JP2014005157A - Ammonia purification system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ammonia purification system that can prevent the purity of ultimately purified ammonia from varying greatly.SOLUTION: In an ammonia purification system 100, a control unit 2 calculates a volume ratio of a liquid phase to the total volume of internal space in a raw material storage tank 1. Additionally, a control unit 2 controls the raw material storage tank 1 to deliver crude ammonia from the liquid phase when the volume ratio is a prescribed threshold or more. The control unit 2 controls the raw material storage tank 1 to deliver crude ammonia from a gas phase when the volume ratio is less than the threshold. Then, an adsorption unit 4 adsorbs and removes impurities contained in gaseous crude ammonia delivered from the gas phase in the raw material storage tank 1 or gaseous ammonia delivered from an evaporator 3 through adsorbents, and delivers the gaseous ammonia.

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。   Patent Document 2 discloses a method for purifying ammonia that obtains high-purity ammonia by combining a moisture adsorption tower, a hydrocarbon adsorption tower, and a distillation tower. In Patent Document 3, after removing impurities having a low boiling point in a distillation column, ammonia is removed from gaseous ammonia in an adsorption column, and oxygen is separated and removed in a catalyst part to obtain high purity ammonia. A purification method is disclosed.

特開2006−206410号公報JP 2006-206410 A 特表2008−505830号公報Special table 2008-505830 gazette 特開2005−162546号公報JP 2005-162546 A

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。しかしながら、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、粗アンモニアの貯留時における不純物濃度のばらつきが考慮されていない。   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. However, the technology for refining ammonia disclosed in Patent Documents 1 to 3 does not consider variations in impurity concentration during storage of crude ammonia.

粗アンモニアは、貯留タンクなどの容器に貯留される。貯留タンク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、貯留タンク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。貯留タンク内における液体状の粗アンモニアの充填量が多いほど、貯留タンク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。このような、不純物濃度のばらつきが大きい状態で、貯留タンクから導出された粗アンモニアを、吸着塔、蒸留塔などで精製したとしても、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してしまう。   Crude ammonia is stored in a container such as a storage tank. The concentration of gas phase impurities (particularly highly volatile impurities) formed in the storage tank differs depending on the amount of liquid crude ammonia charged (storage amount) in the storage tank. The greater the amount of liquid crude ammonia charged in the storage tank, the higher the concentration of highly volatile impurities in the gas phase formed in the storage tank. Even when the crude ammonia derived from the storage tank is purified by an adsorption tower, distillation tower, etc. in such a state where the impurity concentration varies greatly, the purity of the finally purified ammonia varies greatly. End up.

したがって本発明の目的は、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ことを防止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 that can prevent the occurrence of large variations in the purity of ammonia that is finally purified.

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、
気相および液相が形成されるように、内部空間に粗アンモニアを貯留し、その貯留された粗アンモニアを、気相または液相から導出する貯留手段と、
前記貯留手段における、前記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は、液相から一部の粗アンモニアを導出するように前記貯留手段を制御し、前記容積比が、前記閾値未満である場合には、気相から粗アンモニアを導出するように前記貯留手段を制御する導出制御手段と、
前記貯留手段の液相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と、
前記貯留手段の気相から導出された気体状の粗アンモニア、または、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、吸着剤によって吸着除去し、気体状のアンモニアを導出する吸着手段と、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 in the internal space so as to form a gas phase and a liquid phase, and deriving the stored crude ammonia from the gas phase or the liquid phase;
A volume ratio, which is a ratio of the volume of the liquid phase to the volume of the internal space in the storage means, is calculated. Controlling the storage means so that, when the volume ratio is less than the threshold, a derivation control means for controlling the storage means to derive crude ammonia from the gas phase;
Vaporizing means for evaporating a part of the liquid crude ammonia derived from the liquid phase of the storage means and deriving gaseous ammonia;
The gaseous crude ammonia derived from the vapor phase of the storage means or the impurities contained in the gaseous ammonia derived from the vaporization means are adsorbed and removed by an adsorbent to derive gaseous ammonia. And an adsorption means.

また本発明のアンモニア精製システムは、前記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分縮手段をさらに備えることを特徴とする。   Further, the ammonia purification system of the present invention separates and removes highly volatile impurities as gas phase components by decomposing ammonia derived from the adsorption means and separating it into a gas phase component and a liquid phase component, It is further characterized by further comprising a contraction means for obtaining liquid ammonia purified as a liquid phase component.

また本発明のアンモニア精製システムは、前記吸着手段から導出されたアンモニアを蒸留することで不純物を分離除去し、精製された液体状のアンモニアを得る蒸留手段をさらに備えることを特徴とする。   The ammonia purification system of the present invention is further characterized by further comprising a distillation means for separating and removing impurities by distilling the ammonia derived from the adsorption means to obtain purified liquid ammonia.

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、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の5種類の吸着剤から選ばれた少なくとも3種以上の吸着剤がそれぞれ充填された複数の吸着領域を有することを特徴とする。   In the ammonia purification system of the present invention, the adsorption means is filled with at least three kinds of adsorbents selected from five kinds of adsorbents such as activated carbon, hydrophilic zeolite, hydrophobic zeolite, silica gel, and activated alumina. And having a plurality of adsorption regions.

本発明によれば、アンモニア精製システムは、不純物が含有さ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、導出制御手段と、気化手段と、吸着手段とを備える。貯留手段は、気相および液相が形成されるように、内部空間に粗アンモニアを貯留し、その貯留された粗アンモニアを、気相または液相から導出する。導出制御手段は、貯留手段における、粗アンモニアの導出動作を制御する。   According to the present invention, the ammonia purification system is a system for purifying crude ammonia containing impurities, and includes a storage means, a derivation control means, a vaporization means, and an adsorption means. The storage means stores crude ammonia in the internal space so that a gas phase and a liquid phase are formed, and derives the stored crude ammonia from the gas phase or the liquid phase. The derivation control means controls the derivation operation of the crude ammonia in the storage means.

導出制御手段は、貯留手段における、前記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、液相から粗アンモニアを導出するように貯留手段を制御する。また、導出制御手段は、前記容積比が、前記閾値未満である場合に、気相から粗アンモニアを導出するように貯留手段を制御する。換言すると、導出制御手段は、貯留手段の内部空間における液体状の粗アンモニアの充填量(貯留量)に応じて、貯留手段における粗アンモニアの導出状態を切替える(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)ように構成されている。これによって、不純物濃度のばらつきが少ない状態で、粗アンモニアを貯留手段から導出することができる。したがって、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。   The derivation control means calculates a volume ratio, which is a ratio of the volume of the liquid phase to the volume of the internal space in the storage means, and derives crude ammonia from the liquid phase when the volume ratio is equal to or greater than a predetermined threshold. The storage means is controlled to do so. The derivation control unit controls the storage unit so as to derive crude ammonia from the gas phase when the volume ratio is less than the threshold value. In other words, the derivation control means switches the derivation state of the crude ammonia in the storage means according to the filling amount (storage amount) of the liquid crude ammonia in the internal space of the storage means (either the gas phase or the liquid phase). (Control of the derivation operation for deriving crude ammonia from the control). Thereby, crude ammonia can be derived from the storage means in a state where there is little variation in impurity concentration. Therefore, it is possible to prevent a large variation in the purity of ammonia that is finally purified.

また、本発明のアンモニア精製システムにおいて、気化手段は、貯留手段の液相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。これによって、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。そして、吸着手段は、貯留手段の気相から導出された気体状の粗アンモニア、または、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、吸着剤によって吸着除去し、気体状のアンモニアを導出する。この吸着手段によって、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。   In the ammonia purification system of the present invention, the vaporizing means vaporizes a part of the liquid crude ammonia derived from the liquid phase of the storage means to derive gaseous ammonia. As a result, low-volatile impurities (for example, moisture, hydrocarbons having 6 or more carbon atoms) contained in the crude ammonia remain in the liquid phase, and gaseous ammonia with reduced low-volatile impurities is derived. can do. The adsorbing means adsorbs and removes the impurities contained in the gaseous crude ammonia derived from the gas phase of the storage means or the gaseous ammonia derived from the vaporizing means by the adsorbent. Derives ammonia. By this adsorption means, 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、アンモニア精製システムは、分縮手段をさらに備える。この分縮手段は、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。これによって、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、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。   According to the invention, the ammonia purification system further includes a partial reduction means. This partial contraction means separates and removes highly volatile impurities as a vapor phase component by separating the ammonia derived from the adsorption means into a vapor phase component and a liquid phase component, and as a liquid phase component. Purified liquid ammonia is obtained. As a result, highly volatile impurities such as hydrogen, nitrogen, oxygen, argon, carbon monoxide, and carbon dioxide can be separated and removed as gas phase components to obtain purified liquid ammonia as liquid phase components. it can. Therefore, in the ammonia purification system of the present invention, it is possible to purify ammonia by a simplified method without performing distillation accompanied by reflux, and it is possible to efficiently purify ammonia while suppressing energy consumption. it can.

また本発明によれば、アンモニア精製システムは、蒸留手段をさらに備える。この蒸留手段は、吸着手段から導出されたアンモニアを蒸留することで不純物を分離除去し、精製された液体状のアンモニアを得ることができる。   According to the invention, the ammonia purification system further includes distillation means. This distillation means can separate and remove impurities by distilling the ammonia derived from the adsorption means to obtain purified liquid ammonia.

また本発明によれば、吸着手段は、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の5種類の吸着剤から選ばれた少なくとも3種以上の吸着剤がそれぞれ充填された複数の吸着領域を有する。これによって、吸着手段は、貯留手段の気相から導出された気体状の粗アンモニア、または、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、効率よく吸着除去することができる。   According to the invention, the adsorbing means includes a plurality of adsorbents each filled with at least three adsorbents selected from five adsorbents of activated carbon, hydrophilic zeolite, hydrophobic zeolite, silica gel, and activated alumina. It has an adsorption area. Thereby, the adsorption means can efficiently adsorb and remove impurities contained in gaseous crude ammonia derived from the gas phase of the storage means or gaseous ammonia derived from the vaporization means.

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。It is a figure which shows the structure of the ammonia purification system 100 which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2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。It is a figure which shows the structure of the ammonia purification system 200 which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3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。It is a figure which shows the structure of the ammonia purification system 300 which concerns on 3rd Embodiment of this invention.

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、導出制御手段である制御ユニット2、気化手段である気化器3、吸着手段である吸着ユニット4、分縮手段であるコンデンサ5、および回収タンク61を含んで構成される。   FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an ammonia purification system 100 according to the first embodiment of the present invention. The ammonia purification system 100 of this embodiment is a system for purifying liquid crude ammonia containing impurities. The ammonia purification system 100 includes a raw material storage tank 1 that is a storage means, a control unit 2 that is a derivation control means, a vaporizer 3 that is a vaporization means, an adsorption unit 4 that is an adsorption means, a capacitor 5 that is a partial reduction means, and a recovery A tank 61 is included.

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。また、原料貯留タンク1には、原料貯留タンク1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11が設けられている。   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. The raw material storage tank 1 is heated to heat the liquid crude ammonia in order to vaporize part of the liquid crude ammonia stored in the raw material storage tank 1 and increase the ammonia concentration in the gas phase. A device 11 is provided.

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70が接続されている。この排気配管70には、排気配管70における流路を開放または閉鎖する排気バルブ701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701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701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70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 exhaust pipe 70 serving as a flow path for discharging is connected. The exhaust pipe 70 is provided with an exhaust valve 701 that opens or closes a flow path in the exhaust pipe 70. The ammonia purification system 100 of the present embodiment is configured such that a discharge operation for discharging and removing highly volatile impurities from the crude ammonia stored in the raw material storage tank 1 can be performed by opening the exhaust valve 701. Yes. Specifically, after the liquid crude ammonia is stored in the raw material storage tank 1 for 0.5 to 3 days, the exhaust valve 701 is opened for 10 to 300 minutes. Thus, highly volatile impurities in the crude ammonia distributed in the gas phase formed in the raw material storage tank 1 can be discharged through the exhaust pipe 70.

また、本実施形態では、原料貯留タンク1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。   Moreover, in this embodiment, the raw material storage tank 1 is comprised so that the stored crude ammonia can be derived | led-out from any phase of a gaseous phase and a liquid phase.

原料貯留タンク1の下部(液相が形成された部分)には、液体状の粗アンモニアが導出される配管となる第1配管71が接続されている。第1配管71の、原料貯留タンク1と接続される側とは反対側の端部は、気化器3に接続されている。また、第1配管71には、第1配管71における流路を開放または閉鎖する第1バルブ711が設けられている。原料貯留タンク1に貯留された粗アンモニアは、第1バルブ711が開放された状態で、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。このようにして原料貯留タンク1から導出された液体状の粗アンモニアは、第1配管71を流れて、気化器3に供給される。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、気化器3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63に供給される。このようにして気化器3によって気化された気体状のアンモニアは、流量調整器63によって流量が調整されて、吸着ユニット4に供給されることになる。   A first pipe 71 serving as a pipe from which liquid crude ammonia is led is connected to the lower part of the raw material storage tank 1 (the part where the liquid phase is formed). The end of the first pipe 71 opposite to the side connected to the raw material storage tank 1 is connected to the vaporizer 3. The first pipe 71 is provided with a first valve 711 that opens or closes the flow path in the first pipe 71. The crude ammonia stored in the raw material storage tank 1 is derived as liquid crude ammonia from the liquid phase formed in the raw material storage tank 1 with the first valve 711 opened. The liquid crude ammonia derived from the raw material storage tank 1 in this way flows through the first pipe 71 and is supplied to the vaporizer 3. The liquid crude ammonia derived from the raw material storage tank 1 is vaporized by the vaporizer 3 and supplied to the flow regulator 63 as gaseous ammonia. The gaseous ammonia vaporized by the vaporizer 3 in this way is adjusted in flow rate by the flow rate regulator 63 and supplied to the adsorption unit 4.

