JP2014015341A - アンモニア及びメタノールの製造システム - Google Patents

Abstract

【課題】アンモニア及びメタノールの製造コストの増大を抑制しつつ、両方の生産効率を向上させることができるアンモニア及びメタノールの製造システムを提供する。
【解決手段】本発明に係るアンモニア及びメタノールの製造システム１０は、天然ガス２１中の炭化水素をＣＯ、ＣＯ₂の何れか一方両方に改質し、改質ガス２２を生成する改質装置１１と、改質ガス２２中のＣＯをＣＯ₂に転化し、ＣＯ₂を含むシフトガス３１を生成するＣＯシフト反応装置１２と、改質ガス２２から一部のＨ₂を分離する水素分離装置１３と、シフトガス３１中のＣＯ₂を除去する炭酸ガス除去装置１４と、ＣＯ₂除去ガス３３中のＣＯ₂をメタン化するメタン化装置１５と、アンモニア３７を製造するアンモニア合成塔１７と、水素分離装置１３で分離されたＨ₂と炭酸ガス除去装置１４で分離されたＣＯ₂とを原料としてメタノールを合成するメタノール合成塔１８と、を有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、天然ガス、ＬＰＧ、ブタンあるいはナフサ等他の炭化水素から得られる合成ガスからメタノールおよびアンモニアを製造するアンモニア及びメタノールの製造システムおよびアンモニア及びメタノールの製造方法に関する。

メタノールおよびアンモニアを製造する技術はいずれも水素（Ｈ₂）を主原料とし、メタノールおよびアンモニアを製造する際には水素と一酸化炭素（ＣＯ）とからなる合成ガスを製造する技術が必要である。

アンモニアの製造は、メタノールを合成する際に用いる原料と類似の原料を改質して合成ガスを生成する工程に、生成した合成ガス中の一酸化炭素を水蒸気改質、空気改質によりＣＯをＣＯ転化させて二酸化炭素（ＣＯ₂）と水素とを発生させる工程と、合成ガス中のＣＯをＣＯ₂に転化したことで増量したＣＯ₂を除去する工程と、微量に残存しているＣＯ及びＣＯ₂を除去する工程とを含み、更に合成ガスからアンモニア合成用の原料として用いる水素を得る圧縮工程とを含むものである。

そのため、メタノールおよびアンモニアを製造する際には、天然ガス等の一次改質または二次改質した合成ガスを共通に利用できることから、従来からメタノールおよびアンモニアの種々の併産方法が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。

特許文献１では、天然ガスからアンモニア用合成ガスを製造する際に、ＣＯ₂除去（炭酸ガス除去）工程の後にメタノール合成工程を設け、その後、アンモニア合成工程を設けることにより、メタノール及びアンモニアを併産する方法を開示している。

特許文献２では、天然ガスからアンモニアを製造する工程において、合成ガス中に含まれるＣＯ₂をメタンに生成した後、圧縮する際に、合成ガス中の水素対窒素の比を３より大きくなるように圧縮工程中段において合成ガスを抜き出す。そして、抜き出した合成ガスからメタノール合成のための水素を膜等により分離抽出し、この抽出した水素を合成ガスから分離して得られたＣＯ₂と混合してメタノールを合成することによりメタノール及びアンモニアを併産する方法を開示している。

特許第４１６８２１０号公報 特開平６−２３４５１７号公報

しかしながら、上記従来技術には、次のような問題点がある。
特許文献１のように、従来から用いられているメタノールおよびアンモニアの製造方法を用いた場合、メタノールの併産量に応じて、合成ガス中の一酸化炭素を水蒸気改質、空気改質によりＣＯをＣＯ転化させる際の合成ガスに供給する導入空気量、合成ガスがＣＯ₂（炭酸ガス）を除去する工程をバイパスするバイパス率を併産量ごとに調整する必要があるため、メタノールおよびアンモニアの製造システムの運転が困難となる。

また、特許文献１では、メタノール合成塔の後流側にメタネーション反応器（メタネータ）を設置する必要があるので、メタネータの運転圧力がメタノール合成塔と同程度の高圧となってしまい、メタネータが耐圧性を有するため、メタネータの肉厚を大きくする必要がある。

また、特許文献１では、メタノールの併産量を増大すると、未反応のＣＯ、ＣＯ₂が増大し、メタネータのメタネーション温度が上昇してしまうため、メタネータ内に充填されているメタネータ触媒の負荷が上昇し、メタノールの併産量に限界がある。

さらに、特許文献１では、合成ガス中にアンモニアの原料となるＮ₂が存在するため、Ｈ₂、ＣＯ、ＣＯ₂のそれぞれの分圧が低下し、メタノール合成が不利な反応条件となる場合がある。

また、特許文献２のように、従来から用いられているメタノールおよびアンモニアの製造方法において、合成ガス中の水素の分離に水素透過性機能膜を用いた場合、水素透過性機能膜の設置箇所の温度が低いため、水素透過性機能膜を通過する水素透過速度が低く、必要な膜面積が大きくなる。

また、水素透過性機能膜を用いた場合、水素透過性機能膜の設置場所の圧力が高いため、その分、水素透過性機能膜を備えた容器の耐圧性を高めるため必要があり、水素透過性機能膜を備えた容器の肉厚を大きくする必要がある。

また、特許文献１、２のようなメタノールおよびアンモニアの併産方法では、合成ガス中のＣＯ₂を分離する際に、脱炭酸するガスの通過量が大きいため、脱炭酸装置の大きさを大きくする必要がある。

このように、特許文献１、２のように従来から用いられているメタノールおよびアンモニアの製造方法を用いた場合、上記のような問題点があることから、アンモニア及びメタノールを製造するにあたり、アンモニア及びメタノールの製造コストの増大を抑制しつつ、両方の生産効率を向上させることができるアンモニア及びメタノールの製造システムが求められている。

本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであって、アンモニア及びメタノールの製造コストの増大を抑制しつつ、アンモニア及びメタノールの生産効率を向上させることができるアンモニア及びメタノールの製造システムを提供することを課題とする。

上述した課題を解決するため、本発明に係るアンモニア及びメタノールの製造システムは、炭化水素を含む原料ガスに水蒸気を供給して一次改質した後、空気を供給して二次改質を行い、前記炭化水素をＣＯ、ＣＯ₂の何れか一方両方に改質し、ＣＯ、ＣＯ₂の何れか一方両方を含む改質ガスを生成する改質部と、前記改質ガス中のＣＯをＣＯ₂に転化し、ＣＯ₂を含むシフトガスを生成するＣＯシフト反応部と、前記改質ガスから一部のＨ₂を分離する水素分離部と、前記シフトガス中のＣＯ₂を除去する炭酸ガス除去部と、前記炭酸ガス除去部でＣＯ₂が除去されたＣＯ₂除去ガス中のＣＯ₂をメタン化してメタンを生成するメタン化部と、前記メタン化部でメタン化した後、アンモニアを製造するアンモニア合成部と、前記水素分離部で分離されたＨ₂と前記炭酸ガス除去部で分離されたＣＯ₂とを原料としてメタノールを合成するメタノール合成部と、を有することを特徴とする。

