JP5604149B2 - Ammonia recovery device and ammonia recovery method - Google Patents

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Description

本発明は、混合ガスからアンモニアを分離回収するアンモニア回収装置およびアンモニア回収方法に関する。   The present invention relates to an ammonia recovery apparatus and an ammonia recovery method for separating and recovering ammonia from a mixed gas.

従来、大気圧においてアンモニアを液化温度(−77.7℃)まで冷却することでアンモニアを回収する方法や、コンプレッサを利用してアンモニアガスの圧力を高め、液化温度を高めて回収する方法が知られている(たとえば特許文献1参照)。   Conventionally, there are known methods for recovering ammonia by cooling it to a liquefaction temperature (−77.7 ° C.) at atmospheric pressure, and methods for recovering by increasing the liquefaction temperature by increasing the pressure of ammonia gas using a compressor. (See, for example, Patent Document 1).

特許文献1記載のアンモニアガスの回収装置は、導出された排出ガス中のアンモニアガスを水に溶解させ、アンモニアを溶解させたアンモニア水を蒸留して水とアンモニアガスとを分離し、分離したアンモニアガスを液化してアンモニアガスを回収している。溶解工程では溶解ステップを反復させてアンモニア濃度を高め、所定濃度のアンモニア水をアンモニア水タンクに貯留し、アンモニアガスを除湿した後、冷凍機ユニットでアンモニアガスを圧力0.4MPa、4℃(277K)程度まで冷却して液化している。   The ammonia gas recovery device described in Patent Document 1 dissolves ammonia gas in the derived exhaust gas in water, distills the ammonia water in which ammonia is dissolved to separate water and ammonia gas, and separates the ammonia. The gas is liquefied to recover ammonia gas. In the dissolution process, the dissolution step is repeated to increase the ammonia concentration, the ammonia water having a predetermined concentration is stored in the ammonia water tank, the ammonia gas is dehumidified, and then the ammonia gas is pressured at 0.4 MPa, 4 ° C. (277 K) in the refrigerator unit. ) Liquefied by cooling to the extent.

また、アンモニアガスを除害する装置としてはアンモニアを吸着剤に吸着させるものが知られている(たとえば特許文献2参照)。特許文献2記載のアンモニアの回収装置は、多管式吸着器にアンモニアの吸着剤を充填し、吸着剤を冷却しながらアンモニア含有ガスを通気する。このようにしてアンモニアを吸着捕取した後、多管式吸着器を熱媒体で加熱しながら減圧下にアンモニアを脱離させて回収している。   As an apparatus for removing ammonia gas, an apparatus that adsorbs ammonia to an adsorbent is known (see, for example, Patent Document 2). In the ammonia recovery apparatus described in Patent Document 2, a multi-tube adsorber is filled with an ammonia adsorbent, and the ammonia-containing gas is ventilated while cooling the adsorbent. After the ammonia is adsorbed and collected in this manner, the ammonia is desorbed and recovered under reduced pressure while the multi-tube adsorber is heated with a heat medium.

一方、液体のアンモニアを用いた反応についても研究がなされている(たとえば特許文献3参照)。特許文献3記載の金属アミド化合物の製造方法は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の水素化物が含まれている金属水素化物と、液体アンモニアとを反応させることにより金属アミド化合物を得ている。   On the other hand, research has also been conducted on reactions using liquid ammonia (see, for example, Patent Document 3). In the method for producing a metal amide compound described in Patent Document 3, a metal amide compound is obtained by reacting a metal hydride containing an alkali metal or alkaline earth metal hydride with liquid ammonia.

特開2008―7378号公報JP 2008-7378 A 特開2000−317246号公報JP 2000-317246 A 特開2006−8440号公報JP 2006-8440 A

上記の特許文献2記載のように、アンモニアを吸着剤に吸着させる装置が知られているが、このような技術は微量のアンモニアを吸着により除去するためのものであり、溶媒として大量のアンモニアを用い、アンモニアを回収し再利用しようとする場合には適用できない。   An apparatus for adsorbing ammonia on an adsorbent as described in Patent Document 2 is known, but such a technique is for removing a small amount of ammonia by adsorption, and a large amount of ammonia is used as a solvent. It is not applicable when ammonia is to be recovered and reused.

