JP2674850B2 - アンモニア製造方法 - Google Patents
アンモニア製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は通常のアンモニア製造装置における溶融炭酸
塩燃料電池（MCFC）あるいは組み合わせ改質溶融炭酸塩
電池（IRMCFC）の組み合わせによるアンモニア製造法に
関する。
塩燃料電池（MCFC）あるいは組み合わせ改質溶融炭酸塩
電池（IRMCFC）の組み合わせによるアンモニア製造法に
関する。
アンモニアの工業的製造においては、空気からの窒素
を水素源、例えば炭化水素又はガス化石炭からの水素と
反応させる。アンモニア合成法には、ガス製造及びその
再循環用圧縮機、空気圧縮機及び冷凍圧縮機のために有
意量の機械的エネルギーが必要である。
を水素源、例えば炭化水素又はガス化石炭からの水素と
反応させる。アンモニア合成法には、ガス製造及びその
再循環用圧縮機、空気圧縮機及び冷凍圧縮機のために有
意量の機械的エネルギーが必要である。
アンモニア製造装置はよく知られている。その装置は
原理的に２つの主要部分、即ち適当な合成ガス製造用フ
ロントエンド（前端部）と合成ループから成る。
原理的に２つの主要部分、即ち適当な合成ガス製造用フ
ロントエンド（前端部）と合成ループから成る。
フロントエンドは水蒸気及び望ましくはさらにこれに
空気を添加して炭化水素を水素に富んだガスに変換する
ための１つあるいは複数個の改質設備、改質設備からの
副産物である一酸化炭素を水素と二酸化炭素とに転換す
るための転換設備、及び残存する痕跡の二酸化炭素をメ
タンに転換するためのメタン化設備より成る。二酸化炭
素は生成ガスから除かれ、装置が生成アンモニアを尿素
に転換するように計画されていない場所にはしばしば大
気中に放出される。
空気を添加して炭化水素を水素に富んだガスに変換する
ための１つあるいは複数個の改質設備、改質設備からの
副産物である一酸化炭素を水素と二酸化炭素とに転換す
るための転換設備、及び残存する痕跡の二酸化炭素をメ
タンに転換するためのメタン化設備より成る。二酸化炭
素は生成ガスから除かれ、装置が生成アンモニアを尿素
に転換するように計画されていない場所にはしばしば大
気中に放出される。
今や通常のアンモニア合成装置において、ある種の燃
料電池、特にその溶融炭酸塩型のものとの組み合せによ
って全面的エネルギーの釣合を改良し、水素を含むパー
ジカス及び二酸化炭素より成る廃ガスをきわめて効果的
に利用する可能性が発見されている。
料電池、特にその溶融炭酸塩型のものとの組み合せによ
って全面的エネルギーの釣合を改良し、水素を含むパー
ジカス及び二酸化炭素より成る廃ガスをきわめて効果的
に利用する可能性が発見されている。
背景技術 燃料電池、特に溶融炭酸塩燃料電池は業界ではよく知
られている（J.R.Selman及びT.D.Claar「溶融炭酸塩燃
料電池工学議事録」会報、第84巻−13、電気化学協
会）。燃料電池では化学エネルギーが直接電気エネルギ
ーに転換される。燃料電池は陰極と陽極から成る。電極
は接触反応の場として働き、ここで燃料と酸化剤が電気
化学的に電気、水又は二酸化炭素と熱とに転換される。
D.C.としてつくられる電気は利用前、例えば製造装置で
の必要（又は必要の一部）を満たす前に都合よくA.C.に
変換される。
られている（J.R.Selman及びT.D.Claar「溶融炭酸塩燃
料電池工学議事録」会報、第84巻−13、電気化学協
会）。燃料電池では化学エネルギーが直接電気エネルギ
ーに転換される。燃料電池は陰極と陽極から成る。電極
は接触反応の場として働き、ここで燃料と酸化剤が電気
化学的に電気、水又は二酸化炭素と熱とに転換される。
D.C.としてつくられる電気は利用前、例えば製造装置で
の必要（又は必要の一部）を満たす前に都合よくA.C.に
変換される。
合成過程からの水素を含むパージガスの利用はさらに
フランス特許明細書第2,374,752号（Pinto）において明
らかにされている。これには例えばアンモニア合成にお
ける水素、窒素、希ガス及びメタン等を含むパージガス
を燃料電池において酸化して電気を発生させる方法が明
らかにされている。燃料電池からの残ガスは燃料あるい
は過程への添加物として再循環される。
フランス特許明細書第2,374,752号（Pinto）において明
らかにされている。これには例えばアンモニア合成にお
ける水素、窒素、希ガス及びメタン等を含むパージガス
を燃料電池において酸化して電気を発生させる方法が明
らかにされている。燃料電池からの残ガスは燃料あるい
は過程への添加物として再循環される。
陽極で燃料が電気化学的に酸化されて電子を発生し、
このものは外部回路を通って陰極に導かれ、電子はここ
で酸化剤と結合する。ループは一方の電極から他方の電
極に電解質を通って導かれるイオンによって閉じられ
る。
このものは外部回路を通って陰極に導かれ、電子はここ
で酸化剤と結合する。ループは一方の電極から他方の電
極に電解質を通って導かれるイオンによって閉じられ
る。
溶融炭酸塩燃料電池には主に２つの異なる型、即ち単
純な溶融炭酸塩燃料電池（MCFC）と内部改質溶融炭酸塩
電池（IRMCFC）が知られている。これらの溶融炭酸塩燃
料電池の２つの型の主な特徴は第１表に示してある。
純な溶融炭酸塩燃料電池（MCFC）と内部改質溶融炭酸塩
