JP2013170086A

JP2013170086A - 肥料製造システム及び方法

Info

Publication number: JP2013170086A
Application number: JP2012033373A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yamamoto; 崇山元; Takeshi Amari; 猛甘利; Katsuhiko Shinoda; 克彦篠田; Masashi Hishida; 正志菱田; Keigo Matsumoto; 啓吾松本
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2012-02-17
Filing date: 2012-02-17
Publication date: 2013-09-02

Abstract

【課題】肥料である尿素を製造する際に、バイオマスガス化ガスを有効利用して、天然ガスの消費量を低減し、尿素の収率を向上させることができる肥料製造システム及び方法を提供する。
【解決手段】肥料製造システム１０は、供給される天然ガス１１を改質して水素（Ｈ₂）リッチの改質ガス１２を得るガス改質装置１３と、供給されるバイオマス２１をガス化してバイオマスガス化ガス２２を得るバイオマスガス化炉２３と、前記バイオマスガス化ガス２２を精製してバイオマス由来の精製ガス２４を得るガス精製装置２５と、前記改質ガス１２及び前記バイオマス由来の精製ガス２４からアンモニア３１を合成するアンモニア合成装置３２と、前記得られたアンモニア３１と、アンモニア合成装置３２から排出されるオフガス３３中の二酸化炭素（ＣＯ₂）とから尿素（ＮＨ₂（ＣＯ）ＮＨ₂）４１を製造する尿素合成装置４２と、を具備することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、バイオマス等の有機燃料由来のガス化ガスと、天然ガス由来のガス化ガスとを用いて、肥料である尿素を製造する肥料製造システム及び方法に関する。

一般にバイオマスとは、エネルギー源または工業原料として利用することのできる生物体（例えば、農業生産物または副産物、木材、植物等）をいい、太陽エネルギー、空気、水、土壌等の作用により生成されるので、無限に再生可能である。

このバイオマスを水蒸気・酸素でガス化し、水素を多く含むガスを生成し、液体燃料および化成品製造を行うシステムが提案され、特に液体燃料においてはメタノール、ＤＭＥ（ジメチルエーテル）、ガソリン等の製造が実証、実用化されている。

一方、現在における肥料(尿素)製造プラントの多くは、一般に安価な天然ガスを原料とし、アンモニアを介して肥料製造を行っている（特許文献１）。

この肥料製造プラントでは、天然ガスを改質し、改質により得られた水素リッチガスを基に、下記反応により、アンモニア（ＮＨ₃）を製造し、このアンモニア（ＮＨ₃）と二酸炭素（ＣＯ₂）とから、尿素（ＮＨ₂（ＣＯ）ＮＨ₂）を合成している。
アンモニア合成反応：Ｎ₂＋３Ｈ₂→２ＮＨ₃
尿素合成反応：２ＮＨ₃＋ＣＯ₂→ＮＨ₂（ＣＯ）ＮＨ₂＋Ｈ₂

特開２０００−１５９５１９号公報

しかしながら、近年において、燃料および原料としての天然ガスの需要が急激に増大し、天然ガスの原料不足やそのコスト上昇が懸念されている。
また、尿素合成における二酸化炭素（ＣＯ₂）源としては、通常アンモニア製造時のオフガスを使用しているが、アンモニアとオフガスのＣＯ₂のバランスから、ＣＯ₂が不足する場合がある。

本発明は、前記問題に鑑み、肥料である尿素を製造する際に、バイオマスガス化ガスを有効利用して、天然ガスの消費量を低減し、尿素の収率を向上させることができる肥料製造システム及び方法を提供することを課題とする。

上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、供給される天然ガスを改質して水素リッチガスを得るガス改質装置と、供給されるバイオマスをガス化してバイオマスガス化ガスを得るバイオマスガス化炉と、前記バイオマスガス化ガスを精製してバイオマス由来の精製ガスを得る精製装置と、前記改質ガス及び前記バイオマス由来の精製ガスからアンモニアを合成するアンモニア合成装置と、前記得られたアンモニアと、アンモニア合成装置から排出されるオフガス中の二酸化炭素とから尿素を製造する尿素合成装置と、を具備することを特徴とする肥料製造システムにある。

