JP6180252B2 - Hydrogen production system by ammonia decomposition - Google Patents

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Description

本発明は、アンモニアを水素源とする水素製造システムに関する。より詳しくは、一つの流通型反応器内の上流に、アンモニアを分解して水素を生成する改質反応と下流に生成した水素を含むガスから微量のアンモニアを除去するアンモニア除去装置とが設置されてなる水素製造システムに関する。   The present invention relates to a hydrogen production system using ammonia as a hydrogen source. More specifically, a reforming reaction that decomposes ammonia to produce hydrogen and an ammonia removal device that removes a small amount of ammonia from a gas containing hydrogen produced downstream are installed upstream of one flow reactor. Relates to a hydrogen production system.

二酸化炭素などによる地球温暖化が深刻になる中で、化石燃料に代わって次世代を担うエネルギー源として水素が注目されている。水素を利用し発電を行う燃料電池発電システムは、近年、自動車,家庭用発電設備,自動販売機,携帯機器など多様な用途の電源として技術開発が急速に進んでいる。燃料電池は、水素と酸素を反応させ水になる際に電気を発生し、同時に発生する熱エネルギーを利用して給湯及び空調を行うことができるため、家庭用分散電源に適用されている。燃料電池の他、マイクロタービンやマイクロエンジンといった内燃機関の開発も進んでいる。   As global warming due to carbon dioxide and the like becomes serious, hydrogen is attracting attention as an energy source for the next generation instead of fossil fuels. In recent years, fuel cell power generation systems that generate power using hydrogen have been rapidly developed as a power source for various applications such as automobiles, household power generation equipment, vending machines, and portable devices. A fuel cell generates electricity when hydrogen and oxygen are reacted to form water, and can be used for hot water supply and air conditioning using thermal energy generated at the same time. In addition to fuel cells, internal combustion engines such as microturbines and microengines are also being developed.

水素を燃料として用いるために不可欠な水素の輸送,貯蔵,供給システムが大きな課題となっている。水素は常温で気体であるため、液体や固体に比べて、貯蔵や輸送が難しい。しかも、水素は可燃性物質であり、空気と所定の混合比になると、爆発の危険性が非常に高い。   Hydrogen transportation, storage, and supply systems, which are indispensable for using hydrogen as a fuel, are a major issue. Since hydrogen is a gas at room temperature, it is difficult to store and transport compared to liquids and solids. Moreover, hydrogen is a flammable substance, and when it has a predetermined mixing ratio with air, the risk of explosion is very high.

このような問題を解決する技術に、安全性,運搬性,貯蔵能力,低コスト化にすぐれた水素貯蔵方法として、水素を含有する液体の化合物から水素を取り出すシステムが注目されている。例えばアンモニア、メチルシクロヘキサン、デカリン等が挙げられ、中でもアンモニアは水素含有量が17.8質量%と高く、常温において1MPa程度で容易に液化するため、貯蔵性・運搬性に優れている。   As a technique for solving such problems, a system for extracting hydrogen from a liquid compound containing hydrogen has attracted attention as a hydrogen storage method that is excellent in safety, transportability, storage capacity, and cost reduction. For example, ammonia, methylcyclohexane, decalin, and the like can be given. Among them, ammonia has a high hydrogen content of 17.8% by mass, and is easily liquefied at about 1 MPa at room temperature, so that it is excellent in storability and transportability.

アンモニアから水素を取り出す技術としては、例えば、アンモニアをNi系触媒を用いて900〜950℃でNとHに分解し、残存する微量のアンモニアと水分をゼオライトに室温で吸着させることが開示されている(特許文献1)。また純粋なH を得るために、液化させてNと分離することも開示されている。あるいは、液化アンモニアを貯蔵するアンモニア貯蔵容器と、ルテニウム触媒又はロジウム触媒を収容し、アンモニアを600℃〜900℃で分解して水素及び窒素を主成分とする改質ガスを生成する改質器と、改質ガス中のアンモニアを水中に溶解除去するアンモニア除去器とを備えた装置が開示されている(特許文献2)。また、アンモニアを燃料に用いる燃料電池システムに関し、より詳しくは、一つの流通型反応器内に、アンモニア酸化帯域と、同帯域の下流側においてアンモニアを分解して水素を製造するアンモニア分解帯域とが設置されてなる水素製造装置を具備した燃料電池システムについて開示されている(特許文献3)。 As a technique for extracting hydrogen from ammonia, for example, it is disclosed that ammonia is decomposed into N 2 and H 2 at 900 to 950 ° C. using a Ni-based catalyst, and a small amount of remaining ammonia and moisture are adsorbed on the zeolite at room temperature. (Patent Document 1). In order to obtain pure H 2, it is also disclosed that the separation of N 2 by liquefaction. Alternatively, an ammonia storage container that stores liquefied ammonia, and a reformer that contains a ruthenium catalyst or a rhodium catalyst and decomposes ammonia at 600 ° C. to 900 ° C. to generate a reformed gas mainly composed of hydrogen and nitrogen. An apparatus including an ammonia remover that dissolves and removes ammonia in the reformed gas in water is disclosed (Patent Document 2). In more detail, the present invention relates to a fuel cell system using ammonia as a fuel. More specifically, an ammonia oxidation zone and an ammonia decomposition zone for producing hydrogen by decomposing ammonia on the downstream side of the zone are provided in one flow reactor. A fuel cell system equipped with an installed hydrogen production apparatus is disclosed (Patent Document 3).

特開昭54−126689号公報Japanese Patent Laid-Open No. 54-126589 特開2009−35458号公報JP 2009-35458 A 特開2010−282755号公報JP 2010-282755 A

本発明は、未反応のアンモニアを十分除去し、アンモニア分解反応への反応熱エネルギー供給を必要としない、高効率なアンモニア分解による水素製造システムを提供することを課題とする。   An object of the present invention is to provide a highly efficient hydrogen production system by ammonia decomposition that sufficiently removes unreacted ammonia and does not require supply of reaction heat energy to the ammonia decomposition reaction.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討の結果、以下の技術を見出し発明を完成するに至ったものである。本発明は、アンモニアを水素と窒素に分解するアンモニア分解装置と、該分解装置から排出されるアンモニアを吸着除去するアンモニア除去装置とを具備し、該アンモニア除去装置に、アンモニア吸着熱が50〜180kJ/mol、アンモニア吸着容量が0.1〜4mmol/gかつ細孔径50nm〜10μmの容積が0.1〜1mL/gであるアンモニア吸着剤を充填することを特徴とする水素製造システムである。   As a result of intensive studies in order to solve the above problems, the present inventors have found the following techniques and have completed the invention. The present invention comprises an ammonia decomposing apparatus that decomposes ammonia into hydrogen and nitrogen, and an ammonia removing apparatus that adsorbs and removes ammonia discharged from the decomposing apparatus, and the ammonia removing apparatus has an ammonia adsorption heat of 50 to 180 kJ. / Mole, an ammonia adsorption capacity of 0.1 to 4 mmol / g, and an ammonia adsorbent having a pore diameter of 50 nm to 10 μm in a volume of 0.1 to 1 mL / g.

