JP2022109042A - アンモニア分解装置 - Google Patents
アンモニア分解装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2022109042A JP2022109042A JP2021004363A JP2021004363A JP2022109042A JP 2022109042 A JP2022109042 A JP 2022109042A JP 2021004363 A JP2021004363 A JP 2021004363A JP 2021004363 A JP2021004363 A JP 2021004363A JP 2022109042 A JP2022109042 A JP 2022109042A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ammonia
- gas
- reactor
- catalyst
- raw material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 246
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 115
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 title claims abstract description 54
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 157
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 43
- 239000003085 diluting agent Substances 0.000 claims abstract description 41
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 37
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 27
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 27
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 25
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 18
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 claims abstract description 15
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 238000010790 dilution Methods 0.000 claims description 6
- 239000012895 dilution Substances 0.000 claims description 6
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 claims description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 12
- 238000006396 nitration reaction Methods 0.000 abstract 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 16
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 11
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 8
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 6
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 5
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 239000011449 brick Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 238000001833 catalytic reforming Methods 0.000 description 1
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000000629 steam reforming Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000004227 thermal cracking Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/04—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of inorganic compounds, e.g. ammonia
- C01B3/047—Decomposition of ammonia
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/0266—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a decomposition step
- C01B2203/0277—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a decomposition step containing a catalytic decomposition step
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/08—Methods of heating or cooling
- C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/0811—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/22—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of gaseous or liquid organic compounds
- C01B3/24—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of gaseous or liquid organic compounds of hydrocarbons
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
Abstract
【課題】アンモニアの分解が行われる反応器の材料の窒化を抑制できるアンモニア分解装置を提供する。【解決手段】アンモニア分解装置は、原料であるアンモニアを水素と窒素とに分解する分解反応の触媒が充填された反応器と、原料が触媒に流入する前に、アンモニア濃度が原料よりも低い希釈ガスと原料とが混合するように、希釈ガスを供給するための希釈ガス供給ラインとを備え、反応器の内面が耐火材で覆われ、耐火材に対して内面と反対側に触媒が充填され、希釈ガス供給ラインには、希釈ガスを昇温させる昇温装置が設けられている。【選択図】図１
Description
本開示は、アンモニア分解装置に関する。
特許文献１には、アンモニアを通過させながら触媒層を外部から加熱することで、アンモニアを水素と窒素とに分解するアンモニア分解装置が記載されている。
しかしながら、アンモニア１００％の原料を使用する場合のようにアンモニア濃度が高い環境下において、アンモニアを分解する温度である５００～６００℃では、アンモニアと鉄系材料とが反応して鉄系材料が窒化し、機械的強度が低下する。そうすると、例えば触媒を充填している管が鉄系材料の場合には、管の機械的強度が低下して、管の破断につながるおそれがあった。
上述の事情に鑑みて、本開示の少なくとも１つの実施形態は、アンモニアの分解が行われる反応器の材料の窒化を抑制できるアンモニア分解装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本開示に係るアンモニア分解装置は、原料であるアンモニアを水素と窒素とに分解する分解反応の触媒が充填された反応器と、前記原料が前記触媒に流入する前に、アンモニア濃度が前記原料よりも低い希釈ガスと前記原料とが混合するように、前記希釈ガスを供給するための希釈ガス供給ラインとを備え、前記反応器の内面が耐火材で覆われ、該耐火材に対して前記内面と反対側に前記触媒が充填され、前記希釈ガス供給ラインには、前記希釈ガスを昇温させる昇温装置が設けられている。
本開示のアンモニア分解装置によれば、反応器内のアンモニア濃度が希釈ガスによって低下し、耐火材によって反応器の外壁への熱の伝わりを抑制するので、アンモニアの分解が行われる反応器を構成する材料の窒化を抑制できる。
以下、本開示の実施の形態によるアンモニア分解装置について、図面に基づいて説明する。かかる実施の形態は、本開示の一態様を示すものであり、この開示を限定するものではなく、本開示の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。
（実施形態１）
＜本開示の実施形態１に係るアンモニア分解装置の構成＞
図１に示されるように、本開示の実施形態１に係るアンモニア分解装置１は、原料であるアンモニアを、下記反応式（１）で示される反応によって水素と窒素とに分解する装置である。アンモニア分解装置１は、反応式（１）で示されるアンモニアの分解反応の触媒３が充填された反応器２を備えている。
２ＮＨ３→Ｎ２＋３Ｈ２ ・・・（１）
＜本開示の実施形態１に係るアンモニア分解装置の構成＞
図１に示されるように、本開示の実施形態１に係るアンモニア分解装置１は、原料であるアンモニアを、下記反応式（１）で示される反応によって水素と窒素とに分解する装置である。アンモニア分解装置１は、反応式（１）で示されるアンモニアの分解反応の触媒３が充填された反応器２を備えている。
２ＮＨ３→Ｎ２＋３Ｈ２ ・・・（１）
反応器２には、原料を反応器に供給する原料供給ライン４が接続されている。原料供給ライン４には、液体アンモニアを貯蔵する図示しない貯蔵設備から供給された液体アンモニアを蒸発させて気体のアンモニアに蒸発させる蒸発器５が設けられている。また、反応器２には、反応器２から流出した流出ガスが流通する流出ガスライン６の一端が接続されている。流出ガスは、反応式（１）によれば、窒素と水素と未反応のアンモニアとを含んでいる。
