JP2014005156A - Ammonia purification system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、粗アンモニアを精製するアンモニア精製システムに関する。 The present invention relates to an ammonia purification system for purifying crude ammonia.
半導体製造工程および液晶製造工程においては、窒化物皮膜の作製などに用いる処理剤として、高純度のアンモニアが利用されている。このような高純度のアンモニアは、粗アンモニアを精製して不純物を除去することにより得られる。 In a semiconductor manufacturing process and a liquid crystal manufacturing process, high-purity ammonia is used as a processing agent used for producing a nitride film. Such high-purity ammonia can be obtained by purifying crude ammonia to remove impurities.
粗アンモニア中には、水素、窒素、酸素、アルゴン、一酸化炭素、二酸化炭素などの低沸点ガス、炭化水素などの有機化合物、水分などが不純物として含まれており、一般的に入手可能な粗アンモニアの純度は98〜99重量%程度である。 Crude ammonia contains hydrogen, nitrogen, oxygen, argon, carbon monoxide, carbon dioxide and other low-boiling gases, hydrocarbons and other organic compounds, moisture, etc. as impurities. The purity of ammonia is about 98 to 99% by weight.
粗アンモニア中に含まれる炭化水素などの有機化合物としては、一般的には炭素数1〜4のものが主であるが、アンモニアの合成原料として用いる水素ガスの製造時に、クラッキングガス中の油分の分離が不十分であったり、あるいは、製造時にポンプ類からのポンプ油による油汚染を受けたりと、沸点の高い分子量の大きな炭化水素類が混入することもある。また、アンモニア中に水分が多く含まれると、このアンモニアを用いて製造される半導体などの機能を大きく低下させる場合があり、アンモニア中の水分は極力減らす必要がある。 Generally, organic compounds such as hydrocarbons contained in crude ammonia are mainly those having 1 to 4 carbon atoms, but when producing hydrogen gas used as a raw material for ammonia synthesis, the oil content in the cracking gas When separation is insufficient, or when the oil is contaminated with pump oil from pumps during production, hydrocarbons having a high boiling point and a large molecular weight may be mixed. In addition, if ammonia contains a large amount of moisture, the function of a semiconductor or the like manufactured using this ammonia may be greatly reduced, and the moisture in ammonia needs to be reduced as much as possible.
半導体製造工程および液晶製造工程におけるアンモニアが用いられる工程の種類によって、アンモニア中の不純物の影響の仕方は異なるが、アンモニアの純度としては、99.9999重量%以上(各不純物濃度100ppb以下)、より好ましくは99.99999重量%程度であることが求められる。近年窒化ガリウムのような発光体製造用には水分濃度が30ppb未満であることが求められている。 Depending on the type of process in which ammonia is used in the semiconductor manufacturing process and the liquid crystal manufacturing process, the effect of impurities in ammonia varies, but the purity of ammonia is 99.9999% by weight or more (each impurity concentration is 100 ppb or less). Preferably, it is required to be about 99.99999% by weight. In recent years, a moisture concentration of less than 30 ppb has been demanded for the production of a light emitter such as gallium nitride.
粗アンモニア中に含まれる不純物を除去する方法としては、シリカゲル、合成ゼオライト、活性炭などの吸着剤を用いて不純物を吸着除去する方法、不純物を蒸留除去する方法などが知られている。また、吸着と蒸留とを組み合わせる方法も知られている。 Known methods for removing impurities contained in crude ammonia include a method for removing impurities by adsorption using an adsorbent such as silica gel, synthetic zeolite, and activated carbon, and a method for removing impurities by distillation. A method of combining adsorption and distillation is also known.
たとえば、特許文献1には、液体状の粗アンモニアから揮発性の低い不純物を除去する第1蒸留塔と、第1蒸留塔から導出された気体状のアンモニアに含まれる不純物(主に水分)を吸着剤により吸着除去する吸着塔と、吸着塔から導出された気体状のアンモニアから揮発性の高い不純物を除去する第2蒸留塔とを備えるアンモニア精製システムが開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses a first distillation column that removes low-volatile impurities from liquid crude ammonia, and impurities (mainly moisture) contained in gaseous ammonia derived from the first distillation column. An ammonia purification system is disclosed that includes an adsorption tower that adsorbs and removes with an adsorbent, and a second distillation tower that removes highly volatile impurities from gaseous ammonia derived from the adsorption tower.
また、特許文献2には、水分の吸着塔、炭化水素の吸着塔および蒸留塔を組合わせて高純度のアンモニアを得るアンモニアの精製方法が開示されている。また、特許文献3には、蒸留塔で沸点の低い不純物を除去した後、吸着塔で気体状のアンモニアから水分を除去し、触媒部で酸素を分離除去することで高純度のアンモニアを得るアンモニアの精製方法が開示されている。
特許文献1〜3に開示されるアンモニアを精製する技術では、粗アンモニアに含まれる不純物を、吸着塔で吸着除去したり、触媒部における触媒反応で除去したりし、さらに、蒸留塔で蒸留除去してアンモニアを精製している。このような特許文献1〜3に開示されるアンモニアの精製方法では、蒸留塔から導出された精製後の気体状のアンモニアは、凝縮されて液体状のアンモニアとして回収される。すなわち、特許文献1〜3に開示されるアンモニアの精製方法では、粗アンモニアに含まれる不純物を吸着・蒸留除去し、さらに凝縮して精製された液体状のアンモニアを得るので、アンモニアを精製する方法として簡単化されたものであるとは言えず、アンモニアを精製するのに多くのエネルギが必要となってしまう。 In the technology for purifying ammonia disclosed in Patent Documents 1 to 3, impurities contained in the crude ammonia are removed by adsorption with an adsorption tower or by a catalytic reaction in the catalyst section, and further distilled off with a distillation tower. And the ammonia is purified. In the ammonia purification methods disclosed in Patent Documents 1 to 3, the purified gaseous ammonia derived from the distillation tower is condensed and recovered as liquid ammonia. That is, in the method for purifying ammonia disclosed in Patent Documents 1 to 3, the liquid ammonia purified by adsorption and distillation removal of impurities contained in the crude ammonia and further condensed to obtain purified ammonia is obtained. However, it cannot be said that it has been simplified, and a lot of energy is required to purify ammonia.
したがって本発明の目的は、簡単化された方法でアンモニアを精製することができるとともに、エネルギの消費を抑制してアンモニアを効率的に精製することができるアンモニア精製システムを提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an ammonia purification system capable of purifying ammonia by a simplified method and efficiently purifying ammonia while suppressing energy consumption.
本発明は、不純物が含有される粗アンモニアを精製するアンモニア精製システムにおいて、
粗アンモニアを貯留し、その貯留された粗アンモニアを導出する貯留手段と、
前記貯留手段から導出された粗アンモニアに含有される不純物を、活性炭、親水性ゼオライト、疎水性ゼオライト、シリカゲル、および活性アルミナから選ばれた吸着剤によって吸着除去して精製し、精製されたアンモニアを導出する吸着手段であって、
第1吸着剤を含む第1吸着剤層と、
前記第1吸着剤と種類が異なる第2吸着剤を含む複数の第2吸着剤層と、
前記第2吸着剤と種類が異なる第3吸着剤を含む第3吸着剤層とが、粗アンモニアの流れ方向に積層された吸着部を、1または複数有する吸着手段と、
前記吸着手段から導出された、精製されたアンモニアを分縮して気相成分と液相成分とに分離することで、揮発性の高い不純物を気相成分として分離除去し、液相成分として精製された液体状のアンモニアを得る分縮手段と、を備えることを特徴とするアンモニア精製システムである。
The present invention provides an ammonia purification system for purifying crude ammonia containing impurities.
Storage means for storing crude ammonia and deriving the stored crude ammonia;
Impurities contained in the crude ammonia derived from the storage means are purified by adsorbing and removing with an adsorbent selected from activated carbon, hydrophilic zeolite, hydrophobic zeolite, silica gel and activated alumina. A suction means for deriving,
A first adsorbent layer comprising a first adsorbent;
A plurality of second adsorbent layers including a second adsorbent of a type different from the first adsorbent;
A third adsorbent layer containing a third adsorbent of a type different from the second adsorbent, and an adsorbing means having one or a plurality of adsorbing portions laminated in the flow direction of the crude ammonia;
By separating the purified ammonia derived from the adsorption means into a gas phase component and a liquid phase component, the highly volatile impurities are separated and removed as a gas phase component and purified as a liquid phase component. And a partial pressure reduction means for obtaining the liquid ammonia.
また本発明のアンモニア精製システムは、前記貯留手段から導出された液体状の粗アンモニアの一部を気化し、気体状のアンモニアを導出する気化手段をさらに備え、
前記吸着手段は、前記気化手段から導出された気体状のアンモニアに含有される不純物を、前記吸着部によって吸着除去することを特徴とする。
The ammonia purification system of the present invention further comprises a vaporization means for vaporizing a part of the liquid crude ammonia derived from the storage means, and for deriving gaseous ammonia.
The adsorption means adsorbs and removes impurities contained in gaseous ammonia derived from the vaporization means by the adsorption unit.
また本発明のアンモニア精製システムにおいて、前記第1吸着剤は、水に対して高い吸着能を有する吸着剤であり、
前記第2吸着剤は、炭素数5未満の有機化合物に対して高い吸着能を有する吸着剤であり、
前記第3吸着剤は、炭素数5以上の有機化合物および水に対して高い吸着能を有する吸着剤であることを特徴とする。
In the ammonia purification system of the present invention, the first adsorbent is an adsorbent having a high adsorbability for water,
The second adsorbent is an adsorbent having a high adsorbing ability for an organic compound having less than 5 carbon atoms,
The third adsorbent is an adsorbent having high adsorbability for an organic compound having 5 or more carbon atoms and water.
また本発明のアンモニア精製システムにおいて、前記吸着部は、粗アンモニアの流れ方向上流側から下流側に向けて、前記第1吸着剤層、前記複数の第2吸着剤層、および前記第3吸着剤層がこの順番に積層されていることを特徴とする。 Further, in the ammonia purification system of the present invention, the adsorbing portion is arranged such that the first adsorbent layer, the plurality of second adsorbent layers, and the third adsorbent are arranged from the upstream side to the downstream side in the flow direction of the crude ammonia. The layers are laminated in this order.
また本発明のアンモニア精製システムにおいて、前記吸着手段は、前記吸着部を複数有し、
複数の吸着部は、直列または並列に接続されていることを特徴とする。
Moreover, in the ammonia purification system of the present invention, the adsorption means has a plurality of the adsorption parts,
The plurality of suction portions are connected in series or in parallel.
本発明によれば、アンモニア精製システムは、不純物が含まれる粗アンモニアを精製するシステムであって、貯留手段と、吸着手段と、分縮手段とを備える。貯留手段は、粗アンモニアを貯留し、その貯留された粗アンモニアを導出する。吸着手段は、貯留手段から導出された粗アンモニアに含有される不純物を吸着除去して精製する手段であり、第1吸着剤層、複数の第2吸着剤層、および第3吸着剤層が、粗アンモニアの流れ方向に積層された吸着部を有する。吸着手段の吸着部において、第1吸着剤層は第1吸着剤を含む層であり、第2吸着剤層は第2吸着剤を含む層であり、第3吸着剤層は第3吸着剤を含む層である。ここで、第1吸着剤、第2吸着剤、および第3吸着剤は、それぞれ、活性炭、親水性ゼオライト、疎水性ゼオライト、シリカゲル、および活性アルミナから選ばれた吸着剤である。 According to the present invention, the ammonia purification system is a system for purifying crude ammonia containing impurities, and includes a storage means, an adsorption means, and a partial reduction means. The storage means stores the crude ammonia and derives the stored crude ammonia. The adsorbing means is means for adsorbing and purifying impurities contained in the crude ammonia derived from the storage means, and the first adsorbent layer, the plurality of second adsorbent layers, and the third adsorbent layer are: It has an adsorbing part laminated in the flow direction of crude ammonia. In the adsorption part of the adsorption means, the first adsorbent layer is a layer containing the first adsorbent, the second adsorbent layer is a layer containing the second adsorbent, and the third adsorbent layer is the third adsorbent. It is a layer that contains. Here, the first adsorbent, the second adsorbent, and the third adsorbent are adsorbents selected from activated carbon, hydrophilic zeolite, hydrophobic zeolite, silica gel, and activated alumina, respectively.