好ましくは、(1)該アンモニア吸着剤がゼオライト、酸性粘土鉱物、酸化ケイ素含有複合酸化物、酸化バナジウム含有複合酸化物、金属硫酸塩および金属リン酸塩から選ばれる少なくとも一種であること、(2)該吸着装置が、ガスの流れに対して並列に配置された複数の吸着器で構成され、一の吸着器がアンモニアを吸着する時に他の吸着器が吸着したアンモニアを排出し、該他の吸着器がアンモニアを吸着するときに該一の吸着器がアンモニアを排出することを繰り返すことができることである。   Preferably, (1) the ammonia adsorbent is at least one selected from zeolite, acidic clay mineral, silicon oxide-containing composite oxide, vanadium oxide-containing composite oxide, metal sulfate and metal phosphate. ) The adsorption device is composed of a plurality of adsorbers arranged in parallel to the gas flow, and when one adsorber adsorbs ammonia, the other adsorber adsorbs the adsorbed ammonia, When the adsorber adsorbs ammonia, the one adsorber can repeatedly discharge ammonia.

本発明により、反応器の効率が高く非常に大きい空間速度でアンモニアを分解でき、アンモニアを分解する反応の反応熱を供給できかつ、改質器出口ガスに含まれる微量のアンモニアをその後の使用に差し支えないまでに除去できる水素製造システムが実現できる。   According to the present invention, ammonia can be decomposed at a very high space velocity with high efficiency of the reactor, the reaction heat of the reaction for decomposing ammonia can be supplied, and a small amount of ammonia contained in the reformer outlet gas can be used for the subsequent use. A hydrogen production system that can be removed without any problem can be realized.

図1は、本発明にかかる実施態様の一つであり、アンモニア分解装置が一つ、アンモニア吸着剤が二つ設置されたものである。FIG. 1 shows an embodiment according to the present invention, in which one ammonia decomposing apparatus and two ammonia adsorbents are installed.

本発明は、アンモニアを水素と窒素に分解するアンモニア分解装置と、該分解装置から排出されるアンモニアを吸着除去するアンモニア吸着装置とを具備し、該アンモニア除去装置に、アンモニア吸着熱が50〜180kJ/mol、アンモニア吸着容量が0.1〜4mmol/gかつ細孔径50nm〜10μmの容積が0.1〜1mL/gであるアンモニア吸着剤を充填することを特徴とする水素製造システムである。以下に詳細に説明する。   The present invention includes an ammonia decomposing apparatus for decomposing ammonia into hydrogen and nitrogen, and an ammonia adsorbing apparatus for adsorbing and removing ammonia discharged from the decomposing apparatus, and the ammonia removing apparatus has an ammonia adsorption heat of 50 to 180 kJ. / Mole, an ammonia adsorption capacity of 0.1 to 4 mmol / g, and an ammonia adsorbent having a pore diameter of 50 nm to 10 μm in a volume of 0.1 to 1 mL / g. This will be described in detail below.

(アンモニア分解装置)
アンモニア分解装置は、アンモニアを水素と窒素に分解する装置である。アンモニアを分解する反応は大きな吸熱反応であるのでこの反応熱を供給することが必要である。反応熱を供給する手段として、加熱器を用いることができる他、当該装置に反応ガスとしてアンモニアと酸素が含まれる混合ガスを導入し、アンモニアの一部を燃焼しアンモニアを分解するに必要な熱を得ることができる(オートサーマル方式)。更に不活性ガスで当該混合ガスを希釈して用いることもできる。酸素が含まれたガスとしては、空気、酸素を用いることができる。また、不活性ガスとしては窒素、アルゴン、ヘリウムを用いることができる。反応ガス中のアンモニアの体積に対する酸素の体積は体積比0.05〜0.5であり、好ましくは0.1〜0.3である。該体積比が0.05より小さい場合は、酸素が不足して必要な燃焼熱が得られなくなるから好ましくなく、該体積比が0.5より大きい場合は酸素が過剰のため反応が暴走してしまい、また分解に用いるアンモニアを余分に燃焼してしまうため、燃費的効率から好ましくない。該オートサーマル方式におけるアンモニア燃焼反応とアンモニア分解反応を反応式1、及び反応式2に示す。
反応式1 NH+3/4O→1/2N+3/2H
反応式2 NH→1/2N+3/2H
反応式1、及び反応式2から、アンモニアと酸素との燃焼反応と分解反応により、生成ガスとして、窒素、水(水蒸気)、及び水素が生成される反応である。空間速度は1,000〜100,000h−1であり、好ましくは10,000〜100,000h−1である。
(Ammonia decomposition system)
An ammonia decomposition apparatus is an apparatus that decomposes ammonia into hydrogen and nitrogen. Since the reaction for decomposing ammonia is a large endothermic reaction, it is necessary to supply this reaction heat. As a means for supplying reaction heat, a heater can be used. In addition, a mixed gas containing ammonia and oxygen as a reaction gas is introduced into the apparatus, and a heat necessary for burning a part of ammonia and decomposing ammonia. Can be obtained (autothermal method). Further, the mixed gas can be diluted with an inert gas. Air or oxygen can be used as the gas containing oxygen. Moreover, nitrogen, argon, and helium can be used as the inert gas. The volume of oxygen with respect to the volume of ammonia in the reaction gas is 0.05 to 0.5, preferably 0.1 to 0.3. If the volume ratio is less than 0.05, oxygen is insufficient and the necessary combustion heat cannot be obtained, which is not preferable. If the volume ratio is greater than 0.5, the reaction is runaway due to excess oxygen. In addition, since ammonia used for decomposition is excessively burned, it is not preferable from the viewpoint of fuel efficiency. Ammonia combustion reaction and ammonia decomposition reaction in the autothermal method are shown in Reaction Formula 1 and Reaction Formula 2.
Reaction Formula 1 NH 3 + 3 / 4O 2 → 1 / 2N 2 + 3 / 2H 2 O
Reaction Formula 2 NH 3 → 1 / 2N 2 + 3 / 2H 2
From Reaction Formula 1 and Reaction Formula 2, this is a reaction in which nitrogen, water (steam), and hydrogen are generated as product gases by the combustion reaction and decomposition reaction of ammonia and oxygen. The space velocity is 1,000 to 100,000 h −1 , preferably 10,000 to 100,000 h −1 .

