いる高価な重水の使用量や廃棄量を削減することが可能になる。また、例えば、重水素化溶媒Ｌの再利用が、上記のうちの一部のみに留まった場合や、重水素化溶媒Ｌを２段以上前段で配置された反応容器２に移送させた場合であっても、重水素化溶媒Ｌ使用量や廃棄量の削減に一定の効果が得られる。
【0079】
本実施形態の製造方法では、以上の手順により、高温・高圧条件を用いることなく、目的物質である重水素化アンモニアＨを得ることができる。また、反応容器２を複数用いることで、使用する重水素化溶媒Ｌの総量を低減できる。さらに、反応容器２Ａ，２Ｂ，２Ｃの各々の間を溶媒移送ライン６１，６２で接続し、重水素化溶媒Ｌを再利用することで、バッチ単位での重水素化溶媒Ｌの排出量を低減し、効率よく交換反応を行うことができる。
【0080】
また、本実施形態においては、上記（２）のアンモニア供給ステップ及び上記（３）の交換反応ステップの後に、キャリアガスＣを供給する上記（４）のキャリアガス供給・バブリングステップを実施する例について説明しているが、これには限定されない。例えば、上記（２）のアンモニア供給ステップにおいてアンモニアＡを供給するのと平行して、上記（４）のキャリアガス供給・バブリングステップを実施することにより、アンモニアＡ及びキャリアガスＣを反応容器２内に同時供給することも可能である。
【0081】
また、上記の説明においては、図１や図３に示したような、３台の反応容器２Ａ，２Ｂ，２Ｃが直列で接続された製造装置１を用いた場合について説明しているが、交換反応の回数（段数）、即ち、複数の反応容器２の台数や、これらを接続する各ラインの本数等は、これには限定されない。例えば、交換反応の回数は３回よりも多くすることも可能であるが、上述したように、反応容器２の台数が増えることは装置の大型化を招く懸念もあるため、３回程度とすることが好ましい。
【0082】
＜作用効果＞
以上説明したように、本実施形態の重水素化アンモニアの製造方法によれば、反応容器２に向けてアンモニアＡを供給するアンモニア供給ステップと、反応容器２の内部において、アンモニアＡと重水素化溶媒Ｌとで軽水素－重水素同位体交換反応を行う交換反応ステップと、反応容器２に向けてキャリアガスＣを供給するキャリアガス供給・バブリングステップとを備えた方法を採用している。
このように、例えば、ヒドロキシ基、アミノ基等のようなプロトン交換性官能基を有する重水素化溶媒Ｌと、重水素化されていないアンモニアＡとを混合・溶解して交換反応を行い、その後、キャリアガスＣの供給により、重水素化溶媒Ｌに溶解した重水素化アンモニアＨをガスの形で取り出すことで、高温や高圧の条件を必要とすることなく、重水素化アンモニアＨを得ることができる。
従って、製造工程におけるエネルギー負荷が抑制され、低コスト且つ優れた生産効率で重水素化アンモニアＨを製造することが可能になる。
以上説明したように、本実施形態の重水素化アンモニアの製造方法によれば、反応容器２に向けてアンモニアＡを供給するアンモニア供給ステップと、反応容器２の内部において、アンモニアＡと重水素化溶媒Ｌとで軽水素－重水素同位体交換反応を行う交換反応ステップと、反応容器２に向けてキャリアガスＣを供給するキャリアガス供給・バブリングステップとを備えた方法を採用している。
このように、例えば、ヒドロキシ基、アミノ基等のようなプロトン交換性官能基を有する重水素化溶媒Ｌと、重水素化されていないアンモニアＡとを混合・溶解して交換反応を行い、その後、キャリアガスＣの供給により、重水素化溶媒Ｌに溶解した重水素化アンモニアＨをガスの形で取り出すことで、高温や高圧の条件を必要とすることなく、重水素化アンモニアＨを得ることができる。
従って、製造工程におけるエネルギー負荷が抑制され、低コスト且つ優れた生産効率で重水素化アンモニアＨを製造することが可能になる。
【0083】
また、本実施形態の重水素化アンモニアの製造装置１によれば、上記のように、反応容器２に向けてアンモニアＡを供給するアンモニア供給ライン３２を含むアンモニア供給部３と、反応容器２に向けてキャリアガスＣを供給するキャリアガス供給ライン４を含むキャリアガス供給部とを備え、反応容器２が、供給されたアンモニアＡと、内部に貯留された重水素化溶媒Ｌとで軽水素－重水素同位体交換反応を行う構成を採用している。
これにより、上記同様、重水素化溶媒Ｌと、重水素化されていないアンモニアＡとで交換反応を行い、キャリアガスＣの供給により、重水素化溶媒Ｌに溶解した重水素化アンモニアＨをガスの形で取り出すことで、高温や高圧の条件を必要とすることなく、重水素化アンモニアＨが得られる。
従って、上記同様、製造工程におけるエネルギー負荷が抑制され、低コスト且つ優れた生産効率で重水素化アンモニアＨを製造することが可能になる。