一方、特許文献3には、溶媒として大量のアンモニアを用いる反応が記載されているものの、アンモニアの回収については具体的手段が開示されていない。このような場合に、反応容器においてガスを冷却しようとすると、特許文献1記載のような通常の液化方法が採用されると考えられ、多くの冷却熟や電力が必要となる。また、圧力容器から排出されるアンモニアは高温であることが多く、また、アンモニア以外の高温であるガスを含んでいる場合は、アンモニア以外のガスも合わせて冷却や加圧が必要であり、さらに多くの冷却熱や電力を必要とし、非効率的である。たとえば、高温の混合ガスからアンモニアを大気圧下で液化するためには、アンモニアの蒸気圧曲線が示すように−77.7℃程度の低温まで冷却しなければならず、設備にかかる費用が割に合わない。一方、コンプレッサを用いて圧縮することでアンモニアを液化することもできるが、この方法も設備に費用がかかる。   On the other hand, Patent Document 3 describes a reaction using a large amount of ammonia as a solvent, but does not disclose specific means for recovering ammonia. In such a case, when attempting to cool the gas in the reaction vessel, it is considered that a normal liquefaction method as described in Patent Document 1 is adopted, and a lot of cooling ripening and electric power are required. In addition, ammonia discharged from the pressure vessel is often at a high temperature, and if it contains a gas at a high temperature other than ammonia, it must be cooled and pressurized together with a gas other than ammonia. It requires a lot of cooling heat and electric power and is inefficient. For example, in order to liquefy ammonia from a high-temperature mixed gas at atmospheric pressure, the ammonia must be cooled to a low temperature of about −77.7 ° C. as shown by the vapor pressure curve of ammonia, which reduces the cost of the equipment. Does not fit. On the other hand, ammonia can be liquefied by compressing it using a compressor, but this method also costs equipment.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、混合ガスとして放出されるアンモニアを安価に回収でき、不純物のないアンモニアを回収、再利用できるアンモニア回収装置およびアンモニア回収方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and provides an ammonia recovery apparatus and an ammonia recovery method that can recover ammonia released as a mixed gas at low cost and recover and reuse ammonia free of impurities. For the purpose.

(1)上記の目的を達成するため、本発明のアンモニア回収装置は、混合ガスからアンモニアを分離回収するアンモニア回収装置であって、高温高圧の混合ガス源から放出されるアンモニアおよびアンモニアより液化温度の低い気体で構成される混合ガスを冷却し、アンモニアを凝縮させるコンデンサと、前記コンデンサの外部側に設けられ、前記コンデンサの冷却温度に応じて決まるアンモニアを凝縮させるのに必要な圧力を前記コンデンサに与える背圧弁と、前記凝縮されたアンモニアを貯留する貯留部と、を備えることを特徴としている。   (1) In order to achieve the above object, an ammonia recovery device of the present invention is an ammonia recovery device that separates and recovers ammonia from a mixed gas, and is liquefied from ammonia and ammonia released from a high-temperature and high-pressure mixed gas source. A condenser that cools a mixed gas composed of a low gas and condenses ammonia, and a pressure that is provided on the outside of the condenser and that is required to condense the ammonia determined according to the cooling temperature of the condenser And a storage section for storing the condensed ammonia.

このように、本発明のアンモニア回収装置は、背圧弁によりコンデンサの冷却温度に応じて決まるアンモニアを液化させるのに必要な圧力をコンデンサに与えることで、混合ガスからアンモニアガスを取り出し貯留している。これにより、混合ガスとして放出されるアンモニアを安価に回収でき、不純物のないアンモニアを回収、再利用できる。   As described above, the ammonia recovery apparatus of the present invention takes out and stores ammonia gas from the mixed gas by applying to the capacitor a pressure required to liquefy ammonia determined by the back pressure valve according to the cooling temperature of the capacitor. . Thereby, ammonia released as a mixed gas can be recovered at low cost, and ammonia free of impurities can be recovered and reused.

また、コンプレッサなしでアンモニアを液化でき、コンプレッサの設置、運転にかかる費用を低減できる。アンモニアを十分に回収するため、外部に他のガスとともに排出されるアンモニアに対して除害装置を設ける必要をなくすか、設けるとしても装置規模を縮小できる。   In addition, ammonia can be liquefied without a compressor, and the cost for installing and operating the compressor can be reduced. In order to sufficiently recover ammonia, the scale of the apparatus can be reduced even if it is not necessary to provide a detoxifying device for ammonia discharged together with other gases to the outside.

(2)また、本発明のアンモニア回収装置は、前記コンデンサが、前記混合ガスを空冷または水冷で冷却することを特徴としている。これにより、冷却のために高価な施設を準備することなく、空冷や水冷程度でアンモニアを液化することができる。   (2) Further, in the ammonia recovery apparatus of the present invention, the condenser cools the mixed gas by air cooling or water cooling. Thereby, ammonia can be liquefied by air cooling or water cooling without preparing an expensive facility for cooling.