流出ガスライン６の他端は、アンモニア回収装置７に接続されている。アンモニア回収装置７の構成は特に限定するものではなく、例えば水スクラバーや圧力変動吸着（ＰＳＡ）装置等であってもよい。流出ガスライン６には、アンモニア回収装置７よりも上流側に、流出ガスを冷却するための冷却器８が設けられている。冷却器８は例えば、蒸発器５に流入する前の液体アンモニアと流出ガスとを熱交換する熱交換器であってもよい。この構成によれば、流出ガスが冷却されるとともに液体アンモニアが昇温されるので、蒸発器５で液体アンモニアを昇温するためのエネルギーを低減することが可能になる。
アンモニア回収装置７で回収された液体アンモニアを蒸発器５よりも上流側で原料供給ライン４に戻すために、回収アンモニアライン９が設けられている。アンモニア回収装置７で流出ガスからアンモニアを除去して生成した精製分解ガスを、例えば水素ステーションのような分解ガス消費設備に供給するための精製分解ガスライン１０の一端がアンモニア回収装置７に接続されている。精製分解ガスライン１０に一端が接続されるとともに他端が反応器２に接続される流出ガスリサイクルライン１１が設けられている。流出ガスリサイクルライン１１には、圧縮機１２と、流出ガスリサイクルライン１１を流通する流出ガスを昇温するための昇温装置である加熱器４１とが設けられている。加熱器４１は、例えばスチームのような加熱媒体と流出ガスとを熱交換する熱交換器であってもよいし、天然ガスの水蒸気改質炉のようないわゆる加熱炉において、燃焼火炎あるいは燃焼ガスの熱によって、流出ガスリサイクルライン１１が通る管を外部から直接加熱するようなものでもよい。
反応器２の内面２ａは耐火材４４で覆われている。耐火材４４に対して内面２ａと反対側に触媒３が充填されている。耐火材４４としては煉瓦、耐火煉瓦、耐火セメント等を使用することができる。反応器２内は、触媒３の上流側及び下流側のそれぞれに、上流空間４２及び下流空間４３が構成されている。反応器２の原料供給ライン４及び流出ガスリサイクルライン１１は上流空間４２に連通するように反応器２に接続され、流出ガスライン６は下流空間４３に連通するように反応器２に接続されている。
＜本開示の実施形態１に係るアンモニア分解装置の動作＞
次に、図１を参照しながら本開示の実施形態１に係るアンモニア分解装置１の動作を説明する。原料供給ライン４を流通する液体アンモニアが蒸発器５において蒸発されてアンモニアガスとなって、反応器２の上流空間４２に流入する。後述するように、水素と窒素とアンモニアとを含む流出ガスの一部も、流出ガスリサイクルライン１１を介して上流空間４２に流入する。上流空間４２においてアンモニアガスと流出ガスとが混合されて混合ガスとなる。流出ガスは流出ガスリサイクルライン１１を流通する際に加熱器４１において加熱された状態で上流空間４２に流入する。上流空間４２において混合ガスの温度が、触媒３の活性が十分となる温度になるように、加熱器４１における流出ガスの加熱を調節することにより、触媒３を加熱する装置を反応器２に設ける必要がなくなる。加熱器４１における流出ガスの加熱調節は、触媒３を通過して下流空間４３へ流出した粗分解ガスの温度が３００～７００℃、好ましくは４００～６００℃となるようにすることが好ましい。
次に、図１を参照しながら本開示の実施形態１に係るアンモニア分解装置１の動作を説明する。原料供給ライン４を流通する液体アンモニアが蒸発器５において蒸発されてアンモニアガスとなって、反応器２の上流空間４２に流入する。後述するように、水素と窒素とアンモニアとを含む流出ガスの一部も、流出ガスリサイクルライン１１を介して上流空間４２に流入する。上流空間４２においてアンモニアガスと流出ガスとが混合されて混合ガスとなる。流出ガスは流出ガスリサイクルライン１１を流通する際に加熱器４１において加熱された状態で上流空間４２に流入する。上流空間４２において混合ガスの温度が、触媒３の活性が十分となる温度になるように、加熱器４１における流出ガスの加熱を調節することにより、触媒３を加熱する装置を反応器２に設ける必要がなくなる。加熱器４１における流出ガスの加熱調節は、触媒３を通過して下流空間４３へ流出した粗分解ガスの温度が３００～７００℃、好ましくは４００～６００℃となるようにすることが好ましい。
混合ガスが触媒３を通過する際に、混合ガス中のアンモニアの少なくとも一部は、触媒３による触媒作用によって反応式（１）で示されるアンモニアの分解反応が生じることで、水素及び窒素に分解され、粗分解ガスとして触媒３から下流空間４３に流出する。粗分解ガスは、流出ガスとして下流空間４３から流出し、流出ガスライン６を流通する。
流出ガスライン６を流通する流出ガスは、冷却器８で冷却された後、アンモニア回収装置７に流入する。アンモニア回収装置７では、流出ガスからアンモニアが回収され、水素と窒素と回収されなかった微量のアンモニアとアンモニア回収装置７が水スクラバーの場合には少量の水とを含む精製分解ガスは、精製分解ガスライン１０を介して分解ガス消費設備に供給され、回収されたアンモニアは、回収アンモニアライン９を介して蒸発器５よりも上流側で原料供給ライン４に供給される。精製分解ガスの一部は流出ガスリサイクルライン１１に流入する。