本発明においては、前記水素分離部が、水素分離膜を備えた膜分離装置であることが好ましい。

本発明においては、前記メタン化部と前記アンモニア合成部との間に、前記ＣＯ₂除去ガスを圧縮する圧縮部を有することが好ましい。

本発明に係る尿素及びメタノールの製造システムは、上記何れか１つのアンモニア及びメタノールの製造システムと、前記アンモニア合成部で得られたアンモニアを用いて尿素を合成する尿素合成部と、前記炭酸ガス除去部から前記メタノール合成部に供給されるＣＯ₂の一部を前記尿素合成部に供給する炭酸ガス分岐供給ラインと、を有することを特徴とする。

本発明に係るアンモニア及びメタノールの製造方法は、炭化水素を含む原料ガスに水蒸気を供給して一次改質した後、空気を供給して二次改質を行い、前記炭化水素をＣＯ、ＣＯ₂の何れか一方両方に改質し、ＣＯ、ＣＯ₂の何れか一方両方を含む改質ガスを生成する改質工程と、前記改質ガス中のＣＯをＣＯ₂に転化し、ＣＯ₂を含むシフトガスを生成するＣＯシフト反応工程と、前記改質ガスから一部のＨ₂を分離する水素分離工程と、前記シフトガス中のＣＯ₂を除去する炭酸ガス除去工程と、前記炭酸ガス除去工程でＣＯ₂が除去されたＣＯ₂除去ガス中のＣＯ₂をメタン化してメタンを生成するメタン化工程と、前記メタン化工程でメタン化した後、アンモニアを製造するアンモニア合成工程と、前記水素分離工程で分離されたＨ₂と前記炭酸ガス除去工程で分離されたＣＯ₂とを原料としてメタノールを合成するメタノール合成工程と、を有することを特徴とする。

本発明においては、前記水素分離工程が、水素分離膜を備えた膜分離装置を用いることが好ましい。

本発明においては、前記メタン化工程と前記アンモニア合成工程との間に、前記ＣＯ₂除去ガスを圧縮する圧縮工程を含むことが好ましい。

本発明に係る尿素及びメタノールの製造方法は、上記何れか１つのアンモニア及びメタノールの製造工程と、前記アンモニア合成工程で得られたアンモニアと前記炭酸ガス除去工程から前記メタノール合成工程に供給されるＣＯ₂の一部を用いて尿素を合成する尿素合成工程を含むことを特徴とする。

本発明によれば、アンモニア及びメタノールの製造コストの増大を抑制しつつ、アンモニア及びメタノールの生産効率を向上させることができる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るアンモニア及びメタノールの製造システムの概略図である。 図２は、メタン化装置の一例を示す図である。 図３は、メタノールの生産量とメタネータのＣＯ₂除去ガスの出口ガス温度との関係を示す図である。 図４は、本発明の第２の実施形態に係る尿素及びメタノールの製造システムの概略図である。

以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の発明を実施するための形態（以下、実施形態という）により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

［第１の実施形態］
＜アンモニア及びメタノールの製造システム＞
本発明の第１の実施形態に係るアンモニア及びメタノールの製造システムについて、図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係るアンモニア及びメタノールの製造システムの概略図である。図１に示すように、本実施形態に係るアンモニア及びメタノールの製造システム１０は、改質装置（改質部）１１と、ＣＯシフト反応装置（ＣＯシフト反応部）１２と、水素分離装置（水素分離部）１３と、炭酸ガス除去装置（炭酸ガス除去部）１４と、メタン化装置（メタン化部）１５と、圧縮機１６、アンモニア合成塔（アンモニア合成部）１７と、メタノール合成塔（メタノール合成部）１８と、を有するものである。

なお、本実施形態では、炭化水素を含む原料ガスとして、天然ガス２１を用いているが、これに限定されるものではなく、炭化水素を含む原料ガスであればよく、例えば、ＬＰＧ、ブタンあるいはナフサ等他の炭化水素から得られる合成ガス、原油や天然ガスの生産に随伴して生産される天然ガス液（ＮＧＬ：Natural Gas Liquid)、メタンハイドレートなどが挙げられる。

（改質部）
改質装置（リフォーマ）１１は、天然ガス２１中の炭化水素をＣＯ、ＣＯ₂の何れか一方両方に改質し、ＣＯ、ＣＯ₂の何れか一方両方を含む改質ガス２２を生成するものである。改質装置１１は、第１改質装置（第１リフォーマ）１１−１と、第２改質装置（第２リフォーマ）１１−２とを備える。

第１リフォーマ１１−１は、天然ガス２１に水蒸気２３を供給して、天然ガス２１中の炭化水素をＣＯ、ＣＯ₂の何れか一方両方に一次改質するものである。第１リフォーマ１１−１は、水蒸気供給ラインＬ１１と連結されており、第１リフォーマ１１−１内には水蒸気供給部２４から水蒸気２３が水蒸気供給ラインＬ１１を通って供給される。

第２リフォーマ１１−２は、一次改質後の天然ガス２１に空気２５を供給して、天然ガス２１中の炭化水素をＣＯ、ＣＯ₂の何れか一方両方に二次改質するものである。第２リフォーマ１１−２は、空気供給ラインＬ１２と連結されており、第２リフォーマ１１−２内には空気供給部２６から空気２５が空気供給ラインＬ１２を通って供給される。

改質装置１１では、第１リフォーマ１１−１において、天然ガス２１に水蒸気２３を供給して、下記式（１）、（２）のように、天然ガス２１中の炭化水素をＣＯ、ＣＯ₂に一次改質する。その後、第２リフォーマ１１−２において空気２５を供給して、下記式（１）、（２）のように、天然ガス２１中に残存する炭化水素をＣＯ、ＣＯ₂に二次改質し、ＣＯ、ＣＯ₂を含む改質ガス２２を生成する。また、改質ガス２２のガス温度は、例えば４００℃〜１０００℃の範囲内になっている。
ＣＨ₄ ＋ Ｈ₂Ｏ →ＣＯ ＋ ３Ｈ₂ ・・・（１）
ＣＨ₄ ＋ ２Ｈ₂Ｏ → ＣＯ₂ ＋ ４Ｈ₂ ・・・（２）