電池（IRMCFC）が知られている。これらの溶融炭酸塩燃
料電池の２つの型の主な特徴は第１表に示してある。
MCFCは第１表に示す通り燃料として水素及び／又は一
酸化炭素を用い、酸素（空気）と二酸化炭素から成る酸
化剤を必要とする。
酸化炭素を用い、酸素（空気）と二酸化炭素から成る酸
化剤を必要とする。
電気の生産は陰極から陽極への炭酸塩イオンの移行を
もたらし、二酸化炭素は陽極で発生して陰極で消費され
る。従って二酸化炭素の陽極から陰極への連続的移行、
即ち「二酸化炭素清掃」が必要である。二酸化炭素清掃
は普通陽極排ガスの後燃料によって行なわれる。この後
燃焼は燃料の電気への得られるべき転換に相当な減少を
もたらす。
もたらし、二酸化炭素は陽極で発生して陰極で消費され
る。従って二酸化炭素の陽極から陰極への連続的移行、
即ち「二酸化炭素清掃」が必要である。二酸化炭素清掃
は普通陽極排ガスの後燃料によって行なわれる。この後
燃焼は燃料の電気への得られるべき転換に相当な減少を
もたらす。
第１表に見られるように、IRMCFCでは燃料としてメタ
ン（天然ガス）、水素及び／又は一酸化炭素を用いるこ
とができ、酸素（空気）と二酸化炭素を含む酸化剤が必
要である。
ン（天然ガス）、水素及び／又は一酸化炭素を用いるこ
とができ、酸素（空気）と二酸化炭素を含む酸化剤が必
要である。
陽極では二酸化炭素がつくられる。化学過程の装置か
ら孤立したIRMCFCではMCFCにおけると同様の「二酸化炭
素清掃」が必要であろう。
ら孤立したIRMCFCではMCFCにおけると同様の「二酸化炭
素清掃」が必要であろう。
今後用いられる「燃料電池」なる用語は一群の燃料電
池を意味する。通常は十分な電圧を得るために複数個の
燃料電池が直列に用いられる。
池を意味する。通常は十分な電圧を得るために複数個の
燃料電池が直列に用いられる。
化学電池と燃料電池の組み合わせあるいは集積より成
る設備は原理的には知られている。
る設備は原理的には知られている。
J.H.Alteimer等（燃料電池ゼミナール、1986,10月26
−29日,Shoraton El Conquistador Tucson,アリゾナ）
は燃料電池の石油精製工業における動力及び電力生成系
における補助エネルギー源としての適用を述べている。
しかしながら、精製過程における燃料電池との組み合せ
に関するそれ以上の記載は行なわれていない。
−29日,Shoraton El Conquistador Tucson,アリゾナ）
は燃料電池の石油精製工業における動力及び電力生成系
における補助エネルギー源としての適用を述べている。
しかしながら、精製過程における燃料電池との組み合せ
に関するそれ以上の記載は行なわれていない。
さらに、例えばヨーロッパ特許明細書第195,688号に
記載されているように、熱交換改質器と燃料電池（りん
酸燃料電池）とを組み合せることが提案されている。こ
の概念によると、天然ガスの形の燃料が水蒸気との反応
によって水素に改質され、燃料電池において電力の生産
に利用される。陽極排出ガスは改質器における燃料とし
て利用され、燃料電池の廃ガスからつくられる水蒸気は
改質過程において用いられる。
記載されているように、熱交換改質器と燃料電池（りん
酸燃料電池）とを組み合せることが提案されている。こ
の概念によると、天然ガスの形の燃料が水蒸気との反応
によって水素に改質され、燃料電池において電力の生産
に利用される。陽極排出ガスは改質器における燃料とし
て利用され、燃料電池の廃ガスからつくられる水蒸気は
改質過程において用いられる。
ヨーロッパ特許出願A2−０−170277は溶融炭酸塩燃料
電池、燃料を電池の陽極への反応ガスに改質する改質器
及び陽極からの排ガスを燃焼させてその燃焼排ガスを陰
極に供給するための燃焼器より成る発電所を明らかにし
ている。
電池、燃料を電池の陽極への反応ガスに改質する改質器
及び陽極からの排ガスを燃焼させてその燃焼排ガスを陰
極に供給するための燃焼器より成る発電所を明らかにし
ている。
米国特許明細書第4,522,894（Hwang等）は燃料電池の
陽極側に供給すべき水素に富んだ燃料の発生を現場で利
用する自己熱改質過程を利用する燃料電池による発電所
を記載している。陰極の排ガスは改質器への供給蒸気を
予熱する接触的燃焼器に供給される。
陽極側に供給すべき水素に富んだ燃料の発生を現場で利
用する自己熱改質過程を利用する燃料電池による発電所
を記載している。陰極の排ガスは改質器への供給蒸気を
予熱する接触的燃焼器に供給される。
米国特許明細書第3,488,226（Baker等）は炭化水素の
低圧水蒸気改質によって水素を生成させ、これを溶融炭
酸塩燃料電池に適用することによる水素の生成方法を示
している。改質反応は燃料電池との熱交換をともない、
この際燃料電池の熱が吸熱改質反応を支える。改質反応
段階は燃料電池の陽極室に存在する触媒によって起る。
陽極からの廃熱は焼成されて吸熱改質反応にさらに熱を
提供する。
低圧水蒸気改質によって水素を生成させ、これを溶融炭
酸塩燃料電池に適用することによる水素の生成方法を示
している。改質反応は燃料電池との熱交換をともない、
この際燃料電池の熱が吸熱改質反応を支える。改質反応
段階は燃料電池の陽極室に存在する触媒によって起る。
陽極からの廃熱は焼成されて吸熱改質反応にさらに熱を