流出ガスリサイクルライン１１に流入した流出ガスは、圧縮機１２によって昇圧され、上述したように加熱器４１において加熱されて、反応器２の上流空間４２に流入する。上述したように、上流空間４２内においてアンモニアガスと流出ガスとが混合するが、アンモニアガスが１００％のアンモニアの場合、流出ガスにはアンモニアの他に水素及び窒素が含まれているから、前者のアンモニア濃度よりも後者のアンモニア濃度の方が低いので、アンモニアガスと流出ガスとの混合ガス中のアンモニア濃度は、原料として供給されるアンモニアガスのアンモニア濃度よりも低くなる。すなわち、流出ガスリサイクルライン１１を介して上流空間４２内に流入する流出ガスは、上流空間４２内に流入するアンモニアガスを希釈する希釈ガスとして機能する。
一般に、アンモニア濃度が高くなるほど、及び、温度が高くなるほど、アンモニアによる窒化反応が起きやすくなるが、本開示の実施形態１に係るアンモニア分解装置１では、反応器２内のアンモニア濃度が、流出ガスリサイクルライン１１を介して供給される流出ガスによって低下し、耐火材４４によって反応器２の外壁への熱の伝わりを抑制し、反応器２の外壁温度を、上流空間４２、触媒３、及び下流空間４３よりも十分に低い温度に保つことができるので、反応器２を構成する材料の窒化を抑制することができる。また、加熱器４１によって昇温された流出ガスの熱で触媒３が加熱されるので、触媒３を加熱するための装置を不要とすることができる。さらに、触媒３を加熱媒体で加熱する必要がないことから、反応器２内に加熱媒体が流通する流路が不要となる。このため、触媒３を収容する触媒収容部を使用せずに反応器２内に触媒３を充填できることから、触媒収容部を使用して反応器２内に触媒３を充填する場合と比べて触媒充填量が大きくなるので、反応器２のサイズを小さくすることができる。
＜本開示の実施形態１に係るアンモニア分解装置の変形例＞
実施形態１では、希釈ガスとして、アンモニア回収装置７から流出した精製分解ガスを使用しているが、この形態に限定するものではない。アンモニア回収装置７に流入する前の流出ガスを希釈ガスとして使用してもよい。精製分解ガスも流出ガスからアンモニアを回収したガスであるので、反応器２から流出した流出ガスであると言える。
実施形態１では、希釈ガスとして、アンモニア回収装置７から流出した精製分解ガスを使用しているが、この形態に限定するものではない。アンモニア回収装置７に流入する前の流出ガスを希釈ガスとして使用してもよい。精製分解ガスも流出ガスからアンモニアを回収したガスであるので、反応器２から流出した流出ガスであると言える。
（実施形態２）
次に、実施形態２に係るアンモニア分解装置について説明する。実施形態２に係るアンモニア分解装置は、実施形態１に対して、昇温装置の構成を変更したものである。尚、実施形態２において、実施形態１の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。
次に、実施形態２に係るアンモニア分解装置について説明する。実施形態２に係るアンモニア分解装置は、実施形態１に対して、昇温装置の構成を変更したものである。尚、実施形態２において、実施形態１の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。
＜本開示の実施形態２に係るアンモニア分解装置の構成＞
図２に示されるように、本開示の実施形態２に係るアンモニア分解装置１には、流出ガスリサイクルライン１１を流通する流出ガスを昇温するための昇温装置として、流出ガスリサイクルライン１１を流通する流出ガスを燃焼させる燃焼器５１が流出ガスリサイクルライン１１に設けられている。燃焼器５１には、燃焼器５１に空気を供給するための圧縮機５２が連通している。その他の構成は実施形態１と同じである。
図２に示されるように、本開示の実施形態２に係るアンモニア分解装置１には、流出ガスリサイクルライン１１を流通する流出ガスを昇温するための昇温装置として、流出ガスリサイクルライン１１を流通する流出ガスを燃焼させる燃焼器５１が流出ガスリサイクルライン１１に設けられている。燃焼器５１には、燃焼器５１に空気を供給するための圧縮機５２が連通している。その他の構成は実施形態１と同じである。
＜本開示の実施形態２に係るアンモニア分解装置の動作＞
次に、図２を参照しながら本開示の実施形態２に係るアンモニア分解装置１の動作を説明する。燃焼器５１において、圧縮機５２から供給された空気によって、流出ガスリサイクルライン１１を流通する流出ガス中の水素及びアンモニアが燃焼されて流出ガスが昇温されること以外の動作は、実施形態１と同じである。燃焼器５１における流出ガスの昇温調節も、実施形態１と同様に、粗分解ガスの温度が３００～７００℃、好ましくは４００～６００℃となるようにすることが好ましい。
次に、図２を参照しながら本開示の実施形態２に係るアンモニア分解装置１の動作を説明する。燃焼器５１において、圧縮機５２から供給された空気によって、流出ガスリサイクルライン１１を流通する流出ガス中の水素及びアンモニアが燃焼されて流出ガスが昇温されること以外の動作は、実施形態１と同じである。燃焼器５１における流出ガスの昇温調節も、実施形態１と同様に、粗分解ガスの温度が３００～７００℃、好ましくは４００～６００℃となるようにすることが好ましい。
上述したように、実施形態２の動作と実施形態１の動作とは基本的に同じであるので、実施形態２でも、実施形態１で得られる上述した作用効果を得ることができる。
＜本開示の実施形態２に係るアンモニア分解装置の変形例＞