該反応ガスを加熱する方法として、アンモニア分解後のガスと反応ガスを熱交換する方法を用いることができる。アンモニア分解後のガスは、アンモニア分解に際してガスが加熱されており該分解反応後であっても反応ガスを加熱するに十分な顕熱を有しているからである。一方、アンモニア分解後のガスはアンモニア吸着装置に送られるので冷却された方が好ましく、反応ガスと熱交換されて冷却されることはアンモニア分解後のガスには好ましいからである。   As a method of heating the reaction gas, a method of heat exchange between the gas after ammonia decomposition and the reaction gas can be used. This is because the gas after ammonia decomposition is heated at the time of ammonia decomposition and has sufficient sensible heat to heat the reaction gas even after the decomposition reaction. On the other hand, since the gas after ammonia decomposition is sent to the ammonia adsorption device, it is preferable that the gas is cooled, and it is preferable for the gas after ammonia decomposition to be cooled by exchanging heat with the reaction gas.

(アンモニア分解触媒)
該分解装置にはアンモニア分解触媒を充填することができる。例えば、通常アンモニアを水素と窒素に分解することができるものであれば何れのものであっても良いが、好ましくは貴金属、遷移金属酸化物、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、希土類酸化物であり、更に好ましくは8族から10族の元素の少なくとも一種の元素であれば何れのものであっても良いが、好ましくは白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、鉄、コバルトおよびニッケルからなる群から選ばれる少なくとも一種と、酸化アルミニウム、酸化セリウム、酸化マグネシウム、酸化ニオブ、酸化チタン、酸化バナジウム、酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化イットリウム、酸化ランタン、酸化ネオジムであり、更に好ましくは酸化アルミニウム、酸化セリウム、酸化マグネシウムおよび酸化チタンからなる群から選ばれる少なくとも一種との併用である。
(Ammonia decomposition catalyst)
The cracker can be filled with an ammonia cracking catalyst. For example, any substance can be used as long as it can normally decompose ammonia into hydrogen and nitrogen, but preferably noble metal, transition metal oxide, alkali metal oxide, alkaline earth metal oxide, rare earth It is an oxide, more preferably any element as long as it is at least one element of Group 8 to Group 10, but preferably consists of platinum, palladium, rhodium, ruthenium, iron, cobalt and nickel. And at least one selected from the group, aluminum oxide, cerium oxide, magnesium oxide, niobium oxide, titanium oxide, vanadium oxide, tantalum oxide, hafnium oxide, yttrium oxide, lanthanum oxide, neodymium oxide, more preferably aluminum oxide, oxide From the group consisting of cerium, magnesium oxide and titanium oxide It is a combination of at least one kind of barrel.

また、オートサーマル方式の場合には、アンモニア分解能と酸化能を兼ね備えた触媒を用いることが必要であり、具体的には貴金属としてロジウム、白金などを担体に担持した触媒、コバルト、ニッケルなどを担体に担持した触媒などが好適である。   In addition, in the case of the autothermal method, it is necessary to use a catalyst having both ammonia decomposability and oxidation ability. Specifically, a catalyst in which rhodium, platinum or the like is supported on a carrier as a noble metal, cobalt, nickel or the like is supported. A catalyst supported on the catalyst is suitable.

該アンモニア分解触媒の調製方法としては。各成分の酸化物同士を混合する混合法、比表面積の大きな材料に比表面積の小さいものを担持する担持法、各成分の前駆体を水溶液に溶解した後pH調整し水酸化物として沈殿させる沈殿法などを用いることができる。これらの調製方法は適宜、乾燥、焼成する段階を経てアンモニア分解触媒とすることもできる。アンモニア分解能と酸化能と持つものを調製するときは個々の材料を混合することができる他、各成分の前駆体を水溶液に溶解した後pH調整し水酸化物として沈殿させる共沈法などを用いることができる。   As a method for preparing the ammonia decomposition catalyst. A mixing method in which oxides of each component are mixed together, a loading method in which a material having a large specific surface area is loaded with a material having a small specific surface area, a precipitate in which the precursor of each component is dissolved in an aqueous solution and then adjusted to pH and precipitated as a hydroxide. The method etc. can be used. These preparation methods can be appropriately used as an ammonia decomposition catalyst after drying and baking. When preparing materials with ammonia-degrading ability and oxidizing ability, in addition to mixing individual materials, use a coprecipitation method in which the precursors of each component are dissolved in an aqueous solution and then adjusted to pH and precipitated as a hydroxide. be able to.

(アンモニア除去装置)
該アンモニア分解装置はアンモニアを水素と窒素に分解するものであるが、未反応などよりアンモニアが該装置から排出されることがあり、該アンモニアを吸着し系外へのアンモニアの排出を防止するために用いられるものがアンモニア除去装置である。
(Ammonia removal device)
The ammonia decomposing apparatus decomposes ammonia into hydrogen and nitrogen, but ammonia may be discharged from the apparatus due to unreacted, etc., in order to adsorb the ammonia and prevent discharge of ammonia out of the system. What is used for this is an ammonia removal device.

(アンモニア吸着剤)
該アンモニア除去装置には、アンモニア吸着剤を充填しアンモニアを吸着するものである。アンモニア吸着剤としては、アンモニア吸着熱が50〜180kJ/mol、当該吸着熱におけるアンモニア吸着総容量が0.1〜4mmol/gかつ細孔径50nm〜10μmの容積が0.1〜1mL/gであることを要する。
(Ammonia adsorbent)
The ammonia removing device is filled with an ammonia adsorbent and adsorbs ammonia. As the ammonia adsorbent, the ammonia adsorption heat is 50 to 180 kJ / mol, the total ammonia adsorption capacity at the adsorption heat is 0.1 to 4 mmol / g, and the volume of pore diameter 50 nm to 10 μm is 0.1 to 1 mL / g. It takes a thing.

アンモニア吸着熱が50〜180kJ/molであり、好ましくは90〜150kJ/molであり、更に好ましくは100〜140kJ/molである。アンモニア吸着熱とは、固体表面にアンモニアが吸着する際に生じる熱量である。アンモニア吸着熱が50kJ/molより小さいとアンモニア吸着力が弱すぎて、共存する水蒸気との競争吸着の影響により、アンモニアを十分吸着除去ができない。また180kJ/molより大きいと吸着が強すぎて脱着操作が困難になるからである。   The heat of ammonia adsorption is 50 to 180 kJ / mol, preferably 90 to 150 kJ / mol, and more preferably 100 to 140 kJ / mol. Ammonia adsorption heat is the amount of heat generated when ammonia is adsorbed on the solid surface. If the heat of ammonia adsorption is less than 50 kJ / mol, the ammonia adsorption power is too weak, and ammonia cannot be sufficiently adsorbed and removed due to the effect of competitive adsorption with coexisting water vapor. On the other hand, if it is higher than 180 kJ / mol, the adsorption is too strong and the desorption operation becomes difficult.