提供する。
米国特許明細書第1,309,518号（Fischer等）は燃料電
池がその炭化水素の燃焼エンタルピーを熱エネルギーに
変換することを記載している。生成された排ガスの一部
は多孔質触媒を通るモジュール中で消費されなかった燃
焼空気とともに流れて、ここで燃料電池モジュールの陽
極における吸熱反応に必要な熱を補給するために焼やさ
れる。
池がその炭化水素の燃焼エンタルピーを熱エネルギーに
変換することを記載している。生成された排ガスの一部
は多孔質触媒を通るモジュール中で消費されなかった燃
焼空気とともに流れて、ここで燃料電池モジュールの陽
極における吸熱反応に必要な熱を補給するために焼やさ
れる。
米国特許明細素第4,524,113号（Lesieur）は燃料電池
における触媒を含む陽極を水の存在の下にメタノールと
接触させることより成る溶融炭酸塩燃料電池の操作を明
らかにしている。メタノールはこの際燃料電池の内部に
おいて蒸気改質を行なわせ、これによって一酸化炭素、
二酸化炭素及び水素がつくられ、これは陽極への燃料と
して用いられる。
における触媒を含む陽極を水の存在の下にメタノールと
接触させることより成る溶融炭酸塩燃料電池の操作を明
らかにしている。メタノールはこの際燃料電池の内部に
おいて蒸気改質を行なわせ、これによって一酸化炭素、
二酸化炭素及び水素がつくられ、これは陽極への燃料と
して用いられる。
日本特許明細書60−59672（日本特許抄録、TP60−596
72の抄録、第９巻193号、85−04−06発行参照）はアン
モニア合成工業においてつくられる主として水素、窒素
及びアルゴンより成るパージガスを電池の燃料ガスとし
て有効に使用することを目的とする方法を明らかにして
いる。この際アンモニア合成方法においてつくられる水
素、窒素及びアルゴンを含み、実際的にCO及びCO2を含
まないパージガスは水素源としてアルカリ燃料電池に供
給される。パージガスを燃料電池に用いることはこれを
ボイラーに用いるのと比較すると非常に効果的である。
パージガスにおけるCO及びCO2の含量は水素ボンベから
の水素におけるこれ等のものの含量とくらべると無視で
きる。パージガスをアルカリ燃料電池の水素源として用
いる時は、Na2CO3の生成が極めてすくなく電池の寿命が
増加される。
72の抄録、第９巻193号、85−04−06発行参照）はアン
モニア合成工業においてつくられる主として水素、窒素
及びアルゴンより成るパージガスを電池の燃料ガスとし
て有効に使用することを目的とする方法を明らかにして
いる。この際アンモニア合成方法においてつくられる水
素、窒素及びアルゴンを含み、実際的にCO及びCO2を含
まないパージガスは水素源としてアルカリ燃料電池に供
給される。パージガスを燃料電池に用いることはこれを
ボイラーに用いるのと比較すると非常に効果的である。
パージガスにおけるCO及びCO2の含量は水素ボンベから
の水素におけるこれ等のものの含量とくらべると無視で
きる。パージガスをアルカリ燃料電池の水素源として用
いる時は、Na2CO3の生成が極めてすくなく電池の寿命が
増加される。
この様にこの既知の方法はアルカリ燃料電池を利用す
るものであるが、本発明方法は溶融炭酸塩燃料電池又は
内部改質溶融炭酸塩燃料電池を利用するものである。
るものであるが、本発明方法は溶融炭酸塩燃料電池又は
内部改質溶融炭酸塩燃料電池を利用するものである。
発明の開示 この様に理解できるであろうが、本発明はこの目的の
ためにそれ自体は工業的に知られている方法に基づく製
造装置と、溶融炭酸塩燃料電池あるいは内部改質溶融炭
酸塩燃料電池との組み合せた改良されたアンモニア製造
方法に関する。
ためにそれ自体は工業的に知られている方法に基づく製
造装置と、溶融炭酸塩燃料電池あるいは内部改質溶融炭
酸塩燃料電池との組み合せた改良されたアンモニア製造
方法に関する。
本発明方法の主な特徴は次の通りである。
I a）アンモニア合成過程中に得られる二酸化炭素を含
む流れを燃料電池の陰極ガスループにしおし、 I b）燃料電池の燃料として用い得る１つ又は複数個の
成分を含む製造装置からのパージガス流を燃料電池の陽
極室にとおし、 II）燃料電池の陽極室からの燃料として用い得る排出ガ
スを製造装置の前端に送る。
む流れを燃料電池の陰極ガスループにしおし、 I b）燃料電池の燃料として用い得る１つ又は複数個の
成分を含む製造装置からのパージガス流を燃料電池の陽
極室にとおし、 II）燃料電池の陽極室からの燃料として用い得る排出ガ
スを製造装置の前端に送る。
本発明における１つの好ましい実施態様においては、
二酸化炭素を含む流れは二酸化炭素回収装置からの排ガ
ス流である。このような二酸化炭素に富むガスは普通は
放出されている。
二酸化炭素を含む流れは二酸化炭素回収装置からの排ガ
ス流である。このような二酸化炭素に富むガスは普通は
放出されている。
製造装置の多くには、例えば改質器への供給の一部と
しての高圧蒸気を必要とする。同様に、多くの製造装置
では高圧蒸気を動力として利用することができる。
しての高圧蒸気を必要とする。同様に、多くの製造装置
では高圧蒸気を動力として利用することができる。
本発明のいま１つの実施態様では、燃料電池でつくら
れる過剰の熱は高圧蒸気を高めるのに用いられ、この蒸
気は製造装置に用い得る。
れる過剰の熱は高圧蒸気を高めるのに用いられ、この蒸