（ＣＯシフト反応装置）
ＣＯシフト反応装置１２は、改質ガス２２中のＣＯをＣＯ₂に転化（シフト）し、ＣＯ₂を含むシフトガス３１を生成するものである。ＣＯシフト反応装置１２は、例えば、ＣＯをＣＯ₂に転化（シフト）するＣＯシフト反応用触媒を充填した充填部を備えるＣＯシフト反応器などが用いられる。

ＣＯシフト反応装置１２では、下記式（３）のように、改質ガス２２中のＣＯをＣＯ₂に転化し、ＣＯ₂を含むシフトガス３１を生成する。また、シフトガス３１のガス温度は、例えば１５０℃〜１０００℃の範囲内になっている。
ＣＯ ＋ Ｈ₂Ｏ → ＣＯ₂ ＋ Ｈ₂ ・・・（３）

（水素分離装置）
水素分離装置１３は、シフトガス３１からシフトガス３１に含まれる一部のＨ₂を分離するものである。本実施形態では、水素分離装置１３は、水素透過性機能膜を備えた膜分離装置である。なお、本実施形態において、水素透過性機能膜とは、ガス中に含まれる少なくとも一部のＨ₂を分離するための膜である。

水素透過性機能膜としては、例えば、パラジウム（Ｐｄ）膜、ポリスルフォン、ポリアミド、ポリイミド等の高分子膜や、中空糸状に成形されたものを多数束ねたものを使用することが好ましい。水素透過性機能膜は、材質、使用条件、寿命、水素透過係数、選択率を基に適宜最適な設計とすることができる。

水素分離装置１３で、シフトガス３１は水素透過性機能膜を透過することで、シフトガス３１に含まれるＨ₂は水素透過性機能膜で分離される。水素分離装置１３でＨ₂が分離されたシフトガス３２は、水素分離装置１３から排出される。

水素分離装置１３は、水素供給ラインＬ１３と連結されており、水素分離装置１３においてシフトガス３１から分離されたＨ₂の一部は、水素供給ラインＬ１３を通ってメタノール合成塔１８に供給され、メタノール合成用のガスとして用いられる。

なお、本実施形態において、水素分離装置１３として、水素透過性機能膜を備えた膜分離装置を用いているが、これに限定されるものではなく、シフトガス３１中に含まれる少なくとも一部のＨ₂を分離できる装置であればよい。

（炭酸ガス除去装置）
炭酸ガス除去装置１４は、シフトガス３１中の炭酸ガス（ＣＯ₂）を除去するものである。炭酸ガス除去装置１４としては、例えば、アミン溶剤などＣＯ₂吸収液を用いて化学吸着を利用して、シフトガス３１中のＣＯ₂を除去する装置、物理吸着を利用してシフトガス３１中のＣＯ₂を除去する装置、ＣＯ₂を除去する触媒を備えた反応容器やガス中からＣＯ₂を分離する分離膜を備えた膜分離装置などが用いられる。炭酸ガス除去装置１４で、シフトガス３１中のＣＯ₂を除去して、ＣＯ₂とＣＯ₂が除去されたＣＯ₂除去ガス３３とを生成する。また、ＣＯ₂除去ガス３３のガス温度は、例えば５０℃程度である。

炭酸ガス除去装置１４は、炭酸ガス供給ラインＬ１４と連結されており、炭酸ガス除去装置１４でシフトガス３１から分離されたＣＯ₂は、炭酸ガス供給ラインＬ１４を通ってメタノール合成塔１８に供給され、メタノール合成用のガスとして用いられる。

（メタン化装置）
メタン化装置１５は、炭酸ガス除去装置１４でＣＯ₂が除去されたＣＯ₂除去ガス３３中のＣＯ₂をメタン化するものである。メタン化装置１５は、例えば、図２に示すように、メタネーション触媒を充填した触媒部３５を備えたメタネーション反応器（メタネータ）３６などが用いられる。この場合、触媒部３５での反応温度（メタネーション温度）は、メタネーション触媒が使用できる限界温度の観点から、２２０℃以上４５０℃以下であることが好ましく、より好ましくは２９０℃以上３５０℃以下である。

メタン化装置１５では、下記式（４）のように、ＣＯ₂除去ガス３３中のＣＯ₂をメタン化し、メタンを含むＣＯ₂除去ガス３４を生成する。
ＣＯ₂ ＋ ４Ｈ₂ → ＣＨ₄ ＋ ２Ｈ₂Ｏ ・・・（４）

（圧縮器）
圧縮機１６は、ＣＯ₂除去ガス３３を圧縮するためのものである。圧縮機１６でＣＯ₂除去ガス３４の圧力をアンモニア合成に好適な圧力に適宜調整される。本実施形態では、圧縮機１６は一段としているが、これに限定されるものではなく、低圧圧縮機と高圧圧縮機との二段としてもよいし、低圧圧縮機と中圧圧縮機と高圧圧縮機との三段とするなど複数段としてもよい。

（アンモニア合成塔）
アンモニア合成塔１７は、メタン化装置１５でＣＯ₂除去ガス３３中のＣＯ₂をメタン化した後、アンモニア（ＮＨ₃）を製造するものである。アンモニア合成塔１７は、従来より一般的に用いられているものを用いることができ、例えば、反応器内の１つ以上の床に触媒を配置したアンモニア合成反応器などが挙げられる。このアンモニア合成反応器に、窒素（Ｎ₂）および水素（Ｈ₂）を含有する合成ガスとしてＣＯ₂除去ガス３３を流してＮＨ₃を合成する方法などが用いられる。

アンモニア合成塔１７では、下記式（５）のように、ＣＯ₂除去ガス３３中の窒素と水素とが反応して、アンモニア３７を生成する。
Ｎ₂ ＋ ３Ｈ₂ → ２ＮＨ₃ ・・・（５）

（メタノール合成塔）
メタノール合成塔１８は、水素分離装置１３で分離されたＨ₂と炭酸ガス除去装置１４で分離されたＣＯ₂とを原料としてメタノール３８を合成するものである。メタノール合成塔１８は、従来より一般的に用いられているものを用いることができ、例えば、触媒反応器を有するメタノール合成装置などが用いられる。

メタノール合成塔１８では、下記式（６）のように、ＣＯ₂除去ガス３３中の水素とＣＯとが反応して、メタノール３８を生成する。
２Ｈ₂ ＋ ＣＯ → ２ＣＨ₃ＯＨ ・・・（６）

このように、本実施形態に係るアンモニア及びメタノールの製造システム１０は、アンモニア及びメタノールを並列して製造することができる。

次に、本実施形態に係るアンモニア及びメタノールの製造システム１０を用いたアンモニア及びメタノールを製造する方法について説明する。

まず、天然ガス２１をリフォーマ１１に供給して、天然ガス２１中の炭化水素をＣＯ、ＣＯ₂の何れか一方両方に改質し、ＣＯ、ＣＯ₂の何れか一方両方を含む改質ガス２２を生成する（改質工程）。