上記アンモニア吸着熱におけるアンモニアの吸着量総容量は、0.1〜4mmol/gであり、好ましくは0.5〜3mmol/gであり、更に好ましくは0.6〜2mmol/gである。該吸着総容量が0.1mmol/gより小さいと、アンモニア吸着に必要な吸着剤が大量に必要でありまた吸着器が大きくなりすぎる。また4mmol/gより大きな吸着剤は熱的に不安定なことが多く、実用には向かないからである。   The total amount of ammonia adsorbed in the ammonia adsorption heat is 0.1 to 4 mmol / g, preferably 0.5 to 3 mmol / g, and more preferably 0.6 to 2 mmol / g. When the total adsorption capacity is less than 0.1 mmol / g, a large amount of adsorbent necessary for ammonia adsorption is required and the adsorber becomes too large. Also, adsorbents larger than 4 mmol / g are often thermally unstable and are not suitable for practical use.

該細孔径50nm〜10μm(メソ〜マクロ細孔)の容積が0.1〜1mL/gであり、好ましくは0.3〜1mL/gである。該容積が0.1mL/gより小さいと吸着剤内部へのアンモニアの拡散が遅くなり吸着特性が悪化するので好ましくはなく、該容積が1mL/gより大きいと嵩密度が小さすぎて体積当たりの吸着容量が小さくなりまた吸着剤の強度が小さくなる問題が生じるので好ましくはないからである。   The volume of the pore diameter of 50 nm to 10 μm (meso to macropores) is 0.1 to 1 mL / g, preferably 0.3 to 1 mL / g. If the volume is smaller than 0.1 mL / g, the diffusion of ammonia into the adsorbent is slowed and the adsorption characteristics are deteriorated, which is not preferable. If the volume is larger than 1 mL / g, the bulk density is too small and the volume per volume is too small. This is because the adsorption capacity becomes small and the strength of the adsorbent becomes small, which is not preferable.

該吸着剤が細孔径1nm以下のミクロ孔を有するゼオライトなどの場合、その結晶子径は10nm〜1μmが好ましく、更に好ましくは10nm〜500nmである。結晶子径が10nm以下では結晶性が悪く十分な吸着能が得られないことがある。結晶子径が1μm以上ではミクロ孔の拡散が律速になることがあるからである。   When the adsorbent is a zeolite having a micropore having a pore diameter of 1 nm or less, the crystallite diameter is preferably 10 nm to 1 μm, more preferably 10 nm to 500 nm. When the crystallite diameter is 10 nm or less, the crystallinity is poor and sufficient adsorption ability may not be obtained. This is because when the crystallite diameter is 1 μm or more, the micropore diffusion may be rate-limiting.

該吸着剤は、耐水性を有する無機化合物であることが好ましい。アンモニア分解装置で水蒸気が発生するため、耐水性の無い無機化合物の場合ではアンモニア吸着能力が失われてしまうためである。該吸着剤の具体的な成分としては、ゼオライト(アルミノシリケート、フェリシリケートなどのメタロシリケート類およびシリコアルミノフォスフェートなどのメタロアルミノフォスフェート類)、酸性粘土鉱物、酸化ケイ素含有複合酸化物、酸化バナジウム含有複合酸化物、金属硫酸塩、金属リン酸塩から選ばれる少なくとも一種である。アンモニア吸着力の強い材が好ましく、例えばアンモニア吸着性能の高いゼオライトが好ましい。ゼオライトとしてはYゼオライト、モルデナイト、ZSM−5、βゼオライト、SAPO−11、SAPO−34などが用いることができる。   The adsorbent is preferably an inorganic compound having water resistance. This is because, in the case of an inorganic compound having no water resistance, ammonia adsorption ability is lost because water vapor is generated in the ammonia decomposition apparatus. Specific components of the adsorbent include zeolite (metallosilicates such as aluminosilicate and ferricsilicate and metalloaluminophosphates such as silicoaluminophosphate), acidic clay minerals, silicon oxide-containing composite oxides, vanadium oxide It is at least one selected from the containing composite oxide, metal sulfate, and metal phosphate. A material having a strong ammonia adsorption ability is preferable, for example, a zeolite having a high ammonia adsorption performance is preferable. As zeolite, Y zeolite, mordenite, ZSM-5, β zeolite, SAPO-11, SAPO-34 and the like can be used.

該吸着剤は、担体に担持したり、バインダーなどを加えて成形体にしたりして用いることができる。大量の水素を製造するためには、大量の原料ガスを処理する必要があるため、分解反応器に充填する触媒や吸着剤は通常のペレット状成形体を用いると圧力損失が大きくなり過ぎることがある。その場合はハニカム状の担体に担持するか、バインダーなどを加えてハニカム状に成形することが好ましい。   The adsorbent can be used by supporting it on a carrier or adding a binder to form a molded body. In order to produce a large amount of hydrogen, it is necessary to process a large amount of raw material gas. Therefore, the pressure loss of the catalyst and adsorbent filled in the cracking reactor may become too large if ordinary pellet-shaped molded bodies are used. is there. In that case, it is preferable to form a honeycomb-shaped carrier by supporting it on a honeycomb-shaped carrier or adding a binder.

(アンモニア吸着方法)
アンモニア吸着温度は、使用する吸着剤の性能により異なるが、好ましくは50〜350℃、更に好ましくは100〜300℃であり、吸着温度が50℃より低いと、拡散が遅くなる上、アンモニア燃焼で生成した水蒸気が吸着器内部で凝縮する恐れがある。また吸着温度が350℃より高いと、吸着平衡が不利になりアンモニア吸着量が少なくなるからである。
(Ammonia adsorption method)
Although the ammonia adsorption temperature varies depending on the performance of the adsorbent used, it is preferably 50 to 350 ° C., more preferably 100 to 300 ° C. When the adsorption temperature is lower than 50 ° C., diffusion is delayed and ammonia combustion is caused. The generated water vapor may condense inside the adsorber. Further, if the adsorption temperature is higher than 350 ° C., the adsorption equilibrium becomes disadvantageous and the ammonia adsorption amount decreases.

一方、該吸着剤に吸着したアンモニアを脱着させる温度は、使用する吸着剤の性能により異なるが、好ましくはアンモニアを吸着させたときの温度より50〜250℃高い温度が好ましく、更に好ましくは100〜200℃高い温度である。脱着温度が吸着温度より50℃以上高くないと、脱着の平衡が十分脱着側にならず脱着操作に長い時間を要する。また250℃より高いと再生用ガスを高温に加熱する必要がある上、吸着剤の熱安定性に問題が生じる恐れがあるからである。   On the other hand, the temperature at which ammonia adsorbed on the adsorbent is desorbed varies depending on the performance of the adsorbent used, but is preferably 50 to 250 ° C. higher than the temperature at which ammonia is adsorbed, more preferably 100 to The temperature is 200 ° C. higher. If the desorption temperature is not higher than the adsorption temperature by 50 ° C. or more, the desorption equilibrium does not sufficiently reach the desorption side, and a long time is required for the desorption operation. On the other hand, if the temperature is higher than 250 ° C., it is necessary to heat the regeneration gas to a high temperature, and there is a possibility that a problem arises in the thermal stability of the adsorbent.