実施形態２では、燃焼器５１は流出ガスを燃焼させるためのものであるが、この形態に限定するものではない。燃焼器５１に代えて、原料供給ライン４を流通する液体アンモニアの一部を抜き出して、抜き出したアンモニアを燃焼させるアンモニア燃焼器を設け、このアンモニア燃焼器からの燃焼ガスを流出ガスリサイクルライン１１に供給するように構成してもよい。この構成でも、燃焼ガスの熱により、流出ガスリサイクルライン１１を流通する流出ガスを昇温することができる。
実施形態２では、燃焼器５１は流出ガスを燃焼させるためのものであるが、この形態に限定するものではない。燃焼器５１に代えて、原料供給ライン４を流通する液体アンモニアの一部を抜き出して、抜き出したアンモニアを燃焼させるアンモニア燃焼器を設け、このアンモニア燃焼器からの燃焼ガスを流出ガスリサイクルライン１１に供給するように構成してもよい。この構成でも、燃焼ガスの熱により、流出ガスリサイクルライン１１を流通する流出ガスを昇温することができる。
＜本開示の実施形態１及び２に係るアンモニア分解装置の変形例＞
実施形態１及び２では、流出ガスリサイクルライン１１を原料供給ライン４に接続させずに、反応器２に接続させる構成が好ましい。実施形態１及び２では、流出ガスリサイクルライン１１を流通する流出ガスが昇温されるので、昇温した流出ガスを原料供給ライン４に供給してしまうと、原料供給ライン４内においてアンモニアガスと流出ガスとが十分混合する前に流出ガスの熱でアンモニアガスが昇温してしまい、原料供給ライン４を構成する材料が窒化してしまうおそれがあるからである。
実施形態１及び２では、流出ガスリサイクルライン１１を原料供給ライン４に接続させずに、反応器２に接続させる構成が好ましい。実施形態１及び２では、流出ガスリサイクルライン１１を流通する流出ガスが昇温されるので、昇温した流出ガスを原料供給ライン４に供給してしまうと、原料供給ライン４内においてアンモニアガスと流出ガスとが十分混合する前に流出ガスの熱でアンモニアガスが昇温してしまい、原料供給ライン４を構成する材料が窒化してしまうおそれがあるからである。
実施形態１及び２では、希釈ガスは、反応器２から流出した流出ガス（粗分解ガス又は精製分解ガス）であったが、流出ガスに限定するものではない。流出ガスとは異なる希釈ガスを別途用意し、希釈ガスの供給源と反応器２又は原料供給ライン４とを連通する希釈ガス供給ラインを設けてもよい。尚、希釈ガスとして流出ガスを使用する場合は、流出ガスリサイクルライン１１が希釈ガス供給ラインを構成する。
流出ガス以外の希釈ガスとしては、窒素ガス及び水素ガスを使用することができ、水素ガスとしては、水素パイプラインによる水素ガスを使用してもよい。その他には、（１）メタンやメタノールを水蒸気改質して得られた水素を含むガス、（２）石炭ガス化ガス、（３）高炉ガス、（４）コークス炉ガス、（５）上記（１）～（４）のガスに対して水性ガスシフト反応によって水素を増加させたガス、（６）上記（５）のガスから二酸化炭素を除去したガス、（７）上記（６）のガスから水分を除去したガス、（８）ナフサの接触改質により得られる水素を含むガス、（９）水の電気分解により得られる水素を含むガス、（１０）メタンの熱分解反応によって得られる水素を含むガスのように、他の水素製造プロセスで生成した水素を含むガスを使用することができる。さらにその他には、アンモニアを熱分解する外部のプラントで得られた水素を含むガスや、アンモニアをオートサーマル法で分解する外部のプラントで得られた水素を含むガスのように、外部のアンモニア分解プロセスで得られた水素を含むガスを使用することができる。
実施形態１及び２におけるアンモニアの分解反応では、水素及び窒素のみが生成されるため、二酸化炭素を排出しない。また、実施形態１において加熱器４１に供給されるスチーム又は燃焼ガス等の加熱媒体を製造する際、あるいは加熱炉に燃料として化石燃料を使用しなければ、二酸化炭素を排出しない。さらに、実施形態２の燃焼器５１では、アンモニア及び水素が燃焼されるので、二酸化炭素を排出しない。このように、実施形態１で化石燃料を使用せず、希釈ガスとして流出ガスを使用する限りでは、アンモニア分解装置１の原料がアンモニアのみで完結し、二酸化炭素を排出しないので、アンモニア分解装置１はカーボンフリーのプロセスとして好ましい形態である。
上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。
［１］一の態様に係るアンモニア分解装置は、
原料であるアンモニアを水素と窒素とに分解する分解反応の触媒（３）が充填された反応器（２）と、
前記原料が前記触媒（３）に流入する前に、アンモニア濃度が前記原料よりも低い希釈ガスと前記原料とが混合するように、前記希釈ガスを供給するための希釈ガス供給ライン（１１）と
を備え、
前記反応器（２）の内面（２ａ）が耐火材（４４）で覆われ、該耐火材（４４）に対して前記内面（２ａ）と反対側に前記触媒（３）が充填され、
前記希釈ガス供給ライン（１１）には、前記希釈ガスを昇温させる昇温装置（加熱器４１／燃焼器５１）が設けられている。
原料であるアンモニアを水素と窒素とに分解する分解反応の触媒（３）が充填された反応器（２）と、
前記原料が前記触媒（３）に流入する前に、アンモニア濃度が前記原料よりも低い希釈ガスと前記原料とが混合するように、前記希釈ガスを供給するための希釈ガス供給ライン（１１）と
を備え、
前記反応器（２）の内面（２ａ）が耐火材（４４）で覆われ、該耐火材（４４）に対して前記内面（２ａ）と反対側に前記触媒（３）が充填され、