気は製造装置に用い得る。
図面の簡単な説明 次に本発明を図面を参照して説明するが、ここに 第１図はMCFC燃料電池システムにおけるプロセス・フ
ローシートである。
ローシートである。
第２図はIRMCFC燃料電池システムにおけるプロセス・
フローシートである。
フローシートである。
第３図はMCFCとアンモニア装置との組み合せにおける
プロセス・フローシートである。
プロセス・フローシートである。
第４図はIRMCFCとアンモニア装置との組み合せにおけ
るプロセス・フローシートである。
るプロセス・フローシートである。
第５図は天然ガスを原材料とする通常のアンモニア装
置におけるプロセス・フローシートである。
置におけるプロセス・フローシートである。
図面において、矢印は流れの方向を示す。ダッシュラ
インは任意の結合及び／又は流れの方向に用いられる。
インは任意の結合及び／又は流れの方向に用いられる。
図面は簡単化してあって単位は任意であり、熱交換器
やポンプ等も示してある。実用的な装置や連結をすべて
示しているわけではない。燃料電池に付属する電気的連
結や装置は示してない。
やポンプ等も示してある。実用的な装置や連結をすべて
示しているわけではない。燃料電池に付属する電気的連
結や装置は示してない。
発明の詳細な説明 第１図はMCFC燃料電池システムにおけるプロセス・フ
ローシートを示す。このフローシートにおいて １は陽極1A、陰極1C及び電解質より成る燃料電池であ
り、 ２は原材料として使用される天然ガスの供給ライン
で、ここに2aはプロセスガスの入口、2bは燃料入口であ
り、 ３は蒸気改質設備であり、 ４は準備された原料の改質器から燃料電池への移送ラ
インであり、 ５は陽極排ガスの後燃焼への移送ラインであり、 ６は後燃焼設備であり、 ７は空気供給であり、 ８は後燃焼からの排ガスラインであり、 ９は陰極への送風機づき供給ガスラインであり、 10は陰極からの排ガスラインであり、 11はパージラインであり、 12は陰極排ガスの再循環用ラインであり、 13は廃熱回収ボイラーであり、そして 14はガス抜きである。
ローシートを示す。このフローシートにおいて １は陽極1A、陰極1C及び電解質より成る燃料電池であ
り、 ２は原材料として使用される天然ガスの供給ライン
で、ここに2aはプロセスガスの入口、2bは燃料入口であ
り、 ３は蒸気改質設備であり、 ４は準備された原料の改質器から燃料電池への移送ラ
インであり、 ５は陽極排ガスの後燃焼への移送ラインであり、 ６は後燃焼設備であり、 ７は空気供給であり、 ８は後燃焼からの排ガスラインであり、 ９は陰極への送風機づき供給ガスラインであり、 10は陰極からの排ガスラインであり、 11はパージラインであり、 12は陰極排ガスの再循環用ラインであり、 13は廃熱回収ボイラーであり、そして 14はガス抜きである。
改質器３では、ガス入口ライン2aから供給される天然
ガスが反応 CH4＋H2O→CO＋3H2 CO＋H2OCO2＋H2 による蒸気改質によって転換される。
ガスが反応 CH4＋H2O→CO＋3H2 CO＋H2OCO2＋H2 による蒸気改質によって転換される。
その結果、燃料電池に適当な送り原料がつくられる。
代表的な組成（すべての数字は乾燥物についてであり、
単位は容量％）は次の通りである。
代表的な組成（すべての数字は乾燥物についてであり、
単位は容量％）は次の通りである。
76.0％ H2 15.1％ CO 7.7％ CO2 1.2％ CH4 送り原料は移送ライン４によって燃料電池１の陽極1A
に移送される。この燃料電池にでは、送り原料は第１表
の通りに転換されるが、転換は完全ではなく普通は約90
％である。排出ガスの組成は典型的には次の通りであり
（同様に乾燥物についての容量％）， 5.4％ H2 3.6％ CO 89.9％ CO2 1.1％ CH4 このガスは移送ライン５を経て後燃焼に送られ、ここ
ですべての可燃物は７から送られる空気との反応によっ
てCO2とH2Oとに転換される。
に移送される。この燃料電池にでは、送り原料は第１表
の通りに転換されるが、転換は完全ではなく普通は約90
％である。排出ガスの組成は典型的には次の通りであり
（同様に乾燥物についての容量％）， 5.4％ H2 3.6％ CO 89.9％ CO2 1.1％ CH4 このガスは移送ライン５を経て後燃焼に送られ、ここ
ですべての可燃物は７から送られる空気との反応によっ
てCO2とH2Oとに転換される。
その結果の廃ガス、過剰の空気及び再循環ライン12を
経て引き出される陰極廃ガスの一部は陰極への供給ガス
ライン９から燃料電池１の陰極室1Cに吹き込まれる。
経て引き出される陰極廃ガスの一部は陰極への供給ガス
ライン９から燃料電池１の陰極室1Cに吹き込まれる。
正味の最終廃ガスはパージライン11を経て発熱回収ボ
イラー13に達し、そこからライン14を経て放出される。
イラー13に達し、そこからライン14を経て放出される。
陽極室で反応した水素の低加熱値の50％より僅かに多
い部分は電気に転換される。残りは廃熱であると見られ
る。
い部分は電気に転換される。残りは廃熱であると見られ
る。
燃料電池システムの効率−生成された電気を導入され
た天然ガス（即ち流れ２）の低加熱値で割った値−は40
−45％である。後燃焼における可燃物の量は消費された
天然ガスの約15％に相当する。