脱着用のガスには空気を用いることが好ましい。脱着用ガスを空気とすることで、脱着後ガスをアンモニア分解反応における反応ガスとして使用することができ、余分なガスの熱交換の必要がないため、当該システム全体の熱効率が良いからである。また、脱着後ガス中に含まれるアンモニアを再度アンモニア分解装置で処理するため、大気中にアンモニアを放出することを防ぐことができるからである。脱着用ガスの供給量は、空間速度は1,000〜100,000h−1であり、好ましくは5,000〜50,000h−1である。 It is preferable to use air as the desorption gas. This is because, since the desorption gas is air, the desorbed gas can be used as a reaction gas in the ammonia decomposition reaction, and there is no need for heat exchange of excess gas, so that the thermal efficiency of the entire system is good. Moreover, since ammonia contained in the gas after desorption is treated again by the ammonia decomposition apparatus, it is possible to prevent ammonia from being released into the atmosphere. The supply amount of desorption gas space velocity is 1,000~100,000H -1, preferably 5,000~50,000h -1.

(スイッチング方式)
アンモニア吸着・脱着は、ガスの流れに対して並列に配置された複数の吸着器で構成され、一の吸着器がアンモニアを吸着する時に他の吸着器が吸着したアンモニアを排出し、該他の吸着器がアンモニアを吸着するときに該一の吸着器がアンモニアを排出することを繰り返すこと(スイッチング方式)でなされることが好ましい。アンモニア吸着器はアンモニアで飽和してしまうとそれ以上吸着できなくなってしまうので、吸着したアンモニアを脱着させ再生する必要がある。そのため該吸着装置は複数の吸着器から構成され、個々の吸着器でアンモニア吸着とアンモニア脱着を交互に行う方式を用いることにより連続的にアンモニアの系外への排出を防止することが長時間可能となる。
(Switching method)
Ammonia adsorption / desorption consists of a plurality of adsorbers arranged in parallel to the gas flow. When one adsorber adsorbs ammonia, it discharges the ammonia adsorbed by the other adsorber, When the adsorber adsorbs ammonia, the one adsorber preferably discharges ammonia (switching method). If the ammonia adsorber is saturated with ammonia, it can no longer be adsorbed, so it is necessary to desorb and regenerate the adsorbed ammonia. Therefore, the adsorption device is composed of a plurality of adsorbers, and it is possible to prevent ammonia from being discharged out of the system for a long time by using a system in which ammonia adsorption and ammonia desorption are alternately performed in each adsorber. It becomes.

交互に行う場合に、予め使用するアンモニア吸着剤のアンモニア吸着量とアンモニア分解装置から排出されるアンモニアの量を測定し、アンモニア吸着剤におけるアンモニア吸着量が飽和に達するまでに切替えることが好ましい。   When performing alternately, it is preferable to measure the amount of ammonia adsorbed by the ammonia adsorbent used in advance and the amount of ammonia discharged from the ammonia decomposition apparatus, and switch until the ammonia adsorbed amount in the ammonia adsorbent reaches saturation.

また、アンモニア吸着とアンモニア脱着を交互に行う際に、アンモニア脱着操作時における脱着ガス入口は、アンモニア吸着操作時における吸着ガス入口とは逆方向にすることが好ましい。アンモニア吸着操作時における吸着ガス入口と、アンモニア脱着操作時における脱着ガス入口を同方向にする場合、脱離したアンモニアがアンモニア未吸着部分に再吸着してしまうため、アンモニア吸着材の再生が困難になるからである。   In addition, when ammonia adsorption and ammonia desorption are alternately performed, it is preferable that the desorption gas inlet during the ammonia desorption operation be in the opposite direction to the adsorption gas inlet during the ammonia adsorption operation. If the adsorption gas inlet during the ammonia adsorption operation and the desorption gas inlet during the ammonia desorption operation are in the same direction, the desorbed ammonia will be re-adsorbed to the ammonia non-adsorbed part, making it difficult to regenerate the ammonia adsorbent. Because it becomes.

好ましい例として図1において水素製造用システムを示す。原料アンモニア(11)は熱交換器(4)を介して加熱されアンモニア分解装置(1)に導入される。一方、アンモニア燃焼用空気(12)は熱交換器(4)を介して加熱された後、三方弁によりアンモニアが吸着されたアンモニア吸着器B(3)に導入されアンモニアを脱着した後にアンモニア分解装置(1)に導入される。アンモニア分解装置(1)によりアンモニアの一部は燃焼されかつアンモニアは水素と窒素に分解される。アンモニア分解装置(1)から水素、窒素及び未反応アンモニアが排出され熱交換器(4)により冷却され三方弁を介してアンモニア吸着器A(2)に導入され、アンモニア吸着後のガスは三方弁を介してアンモニア除去処理水素含有ガス出口(13)を介して排出される。排出後のガスは他のガスを分離することで水素として用いることができる。   As a preferred example, a hydrogen production system is shown in FIG. The raw material ammonia (11) is heated via the heat exchanger (4) and introduced into the ammonia decomposition apparatus (1). On the other hand, after the ammonia combustion air (12) is heated through the heat exchanger (4), it is introduced into the ammonia adsorber B (3) where ammonia is adsorbed by the three-way valve, and the ammonia is desorbed and then the ammonia decomposing apparatus. Introduced in (1). A part of ammonia is combusted by the ammonia decomposing apparatus (1), and ammonia is decomposed into hydrogen and nitrogen. Hydrogen, nitrogen and unreacted ammonia are discharged from the ammonia decomposing apparatus (1), cooled by the heat exchanger (4), introduced into the ammonia adsorber A (2) through the three-way valve, and the gas after ammonia adsorption is the three-way valve. Through the ammonia removal treatment hydrogen-containing gas outlet (13). The discharged gas can be used as hydrogen by separating other gases.

これらの工程を用いることで、アンモニア分解反応に必要な反応熱エネルギーを外部から供給することによる装置の大型化を防止できるだけでなく、不必要に機器の増加することのないコンパクトな水素製造用システムを提供することができる。   By using these processes, it is possible not only to prevent an increase in the size of the apparatus by supplying reaction heat energy necessary for ammonia decomposition reaction from the outside, but also a compact hydrogen production system that does not unnecessarily increase the number of equipment. Can be provided.

また、アンモニア分解装置出口ガスと原料アンモニアおよび再生用空気を向流で熱交換を行い、水素含有ガスを冷却すると同時に原料アンモニアおよび再生用空気を必要な温度まで効率良く加熱することができる。   In addition, heat exchange can be performed in countercurrent between the ammonia decomposition apparatus outlet gas, the raw material ammonia, and the regeneration air to cool the hydrogen-containing gas, and at the same time, the raw material ammonia and the regeneration air can be efficiently heated to a required temperature.