(3)また、本発明のアンモニア回収装置は、前記コンデンサが、前記混合ガスを冷却する冷却部およびアンモニアを凝縮して一時的に貯留する凝縮タンクを有し、前記凝縮タンクは、底部に、前記貯留部へ向かうアンモニアの流通路を有することを特徴としている。これにより、アンモニアを液化して貯留し、液体のアンモニアを通して、その温度では液化されないその他のガスを放出するとともにアンモニアを分離して取り出すことが容易になる。   (3) Further, in the ammonia recovery device of the present invention, the condenser has a cooling unit that cools the mixed gas and a condensation tank that condenses and temporarily stores the ammonia, and the condensation tank is at the bottom, It has the flow path of ammonia which goes to the storage part. As a result, ammonia is liquefied and stored, and other gases that are not liquefied at that temperature are released through liquid ammonia, and ammonia can be easily separated and extracted.

(4)また、本発明のアンモニア回収装置は、前記コンデンサが、前記混合ガスを56℃未満に冷却することを特徴としている。これにより、アンモニアを貯留するボンベに用いられやすい可溶弁を溶かすことのない温度で、アンモニアを液化することができる。   (4) Further, in the ammonia recovery device of the present invention, the condenser cools the mixed gas to less than 56 ° C. Thereby, ammonia can be liquefied at the temperature which does not melt the soluble valve which is easy to be used for the cylinder which stores ammonia.

(5)また、本発明のアンモニア回収方法は、混合ガスからアンモニアを分離回収するアンモニア回収方法であって、高温高圧の混合ガス源から放出されるアンモニアおよびアンモニアより液化温度の低い気体で構成される混合ガスを冷却しつつ、前記コンデンサの冷却温度に応じ、アンモニアを液化させるのに必要な圧力を与え、アンモニアを凝縮させるステップと、前記凝縮されたアンモニアを貯留するステップと、を含むことを特徴としている。   (5) Further, the ammonia recovery method of the present invention is an ammonia recovery method for separating and recovering ammonia from a mixed gas, and is composed of ammonia released from a high-temperature and high-pressure mixed gas source and a gas having a lower liquefaction temperature than ammonia. Cooling the mixed gas, applying a pressure necessary for liquefying ammonia according to the cooling temperature of the condenser, condensing the ammonia, and storing the condensed ammonia. It is a feature.

これにより、混合ガスとして放出されるアンモニアを安価に回収でき、不純物のないアンモニアを回収、再利用できる。また、コンプレッサなしでアンモニアを液化でき、コンプレッサの設置、運転にかかる費用を低減できる。そして、アンモニアを十分に回収するため、外部に他のガスとともに排出されるアンモニアに対して除害装置を設ける必要をなくすか、設けるとしても装置規模を縮小できる。   Thereby, ammonia released as a mixed gas can be recovered at low cost, and ammonia free of impurities can be recovered and reused. In addition, ammonia can be liquefied without a compressor, and the cost for installing and operating the compressor can be reduced. In order to sufficiently recover ammonia, it is possible to reduce the scale of the apparatus even if it is not necessary to provide a detoxifying device for ammonia discharged together with other gases.

本発明によれば、混合ガスとして放出されるアンモニアを安価に回収でき、不純物のないアンモニアを回収、再利用できる。   According to the present invention, ammonia released as a mixed gas can be recovered at low cost, and ammonia free of impurities can be recovered and reused.

本発明に係るアンモニア回収装置の構成を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing the composition of the ammonia recovery device concerning the present invention. 第1の実施形態に係るコンデンサの構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the capacitor | condenser which concerns on 1st Embodiment. 第2の実施形態に係るコンデンサの構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the capacitor | condenser which concerns on 2nd Embodiment. 第3の実施形態に係るコンデンサの構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the capacitor | condenser which concerns on 3rd Embodiment.

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In order to facilitate understanding of the description, the same reference numerals are given to the same components in the respective drawings, and duplicate descriptions are omitted.

[第1の実施形態]
(アンモニア回収装置の構成)
図1は、アンモニア回収装置100の構成を示す模式図である。アンモニア回収装置100は、混合ガスからアンモニアを分離回収する。図1に示すように、アンモニア回収装置100は、圧力容器110、導入弁V1、流通路111、第1背圧弁V2、バイパス112、バイパス弁V3、コンデンサ120、貯留路125、貯留弁V4、V5、貯留部131、132、重量計133、134、排出路145および第2背圧弁V6により構成されている。
[First Embodiment]
(Configuration of ammonia recovery device)
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the ammonia recovery apparatus 100. The ammonia recovery device 100 separates and recovers ammonia from the mixed gas. As shown in FIG. 1, the ammonia recovery apparatus 100 includes a pressure vessel 110, an introduction valve V1, a flow passage 111, a first back pressure valve V2, a bypass 112, a bypass valve V3, a capacitor 120, a storage path 125, and storage valves V4 and V5. , Reservoirs 131 and 132, weighing scales 133 and 134, a discharge passage 145, and a second back pressure valve V6.