前記希釈ガス供給ライン（１１）には、前記希釈ガスを昇温させる昇温装置（加熱器４１／燃焼器５１）が設けられている。
本開示のアンモニア分解装置によれば、反応器内のアンモニア濃度が希釈ガスによって低下し、耐火材によって反応器の外壁への熱の伝わりを抑制するので、アンモニアの分解が行われる反応器を構成する材料の窒化を抑制できる。また、昇温装置によって昇温された希釈ガスの熱で触媒が加熱されるので、触媒を加熱するための装置を不要とすることができる。さらに、触媒を加熱媒体で加熱する必要がないことから、反応器内に加熱媒体が流通する流路が不要となる。このため、触媒を収容する触媒収容部を使用せずに反応器内に触媒を充填できることから、触媒収容部を使用して反応器内に触媒を充填する場合に比べて、触媒充填量が大きくなるので、反応器のサイズを小さくすることができる。
［２］別の態様に係るアンモニア分解装置は、［１］のアンモニア分解装置であって、
前記希釈ガスは、前記反応器（２）から流出した流出ガスの一部である。
前記希釈ガスは、前記反応器（２）から流出した流出ガスの一部である。
このような構成によれば、希釈ガスを別途用意する場合に比べて、アンモニア分解装置の運転コストを低下することができる。
［３］さらに別の態様に係るアンモニア分解装置は、［１］または［２］のアンモニア分解装置であって、
前記昇温装置は加熱炉（加熱器４１）である。
このような構成によれば、上記［１］の構成から得られる作用効果と同じ作用効果を得ることができる。
前記昇温装置は加熱炉（加熱器４１）である。
このような構成によれば、上記［１］の構成から得られる作用効果と同じ作用効果を得ることができる。
［４］さらに別の態様に係るアンモニア分解装置は、［１］または［２］のアンモニア分解装置であって、
前記昇温装置は熱交換器（加熱器４１）である。
このような構成によれば、上記［１］の構成から得られる作用効果と同じ作用効果を得ることができる。
前記昇温装置は熱交換器（加熱器４１）である。
このような構成によれば、上記［１］の構成から得られる作用効果と同じ作用効果を得ることができる。
［５］さらに別の態様に係るアンモニア分解装置は、［１］または［２］のアンモニア分解装置であって、
前記昇温装置は、前記希釈ガスを燃焼させる燃焼器（５１）である。
このような構成によれば、上記［１］の構成から得られる作用効果と同じ作用効果を得ることができる。
前記昇温装置は、前記希釈ガスを燃焼させる燃焼器（５１）である。
このような構成によれば、上記［１］の構成から得られる作用効果と同じ作用効果を得ることができる。
［６］さらに別の態様に係るアンモニア分解装置は、［１］または［２］のアンモニア分解装置であって、
前記昇温装置は、前記原料の一部を燃焼させるアンモニア燃焼器であり、該アンモニア燃焼器からの燃焼ガスが前記希釈ガス供給ライン（１１）に供給されるように構成されている。
このような構成によれば、上記［１］の構成から得られる作用効果と同じ作用効果を得ることができる。
前記昇温装置は、前記原料の一部を燃焼させるアンモニア燃焼器であり、該アンモニア燃焼器からの燃焼ガスが前記希釈ガス供給ライン（１１）に供給されるように構成されている。
このような構成によれば、上記［１］の構成から得られる作用効果と同じ作用効果を得ることができる。
［７］さらに別の態様に係るアンモニア分解装置は、［１］～［６］のアンモニア分解装置であって、
前記希釈ガス供給ライン（１１）の下流端は前記反応器（２）に接続されている。
前記希釈ガス供給ライン（１１）の下流端は前記反応器（２）に接続されている。
前記希釈ガス供給ラインを流通する間に希釈ガスが昇温される場合には、原料供給ラインに希釈ガスが供給されると、その熱によってアンモニアと原料供給ラインの材料とが反応して、原料供給ラインの材料が窒化してしまうおそれがある。これに対し、上記［７］の構成によれば、アンモニアと希釈ガスとは別々に反応器に流入するので、原料供給ラインの材料が窒化してしまうおそれを低減することができる。
１ アンモニア分解装置
２ 反応器
２ａ （反応器の）内面
２ｂ 接続部分
３ 触媒
４ 原料供給ライン
６ 流出ガスライン
１１ 流出ガスリサイクルライン（希釈ガス供給ライン）
２６ 触媒収容部
２６ａ 収容管（触媒収容部）
２６ｃ （収容管の）他端（連通部分）
４１ 加熱器（昇温装置）
４４ 耐火材
５１ 燃焼器（昇温装置）
２ 反応器
２ａ （反応器の）内面
２ｂ 接続部分
３ 触媒
４ 原料供給ライン
６ 流出ガスライン
１１ 流出ガスリサイクルライン（希釈ガス供給ライン）
２６ 触媒収容部
２６ａ 収容管（触媒収容部）
２６ｃ （収容管の）他端（連通部分）
４１ 加熱器（昇温装置）
４４ 耐火材
５１ 燃焼器（昇温装置）
Claims (7)
- 原料であるアンモニアを水素と窒素とに分解する分解反応の触媒が充填された反応器と、
前記原料が前記触媒に流入する前に、アンモニア濃度が前記原料よりも低い希釈ガスと前記原料とが混合するように、前記希釈ガスを供給するための希釈ガス供給ラインと
を備え、
前記反応器の内面が耐火材で覆われ、該耐火材に対して前記内面と反対側に前記触媒が充填され、
前記希釈ガス供給ラインには、前記希釈ガスを昇温させる昇温装置が設けられているアンモニア分解装置。 - 前記希釈ガスは、前記反応器から流出した流出ガスの一部である、請求項１に記載のアンモニア分解装置。
- 前記昇温装置は加熱炉である、請求項１または２に記載のアンモニア分解装置。