また、原料貯留タンク1の上部(気相が形成された部分)には、気体状の粗アンモニアが導出される配管となる第2配管72が接続されている。第2配管72の、原料貯留タンク1と接続される側とは反対側の端部は、流量調整器63に接続されている。また、第2配管72には、第2配管72における流路を開放または閉鎖する第2バルブ721が設けられている。   Further, a second pipe 72 serving as a pipe from which gaseous crude ammonia is led out is connected to the upper part of the raw material storage tank 1 (the part where the gas phase is formed). The end of the second pipe 72 opposite to the side connected to the raw material storage tank 1 is connected to the flow rate regulator 63. The second pipe 72 is provided with a second valve 721 that opens or closes the flow path in the second pipe 72.

原料貯留タンク1に貯留された粗アンモニアは、第2バルブ721が開放された状態で、原料貯留タンク1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1から導出された気体状の粗アンモニアは、第2配管72を流れて、流量調整器63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63によって流量が調整されて、吸着ユニット4に供給されることになる。   The crude ammonia stored in the raw material storage tank 1 is derived as gaseous crude ammonia from the gas phase formed in the raw material storage tank 1 with the second valve 721 opened. The gaseous crude ammonia led out from the raw material storage tank 1 in this way flows through the second pipe 72 and is supplied to the flow rate regulator 63. The gaseous crude ammonia is supplied to the adsorption unit 4 with the flow rate adjusted by the flow rate regulator 63.

制御ユニット2は、原料貯留タンク1における、粗アンモニアの導出動作を制御する。この制御ユニット2は、原料貯留タンク1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1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1の粗アンモニアの導出動作を制御する。また、制御ユニット2は、前記容積比が予め定める前記閾値未満である場合に、原料貯留タンク1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1の粗アンモニアの導出動作を制御する。   The control unit 2 controls the crude ammonia derivation operation in the raw material storage tank 1. The control unit 2 calculates a volume ratio, which is a ratio of the volume of the liquid phase to the volume of the internal space in the raw material storage tank 1, and is formed in the raw material storage tank 1 when the volume ratio is equal to or greater than a predetermined threshold. The crude ammonia derivation operation of the raw material storage tank 1 is controlled so as to derive liquid crude ammonia from the liquid phase. The control unit 2 also supplies the crude ammonia in the raw material storage tank 1 so as to derive the gaseous crude ammonia from the gas phase formed in the raw material storage tank 1 when the volume ratio is less than the predetermined threshold. Controls the derivation operation.

本実施形態では、制御ユニット2は、検出部21と導出切替制御部22とを有する。検出部21は、たとえば液面センサなどによって実現され、原料貯留タンク1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を検出する。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。   In the present embodiment, the control unit 2 includes a detection unit 21 and a derivation switching control unit 22. The detection unit 21 is realized by a liquid level sensor, for example, and detects the liquid level height in the internal space of liquid crude ammonia stored in the raw material storage tank 1. If the dimension of the size of the internal space is known in advance, the volume ratio can be calculated using the liquid level height. In particular, in an internal space having a constant cross-section parallel to the bottom surface, the ratio of the liquid level to the height of the internal space is the same as the volume ratio, so the volume ratio can be easily calculated.

本実施形態では、原料貯留タンク1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、導出切替制御部22は、原料貯留タンク1の内部空間の高さの値と、検出部21によって検出された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 material storage tank 1 is cylindrical, the cross section parallel to the circular bottom is a constant internal space. Therefore, the ratio of the liquid level to the height of the internal space is the same as the volume ratio. Accordingly, the derivation switching control unit 22 uses the value of the height of the internal space of the raw material storage tank 1 and the value of the liquid level detected by the detection unit 21 to set the liquid level to the height of the internal space. Ratio ((liquid level height / internal space height), hereinafter referred to as “height ratio”) is calculated as a value corresponding to the volume ratio.

さらに、導出切替制御部22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1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1の粗アンモニアの導出動作を制御する。また、導出切替制御部22は、前記高さ比が予め定める前記閾値未満である場合に、原料貯留タンク1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1の粗アンモニアの導出動作を制御する。   Further, the derivation switching control unit 22 determines that the liquid-like roughening is performed from the liquid phase formed in the raw material storage tank 1 when the height ratio is equal to or higher than a predetermined threshold value (threshold value = 1/2 in the present embodiment). The derivation operation of the crude ammonia in the raw material storage tank 1 is controlled so as to derive ammonia. Further, the derivation switching control unit 22 causes the raw material storage tank 1 to derive gaseous crude ammonia from the gas phase formed in the raw material storage tank 1 when the height ratio is less than the predetermined threshold value. The crude ammonia derivation operation is controlled.

換言すると、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内において、原料貯留タンク1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を検出部21が検出した場合には、導出切替制御部22が第1バルブ711を開放するとともに第2バルブ721を閉鎖して、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が第1配管71を流れて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100は、原料貯留タンク1内において、原料貯留タンク1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を検出部21が検出した場合には、導出切替制御部22が第2バルブ721を開放するとともに第1バルブ711を閉鎖して、原料貯留タンク1に形成される気相から気体状の粗アンモニアが第2配管72を流れて導出されるように構成されている。   In other words, the ammonia purification system 100 of the present embodiment is configured so that the liquid crude ammonia is in the raw material storage tank 1 up to a height position equal to or higher than 1/2 the height of the raw material storage tank 1 (corresponding to the threshold value). When the detection unit 21 detects that it is filled, the derivation switching control unit 22 opens the first valve 711 and closes the second valve 721 so that the liquid phase formed in the raw material storage tank 1 Liquid crude ammonia is configured to flow out through the first pipe 71. Further, the ammonia purification system 100 is filled with liquid crude ammonia up to a height position less than ½ of the height of the raw material storage tank 1 (corresponding to the threshold value) in the raw material storage tank 1. Is detected by the detection unit 21, the derivation switching control unit 22 opens the second valve 721 and closes the first valve 711, so that gaseous crude ammonia is formed from the gas phase formed in the raw material storage tank 1. Is configured to flow out through the second pipe 72.

原料貯留タンク1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1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1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1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1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1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1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1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1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 material storage tank 1 varies depending on the amount of liquid crude ammonia charged (reserved amount) in the raw material storage tank 1. As the amount of liquid crude ammonia charged in the raw material storage tank 1 increases, the concentration of highly volatile impurities in the gas phase formed in the raw material storage tank 1 increases. In addition, the smaller the filling amount of liquid crude ammonia in the raw material storage tank 1, the lower the volatility of impurities (for example, water, organic compounds having a large number of carbon atoms) in the liquid phase formed in the raw material storage tank 1. The concentration becomes high. That is, when liquid crude ammonia is derived from the liquid phase formed in the raw material storage tank 1, as the filling amount of the liquid crude ammonia in the raw material storage tank 1 decreases, the concentration of impurities with low volatility increases. Crude ammonia is derived from the liquid phase of the raw material storage tank 1.

そこで、前述のように、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。これによって、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1から導出することができる。したがって、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。   Therefore, as described above, the ammonia purification system 100 according to the present embodiment has a crude ammonia derivation state (either a gas phase or a liquid phase) according to the amount of liquid crude ammonia charged in the raw material storage tank 1. The control of the derivation operation for deriving crude ammonia from the control) is switched. As a result, crude ammonia can be derived from the raw material storage tank 1 with little variation in impurity concentration. Therefore, it is possible to prevent a large variation in the purity of ammonia that is finally purified.

気化器3は、原料貯留タンク1の液相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3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3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 vaporizer 3 vaporizes a part of the liquid crude ammonia derived from the liquid phase of the raw material storage tank 1. That is, the vaporizer 3 heats liquid crude ammonia, vaporizes it at a predetermined vaporization rate, separates it into a gas phase component and a liquid phase component, and derives gaseous ammonia. Since the vaporizer 3 vaporizes a part of the liquid crude ammonia, low-volatile impurities (for example, moisture, hydrocarbons having 6 or more carbon atoms) contained in the crude ammonia remain in the liquid phase, Gaseous ammonia in which impurities with low volatility are reduced can be derived.

本実施形態では、気化器3は、原料貯留タンク1の液相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 vaporizer 3 separates the liquid crude ammonia derived from the liquid phase of the raw material storage tank 1 into a vapor phase component and a liquid phase component by vaporizing at a vaporization rate of 90 to 95% by volume. To do. In this case, 90 to 95% by volume of the liquid crude ammonia derived from the raw material storage tank 1 becomes a gas phase component, and 5 to 10% by volume becomes a liquid phase component.

気化器3には、第3バルブ731が設けられた第3配管73と、第4バルブ741が設けられた第4配管74とが接続されている。なお、第3配管73は、気化器3から導出された気体状のアンモニアが吸着ユニット4に向けて流れる配管であり、流量調整器63に接続されている。気化器3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、第4バルブ741が開放された状態で、第4配管74を流れてシステム外部に排出される。また、気化器3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3バルブ731が開放された状態で、第3配管73を流れて流量調整器63に供給される。   The vaporizer 3 is connected to a third pipe 73 provided with a third valve 731 and a fourth pipe 74 provided with a fourth valve 741. The third pipe 73 is a pipe through which gaseous ammonia derived from the vaporizer 3 flows toward the adsorption unit 4, and is connected to the flow rate regulator 63. In the vaporizer 3, the low-volatile impurities separated and removed from ammonia as a liquid phase component flow through the fourth pipe 74 and are discharged to the outside of the system with the fourth valve 741 opened. In the vaporizer 3, gaseous ammonia obtained as a gas phase component flows through the third pipe 73 and is supplied to the flow rate regulator 63 with the third valve 731 open.

流量調整器63には、原料貯留タンク1の気相から導出された気体状のアンモニア、または、気化器3から導出された気体状のアンモニアが、吸着ユニット4に向けて流れる流路となる第5配管75が接続されている。この第5配管75には、第5配管75から分岐する第6配管76、第7配管77および第8配管78が接続されている。   The flow rate regulator 63 serves as a flow path through which gaseous ammonia derived from the gas phase of the raw material storage tank 1 or gaseous ammonia derived from the vaporizer 3 flows toward the adsorption unit 4. Five pipes 75 are connected. A sixth pipe 76, a seventh pipe 77, and an eighth pipe 78 that branch from the fifth pipe 75 are connected to the fifth pipe 75.

第6配管76は、第5配管75から分岐して、後述する第1吸着塔41の塔頂部に接続される。この第6配管76には、第6配管76における流路を開放または閉鎖する第6バルブ761が設けられている。第7配管77は、第5配管75から分岐して、後述する第2吸着塔42の塔頂部に接続される。この第7配管77には、第7配管77における流路を開放または閉鎖する第7バルブ771が設けられている。第8配管78は、第5配管75から分岐して、後述する第3吸着塔43の塔頂部に接続される。この第8配管78には、第8配管78における流路を開放または閉鎖する第8バルブ781が設けられている。   The sixth pipe 76 branches from the fifth pipe 75 and is connected to the tower top of the first adsorption tower 41 described later. The sixth pipe 76 is provided with a sixth valve 761 that opens or closes the flow path in the sixth pipe 76. The seventh pipe 77 branches from the fifth pipe 75 and is connected to the tower top of the second adsorption tower 42 described later. The seventh pipe 77 is provided with a seventh valve 771 that opens or closes the flow path in the seventh pipe 77. The eighth pipe 78 branches from the fifth pipe 75 and is connected to the tower top of the third adsorption tower 43 described later. The eighth pipe 78 is provided with an eighth valve 781 that opens or closes the flow path in the eighth pipe 78.

流量調整器63によって流量が調整された気体状のアンモニアは、第6バルブ761が開放され、かつ、第7バルブ771および第8バルブ781が閉鎖された状態で、第5配管75および第6配管76を流れ、第1吸着塔41に供給される。また、流量調整器63によって流量が調整された気体状のアンモニアは、第7バルブ771が開放され、かつ、第6バルブ761および第8バルブ781が閉鎖された状態で、第5配管75および第7配管77を流れ、第2吸着塔42に供給される。また、流量調整器63によって流量が調整された気体状のアンモニアは、第8バルブ781が開放され、かつ、第6バルブ761および第7バルブ771が閉鎖された状態で、第5配管75および第8配管78を流れ、第3吸着塔43に供給される。   The gaseous ammonia whose flow rate has been adjusted by the flow rate regulator 63 is the fifth pipe 75 and the sixth pipe with the sixth valve 761 opened and the seventh valve 771 and the eighth valve 781 closed. It flows through 76 and is supplied to the first adsorption tower 41. Further, the gaseous ammonia whose flow rate is adjusted by the flow rate regulator 63 is the same as that of the fifth pipe 75 and the seventh pipe 771 with the seventh valve 771 opened and the sixth valve 761 and the eighth valve 781 closed. It flows through the seven pipes 77 and is supplied to the second adsorption tower 42. Further, the gaseous ammonia whose flow rate is adjusted by the flow rate regulator 63, the fifth valve 751 and the eighth pipe 781 are opened in the state where the eighth valve 781 is opened and the sixth valve 761 and the seventh valve 771 are closed. It flows through the eight pipes 78 and is supplied to the third adsorption tower 43.

吸着ユニット4は、原料貯留タンク1の気相から導出された気体状のアンモニア、または、気化器3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4は、吸着部である第1吸着塔41、第2吸着塔42、および第3吸着塔43を含んで構成される。   The adsorption unit 4 adsorbs and removes gaseous ammonia derived from the gas phase of the raw material storage tank 1 or impurities contained in gaseous ammonia derived from the vaporizer 3 for purification. The adsorption unit 4 includes a first adsorption tower 41, a second adsorption tower 42, and a third adsorption tower 43, which are adsorption units.