た天然ガス（即ち流れ２）の低加熱値で割った値−は40
−45％である。後燃焼における可燃物の量は消費された
天然ガスの約15％に相当する。
第２図はIRMCFCにおけるプロセス・フローシートを示
す。このフローシートにおける数字１〜14は第１図にお
けるものと同じ意味をもっている。
す。このフローシートにおける数字１〜14は第１図にお
けるものと同じ意味をもっている。
15は原材料ガスと陽極排出ガスとの間を移送される熱
の熱交換器であり、 16は移送ラインであり、 17は燃料浄化設備であり、 18は浄化原料の移送ラインであり、 19は送風器を備えた再循環ラインであり、そして 20は純陽極排ガスの移送ラインである。
の熱交換器であり、 16は移送ラインであり、 17は燃料浄化設備であり、 18は浄化原料の移送ラインであり、 19は送風器を備えた再循環ラインであり、そして 20は純陽極排ガスの移送ラインである。
プロセスガス入口、ライン2aから供給される天然ガス
は熱交換器15で予熱されて燃料浄化設備17に送られ、こ
こでその硫黄含量は燃料電池における許容限度に応じる
ために必要である非常に近い限度以下に減少される。精
製された原料は移送ライン18を経てライン19から来る再
循環廃ガスと共に燃料電池１の陽極室1aにとり入れられ
る。陽極排ガス５の一部は再循環ライン19を経て循環さ
れるが、その大部分は熱交換器15を経て後熱交換設備６
に移送される。廃ガス中の可燃物と空気は設備６におい
てCO2とH2Oとに転換される。排ガスライン８から導かれ
るガス、過剰空気及び再循環ライン12を経て引き出され
る陰極廃ガスの一部は陰極への供給ガスライン９を経て
熱量電池１の陰極室1Cに送入される。
は熱交換器15で予熱されて燃料浄化設備17に送られ、こ
こでその硫黄含量は燃料電池における許容限度に応じる
ために必要である非常に近い限度以下に減少される。精
製された原料は移送ライン18を経てライン19から来る再
循環廃ガスと共に燃料電池１の陽極室1aにとり入れられ
る。陽極排ガス５の一部は再循環ライン19を経て循環さ
れるが、その大部分は熱交換器15を経て後熱交換設備６
に移送される。廃ガス中の可燃物と空気は設備６におい
てCO2とH2Oとに転換される。排ガスライン８から導かれ
るガス、過剰空気及び再循環ライン12を経て引き出され
る陰極廃ガスの一部は陰極への供給ガスライン９を経て
熱量電池１の陰極室1Cに送入される。
陰極の廃ガスはライン12を経て再循環される一部分と
正味の廃ガスとに分割され、後者はパージライン11を経
て廃熱回収ボイラー13に運ばれ、そこからライン14を経
て排出される。
正味の廃ガスとに分割され、後者はパージライン11を経
て廃熱回収ボイラー13に運ばれ、そこからライン14を経
て排出される。
第１図に示したMCFC型燃料電池と比較すると、外部改
質器３が除かれている。天然ガスは陽極室の内部で適当
な触媒によって水素に転換される。外部改質器を内部改
質器に置換することによって、効率−前に定義した（第
１回）−は40〜45％から60％をわずかに越えるまで増加
できる。しかしながら、MCFCにおいては天然ガスの相当
な部分、12−14％が二酸化炭素の清掃との関連において
熱に転換される。
質器３が除かれている。天然ガスは陽極室の内部で適当
な触媒によって水素に転換される。外部改質器を内部改
質器に置換することによって、効率−前に定義した（第
１回）−は40〜45％から60％をわずかに越えるまで増加
できる。しかしながら、MCFCにおいては天然ガスの相当
な部分、12−14％が二酸化炭素の清掃との関連において
熱に転換される。
第３図は１つのMCFCと１つのアンモニアプラントとの
組み合せにおけるプロセス・フローシートを示す。アン
モニアプラントは天然ガスを供給原料ならびに燃料とし
て利用する通常のレイアウトを例示するものである。フ
ローシートにおいて 20は原料材料の供給ラインであり、 21は空気の入口であり、 22は燃料の供給ラインであり、 23は外部からの燃料と再循環される陽極廃ガスとの共
通ラインであり、 24はアンモニアプラントの前端部であり、 25は合成用圧縮器であり、 26はアンモニア合成ループであり、 27は生成アンモニアの出口ラインであり、 28はループからのパージラインであり、 29は陽極29Aと陰極29Cを備えた燃料電池であり、 30は正味の陰極廃ガスの出口であり、 31は陽極廃ガスの再循環ラインであり、 32は循環器であり、 33は発熱ボイラーであり、 34は空気の取入れ口であり、 35は前端部からの二酸化炭素流であり、そして 36は29から前端部24への陽極廃ガスラインである。
組み合せにおけるプロセス・フローシートを示す。アン
モニアプラントは天然ガスを供給原料ならびに燃料とし
て利用する通常のレイアウトを例示するものである。フ
ローシートにおいて 20は原料材料の供給ラインであり、 21は空気の入口であり、 22は燃料の供給ラインであり、 23は外部からの燃料と再循環される陽極廃ガスとの共
通ラインであり、 24はアンモニアプラントの前端部であり、 25は合成用圧縮器であり、 26はアンモニア合成ループであり、 27は生成アンモニアの出口ラインであり、 28はループからのパージラインであり、 29は陽極29Aと陰極29Cを備えた燃料電池であり、 30は正味の陰極廃ガスの出口であり、 31は陽極廃ガスの再循環ラインであり、 32は循環器であり、 33は発熱ボイラーであり、 34は空気の取入れ口であり、 35は前端部からの二酸化炭素流であり、そして 36は29から前端部24への陽極廃ガスラインである。