このような、少なくとも第1吸着剤層、複数の第2吸着剤層、および第3吸着剤層が積層された吸着部を有する吸着手段から導出されたアンモニアは、分縮手段に供給される。分縮手段は、吸着手段から導出されたアンモニアを分縮して気相成分と液相成分とに分離することで、揮発性の高い不純物を気相成分として分離除去し、液相成分として精製された液体状のアンモニアを得る。 The ammonia derived from the adsorbing means having the adsorbing portion in which at least the first adsorbent layer, the plurality of second adsorbent layers, and the third adsorbent layer are stacked is supplied to the partial reduction means. The fractionation means separates and removes highly volatile impurities as gas phase components by separating ammonia separated from the adsorption means into gas phase components and liquid phase components, and purifies them as liquid phase components. Liquid ammonia is obtained.
本発明のアンモニア精製システムでは、活性炭、親水性ゼオライト、疎水性ゼオライト、およびシリカゲルから選ばれた吸着剤である、第1吸着剤、第2吸着および第3吸着剤を含む吸着剤層が積層された吸着部によって、粗アンモニアに含有される不純物を吸着除去するので、粗アンモニアに含有される不純物(主に水および有機化合物)を効率よく吸着除去することができる。そして、分縮手段は、吸着手段から導出されたアンモニアを分縮して気相成分と液相成分とに分離するので、水素、窒素、酸素、アルゴン、一酸化炭素、二酸化炭素などの、揮発性の高い不純物を、気相成分として分離除去し、液相成分として精製された液体状のアンモニアを得ることができる。そのため、本発明のアンモニア精製システムでは、従来技術のように還流を伴う蒸留を行うことなく、簡単化された方法でアンモニアを精製することができるとともに、エネルギの消費を抑制してアンモニアを効率的に精製することができる。 In the ammonia purification system of the present invention, an adsorbent layer including a first adsorbent, a second adsorbent, and a third adsorbent, which is an adsorbent selected from activated carbon, hydrophilic zeolite, hydrophobic zeolite, and silica gel is laminated. Since the adsorbing part adsorbs and removes impurities contained in the crude ammonia, impurities (mainly water and organic compounds) contained in the crude ammonia can be efficiently adsorbed and removed. Then, the partial reduction means reduces the ammonia derived from the adsorption means and separates it into a gas phase component and a liquid phase component, so that the volatilization of hydrogen, nitrogen, oxygen, argon, carbon monoxide, carbon dioxide, etc. High-impurity impurities can be separated and removed as a gas phase component, and liquid ammonia purified as a liquid phase component can be obtained. Therefore, in the ammonia purification system of the present invention, ammonia can be purified by a simplified method without performing distillation with reflux as in the prior art, and energy consumption is suppressed and ammonia is efficiently used. Can be purified.
また本発明によれば、アンモニア精製システムは、気化手段をさらに備える。この気化手段は、貯留手段から導出された液体状の粗アンモニアの一部を気化し、気体状のアンモニアを導出する。そして、吸着手段は、気化手段から導出された気体状のアンモニアに含有される不純物を、第1吸着剤層、複数の第2吸着剤層、および第3吸着剤層が積層された吸着部によって吸着除去する。気化手段は、貯留手段から導出された液体状の粗アンモニアの一部を気化し、気体状のアンモニアを導出するように構成されているので、粗アンモニア中に含有される揮発性の低い不純物(たとえば、水分、炭素数6以上の炭化水素など)が液相に残り、揮発性の低い不純物が低減された気体状のアンモニアを導出することができる。 According to the invention, the ammonia purification system further includes vaporization means. This vaporization means vaporizes a part of the liquid crude ammonia derived from the storage means, and derives gaseous ammonia. Then, the adsorbing means causes impurities contained in gaseous ammonia derived from the vaporizing means to be absorbed by an adsorbing portion in which the first adsorbent layer, the plurality of second adsorbent layers, and the third adsorbent layer are stacked. Remove by adsorption. The vaporization means is configured to vaporize a part of the liquid crude ammonia derived from the storage means and derive gaseous ammonia. Therefore, the low volatility impurities contained in the crude ammonia ( For example, moisture, hydrocarbons having 6 or more carbon atoms, etc.) remain in the liquid phase, and gaseous ammonia in which impurities with low volatility are reduced can be derived.
また本発明によれば、吸着手段の吸着部における、第1吸着剤層に含まれる第1吸着剤が、水に対して高い吸着能を有する吸着剤であり、第2吸着剤層に含まれる第2吸着剤が、炭素数5未満の有機化合物に対して高い吸着能を有する吸着剤であり、第3吸着剤層に含まれる第3吸着剤が、炭素数5以上の有機化合物および水に対して高い吸着能を有する吸着剤である。このように、水、炭素数5未満の有機化合物、炭素数5以上の有機化合物に対する吸着能がそれぞれ異なる吸着剤層が積層された吸着部によって、粗アンモニアに含有される不純物を吸着除去するので、粗アンモニアに含有される不純物(主に水および有機化合物)を効率よく吸着除去することができる。 According to the invention, the first adsorbent contained in the first adsorbent layer in the adsorbing part of the adsorbing means is an adsorbent having a high adsorbability for water and is contained in the second adsorbent layer. The second adsorbent is an adsorbent having high adsorbability for organic compounds having less than 5 carbon atoms, and the third adsorbent contained in the third adsorbent layer is an organic compound having 5 or more carbon atoms and water On the other hand, it is an adsorbent having a high adsorption capacity. Thus, the impurities contained in the crude ammonia are adsorbed and removed by the adsorbing layer in which adsorbent layers having different adsorbing capacities for water, organic compounds having less than 5 carbon atoms, and organic compounds having 5 or more carbon atoms are stacked. Impurities (mainly water and organic compounds) contained in the crude ammonia can be efficiently adsorbed and removed.
また本発明によれば、吸着手段の吸着部は、粗アンモニアの流れ方向上流側から下流側に向けて、第1吸着剤層、第2吸着剤層、および第3吸着剤層がこの順番に積層されている。吸着手段に供給された粗アンモニアは、吸着部において、第1吸着剤層、第2吸着剤層、第3吸着剤層の順番に流れる。第1吸着剤層には、水に対して高い吸着能を有する第1吸着剤が含まれているので、吸着部を流れる粗アンモニアは、まず第1吸着剤層において水の大部分が吸着除去されることになる。これによって、第1吸着剤層に対してアンモニアの流れ方向下流側に配置される第2吸着剤層および第3吸着剤層における、有機化合物に対する吸着能力が充分に発揮され、吸着部による粗アンモニアからの不純物の吸着除去性を向上することができる。 According to the present invention, the adsorbing portion of the adsorbing means includes the first adsorbent layer, the second adsorbent layer, and the third adsorbent layer in this order from the upstream side to the downstream side in the flow direction of the crude ammonia. Are stacked. The crude ammonia supplied to the adsorption means flows in the order of the first adsorbent layer, the second adsorbent layer, and the third adsorbent layer in the adsorption section. Since the first adsorbent layer contains the first adsorbent that has a high adsorbability for water, the crude ammonia flowing through the adsorbing portion is first adsorbed and removed by the majority of water in the first adsorbent layer. Will be. As a result, the second adsorbent layer and the third adsorbent layer disposed downstream of the first adsorbent layer in the flow direction of ammonia sufficiently exhibit the ability to adsorb organic compounds. It is possible to improve the adsorption / removability of impurities from the substrate.
また本発明によれば、吸着手段は、第1吸着剤層、第2吸着剤層、および第3吸着剤層が積層された吸着部を、複数有する。複数の吸着部は、直列または並列に接続されている。吸着手段が直列に接続される複数の吸着部を有する場合には、粗アンモニアに含まれる不純物に対する吸着除去能力を向上することができる。また、吸着手段が並列に接続される複数の吸着部を有する場合には、貯留手段から導出された粗アンモニアを、並列に接続される複数の吸着部に対してそれぞれ区別した状態で導入することができるので、1つの吸着部で吸着除去している間に、使用済みの他の吸着部で再度吸着除去動作が可能なように、使用済みの他の吸着部を再生処理することができる。 According to the invention, the adsorbing means has a plurality of adsorbing portions in which the first adsorbent layer, the second adsorbent layer, and the third adsorbent layer are stacked. The plurality of suction portions are connected in series or in parallel. When the adsorbing means has a plurality of adsorbing portions connected in series, it is possible to improve the adsorbing and removing ability for impurities contained in the crude ammonia. In addition, when the adsorption means has a plurality of adsorption parts connected in parallel, the crude ammonia derived from the storage means should be introduced separately from each other for the plurality of adsorption parts connected in parallel. Therefore, during the adsorption removal by one adsorption unit, the other adsorption unit used can be regenerated so that the adsorption removal operation can be performed again by the other adsorption unit.
図1は、本発明の第1実施形態に係るアンモニア精製システム100の構成を示す図である。本実施形態のアンモニア精製システム100は、不純物が含まれる液体状の粗アンモニアを精製するシステムである。アンモニア精製システム100は、貯留手段である原料貯留タンク1、気化手段である気化器2、吸着手段である吸着ユニット3、分縮手段であるコンデンサ4、および回収タンク5を含んで構成される。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an
原料貯留タンク1は、粗アンモニアを貯留するものである。本実施形態において、原料貯留タンク1に貯留される粗アンモニアは、純度99重量%以上、好ましくは純度99.0〜99.9重量%である。 The raw material storage tank 1 stores crude ammonia. In the present embodiment, the crude ammonia stored in the raw material storage tank 1 has a purity of 99% by weight or more, preferably a purity of 99.0 to 99.9% by weight.
原料貯留タンク1は、耐圧性および耐腐食性を有する保温容器であれば特に制限されるものではない。この原料貯留タンク1は、粗アンモニアを液体状のアンモニアとして貯留し、所定の温度および圧力になるように制御されている。原料貯留タンク1は、円柱状の内部空間を有し、その内部空間に液体状の粗アンモニアを貯留した状態で、原料貯留タンク1の上部には気相が形成され、下部には液相が形成されている。 The raw material storage tank 1 is not particularly limited as long as it is a heat insulating container having pressure resistance and corrosion resistance. The raw material storage tank 1 stores crude ammonia as liquid ammonia and is controlled so as to have a predetermined temperature and pressure. The raw material storage tank 1 has a cylindrical internal space, and in the state where liquid crude ammonia is stored in the internal space, a gas phase is formed in the upper part of the raw material storage tank 1, and a liquid phase is formed in the lower part. Is formed.