第1吸着塔41は、流量調整器63を介して供給される気体状のアンモニアに含まれる不純物を吸着除去することができる吸着剤が充填されていれば、どのような構成であってもよい。本実施形態では、第1吸着塔41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、塔頂吸着領域411、塔中間吸着領域412、および塔底吸着領域413が設けられた構造を有する。   The first adsorption tower 41 may have any configuration as long as it is filled with an adsorbent capable of adsorbing and removing impurities contained in gaseous ammonia supplied via the flow rate regulator 63. . In the present embodiment, the first adsorption tower 41 is arranged in order from the tower top to the tower bottom (from the upstream to the downstream in the ammonia flow direction), the tower top adsorption area 411, the tower intermediate adsorption area 412, and It has a structure in which a tower bottom adsorption region 413 is provided.

塔頂吸着領域411、塔中間吸着領域412、および塔底吸着領域413は、活性炭、親水性ゼオライト、疎水性ゼオライト、シリカゲル、活性アルミナの5種類の吸着剤から選ばれた少なくとも3種の吸着剤がそれぞれ充填された領域である。親水性ゼオライトとしては、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)などが挙げられ、疎水性ゼオライトとしては、ハイシリカ型(シリカ/アルミナ比が高い)ゼオライトなどが挙げられる。   The column top adsorption region 411, the column intermediate adsorption region 412, and the column bottom adsorption region 413 are at least three adsorbents selected from five types of adsorbents of activated carbon, hydrophilic zeolite, hydrophobic zeolite, silica gel, and activated alumina. Are filled regions. Examples of hydrophilic zeolite include MS-3A (porous synthetic zeolite having a pore diameter of 3 mm), MS-4A (porous synthetic zeolite having a pore diameter of 4 mm), MS-5A (porous synthetic zeolite having a pore diameter of 5 mm), MS- 13X (porous synthetic zeolite having a pore size of 9 mm) and the like, and examples of the hydrophobic zeolite include high silica type (high silica / alumina ratio) zeolite.

塔頂吸着領域411は、主として水を吸着除去する吸着領域であり、水に対して高い吸着能を有する活性炭、MS−13X、活性アルミナから選ばれた1種または複数種の多孔質吸着剤が充填された吸着領域である。塔中間吸着領域412は、主として炭素数5未満の有機化合物を吸着除去する吸着領域であり、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疎水性ゼオライト、親水性ゼオライト、シリカゲルから選ばれた1種または複数種の多孔質吸着剤が充填された吸着領域である。塔底吸着領域413は、主として炭素数5以上の有機化合物および水を吸着除去する吸着領域であり、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活性炭、MS−13Xから選ばれた1種または複数種の多孔質吸着剤が充填された吸着領域である。   The tower top adsorption region 411 is an adsorption region mainly for adsorbing and removing water. One or more kinds of porous adsorbents selected from activated carbon, MS-13X, and activated alumina having high adsorption ability for water are contained. It is a filled adsorption area. The tower intermediate adsorption region 412 is mainly an adsorption region for adsorbing and removing organic compounds having less than 5 carbon atoms, and is selected from hydrophobic zeolite, hydrophilic zeolite, and silica gel having high adsorption ability for organic compounds having less than 5 carbon atoms. This is an adsorption region filled with one or more kinds of porous adsorbents. The tower bottom adsorption region 413 is an adsorption region mainly for adsorbing and removing organic compounds having 5 or more carbon atoms and water, and is selected from activated carbon and MS-13X having high adsorption ability for organic compounds having 5 or more carbon atoms and water. This is an adsorption region filled with one or more kinds of porous adsorbents.

第2吸着塔42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、塔頂吸着領域421、塔中間吸着領域422、および塔底吸着領域423が設けられた構造を有する。第2吸着塔42において、塔頂吸着領域421は第1吸着塔41の塔頂吸着領域411と同様に構成され、塔中間吸着領域422は第1吸着塔41の塔中間吸着領域412と同様に構成され、塔底吸着領域423は第1吸着塔41の塔底吸着領域413と同様に構成される。   In the second adsorption tower 42, the tower top adsorption area 421, the tower intermediate adsorption area 422, and the tower bottom adsorption area 423 are sequentially arranged from the tower top to the tower bottom (from the upstream side to the downstream side in the ammonia flow direction). Is provided. In the second adsorption tower 42, the tower top adsorption region 421 is configured similarly to the tower top adsorption region 411 of the first adsorption tower 41, and the tower intermediate adsorption region 422 is similar to the tower intermediate adsorption region 412 of the first adsorption tower 41. The tower bottom adsorption region 423 is configured in the same manner as the tower bottom adsorption region 413 of the first adsorption tower 41.

第3吸着塔43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、塔頂吸着領域431、塔中間吸着領域432、および塔底吸着領域433が設けられた構造を有する。第3吸着塔43において、塔頂吸着領域431は第1吸着塔41の塔頂吸着領域411と同様に構成され、塔中間吸着領域432は第1吸着塔41の塔中間吸着領域412と同様に構成され、塔底吸着領域433は第1吸着塔41の塔底吸着領域413と同様に構成される。   The third adsorption tower 43 has a tower top adsorption area 431, a tower intermediate adsorption area 432, and a tower bottom adsorption area 433 in order from the tower top to the tower bottom (from the upstream to the downstream in the ammonia flow direction). Is provided. In the third adsorption tower 43, the tower top adsorption area 431 is configured in the same manner as the tower top adsorption area 411 of the first adsorption tower 41, and the tower intermediate adsorption area 432 is similar to the tower intermediate adsorption area 412 of the first adsorption tower 41. The tower bottom adsorption region 433 is configured in the same manner as the tower bottom adsorption region 413 of the first adsorption tower 41.

第1吸着塔41、第2吸着塔42および第3吸着塔43で使用される吸着剤は、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 adsorbent used in the first adsorption tower 41, the second adsorption tower 42, and the third adsorption tower 43 is formed by adsorbing impurities (organic substances such as moisture and hydrocarbons) by any one of heating, decompression, heating and decompression. Compound) can be removed and regenerated. For example, when desorbing impurities adsorbed on the adsorbent by heat treatment, heating may be performed at a temperature of 200 to 350 ° C.

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41、第2吸着塔42および第3吸着塔43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41、第2吸着塔42および第3吸着塔43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41、第2吸着塔42および第3吸着塔43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41、第2吸着塔42および第3吸着塔43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。   In the ammonia purification system 100 of the present embodiment, the first adsorption tower 41, the second adsorption tower 42, and the third adsorption tower 43 are controlled to a temperature of 0 to 60 ° C. and a pressure of 0.1 to 1.0 MPa. Controlled. When the temperature of the first adsorption tower 41, the second adsorption tower 42, and the third adsorption tower 43 is lower than 0 ° C., cooling is required to remove the adsorption heat generated during the adsorption removal of impurities, resulting in a decrease in energy efficiency. There is a risk. When the temperature of the 1st adsorption tower 41, the 2nd adsorption tower 42, and the 3rd adsorption tower 43 exceeds 60 degreeC, there exists a possibility that the adsorption capacity of the impurity by adsorption agent may fall. Moreover, when the pressure of the 1st adsorption tower 41, the 2nd adsorption tower 42, and the 3rd adsorption tower 43 is less than 0.1 Mpa, there exists a possibility that the adsorption capacity of the impurity by an adsorbent may fall, and a pressure is 1.0 Mpa. In the case of exceeding the above, a large amount of energy is required to maintain a constant pressure, which may reduce the energy efficiency.

また、第1吸着塔41、第2吸着塔42および第3吸着塔43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41、第2吸着塔42または第3吸着塔43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 1st adsorption tower 41, the 2nd adsorption tower 42, and the 3rd adsorption tower 43 is 0.1-10.0 m / sec. When the linear velocity is less than 0.1 m / sec, it is not preferable because it takes a long time to remove impurities, and when the linear velocity exceeds 10.0 m / sec, the heat of adsorption generated during the adsorption removal of impurities. In this case, the adsorption capacity of the impurities by the adsorbent may be lowered. The linear velocity is calculated by converting the amount of gaseous ammonia supplied to the first adsorption tower 41, the second adsorption tower 42, or the third adsorption tower 43 per unit time into the gas volume of NTP, It is a value obtained by dividing by the empty cross-sectional area of the tower.

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41、第2吸着塔42および第3吸着塔43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5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 ammonia purification system 100 of the present embodiment, it is preferable to analyze the concentration of impurities contained in the ammonia derived from the first adsorption tower 41, the second adsorption tower 42, and the third adsorption tower 43. As a device for analyzing the concentration of impurities contained in ammonia, a gas chromatograph analyzer (GC-PDD: pulse discharge detector) can be exemplified. Specific examples of the gas chromatograph analyzer include GC-4000 manufactured by GL Sciences, Inc. Based on the analysis result by the gas chromatograph analyzer, a partial reduction condition (such as setting of the condensation rate) in the capacitor 5 described later may be set.

第1吸着塔41の塔底部には、第1吸着塔41から導出された気体状のアンモニアが流れる第9配管79が接続される。この第9配管79には、第9配管79における流路を開放または閉鎖する第9バルブ791が設けられている。第2吸着塔42の塔底部には、第2吸着塔42から導出された気体状のアンモニアが流れる第10配管80が接続される。この第10配管80には、第10配管80における流路を開放または閉鎖する第10バルブ801が設けられている。第3吸着塔43の塔底部には、第3吸着塔43から導出された気体状のアンモニアが流れる第11配管81が接続される。この第11配管81には、第11配管81における流路を開放または閉鎖する第11バルブ811が設けられている。   A ninth pipe 79 through which gaseous ammonia led out from the first adsorption tower 41 flows is connected to the bottom of the first adsorption tower 41. The ninth pipe 79 is provided with a ninth valve 791 that opens or closes the flow path in the ninth pipe 79. A tenth pipe 80 through which gaseous ammonia led out from the second adsorption tower 42 flows is connected to the bottom of the second adsorption tower 42. The tenth pipe 80 is provided with a tenth valve 801 that opens or closes the flow path in the tenth pipe 80. An eleventh pipe 81 through which gaseous ammonia derived from the third adsorption tower 43 flows is connected to the bottom of the third adsorption tower 43. The eleventh pipe 81 is provided with an eleventh valve 811 that opens or closes the flow path in the eleventh pipe 81.

また、第9配管79には、第9配管79から分岐する第12配管82が接続される。この第12配管82は、第9配管79から分岐して第7配管77に接続され、第1吸着塔41から導出された気体状のアンモニアを、第2吸着塔42に導入するための流路となる。第12配管82には、第12配管82における流路を開放または閉鎖する第12バルブ821が設けられている。この第12配管82には、第12配管82から分岐する第13配管83が接続される。この第13配管83は、第12配管82から分岐して第8配管78に接続され、第1吸着塔41から導出された気体状のアンモニアを、第3吸着塔43に導入するための流路となる。第13配管83には、第13配管83における流路を開放または閉鎖する第13バルブ831が設けられている。   In addition, a twelfth pipe 82 branched from the ninth pipe 79 is connected to the ninth pipe 79. The twelfth pipe 82 is branched from the ninth pipe 79 and connected to the seventh pipe 77, and a flow path for introducing gaseous ammonia derived from the first adsorption tower 41 into the second adsorption tower 42. It becomes. The twelfth pipe 82 is provided with a twelfth valve 821 that opens or closes the flow path in the twelfth pipe 82. A thirteenth pipe 83 branched from the twelfth pipe 82 is connected to the twelfth pipe 82. The thirteenth pipe 83 is branched from the twelfth pipe 82 and connected to the eighth pipe 78, and a flow path for introducing gaseous ammonia led out from the first adsorption tower 41 into the third adsorption tower 43. It becomes. The thirteenth pipe 83 is provided with a thirteenth valve 831 that opens or closes the flow path in the thirteenth pipe 83.

また、第10配管80には、第10配管80から分岐する第14配管84および第15配管85が接続される。第14配管84は、第10配管80から分岐して第6配管76に接続され、第2吸着塔42から導出された気体状のアンモニアを、第1吸着塔41に導入するための流路となる。第14配管84には、第14配管84における流路を開放または閉鎖する第14バルブ841が設けられている。第15配管85は、第10配管80から分岐して第8配管78に接続され、第2吸着塔42から導出された気体状のアンモニアを、第3吸着塔43に導入するための流路となる。第15配管85には、第15配管85における流路を開放または閉鎖する第15バルブ851が設けられている。   The tenth pipe 80 is connected to a fourteenth pipe 84 and a fifteenth pipe 85 branched from the tenth pipe 80. The fourteenth pipe 84 is branched from the tenth pipe 80 and connected to the sixth pipe 76, and a flow path for introducing gaseous ammonia derived from the second adsorption tower 42 into the first adsorption tower 41. Become. The fourteenth pipe 84 is provided with a fourteenth valve 841 that opens or closes the flow path in the fourteenth pipe 84. The fifteenth pipe 85 is branched from the tenth pipe 80 and connected to the eighth pipe 78, and a flow path for introducing gaseous ammonia derived from the second adsorption tower 42 into the third adsorption tower 43. Become. The fifteenth pipe 85 is provided with a fifteenth valve 851 that opens or closes the flow path in the fifteenth pipe 85.