リフォーマ１１は、第１リフォーマ１１−１と第２リフォーマ１１−２とを備えている。天然ガス２１を第１リフォーマ１１−１に供給する。第１リフォーマ１１−１で、天然ガス２１に水蒸気供給部２４から水蒸気供給ラインＬ１１を通って供給される水蒸気２３を混合して、下記式（１）、（２）のように、天然ガス２１中の炭化水素をＣＯ、ＣＯ₂の何れか一方両方に一次改質する。
ＣＨ₄ ＋ Ｈ₂Ｏ →ＣＯ ＋ ３Ｈ₂ ・・・（１）
ＣＨ₄ ＋ ２Ｈ₂Ｏ → ＣＯ₂ ＋ ４Ｈ₂ ・・・（２）

次に、天然ガス２１を第２リフォーマ１１−２に供給する。第２リフォーマ１１−２で、天然ガス２１に空気供給部２６から空気供給ラインＬ１２を通って供給される空気２５を混合して、上記式（１）、（２）のように、二次改質を行う。これにより、ＣＯ、ＣＯ₂を含む改質ガス２２を生成する。

リフォーマ１１で天然ガス２１を改質して得られた改質ガス２２は、リフォーマ１１から排出され、ＣＯシフト反応装置１２に供給される。

ＣＯシフト反応装置１２では、下記式（３）のように、改質ガス２２中のＣＯをＣＯ₂に転化し、ＣＯ₂を含むシフトガス３１を生成する（ＣＯシフト反応工程）。
ＣＯ ＋ Ｈ₂Ｏ → ＣＯ₂ ＋ Ｈ₂ ・・・（３）

ＣＯシフト反応装置１２で生成されたシフトガス３１は、ＣＯシフト反応装置１２から排出され、水素分離装置１３に供給される。

水素分離装置１３では、シフトガス３１からシフトガス３１に含まれる一部のＨ₂を分離する（水素分離工程）。シフトガス３１が水素分離装置１３内に備えている水素透過性機能膜を透過することで、シフトガス３１に含まれるＨ₂は水素透過性機能膜で分離される。水素分離装置１３でＨ₂が分離されたシフトガス３２は、水素分離装置１３から排出される。

水素分離装置１３から排出されたシフトガス３２は、炭酸ガス除去装置１４に供給される。

炭酸ガス除去装置１４では、シフトガス３１中のＣＯ₂を除去して、ＣＯ₂とＣＯ₂が除去されたＣＯ₂除去ガス３３とを生成する（炭酸ガス除去工程）。

炭酸ガス除去装置１４から排出されたＣＯ₂除去ガス３３は、メタン化装置１５に供給される。

メタン化装置１５は、上記のように図２に示すようなメタネーション触媒を充填した触媒部３５を備えたメタネーション反応器（メタネータ）３６などである。メタン化装置１５では、下記式（４）のように、炭酸ガス除去装置１４でＣＯ₂が除去されたＣＯ₂除去ガス３３中のＣＯ₂をメタン化し、メタンを含むＣＯ₂除去ガス３４を生成する（メタン化工程）。
ＣＯ₂ ＋ ４Ｈ₂ → ＣＨ₄ ＋ ２Ｈ₂Ｏ ・・・（４）

メタン化装置１５から排出されたＣＯ₂除去ガス３４は、圧縮機１６に供給される。圧縮機１６でＣＯ₂除去ガス３４の圧力をアンモニア合成に好適な圧力に適宜調整される。その後、ＣＯ₂除去ガス３４は、アンモニア合成塔１７に供給される。

次いで、アンモニア合成塔１７で、下記式（５）のように、ＣＯ₂除去ガス３３中の窒素と水素とが反応して、アンモニア３７を生成する（アンモニア合成工程）。
Ｎ₂ ＋ ３Ｈ₂ → ２ＮＨ₃ ・・・（５）

また、水素分離装置１３で分離された水素（Ｈ₂）は水素供給ラインＬ１３を通り、炭酸ガス除去装置１４で分離されたＣＯ₂は炭酸ガス供給ラインＬ１４を通り、水素分離装置１３で分離された水素（Ｈ₂）及び炭酸ガス除去装置１４で分離されたＣＯ₂は、メタノール合成塔１８に供給される。

メタノール合成塔１８では、下記式（６）のように、ＣＯ₂除去ガス３３中の水素とＣＯとが反応して、メタノール３８を生成する（メタノール合成工程）。
２Ｈ₂ ＋ ＣＯ → ２ＣＨ₃ＯＨ ・・・（６）

このようにして、アンモニア３７及びメタノール３８を製造することができる。

［試験例］
次に、本実施形態に係るアンモニア及びメタノールの製造システム１０を用いて行った試験結果について説明する。なお、実施例１は、本実施形態に係るアンモニア及びメタノールの製造システム１０であり、比較例１は、従来の特許文献１におけるメタノール及びアンモニアを併産する方法を用いたアンモニア及びメタノールの製造システムであり、比較例２は、従来の特許文献２におけるメタノール及びアンモニアを併産する方法を用いたアンモニア及びメタノールの製造システムである。

（メタノールを生産した時の第２リフォーマ１１−２に供給する空気２５の導入量、ＣＯシフト反応装置１２でのＣＯシフト率、炭酸ガス除去装置１４での脱炭酸率の低減の検討）
アンモニアを単一生産（生産量：２０５０ＭＴＰＤ）している時の比較例１、実施例１のそれぞれの空気導入量、ＣＯシフト率、脱炭酸率を１００として、メタノールを生産した時の比較例１、実施例１の改質装置１１の第２リフォーマ１１−２に供給する空気２５の導入量、ＣＯシフト反応装置１２におけるＣＯシフト率、炭酸ガス除去装置１４における脱炭酸率の相対割合をそれぞれ求めた。それぞれの試験結果を表１に示す。なお、ＭＴＰＤ（ｍｅｔｒｉｃ ｔｏｎ ｐｅｒ ｄａｙ）は、メタノール及びアンモニアの１日あたりの生産量を示す。

表１に示すように、比較例１では、メタノール３８を生産する場合、メタノールの生産量に伴い、ＣＯシフト反応装置１２におけるＣＯシフト率および炭酸ガス除去装置１４における脱炭酸率を調整する必要があることが確認された。これに対し、実施例１では、アンモニアのみを単一生成している場合と同様に、ＣＯシフト反応装置１２におけるＣＯシフト率および炭酸ガス除去装置１４における脱炭酸率を１００％の状態で、メタノールの生産量に応じて水素分離装置１３で抜き出す水素の量を調整するだけで、アンモニア合成塔１７でのアンモニアの生産量を調整することができる。

よって、本実施形態に係るアンモニア及びメタノールの製造システム１０を用いれば、アンモニア３７の他に更にメタノール３８を生産する場合でも、システムの運転を容易に行うことができることが確認された。また、本実施形態に係るアンモニア及びメタノールの製造システム１０は、既存のアンモニア製造装置に、水素分離装置１３とメタノール合成塔１８を設けるだけで容易にメタノールを製造しつつアンモニアを製造することもできる。

（メタン化装置１５の反応器の肉厚の減容化の検討）
メタン化装置１５の反応器の肉厚の減容化について検討した。本実施形態に係るアンモニア及びメタノールの製造システム１０のメタン化装置１５と、比較例１のメタン化装置とは、図２に示すように、メタネーション触媒を充填した触媒部３５を備えたメタネータ３６を用いて行った。また、メタネータ３６は円筒形状とした。

このとき、メタネータ３６の円筒の肉厚は、簡易的には下記式（I）のように表されるので、メタネータ３６の肉厚は圧力に対して比例の関係がある。
ｔ＝（Ｐ×ｒ）／σ_max ・・・（I）
（ｔは肉厚、Ｐは圧力、ｒは半径、σ_maxは最大許容圧力をそれぞれ示す。）

上記式（I）から、比較例１ではメタネータ３６の圧力は８６ｋ／Ｇであり、実施例１ではメタネータ３６の圧力は２７ｋ／Ｇであった。比較例１では、メタン化装置が圧縮器の後流側に位置するため、メタン化装置のメタネータの圧力が高圧になってしまい、メタネータの肉厚が厚くなってしまう。これに対し、本実施形態に係るアンモニア及びメタノールの製造システム１０では、メタン化装置１５が圧縮機１６の前流側に位置するため、メタネータの圧力は低圧となり、メタネータの肉厚が薄くなる。

よって、本実施形態に係るアンモニア及びメタノールの製造システム１０を用いれば、比較例１のような従来のアンモニア及びメタノールの製造システムに用いられているメタン化装置のメタネータ３６の肉厚を約６７％（＝１−（２７＋１．０３）／（８６＋１．０３））低減することができる。なお、メタネータ３６の肉厚を測定する際には、ゲージ圧（単位：ｋｇ／ｃｍ²Ｇ(＝Ｋ／Ｇ)）で測定している。ゲージ圧は絶対圧力と大気圧の差であり、ゲージ圧を絶対圧に変換するため、大気圧である１．０３ｋｇ／ｃｍ²を加えて絶対圧として評価している。

（メタン化装置１５における反応温度（メタネーション温度）の検討）
メタン化装置１５における反応温度（メタネーション温度）について検討した。上記表１において比較例１および実施例１でアンモニアのみを生産（２０５０ＭＴＰＤ）した時をベースとしてメタノールの生産量を変化させ、メタネータ３６のＣＯ₂除去ガス３４の出口ガス温度を測定した。

メタノールの生産量とメタネータ３６のＣＯ₂除去ガス３４の出口ガス温度との関係を図３に示す。なお、メタン化装置１５は、上記図２に示すメタネーション触媒を充填した触媒部３５を備えたメタネータ３６を用いた。また、メタネーション触媒を用いることができる限界温度は、４００℃とした。図３に示すように、比較例１では、メタネータ３６の出口のＣＯ₂除去ガス３４のガス温度が４００℃程度のとき、メタノール生産量は１１００ＭＴＰＤ程度であった。一方、実施例１では、メタノール生産量が１３００ＭＴＰＤ程度であってもメタネータ３６の出口のＣＯ₂除去ガス３４のガス温度は３３０℃以下であった。

一般にメタネーション触媒を使用できる限界温度は４００℃程度であり、比較例１ではメタノールの増産時にメタノール合成塔１８での未反応のＣＯ、ＣＯ₂によりメタネーション温度が上がってしまい、増産量に限界がある。一方、本実施形態に係るアンモニア及びメタノールの製造システム１０では、メタノール生産量の増減に関係なくメタネーション温度をほぼ一定に維持することができる。そのため、本実施形態に係るアンモニア及びメタノールの製造システム１０では、メタン化装置１５が内部に備えたメタネーション触媒のメタネーション温度の上昇に起因して生じるメタノールの増産量の限界がなくなり、メタノールの増産を安定して行うことが可能である。

よって、本実施形態に係るアンモニア及びメタノールの製造システム１０を用いれば、比較例１のような従来のアンモニア及びメタノールの製造システムに用いられているメタン化装置よりも少なくとも１５％（＝１３００ＭＴＰＤ／１１００ＭＴＰＤ）以上のメタノールの増産を図ることができる。

（メタノール合成塔１８における圧力低減の検討）
メタノール合成塔１８における圧力低減について検討した。実施例１および比較例１でメタノールア成塔１８での分圧状態を表２に示す。

表２に示すように、比較例１では、ガス成分として、ＣＯ、ＣＯ₂、Ｈ₂、Ｎ₂、ＣＨ₄、その他の不活性成分が含まれているが、実施例１では、ガス成分として、ＣＯ₂、Ｈ₂のみであり、ＣＯ、Ｎ₂、ＣＨ₄、他の不活性成分は含まれていない。

比較例１では、ＣＯ₂、Ｈ₂以外の成分が含まれているが、これはメタノールの合成がアンモニアの合成よりも前流側で行われるため、後流側のアンモニアの合成に必要なＮ₂が含まれていることが必要である。一方、本実施形態に係るアンモニア及びメタノールの製造システム１０では、メタノール合成塔１８がアンモニア合成塔１７と並列に存在するため、ＣＯ₂、Ｈ₂以外にＮ₂やその他の不活性成分などが含まれていない。

本実施形態に係るアンモニア及びメタノールの製造システム１０が、比較例１のアンモニア及びメタノールの製造システムと同等の反応が進行したと仮定した場合、比較例１でメタノール合成時に用いるガス成分の全圧が８６．２ｋｇ／ｃｍ²であった時、本実施形態に係るアンモニア及びメタノールの製造システム１０では、メタノール合成塔１８に供給される水素とＣＯ₂との混合ガスの全圧は７０ｋｇ／ｃｍ²程度となり、圧力を約１６．２ｋｇ／ｃｍ²低減することができる。よって、本実施形態に係るアンモニア及びメタノールの製造システム１０は、比較例１のアンモニア及びメタノールの製造システムに比べ、１５％以上圧力を低減できる。

したがって、本実施形態に係るアンモニア及びメタノールの製造システム１０によれば、従来よりメタノールの合成に必要な圧力を低減できる。

（水素分離装置１３で用いる水素透過性機能膜の膜面積の検討）
水素分離装置１３が水素透過性機能膜を備えた膜分離装置である場合に、水素分離装置１３で用いる水素透過性機能膜の膜面積について検討した。比較例２では、水素透過温度が５０℃〜２００℃と低く、水素透過性機能膜を用いて水素とガスとを分離した場合、水素透過速度は低い。一方、本実施形態に係るアンモニア及びメタノールの製造システム１０では、水素分離装置１３にはガス温度が高温（例えば３６０℃以上、好適は４３１℃）のガスが通過するため、水素透過速度が上昇し、膜面積が低減する。

よって、本実施形態に係るアンモニア及びメタノールの製造システム１０の水素分離装置１３の水素透過性機能膜は比較例２のアンモニア及びメタノールの製造システムで用いる水素透過性機能膜よりも高い水素透過速度を有している。そのため、水素分離装置１３の水素透過性機能膜は、比較例２のアンモニア及びメタノールの製造システムで用いる水素透過性機能膜の膜面積よりも膜面積を低減できる。

水素透過性機能膜の水素透過速度は、例えば、下記式（II）に基づいて評価できる。ここで、Ｑは水素透過速度であり、ＫＫは透過係数であり、Ａは膜面積であり、Ｅは活性化エネルギーであり、Ｒはガス定数であり、ＰＨは一次側水素分圧であり、ＰＬは二次側水素分圧である。
Ｑ ＝ ＫＫ×Ａ×ＥＸＰ（−Ｅ／ＲＴ）（ＰＨ^0.5−ＰＬ^0.5） ・・・（II）

透過係数ＫＫを２００（Ｎｃｃ−Ｈ₂／ｃｍ²・ｍｉｎ・ａｔｍ^0.5）とし、膜面積Ａを１７８．０２（ｃｍ²）とし、活性化エネルギーＥを２２５０（ｃａｌ／ｍｏｌ）とし、ガス定数Ｒを１．９８７（ｃａｌ／（ｍｏｌ・Ｋ））とし、比較例２における水素透過温度を２００℃とし、本実施形態に係るアンモニア及びメタノールの製造システム１０における水素分離装置１３の水素透過温度を４３１℃とする。本実施形態に係るアンモニア及びメタノールの製造システム１０の水素分離装置１３の水素透過性機能膜と比較例２のアンモニア及びメタノールの製造システムで用いる水素透過性機能膜とを、上記式（II）に当てはめると、本実施形態に係るアンモニア及びメタノールの製造システム１０は、比較例２のアンモニア及びメタノールの製造システムの水素分離装置１３での水素透過速度を２．２倍以上とすることができる。この場合には、本実施形態に係るアンモニア及びメタノールの製造システム１０は、比較例２のアンモニア及びメタノールの製造システムで用いる水素透過性機能膜の膜面積を半分以下にすることができる。

（水素分離装置１３で肉厚の減容化の検討）
水素分離装置１３が水素透過性機能膜を備えた膜分離装置である場合に、膜分離装置の肉厚の減容化について検討した。比較例２では水素透過性機能膜が適用される場所のガスの圧力は４０ｋ／Ｇ〜１８０Ｋ／Ｇと高い。これに対し、実施例１では水素分離装置１３に供給されるシフトガス３１の圧力は最大でも３５Ｋ／Ｇである。比較例２で用いる水素透過性機能膜の圧力は、少なくとも実施例１で用いられる水素分離装置１３内の圧力よりも高くなる。そのため、水素分離装置１３が水素透過性機能膜を備えた膜分離装置である場合、膜分離装置の外部ケーシング（Outer shell）の肉厚を薄くできる。

このとき、水素分離装置１３が円筒形状の場合、膜分離装置の円筒の肉厚は、簡易的には下記式（III）のように表されるので、肉厚は圧力に対して比例の関係がある。
メタネータ３６の肉厚は圧力に対して比例の関係がある。
ｔ＝（Ｐ×ｒ）／σ_max ・・・（III）
（ｔは肉厚、Ｐは圧力、ｒは半径、σ_maxは最大許容圧力をそれぞれ示す。）

比較例２の水素分離装置の圧力を４０ｋ／Ｇとし、実施例１の水素分離装置１３の圧力を３５ｋ／Ｇとした場合、本実施形態に係るアンモニア及びメタノールの製造システム１０を用いれば、水素透過性機能膜を備える膜分離装置の外部ケーシングの肉厚を約１２％（＝１−（３５＋１．０３）／（４０＋１．０３））低減することができる。

よって、本実施形態に係るアンモニア及びメタノールの製造システム１０を用いれば、水素透過性機能膜を備える膜分離装置の外部ケーシングの肉厚を薄くすることができる。

（炭酸ガス除去装置１４へのガス流通量の検討）
炭酸ガス除去装置１４へのガス流通量について検討した。実施例１、比較例１、比較例２のそれぞれの炭酸ガス除去装置１４へのガス供給量、アンモニア生産量を表３に示す。なお、表３中、比較例２の脱炭酸ガス供給量の厳密な値は不明であるが、定性的には、比較例１とほぼ同様の量となる。

比較例１における炭酸ガス除去装置１４へのガス供給量が３８１８２０Ｎｍ³／ｈであり、実施例１において炭酸ガス除去装置１４へのガス供給量が３４５１７６Ｎｍ³／ｈである場合、本実施形態に係るアンモニア及びメタノールの製造システム１０を用いれば、炭酸ガス除去装置１４へのガス供給量を約１０％（＝１−３４５１７６／３８１８２０）低減することができる。

よって、本実施形態に係るアンモニア及びメタノールの製造システム１０を用いれば、炭酸ガス除去装置１４の前流側の水素分離装置１３においてメタノール合成用の水素を取り出しているため、炭酸ガス除去装置１４へのガス供給量を低減することができる。これにより、炭酸ガス除去装置１４の大きさのサイズダウンを図ることができる。

このように、本実施形態に係るアンモニア及びメタノールの製造システム１０は、改質装置１１から排出される高温状態の改質ガス２２やＣＯシフト反応装置１２から排出される高温状態のシフトガス３１のガス温度を有効利用して、アンモニア３７の生産状態をより効率良く維持しつつ、メタノール３８を更に効率よく生産できるため、アンモニア及びメタノールの製造コストの増大を抑制しつつ、アンモニア及びメタノールの生産効率を向上させることができる。

すなわち、特許文献１のような従来から用いられているメタノールおよびアンモニアの併産方法では、メタノールの生産量を変化させる場合、ＣＯ、ＣＯ₂はメタノールの原料であるため、メタノールの生産量に伴い、第２リフォーマ１１−２に供給する空気２５の導入空気量、ＣＯシフト反応装置１２でのＣＯシフト率、炭酸ガス除去装置１４での脱炭酸率を調整する必要がある。第２リフォーマ１１−２に供給する空気２５の導入空気量はアンモニアのＮ分により決定されるが、メタノールの生産量を増大すると、その分、生産できるアンモニア量は少なくなるため、導入空気量をメタノール併産量に応じて調整する必要がある。また、ＣＯシフト反応は上記記式（６）のようにＣＯが酸化してＣＯ₂となるため、メタノールの原料となるＣＯを消費してしまう。そのため、メタノールの生産量を増大する際にはＣＯシフト反応器をバイパスするガス量を最適化する必要がある。特許文献１のような従来から用いられているメタノールおよびアンモニアの併産方法では、ＣＯ₂を炭酸ガス除去装置で回収するがＣＯ₂はメタノールの原料であるため、メタノールの生産量を増大する際には炭酸ガス除去装置のバイパス量を調整する必要がある。これに対し、本実施形態に係るアンモニア及びメタノールの製造システム１０では、アンモニアのみを生成する場合と同様に、ＣＯシフト反応装置１２でのＣＯシフト率、炭酸ガス除去装置１４での脱炭酸率が１００％の状態で、メタノールの生産量に応じて水素分離装置１３で抜き出す水素の量を調整するだけでメタノールの生産量を調整することができるので、システム１０全体の運転の調整は不要であり、運転を容易に行うことができる。

また、特許文献１のような従来から用いられているメタノールおよびアンモニアの併産方法では、メタン化装置が圧縮機の後流側に位置するため、メタネータに供給されるガスの圧力が高圧になってしまい、メタネータの肉厚は厚くなっていた。これに対し、本実施形態に係るアンモニア及びメタノールの製造システム１０では、メタン化装置１５が圧縮機１６の前流側に位置するため、メタネータに供給されるＣＯ₂除去ガス３３の圧力は低圧となり、メタネータの肉厚を薄くすることができる。

また、メタン化装置１５がメタネーション触媒を充填した触媒部３５を備えたメタネータ３６である場合、一般にメタネーション触媒を用いることができる限界温度は、上述のように、４００℃程度である。このとき、特許文献１のように従来から用いられているメタノールおよびアンモニアの併産方法では、メタノールの増産時に、メタノール合成塔の未反応のＣＯ、ＣＯ₂によりメタネーション温度が上がってしまう。そのため、メタノールの増産量には限界がある。これに対し、本実施形態に係るアンモニア及びメタノールの製造システム１０では、メタノールの生産量によらずメタネーション温度をほぼ一定に保てるため、メタネーション温度に起因する増産量の限界がなくなる。

さらに、特許文献１のように従来から用いられているメタノールおよびアンモニアの併産方法では、メタノール合成塔がアンモニア合成塔の前流側に位置するため、メタノール合成塔に供給されるガス成分にはアンモニアの合成に必要なＮ₂が含まれている。これに対し、本実施形態に係るアンモニア及びメタノールの製造システム１０では、メタノール合成塔１８がアンモニア合成塔１７と並列して設けられているため、メタノール合成塔１８に供給されるガス成分には、Ｎ₂は含まれていない。よって、メタノール合成塔１８に供給されるガスの圧力を低減できる。

また、特許文献２のように従来から用いられているメタノールおよびアンモニアの併産方法では、水素透過温度が例えば５０℃〜２００℃と低く、圧縮機に水素透過性機能膜を備えた場合、水素透過性機能膜を通過するガスの水素透過速度は低い。これに対し、本実施形態に係るアンモニア及びメタノールの製造システム１０では、シフトガス３１のガス温度は３６０℃以上であるため、水素分離装置１３内に備えた水素透過性機能膜を通過する水素透過速度が上昇し、膜面積を低減することができる。

また、特許文献２のように従来から用いられているメタノールおよびアンモニアの併産方法では、水素透過性機能膜に供給されるガスの圧力は高圧（例えば４０Ｋ〜１８０Ｋ）である。これに対し、本実施形態に係るアンモニア及びメタノールの製造システム１０では、水素分離装置１３に供給されるシフトガス３１の圧力は最大でも３５Ｋ／Ｇである。そのため、水素分離装置１３が水素透過性機能膜を備えた膜分離装置であっても、膜分離装置の外部ケーシング（Outer shell）の肉厚を薄くできる。

また、特許文献１のように従来から用いられているメタノールおよびアンモニアの併産方法では、脱炭酸ガスの通過量が大きいため、炭酸ガス除去装置のサイズが大きくなる。これに対し、本実施形態に係るアンモニア及びメタノールの製造システム１０では、炭酸ガス除去装置の前流側の水素分離装置１３においてメタノール合成用の水素を取り出すため、炭酸ガス除去装置１４へのガス供給量を低減することができ、炭酸ガス除去装置１４のサイズダウンを図ることができる。

したがって、本実施形態に係るアンモニア及びメタノールの製造システム１０を用いれば、アンモニア合成塔１７およびメタノール合成塔１８をガス流れ方向に対して並列に設け、それぞれ別のガス流路で各装置に加わる付加を軽減しつつアンモニア３７及びメタノール３８を製造できるため、アンモニア３７及びメタノール３８の製造コストの増大を抑制しつつ、それぞれの生産効率を向上させることができる。これにより、本実施形態に係るアンモニア及びメタノールの製造システム１０は、従来から用いられているようなアンモニア及びメタノールの併産方法を用いた装置に比べ、アンモニア３７及びメタノール３８を同時にはるかに効率良く安定して生産することができる。

［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る尿素及びメタノールの製造システムについて、図面を参照して説明する。図４は、本発明の第２の実施形態に係る尿素及びメタノールの製造システムの概略図である。図１に示すように、本実施形態に係る尿素及びメタノールの製造システム４０は、図１に示す第１の実施形態に係るアンモニア及びメタノールの製造システム１０のアンモニア合成塔１７のアンモニア流れ方向の後流側に尿素合成塔（尿素合成部）４１を有するものである。尿素合成塔４１は、アンモニア合成塔１７で得られたアンモニア３７を用いて尿素４２を合成するものである。また、本実施形態に係る尿素及びメタノールの製造システム４０は、炭酸ガス除去装置１４からメタノール合成塔１８にＣＯ₂を供給する炭酸ガス供給ラインＬ１４から分岐し、尿素合成塔４１と連結する炭酸ガス分岐供給ラインＬ１５を有する。

図１に示す第１の実施形態に係るアンモニア及びメタノールの製造システム１０と同様の構成については同一であるため、重複した説明は省略する。

アンモニア合成塔１７で得られたアンモニア３７は、尿素合成塔４１に供給される。また、炭酸ガス除去装置１４から炭酸ガス供給ラインＬ１４を通ってメタノール合成塔１８に供給されるＣＯ₂の一部は、炭酸ガス分岐供給ラインＬ１５から尿素合成塔４１に供給される。