これにより、上記同様、重水素化溶媒Ｌと、重水素化されていないアンモニアＡとで交換反応を行い、キャリアガスＣの供給により、重水素化溶媒Ｌに溶解した重水素化アンモニアＨをガスの形で取り出すことで、高温や高圧の条件を必要とすることなく、重水素化アンモニアＨが得られる。
従って、上記同様、製造工程におけるエネルギー負荷が抑制され、低コスト且つ優れた生産効率で重水素化アンモニアＨを製造することが可能になる。
【0084】
＜その他の形態＞
以上、本発明の実施形態について、図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明には、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
以上、本発明の実施形態について、図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明には、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【実施例】
【0085】
以下、本発明の重水素化アンモニアの製造方法及び製造装置の実施例について説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【0086】
［実施例１］
実施例１においては、図１に示すような、本発明に係る重水素化アンモニアの製造装置１を使用し、以下に示す条件により、重水素化アンモニアＨを合成するステップを実施した。
そして、合成・精製した重水素化アンモニアＨを図視略の封入容器で回収した後、ＦＴ－ＩＲ（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：フーリエ変換赤外分光法）により、定性純度分析を行った。
また、合成・精製した重水素化アンモニアＨについて、ＧＣ（ガスクロマトグラフィ）、及び、１Ｈ－ＮＭＲ（Ｐｒｏｔｏｎ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：プロトン核磁気共鳴）により、定量純度分析を行った。
実施例１においては、図１に示すような、本発明に係る重水素化アンモニアの製造装置１を使用し、以下に示す条件により、重水素化アンモニアＨを合成するステップを実施した。
そして、合成・精製した重水素化アンモニアＨを図視略の封入容器で回収した後、ＦＴ－ＩＲ（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：フーリエ変換赤外分光法）により、定性純度分析を行った。
また、合成・精製した重水素化アンモニアＨについて、ＧＣ（ガスクロマトグラフィ）、及び、１Ｈ－ＮＭＲ（Ｐｒｏｔｏｎ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：プロトン核磁気共鳴）により、定量純度分析を行った。
【0087】
以下、実施例１における重水素化アンモニアＨの合成条件を示す。
（１）反応容器２：内径１６０ｍｍ、高さ４００ｍｍ（計３台を直列接続で使用）
（２）重水素化溶媒Ｌ：重水
（３）重水素化溶媒Ｌの重水素化率：９９．８ａｔｏｍ％Ｄ
（４）重水素化溶媒Ｌの使用量：８ｋｇ×３台（反応容器２）
（５）アンモニアＡの供給流量：１０Ｌ／ｍｉｎ
（６）キャリアガスＣ：窒素
（７）キャリアガスＣの供給流量：２５Ｌ／ｍｉｎ
（８）反応容器２内の圧力：０．０５～０．１ＭＰａＧ
（９）散気管２３Ａ：濾過径５０μｍのSUS製焼結金属フィルター
（１０）攪拌速度：６００ｒｐｍ
（１１）反応容器２内の温度：５５℃（加熱温度：６０℃）
（１２）冷却後の混合ガスの温度：７℃（冷却温度：５℃）
（１３）その他条件（溶媒除去器７及び分離回収器８の容量、圧力、温度）：適宜調整
（１）反応容器２：内径１６０ｍｍ、高さ４００ｍｍ（計３台を直列接続で使用）
（２）重水素化溶媒Ｌ：重水
（３）重水素化溶媒Ｌの重水素化率：９９．８ａｔｏｍ％Ｄ
（４）重水素化溶媒Ｌの使用量：８ｋｇ×３台（反応容器２）
（５）アンモニアＡの供給流量：１０Ｌ／ｍｉｎ
（６）キャリアガスＣ：窒素
（７）キャリアガスＣの供給流量：２５Ｌ／ｍｉｎ
（８）反応容器２内の圧力：０．０５～０．１ＭＰａＧ
（９）散気管２３Ａ：濾過径５０μｍのSUS製焼結金属フィルター
（１０）攪拌速度：６００ｒｐｍ
（１１）反応容器２内の温度：５５℃（加熱温度：６０℃）
（１２）冷却後の混合ガスの温度：７℃（冷却温度：５℃）
（１３）その他条件（溶媒除去器７及び分離回収器８の容量、圧力、温度）：適宜調整
【0088】
上記条件で合成した重水素化アンモニアＨのＦＴ－ＩＲスペクトルを図４に示すとともに、ＧＣ及び１Ｈ－ＮＭＲによる分析結果を下記表１に示す。
【0089】
【表1】
【0090】