アンモニア合成用プラントのレイアウトは通常のもの
である。即ち天然ガス流20が前端部24に供給され、該前
端部は脱硫、第一改質、第二改質、一酸化炭素シフト、
二酸化炭素除去及び最後にガスから残留炭素酸化物を除
くためのメタン化より成る。できた合成ガスは圧縮器25
で圧縮されて通常のアンモニア合成ループ26に送られ
る。アンモニアの製品流27はループ26からとり出され
る。水素、窒素及びメタン、アルゴン等の不活性物は、
ループ中の不活性物含量を許容レベルに保つために、パ
ージライン28を経て取り出される。パージ流はMCFC29の
陽極29Aに燃料として供給され、その結果できた陽極排
ガスはライン36を経て前端部24へのライン22中の燃料に
加えられる。前端部の二酸化炭素除去設備からの流れ35
は34の空気流に加えられ、酸化剤としてMCFCの陰極ガス
再循環ループ31,32,33に添加される。陰極排ガスの主要
部分は再循環ポンプ32を用いて再循環ループに再循環さ
れる。陰極排ガスの残部は排出される。MCFCで発生する
熱は、プラントにおけるプロセススチームとして、ある
いは圧縮器、タービン等を駆動させるために利用される
蒸気を増加させるために、廃熱ボイラー33で利用され
る。
である。即ち天然ガス流20が前端部24に供給され、該前
端部は脱硫、第一改質、第二改質、一酸化炭素シフト、
二酸化炭素除去及び最後にガスから残留炭素酸化物を除
くためのメタン化より成る。できた合成ガスは圧縮器25
で圧縮されて通常のアンモニア合成ループ26に送られ
る。アンモニアの製品流27はループ26からとり出され
る。水素、窒素及びメタン、アルゴン等の不活性物は、
ループ中の不活性物含量を許容レベルに保つために、パ
ージライン28を経て取り出される。パージ流はMCFC29の
陽極29Aに燃料として供給され、その結果できた陽極排
ガスはライン36を経て前端部24へのライン22中の燃料に
加えられる。前端部の二酸化炭素除去設備からの流れ35
は34の空気流に加えられ、酸化剤としてMCFCの陰極ガス
再循環ループ31,32,33に添加される。陰極排ガスの主要
部分は再循環ポンプ32を用いて再循環ループに再循環さ
れる。陰極排ガスの残部は排出される。MCFCで発生する
熱は、プラントにおけるプロセススチームとして、ある
いは圧縮器、タービン等を駆動させるために利用される
蒸気を増加させるために、廃熱ボイラー33で利用され
る。
第４図はIRMCFCとアンモニアプラントとの組み合せに
おけるプロセス・フローシートを示す。
おけるプロセス・フローシートを示す。
このフローシートにおける数字20〜36は第３図におけ
るものと同じ意味をもっている。
るものと同じ意味をもっている。
28aはループからの水素パージガスを陽極供加ガスに
移送するためのラインである。
移送するためのラインである。
28bはループからの水素を燃料として前端部に移送す
るためのラインであり、 37は脱硫天然ガスを陽極ループに移送するためのライ
ンであり、 38は全陽極供給物用のラインであり、 39は陽極廃ガスの再循環ラインであり、 40は再循環陽極ガスと脱硫天然ガスの合計用のライン
であり、 41は陽極廃ガスのラインであり、 42は再循環のための陽極廃ガスのラインであり、そし
て 43は再循環器である。
るためのラインであり、 37は脱硫天然ガスを陽極ループに移送するためのライ
ンであり、 38は全陽極供給物用のラインであり、 39は陽極廃ガスの再循環ラインであり、 40は再循環陽極ガスと脱硫天然ガスの合計用のライン
であり、 41は陽極廃ガスのラインであり、 42は再循環のための陽極廃ガスのラインであり、そし
て 43は再循環器である。
配置は燃料電池への燃料供給を除いて第３図における
と同じである。IRMCFCでは水素に富んだ流れ28を全部又
は部分的にライン37におれる天然ガス流で置換すること
ができる。この流れはアンモニアプラントの前端部にお
ける脱硫後の供給ガスラインから最も便利に導かれる。
さらに陽極において内部改質を行なうために、第２図に
示した陽極回路、即ちライン42,39と再循環43を保つこ
とが必要である。
と同じである。IRMCFCでは水素に富んだ流れ28を全部又
は部分的にライン37におれる天然ガス流で置換すること
ができる。この流れはアンモニアプラントの前端部にお
ける脱硫後の供給ガスラインから最も便利に導かれる。
さらに陽極において内部改質を行なうために、第２図に
示した陽極回路、即ちライン42,39と再循環43を保つこ
とが必要である。
第５図は従来の原材料として天然ガスを用いるアンモ
ニアプラントのプロセス・フローシートを示す。このフ
ローシートにおいて 44は原材料の供給ラインであり、 45は空気の入口であり、 46は燃料の供給ラインであり、 46は外部からの燃料と再循環パージガスとの共通なラ
インであり、 47はアンモニアプラントの前端部であり、 48は合成ガスの圧縮器であり、 49はアンモニアループであり、 50は生成されたアンモニアの出口ラインであり、 51はループからパージラインであり、そして 52は前端部からの廃ガス（CO2）用のラインである。