第２の発明は、第１の発明において、前記バイオマス由来の精製ガスの二酸化炭素の割合が３５容量％以上であることを特徴とする肥料製造システムにある。

第３の発明は、供給される天然ガスを改質して得られた水素と、供給されるバイオマスをガス化したバイオマスガス化ガスを精製して得られたバイオマス由来の精製ガスとを用いて、アンモニアを合成すると共に、前記得られたアンモニアと二酸化炭素とから尿素を製造することを特徴とする肥料製造方法にある。

第４の発明は、第３の発明において、前記バイオマス由来の精製ガスの二酸化炭素の割合が３５容量％以上であることを特徴とする肥料製造方法にある。

本発明によれば、天然ガスとバイオマス由来の精製ガスをアンモニア合成の水素源として併給することで、尿素合成まで含めたプラント全体の水素及びＣＯ₂バランスを最適化することができる。

図１は、実施例１に係る肥料製造システムの概略図である。図２は、アンモニア合成装置の概略図である。図３は、実施例２に係る肥料製造システムの概略図である。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

本発明による実施例に係る肥料製造システムについて、図面を参照して説明する。図１は、実施例１に係る肥料製造システムの概略図である。図２は、アンモニア合成装置の概略図である。
図１に示すように、本実施例に係る肥料製造システム１０は、供給される天然ガス１１を改質して水素（Ｈ₂）リッチの改質ガス（以下「改質ガス」という）１２を得るガス改質装置１３と、供給されるバイオマス２１をガス化してバイオマスガス化ガス２２を得るバイオマスガス化炉２３と、前記バイオマスガス化ガス２２を精製してバイオマス由来の精製ガス２４を得る精製装置２５と、前記改質ガス１２及び前記バイオマス由来の精製ガス２４からアンモニア３１を合成するアンモニア合成装置３２と、前記得られたアンモニア３１と、アンモニア合成装置３２から排出されるオフガス３３中の二酸化炭素（ＣＯ₂）とから尿素（ＮＨ₂（ＣＯ）ＮＨ₂）４１を製造する尿素合成装置４２と、を具備することを特徴とする。

ここで、前記アンモニア合成装置３２は、図２に示すように、前記改質ガス１２及び前記バイオマス由来の精製ガス２４が供給され、両者のガス中の一酸化炭素（ＣＯ）を二酸化炭素に転換するＣＯ転化反応器３４と、改質ガス１２中の得られた二酸化炭素（ＣＯ₂）を除去する二酸化炭素除去器３５と、該二酸化炭素除去器３５で二酸化炭素がオフガス３３として除去された水素と窒素とを含む合成原料ガス３６を圧縮する合成ガス圧縮器３７と、圧縮した合成原料ガスからアンモニア３１を合成するアンモニア合成反応器３８とを備えている。
なお、ＣＯ転化反応器３４において、ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）を二酸化炭素に転換する際には水蒸気を供給している。

本実施例によれば、天然ガス１１の改質ガスである改質ガス１２に加えて、バイオマスガス化ガス２２を精製したバイオマス由来の精製ガス２４を併給することで、アンモニア合成における天然ガス１１の消費量を低減することができる。

また、天然ガス１１とバイオマス由来の精製ガス２４をアンモニア合成の水素源として併給することで、尿素合成まで含めたプラント全体の水素及びＣＯ₂バランスを最適化することができる。

これは、バイオマス由来の精製ガス２４は、二酸化炭素の量が大きいので、尿素合成におけるＣＯ₂源として使用しているアンモニア合成装置３２のＣＯ₂除去装置３５からのオフガス３３中のＣＯ₂のバランスを補完することとなり、尿素の収率の向上に寄与することとなる。

ここで、一例として、バイオマスガス化ガス中の水素（Ｈ₂）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ₂）の比率は、水素（Ｈ₂）が４０容量％、一酸化炭素（ＣＯ）が２５容量％、二酸化炭素（ＣＯ₂）が３５容量％であり、この二酸化炭素の含有量が多いことにより、尿素製造における二酸化炭素を補うこととなる。

このように、本発明によれば、供給される天然ガス１１を改質して得られた水素（Ｈ₂）と、供給されるバイオマス２１をガス化したバイオマスガス化ガス２２を精製して得られたバイオマス由来の精製ガス２４とを用いて、アンモニア３１を合成すると共に、前記得られたアンモニア３１と、アンモニア合成の際に排出されるオフガス３３中の二酸化炭素とから尿素４１を製造することにより、尿素合成まで含めたプラント全体の水素及び二酸化炭素（ＣＯ₂）のバランスを最適化することができ、尿素の収率の向上を図ることができる。

この結果、バイオマス２１を改質した代替天然ガス（ＳＮＧ：ＳｕｂｓｔｉｔｕｔｅＮａｔｕｒａｌＧａｓ）を用いることなく、バイオマスをガス化して精製したバイオマス由来の精製ガス２４を、アンモニア製造の原料とすることで、天然ガスの消費量を減らすことができる。また、バイオマス由来の精製ガス２４中には二酸化炭素が多く含まれているので、この二酸化炭素を尿素製造の原料として用いることができるので、天然ガスの消費量を低減しつつ、尿素の製造収率の向上を図ることができることとなる。

本発明による実施例に係る肥料製造システムについて、図面を参照して説明する。図３は、実施例２に係る肥料製造システムの概略図である。なお、実施例１の肥料製造システムと同一部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
図３に示すように、本実施例に係る肥料製造システム１０は、既設尿素製造システム３０のアンモニア合成装置３２に、バイオマス由来の精製ガス２４を供給するものである。

すなわち、既設尿素製造システム３０における天然ガス１１を原料とした肥料製造システムに、バイオマス２１をガス化するバイオマスガス化炉２３を追設して、バイオマスガス化ガス２２を得、このバイオマスガス化ガス２２を精製したバイオマス由来の精製ガス２４を製造し、このバイオマス由来の精製ガス２４をアンモニア合成装置３２に供給することで、尿素４１の収率を向上させるようにしている。

本実施例によれば、天然ガス１１を原料とした既設肥料製造システム３０にバイオマスガス化炉２３及びガス精製装置２５を追設し、得られたバイオマス由来の精製ガス２４をアンモニア合成装置３２に供給することで、供給ガス(水素リッチガス)中のＣＯ₂量を増加させ、アンモニア合成時のオフガス中の二酸化炭素（ＣＯ₂）量を尿素合成に十分な量とすることができる。

よって、肥料製造システムにおいて、バイオマス由来の精製ガス２４中の組成を計測しながら、バイオマス２１の供給量を制御することで、尿素製造システム全体のバランスを最適化しながら運転することで、尿素の製造の効率が向上する。

１０肥料製造システム
１１天然ガス
１２水素（Ｈ₂）リッチの改質ガス
１３ガス改質装置
２１バイオマス
２２バイオマスガス化ガス
２３バイオマスガス化炉
２４バイオマス由来の精製ガス
３１アンモニア
３２アンモニア合成装置
３３オフガス
４１尿素
４２尿素合成装置

Claims

供給される天然ガスを改質して水素リッチの改質ガスを得るガス改質装置と、
供給されるバイオマスをガス化してバイオマスガス化ガスを得るバイオマスガス化炉と、
前記バイオマスガス化ガスを精製してバイオマス由来の精製ガスを得る精製装置と、
前記水素リッチの改質ガス及び前記バイオマス由来の精製ガスからアンモニアを合成するアンモニア合成装置と、
前記得られたアンモニアと、アンモニア合成装置から排出されるオフガス中の二酸化炭素とから尿素を製造する尿素合成装置と、を具備することを特徴とする肥料製造システム。
請求項１において、
前記バイオマス由来の精製ガスの二酸化炭素の割合が３５容量％以上であることを特徴とする肥料製造システム。
供給される天然ガスを改質して得られた水素と、供給されるバイオマスをガス化したバイオマスガス化ガスを精製して得られたバイオマス由来の精製ガスとを用いて、アンモニアを合成すると共に、
前記得られたアンモニアと二酸化炭素とから尿素を製造することを特徴とする肥料製造方法。
請求項３において、
前記バイオマス由来の精製ガスの二酸化炭素の割合が３５容量％以上であることを特徴とする肥料製造方法。