圧力容器110は、反応容器として用いられ、内部の温度と圧力を制御し、アンモニアを用いた反応を進行させる。圧力容器110は、そのような場合アンモニアおよびアンモニアより液化温度の低い気体で構成される混合ガスを放出する混合ガス源となる。導入弁V1の開閉により、圧力容器110にはアンモニアを導入可能となっている。たとえば10リットル程度の容量のものを用い、内部でアンモニアを溶媒として用い、金属カルシウムと反応させる。このような反応の結果、水素とアンモニアの混合ガスが発生する。   The pressure vessel 110 is used as a reaction vessel, and controls the internal temperature and pressure to advance the reaction using ammonia. In such a case, the pressure vessel 110 serves as a mixed gas source that discharges a mixed gas composed of ammonia and a gas having a lower liquefaction temperature than ammonia. Ammonia can be introduced into the pressure vessel 110 by opening and closing the introduction valve V1. For example, the thing of a capacity | capacitance of about 10 liters is used, ammonia is used as a solvent inside, and it is made to react with metallic calcium. As a result of such a reaction, a mixed gas of hydrogen and ammonia is generated.

このように、アンモニア回収装置100は、反応に8MPa以上の高圧が必要で副次的にガスが生成される場合に特に有効である。再度コンプレッサで高圧にする必要がなく、動力源が不要となる。   Thus, the ammonia recovery apparatus 100 is particularly effective when a high pressure of 8 MPa or more is required for the reaction and gas is generated as a secondary. There is no need to increase the pressure again with the compressor, and no power source is required.

第1背圧弁V2は、圧力容器110とコンデンサ120との間に設けられ、圧力容器110側の圧力をたとえば8MPa等の所定の値に維持する。その場合、反応ガスにより8MPaを超えた排ガスは、流通路111、第1背圧弁V2を通ってコンデンサ120へ流入する。バイパス112は、第1背圧弁V2を機能させている間はバイパス弁V3を閉じて用いられず、圧力容器110に残ったガスを排出する際に用いられる。   The first back pressure valve V2 is provided between the pressure vessel 110 and the capacitor 120, and maintains the pressure on the pressure vessel 110 side at a predetermined value such as 8 MPa. In that case, the exhaust gas exceeding 8 MPa by the reaction gas flows into the capacitor 120 through the flow passage 111 and the first back pressure valve V2. The bypass 112 is not used while the bypass valve V3 is closed while the first back pressure valve V2 is functioning, and is used when the gas remaining in the pressure vessel 110 is discharged.

コンデンサ120は、混合ガス源から高温高圧の状態で放出される混合ガスを冷却し、アンモニアを凝縮させる。冷却温度は、圧力容器110の温度と外部の温度との中間の温度とすることが好ましい。室温の空気による空冷または室温の冷却水による水冷で混合ガスを冷却することで、アンモニアが液化する温度まで冷却できる。このようにして冷却機構をシンプルかつ安価に構成できる。なお、コンデンサ120の構成の詳細は後述する。   The condenser 120 cools the mixed gas released from the mixed gas source in a high temperature and high pressure state, and condenses the ammonia. The cooling temperature is preferably an intermediate temperature between the temperature of the pressure vessel 110 and the external temperature. By cooling the mixed gas by air cooling with air at room temperature or water cooling with cooling water at room temperature, the mixture can be cooled to a temperature at which ammonia is liquefied. In this way, the cooling mechanism can be configured simply and inexpensively. Details of the configuration of the capacitor 120 will be described later.

貯留路125は、凝縮されたアンモニアをコンデンサ120から貯留部131、132へ流通させる。貯留路125と貯留部131、132との開閉は、貯留弁V4、V5で行う。貯留部131、132は、それぞれボンベまたはタンクのような容器であり、凝縮されたアンモニアを貯留する。   The storage path 125 distributes the condensed ammonia from the condenser 120 to the storage units 131 and 132. The reservoir 125 and the reservoirs 131 and 132 are opened and closed by the reservoir valves V4 and V5. The reservoirs 131 and 132 are containers such as cylinders or tanks, respectively, and store condensed ammonia.

ボンベを用いる場合、安全弁には通常、所定の温度で溶ける可溶弁が用いられる。この所定の温度は、JIS規格で56℃と定められており、コンデンサ120で混合ガスを56℃未満の温度で冷却し、これに応じて第2背圧弁V6により維持する圧力を3MPaとすることが好ましい。   When a cylinder is used, a fusible valve that melts at a predetermined temperature is usually used as the safety valve. This predetermined temperature is determined to be 56 ° C. by the JIS standard, and the mixed gas is cooled at a temperature lower than 56 ° C. by the capacitor 120, and the pressure maintained by the second back pressure valve V6 is set to 3 MPa accordingly. Is preferred.

これにより、可溶弁を溶かすことのない温度で、アンモニアを液化することができる。可溶弁は汎用のボンベに用いられるため、上記の条件設定はコスト低減に有効である。ただし、専用の貯蔵タンクを用い、適切な安全弁を用いて回収することも可能である。   Thereby, ammonia can be liquefied at the temperature which does not melt the soluble valve. Since the fusible valve is used in a general-purpose cylinder, the above condition setting is effective for reducing the cost. However, it is possible to use a dedicated storage tank and collect it using an appropriate safety valve.

重量計133、134は、それぞれ貯留部131、132の重量を計測する。そして、重量計133により貯留部131が所定量以上貯留されたと検知されたときに、貯留弁V4を閉じ、貯留弁V5を開けるよう装置を制御することで、続けて液体アンモニアをもう一つの貯留部132に流入させることができる。排出路145は、液化しなかったアンモニア以外のガスを、その圧力が2MPaを超えた時点で第2背圧弁V6を介して排出する。排出されたガスは、排出路145から外部へ排出され、たとえば排出されるガスの除害装置へ送られる。2MPa以上の反応工程を行う圧力容器110から排出される高圧の混合ガスからアンモニアを分離するのに有効である。   The weigh scales 133 and 134 measure the weights of the storage units 131 and 132, respectively. Then, when the weighing unit 133 detects that a predetermined amount or more of the storage unit 131 has been stored, the storage valve V4 is closed and the device is controlled to open the storage valve V5, so that another liquid ammonia is stored. It can flow into the part 132. The discharge path 145 discharges the gas other than ammonia that has not been liquefied through the second back pressure valve V6 when the pressure exceeds 2 MPa. The discharged gas is discharged from the discharge path 145 to the outside, and is sent to, for example, a device for removing the discharged gas. This is effective for separating ammonia from the high-pressure mixed gas discharged from the pressure vessel 110 that performs a reaction process of 2 MPa or more.

第2背圧弁V6は、コンデンサ120の外部側に設けられ、コンデンサ120の冷却温度に応じて決まるアンモニアを凝縮させるのに必要な圧力をコンデンサ120に与える。これにより、混合ガスとして放出されるアンモニアを安価に回収でき、不純物のないアンモニアを回収、再利用できる。また、コンプレッサなしでアンモニアを液化でき、コンプレッサの設置、運転にかかる費用を低減できる。また、アンモニアを十分に回収するため、外部へ他のガスとともに排出されるアンモニアに対して除害装置を設ける必要をなくし、設けるとしても装置規模を縮小できる。   The second back pressure valve V <b> 6 is provided on the outer side of the capacitor 120, and gives the capacitor 120 a pressure necessary to condense ammonia determined according to the cooling temperature of the capacitor 120. Thereby, ammonia released as a mixed gas can be recovered at low cost, and ammonia free of impurities can be recovered and reused. In addition, ammonia can be liquefied without a compressor, and the cost for installing and operating the compressor can be reduced. Further, in order to sufficiently recover ammonia, it is not necessary to provide a detoxifying device for ammonia discharged together with other gases to the outside, and even if it is provided, the device scale can be reduced.

したがって、第2背圧弁V6は、圧力容器110から排出するガスを常温でも液化する圧力(25.7℃、1.01MPa)以上に保ったまま、常温まで冷却・液化し回収する。たとえば、その日の気温において液化する圧力に制御することも可能である。これにより、低コストで回収率を上げることができる。   Therefore, the second back pressure valve V6 cools, liquefies and recovers the gas discharged from the pressure vessel 110 to the normal temperature while maintaining the pressure (25.7 ° C., 1.01 MPa) or higher at the normal temperature. For example, it is possible to control the pressure to liquefy at the temperature of the day. Thereby, the recovery rate can be increased at low cost.

このように、アンモニア回収装置100は、圧力容器110にてアンモニアを含むガスが発生または、アンモニアを溶媒として使用する反応を行う際に、圧力容器の外へ放出されるアンモニアを安価に回収できる。   As described above, the ammonia recovery apparatus 100 can recover the ammonia released to the outside of the pressure vessel at a low cost when a gas containing ammonia is generated in the pressure vessel 110 or when the reaction using ammonia as a solvent is performed.