以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は、下記実施例によって限定されるものではなく、発明の趣旨に適合しうる範囲で適宜変更して実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。   The present invention will be described more specifically with reference to the following examples. However, the present invention is not limited to the following examples, and may be implemented with appropriate modifications within a range that can be adapted to the gist of the invention. All of these are possible within the scope of the present invention.

(アンモニア分解触媒調製例1)
58.2gの硝酸コバルト六水和物、10.8gの硝酸セリウム六水和物を500gの純水に溶解させ、次いで、10.3gの水分散ジルコニアゾル(日産化学株式会社製、「ナノユース(登録商標)ZR−30AL」、酸化ジルコニウムとして30質量%含有)を追加した(水溶液A)。別途、74gの水酸化カリウムを1.5Lの純水に溶解させた水溶液Bを調製した。水溶液B5を、25℃で超音波を照射しつつ、且つ、スリーワンモーターで激しく攪拌した状態で、ここに水溶液Aを滴下し、微細な沈殿物を合成した。当該沈殿物をろ過により回収し、十分に水洗後、120℃で一晩乾燥させた。乾燥後の沈殿物をメノウ乳鉢で粉砕し、環状炉に充填して10体積%水素ガス(窒素希釈)を用いて450℃で1時間還元して触媒A1を得た。
(Ammonia decomposition catalyst preparation example 1)
58.2 g of cobalt nitrate hexahydrate, 10.8 g of cerium nitrate hexahydrate were dissolved in 500 g of pure water, and then 10.3 g of water-dispersed zirconia sol (manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd., “Nanouse ( (Registered trademark) ZR-30AL ", containing 30% by mass as zirconium oxide) was added (aqueous solution A). Separately, an aqueous solution B in which 74 g of potassium hydroxide was dissolved in 1.5 L of pure water was prepared. While the aqueous solution B5 was irradiated with ultrasonic waves at 25 ° C. and vigorously stirred with a three-one motor, the aqueous solution A was added dropwise thereto to synthesize a fine precipitate. The precipitate was collected by filtration, sufficiently washed with water, and dried overnight at 120 ° C. The dried precipitate was pulverized in an agate mortar, filled in an annular furnace, and reduced at 450 ° C. for 1 hour using 10 vol% hydrogen gas (diluted with nitrogen) to obtain catalyst A1.

(アンモニア吸着剤調製例1)
50.0gのY−ゼオライト(東ソー株式会社製ハイシリカゼオライトHSZ−331HSA)粉末を油圧プレス機で20MPaの圧力でディスク状に成形し、ディスクを粗く砕き、1μm程度に整粒することでアンモニア吸着剤B1を得た。使用したY−ゼオライトの吸着熱・吸着容量は表1に示した。また、細孔径50nm〜10μmの範囲の細孔容積は0.41mL/g、ゼオライト結晶径は400nmであった。
(Ammonia adsorbent preparation example 1)
50.0 g of Y-zeolite (high silica zeolite HSZ-331HSA manufactured by Tosoh Corporation) was formed into a disk shape at a pressure of 20 MPa with a hydraulic press, and the disk was roughly crushed and sized to about 1 μm to adsorb ammonia. Agent B1 was obtained. The heat of adsorption and adsorption capacity of the Y-zeolite used are shown in Table 1. Further, the pore volume within the pore diameter range of 50 nm to 10 μm was 0.41 mL / g, and the zeolite crystal diameter was 400 nm.

Figure 0006180252
Figure 0006180252

(アンモニア分解反応工程)
10mmφのSUS316製反応管を用い、アンモニア分解触媒A1を1mL充填して酸素共存下でのアンモニア分解反応を行った。常圧下、1時間当たりの空間速度を40,000h-1とし、電気炉で反応管を加熱し、電気炉設定温度600℃でのアンモニア分解率を測定した。アンモニア分解反応は、触媒に供給する入口ガス組成をアンモニア50体積%、空気50体積%として実施した。反応器内部温度は入口で400℃、最高温度はアンモニアの燃焼により最大850℃まで上昇した。
(Ammonia decomposition reaction process)
Using a 10 mmφ SUS316 reaction tube, 1 mL of ammonia decomposition catalyst A1 was charged to perform ammonia decomposition reaction in the presence of oxygen. Under normal pressure, the space velocity per hour was 40,000 h −1 , the reaction tube was heated in an electric furnace, and the ammonia decomposition rate at an electric furnace set temperature of 600 ° C. was measured. The ammonia decomposition reaction was carried out with the composition of the inlet gas supplied to the catalyst being 50 volume% ammonia and 50 volume% air. The internal temperature of the reactor was 400 ° C. at the inlet, and the maximum temperature rose to a maximum of 850 ° C. by ammonia combustion.

アンモニア分解率は、触媒出口ガス中の未反応アンモニアをホウ酸水溶液で一定時間捕集し、当該捕集液に含まれるアンモニア濃度を陽イオンクロマトグラフで定量分析して出口ガス中のアンモニア残存量を求めた。なお、触媒の前処理として窒素で希釈した10%水素を毎分100mlで流通しながら450℃で1時間還元を行ってから水蒸気共存下でのアンモニア分解反応を実施した。原料のアンモニアはほとんどが分解し、分解反応器出口ガス中の水素は38.5体積%、水蒸気は15.0体積%、窒素は46.2体積%であった。わずかに残存するアンモニアは分解反応器出口ガス中0.2体積%の濃度であった。   The ammonia decomposition rate is determined by collecting unreacted ammonia in the catalyst outlet gas with an aqueous boric acid solution for a certain period of time, and quantitatively analyzing the ammonia concentration in the collected liquid with a cation chromatograph, and the amount of ammonia remaining in the outlet gas. Asked. In addition, as a pretreatment of the catalyst, 10% hydrogen diluted with nitrogen was reduced at 450 ° C. for 1 hour while flowing at 100 ml per minute, and then an ammonia decomposition reaction was carried out in the presence of water vapor. Most of the raw material ammonia was decomposed, hydrogen in the cracking reactor outlet gas was 38.5% by volume, water vapor was 15.0% by volume, and nitrogen was 46.2% by volume. A slight amount of remaining ammonia was 0.2% by volume in the cracking reactor outlet gas.

(アンモニア吸着除去工程1)
10mmφのSUS316反応管を用い、アンモニア吸着剤B1を3.0mL充填した。アンモニア分解工程出口ガスを250℃まで冷却し、吸着器に流通させた。吸着温度は吸着管器を電気炉内に設置し250℃に保った。吸着器出口ガス中のアンモニアは吸着除去工程開始後から10分間1ppm以下に保たれ、十分アンモニアを除去することができた。
(Ammonia adsorption removal step 1)
Using a 10 mmφ SUS316 reaction tube, 3.0 mL of ammonia adsorbent B1 was filled. The ammonia decomposition process outlet gas was cooled to 250 ° C. and passed through the adsorber. The adsorption temperature was maintained at 250 ° C. by installing an adsorption tube in an electric furnace. The ammonia in the adsorber outlet gas was kept at 1 ppm or less for 10 minutes after the start of the adsorption removal process, and the ammonia could be removed sufficiently.