- 前記昇温装置は熱交換器である、請求項１または２に記載のアンモニア分解装置。
- 前記昇温装置は、前記希釈ガスを燃焼させる燃焼器である、請求項１または２に記載のアンモニア分解装置。
- 前記昇温装置は、前記原料の一部を燃焼させるアンモニア燃焼器であり、該アンモニア燃焼器からの燃焼ガスが前記希釈ガス供給ラインに供給されるように構成されている、請求項１または２に記載のアンモニア分解装置。
- 前記希釈ガス供給ラインの下流端は前記反応器に接続されている、請求項１～６のいずれか一項に記載のアンモニア分解装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021004363A JP7319499B2 (ja) | 2021-01-14 | 2021-01-14 | アンモニア分解装置 |
| EP21919607.8A EP4257541A1 (en) | 2021-01-14 | 2021-12-07 | Ammonia decomposition apparatus |
| PCT/JP2021/044811 WO2022153718A1 (ja) | 2021-01-14 | 2021-12-07 | アンモニア分解装置 |
| CA3206821A CA3206821A1 (en) | 2021-01-14 | 2021-12-07 | Ammonia decomposition system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021004363A JP7319499B2 (ja) | 2021-01-14 | 2021-01-14 | アンモニア分解装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2022109042A true JP2022109042A (ja) | 2022-07-27 |
| JP7319499B2 JP7319499B2 (ja) | 2023-08-02 |
Family
ID=82448383
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021004363A Active JP7319499B2 (ja) | 2021-01-14 | 2021-01-14 | アンモニア分解装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP4257541A1 (ja) |
| JP (1) | JP7319499B2 (ja) |
| CA (1) | CA3206821A1 (ja) |
| WO (1) | WO2022153718A1 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20220403775A1 (en) | 2021-05-14 | 2022-12-22 | Amogy Inc. | Systems and methods for processing ammonia |
| US11724245B2 (en) | 2021-08-13 | 2023-08-15 | Amogy Inc. | Integrated heat exchanger reactors for renewable fuel delivery systems |
| KR20240020274A (ko) | 2021-06-11 | 2024-02-14 | 아모지 인크. | 암모니아의 가공처리를 위한 시스템 및 방법 |
| US11539063B1 (en) | 2021-08-17 | 2022-12-27 | Amogy Inc. | Systems and methods for processing hydrogen |
| US11840447B1 (en) | 2022-10-06 | 2023-12-12 | Amogy Inc. | Systems and methods of processing ammonia |
| US11866328B1 (en) | 2022-10-21 | 2024-01-09 | Amogy Inc. | Systems and methods for processing ammonia |
| US11795055B1 (en) | 2022-10-21 | 2023-10-24 | Amogy Inc. | Systems and methods for processing ammonia |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6180252B2 (ja) | 2013-09-20 | 2017-08-16 | 株式会社日本触媒 | アンモニア分解による水素製造システム |
| KR102055114B1 (ko) | 2015-06-02 | 2019-12-12 | 데쿠세리아루즈 가부시키가이샤 | 접착제 조성물 |
| JP7079068B2 (ja) | 2016-12-13 | 2022-06-01 | 三菱重工業株式会社 | 火力発電プラント、ボイラ及びボイラの改造方法 |
| JP6706277B2 (ja) | 2018-03-23 | 2020-06-03 | 三菱重工エンジニアリング株式会社 | アンモニア分解装置 |