(コンデンサの構成)
次に、コンデンサ120の構成の詳細を説明する。図2は、コンデンサ120の構成を示す模式図である。図2に示すように、コンデンサ120は、冷却部121および凝縮タンク123を備えている。冷却部121は、流通路111を介して流通する混合ガスを冷却し、アンモニアを凝縮する。冷却は、空冷または水冷で行うことが好ましい。これにより、冷却のために高価な施設を準備することなく、空冷や水冷程度でアンモニアを液化することができる。
(Capacitor configuration)
Next, details of the configuration of the capacitor 120 will be described. FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the configuration of the capacitor 120. As shown in FIG. 2, the capacitor 120 includes a cooling unit 121 and a condensation tank 123. The cooling unit 121 cools the mixed gas flowing through the flow passage 111 and condenses ammonia. Cooling is preferably performed by air cooling or water cooling. Thereby, ammonia can be liquefied by air cooling or water cooling without preparing an expensive facility for cooling.

凝縮タンク123は、混合ガスを冷却する冷却部およびアンモニアを凝縮して一時的に貯留する。液面位置を測定、制御することが好ましい。コンデンサ120内の液面が上昇したら凝縮タンク123へ液体アンモニアを移送する。凝縮されたアンモニアは、凝縮タンク123の底部の導入口122から鉛直下方のタンク内に導入される。   The condensation tank 123 condenses and temporarily stores the cooling unit that cools the mixed gas and ammonia. It is preferable to measure and control the liquid level position. When the liquid level in the condenser 120 rises, liquid ammonia is transferred to the condensation tank 123. The condensed ammonia is introduced into the tank vertically below from the inlet 122 at the bottom of the condensation tank 123.

導入された液体のアンモニアAは、凝縮タンク123内に蓄えられる。凝縮タンク123は、貯留部131、133へ向かうアンモニアの貯留路125に接続され、蓄えられたアンモニアAは、鉛直下方側の底部の貯留口124から貯留路125を介して貯留部131、132に流入する。これにより、アンモニアを液化して貯留し、液体のアンモニアを通して、凝縮タンク123の温度より低い温度でないと液化されないその他のガスを放出するとともにアンモニアを分離して取り出すことが容易になる。   The introduced liquid ammonia A is stored in the condensation tank 123. The condensing tank 123 is connected to an ammonia storage path 125 toward the storage units 131 and 133, and the stored ammonia A is transferred from the storage port 124 at the bottom of the vertically lower side to the storage units 131 and 132 via the storage path 125. Inflow. As a result, the ammonia is liquefied and stored, and other gases that are not liquefied unless the temperature is lower than the temperature of the condensing tank 123 are released through the liquid ammonia, and the ammonia can be easily separated and taken out.

なお、冷却部121を設けずに、凝縮タンク123を低温に維持し、鉛直下方から混合ガスを導入してもよい。鉛直下方から導入することで冷却されずにアンモニアガスがそのまま排出されることが防止される。一方、凝縮タンク123は、排出路145に接続される排出口143を有している。排出口143は、凝縮タンク123の鉛直上方側に設けられていることが好ましい。これにより、水素等のアンモニアより液化温度の低い気体が排出口143から排出される。排出口143により凝縮タンク123の液面を調整し、上澄みにガスを残すことで、混合ガスに含まれる他のガスを逃がすこともできる。アンモニア以外のガスも凝縮タンク123に導入されるため、凝縮タンク123はガスを抜く構造を有している。   In addition, without providing the cooling unit 121, the condensation tank 123 may be maintained at a low temperature, and the mixed gas may be introduced from vertically below. By introducing from below vertically, ammonia gas is prevented from being discharged as it is without being cooled. On the other hand, the condensing tank 123 has a discharge port 143 connected to the discharge path 145. The discharge port 143 is preferably provided on the vertically upper side of the condensing tank 123. Thereby, a gas having a liquefaction temperature lower than that of ammonia such as hydrogen is discharged from the discharge port 143. By adjusting the liquid level of the condensing tank 123 through the discharge port 143 and leaving the gas in the supernatant, other gas contained in the mixed gas can be released. Since gases other than ammonia are also introduced into the condensing tank 123, the condensing tank 123 has a structure for extracting gas.

(アンモニア回収装置の動作)
次に、アンモニア回収装置100の動作の一例を説明する。まず、導入弁V1を開けてアンモニアを圧力容器110に導入する。そして、圧力容器110において、アンモニアを溶媒として用い、金属カルシウムと反応させる。その結果として水素とアンモニアの混合ガスが発生する。このとき、第1背圧弁V2およびバイパス弁V3は閉じておく。
(Operation of ammonia recovery device)
Next, an example of the operation of the ammonia recovery apparatus 100 will be described. First, ammonia is introduced into the pressure vessel 110 by opening the introduction valve V1. Then, in the pressure vessel 110, ammonia is used as a solvent and reacted with metallic calcium. As a result, a mixed gas of hydrogen and ammonia is generated. At this time, the first back pressure valve V2 and the bypass valve V3 are closed.