図４のスペクトルに示すように、実施例１で合成した重水素化アンモニアＨから得られたピークは、原料であるアンモニアから短波長側にシフトしており、さらに、目標生成物である重水素化アンモニアと一致したことから、重水素化アンモニアが得られたと推察される。
さらに、表1に示すように、実施例１で合成した重水素化アンモニアＨは、化学純度が高く、また、高重水素化率であることが確認できた。
さらに、表1に示すように、実施例１で合成した重水素化アンモニアＨは、化学純度が高く、また、高重水素化率であることが確認できた。
【0091】
［実施例２］
実施例２においては、実施例１と同様の手順及び条件で１バッチ目の重水素化アンモニアを合成した後、さらに、２バッチ目の合成を実施した。ここで、２バッチ目については、実施例１で実施した１バッチ目と同様の手順及び条件で実施したが、重水素化溶媒Ｌの供給については、最前段の反応容器２Ａ内の重水素化溶媒Ｌのみを排出させ、反応容器２Ｂ及び反応容器２Ｃ内の重水素化溶媒Ｌは、それぞれ前段側の反応容器２Ａ又は反応容器２Ｂに移送して再利用し、最終段の反応容器２Ｃにのみ、未使用の重水素化溶媒Ｌを供給した。
実施例２においては、実施例１と同様の手順及び条件で１バッチ目の重水素化アンモニアを合成した後、さらに、２バッチ目の合成を実施した。ここで、２バッチ目については、実施例１で実施した１バッチ目と同様の手順及び条件で実施したが、重水素化溶媒Ｌの供給については、最前段の反応容器２Ａ内の重水素化溶媒Ｌのみを排出させ、反応容器２Ｂ及び反応容器２Ｃ内の重水素化溶媒Ｌは、それぞれ前段側の反応容器２Ａ又は反応容器２Ｂに移送して再利用し、最終段の反応容器２Ｃにのみ、未使用の重水素化溶媒Ｌを供給した。
【0092】
そして、実施例２で得られた重水素化アンモニアＨについて、実施例１と同様の方法で分析したところ、実施例１で得られた重水素化アンモニアＨの図４に示したスペクトル、並びに、表１に示した分析結果を再現する結果となった。
【0093】
以上説明した実施例の結果より、本発明の重水素化アンモニアの製造方法及び製造装置が、高温・高圧条件を必要とすることなく、目的物質である重水素化アンモニアを高化学純度、高重水素化率で得られることが明らかとなった。また、２バッチ目の合成では、重水素化溶媒の一部を採用した場合でも、化学純度と重水素化率に影響が無いことが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【0094】
本発明の重水素化アンモニアの製造方法及び製造装置は、高温や高圧の条件を必要とすることなく、製造工程におけるエネルギー負荷が抑制され、低コスト且つ優れた生産効率で重水素化アンモニアを製造することが可能なものである。従って、本発明は、例えば、種々の反応機構の解明、並びに、医薬農薬分野におけるトレーサー・プローブ等の試薬や、農薬、医薬の合成ビルディングブロックとしての用途における重水素化アンモニアを得る製造方法及び製造装置として非常に好適である。
【符号の説明】
【0095】
１…重水素化アンモニアの製造装置
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ…反応容器（複数の反応容器）
２１…ガス導入口
２２…ガス導出口
２３…ガス供給配管
２３ａ…出口
２３Ａ…散気管
２４…攪拌機構
２５…溶媒導入口
２６…溶媒出口
２７…加圧用ガス導入口
３…アンモニア供給部
３１…アンモニア容器
３２…アンモニア供給ライン
４…キャリアガス供給ライン（キャリアガス供給部）
５１，５２…混合ガス移送ライン
６１，６２…溶媒移送ライン
６０ａ，６０ｂ…開閉バルブ
７…溶媒除去器
８…分離回収器
９１…第１生成ガス送出ライン
９２…第２生成ガス送出ライン
１０…ガス冷却部
Ａ…アンモニア
Ｌ…重水素化溶媒
Ｃ…キャリアガス
Ｒ…混合ガス（重水素化アンモニア及びキャリアガスの混合ガス）
Ｈ…重水素化アンモニア
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ…反応容器（複数の反応容器）
２１…ガス導入口
２２…ガス導出口
２３…ガス供給配管
２３ａ…出口
２３Ａ…散気管
２４…攪拌機構
２５…溶媒導入口
２６…溶媒出口
２７…加圧用ガス導入口
３…アンモニア供給部
３１…アンモニア容器
３２…アンモニア供給ライン
４…キャリアガス供給ライン（キャリアガス供給部）
５１，５２…混合ガス移送ライン
６１，６２…溶媒移送ライン
６０ａ，６０ｂ…開閉バルブ
７…溶媒除去器
８…分離回収器
９１…第１生成ガス送出ライン
９２…第２生成ガス送出ライン
１０…ガス冷却部
Ａ…アンモニア
Ｌ…重水素化溶媒
Ｃ…キャリアガス
Ｒ…混合ガス（重水素化アンモニア及びキャリアガスの混合ガス）
Ｈ…重水素化アンモニア
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】