| JP6720244B2 (ja) | 2018-04-18 | 2020-07-08 | 三菱重工エンジニアリング株式会社 | アンモニア分解システム及びアンモニア分解方法 |
| CN111957270A (zh) | 2020-09-03 | 2020-11-20 | 福州大学化肥催化剂国家工程研究中心 | 一种氨分解制氢系统及加氢站系统 |
-
2021
- 2021-01-14 JP JP2021004363A patent/JP7319499B2/ja active Active
- 2021-12-07 EP EP21919607.8A patent/EP4257541A1/en active Pending
- 2021-12-07 WO PCT/JP2021/044811 patent/WO2022153718A1/ja unknown
- 2021-12-07 CA CA3206821A patent/CA3206821A1/en active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP4257541A1 (en) | 2023-10-11 |
| CA3206821A1 (en) | 2022-07-21 |
| JP7319499B2 (ja) | 2023-08-02 |
| WO2022153718A1 (ja) | 2022-07-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7319499B2 (ja) | アンモニア分解装置 | |
| EP4257543A1 (en) | Ammonia decomposition device | |
| EP4257542A1 (en) | Ammonia decomposition apparatus | |
| KR100423544B1 (ko) | 컴팩트형 수증기 개질장치 | |
| CN108699612B (zh) | 向高炉炉身部供给含氢气的还原气体的方法 | |
| CN102089406B (zh) | 煤气化炉 | |
| JPH01261201A (ja) | 炭化水素改質反応器 | |
| US20070092436A1 (en) | Process for producing synthesis gas by steam reforming in a reactor-exchanger | |
| JPH0218303A (ja) | 炭化水素の改質反応器および改質方法 | |
| KR20210103677A (ko) | 수소 개질 시스템 | |
| JP2017172026A (ja) | 高炉シャフト部への水素含有還元ガス供給方法 | |
| JPS61247601A (ja) | 炭化水素燃料処理装置 | |
| AU745685B2 (en) | Method of manufacturing synthesis gas | |
| US3810975A (en) | Start-up procedure for catalytic steam reforming of hydrocarbons | |
| JP5827511B2 (ja) | 石炭ガスの製造方法およびメタンの製造方法 | |
| KR101684484B1 (ko) | 용융슬래그로부터 회수한 현열의 활용을 극대화한 개질 촉매반응 공정 및 설비 | |
| JP2006089322A (ja) | 水素製造方法及び装置 | |
| JPS63225510A (ja) | Ｃｏリツチガス製造方法 | |
| JPH06305702A (ja) | ガス改質装置の起動方法 | |
| WO2023161339A1 (en) | Combustion process using a hydrogen-nitrogen mixture as fuel gas | |
| JP2023048175A (ja) | アンモニア分解混合物の製造方法及び製造装置 | |
| KR101940838B1 (ko) | 코크스 오븐 취입 가스의 제조 장치 및 그 방법 | |
| JP2024014792A (ja) | 炉動作方法 | |
| TW202408660A (zh) | 方法 | |
| JPH09229350A (ja) | 加熱炉の排ガス顕熱回収装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A625 | Written request for application examination (by other person) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A625 Effective date: 20220906 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230530 |
|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20230620 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230626 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7319499 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |