JP7414933B1 - High purity hydrogen production equipment and production method using ammonia - Google Patents

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Abstract

【課題】アンモニア分解反応を用いた水素の産生工程において、分解反応器において起こる腐食の問題を解決するアンモニアを用いた高純度水素の製造装置及び製造方法を提供する。【解決手段】アンモニア分解反応を通じてアンモニアを分解し、前記アンモニア分解反応から生成された水素、窒素及び未反応アンモニアを含む反応生成物を排出する分解反応部と、第1のアンモニア供給部から供給されたアンモニアを燃焼させて、前記分解反応部を加熱する燃焼部と、第2のアンモニア供給部から供給された液状アンモニアを気化させる気化器及び前記気化器から中間連結ラインを介して供給されたアンモニアを予熱(preheating)する予熱器を有する気化予熱部と、前記中間連結ラインに水素を供給する水素供給部と、前記反応生成物から高純度水素を分離・精製する吸着精製部と、を備える。【選択図】図1The present invention provides an apparatus and method for producing high-purity hydrogen using ammonia that solves the problem of corrosion occurring in a decomposition reactor in a hydrogen production process using an ammonia decomposition reaction. A decomposition reaction section that decomposes ammonia through an ammonia decomposition reaction and discharges a reaction product containing hydrogen, nitrogen, and unreacted ammonia generated from the ammonia decomposition reaction, and a first ammonia supply section that decomposes ammonia. a combustion section that heats the decomposition reaction section by burning ammonia, a vaporizer that vaporizes liquid ammonia supplied from a second ammonia supply section, and ammonia supplied from the vaporizer via an intermediate connection line. a vaporization preheating section having a preheater for preheating hydrogen, a hydrogen supply section for supplying hydrogen to the intermediate connection line, and an adsorption purification section for separating and purifying high purity hydrogen from the reaction product. [Selection diagram] Figure 1

Description

本発明は、装置及び方法に係り、さらに詳しくは、アンモニアを用いて高純度水素を製造するための製造装置及び製造方法に関する。 The present invention relates to an apparatus and method, and more particularly, to an apparatus and method for producing high-purity hydrogen using ammonia.

アンモニア分解反応は、2つのアンモニア分子が1つの窒素分子及び3つの水素分子に分解される反応(NH→N+3H)であり、吸熱反応であって、約46kJ/molの熱量を必要とする。このようなアンモニア分解反応を通じた水素の製造方式が、通常のガス関係の産業分野または半導体及びLCD工場において所要の高純度水素を製造するために広く用いられている。 The ammonia decomposition reaction is a reaction in which two ammonia molecules are decomposed into one nitrogen molecule and three hydrogen molecules (NH 3 → N 2 + 3H 2 ), and is an endothermic reaction that requires approximately 46 kJ/mol of heat. shall be. This method of producing hydrogen through an ammonia decomposition reaction is widely used to produce high-purity hydrogen required in common gas-related industries or semiconductor and LCD factories.

一般に、アンモニア分解反応を通じて水素を製造するに際して、常温のアンモニアが熱交換を通じて高温に予熱された後に分解反応器に供給されるが、このようにして加熱されたアンモニアは、窒化反応を通じて金属製の配管及び分解反応器を腐食させ、その結果、製造装置の寿命が短くなってしまうという不都合が存在する。さらに、予熱器と、予熱器の後端から分解反応器までをつなぐ配管及び分解反応器が高温のアンモニアに晒され続けることにより、窒化が行われる場合に深刻な腐食の問題が生じてしまう虞がある。 Generally, when producing hydrogen through an ammonia decomposition reaction, ammonia at room temperature is preheated to a high temperature through heat exchange and then supplied to a decomposition reactor. The disadvantage is that it corrodes the piping and the cracking reactor, resulting in a shortened life span of the production equipment. Furthermore, if the preheater, the piping connecting the rear end of the preheater to the decomposition reactor, and the decomposition reactor are continuously exposed to high-temperature ammonia, serious corrosion problems may occur when nitriding is carried out. There is.