(アンモニア脱着再生工程1)
10分間吸着操作後、吸着器の温度を500℃に変更し、アンモニア分解反応工程で用いたときと同流量の空気を吸着器の吸着時とは逆方向から流通させて、脱着再生操作を10分間行った。脱着開始後、吸着されていたアンモニアが脱着し出口ガス中に検出された。10分後、吸着管出口ガス中にアンモニアは1ppm以下であることを確認し、吸着剤が再生されたことが確認できた。
(Ammonia desorption regeneration process 1)
After the adsorption operation for 10 minutes, the temperature of the adsorber is changed to 500 ° C., and air having the same flow rate as that used in the ammonia decomposition reaction step is circulated from the opposite direction to the adsorption time of the adsorber to perform the desorption regeneration operation. Went for a minute. After the start of desorption, the adsorbed ammonia was desorbed and detected in the outlet gas. After 10 minutes, it was confirmed that ammonia was 1 ppm or less in the adsorption tube outlet gas, and it was confirmed that the adsorbent was regenerated.

(アンモニア分解反応工程・吸着除去工程のアンモニア分解率・除去率の測定)
アンモニア分解率/除去率は、反応器/吸着器出口ガス中に含まれる未反応アンモニアをホウ酸水溶液(ホウ酸濃度10g/L)で一定時間捕集し、当該捕集液に含まれるアンモニウムイオン量を陽イオンクロマトグラフ(東ソー株式会社製イオンクロマトグラフIC−2001)で定量分析することで出口ガス中のアンモニア残存量を求めた。アンモニウムイオン標準液(和光純薬株式会社製)を用いて検量線を作成し、検量線との比較でアンモニウムイオン量を定量した。
(Measurement of ammonia decomposition rate and removal rate in ammonia decomposition reaction process and adsorption removal process)
Ammonia decomposition rate / removal rate is determined by collecting unreacted ammonia contained in the reactor / adsorber outlet gas with a boric acid aqueous solution (boric acid concentration 10 g / L) for a certain period of time, and ammonium ions contained in the collected solution. The amount of ammonia remaining in the outlet gas was determined by quantitatively analyzing the amount with a cation chromatograph (ion chromatograph IC-2001 manufactured by Tosoh Corporation). A calibration curve was prepared using an ammonium ion standard solution (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), and the amount of ammonium ions was quantified by comparison with the calibration curve.

(吸着熱、吸着容量の測定)
吸着熱、吸着容量の測定は、文献「ゼオライト、45(5)、388−394(2003)」に記載された方法により測定した。以下に具体的に述べる。
(Measurement of heat of adsorption and adsorption capacity)
The heat of adsorption and the adsorption capacity were measured by the methods described in the literature “Zeolite, 45 (5), 388-394 (2003)”. The details will be described below.

吸着熱、吸着容量は、アンモニア昇温脱離分析により得られたデータを解析して得ることができる。アンモニア昇温脱離分析には、触媒分析装置(日本ベル株式会社製触媒分析装置BEL−CAT−A、検出器:四重極形質量分析計)を用いた。まず、吸着剤をサンプル管に充填し、ヘリウム流通下500℃で1時間保持した後、100℃に降温した。次に、サンプル管を100℃に保持したまま、10%NH/Nガスを30分間管内に流通させることで吸着剤にアンモニアを吸着させた。続いて、吸着剤に加湿したヘリウムガスを30分間流通させた後、乾燥ヘリウムガスを30分間流通させた(水蒸気処理)。当該水蒸気処理を2回繰り返し行った後、ヘリウムガスを流量30mL/minで流通しながら、600℃まで昇温速度10K/minで昇温し、アンモニア昇温脱離を実施した。四重極形質量分析計のアンモニアのフラグメントマスナンバーは16を用いた。得られたアンモニア昇温脱離パターンを吸着熱と吸着容量をパラメーターとした、パラメーターフィッティング法によって、吸着熱と吸着容量を決定した。 The heat of adsorption and adsorption capacity can be obtained by analyzing the data obtained by ammonia temperature programmed desorption analysis. For ammonia temperature programmed desorption analysis, a catalyst analyzer (catalyst analyzer BEL-CAT-A manufactured by Nippon Bell Co., Ltd., detector: quadrupole mass spectrometer) was used. First, the adsorbent was filled in a sample tube, held at 500 ° C. for 1 hour under a helium flow, and then cooled to 100 ° C. Next, ammonia was adsorbed to the adsorbent by flowing 10% NH 3 / N 2 gas through the tube for 30 minutes while maintaining the sample tube at 100 ° C. Subsequently, a humidified helium gas was allowed to flow through the adsorbent for 30 minutes, and then a dry helium gas was allowed to flow for 30 minutes (water vapor treatment). After the steam treatment was repeated twice, the temperature was increased to 600 ° C. at a temperature increase rate of 10 K / min while flowing helium gas at a flow rate of 30 mL / min, and ammonia temperature desorption was performed. The ammonia fragment mass number of the quadrupole mass spectrometer was 16. The obtained ammonia temperature-programmed desorption pattern was determined by a parameter fitting method using adsorption heat and adsorption capacity as parameters.

(細孔分析)
吸着剤の細孔分布分析には、細孔分布測定装置(Micromeritics社製AutoPoreIV9520)を用いた。測定に際して、吸着剤粉末を塩化ビニル製リングに充填し、油圧プレス機を使って圧力20MPaで押し固め、得られたディスク状吸着剤を粗く砕いたものを測定し、吸着剤の細孔径分布、細孔容積を得た。
(Pore analysis)
For the pore distribution analysis of the adsorbent, a pore distribution measuring device (AutoPore IV9520 manufactured by Micromeritics) was used. Upon measurement, the adsorbent powder was filled into a vinyl chloride ring and pressed using a hydraulic press at a pressure of 20 MPa, and the resulting disc-shaped adsorbent was roughly crushed, and the pore size distribution of the adsorbent was measured. The pore volume was obtained.

(結晶径測定)
吸着剤の結晶径は、走査型電子顕微鏡(日本電子株式会社製電子顕微鏡JSM−7600F)の電子顕微鏡画像から見積もった。銅サンプル台にカーボンテープを貼り付け、テープ上に吸着剤粉末を微量貼り付けた後、120℃乾燥機で1晩乾燥させたものを観察した。電子顕微鏡の測定条件として、加速電圧は2.0kVで観察を実施した。
(Crystal diameter measurement)
The crystal diameter of the adsorbent was estimated from an electron microscope image of a scanning electron microscope (Electron Microscope JSM-7600F manufactured by JEOL Ltd.). A carbon tape was affixed to a copper sample stand, and a small amount of adsorbent powder was affixed on the tape, and then dried with a 120 ° C. dryer overnight. As an electron microscope measurement condition, the observation was performed with an acceleration voltage of 2.0 kV.