原料貯留タンク1には、原料貯留タンク1と外部とを連通し、気相に分配された揮発性の高い不純物(たとえば、水素、窒素、酸素、アルゴン、一酸化炭素、二酸化炭素など)を外部に排出するための流路となる排気配管80が接続されている。この排気配管80には、排気配管80における流路を開放または閉鎖する排気バルブ801が設けられている。本実施形態のアンモニア精製システム100は、排気バルブ801を開放させることで、原料貯留タンク1内に貯留される粗アンモニアから揮発性の高い不純物を排出除去する排出動作が実施できるように構成されている。具体的には、液体状の粗アンモニアを原料貯留タンク1に0.5〜3日間貯留した後、排気バルブ801を10〜300分間開放させる。これによって、原料貯留タンク1に形成された気相に分配された粗アンモニア中の揮発性の高い不純物を、排気配管80を介して排出することができる。
The raw material storage tank 1 communicates with the raw material storage tank 1 and the outside, and highly volatile impurities distributed in the gas phase (for example, hydrogen, nitrogen, oxygen, argon, carbon monoxide, carbon dioxide, etc.) are externally supplied. An
原料貯留タンク1に貯留される粗アンモニアは、気化器2に導出される。原料貯留タンク1から気化器2に粗アンモニアが導出される際には、原料貯留タンク1に形成される液相から液体状の粗アンモニアとして導出される。原料の粗アンモニアは、製品ロットごとに不純物濃度のばらつきが大きい場合がある。このように、不純物濃度のばらつきが大きい粗アンモニアを原料貯留タンク1の気相から導出するようにした場合、気相における成分組成のばらつきが大きく、最終的に精製されるアンモニアの純度に大きなばらつきが発生してしまうおそれがある。本実施形態のアンモニア精製システム100は、原料貯留タンク1の液相から液体状の粗アンモニアが導出されるように構成されているので、原料に不純物濃度のばらつきが大きい粗アンモニアが用いられた場合においても、最終的に精製されるアンモニアの純度に大きなばらつきが発生するのを防止することができる。
Crude ammonia stored in the raw material storage tank 1 is led to the
原料貯留タンク1と気化器2との間には第1配管81が接続されており、原料貯留タンク1から導出された液体状の粗アンモニアは、第1配管81を流れて気化器2に供給される。第1配管81には、第1配管81における流路を開放または閉鎖する第1バルブ811が設けられている。液体状の粗アンモニアの気化器2への供給時には、第1バルブ811が開放されて、原料貯留タンク1から気化器2に向けて第1配管81内を液体状の粗アンモニアが流れる。
A
気化器2は、原料貯留タンク1から導出された液体状の粗アンモニアの一部を気化する。すなわち、気化器2は、液体状の粗アンモニアを加熱して所定の気化率で気化して気相成分と液相成分とに分離し、気体状のアンモニアを導出する。気化器2は、液体状の粗アンモニアの一部を気化するので、粗アンモニア中に含有される揮発性の低い不純物(たとえば、水分、炭素数6以上の炭化水素など)が液相に残り、揮発性の低い不純物が低減された気体状のアンモニアを導出することができる。
The
本実施形態では、気化器2は、原料貯留タンク1から導出された液体状の粗アンモニアを、90〜95体積%の気化率で気化して気相成分と液相成分とに分離する。この場合には、原料貯留タンク1から導出された液体状の粗アンモニアの90〜95体積%が気相成分となり、5〜10体積%が液相成分となる。
In the present embodiment, the
気化器2には、第2バルブ821が設けられた第2配管82と、排出バルブ801Aが設けられた排出配管80Aとが接続されている。なお、第2配管82は、気化器2から導出された気体状のアンモニアが吸着ユニット3に向けて流れる配管であり、流量調整器71に接続されている。気化器2において、液相成分としてアンモニアから分離除去された揮発性の低い不純物は、排出バルブ801Aが開放された状態で、排出配管80Aを流れてシステム外部に排出される。また、気化器2において、気相成分として得られた気体状のアンモニアは、第2バルブ821が開放された状態で、第2配管82を流れて流量調整器71に供給される。
The
流量調整器71には、第3配管83が接続されており、この第3配管83は、流量調整器71に接続されている側とは反対側の端部が分岐されている。第3配管83における前記端部の、分岐された一方は、後述する第1吸着塔31の塔頂部に接続される第4配管84に接続され、分岐された他方は、後述する第2吸着塔32の塔頂部に接続される第5配管85に接続されている。
A
第4配管84には、第4配管84における流路を開放または閉鎖する第4バルブ841が設けられている。また、第5配管85には、第5配管85における流路を開放または閉鎖する第5バルブ851が設けられている。流量調整器71によって流量が調整された気体状のアンモニアは、第4バルブ841が開放され、かつ第5バルブ851が閉鎖された状態で、第3配管83および第4配管84を流れ、第1吸着塔31に供給される。また、流量調整器71によって流量が調整された気体状のアンモニアは、第5バルブ851が開放され、かつ第4バルブ841が閉鎖された状態で、第3配管83および第5配管85を流れ、第2吸着塔32に供給される。すなわち、第1吸着塔31と第2吸着塔32とは、第4配管84および第5配管85を介して並列接続されている。
The
吸着ユニット3は、気化器2から導出された気体状のアンモニアに含まれる不純物を吸着除去して精製する。吸着ユニット3は、吸着部である第1吸着塔31および第2吸着塔32を含んで構成される。
The
第1吸着塔31は、塔頂部から塔底部に向かって(アンモニアの流れ方向上流側から下流側に向かって)順番に、塔頂吸着層311、第1中間吸着層312、第2中間吸着層313、および塔底吸着層314が積層された積層構造を有する。
The
塔頂吸着層311は、第1吸着剤を含む層であり、第1吸着剤層としての機能を有する。第1吸着剤は、水に対して高い吸着能を有する多孔質吸着剤である。このような第1吸着剤としては、たとえば、活性炭、MS−13X(細孔径9Åの多孔質合成ゼオライト)、活性アルミナなどが挙げられる。本実施形態では、第1吸着剤として、活性炭が用いられる。
The tower
第1中間吸着層312は、第2吸着剤を含む層であり、第2吸着剤層としての機能を有する。第2吸着剤は、炭素数5未満の有機化合物(炭化水素、アルコール、エーテルなど)に対して高い吸着能を有する多孔質吸着剤である。このような第2吸着剤としては、たとえば、MS−3A(細孔径3Åの多孔質合成ゼオライト)、MS−4A(細孔径4Åの多孔質合成ゼオライト)、MS−5A(細孔径5Åの多孔質合成ゼオライト)、MS−13X(細孔径9Åの多孔質合成ゼオライト)などの親水性ゼオライト、ハイシリカ型(シリカ/アルミナ比が高い)ゼオライトなどの疎水性ゼオライト、シリカゲルなどが挙げられる。また、第2中間吸着層313は、第1中間吸着層312と同様に、第2吸着剤を含む層であり、第2吸着剤層としての機能を有する。ただし、第1中間吸着層312と第2中間吸着層313とは、第2吸着剤を含む層であることで同じであるけれども、互いに種類が異なる吸着剤を用いる。
The first
塔底吸着層314は、第3吸着剤を含む層であり、第3吸着剤層としての機能を有する。第3吸着剤は、炭素数5以上の有機化合物(炭化水素など)および水に対して高い吸着能を有する多孔質吸着剤である。このような第3吸着剤としては、活性炭、MS−13Xなどが挙げられる。
The tower
第1吸着塔31における積層構造について、具体例を挙げて説明する。第1の具体例では、塔頂吸着層311は、第1吸着剤として活性炭(GG、クラレケミカル株式会社製)を含む層であり、第1中間吸着層312は、第2吸着剤として親水性ゼオライト(MS−3A、東ソー株式会社製)を含む層であり、第2中間吸着層313は、第2吸着剤としてシリカゲル(シルビードN、水澤化学工業株式会社製)を含む層であり、塔底吸着層314は、第3吸着剤として活性炭(GG、クラレケミカル株式会社製)を含む層である。
The laminated structure in the
第2の具体例では、塔頂吸着層311は、第1吸着剤として活性炭(GG、クラレケミカル株式会社製)を含む層であり、第1中間吸着層312は、第2吸着剤として親水性ゼオライト(MS−3A、東ソー株式会社製)を含む層であり、第2中間吸着層313は、第2吸着剤としてシリカゲル(シルビードN、水澤化学工業株式会社製)を含む層であり、塔底吸着層314は、第3吸着剤としてMS−13X(SA−600A、東ソー株式会社製)を含む層である。
In the second specific example, the tower
第3の具体例では、塔頂吸着層311は、第1吸着剤として活性炭(GG、クラレケミカル株式会社製)を含む層であり、第1中間吸着層312は、第2吸着剤として親水性ゼオライト(MS−4A、東ソー株式会社製)を含む層であり、第2中間吸着層313は、第2吸着剤として疎水性ゼオライト(HSZ−300、シリカ/アルミナ比=10、東ソー株式会社製)を含む層であり、塔底吸着層314は、第3吸着剤としてMS−13X(SA−600A、東ソー株式会社製)を含む層である。
In the third specific example, the tower
第4の具体例では、塔頂吸着層311は、第1吸着剤として活性炭(GG、クラレケミカル株式会社製)を含む層であり、第1中間吸着層312は、第2吸着剤として親水性ゼオライト(MS−4A、東ソー株式会社製)を含む層であり、第2中間吸着層313は、第2吸着剤として疎水性ゼオライト(HSZ−300、シリカ/アルミナ比=10、東ソー株式会社製)を含む層であり、塔底吸着層314は、第3吸着剤としてMS−13X(SA−600A、東ソー株式会社製)と活性炭(GG、クラレケミカル株式会社製)との積層体を含む層である。
In the fourth specific example, the tower
第2吸着塔32は、塔頂部から塔底部に向かって(アンモニアの流れ方向上流側から下流側に向かって)順番に、塔頂吸着層321、第1中間吸着層322、第2中間吸着層323、および塔底吸着層324が積層された積層構造を有する。
The
塔頂吸着層321は、前述した第1吸着塔31の塔頂吸着層311と同様に構成された、第1吸着剤を含む層であり、第1吸着剤層としての機能を有する。第1中間吸着層322は、前述した第1吸着塔31の第1中間吸着層312と同様に構成された、第2吸着剤を含む層であり、第2吸着剤層としての機能を有する。第2中間吸着層323は、前述した第1吸着塔31の第2中間吸着層313と同様に構成された、第2吸着剤を含む層であり、第2吸着剤層としての機能を有する。塔底吸着層324は、前述した第1吸着塔31の塔底吸着層314と同様に構成された、第3吸着剤を含む層であり、第3吸着剤層としての機能を有する。
The tower
第1吸着塔31および第2吸着塔32で使用される、第1吸着剤、第2吸着剤および第3吸着剤は、加熱、減圧、加熱および減圧のいずれかの処理によって、吸着した不純物(水分および炭化水素などの有機化合物)を脱離させて再生することができる。たとえば、加熱処理によって吸着剤に吸着した不純物を脱離させる場合には、200〜350℃の温度下で加熱するようにすればよい。
The first adsorbent, the second adsorbent, and the third adsorbent used in the
また、本実施形態のアンモニア精製システム100において、第1吸着塔31および第2吸着塔32は、温度が0〜60℃に制御され、圧力が0.1〜1.0MPaに制御される。第1吸着塔31および第2吸着塔32の温度が0℃未満の場合には、不純物の吸着除去時に発生する吸着熱を除去する冷却が必要となってエネルギ効率が低下するおそれがある。第1吸着塔31および第2吸着塔32の温度が60℃を超える場合には、吸着剤による不純物の吸着能が低下するおそれがある。また、第1吸着塔31および第2吸着塔32の圧力が0.1MPa未満の場合には、吸着剤による不純物の吸着能が低下するおそれがあり、圧力が1.0MPaを超える場合には、一定圧力に維持するために多くのエネルギが必要となり、エネルギ効率が低下するおそれがある。
Moreover, in the
また、第1吸着塔31および第2吸着塔32における線速度(リニアベロシティ)は、0.1〜10.0m/秒であることが好ましい。線速度が0.1m/秒未満の場合には、不純物の吸着除去に長時間を要するので好ましくなく、線速度が10.0m/秒を超える場合には、不純物の吸着除去時に発生する吸着熱の除去が充分に行われずに、吸着剤による不純物の吸着能が低下するおそれがある。なお、前記線速度は、第1吸着塔31または第2吸着塔32に気体状のアンモニアを単位時間あたりに供給する量を、NTPでのガス体積に換算し、各吸着塔31,32の空塔断面積で除算して求めた値である。
Moreover, it is preferable that the linear velocity (linear velocity) in the
また、本実施形態のアンモニア精製システム100では、第1吸着塔31および第2吸着塔32から導出されたアンモニアに含まれる不純物の濃度を分析することが好ましい。アンモニアに含まれる不純物の濃度を分析する装置としては、ガスクロマトグラフ分析装置(GC−PDD:パルス放電型検出器)を挙げることができる。このガスクロマトグラフ分析装置の具体例としては、たとえば、ジーエルサイエンス株式会社製のGC−4000を挙げることができる。ガスクロマトグラフ分析装置による分析結果に基づいて、後述のコンデンサ4における分縮条件(凝縮率の設定など)を設定するようにしてもよい。
In the
第1吸着塔31の塔底部には、第6配管86が接続されており、この第6配管86は、第1吸着塔31に接続されている側とは反対側の端部が分岐されている。第6配管86における前記端部の、分岐された一方は、後述するコンデンサ4に接続される第7配管87に接続され、分岐された他方は、第2吸着塔32の塔頂部に接続される第8配管88に接続されている。
A