本発明が解決しようとする技術的課題は、アンモニア分解反応を用いた水素の産生工程において、高温のアンモニアにより、予熱器及び予熱器と分解反応器とをつなぐ配管における腐食の発生を防ぐだけではなく、このような配管を介して高温のアンモニアが流れ込む分解反応器において起こる腐食の問題(すなわち、分解反応器を構成する金属製の反応器本体、分解反応器内の充填物及び触媒などの腐食)を解決することのできる、アンモニアを用いた高純度水素の製造装置及び製造方法を提供することである。 The technical problem to be solved by the present invention is to prevent corrosion in the preheater and the piping connecting the preheater and the decomposition reactor due to high-temperature ammonia in the hydrogen production process using an ammonia decomposition reaction. Corrosion problems occur in decomposition reactors where high-temperature ammonia flows through such piping (i.e., corrosion of the metal reactor body, the packing inside the decomposition reactor, the catalyst, etc.) ) An object of the present invention is to provide an apparatus and method for producing high-purity hydrogen using ammonia, which can solve the problem.

本発明が解決しようとする技術的課題は、上述した技術的課題に何ら制限されるものではなく、未言及の他の技術的課題は、次の記載から本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者にとって明らかに理解できる筈である。 The technical problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned technical problems, and other unmentioned technical problems can be solved from the following description by those who are common knowledge in the technical field to which the present invention belongs. It should be clearly understandable for those who have the following.

上記の技術的課題を達成するために、本発明の一実施形態に係るアンモニアを用いた高純度水素の製造装置は、アンモニア分解反応を通じてアンモニアを分解し、前記アンモニア分解反応から生成された水素、窒素及び未反応アンモニアを含む反応生成物を排出する分解反応部と、第1のアンモニア供給部から供給されたアンモニアを燃焼させて、前記分解反応部を加熱する燃焼部と、第2のアンモニア供給部から供給された液状アンモニアを気化させる気化器と、前記気化器から中間連結ラインを介して供給されたアンモニアを予熱(preheating)する予熱器と、を有する気化予熱部と、前記中間連結ラインに水素を供給する水素供給部と、前記反応生成物から高純度水素を分離・精製する吸着精製部と、を備えていてもよい。 In order to achieve the above technical problem, an apparatus for producing high purity hydrogen using ammonia according to an embodiment of the present invention decomposes ammonia through an ammonia decomposition reaction, and hydrogen generated from the ammonia decomposition reaction, a decomposition reaction section that discharges a reaction product containing nitrogen and unreacted ammonia; a combustion section that heats the decomposition reaction section by burning ammonia supplied from a first ammonia supply section; and a second ammonia supply. a vaporization preheating section having a vaporizer for vaporizing liquid ammonia supplied from the section, and a preheater for preheating the ammonia supplied from the vaporizer via the intermediate connection line; The hydrogen supply unit may include a hydrogen supply unit that supplies hydrogen, and an adsorption purification unit that separates and purifies high-purity hydrogen from the reaction product.

本発明の実施形態において、前記水素供給部は、前記分解反応部の後端と、前記吸着精製部の前端もしくは後端と、分離・精製された高純度水素が貯留された水素貯留部と、のうちのいずれか一つに配置される内部供給部、及び前記反応生成物、前記アンモニア及び前記高純度水素が通過する連結ラインの外部に配置された外部供給部のうちの少なくとも一方を備えていてもよい。 In an embodiment of the present invention, the hydrogen supply section includes a rear end of the decomposition reaction section, a front end or a rear end of the adsorption purification section, and a hydrogen storage section in which separated and purified high-purity hydrogen is stored. an internal supply section disposed in any one of the above, and an external supply section disposed outside the connection line through which the reaction product, the ammonia, and the high-purity hydrogen pass. You can.

本発明の実施形態において、前記内部供給部は、前記分解反応部から排出された反応生成物の一部を前記中間連結ラインに供給する第1の供給部と、前記吸着精製部に供給される反応生成物の一部を前記中間連結ラインに供給する第2の供給部と、前記吸着精製部において分離・精製されて排出される高純度水素の一部を前記中間連結ラインに供給する第3の供給部と、前記水素貯留部に貯留された高純度水素の一部を前記中間連結ラインに供給する第4の供給部と、のうちの少なくとも一つを備えていてもよい。 In an embodiment of the present invention, the internal supply section is supplied to a first supply section that supplies a part of the reaction product discharged from the decomposition reaction section to the intermediate connection line, and to the adsorption purification section. a second supply section that supplies a portion of the reaction product to the intermediate connection line; and a third supply section that supplies a portion of the high-purity hydrogen separated and purified in the adsorption purification section and discharged to the intermediate connection line. and a fourth supply section that supplies a portion of the high-purity hydrogen stored in the hydrogen storage section to the intermediate connection line.