ニアプラントのプロセス・フローシートを示す。このフ
ローシートにおいて 44は原材料の供給ラインであり、 45は空気の入口であり、 46は燃料の供給ラインであり、 46は外部からの燃料と再循環パージガスとの共通なラ
インであり、 47はアンモニアプラントの前端部であり、 48は合成ガスの圧縮器であり、 49はアンモニアループであり、 50は生成されたアンモニアの出口ラインであり、 51はループからパージラインであり、そして 52は前端部からの廃ガス（CO2）用のラインである。
アンモニア合成プラントのレイアウトは通常のもので
ある。即ち天然ガス流が供給ライン44を経て脱硫、第一
改質、第二改質、一酸化炭素シフト、二酸化炭素除去及
び最後にメタン化より成る前端部47に供給される。その
結果の合成ガスは圧縮器48によって圧縮されて通常のア
ンモニア合成ループ49に供給される。アンモニアの製品
流はループから出口ライン50を経てとり出される。水
素、窒素及びメタンやアルやアルゴン等の不活性物より
成るパージガスはライン51を経てとり出され、これによ
ってループ中の不活性物の含量を最低ならしめる。パー
ジ流は燃料として前端部47に供給される。CO2除去設備
からのCO2流は廃ガスとしてライン52を経て前端部から
離れる。
ある。即ち天然ガス流が供給ライン44を経て脱硫、第一
改質、第二改質、一酸化炭素シフト、二酸化炭素除去及
び最後にメタン化より成る前端部47に供給される。その
結果の合成ガスは圧縮器48によって圧縮されて通常のア
ンモニア合成ループ49に供給される。アンモニアの製品
流はループから出口ライン50を経てとり出される。水
素、窒素及びメタンやアルやアルゴン等の不活性物より
成るパージガスはライン51を経てとり出され、これによ
ってループ中の不活性物の含量を最低ならしめる。パー
ジ流は燃料として前端部47に供給される。CO2除去設備
からのCO2流は廃ガスとしてライン52を経て前端部から
離れる。
合成ガスの圧縮器48は相当に動力を消費する。このも
のはしばしば高圧蒸気を動力とするタービンによって動
かされる。
のはしばしば高圧蒸気を動力とするタービンによって動
かされる。
実施例 本発明及びこれを用いることによって得られる長所を
以下の実施例によってさらに説明する。
以下の実施例によってさらに説明する。
実施例１ MCFCのアンモニアプラントへの組み合せ 本発明におけるこの実施例については第３図を参照さ
れたい。
れたい。
アンモニアプラントの通常のレイアウト（第５図）と
MCFC発電プラントのレイアウト（第１図）とが、次の様
に組み合わされる。即ち −合成ループ26からライン28を経てパージ流を引き出
し、このパージ流を燃料としてMCFC20の陽極29Aに導入
し、 −陽極排ガス流をMCFCからライン36を経て引き出し、こ
の流れをアンモニアプラントの前端部24の燃料に用い、 −アンモニアプラント前端部24のCO2除去設備から二酸
化炭素流を引き出し、この流れ35を空気34とともにMCFC
29の陰極再循環ループに導入し、 −MCFC設備の廃熱回収ボイラー33からの流れをアンモニ
アプラントの高圧蒸気システムに導入し（この廃熱ボイ
ラー33からの流れのアンモニアプラントの蒸気システム
への導入は示されていない）、そして −MCFCへの供給用の別個の燃料調整機構は省略する。
MCFC発電プラントのレイアウト（第１図）とが、次の様
に組み合わされる。即ち −合成ループ26からライン28を経てパージ流を引き出
し、このパージ流を燃料としてMCFC20の陽極29Aに導入
し、 −陽極排ガス流をMCFCからライン36を経て引き出し、こ
の流れをアンモニアプラントの前端部24の燃料に用い、 −アンモニアプラント前端部24のCO2除去設備から二酸
化炭素流を引き出し、この流れ35を空気34とともにMCFC
29の陰極再循環ループに導入し、 −MCFC設備の廃熱回収ボイラー33からの流れをアンモニ
アプラントの高圧蒸気システムに導入し（この廃熱ボイ
ラー33からの流れのアンモニアプラントの蒸気システム
への導入は示されていない）、そして −MCFCへの供給用の別個の燃料調整機構は省略する。
第３図に示した組み合せは、同じアンモニア生産能力
の通常のアンモニアプラントと組み合せ機構のMCFCと同
じ電気出力の別個MCFCとにくらべると、次のような長所
を持っている。即ち −合成ループからのパージガス流に含まれている水素の
大部分は、MCFCにおいては他の場合よりも一層効果的に
用いられる。水素及びメタン、即ち陽極排ガスは通常の
機構の場合と同じ効率で燃料として用いられる。
の通常のアンモニアプラントと組み合せ機構のMCFCと同
じ電気出力の別個MCFCとにくらべると、次のような長所
を持っている。即ち −合成ループからのパージガス流に含まれている水素の
大部分は、MCFCにおいては他の場合よりも一層効果的に
用いられる。水素及びメタン、即ち陽極排ガスは通常の
機構の場合と同じ効率で燃料として用いられる。
−別のMCFC機構における通常のCO2−清掃の場合に生じ
るような可燃物の損失が避けられる。二酸化炭素のMCFC
の陽極への必要な供給は、アンモニアプラントのCO2除
去設備の廃ガス流であり、他の場合には廃棄されるもの
から求められる。
るような可燃物の損失が避けられる。二酸化炭素のMCFC