第7配管87には、第7配管87における流路を開放または閉鎖する第7バルブ871が設けられている。また、第8配管88には、第8配管88における流路を開放または閉鎖する第8バルブ881が設けられている。第1吸着塔31によって不純物が吸着除去された気体状のアンモニアは、第7バルブ871が開放され、かつ第8バルブ881が閉鎖された状態で、第6配管86および第7配管87を流れ、コンデンサ4に供給される。また、第1吸着塔31によって不純物が吸着除去された気体状のアンモニアは、第8バルブ881が開放され、かつ第7バルブ871が閉鎖された状態で、第6配管86および第8配管88を流れ、第2吸着塔32に供給される。すなわち、第1吸着塔31と第2吸着塔32とは、第6配管86および第8配管88を介して直列接続されている。
The
また、第2吸着塔32の塔底部には、第9配管89が接続されており、この第9配管89の、第2吸着塔32に接続されている側とは反対側の端部は、コンデンサ4に接続されている。第9配管89には、第9配管89における流路を開放または閉鎖する第9バルブ891が設けられている。この第9配管89には、第9バルブ891に対してアンモニアの流れ方向下流側に、第9配管89から分岐する第10配管90が接続されている。この第10配管90には、第10配管90における流路を開放または閉鎖する第10バルブ901が設けられている。さらに、この第10配管90の、第9配管89に接続されている側とは反対側の端部は、第1吸着塔31の塔頂部に接続されている。
Further, a
第2吸着塔32によって不純物が吸着除去された気体状のアンモニアは、第9バルブ891が開放され、かつ第10バルブ901が閉鎖された状態で、第9配管89を流れ、コンデンサ4に供給される。また、第2吸着塔32によって不純物が吸着除去された気体状のアンモニアは、第9バルブ891が開放され、かつ第10バルブ901が開放された状態で、第9配管89および第10配管90を流れ、第1吸着塔31に供給される。
The gaseous ammonia from which impurities have been adsorbed and removed by the
以上のように構成された吸着ユニット3では、第1吸着塔31と第2吸着塔32との接続を、4つのパターンで変更可能である。
In the
第1の接続パターンでは、第4バルブ841および第7バルブ871を開放させ、第5バルブ851、第8バルブ881、第9バルブ891、および第10バルブ901を閉鎖させる。この第1の接続パターンでは、気化器2から導出され、流量調整器71によって流量が調整された気体状のアンモニアは、第4配管84を流れて第1吸着塔31に供給される。そして、第1吸着塔31から導出された精製後の気体状のアンモニアは、第6配管86および第7配管87を流れてコンデンサ4に供給される。このような第1の接続パターンでは、気化器2から導出された気体状のアンモニアを、第1吸着塔31のみで精製する。第1吸着塔31で吸着除去している間に、使用済みの第2吸着塔32で再度吸着除去動作が可能なように、使用済みの第2吸着塔32を再生処理することができる。
In the first connection pattern, the
第2の接続パターンでは、第5バルブ851および第9バルブ891を開放させ、第4バルブ841、第7バルブ871、第8バルブ881、および第10バルブ901を閉鎖させる。この第2の接続パターンでは、気化器2から導出され、流量調整器71によって流量が調整された気体状のアンモニアは、第5配管85を流れて第2吸着塔32に供給される。そして、第2吸着塔32から導出された精製後の気体状のアンモニアは、第9配管89を流れてコンデンサ4に供給される。このような第2の接続パターンでは、気化器2から導出された気体状のアンモニアを、第2吸着塔32のみで精製する。第2吸着塔32で吸着除去している間に、使用済みの第1吸着塔31で再度吸着除去動作が可能なように、使用済みの第1吸着塔31を再生処理することができる。
In the second connection pattern, the
第3の接続パターンでは、第4バルブ841、第8バルブ881、および第9バルブ891を開放させ、第5バルブ851、第7バルブ871、および第10バルブ901を閉鎖させる。この第3の接続パターンでは、気化器2から導出され、流量調整器71によって流量が調整された気体状のアンモニアは、第4配管84を流れて第1吸着塔31に供給される。第1吸着塔31から導出された精製後の気体状のアンモニアは、第6配管86および第8配管88を流れて第2吸着塔3に供給される。そして、第2吸着塔32から導出された精製後の気体状のアンモニアは、第9配管89を流れてコンデンサ4に供給される。このような第3の接続パターンでは、気化器2から導出された気体状のアンモニアを、第1吸着塔31および第2吸着塔32で精製する。気化器2から導出された気体状のアンモニアに含まれる不純物を、直列接続された第1吸着塔31および第2吸着塔32で吸着除去することができるので、不純物に対する吸着除去能力を向上することができる。
In the third connection pattern, the
第4の接続パターンでは、第4バルブ841、第8バルブ881、第9バルブ891、および第10バルブ901を開放させ、第5バルブ851および第7バルブ871を閉鎖させる。この第4の接続パターンでは、気化器2から導出され、流量調整器71によって流量が調整された気体状のアンモニアは、第4配管84を流れて第1吸着塔31に供給される。第1吸着塔31から導出された精製後の気体状のアンモニアは、第6配管86および第8配管88を流れて第2吸着塔32に供給される。第2吸着塔32から導出された精製後の気体状のアンモニアは、第9配管89および第10配管90を流れて第1吸着塔31に再度供給され、第1吸着塔31および第2吸着塔32による吸着除去動作が繰り返される。そして、開放されていた第10バルブ901を閉鎖させた時点で、第2吸着塔32から導出された気体状のアンモニアが、第9配管89を流れてコンデンサ4に供給される。このような第4の接続パターンでは、気化器2から導出された気体状のアンモニアを、第1吸着塔31および第2吸着塔32で繰り返し精製することができる。
In the fourth connection pattern, the
第1吸着塔31または第2吸着塔32から導出された気体状のアンモニアは、コンデンサ4に供給される。コンデンサ4は、第1吸着塔31または第2吸着塔32から導出された気体状のアンモニアを分縮して気相成分と液相成分とに分離することで、アンモニア中に含有される水素、窒素、酸素、アルゴン、一酸化炭素、二酸化炭素などの、揮発性の高い不純物を気相成分として分離除去し、液相成分として精製された液体状のアンモニアを得る。
Gaseous ammonia derived from the
コンデンサ4としては、多管式コンデンサ、プレート式熱交換器などが挙げられるが、本実施形態では、コンデンサ4として多管式コンデンサを用いる。コンデンサ4は、第1吸着塔31または第2吸着塔32から導出された気体状のアンモニアの70〜99体積%を凝縮して気相成分と液相成分とに分離する。この場合には、第1吸着塔31または第2吸着塔32から導出された気体状のアンモニアの一部である1〜30体積%が気相成分となるように凝縮して、気相成分と液相成分とに分離することになる。これによって、吸着除去後の気体状のアンモニアに含まれる揮発性の高い不純物を気相成分として分離除去し、液相成分として精製された液体状のアンモニアを収率よく得ることができる。
Examples of the condenser 4 include a multitubular condenser and a plate heat exchanger. In this embodiment, a multitubular condenser is used as the condenser 4. The condenser 4 condenses 70 to 99% by volume of gaseous ammonia derived from the
また、コンデンサ4における凝縮条件としては、第1吸着塔31または第2吸着塔32から導出された気体状のアンモニアの一部が液体となるような条件であれば限定されるものではなく、温度、圧力および時間を適宜設定すればよい。本実施形態では、コンデンサ4は、第1吸着塔31または第2吸着塔32から導出された気体状のアンモニアを、−77〜40℃の温度下で凝縮して気相成分と液相成分とに分離するように構成されるのが好ましい。これによって、第1吸着塔31または第2吸着塔32から導出された気体状のアンモニアを効率よく凝縮して精製された液体状のアンモニアを得ることができるとともに、その液体状のアンモニアの純度を高めることができる。コンデンサ4における気体状のアンモニアに対する凝縮時の温度が、−77℃未満である場合には、冷却するのに多くのエネルギを要するので好ましくなく、40℃を超える場合には、アンモニアの一部が凝縮されて得られる液体状のアンモニアに含まれてくる不純物濃度が高くなってくるので好ましくない。
Further, the condensation condition in the condenser 4 is not limited as long as a part of the gaseous ammonia led out from the
また、コンデンサ4は、第1吸着塔31または第2吸着塔32から導出された気体状のアンモニアを、0.007〜2.0MPaの圧力下で凝縮して気相成分と液相成分とに分離するように構成されるのが好ましい。コンデンサ4における気体状のアンモニアに対する凝縮時の圧力が、0.007MPa未満である場合には、アンモニアを凝縮させる温度が低くなるので、冷却するのに多くのエネルギが必要となって好ましくなく、2.0MPaを超える場合には、アンモニアを凝縮させる温度が高くなるので、アンモニアの一部が凝縮されて得られる液体状のアンモニアに含まれてくる不純物濃度が高くなって好ましくない。
The capacitor 4 also condenses gaseous ammonia derived from the
本実施形態のアンモニア精製システム100において、コンデンサ4は、第1吸着塔31または第2吸着塔32から導出された気体状のアンモニアの一部を凝縮して気相成分と液相成分とに分離するので、揮発性の高い不純物を気相成分として分離除去し、液相成分として精製された液体状のアンモニアを得ることができる。そのため、従来技術のように蒸留手段を設けなくても、簡単化されたシステムでアンモニアを精製することができる。
In the
粗アンモニア中に含有される不純物を精密蒸留により分離除去する場合、還流を掛けながらの蒸留であるので、蒸留塔で液体状のアンモニアを加熱蒸発させて気体状のアンモニアとし、一方、蒸留塔の塔頂部のコンデンサで精留塔からの気体状のアンモニアを凝縮させて液体状のアンモニアとする操作を繰り返すことになる。そのため、精留操作においては大きなエネルギをその操作に投入することになる。 When the impurities contained in the crude ammonia are separated and removed by precision distillation, since distillation is performed while refluxing, liquid ammonia is heated and evaporated in a distillation column to form gaseous ammonia. The operation of condensing gaseous ammonia from the rectifying column with the condenser at the top of the column to form liquid ammonia is repeated. Therefore, large energy is input to the rectification operation.
これに対して、コンデンサ4における分縮によりアンモニア中に含有される不純物を分離除去する場合には、気体状のアンモニアを1回凝縮させるだけであるので、それに必要なエネルギが少なくて済む。このように、精留によるアンモニアの精製方法と比較して、コンデンサ4における分縮による精製方法は、短時間に高純度のアンモニアが得られるばかりではなく、エネルギ的にも大きなメリットがあることがわかる。 On the other hand, when the impurities contained in the ammonia are separated and removed by the partial condensation in the condenser 4, the gaseous ammonia is only condensed once, so that less energy is required. Thus, compared with the purification method of ammonia by rectification, the purification method by partial condensation in the condenser 4 not only provides high-purity ammonia in a short time but also has a great energy advantage. Recognize.
コンデンサ4における分縮により液相成分として得られた液体状のアンモニアは、速やかにコンデンサ4から導出し、コンデンサ4の内部には未凝縮の気相成分のみが存在するように、コンデンサ4の運転を行うのが、高純度アンモニアを得るために必要である。 The liquid ammonia obtained as a liquid phase component by the partial condensation in the capacitor 4 is quickly derived from the capacitor 4, and the operation of the capacitor 4 is performed so that only the uncondensed gas phase component exists in the capacitor 4. Is necessary to obtain high-purity ammonia.