本発明の実施形態において、前記水素供給部は、前記中間連結ラインとは異なる位置に配置された水素流入地点に水素を供給してもよい。 In an embodiment of the present invention, the hydrogen supply unit may supply hydrogen to a hydrogen inflow point located at a different location from the intermediate connection line.

本発明の実施形態において、前記水素流入地点は、互いに異なる複数に配備され、前記水素供給部は、複数の前記水素流入地点のうちの少なくとも一つに水素を供給してもよい。 In an embodiment of the present invention, a plurality of different hydrogen inflow points may be provided, and the hydrogen supply unit may supply hydrogen to at least one of the plurality of hydrogen inflow points.

本発明の実施形態において、前記水素流入地点は、前記第2のアンモニア供給部と前記気化器とをつなぐ第1の供給ラインと連結される第1の流入地点と、前記予熱器と前記分解反応部とをつなぐ第2の供給ラインと連結される第2の流入地点と、のうちの少なくとも一方を備えていてもよい。 In an embodiment of the present invention, the hydrogen inflow point includes a first inflow point connected to a first supply line connecting the second ammonia supply unit and the vaporizer, and a first inflow point connected to the preheater and the decomposition reaction and a second inflow point connected to a second supply line connecting the part.

上記の技術的課題を達成するために、本発明の一実施形態に係るアンモニアを用いた高純度水素の製造方法は、気化器が、第2のアンモニア供給部から供給された液状アンモニアを気化させて気相アンモニアを生成するステップと、水素供給部が、前記気化器と予熱器とをつなぐ中間連結ラインに水素を供給するステップと、前記予熱器が、前記気相アンモニアを予熱して分解反応部に供給するステップと、燃焼部が、第1のアンモニア供給部から供給されたアンモニアを燃焼させて、前記分解反応部を加熱するステップと、前記分解反応部が、アンモニア分解反応を通じてアンモニアを分解して水素、窒素及び未反応アンモニアを含む反応生成物を排出するステップと、吸着精製部が、前記反応生成物から窒素及び未反応アンモニアを吸着して取り除いて、高純度水素を分離・精製するステップと、を含んでいてもよい。 In order to achieve the above technical problem, a method for producing high-purity hydrogen using ammonia according to an embodiment of the present invention includes a vaporizer that vaporizes liquid ammonia supplied from a second ammonia supply section. a step in which a hydrogen supply unit supplies hydrogen to an intermediate connecting line connecting the vaporizer and a preheater; and a step in which the preheater preheats the gaseous ammonia to cause a decomposition reaction. a step in which the combustion section burns the ammonia supplied from the first ammonia supply section to heat the decomposition reaction section; and the decomposition reaction section decomposes ammonia through the ammonia decomposition reaction. and discharging reaction products containing hydrogen, nitrogen, and unreacted ammonia; and an adsorption purification unit adsorbing and removing nitrogen and unreacted ammonia from the reaction products to separate and purify high-purity hydrogen. It may include steps.

本発明の実施形態において、内部供給部が、前記中間連結ラインに反応生成物または水素を供給するステップをさらに含んでいてもよい。 In an embodiment of the present invention, the internal supply unit may further include supplying a reaction product or hydrogen to the intermediate connection line.

本発明の実施形態において、前記内部供給部は、前記分解反応部から排出された反応生成物の一部を前記中間連結ラインに供給する第1の供給部と、前記吸着精製部に供給される反応生成物の一部を前記中間連結ラインに供給する第2の供給部と、前記吸着精製部において分離・精製された高純度水素の一部を前記中間連結ラインに供給する第3の供給部と、水素貯留部に貯留された高純度水素の一部を前記中間連結ラインに供給する第4の供給部と、のうちの少なくとも一つを備えていてもよい。 In an embodiment of the present invention, the internal supply section is supplied to a first supply section that supplies a part of the reaction product discharged from the decomposition reaction section to the intermediate connection line, and to the adsorption purification section. a second supply section that supplies a portion of the reaction product to the intermediate connection line; and a third supply section that supplies a portion of the high-purity hydrogen separated and purified in the adsorption purification section to the intermediate connection line. and a fourth supply section that supplies a portion of the high-purity hydrogen stored in the hydrogen storage section to the intermediate connection line.