また、第11配管81には、第11配管81から分岐する第16配管86が接続される。この第16配管86は、第11配管81から分岐して第6配管76に接続され、第3吸着塔43から導出された気体状のアンモニアを、第1吸着塔41に導入するための流路となる。第16配管86には、第16配管86における流路を開放または閉鎖する第16バルブ861が設けられている。この第16配管86には、第16配管86から分岐する第17配管87が接続される。この第17配管87は、第17配管87から分岐して第7配管77に接続され、第3吸着塔43から導出された気体状のアンモニアを、第2吸着塔42に導入するための流路となる。第17配管87には、第17配管87における流路を開放または閉鎖する第17バルブ871が設けられている。   In addition, a sixteenth pipe 86 branched from the eleventh pipe 81 is connected to the eleventh pipe 81. The sixteenth pipe 86 is branched from the eleventh pipe 81 and connected to the sixth pipe 76, and a flow path for introducing gaseous ammonia led out from the third adsorption tower 43 into the first adsorption tower 41. It becomes. The sixteenth pipe 86 is provided with a sixteenth valve 861 that opens or closes the flow path in the sixteenth pipe 86. A seventeenth pipe 87 branched from the sixteenth pipe 86 is connected to the sixteenth pipe 86. The seventeenth pipe 87 is branched from the seventeenth pipe 87 and connected to the seventh pipe 77, and a flow path for introducing gaseous ammonia led out from the third adsorption tower 43 into the second adsorption tower 42. It becomes. The seventeenth pipe 87 is provided with a seventeenth valve 871 that opens or closes the flow path in the seventeenth pipe 87.

また、第9配管79、第10配管80および第11配管81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18配管88が接続される。この第18配管88には、第1吸着塔41、第2吸着塔42および第3吸着塔43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18配管88には、第18配管88から分岐してコンデンサ5に接続される第19配管89が設けられる。   In the ninth pipe 79, the tenth pipe 80, and the eleventh pipe 81, an eighteenth pipe 88 is connected to the downstream end portion in the flow direction of gaseous ammonia. The 18th pipe 88 is supplied with gaseous ammonia derived from any one of the first adsorption tower 41, the second adsorption tower 42 and the third adsorption tower 43. The eighteenth pipe 88 is provided with a nineteenth pipe 89 branched from the eighteenth pipe 88 and connected to the capacitor 5.

以上のように構成されるアンモニア精製システム100では、第1吸着塔41、第2吸着塔42および第3吸着塔43の接続について、以下の6つの接続パターンがある。   In the ammonia purification system 100 configured as described above, there are the following six connection patterns for connecting the first adsorption tower 41, the second adsorption tower 42, and the third adsorption tower 43.

第1の接続パターンは、流量調整器63によって流量が調整された気体状のアンモニアを、第1吸着塔41、第2吸着塔42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6バルブ761、第10バルブ801および第12バルブ821を開放させ、第7バルブ771、第8バルブ781、第9バルブ791、第11バルブ811、第13バルブ831、第14バルブ841、第15バルブ851、第16バルブ861および第17バルブ871を閉鎖させる。   The first connection pattern is a connection pattern that allows gaseous ammonia whose flow rate is adjusted by the flow rate regulator 63 to pass through the first adsorption tower 41 and the second adsorption tower 42 in this order. In the first connection pattern, the sixth valve 761, the tenth valve 801, and the twelfth valve 821 are opened, and the seventh valve 771, the eighth valve 781, the ninth valve 791, the eleventh valve 811, the thirteenth valve 831, The fourteenth valve 841, the fifteenth valve 851, the sixteenth valve 861, and the seventeenth valve 871 are closed.

これによって、流量調整器63から導出された気体状のアンモニアは、第6配管76を流れて第1吸着塔41に導入され、第1吸着塔41から導出された気体状のアンモニアは、第9配管79および第12配管82を流過して第2吸着塔42に導入され、第2吸着塔42から導出された気体状のアンモニアは、第10配管80を流過して第18配管88に供給され、この第18配管88からコンデンサ5に気体状のアンモニアが導入される。   Thus, gaseous ammonia derived from the flow controller 63 flows through the sixth pipe 76 and is introduced into the first adsorption tower 41, and gaseous ammonia derived from the first adsorption tower 41 is the ninth The gaseous ammonia introduced from the second adsorption tower 42 after flowing through the pipe 79 and the twelfth pipe 82 flows through the tenth pipe 80 to the eighteenth pipe 88. Then, gaseous ammonia is introduced from the 18th pipe 88 into the condenser 5.

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41および第2吸着塔42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43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43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 first adsorption tower 41 and the second adsorption tower 42, so that the ability to adsorb and remove impurities can be improved. it can. In the first connection pattern, since the adsorption removal operation in the third adsorption tower 43 is not executed, the third adsorption tower 43 can be regenerated.

第2の接続パターンは、流量調整器63から導出された気体状のアンモニアを、第1吸着塔41、第3吸着塔43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6バルブ761、第11バルブ811および第13バルブ831を開放させ、第7バルブ771、第8バルブ781、第9バルブ791、第10バルブ801、第12バルブ821、第14バルブ841、第15バルブ851、第16バルブ861および第17バルブ871を閉鎖させる。   The second connection pattern is a connection pattern that allows gaseous ammonia derived from the flow rate regulator 63 to pass through the first adsorption tower 41 and the third adsorption tower 43 in this order. In the second connection pattern, the sixth valve 761, the eleventh valve 811 and the thirteenth valve 831 are opened, and the seventh valve 771, the eighth valve 781, the ninth valve 791, the tenth valve 801, the twelfth valve 821, The fourteenth valve 841, the fifteenth valve 851, the sixteenth valve 861, and the seventeenth valve 871 are closed.

これによって、流量調整器63から導出された気体状のアンモニアは、第6配管76を流れて第1吸着塔41に導入され、第1吸着塔41から導出された気体状のアンモニアは、第9配管79、第12配管82および第13配管83を流れて第3吸着塔43に導入され、第3吸着塔43から導出された気体状のアンモニアは、第11配管81を流過して第18配管88に供給され、この第18配管88からコンデンサ5に気体状のアンモニアが導入される。   Thus, gaseous ammonia derived from the flow controller 63 flows through the sixth pipe 76 and is introduced into the first adsorption tower 41, and gaseous ammonia derived from the first adsorption tower 41 is the ninth The gaseous ammonia introduced into the third adsorption tower 43 through the pipe 79, the twelfth pipe 82, and the thirteenth pipe 83 and flowing out from the third adsorption tower 43 flows through the eleventh pipe 81 and reaches the eighteenth. The gaseous ammonia is supplied to the pipe 88 and gaseous ammonia is introduced into the condenser 5 from the eighteenth pipe 88.

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41および第3吸着塔43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42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42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 first adsorption tower 41 and the third adsorption tower 43, so that the ability to adsorb and remove impurities can be improved. it can. In the second connection pattern, the adsorption removal operation in the second adsorption tower 42 is not executed, so that the second adsorption tower 42 can be regenerated.

第3の接続パターンは、流量調整器63から導出された気体状のアンモニアを、第2吸着塔42、第1吸着塔41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7バルブ771、第9バルブ791および第14バルブ841を開放させ、第6バルブ761、第8バルブ781、第10バルブ801、第11バルブ811、第12バルブ821、第13バルブ831、第15バルブ851、第16バルブ861および第17バルブ871を閉鎖させる。   The third connection pattern is a connection pattern that allows gaseous ammonia derived from the flow rate regulator 63 to pass through the second adsorption tower 42 and the first adsorption tower 41 in this order. In the third connection pattern, the seventh valve 771, the ninth valve 791, and the fourteenth valve 841 are opened, and the sixth valve 761, the eighth valve 781, the tenth valve 801, the eleventh valve 811, the twelfth valve 821, The thirteenth valve 831, the fifteenth valve 851, the sixteenth valve 861, and the seventeenth valve 871 are closed.

これによって、流量調整器63から導出された気体状のアンモニアは、第7配管77を流れて第2吸着塔42に導入され、第2吸着塔42から導出された気体状のアンモニアは、第10配管80および第14配管84を流れて第1吸着塔41に導入され、第1吸着塔41から導出された気体状のアンモニアは、第9配管79を流れて第18配管88に供給され、この第18配管88からコンデンサ5に気体状のアンモニアが導入される。   Thus, gaseous ammonia derived from the flow controller 63 flows through the seventh pipe 77 and is introduced into the second adsorption tower 42, and gaseous ammonia derived from the second adsorption tower 42 is The gaseous ammonia introduced into the first adsorption tower 41 through the pipe 80 and the fourteenth pipe 84 and led out from the first adsorption tower 41 flows through the ninth pipe 79 and is supplied to the eighteenth pipe 88. Gaseous ammonia is introduced into the condenser 5 from the eighteenth pipe 88.

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41および第2吸着塔42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43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43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 first adsorption tower 41 and the second adsorption tower 42, so that the ability to adsorb and remove impurities can be improved. it can. In the third connection pattern, the adsorption removal operation in the third adsorption tower 43 is not executed, so that the third adsorption tower 43 can be regenerated.

第4の接続パターンは、流量調整器63から導出された気体状のアンモニアを、第2吸着塔42、第3吸着塔43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7バルブ771、第11バルブ811および第15バルブ851を開放させ、第6バルブ761、第8バルブ781、第9バルブ791、第10バルブ801、第12バルブ821、第13バルブ831、第14バルブ841、第16バルブ861および第17バルブ871を閉鎖させる。   The fourth connection pattern is a connection pattern that allows gaseous ammonia derived from the flow rate regulator 63 to pass through the second adsorption tower 42 and the third adsorption tower 43 in this order. In the fourth connection pattern, the seventh valve 771, the eleventh valve 811 and the fifteenth valve 851 are opened, and the sixth valve 761, the eighth valve 781, the ninth valve 791, the tenth valve 801, the twelfth valve 821, The thirteenth valve 831, the fourteenth valve 841, the sixteenth valve 861, and the seventeenth valve 871 are closed.

これによって、流量調整器63から導出された気体状のアンモニアは、第7配管77を流れて第2吸着塔42に導入され、第2吸着塔42から導出された気体状のアンモニアは、第10配管80および第15配管85を流過して第3吸着塔43に導入され、第3吸着塔43から導出された気体状のアンモニアは、第11配管81を流れて第18配管88に供給され、この第18配管88からコンデンサ5に気体状のアンモニアが導入される。   Thus, gaseous ammonia derived from the flow controller 63 flows through the seventh pipe 77 and is introduced into the second adsorption tower 42, and gaseous ammonia derived from the second adsorption tower 42 is The gaseous ammonia introduced through the third adsorption tower 43 after flowing through the pipe 80 and the fifteenth pipe 85 flows through the eleventh pipe 81 and is supplied to the eighteenth pipe 88. The gaseous ammonia is introduced into the condenser 5 from the eighteenth pipe 88.

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42および第3吸着塔43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41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41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 second adsorption tower 42 and the third adsorption tower 43, so that the ability to adsorb and remove impurities can be improved. it can. In the fourth connection pattern, since the adsorption removal operation in the first adsorption tower 41 is not executed, the first adsorption tower 41 can be regenerated.

第5の接続パターンは、流量調整器63から導出された気体状のアンモニアを、第3吸着塔43、第1吸着塔41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8バルブ781、第9バルブ791および第16バルブ861を開放させ、第6バルブ761、第7バルブ771、第10バルブ801、第11バルブ811、第12バルブ821、第13バルブ831、第14バルブ841、第15バルブ851および第17バルブ871を閉鎖させる。   The fifth connection pattern is a connection pattern that allows gaseous ammonia derived from the flow rate regulator 63 to pass through the third adsorption tower 43 and the first adsorption tower 41 in this order. In the fifth connection pattern, the eighth valve 781, the ninth valve 791, and the sixteenth valve 861 are opened, and the sixth valve 761, the seventh valve 771, the tenth valve 801, the eleventh valve 811, the twelfth valve 821, The thirteenth valve 831, the fourteenth valve 841, the fifteenth valve 851, and the seventeenth valve 871 are closed.

これによって、流量調整器63から導出された気体状のアンモニアは、第8配管78を流れて第3吸着塔43に導入され、第3吸着塔43から導出された気体状のアンモニアは、第11配管81および第16配管86を流れて第1吸着塔41に導入され、第1吸着塔41から導出された気体状のアンモニアは、第9配管79を流過して第18配管88に供給され、この第18配管88からコンデンサ5に気体状のアンモニアが導入される。   Thereby, the gaseous ammonia derived from the flow controller 63 flows through the eighth pipe 78 and is introduced into the third adsorption tower 43, and the gaseous ammonia derived from the third adsorption tower 43 is the eleventh. The gaseous ammonia introduced into the first adsorption tower 41 through the pipe 81 and the sixteenth pipe 86 and led out from the first adsorption tower 41 flows through the ninth pipe 79 and is supplied to the eighteenth pipe 88. The gaseous ammonia is introduced into the condenser 5 from the eighteenth pipe 88.

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41および第3吸着塔43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42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42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 first adsorption tower 41 and the third adsorption tower 43, so that the ability to adsorb and remove impurities can be improved. it can. In the fifth connection pattern, since the adsorption removal operation in the second adsorption tower 42 is not executed, the second adsorption tower 42 can be regenerated.

第6の接続パターンは、流量調整器63から導出された気体状のアンモニアを、第3吸着塔43、第2吸着塔42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8バルブ781、第10バルブ801および第17バルブ871を開放させ、第6バルブ761、第7バルブ771、第9バルブ791、第11バルブ811、第12バルブ821、第13バルブ831、第14バルブ841、第15バルブ851および第16バルブ861を閉鎖させる。   The sixth connection pattern is a connection pattern that allows gaseous ammonia derived from the flow rate regulator 63 to pass through the third adsorption tower 43 and the second adsorption tower 42 in this order. In the sixth connection pattern, the eighth valve 781, the tenth valve 801, and the seventeenth valve 871 are opened, and the sixth valve 761, the seventh valve 771, the ninth valve 791, the eleventh valve 811, the twelfth valve 821, The thirteenth valve 831, the fourteenth valve 841, the fifteenth valve 851, and the sixteenth valve 861 are closed.