尿素合成塔４１は、従来より一般に用いられているものを用いることができ、例えば、アンモニアとＣＯ₂とを管内で反応させる尿素合成管などが挙げられる。尿素合成塔４１で、アンモニア合成塔１７で得られたアンモニア３７と、炭酸ガス除去装置１４で分離されたＣＯ₂とは、下記反応式（７）のように反応して、尿素（ＮＨ₂（ＣＯ）ＮＨ₂）を合成している。
２ＮＨ₃＋ＣＯ₂→ＮＨ₂（ＣＯ）ＮＨ₂＋Ｈ₂ ・・・（７）

よって、本実施形態に係る尿素及びメタノールの製造システム４０は、アンモニア合成塔１７で得られたアンモニア３７と、アンモニア合成の際に炭酸ガス除去装置１４で分離されたＣＯ₂とを用いて、尿素４２を製造すると共にメタノール３８を同時に製造することができる。これにより、尿素４２の合成まで含めたシステム全体のアンモニア３７及びメタノール３８の生産を効率良く行うことができ、尿素４２の収率の向上を図ることができる。

したがって、本実施形態に係る尿素及びメタノールの製造システム４０によれば、尿素４２及びメタノール３８の製造コストの増大を抑制しつつ、尿素４２及びメタノール３８の生産効率を向上させることができる。

なお、上記各実施形態においては、アンモニア及びメタノールを製造する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、アンモニアと他の炭化水素などを並列に同時に製造する場合においても同様に用いることができる。

１０ アンモニア及びメタノールの製造システム
１１ 改質装置（改質部）
１１−１ 第１改質部（第１リフォーマ）
１１−２ 第２改質部（第２リフォーマ）
１２ ＣＯシフト反応装置（ＣＯシフト反応部）
１３ 水素分離装置（水素分離部）
１４ 炭酸ガス除去装置（炭酸ガス除去部）
１５ メタン化装置（メタン化部）
１６ 圧縮機
１７ アンモニア合成塔（アンモニア合成部）
１８ メタノール合成塔（メタノール合成部）
２１ 天然ガス
２２ 改質ガス
２３ 水蒸気
２４ 水蒸気供給部
２５ 空気
２６ 空気供給部
３１、３２ シフトガス
３３、３４ ＣＯ₂除去ガス
３５ 触媒部
３６ メタネーション反応器（メタネータ）
３７ アンモニア
４０ 尿素及びメタノールの製造システム
４１ 尿素合成塔
４２ 尿素
Ｌ１１ 水蒸気供給ライン
Ｌ１２ 空気供給ライン
Ｌ１３ 水素供給ライン
Ｌ１４ 炭酸ガス供給ライン
Ｌ１５ 炭酸ガス分岐供給ライン

Claims (8)

1. 炭化水素を含む原料ガスに水蒸気を供給して一次改質した後、空気を供給して二次改質を行い、前記炭化水素をＣＯ、ＣＯ₂の何れか一方両方に改質し、ＣＯ、ＣＯ₂の何れか一方両方を含む改質ガスを生成する改質部と、
   前記改質ガス中のＣＯをＣＯ₂に転化し、ＣＯ₂を含むシフトガスを生成するＣＯシフト反応部と、
   前記改質ガスから一部のＨ₂を分離する水素分離部と、
   前記シフトガス中のＣＯ₂を除去する炭酸ガス除去部と、
   前記炭酸ガス除去部でＣＯ₂が除去されたＣＯ₂除去ガス中のＣＯ₂をメタン化してメタンを生成するメタン化部と、
   前記メタン化部でメタン化した後、アンモニアを製造するアンモニア合成部と、
   前記水素分離部で分離されたＨ₂と前記炭酸ガス除去部で分離されたＣＯ₂とを原料としてメタノールを合成するメタノール合成部と、
   を有することを特徴とするアンモニア及びメタノールの製造システム。
2. 請求項１において、
   前記水素分離部が、水素透過性機能膜を備えた膜分離装置であることを特徴とするアンモニア及びメタノールの製造システム。
3. 請求項１又は２において、
   前記メタン化部と前記アンモニア合成部との間に、前記ＣＯ₂除去ガスを圧縮する圧縮部を有することを特徴とするアンモニア及びメタノールの製造システム。
4. 請求項１乃至３の何れか１つのアンモニア及びメタノールの製造システムと、
   前記アンモニア合成部で得られたアンモニアを用いて尿素を合成する尿素合成部と、
   前記炭酸ガス除去部から前記メタノール合成部に供給されるＣＯ₂の一部を前記尿素合成部に供給する炭酸ガス分岐供給ラインと、
   を有することを特徴とする尿素及びメタノールの製造システム。
5. 炭化水素を含む原料ガスに水蒸気を供給して一次改質した後、空気を供給して二次改質を行い、前記炭化水素をＣＯ、ＣＯ₂の何れか一方両方に改質し、ＣＯ、ＣＯ₂の何れか一方両方を含む改質ガスを生成する改質工程と、
   前記改質ガス中のＣＯをＣＯ₂に転化し、ＣＯ₂を含むシフトガスを生成するＣＯシフト反応工程と、
   前記改質ガスから一部のＨ₂を分離する水素分離工程と、
   前記シフトガス中のＣＯ₂を除去する炭酸ガス除去工程と、
   前記炭酸ガス除去工程でＣＯ₂が除去されたＣＯ₂除去ガス中のＣＯ₂をメタン化してメタンを生成するメタン化工程と、
   前記メタン化工程でメタン化した後、アンモニアを製造するアンモニア合成工程と、
   前記水素分離工程で分離されたＨ₂と前記炭酸ガス除去工程で分離されたＣＯ₂とを原料としてメタノールを合成するメタノール合成工程と、
   を有することを特徴とするアンモニア及びメタノールの製造方法。
6. 請求項５において、
   前記水素分離工程が、水素透過性機能膜を備えた膜分離装置を用いることを特徴とするアンモニア及びメタノールの製造方法。
7. 請求項５又は６において、
   前記メタン化工程と前記アンモニア合成工程との間に、前記ＣＯ₂除去ガスを圧縮する圧縮工程を含むことを特徴とするアンモニア及びメタノールの製造方法。
8. 請求項５乃至７の何れか１つのアンモニア及びメタノールの製造方法と、
   前記アンモニア合成工程で得られたアンモニアと前記炭酸ガス除去工程から前記メタノール合成工程に供給されるＣＯ₂の一部を用いて尿素を合成する尿素合成工程を含むことを特徴とする尿素及びメタノールの製造方法。

Images