反応終了後、圧力容器110を50℃に維持する。なお、通常は圧力容器110の熱容量が大きいので保温のための制御は必要ない。第1背圧弁V2により、コンデンサ側の圧力を2MPaとし、圧力容器110側の圧力を8MPaから徐々に2MPaまで下げつつ、混合ガスをコンデンサ120へと供給する。   After completion of the reaction, the pressure vessel 110 is maintained at 50 ° C. In general, since the heat capacity of the pressure vessel 110 is large, control for heat insulation is not necessary. The first back pressure valve V2 sets the pressure on the capacitor side to 2 MPa, and supplies the mixed gas to the capacitor 120 while gradually decreasing the pressure on the pressure vessel 110 side from 8 MPa to 2 MPa.

コンデンサ120の冷却部121は、たとえば空冷によりアンモニアを50℃程度に冷却し凝縮させる。そして、貯留弁V4、V5を開けて貯留部131、132においてアンモニアを液体として回収する。アンモニアより液化温度の低い他のガス、たとえば水素ガスは液化しない。したがって、凝縮された液体アンモニアには水素は混合されていない。アンモニアより液化温度が低いという代わりにアンモニアよりも蒸気圧が高いということもできる。   The cooling unit 121 of the condenser 120 cools ammonia to about 50 ° C. by air cooling, for example, and condenses it. Then, the storage valves V4 and V5 are opened, and ammonia is recovered as liquid in the storage units 131 and 132. Other gases having a liquefaction temperature lower than that of ammonia, such as hydrogen gas, are not liquefied. Therefore, hydrogen is not mixed with the condensed liquid ammonia. It can also be said that vapor pressure is higher than ammonia instead of liquefaction temperature lower than ammonia.

なお、圧力容器110内でアンモニアを気化することで、効率よく圧力容器110も冷却できる。アンモニアは、蒸発潜熱が水に次いで大きい物質であり冷却効果が高い。最終的に残った残ガスは除害装置へ送る。   Note that the pressure vessel 110 can be efficiently cooled by vaporizing ammonia in the pressure vessel 110. Ammonia is a substance that has the second largest latent heat of evaporation after water and has a high cooling effect. The remaining residual gas is sent to the abatement device.

(実施例)
上記のようなアンモニア回収装置100を用いて実験を行った。まず、圧力容器110の内部に金属カルシウムを設置し、アンモニアを導入して、100℃、8MPaで2時間運転した。このように圧力容器110内でアンモニアと金属カルシウムとを反応させた後、水素とアンモニアとの混合ガスをコンデンサ120に導入し、混合ガスの温度を56℃に冷却し、その圧力を第1の背圧弁V6で3MPaに制御した。その結果、使用量の71%の液体アンモニアを回収することができた。
(Example)
An experiment was conducted using the ammonia recovery apparatus 100 as described above. First, metallic calcium was installed inside the pressure vessel 110, ammonia was introduced, and the system was operated at 100 ° C. and 8 MPa for 2 hours. After the ammonia and metallic calcium are reacted in the pressure vessel 110 in this way, a mixed gas of hydrogen and ammonia is introduced into the capacitor 120, the temperature of the mixed gas is cooled to 56 ° C., and the pressure is changed to the first pressure. The back pressure valve V6 was controlled to 3 MPa. As a result, 71% of the used amount of liquid ammonia could be recovered.

[第2の実施形態]
上記の実施形態では、凝縮されたアンモニアは底部の鉛直方向に向かう導入口122から鉛直下方のタンク内に導入されるが、底部に流入口があれば、サイフォン管の様に鉛直上方に向かう流入口が設けられていてもよい。図3は、サイフォン管を有するコンデンサ220の構成を示す模式図である。
[Second Embodiment]
In the above-described embodiment, the condensed ammonia is introduced into the tank vertically below from the inlet 122 that extends in the vertical direction at the bottom. However, if there is an inlet at the bottom, the ammonia flows vertically upward like a siphon tube. An entrance may be provided. FIG. 3 is a schematic diagram showing a configuration of a capacitor 220 having a siphon tube.

図3に示すように、コンデンサ220では、凝縮タンク123内にサイフォン管224が設けられ、貯留路125に接続されている。サイフォン管224の流入口は底部付近に配置されている。このように凝縮タンク123の底部に流入口があれば、貯留路125への流入口の形態は限定されない。   As shown in FIG. 3, in the capacitor 220, a siphon tube 224 is provided in the condensing tank 123 and is connected to the storage path 125. The inlet of the siphon tube 224 is disposed near the bottom. Thus, if there is an inflow port at the bottom of the condensation tank 123, the form of the inflow port to the storage path 125 is not limited.