コンデンサ4には、第11バルブ911が設置された第11配管91と、第12バルブ921が設置された第12配管92とが接続されている。なお、第11配管91は、コンデンサ4と回収タンク5との間に接続される。
The capacitor 4 is connected to an
コンデンサ4において、気相成分としてアンモニアから分離除去された揮発性の高い不純物は、第12バルブ921が開放された状態で、第12配管92を通って系外に排出される。また、コンデンサ4において、液相成分として得られた液体状のアンモニアは、第11バルブ911が開放された状態で、第11配管91を通って回収タンク5に供給される。
In the capacitor 4, highly volatile impurities separated and removed from ammonia as a gas phase component are discharged out of the system through the
回収タンク5は、コンデンサ4で液相成分として得られた液体状のアンモニアを貯留する。回収タンク5には、回収タンク5と外部とを連通し、気相成分を外部に排出するための流路となる第13配管93が接続されている。この第13配管93には、第13配管93における流路を開放または閉鎖する第13バルブ931が設けられている。本実施形態のアンモニア精製システム100は、第11バルブ911を閉鎖させた状態で、第13バルブ931を開放させることで、回収タンク5内に貯留される液体状のアンモニアから揮発性の高い不純物を排出除去する排出動作が実施できるように構成されている。この回収タンク5における排出動作を実施することによって、回収タンク5に貯留される液体状のアンモニアの純度をより高めることができる。
The recovery tank 5 stores liquid ammonia obtained as a liquid phase component by the condenser 4. Connected to the recovery tank 5 is a
また、回収タンク5は、アンモニアを液体状態で貯留できるように、温度および圧力が一定条件で制御される。回収タンク5およびコンデンサ4には、第14配管94を介して冷却液送液装置72が接続されている。第14配管94には、冷却液送液装置72から送られる冷却液が流れ、この冷却液の冷却能力によって回収タンク5およびコンデンサ4が所定の温度に維持される。
Moreover, the temperature and pressure of the recovery tank 5 are controlled under constant conditions so that ammonia can be stored in a liquid state. A cooling
回収タンク5には、第15バルブ951が設けられた第15配管95を介して充填装置6が接続されている。回収タンク5に貯留された液体状のアンモニアは、第15バルブ951が開放されることで、第15配管95を流れて充填装置6に供給される。このようにして充填装置6に供給されたアンモニアは、充填装置6によって製品充填容器などに充填される。
A filling device 6 is connected to the recovery tank 5 via a
以上のように構成された本実施形態のアンモニア精製システム100では、水、炭素数5未満の有機化合物、炭素数5以上の有機化合物に対する吸着能がそれぞれ異なる吸着剤層が積層された、第1吸着塔31および第2吸着塔32によって、粗アンモニアに含有される不純物を吸着除去するので、粗アンモニアに含有される不純物(主に水および有機化合物)を効率よく吸着除去することができる。そして、コンデンサ4は、第1吸着塔31または第2吸着塔32から導出されたアンモニアを分縮して気相成分と液相成分とに分離するので、水素、窒素、酸素、アルゴン、一酸化炭素、二酸化炭素などの、揮発性の高い不純物を、気相成分として分離除去し、液相成分として精製された液体状のアンモニアを得ることができる。そのため、本実施形態のアンモニア精製システム100では、従来技術のように還流を伴う蒸留を行うことなく、簡単化された方法でアンモニアを精製することができるとともに、エネルギの消費を抑制してアンモニアを効率的に精製することができる。
In the
また、吸着ユニット3の第1吸着塔31および第2吸着塔32は、粗アンモニアの流れ方向上流側から下流側に向けて、第1吸着剤を含む塔頂吸着層311,321、第2吸着剤を含む第1中間吸着層312,322、第2吸着剤を含む第2中間吸着層313,323、および第3吸着剤を含む塔底吸着層314,324が、この順番に積層されている。塔頂吸着層311,321には、水に対して高い吸着能を有する第1吸着剤が含まれているので、第1吸着塔31および第2吸着塔32を流れる粗アンモニアは、まず塔頂吸着層311,321において水の大部分が吸着除去されることになる。これによって、塔頂吸着層311,321に対してアンモニアの流れ方向下流側に配置される第1中間吸着層312,322、第2中間吸着層313,323、および塔底吸着層314,324における、有機化合物に対する吸着能力が充分に発揮され、第1吸着塔31および第2吸着塔32による粗アンモニアからの不純物の吸着除去性を向上することができる。
Further, the
本実施形態では、前述したように、第1吸着塔31および第2吸着塔32は、水、炭素数5未満の有機化合物、炭素数5以上の有機化合物に対する吸着能がそれぞれ異なる吸着剤層が積層された積層構造を有している。このように構成される第1吸着塔31および第2吸着塔32と同様の、アンモニアに含有される不純物に対する吸着除去能を発揮する吸着塔の構成として、第1吸着剤を含む塔頂吸着層と、該塔頂吸着層よりも粗アンモニアの流れ方向下流側に配置される、第2吸着剤および第3吸着剤が混合された混合層とを有する吸着塔が考えられる。
In the present embodiment, as described above, the
このような、塔頂吸着層と混合層とを有する吸着塔では、混合層を構成する第2吸着剤および第3吸着剤は、層内において均一に分散された状態で充填されていれば、吸着剤ごとに積層充填する必要はない。 In such an adsorption tower having a tower top adsorption layer and a mixed layer, if the second adsorbent and the third adsorbent constituting the mixed layer are packed in a state of being uniformly dispersed in the layer, There is no need to stack and fill each adsorbent.
また、第1吸着塔31および第2吸着塔32と同様の、アンモニアに含有される不純物に対する吸着除去能を発揮する構成として、第1吸着剤、第2吸着剤、および第3吸着剤が、それぞれ個別に充填された複数の吸着塔を直列接続させる構成も考えられる。この方法でも、不純物の吸着除去性については全く影響がない。複数の吸着塔を直列接続させる構成において、該複数の吸着塔を水平方向に直列配列すれば、設置面積が広くなるという問題点が生じるが、鉛直方向に直列配列すれば設置面積が広くなる問題点は生じない。複数の吸着塔を直列接続させるときには、吸着塔の大きさ、塔数の増加、接続配管の長さなどの設備費用を考慮して吸着塔の構成方式を選択すればよい。
Moreover, as the structure which exhibits the adsorption removal ability with respect to the impurity contained in ammonia similarly to the
図2は、本発明の第2実施形態に係るアンモニア精製システム150の構成を示す図である。本実施形態のアンモニア精製システム150は、前述のアンモニア精製システム100に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。アンモニア精製システム150は、吸着ユニット151の構成が、前述の吸着ユニット3の構成と異なること以外は、アンモニア精製システム100と同様である。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an
吸着ユニット151は、気化器2から導出された気体状のアンモニアに含まれる不純物を吸着除去して精製する。本実施形態では、吸着ユニット151は、第1吸着塔1511、第2吸着塔1512、および第3吸着塔1513を含んで構成される。
The
第1吸着塔1511、第2吸着塔1512および第3吸着塔1513は、前述の第1吸着塔31と同様に構成される。具体的には、第1吸着塔1511は、塔頂部から塔底部に向かって(アンモニアの流れ方向上流側から下流側に向かって)順番に、塔頂吸着層15111、第1中間吸着層15112、第2中間吸着層15113、および塔底吸着層15114が積層された積層構造を有する。
The
塔頂吸着層15111は、第1吸着剤を含む層であり、第1吸着剤層としての機能を有する。第1吸着剤は、水に対して高い吸着能を有する多孔質吸着剤である。このような第1吸着剤としては、たとえば、活性炭などが挙げられる。
The tower
第1中間吸着層15112は、第2吸着剤を含む層であり、第2吸着剤層としての機能を有する。第2吸着剤は、炭素数5未満の有機化合物(炭化水素、アルコール、エーテルなど)に対して高い吸着能を有する多孔質吸着剤である。このような第2吸着剤としては、たとえば、MS−3A(細孔径3Åの多孔質合成ゼオライト)、MS−4A(細孔径4Åの多孔質合成ゼオライト)、MS−5A(細孔径5Åの多孔質合成ゼオライト)、MS−13X(細孔径9Åの多孔質合成ゼオライト)などの親水性ゼオライト、ハイシリカ型(シリカ/アルミナ比が高い)ゼオライトなどの疎水性ゼオライト、シリカゲルなどが挙げられる。また、第2中間吸着層15113は、第1中間吸着層15112と同様に、第2吸着剤を含む層であり、第2吸着剤層としての機能を有する。ただし、第1中間吸着層15112と第2中間吸着層15113とは、第2吸着剤を含む層であることで同じであるけれども、互いに種類が異なる吸着剤を用いる。
The first
塔底吸着層15114は、第3吸着剤を含む層であり、第3吸着剤層としての機能を有する。第3吸着剤は、炭素数5以上の有機化合物(炭化水素など)および水に対して高い吸着能を有する多孔質吸着剤である。このような第3吸着剤としては、活性炭、MS−13Xなどが挙げられる。
The tower
第2吸着塔1512は、塔頂部から塔底部に向かって(アンモニアの流れ方向上流側から下流側に向かって)順番に、塔頂吸着層15121、第1中間吸着層15122、第2中間吸着層15123、および塔底吸着層15124が積層された積層構造を有する。
The
塔頂吸着層15121は、前述した第1吸着塔31の塔頂吸着層311と同様に構成された、第1吸着剤を含む層であり、第1吸着剤層としての機能を有する。第1中間吸着層15122は、前述した第1吸着塔31の第1中間吸着層312と同様に構成された、第2吸着剤を含む層であり、第2吸着剤層としての機能を有する。第2中間吸着層15123は、前述した第1吸着塔31の第2中間吸着層313と同様に構成された、第2吸着剤を含む層であり、第2吸着剤層としての機能を有する。塔底吸着層15124は、前述した第1吸着塔31の塔底吸着層314と同様に構成された、第3吸着剤を含む層であり、第3吸着剤層としての機能を有する。
The tower
本実施形態では、気化器2から導出された気体状のアンモニアが流れる第3配管83には、第3配管83から分岐する第15A配管152、第15B配管153および第15C配管154が接続される。
In the present embodiment, the 15A piping 152, the 15B piping 153, and the 15C piping 154 branched from the
第15A配管152は、第3配管83から分岐して第1吸着塔1511の塔頂部に接続される。この第15A配管152には、第15A配管152における流路を開放または閉鎖する第15Aバルブ1521が設けられている。第15B配管153は、第3配管83から分岐して第2吸着塔1512の塔頂部に接続される。この第15B配管153には、第15B配管153における流路を開放または閉鎖する第15Bバルブ1531が設けられている。第15C配管154は、第3配管83から分岐して第3吸着塔1513の塔頂部に接続される。この第15C配管154には、第15C配管154における流路を開放または閉鎖する第15Cバルブ1541が設けられている。
The
また、第1吸着塔1511の塔底部には、第1吸着塔1511から導出された気体状のアンモニアが流れる第15D配管155が接続される。この第15D配管155には、第15D配管155における流路を開放または閉鎖する第15Dバルブ1551が設けられている。第2吸着塔1512の塔底部には、第2吸着塔1512から導出された気体状のアンモニアが流れる第15E配管156が接続される。この第15E配管156には、第15E配管156における流路を開放または閉鎖する第15Eバルブ1561が設けられている。第3吸着塔1513の塔底部には、第3吸着塔1513から導出された気体状のアンモニアが流れる第15F配管157が接続される。この第15F配管157には、第15F配管157における流路を開放または閉鎖する第15Fバルブ1571が設けられている。
A
また、第15D配管155には、第15D配管155から分岐する第15G配管158が接続される。この第15G配管158は、第15D配管155から分岐して第15B配管153に接続され、第1吸着塔1511から導出された気体状のアンモニアを、第2吸着塔1512に導入するための流路となる。第15G配管158には、第15G配管158における流路を開放または閉鎖する第15Gバルブ1581が設けられている。この第15G配管158には、第15G配管158から分岐する第15H配管159が接続される。この第25H配管159は、第15G配管158から分岐して第15C配管154に接続され、第1吸着塔1511から導出された気体状のアンモニアを、第3吸着塔1513に導入するための流路となる。第15H配管159には、第15H配管159における流路を開放または閉鎖する第15Hバルブ1591が設けられている。
In addition, a