(熱収支)
図1と実施例1に従ってシステムの熱収支を求めると、系内に流入する流体は室温の11の原料アンモニアと12の燃焼用空気であり、流出するのは250℃の13水素含有ガスである。流入する原料ガスのエンタルピー流入速度は25℃の各物質の標準生成熱から−33.0kJ/hであり、流出する水素含有ガスのエンタルピー流出速度は−58.7kJ/hである。その差は−25.7kJ/hであり、出口ガスの持つ熱量の方が大きく、系内に熱を供給する必要がない。また脱着再生用の空気加熱に必要な熱量は分解反応器出口ガスとの熱交換によって供給することができる。
(比較例)
(Heat balance)
When the heat balance of the system is determined according to FIG. 1 and Example 1, the fluid flowing into the system is 11 raw material ammonia at room temperature and 12 combustion air, and the outflow is 13 hydrogen-containing gas at 250 ° C. . The enthalpy inflow rate of the inflowing raw material gas is −33.0 kJ / h from the standard heat of formation of each substance at 25 ° C., and the enthalpy outflow rate of the outflowing hydrogen-containing gas is −58.7 kJ / h. The difference is −25.7 kJ / h, the amount of heat of the outlet gas is larger, and it is not necessary to supply heat into the system. The amount of heat required for air heating for desorption regeneration can be supplied by heat exchange with the decomposition reactor outlet gas.
(Comparative example)

(アンモニア吸着剤調製例・アンモニア吸着除去・脱着再生工程2)
アンモニアを含む、一般的な吸着剤として用いられる活性炭粉末50.0gを油圧プレス機で20MPaの圧力でディスク状に成形し、ディスクを粗く砕き、1μm程度に整粒することでアンモニア吸着剤B2を得た。使用した活性炭のアンモニア吸着容量を測定したところ、水蒸気処理をしない測定条件ではアンモニア吸着容量は0.1mmol/gであった。水蒸気が共存する条件下では、アンモニアの吸着能は無くなるからであると考えられる。アンモニア吸着除去工程1、及びアンモニア脱着再生工程1において、アンモニア吸着剤B1をアンモニア吸着剤B2に変更して同様の操作を行ったが、吸着除去工程において、吸着器出口ガス中のアンモニア濃度は常に0.2体積%であり、出口ガスアンモニアを吸着することができなかった。これは、水蒸気が共存する条件下では、アンモニアの吸着能が失われるからであると考えられる。
(Ammonia adsorbent preparation example, ammonia adsorption removal, desorption regeneration process 2)
The ammonia adsorbent B2 is prepared by forming 50.0 g of activated carbon powder containing ammonia and used as a general adsorbent into a disk shape at a pressure of 20 MPa with a hydraulic press, crushing the disk roughly, and adjusting the particle size to about 1 μm. Obtained. When the ammonia adsorption capacity of the used activated carbon was measured, the ammonia adsorption capacity was 0.1 mmol / g under the measurement conditions without steam treatment. This is presumably because ammonia adsorbing ability disappears under conditions where water vapor coexists. In the ammonia adsorption removal process 1 and the ammonia desorption regeneration process 1, the same operation was performed by changing the ammonia adsorbent B1 to the ammonia adsorbent B2. However, in the adsorption removal process, the ammonia concentration in the adsorber outlet gas is always It was 0.2% by volume, and the outlet gas ammonia could not be adsorbed. This is presumably because the ability to adsorb ammonia is lost under conditions where water vapor coexists.

本発明は水素製造方法であり水素を必要とするプラント、特に省エネルギーかつコンパクトなスペースにおいて水素供給源として利用することができる。   The present invention is a hydrogen production method and can be used as a hydrogen supply source in a plant that requires hydrogen, particularly in an energy-saving and compact space.

(1):アンモニア分解装置
(2):アンモニア吸着器A(アンモニア吸着操作中)
(3):アンモニア吸着器B(アンモニア脱着操作中)
(4):熱交換器
(5)〜(10):三方弁
(11):原料アンモニア入口
(12):アンモニア燃焼用空気入口
(13)アンモニア除去処理水素含有ガス出口
(1): Ammonia decomposition device (2): Ammonia adsorber A (during ammonia adsorption operation)
(3): Ammonia adsorber B (during ammonia desorption operation)
(4): Heat exchangers (5) to (10): Three-way valve (11): Raw material ammonia inlet (12): Ammonia combustion air inlet (13) Ammonia removal treatment hydrogen-containing gas outlet

Claims (3)

アンモニアを水素と窒素に分解するアンモニア分解装置と、該分解装置から排出されるアンモニアを吸着除去するアンモニア吸着装置とを具備し、該アンモニア吸着装置に、アンモニア吸着熱が50〜180kJ/mol、アンモニア吸着容量が0.1〜4mmol/gかつ細孔径50nm〜10μm(以下、「マクロ細孔」とも称する)の容積が0.1〜1ml/gであるアンモニア吸着剤が含まれることを特徴とする水素製造システム。 An ammonia decomposing apparatus that decomposes ammonia into hydrogen and nitrogen, and an ammonia adsorbing apparatus that adsorbs and removes ammonia discharged from the decomposing apparatus. The ammonia adsorbing apparatus has an ammonia adsorption heat of 50 to 180 kJ / mol, ammonia. An ammonia adsorbent having an adsorption capacity of 0.1 to 4 mmol / g and a pore diameter of 50 nm to 10 μm (hereinafter also referred to as “macropore”) is contained in an amount of 0.1 to 1 ml / g. Hydrogen production system. 該アンモニア吸着剤がゼオライト、酸性粘土鉱物、酸化ケイ素含有複合酸化物、酸化バナジウム含有複合酸化物、金属硫酸塩および金属リン酸塩から選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする請求項1記載の水素製造システム。 The ammonia adsorbent is at least one selected from zeolite, acidic clay mineral, silicon oxide-containing composite oxide, vanadium oxide-containing composite oxide, metal sulfate and metal phosphate. Hydrogen production system. 該アンモニア吸着剤の運転時におけるアンモニア吸着温度が50〜350℃でアンモニアを吸着し、かつアンモニア脱着温度がアンモニア吸着温度より50〜250℃高い温度で吸着剤が再生されることを特徴とする請求項1記載の水素製造システム。 The ammonia is adsorbed at an ammonia adsorption temperature of 50 to 350 ° C during operation of the ammonia adsorbent, and the adsorbent is regenerated at an ammonia desorption temperature of 50 to 250 ° C higher than the ammonia adsorption temperature. Item 2. The hydrogen production system according to Item 1.
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