の陽極への必要な供給は、アンモニアプラントのCO2除
去設備の廃ガス流であり、他の場合には廃棄されるもの
から求められる。
−MCFCでつくられる廃熱は極めて効果的にアンモニアプ
ラントで使用できる。
ラントで使用できる。
−MFFCへの別個の燃料調節設備、特に別個の硫黄除去設
備及び別個の蒸気改質器の省略は、全操業費用の減少及
び全効率の改良をはかる簡単化である。
備及び別個の蒸気改質器の省略は、全操業費用の減少及
び全効率の改良をはかる簡単化である。
−発電所について考えると、組み合せの概念は効率−消
費燃料ガスの低加熱値に対する生産電力の割合−を40〜
45％ないし50％より少し上改良する。
費燃料ガスの低加熱値に対する生産電力の割合−を40〜
45％ないし50％より少し上改良する。
実施例２ TRMCFCのアンモニアプラントへの組み合せ 本発明におけるこの実施例については第４図を参照さ
れたい。
れたい。
アンモニアプラントの通常のレイアウト（第５図）と
IRMCFC（第２図）のレイアウトとが次の様に組み合わさ
れる。即ち −陽極の排ガス流をIRMCFCからライン36を経て引出し、
この流れをアンモニアプラントの前端部24の燃料として
用い、 −アンモニアプラント前端部24のCO2除去設備からライ
ン35を経て二酸化炭素流を引き出し、この流れを空気34
とともにIRMCFC29の陰極再循環ループに導入し、 −IRMCFCへの供給用の別個の燃料調整機構を省略し、そ
して −希望によってはライン2800からのパージガスの少くと
も一部分を燃料電池の陽極への材料として使用する。
IRMCFC（第２図）のレイアウトとが次の様に組み合わさ
れる。即ち −陽極の排ガス流をIRMCFCからライン36を経て引出し、
この流れをアンモニアプラントの前端部24の燃料として
用い、 −アンモニアプラント前端部24のCO2除去設備からライ
ン35を経て二酸化炭素流を引き出し、この流れを空気34
とともにIRMCFC29の陰極再循環ループに導入し、 −IRMCFCへの供給用の別個の燃料調整機構を省略し、そ
して −希望によってはライン2800からのパージガスの少くと
も一部分を燃料電池の陽極への材料として使用する。
組み合せは次のような利点を与える。即ち −CO2の清掃によって生じる可燃物の損失が避けられ
る。陰極に必要な二酸化炭素はアンモニアプラントから
導入される。二酸化炭素はアンモニア製造の副産物でし
ばしば廃棄されるものである。陽極排出ガスはアンモニ
アプラントにおける燃料として天然ガスの代用となる。
る。陰極に必要な二酸化炭素はアンモニアプラントから
導入される。二酸化炭素はアンモニア製造の副産物でし
ばしば廃棄されるものである。陽極排出ガスはアンモニ
アプラントにおける燃料として天然ガスの代用となる。
−燃料電池で発生する廃熱はアンモニアプラントで非常
に効果的に使用できる。
に効果的に使用できる。
全体としての利益は相当なものである。発電所につい
て考えると、組み合せプラントにおいて得られる効率
は、別個のIRMCFCにおける電力の生産と比較して60％よ
り少し上あるいは70％より少し上改良される。
て考えると、組み合せプラントにおいて得られる効率
は、別個のIRMCFCにおける電力の生産と比較して60％よ
り少し上あるいは70％より少し上改良される。
産業上の利用可能性 通常のアンモニアプラントをMCFCか、もっとよくはIR
MCFCと組み合せると、電池における電力の生産が著しく
改良され、さらにCO2等の廃ガスが利用できる。従って
本発明は全体的な見地からすると「温室効果」を減少さ
せる。
MCFCと組み合せると、電池における電力の生産が著しく
改良され、さらにCO2等の廃ガスが利用できる。従って
本発明は全体的な見地からすると「温室効果」を減少さ
せる。
全世界のアンモニア生産はまもなく本発明の原理に基
づいて行なわれることが期待される。
づいて行なわれることが期待される。
Claims (5)
- 【請求項１】合成ガス製造部とアンモニア合成ループを
含み、溶融炭酸塩燃料電池を組み込んだアンモニアプラ
ントにおけるアンモニア製造方法において、燃料電池の
燃料として用い得る１つ以上の成分を含むアンモニアプ
ラントからのパージガスを燃料電池の陽極室に導入する
工程及び、燃料電池の陽極室からガス製造部の燃料とし
て用い得る排ガスをアンモニアプラントのガス製造部に
送る工程を含み、さらにアンモニア製造過程で得られる
二酸化炭素を含む流れを燃料電池の陰極ガスループに送
ることを特徴とするアンモニア製造方法。 - 【請求項２】二酸化炭素を含む流れがプロセスプラント
における二酸化炭素除去設備から得られる排ガス流であ
ることを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】燃料電池で得られるエネルギーの一部分は
過剰熱であることを特徴とする請求項１又は２に記載の
方法。 - 【請求項４】過剰熱はプロセスプラントで用いる高圧蒸
気の生成に利用されることを特徴とする請求項３に記載
の方法。 - 【請求項５】溶融炭酸塩燃料電池は内部改質溶融炭酸塩
燃料電池であることを特徴とする上記の請求項１ないし
４のいずれか１つに記載の方法。
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