また、第15E配管156には、第15E配管156から分岐する第15I配管160および第15J配管161が接続される。第15I配管160は、第15E配管156から分岐して第15A配管152に接続され、第2吸着塔1512から導出された気体状のアンモニアを、第1吸着塔1511に導入するための流路となる。第15I配管160には、第15I配管160における流路を開放または閉鎖する第15Iバルブ1601が設けられている。第15J配管161は、第15E配管156から分岐して第15C配管154に接続され、第2吸着塔1512から導出された気体状のアンモニアを、第3吸着塔1513に導入するための流路となる。第15J配管161には、第15J配管161における流路を開放または閉鎖する第15Jバルブ1611が設けられている。
In addition, a
また、第15F配管157には、第15F配管157から分岐する第15K配管162が接続される。この第15K配管162は、第15F配管157から分岐して第15A配管152に接続され、第3吸着塔1513から導出された気体状のアンモニアを、第1吸着塔1511に導入するための流路となる。第15K配管162には、第15K配管162における流路を開放または閉鎖する第15Kバルブ1621が設けられている。この第15K配管162には、第15K配管162から分岐する第15L配管163が接続される。この第15L配管163は、第15K配管162から分岐して第15B配管153に接続され、第3吸着塔1513から導出された気体状のアンモニアを、第2吸着塔1512に導入するための流路となる。第15L配管163には、第15L配管163における流路を開放または閉鎖する第15Lバルブ1631が設けられている。
Further, the
また、第15D配管155、第15E配管156および第15F配管157において、気体状のアンモニアの流れ方向下流側端部には、第15M配管164が接続される。この第15M配管164には、第1吸着塔1511、第2吸着塔1512および第3吸着塔1513のいずれか1つの吸着塔から導出された気体状のアンモニアが供給される。そして、第15M配管164には、第15M配管164から分岐してコンデンサ4に接続される第15N配管165が設けられる。
Further, in the
以上のように構成されるアンモニア精製システム150では、第1吸着塔1511、第2吸着塔1512および第3吸着塔1513の接続について、以下の6つの接続パターンがある。
In the
第1の接続パターンは、気化器2から導出された気体状のアンモニアを、第1吸着塔1511、第2吸着塔1512の順に通過させる接続パターンである。第1の接続パターンでは、第15Aバルブ1521、第15Eバルブ1561および第15Gバルブ1581を開放させ、第15Bバルブ1531、第15Cバルブ1541、第15Dバルブ1551、第15Fバルブ1571、第15Hバルブ1591、第15Iバルブ1601、第15Jバルブ1611、第15Kバルブ1621および第15Lバルブ1631を閉鎖させる。
The first connection pattern is a connection pattern that allows gaseous ammonia derived from the
これによって、気化器2から導出された気体状のアンモニアは、第15A配管152を流れて第1吸着塔1511に導入され、第1吸着塔1511から導出された気体状のアンモニアは、第15D配管155および第15G配管158を流過して第2吸着塔1512に導入され、第2吸着塔1512から導出された気体状のアンモニアは、第15E配管156を流過して第15M配管164に供給され、この第15M配管164からコンデンサ4に気体状のアンモニアが導入される。
As a result, gaseous ammonia derived from the
このような第1の接続パターンでは、気体状のアンモニアに含まれる不純物を、第1吸着塔1511および第2吸着塔1512で吸着除去することができるので、不純物に対する吸着除去能力を向上することができる。なお、第1の接続パターンでは、第3吸着塔1513における吸着除去動作は実行されないので、この第3吸着塔1513を再生処理することができる。
In such a first connection pattern, impurities contained in gaseous ammonia can be adsorbed and removed by the
第2の接続パターンは、気化器2から導出された気体状のアンモニアを、第1吸着塔1511、第3吸着塔1513の順に通過させる接続パターンである。第2の接続パターンでは、第15Aバルブ1521、第15Fバルブ1571および第15Hバルブ1591を開放させ、第15Bバルブ1531、第15Cバルブ1541、第15Dバルブ1551、第15Eバルブ1561、第15Gバルブ1581、第15Iバルブ1601、第15Jバルブ1611、第15Kバルブ1621および第15Lバルブ1631を閉鎖させる。
The second connection pattern is a connection pattern that allows gaseous ammonia derived from the
これによって、気化器2から導出された気体状のアンモニアは、第15A配管152を流れて第1吸着塔1511に導入され、第1吸着塔1511から導出された気体状のアンモニアは、第15D配管155、第15G配管158および第15H配管159を流れて第3吸着塔1513に導入され、第3吸着塔1513から導出された気体状のアンモニアは、第15F配管157を流過して第15M配管164に供給され、この第15M配管164からコンデンサ4に気体状のアンモニアが導入される。
As a result, gaseous ammonia derived from the
このような第2の接続パターンでは、気体状のアンモニアに含まれる不純物を、第1吸着塔1511および第3吸着塔1513で吸着除去することができるので、不純物に対する吸着除去能力を向上することができる。なお、第2の接続パターンでは、第2吸着塔1512における吸着除去動作は実行されないので、この第2吸着塔1512を再生処理することができる。
In such a second connection pattern, impurities contained in gaseous ammonia can be adsorbed and removed by the
第3の接続パターンは、気化器2から導出された気体状のアンモニアを、第2吸着塔1512、第1吸着塔1511の順に通過させる接続パターンである。第3の接続パターンでは、第15Bバルブ1531、第15Dバルブ1551および第15Iバルブ1601を開放させ、第15Aバルブ1521、第15Cバルブ1541、第15Eバルブ1561、第15Fバルブ1571、第15Gバルブ1581、第15Hバルブ1591、第15Jバルブ1611、第15Kバルブ1621および第15Lバルブ1631を閉鎖させる。
The third connection pattern is a connection pattern that allows gaseous ammonia derived from the
これによって、気化器2から導出された気体状のアンモニアは、第15B配管153を流れて第2吸着塔1512に導入され、第2吸着塔1512から導出された気体状のアンモニアは、第15E配管156および第15I配管160を流れて第1吸着塔1511に導入され、第1吸着塔1511から導出された気体状のアンモニアは、第15D配管155を流れて第15M配管164に供給され、この第15M配管164からコンデンサ4に気体状のアンモニアが導入される。
Thereby, the gaseous ammonia derived from the
このような第3の接続パターンでは、気体状のアンモニアに含まれる不純物を、第1吸着塔1511および第2吸着塔1512で吸着除去することができるので、不純物に対する吸着除去能力を向上することができる。なお、第3の接続パターンでは、第3吸着塔1513における吸着除去動作は実行されないので、この第3吸着塔1513を再生処理することができる。
In such a third connection pattern, impurities contained in gaseous ammonia can be adsorbed and removed by the
第4の接続パターンは、気化器2から導出された気体状のアンモニアを、第2吸着塔1512、第3吸着塔1513の順に通過させる接続パターンである。第4の接続パターンでは、第15Bバルブ1531、第15Fバルブ1571および第15Jバルブ1611を開放させ、第15Aバルブ1521、第15Cバルブ1541、第15Dバルブ1551、第15Eバルブ1561、第15Gバルブ1581、第15Hバルブ1591、第15Iバルブ1601、第15Kバルブ1621および第15Lバルブ1631を閉鎖させる。
The fourth connection pattern is a connection pattern that allows gaseous ammonia derived from the
これによって、気化器2から導出された気体状のアンモニアは、第15B配管153を流れて第2吸着塔1512に導入され、第2吸着塔1512から導出された気体状のアンモニアは、第15E配管156および第15J配管161を流過して第3吸着塔1513に導入され、第3吸着塔1513から導出された気体状のアンモニアは、第15F配管157を流れて第15M配管164に供給され、この第15M配管164からコンデンサ4に気体状のアンモニアが導入される。
Thereby, the gaseous ammonia derived from the
このような第4の接続パターンでは、気体状のアンモニアに含まれる不純物を、第2吸着塔1512および第3吸着塔1513で吸着除去することができるので、不純物に対する吸着除去能力を向上することができる。なお、第4の接続パターンでは、第1吸着塔1511における吸着除去動作は実行されないので、この第1吸着塔1511を再生処理することができる。
In such a fourth connection pattern, impurities contained in gaseous ammonia can be adsorbed and removed by the
第5の接続パターンは、気化器2から導出された気体状のアンモニアを、第3吸着塔1513、第1吸着塔1511の順に通過させる接続パターンである。第5の接続パターンでは、第15Cバルブ1541、第15Dバルブ1551および第15Kバルブ1621を開放させ、第15Aバルブ1521、第15Bバルブ1531、第15Eバルブ1561、第15Fバルブ1571、第15Gバルブ1581、第15Hバルブ1591、第15Iバルブ1601、第15Jバルブ1611および第15Lバルブ1631を閉鎖させる。
The fifth connection pattern is a connection pattern that allows gaseous ammonia derived from the
これによって、気化器2から導出された気体状のアンモニアは、第15C配管154を流れて第3吸着塔1513に導入され、第3吸着塔1513から導出された気体状のアンモニアは、第15F配管157および第15K配管162を流れて第1吸着塔1511に導入され、第1吸着塔1511から導出された気体状のアンモニアは、第15D配管155を流過して第15M配管164に供給され、この第15M配管164からコンデンサ4に気体状のアンモニアが導入される。
Thereby, the gaseous ammonia derived from the
このような第5の接続パターンでは、気体状のアンモニアに含まれる不純物を、第1吸着塔1511および第3吸着塔1513で吸着除去することができるので、不純物に対する吸着除去能力を向上することができる。なお、第5の接続パターンでは、第2吸着塔1512における吸着除去動作は実行されないので、この第2吸着塔1512を再生処理することができる。
In such a fifth connection pattern, impurities contained in gaseous ammonia can be adsorbed and removed by the
第6の接続パターンは、気化器2から導出された気体状のアンモニアを、第3吸着塔1513、第2吸着塔1512の順に通過させる接続パターンである。第6の接続パターンでは、第15Cバルブ1541、第15Eバルブ1561および第15Lバルブ1631を開放させ、第15Aバルブ1521、第15Bバルブ1531、第15Dバルブ1551、第15Fバルブ1571、第15Gバルブ1581、第15Hバルブ1591、第15Iバルブ1601、第15Jバルブ1611および第15Kバルブ1621を閉鎖させる。
The sixth connection pattern is a connection pattern that allows gaseous ammonia derived from the
これによって、気化器2から導出された気体状のアンモニアは、第15C配管154を流れて第3吸着塔1513に導入され、第3吸着塔1513から導出された気体状のアンモニアは、第15F配管157、第15K配管162および第15L配管163を流れて第2吸着塔1512に導入され、第2吸着塔1512から導出された気体状のアンモニアは、第15E配管156を流過して第15M配管164に供給され、この第15M配管164からコンデンサ4に気体状のアンモニアが導入される。
Thereby, the gaseous ammonia derived from the
このような第6の接続パターンでは、気体状のアンモニアに含まれる不純物を、第2吸着塔1512および第3吸着塔1513で吸着除去することができるので、不純物に対する吸着除去能力を向上することができる。なお、第6の接続パターンでは、第1吸着塔1511における吸着除去動作は実行されないので、この第1吸着塔1511を再生処理することができる。
In such a sixth connection pattern, impurities contained in gaseous ammonia can be adsorbed and removed by the
図3は、本発明の第3実施形態に係るアンモニア精製システム200の構成を示す図である。本実施形態のアンモニア精製システム200は、前述のアンモニア精製システム100に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。アンモニア精製システム200は、吸着ユニット201の構成が、前述の吸着ユニット3の構成と異なること以外は、アンモニア精製システム100と同様である。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of an
吸着ユニット201は、気化器2から導出された気体状のアンモニアに含まれる不純物を吸着除去して精製する。本実施形態では、吸着ユニット201は、第1吸着塔2011、第2吸着塔2012、第3吸着塔2013および第4吸着塔2014を含んで構成される。
The
第1吸着塔2011および第3吸着塔2013は、第20配管202に並列に接続されている。第20配管202には、第20配管202における流路を開放または閉鎖する第21バルブ2021および第22バルブ2022が設けられている。第20配管202において、第21バルブ2021は、第1吸着塔2011の上流側(すなわち、第1吸着塔2011の塔頂部側)に配置され、第22バルブ2022は、第3吸着塔2013の上流側(すなわち、第3吸着塔2013の塔頂部側)に配置される。気化器2から導出された気体状のアンモニアの第1吸着塔2011への供給時には、第21バルブ2021が開放され、第22バルブ2022が閉鎖されて、気化器2から第1吸着塔2011に向けて第20配管202内を気体状のアンモニアが流れる。また、気化器2から導出された気体状のアンモニアの第3吸着塔2013への供給時には、第22バルブ2022が開放され、第21バルブ2021が閉鎖されて、気化器2から第3吸着塔2013に向けて第20配管202内を気体状のアンモニアが流れる。
The
このように、吸着ユニット201が、並列接続される第1吸着塔2011および第3吸着塔2013を有することによって、気化器2から導出された気体状のアンモニアを、並列接続される第1吸着塔2011および第3吸着塔2013に対して、それぞれ区別した状態で導入することができるので、たとえば、第1吸着塔2011で吸着除去している間に、使用済みの第3吸着塔2013で再度吸着除去動作が可能なように、使用済みの第3吸着塔2013を再生処理することができる。
As described above, the
第2吸着塔2012は、第21配管203を介して第1吸着塔2011と直列に接続されている。すなわち、第21配管203において、一端部は第1吸着塔2011の塔底部に接続され、他端部は第2吸着塔2012の塔頂部に接続されている。これによって、気化器2から導出されて、第1吸着塔2011に導入された気体状のアンモニアは、第23バルブ2031が開放された状態で、第21配管203を流れて第2吸着塔2012に導入される。このように、吸着ユニット201が、直列接続される第1吸着塔2011および第2吸着塔2012を有することによって、気化器2から導出された気体状のアンモニアに含まれる不純物を、第1吸着塔2011および第2吸着塔2012で吸着除去することができるので、不純物に対する吸着除去能力を向上することができる。
The
第2吸着塔2012から導出された気体状のアンモニアは、第24バルブ2041が開放された状態で、第22配管204を流れて、コンデンサ4に供給される。
Gaseous ammonia derived from the
第4吸着塔2014は、第23配管205を介して第3吸着塔2013と直列に接続されている。すなわち、第23配管205において、一端部は第3吸着塔2013の塔底部に接続され、他端部は第4吸着塔2014の塔頂部に接続されている。これによって、気化器2から導出されて、第3吸着塔2013に導入された気体状のアンモニアは、第25バルブ2051が開放された状態で、第23配管205を流れて第4吸着塔2014に導入される。このように、吸着ユニット201が、直列接続される第3吸着塔2013および第4吸着塔2014を有することによって、気化器2から導出された気体状のアンモニアに含まれる不純物を、第3吸着塔2013および第4吸着塔2014で吸着除去することができるので、不純物に対する吸着除去能力を向上することができる。
The
第4吸着塔2014から導出された気体状のアンモニアは、第26バルブ2061が開放された状態で、第24配管206を流れて、コンデンサ4に供給される。
The gaseous ammonia led out from the
アンモニア精製システム200の吸着ユニット201における第1吸着塔2011は、塔頂部から塔底部に向かって(アンモニアの流れ方向上流側から下流側に向かって)順番に、塔頂吸着層20111、第1中間吸着層20112、第2中間吸着層20113、第3中間吸着層20114、および塔底吸着層20115が積層された積層構造を有する。
The
塔頂吸着層20111は、前述した吸着ユニット3における第1吸着塔31の塔頂吸着層311と同様に構成された、第1吸着剤を含む層であり、第1吸着剤層としての機能を有する。第1中間吸着層20112は、前述した第1吸着塔31の第1中間吸着層312と同様に構成された、第2吸着剤を含む層であり、第2吸着剤層としての機能を有する。第2中間吸着層20113は、前述した第1吸着塔31の第2中間吸着層313と同様に構成された、第2吸着剤を含む層であり、第2吸着剤層としての機能を有する。第3中間吸着層20114は、前述した第1吸着塔31の第1中間吸着層312および第2中間吸着層313と同様に構成された、第2吸着剤を含む層であり、第2吸着剤層としての機能を有する。ただし、第1中間吸着層20112と、第2中間吸着層20113と、第3中間吸着層20114とは、第2吸着剤を含む層であることで同じであるけれども、互いに種類が異なる吸着剤を用いる。塔底吸着層20115は、前述した第1吸着塔31の塔底吸着層314と同様に構成された、第3吸着剤を含む層であり、第3吸着剤層としての機能を有する。
The tower
第1吸着塔2011における積層構造について、具体例を挙げて説明する。第1の具体例では、塔頂吸着層20111は、第1吸着剤として活性炭(GG、クラレケミカル株式会社製)を含む層であり、第1中間吸着層20112は、第2吸着剤としてシリカゲル(シルビードN、水澤化学工業株式会社製)を含む層であり、第2中間吸着層20113は、第2吸着剤として親水性ゼオライト(MS−3A、東ソー株式会社製)を含む層であり、第3中間吸着層20114は、第2吸着剤として疎水性ゼオライト(HSZ−300、シリカ/アルミナ比=10、東ソー株式会社製)を含む層であり、塔底吸着層20115は、第3吸着剤として活性炭(GG、クラレケミカル株式会社製)を含む層である。
The laminated structure in the
第2の具体例では、塔頂吸着層20111は、第1吸着剤として活性炭(GG、クラレケミカル株式会社製)を含む層であり、第1中間吸着層20112は、第2吸着剤として親水性ゼオライト(MS−3A、東ソー株式会社製)を含む層であり、第2中間吸着層20113は、第2吸着剤としてシリカゲル(シルビードN、水澤化学工業株式会社製)を含む層であり、第3中間吸着層20114は、第2吸着剤として疎水性ゼオライト(HiSiv、ユニオン昭和株式会社製)を含む層であり、塔底吸着層20115は、第3吸着剤としてMS−13X(東ソー株式会社製)を含む層である。
In the second specific example, the tower
以上のように構成された本実施形態のアンモニア精製システム200では、水、炭素数5未満の有機化合物、炭素数5以上の有機化合物に対する吸着能がそれぞれ異なる吸着剤層が積層された、第1吸着塔2011、第2吸着塔2012、第3吸着塔2013、および第4吸着塔2014によって、粗アンモニアに含有される不純物を吸着除去するので、粗アンモニアに含有される不純物(主に水および有機化合物)を効率よく吸着除去することができる。そして、コンデンサ4は、第2吸着塔2012または第4吸着塔2014から導出されたアンモニアを分縮して気相成分と液相成分とに分離するので、水素、窒素、酸素、アルゴン、一酸化炭素、二酸化炭素などの、揮発性の高い不純物を、気相成分として分離除去し、液相成分として精製された液体状のアンモニアを得ることができる。そのため、本実施形態のアンモニア精製システム200では、従来技術のように還流を伴う蒸留を行うことなく、簡単化された方法でアンモニアを精製することができるとともに、エネルギの消費を抑制してアンモニアを効率的に精製することができる。
In the
図4は、本発明の第4実施形態に係るアンモニア精製システム300の構成を示す図である。本実施形態のアンモニア精製システム300は、前述のアンモニア精製システム100に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。アンモニア精製システム300は、原料貯留タンク1Aの構成が、前述の原料貯留タンク1の構成と異なること以外は、アンモニア精製システム100と同様である。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of an
アンモニア精製システム300に備えられる原料貯留タンク1Aは、粗アンモニアを液体状のアンモニアとして貯留し、所定の温度および圧力になるように制御されている。原料貯留タンク1Aは、円柱状の内部空間を有し、その内部空間に液体状の粗アンモニアを貯留した状態で、原料貯留タンク1Aの上部には気相が形成され、下部には液相が形成されている。
The raw
本実施形態では、原料貯留タンク1Aは、貯留された粗アンモニアを、吸着ユニット3に向けて導出する。なお、アンモニア精製システム300には、前述の気化器2は備えられていない。原料貯留タンク1Aから吸着ユニット3に粗アンモニアが導出される際には、揮発性の低い不純物(たとえば、水分、炭素数6を超える炭化水素など)の多くが液相に残されて、原料貯留タンク1Aに形成される気相から気体状の粗アンモニアとして導出される。原料貯留タンク1Aには、原料貯留タンク1A内に貯留される液体状の粗アンモニアの一部を気化させ、気相におけるアンモニア濃度を上昇させるために、液体状の粗アンモニアを加熱する加熱装置302が設けられている。
In the present embodiment, the raw material storage tank 1 </ b> A derives the stored crude ammonia toward the
原料貯留タンク1Aの上部(気相が形成された部分)には、気体状アンモニア導出配管301が接続されている。気体状アンモニア導出配管301の、原料貯留タンク1Aと接続される側とは反対側の端部は、流量調整器71に接続されている。また、気体状アンモニア導出配管301には、気体状アンモニア導出配管301における流路を開放または閉鎖する開閉バルブ3011が設けられている。
A gaseous
原料貯留タンク1Aに貯留された粗アンモニアは、開閉バルブ3011が開放された状態で、原料貯留タンク1Aに形成される気相から気体状の粗アンモニアとして導出される。このようにして原料貯留タンク1Aから導出された気体状の粗アンモニアは、気体状アンモニア導出配管301を流れて、流量調整器71に供給される。そして、気体状の粗アンモニアは、流量調整器71によって流量が調整されて、第1吸着塔31および第2吸着塔32を有する吸着ユニット3に供給されることになる。吸着ユニット3に供給された気体状の粗アンモニアは、第1吸着塔31および第2吸着塔32によって不純物が吸着除去されて精製される。さらに、第1吸着塔31および第2吸着塔32において精製された気体状のアンモニアは、コンデンサ4において分縮されて揮発性の高い不純物が分離除去される。
The crude ammonia stored in the raw
以上のように構成された本実施形態のアンモニア精製システム300では、水、炭素数5未満の有機化合物、炭素数5以上の有機化合物に対する吸着能がそれぞれ異なる吸着剤層が積層された、第1吸着塔31および第2吸着塔32によって、気体状の粗アンモニアに含有される不純物を吸着除去するので、粗アンモニアに含有される不純物(主に水および有機化合物)を効率よく吸着除去することができる。そして、コンデンサ4は、第1吸着塔31または第2吸着塔32から導出されたアンモニアを分縮して気相成分と液相成分とに分離するので、水素、窒素、酸素、アルゴン、一酸化炭素、二酸化炭素などの、揮発性の高い不純物を、気相成分として分離除去し、液相成分として精製された液体状のアンモニアを得ることができる。そのため、本実施形態のアンモニア精製システム300では、従来技術のように還流を伴う蒸留を行うことなく、簡単化された方法でアンモニアを精製することができるとともに、エネルギの消費を抑制してアンモニアを効率的に精製することができる。
In the
図5は、本発明の第5実施形態に係るアンモニア精製システム400の構成を示す図である。本実施形態のアンモニア精製システム400は、前述のアンモニア精製システム100に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。アンモニア精製システム400は、原料貯留タンク1Bの構成が、前述の原料貯留タンク1の構成と異なること以外は、アンモニア精製システム100と同様である。
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of an
アンモニア精製システム400に備えられる原料貯留タンク1Bは、粗アンモニアを液体状のアンモニアとして貯留し、所定の温度および圧力になるように制御されている。原料貯留タンク1Bは、円柱状の内部空間を有し、その内部空間に液体状の粗アンモニアを貯留した状態で、原料貯留タンク1Bの上部には気相が形成され、下部には液相が形成されている。また、原料貯留タンク1Bには、原料貯留タンク1B内に貯留される液体状の粗アンモニアの一部を気化させ、気相におけるアンモニア濃度を上昇させるために、液体状の粗アンモニアを加熱する加熱装置403が設けられている。
The raw
本実施形態では、原料貯留タンク1Bは、貯留された粗アンモニアを、気相および液相のいずれの相からも導出可能に構成されている。
In the present embodiment, the raw
原料貯留タンク1B内における液体状の粗アンモニアの充填量(貯留量)によって、原料貯留タンク1Bに形成される気相の不純物(特に揮発性の高い不純物)濃度が異なる。原料貯留タンク1B内における液体状の粗アンモニアの充填量が多いほど、原料貯留タンク1Bに形成される気相において、揮発性の高い不純物濃度が高くなる。また、原料貯留タンク1B内における液体状の粗アンモニアの充填量が少ないほど、原料貯留タンク1Bに形成される液相において、揮発性の低い不純物(たとえば、水、炭素数が大きい有機化合物)の濃度が高くなる。すなわち、原料貯留タンク1Bに形成される液相から液体状の粗アンモニアを導出する場合、原料貯留タンク1B内における液体状の粗アンモニアの充填量が減少するにつれて、揮発性の低い不純物濃度が高い粗アンモニアが原料貯留タンク1Bの液相から導出されることになる。
The concentration of gas phase impurities (particularly highly volatile impurities) formed in the raw
したがって、本実施形態のアンモニア精製システム400は、原料貯留タンク1B内における液体状の粗アンモニアの充填量に応じて、粗アンモニアの導出状態(気相および液相のいずれの相から粗アンモニアを導出させるかの導出動作の制御)を切替えるように構成されている。アンモニア精製システム400は、原料貯留タンク1B内における、内部空間の容積に対する液相の容積の比である容積比を算出し、該容積比が予め定める閾値以上である場合に、原料貯留タンク1Bに形成される液相から液体状の粗アンモニアを導出するように構成され、前記閾値未満である場合に、原料貯留タンク1Bに形成される気相から気体状の粗アンモニアを導出するように構成されている。
Therefore, the
具体的には、アンモニア精製システム400では、原料貯留タンク1B内に貯留される液体状の粗アンモニアの、内部空間における液面高さが検出される。内部空間の大きさの寸法が予めわかっていれば、液面高さを用いて前記容積比を算出することができる。特に、底面に平行な断面が一定の内部空間では、内部空間の高さに対する液面高さの比が、前記容積比と同じになるので、容積比の算出が容易となる。
Specifically, in the
本実施形態では、原料貯留タンク1Bに形成される内部空間は、円柱状であるので、円形の底面に平行な断面が一定の内部空間である。したがって、内部空間の高さに対する液面高さの比が、前記容積比と同じになる。そこで、アンモニア精製システム400は、原料貯留タンク1Bの内部空間の高さの値と、液面高さの値を用いて、内部空間の高さに対する液面高さの比((液面高さ/内部空間の高さ)、以下「高さ比」という)を、前記容積比に相当する値として算出する。
In this embodiment, since the internal space formed in the raw
さらに、アンモニア精製システム400では、前記高さ比が予め定める閾値(本実施形態では、閾値=1/2)以上である場合に、原料貯留タンク1Bに形成される液相から液体状の粗アンモニアを導出するように、原料貯留タンク1Bの粗アンモニアの導出動作が制御される。また、アンモニア精製システム400では、前記高さ比が予め定める閾値未満である場合に、原料貯留タンク1Bに形成される気相から気体状の粗アンモニアを導出するように、原料貯留タンク1Bの粗アンモニアの導出動作が制御される。
Furthermore, in the
換言すると、本実施形態のアンモニア精製システム400は、原料貯留タンク1B内において、原料貯留タンク1Bの高さの1/2(前記閾値に相当)以上の高さ位置まで、液体状の粗アンモニアが充填されていることが検出された場合には、原料貯留タンク1Bに形成される液相から液体状の粗アンモニアが導出されるように構成されている。また、アンモニア精製システム400は、原料貯留タンク1B内において、原料貯留タンク1Bの高さの1/2(前記閾値に相当)未満の高さ位置まで、液体状の粗アンモニアが充填されていることが検出された場合には、原料貯留タンク1Bに形成される気相から気体状の粗アンモニアが導出されるように構成されている。
In other words, the
このように、原料貯留タンク1B内における液体状の粗アンモニアの充填量に応じて、粗アンモニアの導出状態を切替えるように構成することによって、不純物濃度のばらつきが少ない状態で、粗アンモニアを原料貯留タンク1Bから導出することができる。これによって、最終的に精製されるアンモニアの純度に大きなばらつきが発生するのを防止することができる。
In this way, the crude ammonia can be stored in the raw material storage state with little variation in impurity concentration by switching the derivation state of the crude ammonia in accordance with the amount of liquid crude ammonia charged in the raw
原料貯留タンク1Bの下部(液相が形成された部分)には、液体状アンモニア導出配管401が接続されている。液体状アンモニア導出配管401の、原料貯留タンク1Bと接続される側とは反対側の端部は、気化器2に接続されている。また、液体状アンモニア導出配管401には、液体状アンモニア導出配管401における流路を開放または閉鎖する開閉バルブ4011が設けられている。原料貯留タンク1Bに貯留された粗アンモニアは、開閉バルブ4011が開放された状態で、原料貯留タンク1Bに形成される液相から液体状の粗アンモニアとして導出される。このようにして原料貯留タンク1Bから導出された液体状の粗アンモニアは、液体状アンモニア導出配管401を流れて、気化器2に供給される。原料貯留タンク1Bから導出された液体状の粗アンモニアは、気化器2によって気化されて、気体状のアンモニアとして流量調整器71に供給される。このようにして気化器2によって気化された気体状のアンモニアは、流量調整器71によって流量が調整されて、第1吸着塔31および第2吸着塔32を有する吸着ユニット3に供給されることになる。
A liquid
また、原料貯留タンク1Bの上部(気相が形成された部分)には、気体状アンモニア導出配管402が接続されている。気体状アンモニア導出配管402の、原料貯留タンク1Bと接続される側とは反対側の端部は、流量調整器71に接続されている。また、気体状アンモニア導出配管402には、気体状アンモニア導出配管402における流路を開放または閉鎖する開閉バルブ4021が設けられている。
In addition, a gaseous
原料貯留タンク1Bに貯留された粗アンモニアは、開閉バルブ4021が開放された状態で、原料貯留タンク1Bに形成される気相から気体状の粗アンモニアとして導出される。このようにして原料貯留タンク1Bから導出された気体状の粗アンモニアは、気体状アンモニア導出配管402を流れて、流量調整器71に供給される。そして、気体状の粗アンモニアは、流量調整器71によって流量が調整されて、第1吸着塔31および第2吸着塔32を有する吸着ユニット3に供給されることになる。
The crude ammonia stored in the raw
本実施形態のアンモニア精製システム400において、吸着ユニット3に供給された気体状のアンモニアは、第1吸着塔31および第2吸着塔32によって不純物が吸着除去されて精製される。さらに、第1吸着塔31および第2吸着塔32において精製された気体状のアンモニアは、コンデンサ4において分縮されて揮発性の高い不純物が分離除去される。
In the
以上のように構成された本実施形態のアンモニア精製システム400では、水、炭素数5未満の有機化合物、炭素数5以上の有機化合物に対する吸着能がそれぞれ異なる吸着剤層が積層された、第1吸着塔31および第2吸着塔32によって、気体状の粗アンモニアに含有される不純物を吸着除去するので、粗アンモニアに含有される不純物(主に水および有機化合物)を効率よく吸着除去することができる。そして、コンデンサ4は、第1吸着塔31または第2吸着塔32から導出されたアンモニアを分縮して気相成分と液相成分とに分離するので、水素、窒素、酸素、アルゴン、一酸化炭素、二酸化炭素などの、揮発性の高い不純物を、気相成分として分離除去し、液相成分として精製された液体状のアンモニアを得ることができる。そのため、本実施形態のアンモニア精製システム400では、従来技術のように還流を伴う蒸留を行うことなく、簡単化された方法でアンモニアを精製することができるとともに、エネルギの消費を抑制してアンモニアを効率的に精製することができる。
In the
1,1A,1B 原料貯留タンク
2 気化器
3,151,201 吸着ユニット
4 コンデンサ
5 回収タンク
6 充填装置
31,1511,2011 第1吸着塔
32,1512,2012 第2吸着塔
100,150,200,300,400 アンモニア精製システム
1513,2013 第3吸着塔
2014 第4吸着塔
311,321,15111,15121,15131,20111,20121,20131,20141 塔頂吸着層
312,322,15112,15122,15132,20112,20122,20132,20142 第1中間吸着層
313,323,15113,15123,15133,20113,20123,20133,20143 第2中間吸着層
314,324,15114,15124,15134,20115,20125,20135,20145 塔底吸着層
20114,20124,20134,20144 第3中間吸着層
1, 1A, 1B Raw
Claims (5)
粗アンモニアを貯留し、その貯留された粗アンモニアを導出する貯留手段と、
前記貯留手段から導出された粗アンモニアに含有される不純物を、活性炭、親水性ゼオライト、疎水性ゼオライト、シリカゲル、および活性アルミナから選ばれた吸着剤によって吸着除去して精製し、精製されたアンモニアを導出する吸着手段であって、
第1吸着剤を含む第1吸着剤層と、
前記第1吸着剤と種類が異なる第2吸着剤を含む複数の第2吸着剤層と、
前記第2吸着剤と種類が異なる第3吸着剤を含む第3吸着剤層とが、粗アンモニアの流れ方向に積層された吸着部を、1または複数有する吸着手段と、
前記吸着手段から導出された、精製されたアンモニアを分縮して気相成分と液相成分とに分離することで、揮発性の高い不純物を気相成分として分離除去し、液相成分として精製された液体状のアンモニアを得る分縮手段と、を備えることを特徴とするアンモニア精製システム。 In an ammonia purification system for purifying crude ammonia containing impurities,
Storage means for storing crude ammonia and deriving the stored crude ammonia;
Impurities contained in the crude ammonia derived from the storage means are purified by adsorbing and removing with an adsorbent selected from activated carbon, hydrophilic zeolite, hydrophobic zeolite, silica gel and activated alumina. A suction means for deriving,
A first adsorbent layer comprising a first adsorbent;
A plurality of second adsorbent layers including a second adsorbent of a type different from the first adsorbent;
A third adsorbent layer containing a third adsorbent of a type different from the second adsorbent, and an adsorbing means having one or a plurality of adsorbing portions laminated in the flow direction of the crude ammonia;
By separating the purified ammonia derived from the adsorption means into a gas phase component and a liquid phase component, the highly volatile impurities are separated and removed as a gas phase component and purified as a liquid phase component. An ammonia refining system comprising: a contraction means for obtaining the liquid ammonia.
前記吸着手段は、前記気化手段から導出された気体状のアンモニアに含有される不純物を、前記吸着部によって吸着除去することを特徴とする請求項1に記載のアンモニア精製システム。 Vaporization means for evaporating a part of the liquid crude ammonia derived from the storage means and deriving gaseous ammonia;
The ammonia purification system according to claim 1, wherein the adsorption unit adsorbs and removes impurities contained in gaseous ammonia derived from the vaporization unit by the adsorption unit.
前記第2吸着剤は、炭素数5未満の有機化合物に対して高い吸着能を有する吸着剤であり、
前記第3吸着剤は、炭素数5以上の有機化合物および水に対して高い吸着能を有する吸着剤であることを特徴とする請求項1または2に記載のアンモニア精製システム。 The first adsorbent is an adsorbent having a high adsorbability for water,
The second adsorbent is an adsorbent having a high adsorbing ability for an organic compound having less than 5 carbon atoms,
3. The ammonia purification system according to claim 1, wherein the third adsorbent is an adsorbent having high adsorbability for an organic compound having 5 or more carbon atoms and water.
複数の吸着部は、直列または並列に接続されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載のアンモニア精製システム。 The adsorption means has a plurality of the adsorption portions,
The ammonia purification system according to any one of claims 1 to 4, wherein the plurality of adsorption units are connected in series or in parallel.
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