これによって、流量調整器63から導出された気体状のアンモニアは、第8配管78を流れて第3吸着塔43に導入され、第3吸着塔43から導出された気体状のアンモニアは、第11配管81、第16配管86および第17配管87を流れて第2吸着塔42に導入され、第2吸着塔42から導出された気体状のアンモニアは、第10配管80を流過して第18配管88に供給され、この第18配管88からコンデンサ5に気体状のアンモニアが導入される。   Thereby, the gaseous ammonia derived from the flow controller 63 flows through the eighth pipe 78 and is introduced into the third adsorption tower 43, and the gaseous ammonia derived from the third adsorption tower 43 is the eleventh. The gaseous ammonia introduced into the second adsorption tower 42 through the pipe 81, the sixteenth pipe 86, and the seventeenth pipe 87, and led out from the second adsorption tower 42 flows through the tenth pipe 80 and reaches the eighteenth. The gaseous ammonia is supplied to the pipe 88 and gaseous ammonia is introduced into the condenser 5 from the eighteenth pipe 88.

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42および第3吸着塔43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41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41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 second adsorption tower 42 and the third adsorption tower 43, so that the ability to adsorb and remove impurities can be improved. it can. Note that, in the sixth connection pattern, the adsorption removal operation in the first adsorption tower 41 is not executed, so that the first adsorption tower 41 can be regenerated.

第1吸着塔41、第2吸着塔42または第3吸着塔43から導出された気体状のアンモニアは、コンデンサ5に供給される。コンデンサ5は、第1吸着塔41、第2吸着塔42または第3吸着塔43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 first adsorption tower 41, the second adsorption tower 42 or the third adsorption tower 43 is supplied to the capacitor 5. Capacitor 5 degenerates gaseous ammonia derived from first adsorption tower 41, second adsorption tower 42, or third adsorption tower 43 and separates it into a gas phase component and a liquid phase component, so that The highly volatile impurities such as hydrogen, nitrogen, oxygen, argon, carbon monoxide and carbon dioxide contained in are separated and removed as gas phase components to obtain liquid ammonia purified as a liquid phase component.

コンデンサ5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5として多管式コンデンサを用いる。コンデンサ5は、第1吸着塔41、第2吸着塔42または第3吸着塔43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41、第2吸着塔42または第3吸着塔43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 5 include a multi-tubular condenser and a plate heat exchanger. In this embodiment, a multi-tubular condenser is used as the condenser 5. The condenser 5 condenses 70 to 99% by volume of gaseous ammonia derived from the first adsorption tower 41, the second adsorption tower 42 or the third adsorption tower 43 and separates it into a gas phase component and a liquid phase component. . In this case, 1 to 30% by volume, which is part of gaseous ammonia derived from the first adsorption tower 41, the second adsorption tower 42, or the third adsorption tower 43, is condensed so as to become a gas phase component. Thus, the gas phase component and the liquid phase component are separated. Thus, highly volatile impurities contained in the gaseous ammonia after adsorption removal can be separated and removed as a gas phase component, and liquid ammonia purified as a liquid phase component can be obtained with high yield.

また、コンデンサ5における凝縮条件としては、第1吸着塔41、第2吸着塔42または第3吸着塔43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5は、第1吸着塔41、第2吸着塔42または第3吸着塔43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41、第2吸着塔42または第3吸着塔43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5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 5 is limited as long as a part of the gaseous ammonia derived from the first adsorption tower 41, the second adsorption tower 42, or the third adsorption tower 43 becomes a liquid. What is necessary is just to set temperature, pressure, and time suitably. In this embodiment, the condenser 5 condenses gaseous ammonia derived from the first adsorption tower 41, the second adsorption tower 42, or the third adsorption tower 43 at a temperature of −77 to 40 ° C. It is preferably configured to separate into components and liquid phase components. As a result, liquid ammonia purified by efficiently condensing gaseous ammonia derived from the first adsorption tower 41, the second adsorption tower 42, or the third adsorption tower 43 can be obtained, and the liquid can be obtained. The purity of the ammonia can be increased. When the temperature at the time of condensation with respect to gaseous ammonia in the condenser 5 is less than −77 ° C., it is not preferable because it requires a lot of energy for cooling. Since the concentration of impurities contained in the liquid ammonia obtained by condensation increases, it is not preferable.

また、コンデンサ5は、第1吸着塔41、第2吸着塔42または第3吸着塔43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5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。   In addition, the condenser 5 condenses gaseous ammonia derived from the first adsorption tower 41, the second adsorption tower 42, or the third adsorption tower 43 under a pressure of 0.007 to 2.0 MPa to condense the gas phase component. It is preferable to be configured to be separated into a liquid phase component. When the pressure at the time of condensation with respect to gaseous ammonia in the capacitor | condenser 5 is less than 0.007 MPa, since the temperature which condenses ammonia becomes low, much energy is needed for cooling, and is not preferable. If it exceeds 0.0 MPa, the temperature at which ammonia is condensed becomes high, which is not preferable because the concentration of impurities contained in liquid ammonia obtained by condensing a part of ammonia is high.

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5は、第1吸着塔41、第2吸着塔42または第3吸着塔43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 ammonia purification system 100 of the present embodiment, the condenser 5 condenses part of the gaseous ammonia derived from the first adsorption tower 41, the second adsorption tower 42, or the third adsorption tower 43 to generate a gas phase component. Since it is separated into a liquid phase component, highly volatile impurities can be separated and removed as a gas phase component to obtain liquid ammonia purified as a liquid phase component. Therefore, ammonia can be purified with a simplified system without providing distillation means as in the prior art.

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5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5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 partial condensation in the capacitor 5, 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 5 not only provides high-purity ammonia in a short time but also has a great energy advantage. Recognize.

コンデンサ5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5から導出し、コンデンサ5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5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 the liquid phase component by the partial condensation in the capacitor 5 is quickly derived from the capacitor 5, and the operation of the capacitor 5 is performed so that only the uncondensed gas phase component exists in the capacitor 5. Is necessary to obtain high-purity ammonia.

コンデンサ5には、第20バルブ901が設置された第20配管90と、第21バルブ911が設置された第21配管91とが接続されている。なお、第20配管90は、コンデンサ5と回収タンク61との間に接続される。   The capacitor 5 is connected to a 20th pipe 90 provided with a 20th valve 901 and a 21st pipe 91 provided with a 21st valve 911. The twentieth pipe 90 is connected between the capacitor 5 and the recovery tank 61.

コンデンサ5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21バルブ911が開放された状態で、第21配管91を通って系外に排出される。また、コンデンサ5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20バルブ901が開放された状態で、第20配管90を通って回収タンク61に供給される。   In the capacitor 5, highly volatile impurities separated and removed from ammonia as a gas phase component are discharged out of the system through the 21st pipe 91 with the 21st valve 911 being opened. In the capacitor 5, the liquid ammonia obtained as the liquid phase component is supplied to the recovery tank 61 through the 20th pipe 90 with the 20th valve 901 being opened.

回収タンク61は、コンデンサ5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61には、回収タンク61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22配管92が接続されている。この第22配管92には、第22配管92における流路を開放または閉鎖する第22バルブ921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20バルブ901を閉鎖させた状態で、第22バルブ921を開放させることで、回収タンク61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61における排出動作を実施することによって、回収タンク61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 61 stores liquid ammonia obtained as a liquid phase component by the condenser 5. The recovery tank 61 is connected to a 22nd pipe 92 that communicates the recovery tank 61 with the outside and serves as a flow path for discharging the gas phase component to the outside. The 22nd pipe 92 is provided with a 22nd valve 921 that opens or closes the flow path in the 22nd pipe 92. In the ammonia purification system 100 of the present embodiment, the volatile impurities from liquid ammonia stored in the recovery tank 61 are removed by opening the 22nd valve 921 with the 20th valve 901 closed. A discharge operation for discharging and removing can be performed. By performing the discharge operation in the recovery tank 61, the purity of the liquid ammonia stored in the recovery tank 61 can be further increased.

また、回収タンク61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61およびコンデンサ5には、第23配管93を介して冷却液送液装置64が接続されている。第23配管93には、冷却液送液装置64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61およびコンデンサ5が所定の温度に維持される。   Further, the temperature and pressure of the recovery tank 61 are controlled under constant conditions so that ammonia can be stored in a liquid state. A coolant supply device 64 is connected to the recovery tank 61 and the condenser 5 via a 23rd pipe 93. The coolant supplied from the coolant supply device 64 flows through the 23rd pipe 93, and the recovery tank 61 and the condenser 5 are maintained at a predetermined temperature by the cooling capacity of the coolant.

回収タンク61には、第24バルブ941が設けられた第24配管94を介して充填装置62が接続されている。回収タンク61に貯留された液体状のアンモニアは、第24バルブ941が開放されることで、第24配管94を流れて充填装置62に供給される。このようにして充填装置62に供給されたアンモニアは、充填装置62によって製品充填容器などに充填される。   A filling device 62 is connected to the recovery tank 61 via a 24th pipe 94 provided with a 24th valve 941. The liquid ammonia stored in the recovery tank 61 is supplied to the filling device 62 through the 24th pipe 94 when the 24th valve 941 is opened. The ammonia thus supplied to the filling device 62 is filled into a product filling container or the like by the filling device 62.

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、原料貯留タンク1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されているので、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1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。   The ammonia purification system 100 of the present embodiment configured as described above is configured to switch the derivation state of the crude ammonia in accordance with the amount of liquid crude ammonia charged in the raw material storage tank 1, Crude ammonia can be derived from the raw material storage tank 1 with little variation in impurity concentration. As a result, it is possible to prevent large variations in the purity of the finally purified ammonia.

また、本実施形態のアンモニア精製システム100では、吸着剤が充填された第1吸着塔41、第2吸着塔42および第3吸着塔43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5は、第1吸着塔41、第2吸着塔42または第3吸着塔43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。   Further, in the ammonia purification system 100 of the present embodiment, impurities contained in the crude ammonia are adsorbed and removed by the first adsorption tower 41, the second adsorption tower 42, and the third adsorption tower 43 filled with the adsorbent. Impurities (mainly water and organic compounds) contained in the crude ammonia can be efficiently adsorbed and removed. And since the capacitor | condenser 5 partial-degrades the ammonia derived | led-out from the 1st adsorption tower 41, the 2nd adsorption tower 42, or the 3rd adsorption tower 43, and isolate | separates into a gaseous-phase component and a liquid phase component, hydrogen, nitrogen, Highly volatile impurities such as oxygen, argon, carbon monoxide, and carbon dioxide can be separated and removed as gas phase components to obtain liquid ammonia purified as a liquid phase component. Therefore, in the ammonia purification system 100 of the present embodiment, 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 reduced. It can be purified efficiently.

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、アンモニア精製システム100が備えるコンデンサ5の代わりに、蒸留手段として機能する第1蒸留塔202および第2蒸留塔203を備え、さらに、分析部201および全縮器204を備える。また、アンモニア精製システム200は、吸着ユニット4Aを備え、この吸着ユニット4Aの構成が、前述の吸着ユニット4の構成と異なる。アンモニア精製システム200におけるその他の構成については、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 ammonia purification system 200 according to the second embodiment of the present invention. The ammonia purification system 200 of the present embodiment is similar to the ammonia purification system 100 described above, and corresponding portions are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. The ammonia purification system 200 includes a first distillation column 202 and a second distillation column 203 that function as distillation means instead of the condenser 5 included in the ammonia purification system 100, and further includes an analysis unit 201 and a total condenser 204. Further, the ammonia purification system 200 includes an adsorption unit 4A, and the configuration of the adsorption unit 4A is different from the configuration of the adsorption unit 4 described above. Other configurations in the ammonia purification system 200 are the same as those in the ammonia purification system 100.

吸着ユニット4Aは、流量調整器63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4Aは、第1吸着塔41A、第2吸着塔42A、および第3吸着塔43Aを含んで構成される。   The adsorption unit 4A adsorbs and removes impurities contained in gaseous ammonia derived from the flow rate regulator 63 for purification. In the present embodiment, the adsorption unit 4A includes a first adsorption tower 41A, a second adsorption tower 42A, and a third adsorption tower 43A.

第1吸着塔41Aは、流量調整器63を介して供給される気体状のアンモニアに含まれる不純物を吸着除去することができる吸着剤が充填されていれば、どのような構成であってもよい。本実施形態では、第1吸着塔41A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、塔頂吸着領域411Aおよび塔底吸着領域412Aが設けられた構造を有する。   The first adsorption tower 41A may have any configuration as long as it is filled with an adsorbent capable of adsorbing and removing impurities contained in gaseous ammonia supplied via the flow rate regulator 63. . In the present embodiment, the first adsorption tower 41A is provided with a tower top adsorption area 411A and a tower bottom adsorption area 412A in order from the tower top to the tower bottom (from the upstream to the downstream in the ammonia flow direction). Have a structured.

塔頂吸着領域411Aおよび塔底吸着領域412Aは、活性炭、親水性ゼオライト、疎水性ゼオライト、シリカゲル、活性アルミナの5種類の吸着剤から選ばれた少なくとも2種の吸着剤がそれぞれ充填された領域である。   The tower top adsorption area 411A and the tower bottom adsorption area 412A are areas filled with at least two kinds of adsorbents selected from five kinds of adsorbents of activated carbon, hydrophilic zeolite, hydrophobic zeolite, silica gel, and activated alumina. is there.

塔頂吸着領域411Aは、主として水を吸着除去する吸着領域であり、水に対して高い吸着能を有する活性炭、MS−13X、活性アルミナから選ばれた1種または複数種の多孔質吸着剤が充填された吸着領域である。塔底吸着領域412Aは、主として有機化合物および水を吸着除去する吸着領域であり、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疎水性ゼオライト、親水性ゼオライト、シリカゲル、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活性炭、MS−13Xから選ばれた1種または複数種の多孔質吸着剤が充填された吸着領域である。   The tower top adsorption region 411A is an adsorption region mainly for adsorbing and removing water. One or more kinds of porous adsorbents selected from activated carbon, MS-13X, and activated alumina having high adsorption ability for water are contained. It is a filled adsorption area. The tower bottom adsorption region 412A is an adsorption region mainly for adsorbing and removing organic compounds and water, and is a hydrophobic zeolite, hydrophilic zeolite, silica gel, 5 or more carbon atoms having high adsorption ability for organic compounds having less than 5 carbon atoms. This is an adsorption region filled with one or more kinds of porous adsorbents selected from activated carbon having a high adsorption ability for organic compounds and water and MS-13X.

第2吸着塔42A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、塔頂吸着領域421Aおよび塔底吸着領域422Aが設けられた構造を有する。第2吸着塔42Aにおいて、塔頂吸着領域421Aは第1吸着塔41Aの塔頂吸着領域411Aと同様に構成され、塔底吸着領域422Aは第1吸着塔41Aの塔底吸着領域412Aと同様に構成される。   The second adsorption tower 42A has a structure in which a tower top adsorption region 421A and a tower bottom adsorption region 422A are provided in order from the tower top to the tower bottom (from the upstream side to the downstream side in the ammonia flow direction). . In the second adsorption tower 42A, the tower top adsorption area 421A is configured similarly to the tower top adsorption area 411A of the first adsorption tower 41A, and the tower bottom adsorption area 422A is similar to the tower bottom adsorption area 412A of the first adsorption tower 41A. Composed.

第3吸着塔43A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、塔頂吸着領域431Aおよび塔底吸着領域432Aが設けられた構造を有する。第3吸着塔43Aにおいて、塔頂吸着領域431Aは第1吸着塔41Aの塔頂吸着領域411Aと同様に構成され、塔底吸着領域432Aは第1吸着塔41Aの塔底吸着領域412Aと同様に構成される。   The third adsorption tower 43A has a structure in which a tower top adsorption area 431A and a tower bottom adsorption area 432A are provided in order from the tower top to the tower bottom (from the upstream side to the downstream side in the ammonia flow direction). . In the third adsorption tower 43A, the tower top adsorption area 431A is configured similarly to the tower top adsorption area 411A of the first adsorption tower 41A, and the tower bottom adsorption area 432A is similar to the tower bottom adsorption area 412A of the first adsorption tower 41A. Composed.

また、本実施形態のアンモニア精製システム200では、第1吸着塔41A、第2吸着塔42Aおよび第3吸着塔43A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第18配管88には、第18配管88から分岐して分析部201に接続される第30配管210と、第18配管88から分岐して第1蒸留塔202に接続される第19配管89とが設けられる。   In the ammonia purification system 200 of the present embodiment, the 18th gaseous ammonia derived from any one of the first adsorption tower 41A, the second adsorption tower 42A, and the third adsorption tower 43A is supplied. The piping 88 includes a 30th piping 210 branched from the 18th piping 88 and connected to the analysis unit 201, and a 19th piping 89 branched from the 18th piping 88 and connected to the first distillation column 202. It is done.

第18配管88を流れるアンモニアは、第30バルブ2101が開放されることによって第30配管を流れて分析部201に導入される。   Ammonia flowing through the eighteenth pipe 88 flows through the thirtieth pipe when the thirtieth valve 2101 is opened, and is introduced into the analysis unit 201.

分析部201は、吸着ユニット4Aから導出された気体状のアンモニアに含まれる不純物の濃度を分析する。分析部201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)と、キャビティリングダウン分光分析装置(CRDS)とを含む。ガスクロマトグラフ分析装置としては、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、キャビティリングダウン分光分析装置としては、たとえば、Tiger Optics社製のMTO−LP−HOを挙げることができる。 The analysis unit 201 analyzes the concentration of impurities contained in gaseous ammonia derived from the adsorption unit 4A. The analysis unit 201 includes a gas chromatograph analyzer (GC-PDD: pulse discharge detector) and a cavity ring-down spectrometer (CRDS). Examples of the gas chromatograph analyzer include GC-4000 manufactured by GL Sciences Inc., and examples of the cavity ring-down spectroscopic analyzer include MTO-LP-H 2 O manufactured by Tiger Optics. Can do.

本実施形態では、吸着ユニット4Aから導出された気体状のアンモニアについて、ガスクロマトグラフ分析装置で揮発性の高い有機化合物(たとえば、メタン)濃度を分析し、キャビティリングダウン分光分析装置で水分濃度を分析する。アンモニア精製システム200では、分析部201による分析結果に基づいて、第1蒸留塔202および第2蒸留塔203に対するアンモニアの流路の開閉動作が制御される。   In this embodiment, the gaseous ammonia derived from the adsorption unit 4A is analyzed for a highly volatile organic compound (for example, methane) concentration by a gas chromatograph analyzer, and the moisture concentration is analyzed by a cavity ring-down spectrometer. To do. In the ammonia purification system 200, the opening / closing operation of the ammonia flow path with respect to the first distillation column 202 and the second distillation column 203 is controlled based on the analysis result by the analysis unit 201.

第1蒸留塔202は、吸着ユニット4Aから導出された気体状のアンモニアに含まれる、アンモニアよりも沸点の低い低沸点不純物を蒸留除去する。第1蒸留塔202は、下から順に底部空間部2025、下部蒸留部2024、中央空間部2023、上部蒸留部2022、上部空間部2021を形成し、底部空間部2025にはリボイラが設置され、上部空間部2021にはコンデンサが設置されている。リボイラには外部から例えば加熱水などの加熱媒体が供給されて試料のリボイルをサポートし、コンデンサには外部から例えば冷却水などの冷媒が供給されて試料の凝縮をサポートしている。   The first distillation column 202 distills and removes low boiling point impurities having a boiling point lower than that of ammonia contained in gaseous ammonia derived from the adsorption unit 4A. The first distillation column 202 forms a bottom space portion 2025, a lower distillation portion 2024, a central space portion 2023, an upper distillation portion 2022, and an upper space portion 2021 in order from the bottom, and a reboiler is installed in the bottom space portion 2025. A capacitor is installed in the space 2021. The reboiler is supplied with a heating medium such as heated water from the outside to support the reboiling of the sample, and the condenser is supplied with a refrigerant such as cooling water from the outside to support the condensation of the sample.

第1蒸留塔202の中央空間部2023に導入される気体状のアンモニアは、上部蒸留部2022を上昇し、流下する還流液と気液接触して精留される。すなわち、上昇する気相中に含有するアンモニアは、還流液中に溶解液化し、還流液中に溶解しているアンモニアより沸点の低い低沸点不純物は気化される。このとき、低沸点不純物が除去されて凝縮精製されたアンモニアは、底部空間部2025に流下した後、上部蒸留部2022の上部へ還流される一部を除き、底部空間部2025から導出される。一方、低沸点不純物は、上部空間部2021に上昇して濃縮ガスとなり、コンデンサによって冷却処理されて連続的に廃ガスとして排出される。   Gaseous ammonia introduced into the central space portion 2023 of the first distillation column 202 rises in the upper distillation portion 2022 and is rectified by gas-liquid contact with the reflux liquid flowing down. That is, ammonia contained in the rising gas phase is dissolved in the reflux liquid, and low-boiling impurities having a lower boiling point than ammonia dissolved in the reflux liquid are vaporized. At this time, the ammonia that has been condensed and purified by removing low-boiling impurities is flowed into the bottom space portion 2025, and is then derived from the bottom space portion 2025 except for a portion that is refluxed to the upper portion of the upper distillation portion 2022. On the other hand, the low boiling point impurities rise to the upper space 2021 to become concentrated gas, are cooled by the condenser, and are continuously discharged as waste gas.

第2蒸留塔203は、吸着ユニット4Aまたは第1蒸留塔202から導出されたアンモニアに含まれる、アンモニアよりも沸点の高い高沸点不純物を蒸留除去する。第2蒸留塔203は、第1蒸留塔202と同様の構造を有し、底部空間部2035、下部蒸留部2034、中央空間部2033、上部蒸留部2032、上部空間部2031を形成し、底部空間部2035にはリボイラが設置され、上部空間部2031にはコンデンサが設置されている。   The second distillation column 203 distills off high-boiling impurities having a boiling point higher than that of ammonia contained in the ammonia derived from the adsorption unit 4A or the first distillation column 202. The second distillation column 203 has the same structure as the first distillation column 202, and forms a bottom space 2035, a lower distillation unit 2034, a central space 2033, an upper distillation unit 2032, and an upper space 2031 to form a bottom space. The part 2035 is provided with a reboiler, and the upper space part 2031 is provided with a capacitor.

第2蒸留塔203の中央空間部2033に導入されるアンモニアは、下部蒸留部2034を上昇するアンモニアガスと気液接触しながら底部空間部2035に移動する。そこでリボイルされて気化したアンモニアガスが、流下する溶液と気液接触をしながら、下部蒸留部2034、中央空間部2033および上部蒸留部2032を経由して精製される。このとき、蒸留精製されたアンモニアガスは、上部空間部2031に到達した後、コンデンサによって冷却処理されて上部空間部2031から導出される。一方、高沸点不純物は、底部空間部2035に流下して濃縮液となり、底部空間部2035から廃液として排出される。   Ammonia introduced into the central space portion 2033 of the second distillation column 203 moves to the bottom space portion 2035 while making gas-liquid contact with the ammonia gas rising in the lower distillation portion 2034. Therefore, the ammonia gas that has been reboiled and vaporized is purified through the lower distillation section 2034, the central space section 2033, and the upper distillation section 2032 while being in gas-liquid contact with the flowing solution. At this time, the distilled and purified ammonia gas reaches the upper space portion 2031, is then cooled by the condenser, and is led out from the upper space portion 2031. On the other hand, the high boiling point impurities flow down to the bottom space 2035 to become a concentrated liquid, and are discharged from the bottom space 2035 as waste liquid.

全縮器204は、第1蒸留塔202および第2蒸留塔203によって蒸留精製されたアンモニアを凝縮して液体状のアンモニアとして回収し、回収された液体状のアンモニアは、回収タンク61に貯留される。   The total condenser 204 condenses the ammonia distilled and purified by the first distillation column 202 and the second distillation column 203 and recovers it as liquid ammonia, and the recovered liquid ammonia is stored in the recovery tank 61. The

また、本実施形態のアンモニア精製システム200は、吸着ユニット4Aから導出されたアンモニアが流過する流路を形成する、第31バルブ2111が設けられた第31配管211、第32バルブ2121が設けられた第32配管212、第33バルブ2131が設けられた第33配管213、第34バルブ2141が設けられた第34配管214、および、第35バルブ2151が設けられた第35配管215を備える。   Further, the ammonia purification system 200 of the present embodiment is provided with a 31st pipe 211 and a 32nd valve 2121 provided with a 31st valve 2111 that form a flow path through which ammonia derived from the adsorption unit 4A flows. A thirty-second pipe 212, a thirty-third pipe 213 provided with a thirty-third valve 2131, a thirty-four pipe 214 provided with a thirty-fourth valve 2141, and a thirty-fifth pipe 215 provided with a thirty-fifth valve 2151.

第31配管211は、一端部が、吸着ユニット4Aから導出された気体状のアンモニアが供給される第18配管88から分岐する第19配管89と接続され、他端部が、第1蒸留塔202と接続される。第32配管212は、第1蒸留塔202と第2蒸留塔203との間に接続される。第33配管213は、第2蒸留塔203と全縮器204との間に接続される。第34配管214は、第31配管211から分岐し、第32配管212に接続される。第35配管215は、第32配管212において、第34配管214が接続される接続部よりもアンモニアの流れ方向下流側で第32配管212から分岐し、第33配管213に接続される。   The 31st pipe 211 has one end connected to a 19th pipe 89 branched from the 18th pipe 88 supplied with gaseous ammonia derived from the adsorption unit 4A, and the other end connected to the first distillation column 202. Connected. The thirty-second pipe 212 is connected between the first distillation column 202 and the second distillation column 203. The 33rd pipe 213 is connected between the second distillation column 203 and the total condenser 204. The 34th piping 214 branches from the 31st piping 211 and is connected to the 32nd piping 212. The thirty-fifth pipe 215 branches from the thirty-second pipe 212 on the downstream side in the ammonia flow direction of the thirty-second pipe 212 from the connection portion to which the thirty-fourth pipe 214 is connected and is connected to the thirty-third pipe 213.

なお、第31バルブ2111は、第31配管211において、第31配管211から第34配管214に分岐する分岐部よりもアンモニアの流れ方向下流側に設けられる。第32バルブ2121は、第32配管212において、第32配管212から第35配管215に分岐する分岐部よりもアンモニアの流れ方向下流側に設けられる。第33バルブ2131は、第33配管213において、第35配管215が接続される接続部よりもアンモニアの流れ方向上流側に設けられる。第34バルブ2141は、第34配管214に設けられる。第35バルブ2151は、第35配管215に設けられる。   The 31st valve 2111 is provided in the 31st piping 211 on the downstream side in the ammonia flow direction from the branching portion that branches from the 31st piping 211 to the 34th piping 214. The thirty-second valve 2121 is provided in the thirty-second pipe 212 on the downstream side in the ammonia flow direction from the branching portion that branches from the thirty-second pipe 212 to the thirty-fifth pipe 215. The 33rd valve 2131 is provided in the 33rd piping 213 on the upstream side in the ammonia flow direction from the connection portion to which the 35th piping 215 is connected. The 34th valve 2141 is provided in the 34th piping 214. The 35th valve 2151 is provided in the 35th pipe 215.

本実施形態のアンモニア精製システム200では、分析部201による分析結果に基づいて、第1蒸留塔202および第2蒸留塔203に対するアンモニアの流路の開閉動作が制御される。以下に、4つの制御パターンを挙げて具体的に説明する。   In the ammonia purification system 200 of this embodiment, the opening / closing operation of the ammonia flow path for the first distillation column 202 and the second distillation column 203 is controlled based on the analysis result by the analysis unit 201. Hereinafter, the four control patterns will be specifically described.

第1の制御パターンは、分析部201によって、低沸点不純物および高沸点不純物の濃度が所定値未満であるとの分析結果が得られた場合における制御パターンである。第1の制御パターンでは、分析部201による分析結果が、低沸点不純物の濃度が所定値(たとえば、メタンの濃度が30ppb)未満であり、かつ高沸点不純物の濃度が所定値(たとえば、水分の濃度が30ppb)未満であることを示す分析結果である場合、第34バルブ2141および第35バルブ2151が開放され、第31バルブ2111、第32バルブ2121および第33バルブ2131が閉鎖される。   The first control pattern is a control pattern in the case where the analysis result that the concentration of the low boiling point impurities and the high boiling point impurities is less than a predetermined value is obtained by the analysis unit 201. In the first control pattern, the analysis result by the analysis unit 201 indicates that the concentration of the low boiling point impurity is less than a predetermined value (for example, the concentration of methane is 30 ppb) and the concentration of the high boiling point impurity is the predetermined value (for example, moisture content). When the analysis result indicates that the concentration is less than 30 ppb), the 34th valve 2141 and the 35th valve 2151 are opened, and the 31st valve 2111, the 32nd valve 2121 and the 33rd valve 2131 are closed.

このように、分析部201による分析結果に基づいて、流路の開閉動作が制御されたアンモニア精製システム200は、吸着ユニット4Aから導出されたアンモニアに対して、第1蒸留塔202および第2蒸留塔203における蒸留除去の精製動作は行わず、吸着ユニット4Aから導出されたアンモニアを、第34配管214、第32配管212、第35配管215および第33配管213を通過させて全縮器204に導入し、液体状のアンモニアとして回収する。   As described above, the ammonia purification system 200 in which the opening / closing operation of the flow path is controlled based on the analysis result by the analysis unit 201, the first distillation column 202 and the second distillation with respect to the ammonia derived from the adsorption unit 4A. The purification operation for distillation removal in the column 203 is not performed, and the ammonia derived from the adsorption unit 4A is passed through the 34th pipe 214, the 32nd pipe 212, the 35th pipe 215, and the 33rd pipe 213 to the full condenser 204. Introduced and recovered as liquid ammonia.

第2の制御パターンは、分析部201によって、低沸点不純物の濃度が所定値以上であり、かつ高沸点不純物の濃度が所定値未満であるとの分析結果が得られた場合における制御パターンである。第2の制御パターンでは、分析部201による分析結果が、低沸点不純物の濃度が所定値(たとえば、メタンの濃度が30ppb)以上であり、かつ高沸点不純物の濃度が所定値(たとえば、水分の濃度が30ppb)未満であることを示す分析結果である場合、第31バルブ2111および第35バルブ2151が開放され、第32バルブ2121、第33バルブ2131、および第34バルブ2141が閉鎖される。   The second control pattern is a control pattern when the analysis unit 201 obtains an analysis result that the concentration of the low boiling point impurity is equal to or higher than the predetermined value and the concentration of the high boiling point impurity is lower than the predetermined value. . In the second control pattern, the analysis result by the analysis unit 201 indicates that the concentration of the low boiling point impurity is a predetermined value (for example, the concentration of methane is 30 ppb) or more and the concentration of the high boiling point impurity is the predetermined value (for example, moisture content). When the analysis result indicates that the concentration is less than 30 ppb), the 31st valve 2111 and the 35th valve 2151 are opened, and the 32nd valve 2121, the 33rd valve 2131, and the 34th valve 2141 are closed.

このように、分析部201による分析結果に基づいて、流路の開閉動作が制御されたアンモニア精製システム200は、吸着ユニット4Aから導出されたアンモニアに対して、第1蒸留塔202における蒸留除去の精製動作を行い、第2蒸留塔203における蒸留除去の精製動作を行わず、吸着ユニット4Aから導出されたアンモニアを、第31配管211、第32配管212、第35配管215および第33配管213を通過させて全縮器204に導入し、液体状のアンモニアとして回収する。   As described above, the ammonia purification system 200 in which the opening / closing operation of the flow path is controlled based on the analysis result by the analysis unit 201 performs distillation removal in the first distillation column 202 with respect to the ammonia derived from the adsorption unit 4A. The purification operation is performed, the purification operation for removing the distillation in the second distillation column 203 is not performed, and ammonia derived from the adsorption unit 4A is supplied to the 31st pipe 211, the 32nd pipe 212, the 35th pipe 215, and the 33rd pipe 213. It is passed through and introduced into the total condenser 204 and recovered as liquid ammonia.

第3の制御パターンは、分析部201によって、低沸点不純物の濃度が所定値未満であり、かつ高沸点不純物の濃度が所定値以上であるとの分析結果が得られた場合における制御パターンである。第3の制御パターンでは、分析部201による分析結果が、低沸点不純物の濃度が所定値(たとえば、メタンの濃度が30ppb)未満であり、かつ高沸点不純物の濃度が所定値(たとえば、水分の濃度が30ppb)以上であることを示す分析結果である場合、第34バルブ2141、第32バルブ2121および第33バルブ2131が開放され、第31バルブ2111、および第35バルブ2151が閉鎖される。   The third control pattern is a control pattern when the analysis unit 201 obtains an analysis result that the concentration of the low boiling point impurity is less than the predetermined value and the concentration of the high boiling point impurity is equal to or higher than the predetermined value. . In the third control pattern, the analysis result by the analysis unit 201 indicates that the concentration of the low boiling point impurity is less than a predetermined value (for example, the concentration of methane is 30 ppb), and the concentration of the high boiling point impurity is the predetermined value (for example, moisture content). When the analysis result indicates that the concentration is 30 ppb) or more, the 34th valve 2141, the 32nd valve 2121 and the 33rd valve 2131 are opened, and the 31st valve 2111 and the 35th valve 2151 are closed.

このように、分析部201による分析結果に基づいて、流路の開閉動作が制御されたアンモニア精製システム200は、吸着ユニット4Aから導出されたアンモニアに対して、第2蒸留塔203における蒸留除去の精製動作を行い、第1蒸留塔202における蒸留除去の精製動作を行わず、吸着ユニット4Aから導出されたアンモニアを、第34配管214、第32配管212および第33配管213を通過させて全縮器204に導入し、液体状のアンモニアとして回収する。   As described above, the ammonia purification system 200 in which the opening / closing operation of the flow path is controlled based on the analysis result by the analysis unit 201 performs distillation removal in the second distillation column 203 with respect to the ammonia derived from the adsorption unit 4A. The purification operation is performed, the purification operation for removing the distillation in the first distillation column 202 is not performed, and the ammonia derived from the adsorption unit 4A is completely reduced by passing through the 34th pipe 214, the 32nd pipe 212, and the 33rd pipe 213. It is introduced into the vessel 204 and recovered as liquid ammonia.

第4の制御パターンは、分析部201によって、低沸点不純物および高沸点不純物の濃度が所定値以上であるとの分析結果が得られた場合における制御パターンである。第4の制御パターンでは、分析部201による分析結果が、低沸点不純物の濃度が所定値(たとえば、メタンの濃度が30ppb)以上であり、かつ高沸点不純物の濃度が所定値(たとえば、水分の濃度が30ppb)以上であることを示す分析結果である場合、第31バルブ2111、第32バルブ2121および第33バルブ2131が開放され、第34バルブ2141、および第35バルブ2151が閉鎖される。   The fourth control pattern is a control pattern in the case where the analysis result that the concentration of the low boiling point impurity and the high boiling point impurity is equal to or higher than a predetermined value is obtained by the analysis unit 201. In the fourth control pattern, the analysis result by the analysis unit 201 indicates that the concentration of the low boiling point impurity is a predetermined value (for example, the concentration of methane is 30 ppb) or more and the concentration of the high boiling point impurity is the predetermined value (for example, moisture content). When the analysis result indicates that the concentration is 30 ppb) or more, the 31st valve 2111, the 32nd valve 2121 and the 33rd valve 2131 are opened, and the 34th valve 2141 and the 35th valve 2151 are closed.

このように、分析部201による分析結果に基づいて、流路の開閉動作が制御されたアンモニア精製システム200は、吸着ユニット4Aから導出されたアンモニアに対して、第1蒸留塔202および第2蒸留塔203における蒸留除去の精製動作を行い、吸着ユニット4Aから導出されたアンモニアを、第31配管211、第32配管212および第33配管213を通過させて全縮器204に導入し、液体状のアンモニアとして回収する。   As described above, the ammonia purification system 200 in which the opening / closing operation of the flow path is controlled based on the analysis result by the analysis unit 201, the first distillation column 202 and the second distillation with respect to the ammonia derived from the adsorption unit 4A. The purification operation of distillation removal in the tower 203 is performed, and the ammonia derived from the adsorption unit 4A is introduced into the full contractor 204 through the 31st pipe 211, the 32nd pipe 212, and the 33rd pipe 213, and the liquid state Recover as ammonia.

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、吸着ユニット4A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部201で分析し、その分析結果に応じて、第1蒸留塔202および第2蒸留塔203における蒸留除去の精製動作を行うことができるので、不必要な蒸留除去の精製動作を省略することができ、これによって、エネルギの消費を抑制して粗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 200 of the present embodiment configured as described above, the analysis unit 201 analyzes the concentration of impurities contained in the ammonia derived from the adsorption unit 4A, and according to the analysis result, the first distillation column. 202 and the second distillation column 203 can be subjected to a purification operation for removing the distillation, so that an unnecessary purification operation for removing the distillation can be omitted. Can be purified.

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、吸着ユニット301の構成が、前述の吸着ユニット4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 ammonia purification system 300 according to the third embodiment of the present invention. The ammonia purification system 300 of the present embodiment is similar to the ammonia purification system 100 described above, and corresponding portions are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. The ammonia purification system 300 is the same as the ammonia purification system 100 except that the configuration of the adsorption unit 301 is different from the configuration of the adsorption unit 4 described above.

吸着ユニット301は、流量調整器63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301は、第1吸着塔3011、第2吸着塔3012、および第3吸着塔3013を含んで構成される。   The adsorption unit 301 performs purification by adsorbing and removing impurities contained in gaseous ammonia derived from the flow rate regulator 63. In the present embodiment, the adsorption unit 301 includes a first adsorption tower 3011, a second adsorption tower 3012, and a third adsorption tower 3013.

第1吸着塔3011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30111、第1中間吸着層30112、第2中間吸着層30113、および塔底吸着層30114が積層された積層構造を有する。   The first adsorption tower 3011 has a tower top adsorption layer 30111, a first intermediate adsorption layer 30112, and a second intermediate adsorption layer in order from the tower top to the tower bottom (from the upstream side to the downstream side in the ammonia flow direction). 30113 and a tower bottom adsorbing layer 30114 are stacked.

塔頂吸着層30111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)、および活性アルミナなどが挙げられる。   The tower top adsorption layer 30111 is a layer containing a first adsorbent and has a function as a first adsorbent layer. The first adsorbent is a porous adsorbent having a high adsorbability for water. Examples of the first adsorbent include activated carbon, MS-13X (porous synthetic zeolite having a pore size of 9 mm), activated alumina, and the like.

第1中間吸着層30112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30113は、第1中間吸着層30112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30112と第2中間吸着層30113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 intermediate adsorption layer 30112 is a layer containing a second adsorbent and has a function as a second adsorbent layer. The second adsorbent is a porous adsorbent having a high adsorbability for organic compounds having less than 5 carbon atoms (hydrocarbon, alcohol, ether, etc.). Examples of such second adsorbent include MS-3A (porous synthetic zeolite having a pore diameter of 3 mm), MS-4A (porous synthetic zeolite having a pore diameter of 4 mm), and MS-5A (porous having a pore diameter of 5 mm). Synthetic zeolite), hydrophilic zeolite such as MS-13X (porous synthetic zeolite having a pore size of 9 mm), hydrophobic zeolite such as high silica type (high silica / alumina ratio) zeolite, silica gel and the like. Similarly to the first intermediate adsorption layer 30112, the second intermediate adsorption layer 30113 is a layer containing a second adsorbent and has a function as a second adsorbent layer. However, although the first intermediate adsorption layer 30112 and the second intermediate adsorption layer 30113 are the same because they are layers containing the second adsorbent, different types of adsorbents are used.

塔底吸着層30114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 bottom adsorption layer 30114 is a layer containing a third adsorbent and has a function as a third adsorbent layer. The third adsorbent is a porous adsorbent having high adsorbability for organic compounds having 5 or more carbon atoms (such as hydrocarbons) and water. Examples of such a third adsorbent include activated carbon and MS-13X.

第1吸着塔3011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30111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30112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30113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30114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 first adsorption tower 3011 will be described with a specific example. In the first specific example, the tower top adsorption layer 30111 is a layer containing activated carbon (GG, manufactured by Kuraray Chemical Co., Ltd.) as the first adsorbent, and the first intermediate adsorption layer 30112 is hydrophilic as the second adsorbent. It is a layer containing zeolite (MS-3A, manufactured by Tosoh Corporation), and the second intermediate adsorption layer 30113 is a layer containing silica gel (Sylbead N, manufactured by Mizusawa Chemical Co., Ltd.) as the second adsorbent, The adsorption layer 30114 is a layer containing activated carbon (GG, manufactured by Kuraray Chemical Co., Ltd.) as the third adsorbent.

第2の具体例では、塔頂吸着層30111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30112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30113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30114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 top adsorption layer 30111 is a layer containing activated carbon (GG, manufactured by Kuraray Chemical Co., Ltd.) as the first adsorbent, and the first intermediate adsorption layer 30112 is hydrophilic as the second adsorbent. It is a layer containing zeolite (MS-3A, manufactured by Tosoh Corporation), and the second intermediate adsorption layer 30113 is a layer containing silica gel (Sylbead N, manufactured by Mizusawa Chemical Co., Ltd.) as the second adsorbent, The adsorption layer 30114 is a layer containing MS-13X (SA-600A, manufactured by Tosoh Corporation) as a third adsorbent.

第3の具体例では、塔頂吸着層30111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30112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30113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30114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 top adsorption layer 30111 is a layer containing activated carbon (GG, manufactured by Kuraray Chemical Co., Ltd.) as the first adsorbent, and the first intermediate adsorption layer 30112 is hydrophilic as the second adsorbent. It is a layer containing zeolite (MS-4A, manufactured by Tosoh Corporation), and the second intermediate adsorption layer 30113 is a hydrophobic zeolite (HSZ-300, silica / alumina ratio = 10, manufactured by Tosoh Corporation) as the second adsorbent. The tower bottom adsorption layer 30114 is a layer containing MS-13X (SA-600A, manufactured by Tosoh Corporation) as the third adsorbent.

第4の具体例では、塔頂吸着層30111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30112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30113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30114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 top adsorption layer 30111 is a layer containing activated carbon (GG, manufactured by Kuraray Chemical Co., Ltd.) as the first adsorbent, and the first intermediate adsorption layer 30112 is hydrophilic as the second adsorbent. It is a layer containing zeolite (MS-4A, manufactured by Tosoh Corporation), and the second intermediate adsorption layer 30113 is a hydrophobic zeolite (HSZ-300, silica / alumina ratio = 10, manufactured by Tosoh Corporation) as the second adsorbent. The tower bottom adsorption layer 30114 is a layer containing a laminate of MS-13X (SA-600A, manufactured by Tosoh Corporation) and activated carbon (GG, manufactured by Kuraray Chemical Co., Ltd.) as a third adsorbent. is there.

第2吸着塔3012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30121、第1中間吸着層30122、第2中間吸着層30123、および塔底吸着層30124が積層された積層構造を有する。塔頂吸着層30121は、前述した第1吸着塔3011の塔頂吸着層30111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30122は、前述した第1吸着塔3011の第1中間吸着層30112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30123は、前述した第1吸着塔3011の第2中間吸着層30113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30124は、前述した第1吸着塔3011の塔底吸着層30114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 second adsorption tower 3012 has a tower top adsorption layer 30121, a first intermediate adsorption layer 30122, and a second intermediate adsorption layer in order from the tower top to the tower bottom (from the upstream to the downstream in the ammonia flow direction). 30123 and a tower bottom adsorbing layer 30124 are stacked. The tower top adsorption layer 30121 is a layer containing the first adsorbent, which is configured in the same manner as the tower top adsorption layer 30111 of the first adsorption tower 3011 described above, and has a function as a first adsorbent layer. The first intermediate adsorption layer 30122 is a layer including the second adsorbent, which is configured similarly to the first intermediate adsorption layer 30112 of the first adsorption tower 3011 described above, and has a function as a second adsorbent layer. The second intermediate adsorption layer 30123 is a layer including the second adsorbent, which is configured similarly to the second intermediate adsorption layer 30113 of the first adsorption tower 3011 described above, and has a function as a second adsorbent layer. The tower bottom adsorption layer 30124 is a layer containing a third adsorbent, which is configured in the same manner as the tower bottom adsorption layer 30114 of the first adsorption tower 3011 described above, and has a function as a third adsorbent layer.

第3吸着塔3013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30131、第1中間吸着層30132、第2中間吸着層30133、および塔底吸着層30134が積層された積層構造を有する。塔頂吸着層30131は、前述した第1吸着塔3011の塔頂吸着層30111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30132は、前述した第1吸着塔3011の第1中間吸着層30112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30133は、前述した第1吸着塔3011の第2中間吸着層30113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30134は、前述した第1吸着塔3011の塔底吸着層30114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 third adsorption tower 3013 has a tower top adsorption layer 30131, a first intermediate adsorption layer 30132, and a second intermediate adsorption layer in order from the tower top to the tower bottom (from the upstream side to the downstream side in the ammonia flow direction). 30133 and a tower bottom adsorbing layer 30134 are stacked. The tower top adsorption layer 30131 is a layer including the first adsorbent, which is configured in the same manner as the tower top adsorption layer 30111 of the first adsorption tower 3011 described above, and has a function as a first adsorbent layer. The first intermediate adsorption layer 30132 is a layer including the second adsorbent, which is configured similarly to the first intermediate adsorption layer 30112 of the first adsorption tower 3011 described above, and has a function as a second adsorbent layer. The second intermediate adsorption layer 30133 is a layer including the second adsorbent, which is configured in the same manner as the second intermediate adsorption layer 30113 of the first adsorption tower 3011 described above, and has a function as a second adsorbent layer. The tower bottom adsorption layer 30134 is a layer containing a third adsorbent, which is configured similarly to the tower bottom adsorption layer 30114 of the first adsorption tower 3011 described above, and has a function as a third adsorbent layer.

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3011、第2吸着塔3012、および第3吸着塔3013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5は、第1吸着塔3011、第2吸着塔3012、または第3吸着塔3013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 ammonia purification system 300 of the present embodiment configured as described above, the adsorbent layers having different adsorption capacities for water, organic compounds having less than 5 carbon atoms, and organic compounds having 5 or more carbon atoms are stacked. Since the adsorption tower 3011, the second adsorption tower 3012, and the third adsorption tower 3013 adsorb and remove impurities contained in the crude ammonia, the impurities (mainly water and organic compounds) contained in the crude ammonia are efficiently adsorbed. Can be removed. Since the condenser 5 degenerates the ammonia derived from the first adsorption tower 3011, the second adsorption tower 3012, or the third adsorption tower 3013 and separates it into a gas phase component and a liquid phase component, hydrogen, nitrogen , Oxygen, argon, carbon monoxide, carbon dioxide and other highly volatile impurities can be separated and removed as gas phase components to obtain liquid ammonia purified as a liquid phase component. Therefore, in the ammonia purification system 300 of the present embodiment, 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 reduced. It can be purified efficiently.

また、吸着ユニット301の第1吸着塔3011、第2吸着塔3012、および第3吸着塔3013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30111,30121,30131、第2吸着剤を含む第1中間吸着層30112,30122,30132、第2吸着剤を含む第2中間吸着層30113,30123,30133、および第3吸着剤を含む塔底吸着層30114,30124,30134が、この順番に積層されている。塔頂吸着層30111,30121,30131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3011、第2吸着塔3012、および第3吸着塔3013を流れる粗アンモニアは、まず塔頂吸着層30111,30121,30131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30111,30121,30131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30112,30122,30132、第2中間吸着層30113,30123,30133、および塔底吸着層30114,30124,30134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3011、第2吸着塔3012、および第3吸着塔3013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。   In addition, the first adsorption tower 3011, the second adsorption tower 3012, and the third adsorption tower 3013 of the adsorption unit 301 have a tower top adsorption layer containing a first adsorbent from the upstream side to the downstream side in the flow direction of the crude ammonia. 30111, 30121, 30131, first intermediate adsorption layers 30112, 30122, 30132 containing a second adsorbent, second intermediate adsorption layers 30113, 30123, 30133 containing a second adsorbent, and tower bottom adsorption containing a third adsorbent Layers 30114, 30124, and 30134 are stacked in this order. Since the tower top adsorbing layers 30111, 30121, and 30131 contain the first adsorbent having high adsorbability with respect to water, the first adsorbing tower 3011, the second adsorbing tower 3012, and the third adsorbing tower 3013 are included. First, most of the ammonia flowing through the column is adsorbed and removed in the tower top adsorption layers 30111, 30121, and 30131. Accordingly, the first intermediate adsorption layers 30112, 30122, 30132, the second intermediate adsorption layers 30113, 30123, 30133, which are arranged downstream of the tower top adsorption layers 30111, 30121, 30131 in the flow direction of ammonia, and the tower bottom Adsorption capacity for organic compounds is sufficiently exhibited in the adsorption layers 30114, 30124, and 30134, and the adsorption removal of impurities from the crude ammonia by the first adsorption tower 3011, the second adsorption tower 3012, and the third adsorption tower 3013 is improved. can do.

本実施形態では、前述したように、第1吸着塔3011、第2吸着塔3012、および第3吸着塔3013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3011、第2吸着塔3012、および第3吸着塔3013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 first adsorption tower 3011, the second adsorption tower 3012, and the third adsorption tower 3013 are capable of adsorbing water, organic compounds having less than 5 carbon atoms, and organic compounds having 5 or more carbon atoms. Have a laminated structure in which different adsorbent layers are laminated. As the first adsorption tower 3011, the second adsorption tower 3012, and the third adsorption tower 3013 configured as described above, the first adsorption tower is configured as an adsorption tower that exhibits an adsorption removal capability for impurities contained in ammonia. An adsorption tower having a tower top adsorbing layer containing an adsorbent and a mixed layer in which the second adsorbent and the third adsorbent are mixed is disposed downstream of the tower top adsorbing layer in the flow direction of the crude ammonia. It is done.

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3011、第2吸着塔3012、および第3吸着塔3013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。   In addition, as the first adsorption tower 3011, the second adsorption tower 3012, and the third adsorption tower 3013, the first adsorbent, the second adsorbent, A configuration is also conceivable in which a plurality of adsorption towers individually packed with the third adsorbent are connected in series. Even this method has no effect on the adsorption and removal of impurities. In a configuration in which a plurality of adsorption towers are connected in series, if the plurality of adsorption towers are arranged in series in the horizontal direction, there is a problem that the installation area is widened. No points will occur. When a plurality of adsorption towers are connected in series, the construction method of the adsorption towers may be selected in consideration of equipment costs such as the size of the adsorption towers, an increase in the number of towers, and the length of the connecting pipes.

1 原料貯留タンク
2 制御ユニット
3 気化器
4,4A,301 吸着ユニット
5 コンデンサ
21 検出部
22 導出切替制御部
41,41A,3011 第1吸着塔
42,42A,3012 第2吸着塔
43,43A,3013 第3吸着塔
61 回収タンク
62 充填装置
100,200,300 アンモニア精製システム
201 分析部
202 第1蒸留塔
203 第2蒸留塔
204 全縮器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Raw material storage tank 2 Control unit 3 Vaporizer 4, 4A, 301 Adsorption unit 5 Capacitor 21 Detection part 22 Derivation switching control part 41, 41A, 3011 1st adsorption tower 42, 42A, 3012 2nd adsorption tower 43, 43A, 3013 Third adsorption tower 61 Recovery tank 62 Filling device 100, 200, 300 Ammonia purification system 201 Analysis unit 202 First distillation tower 203 Second distillation tower 204 Full-condenser

Claims (4)

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、
気相および液相が形成されるように、内部空間に粗アンモニアを貯留し、その貯留された粗アンモニアを、気相または液相から導出する貯留手段と、
前記貯留手段における、前記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は、液相から一部の粗アンモニアを導出するように前記貯留手段を制御し、前記容積比が、前記閾値未満である場合には、気相から粗アンモニアを導出するように前記貯留手段を制御する導出制御手段と、
前記貯留手段の液相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と、
前記貯留手段の気相から導出された気体状の粗アンモニア、または、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、吸着剤によって吸着除去し、気体状のアンモニアを導出する吸着手段と、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 in the internal space so as to form a gas phase and a liquid phase, and deriving the stored crude ammonia from the gas phase or the liquid phase;
A volume ratio, which is a ratio of the volume of the liquid phase to the volume of the internal space in the storage means, is calculated. Controlling the storage means so that, when the volume ratio is less than the threshold, a derivation control means for controlling the storage means to derive crude ammonia from the gas phase;
Vaporizing means for evaporating a part of the liquid crude ammonia derived from the liquid phase of the storage means and deriving gaseous ammonia;
The gaseous crude ammonia derived from the vapor phase of the storage means or the impurities contained in the gaseous ammonia derived from the vaporization means are adsorbed and removed by an adsorbent to derive gaseous ammonia. An ammonia purification system comprising: an adsorption means.
前記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分縮手段をさらに備え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。   By separating the 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 the liquid state is purified as a liquid phase component. The ammonia purification system according to claim 1, further comprising a deconcentrating means for obtaining ammonia. 前記吸着手段から導出されたアンモニアを蒸留することで不純物を分離除去し、精製された液体状のアンモニアを得る蒸留手段をさらに備え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。   The ammonia purification system according to claim 1, further comprising a distillation means for separating and removing impurities by distilling the ammonia derived from the adsorption means to obtain purified liquid ammonia. 前記吸着手段は、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の5種類の吸着剤から選ばれた少なくとも3種以上の吸着剤がそれぞれ充填された複数の吸着領域を有することを特徴とする請求項1〜3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 adsorption regions each filled with at least three kinds of adsorbents selected from five kinds of adsorbents of activated carbon, hydrophilic zeolite, hydrophobic zeolite, silica gel, and activated alumina. The ammonia purification system according to any one of claims 1 to 3.
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