[第3の実施形態]
上記の実施形態では、凝縮タンク123が冷却部121の配管とは別に設けられているが、配管の一部が凝縮タンクとしての機能を有する構成であってもよい。図4は、コンデンサ320の構成を示す模式図である。図4に示すように、コンデンサ320は、冷却部321を構成する配管の一部に凝縮タンク323が形成されている。このように、冷却部321の最も鉛直下方にある配管部が太く形成されており、そこでアンモニアを凝縮し一時的に貯留できる構造でも構わない。
[Third Embodiment]
In the above embodiment, the condensing tank 123 is provided separately from the piping of the cooling unit 121, but a configuration in which a part of the piping functions as a condensing tank may be used. FIG. 4 is a schematic diagram showing the configuration of the capacitor 320. As shown in FIG. 4, the condenser 320 has a condensing tank 323 formed in a part of the piping constituting the cooling unit 321. In this way, the piping part that is located at the lowest vertical position of the cooling part 321 is formed thick, and there may be a structure in which ammonia can be condensed and temporarily stored.

100 アンモニア回収装置
110 圧力容器(混合ガス源)
111 流通路
112 バイパス
120 コンデンサ
121 冷却部
122 導入口
123 凝縮タンク
124 貯留口
125 貯留路
131、132 貯留部
133、134 重量計
145 排出路
220 コンデンサ
224 サイフォン管
320 コンデンサ
323 凝縮タンク
A アンモニア
V1 導入弁
V2 背圧弁
V3 バイパス弁
V4、V5 貯留弁
V6 背圧弁
100 Ammonia recovery device 110 Pressure vessel (mixed gas source)
111 Flow path 112 Bypass 120 Condenser 121 Cooling part 122 Inlet 123 Condensing tank 124 Reservoir 125 Reservoir 131, 132 Reserving part 133, 134 Weigh scale 145 Discharge path 220 Condenser 224 Siphon tube 320 Condenser 323 Condensing tank A Ammonia V1 Introducing valve V2 Back pressure valve V3 Bypass valve V4, V5 Storage valve V6 Back pressure valve

Claims (4)

混合ガスからアンモニアを分離回収するアンモニア回収装置であって、
高温高圧の混合ガス源から放出されるアンモニアおよびアンモニアより液化温度の低い気体で構成される混合ガスを56℃未満に冷却し、アンモニアを凝縮させるコンデンサと、
前記コンデンサの外部側に設けられ、前記コンデンサの冷却温度に応じて決まるアンモニアを凝縮させるのに必要な圧力を前記コンデンサに与える背圧弁と、
前記凝縮されたアンモニアを貯留する貯留部と、を備えることを特徴とするアンモニア回収装置。
An ammonia recovery device for separating and recovering ammonia from a mixed gas,
A condenser that cools a mixed gas composed of ammonia released from a high-temperature, high-pressure mixed gas source and a gas having a lower liquefaction temperature than ammonia to less than 56 ° C. , and condenses the ammonia;
A back pressure valve that is provided on the outside of the condenser and that provides the condenser with a pressure required to condense ammonia determined according to the cooling temperature of the condenser;
And an accumulator for storing the condensed ammonia.
前記コンデンサは、前記混合ガスを空冷または水冷で冷却することを特徴とする請求項1記載のアンモニア回収装置。   2. The ammonia recovery apparatus according to claim 1, wherein the condenser cools the mixed gas by air cooling or water cooling. 前記コンデンサは、前記混合ガスを冷却する冷却部およびアンモニアを凝縮して一時的に貯留する凝縮タンクを有し、
前記凝縮タンクは、底部に、前記貯留部へ向かうアンモニアの流通路を有することを特徴とする請求項2記載のアンモニア回収装置。
The condenser has a cooling unit that cools the mixed gas and a condensation tank that condenses and temporarily stores ammonia.
3. The ammonia recovery apparatus according to claim 2, wherein the condensation tank has an ammonia flow passage toward the storage section at the bottom.
混合ガスからアンモニアを分離回収するアンモニア回収方法であって、
高温高圧の混合ガス源から放出されるアンモニアおよびアンモニアより液化温度の低い気体で構成される混合ガスを56℃未満に冷却しつつ、前記コンデンサの冷却温度に応じ、アンモニアを液化させるのに必要な圧力を与え、アンモニアを凝縮させるステップと、
前記凝縮されたアンモニアを貯留するステップと、を含むことを特徴とするアンモニア回収方法。
An ammonia recovery method for separating and recovering ammonia from a mixed gas,
Necessary for liquefying ammonia according to the cooling temperature of the condenser while cooling a mixed gas composed of ammonia released from a high temperature and high pressure mixed gas source and a gas having a lower liquefaction temperature than ammonia to less than 56 ° C. Applying pressure and condensing ammonia;
Storing the condensed ammonia. A method for recovering ammonia.
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