本発明の実施形態において、前記水素供給部が、前記中間連結ラインとは異なる位置に配置された水素流入地点に水素を供給するステップをさらに含んでいてもよい。 In an embodiment of the present invention, the hydrogen supply unit may further include supplying hydrogen to a hydrogen inlet point located at a different location from the intermediate connection line.

本発明の実施形態において、前記水素流入地点は、前記第2のアンモニア供給部と前記気化器とをつなぐ第1の供給ラインと連結される第1の流入地点と、前記予熱器と前記分解反応部とをつなぐ第2の供給ラインと連結される第2の流入地点と、のうちの少なくともどちらか一方を備えていてもよい。 In an embodiment of the present invention, the hydrogen inflow point includes a first inflow point connected to a first supply line connecting the second ammonia supply unit and the vaporizer, and a first inflow point connected to the preheater and the decomposition reaction and a second inflow point connected to a second supply line connecting the parts.

上記の技術的課題を達成するために、本発明の別の実施形態に係るアンモニアを用いた高純度水素の製造装置は、アンモニア分解反応を通じてアンモニアを分解し、前記アンモニア分解反応から生成された水素、窒素及び未反応アンモニアを含む反応生成物を排出する分解反応部と、第1のアンモニア供給部から供給されたアンモニアを燃焼させて、前記分解反応部を加熱する燃焼部と、第2のアンモニア供給部から供給された液状アンモニアを気化させる気化器及び前記気化器から中間連結ラインを介して供給されたアンモニアを予熱(preheating)する予熱器を有する気化予熱部と、予熱されたアンモニアの一部を触媒反応を通じて分解して、水素を産生する触媒反応部と、前記反応生成物から高純度水素を分離・精製する吸着精製部と、を備えていてもよい。 In order to achieve the above technical problem, an apparatus for producing high-purity hydrogen using ammonia according to another embodiment of the present invention decomposes ammonia through an ammonia decomposition reaction, and produces hydrogen produced from the ammonia decomposition reaction. , a decomposition reaction part that discharges a reaction product containing nitrogen and unreacted ammonia, a combustion part that heats the decomposition reaction part by burning ammonia supplied from a first ammonia supply part, and a second ammonia supply part. A vaporization preheating section including a vaporizer for vaporizing liquid ammonia supplied from the supply section and a preheater for preheating the ammonia supplied from the vaporizer via an intermediate connection line, and a part of the preheated ammonia. It may also include a catalytic reaction section that decomposes hydrogen through a catalytic reaction to produce hydrogen, and an adsorption purification section that separates and purifies high-purity hydrogen from the reaction product.

本発明の実施形態において、前記触媒反応部において産生された水素と窒素は、未反応アンモニアとともに前記分解反応部に供給されてもよい。 In an embodiment of the present invention, hydrogen and nitrogen produced in the catalytic reaction section may be supplied to the decomposition reaction section together with unreacted ammonia.

本発明の実施形態において、前記触媒反応は、前記予熱器により加熱されたアンモニアに含まれている熱エネルギーを用いて行われてもよい。 In an embodiment of the present invention, the catalytic reaction may be performed using thermal energy contained in ammonia heated by the preheater.

本発明の実施形態において、前記触媒反応は、前記触媒反応は、電気加熱方式を用いて行われてもよい。 In an embodiment of the present invention, the catalytic reaction may be performed using an electric heating method.

本発明に実施形態に係る高純度水素の製造装置及び製造方法は、分解反応部の後端、吸着精製部の前端もしくは後端、及び水素貯留部から気化器と予熱器との間へと水素をさらに供給することにより、高温の気相アンモニアによる、予熱器、分解反応部及び予熱器の後端と分解反応部とをつなぐ配管における腐食の発生を抑えることができる。なお、気化器と予熱器との間の他に、水素流入地点に水素をさらに供給することにより、高温の気相アンモニアによる、分解反応部の腐食を防ぐことができる。 The high-purity hydrogen production apparatus and production method according to the embodiment of the present invention provides hydrogen from the rear end of the decomposition reaction section, the front end or rear end of the adsorption purification section, and the hydrogen storage section between the vaporizer and the preheater. By further supplying , it is possible to suppress the occurrence of corrosion in the preheater, the decomposition reaction section, and the piping connecting the rear end of the preheater and the decomposition reaction section due to high-temperature gaseous ammonia. In addition, by further supplying hydrogen to the hydrogen inflow point in addition to the space between the vaporizer and the preheater, corrosion of the decomposition reaction part due to high temperature gas phase ammonia can be prevented.

また、本発明の実施形態に係る高純度水素の製造装置及び製造方法は、分解反応部に供給される前に、予熱済みの気相アンモニアの一部を触媒分解して水素を産生し、これを気相アンモニアとともに分解反応部に供給することにより、高温の気相アンモニアによる分解反応部の腐食を防ぐことができる。 In addition, the high-purity hydrogen production apparatus and production method according to the embodiment of the present invention catalytically decomposes a part of preheated gas phase ammonia to produce hydrogen before being supplied to the decomposition reaction section. By supplying the decomposition reaction part together with gaseous ammonia, corrosion of the decomposition reaction part by high temperature gaseous ammonia can be prevented.

本発明の効果は、上記の効果に何ら限定されることはなく、本発明の詳細な説明の欄または特許請求の範囲に記載の発明の構成から推論可能なあらゆる効果を含む。 The effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects in any way, and include all effects that can be inferred from the structure of the invention described in the detailed description of the invention or the claims.

本発明の一実施形態に係るアンモニアを用いた高純度水素の製造装置を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing an apparatus for producing high-purity hydrogen using ammonia according to an embodiment of the present invention. 本発明の別の実施形態に係るアンモニアを用いた高純度水素の製造装置を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing an apparatus for producing high-purity hydrogen using ammonia according to another embodiment of the present invention. 本発明のさらに別の実施形態に係るアンモニアを用いた高純度水素の製造装置を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing an apparatus for producing high-purity hydrogen using ammonia according to yet another embodiment of the present invention. 図1から図3のアンモニアを用いた高純度水素の製造装置を用いて高純度水素を製造する手順を示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram showing a procedure for producing high-purity hydrogen using the high-purity hydrogen production apparatus using ammonia shown in FIGS. 1 to 3. FIG. 中間連結ラインに水素が供給されない場合において、高温のアンモニアによる分解反応部における腐食発生の前後の状態を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the state before and after corrosion occurs in the decomposition reaction section due to high-temperature ammonia when hydrogen is not supplied to the intermediate connection line. 中間連結ラインに水素が供給される場合において、高温のアンモニアによる分解反応部における腐食発生の前後の状態を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the state before and after corrosion occurs in the decomposition reaction part due to high temperature ammonia when hydrogen is supplied to the intermediate connection line. 本発明のさらに別の実施形態に係るアンモニアを用いた高純度水素の製造装置を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing an apparatus for producing high-purity hydrogen using ammonia according to yet another embodiment of the present invention. 図7のアンモニアを用いた高純度水素の製造装置により高純度水素を製造する手順を示すブロック図である。8 is a block diagram showing a procedure for producing high-purity hydrogen using the high-purity hydrogen production apparatus using ammonia in FIG. 7. FIG.

以下では、添付図面に基づいて、本発明を詳しく説明する。しかしながら、本発明は、種々の異なる形態に具体化可能であり、したがって、ここで説明する実施形態に限定されるものではない。なお、図中、本発明を明確に説明するために、説明とは無関係な部分は省略し、明細書の全般に亘って、類似の部分には類似の図面符号を付している。 The present invention will be explained in detail below based on the accompanying drawings. However, this invention may be embodied in a variety of different forms and is therefore not limited to the embodiments described herein. In the drawings, in order to clearly explain the present invention, parts unrelated to the explanation are omitted, and similar parts are given similar drawing symbols throughout the specification.

明細書の全般に亘って、ある部分が他の部分と「連結(接続、接触、結合)」されているとしたとき、これは、「直接的に連結」されている場合のみならず、これらの間に他の部材を挟んで「間接的に連結」されている場合も含む。なお、ある部分がある構成要素を「備える」としたとき、これは、特に断りのない限り、他の構成要素を除外するわけではなく、他の構成要素をさらに備えていてもよいということを意味する。 Throughout the specification, when a certain part is said to be "connected (connected, contacted, combined)" with another part, this does not mean only when they are "directly connected"; This also includes cases in which they are "indirectly connected" with other members sandwiched between them. Note that when a part is said to "comprise" a certain component, this does not exclude other components, unless otherwise specified, and does not mean that it may further include other components. means.

本明細書において用いた用語は、単に特定の実施形態を説明するために用いられたものであり、本発明を限定しようとする意図はない。単数の表現は、文脈からみて明らかに他の意味を有さない限り、複数の言い回しを含む。本明細書において、「備える」または「有する」などの用語は、明細書に記載の特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定するものに過ぎず、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものの存在または付加の可能性を予め排除しない。 The terminology used herein is merely used to describe particular embodiments and is not intended to limit the invention. The singular expression includes plural phrases unless the context clearly indicates otherwise. As used herein, the words "comprising" or "having" are used only to specify the presence of a feature, number, step, act, component, part, or combination thereof described in the specification. does not exclude in advance the existence or possibility of the addition of one or more other features, figures, steps, acts, components, parts or combinations thereof.

以下、添付図面に基づいて、本発明の実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail based on the accompanying drawings.

図1は、本発明の一実施形態に係るアンモニアを用いた高純度水素の製造装置を示すブロック図である。図2は、本発明の別の実施形態に係るアンモニアを用いた高純度水素の製造装置を示すブロック図である。図3は、本発明のさらに別の実施形態に係るアンモニアを用いた高純度水素の製造装置を示すブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram showing an apparatus for producing high-purity hydrogen using ammonia according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram showing an apparatus for producing high-purity hydrogen using ammonia according to another embodiment of the present invention. FIG. 3 is a block diagram showing an apparatus for producing high-purity hydrogen using ammonia according to yet another embodiment of the present invention.

図1を参照すると、本発明の一実施形態に係るアンモニアを用いた高純度水素の製造装置(以下、高純度水素の製造装置と称する。)10は、アンモニア(NH)をアンモニア分解反応を通じて分解した後、この分解反応から生成された分解反応生成物から窒素(N)及び未反応アンモニア(NH)を取り除いて高純度水素(H)を製造するための装置であってもよい。 Referring to FIG. 1, an apparatus 10 for producing high-purity hydrogen using ammonia (hereinafter referred to as a high-purity hydrogen production apparatus) according to an embodiment of the present invention converts ammonia ( NH3 ) through an ammonia decomposition reaction. It may be an apparatus for producing high purity hydrogen (H 2 ) by removing nitrogen (N 2 ) and unreacted ammonia (NH 3 ) from the decomposition reaction product generated from the decomposition reaction after decomposition. .

高純度水素の製造装置10は、燃焼部100と、第1のアンモニア供給部P10と、気化予熱部200と、第2のアンモニア供給部P20と、分解反応部300と、吸着精製部400と、水素供給部500と、を備えていてもよい。なお、高純度水素の製造装置10は、水素貯留部S10をさらに備えていてもよい。 The high-purity hydrogen production device 10 includes a combustion section 100, a first ammonia supply section P10, a vaporization preheating section 200, a second ammonia supply section P20, a decomposition reaction section 300, an adsorption purification section 400, The hydrogen supply unit 500 may also be provided. Note that the high-purity hydrogen production apparatus 10 may further include a hydrogen storage section S10.

水素貯留部S10には、後述する吸着精製部400において分離・精製された高純度水素が貯留されてもよい。このとき、水素貯留部S10は、高純度水素の製造装置10に組み込まれる構成要素として記載されているが、本発明はこれに何ら限定されるものではなく、水素貯留部S10は、高純度水素の製造装置10の外部に配置される別途の水素貯留インフラであってもよい。 The hydrogen storage section S10 may store high-purity hydrogen separated and purified in an adsorption purification section 400, which will be described later. At this time, the hydrogen storage section S10 is described as a component incorporated in the high-purity hydrogen production apparatus 10, but the present invention is not limited to this in any way, and the hydrogen storage section S10 is It may also be a separate hydrogen storage infrastructure located outside the manufacturing apparatus 10.

燃焼部100は、アンモニアを分解するために必要な温度に分解反応部300を加熱することができる。燃焼部100は、第1のアンモニア供給部P10と連結されて、第1のアンモニア供給部P10からアンモニアを供給されることができる。燃焼部100は、外部から供給された空気を用いてアンモニアを燃焼させ、これから生じた反応熱を用いて分解反応部300を加熱することができる。なお、燃焼部100は、後述する吸着精製部400から排出されたオフガス(off-gas)を供給されることができる。このような場合、燃焼部100は、第1のアンモニア供給部P10から供給されたアンモニアをオフガスとともに燃焼させて分解反応部300を加熱することができる。 The combustion section 100 can heat the decomposition reaction section 300 to a temperature necessary to decompose ammonia. The combustion part 100 is connected to the first ammonia supply part P10, and can be supplied with ammonia from the first ammonia supply part P10. The combustion section 100 can combust ammonia using air supplied from the outside, and can heat the decomposition reaction section 300 using the reaction heat generated from the ammonia. Note that the combustion section 100 can be supplied with off-gas discharged from an adsorption purification section 400, which will be described later. In such a case, the combustion section 100 can heat the decomposition reaction section 300 by burning the ammonia supplied from the first ammonia supply section P10 together with the off-gas.

燃焼部100は、分解反応部300を予め設定された温度に加熱することができる。ここで、予め設定された温度は、分解反応部300内におけるアンモニア分解反応が始まって定常状態(steady state)に達するために必要な温度を意味することがあり、分解反応部300の内部温度を基準として測定されてもよい。このとき、予め設定された温度は、例えば、400℃以上であってもよい。 The combustion section 100 can heat the decomposition reaction section 300 to a preset temperature. Here, the preset temperature may refer to the temperature required for the ammonia decomposition reaction in the decomposition reaction section 300 to start and reach a steady state, and the internal temperature of the decomposition reaction section 300 is It may be measured as a reference. At this time, the preset temperature may be, for example, 400° C. or higher.

気化予熱部200は、分解反応部300に供給される前に、アンモニアを気化させ、かつ予熱(preheating)することができる。気化予熱部200は、第2のアンモニア供給部P20と連結されてもよい。このとき、第2のアンモニア供給部P20には、液状アンモニアが貯留されてもよい。気化予熱部200は、第2のアンモニア供給部P20から液状アンモニアを供給されることができる。このとき、気化予熱部200は、気化器210と予熱器220とを備えていてもよい。 The vaporization preheating unit 200 may vaporize and preheat ammonia before it is supplied to the decomposition reaction unit 300. The vaporization preheating section 200 may be connected to the second ammonia supply section P20. At this time, liquid ammonia may be stored in the second ammonia supply section P20. The vaporization preheating unit 200 may be supplied with liquid ammonia from the second ammonia supply unit P20. At this time, the vaporization preheating section 200 may include a vaporizer 210 and a preheater 220.

気化器210は、液状アンモニアを気化させることにより、気相アンモニアに相変化させることができる。このとき、気化器210は、分解反応部300から排出される高温の反応生成物に含まれている熱エネルギーを供給されて、液状アンモニアを気化させてもよい。 The vaporizer 210 can change the phase of liquid ammonia into gaseous ammonia by vaporizing it. At this time, the vaporizer 210 may be supplied with thermal energy contained in the high temperature reaction product discharged from the decomposition reaction unit 300 to vaporize the liquid ammonia.

予熱器220は、気化器210により気化された気相アンモニアを昇温または予熱することができる。このとき、予熱器220は、中間連結ラインICを介して気化器210と連結されてもよい。このような場合、気化器210から排出された気相アンモニアは、中間連結ラインICを介して予熱器220に移動してもよい。予熱器220は、一実施形態を挙げると、燃焼部100から排出された後、分解反応部300を通って予熱器220に移動した排ガスから熱を供給されて、気相アンモニアを予熱することができる。予熱済みの気相アンモニアは、予熱器220から排出された後、分解反応部300に供給されてもよい。 The preheater 220 can raise or preheat the vapor phase ammonia vaporized by the vaporizer 210. At this time, the preheater 220 may be connected to the carburetor 210 through an intermediate connection line IC. In such a case, the vaporized ammonia discharged from the vaporizer 210 may be transferred to the preheater 220 via the intermediate connection line IC. In one embodiment, the preheater 220 is supplied with heat from the exhaust gas that has been discharged from the combustion section 100 and then moved to the preheater 220 through the decomposition reaction section 300 to preheat the vapor phase ammonia. can. The preheated gas phase ammonia may be supplied to the decomposition reaction section 300 after being discharged from the preheater 220.

分解反応部300は、気化予熱部200からアンモニアを供給され、供給されたアンモニアを分解して生じた反応生成物を排出することができる。このとき、反応生成物は、アンモニア分解反応から生成された窒素、水素及び未反応アンモニアを含んでいてもよい。分解反応部300から排出された反応生成物は、吸着精製部400に移動してもよい。 The decomposition reaction section 300 is supplied with ammonia from the vaporization preheating section 200, and can decompose the supplied ammonia and discharge a reaction product generated. At this time, the reaction product may include nitrogen, hydrogen, and unreacted ammonia produced from the ammonia decomposition reaction. The reaction product discharged from the decomposition reaction section 300 may be moved to the adsorption purification section 400.

吸着精製部400は、上述したアンモニア分解反応の反応生成物から高純度水素を分離・精製することができる。吸着精製部400は、吸着剤(adsorbent)を含んでいてもよい。吸着精製部400は、吸着剤を用いて、反応生成物に含まれている窒素及び未反応アンモニアを取り除くことにより、高純度水素を精製することができる。吸着剤は、例えば、活性炭(active carbon)またはゼオライト(zeolite)であってもよいが、これに何ら限定されるものではなく、気体や液体を吸着する性質が強い各種の物質を含んでいてもよい。 The adsorption purification unit 400 can separate and purify high-purity hydrogen from the reaction product of the ammonia decomposition reaction described above. The adsorption purification unit 400 may include an adsorbent. The adsorption purification unit 400 can purify high-purity hydrogen by removing nitrogen and unreacted ammonia contained in the reaction product using an adsorbent. The adsorbent may be, for example, activated carbon or zeolite, but is not limited thereto, and may contain various substances that have a strong property of adsorbing gas or liquid. good.

一実施形態を挙げると、吸着精製部400は、圧力スイング吸着(Pressure Swing Adsorption;PSA)方式を用いて、高純度水素を分離・精製することができる。このような場合、吸着精製部400は、内部に吸着剤を含み、反応生成物は、このような吸着精製部400の内部を通過してもよい。反応生成物の通過に際して、吸着精製部400の内圧は、予め設定された圧力に調節されてもよい。予め設定された圧力は、約8気圧であってもよいが、本発明はこれに何ら限定されるものではない。 In one embodiment, the adsorption purification unit 400 can separate and purify high-purity hydrogen using a pressure swing adsorption (PSA) method. In such a case, the adsorption purification unit 400 may include an adsorbent therein, and the reaction product may pass through the adsorption purification unit 400. When the reaction product passes through, the internal pressure of the adsorption purification section 400 may be adjusted to a preset pressure. The preset pressure may be approximately 8 atmospheres, but the present invention is not limited thereto.

このように、反応生成物が予め設定された圧力に上昇した吸着精製部400を通過する間に、吸着剤により窒素及びアンモニアが吸着されて取り除かれてもよい。これにより、反応生成物から高純度水素が分離・精製されることが可能になる。分離・精製された高純度水素は、水素貯留部S10に貯留されてもよい。 In this way, nitrogen and ammonia may be adsorbed and removed by the adsorbent while the reaction product passes through the adsorption purification unit 400 where the pressure is increased to a preset value. This makes it possible to separate and purify high-purity hydrogen from the reaction product. The separated and purified high-purity hydrogen may be stored in the hydrogen storage section S10.

上述したように、反応生成物から水素を分離・精製した後、吸着精製部400の内部圧力が再び減少してもよい。このような場合、吸着剤に吸着された窒素とアンモニアが再び分離されることになり、これにより、窒素、アンモニア、及び吸着精製部400内に残存する水素を含むオフガスが生成されることが可能になる。オフガスは、吸着精製部400から排出されて燃焼部100に供給されてもよい。このように、燃焼部100に供給されたオフガスは、前述したように、燃焼部100内においてアンモニアとともに燃焼されて、分解反応部300を加熱する上で利用可能である。 As described above, after hydrogen is separated and purified from the reaction product, the internal pressure of the adsorption purification unit 400 may be reduced again. In such a case, the nitrogen and ammonia adsorbed on the adsorbent will be separated again, and as a result, an off-gas containing nitrogen, ammonia, and hydrogen remaining in the adsorption purification section 400 can be generated. become. The off-gas may be discharged from the adsorption purification section 400 and supplied to the combustion section 100. In this way, the off-gas supplied to the combustion section 100 is burned together with ammonia in the combustion section 100 and can be used to heat the decomposition reaction section 300, as described above.

水素供給部500は、気化器210と予熱器220との間に水素を供給することができる。より具体的に、水素供給部500は、中間連結ラインICに水素を供給することができる。このとき、水素供給部500は、外部供給部510と、内部供給部520と、のうちの少なくとも一方を備えていてもよい。 The hydrogen supply unit 500 can supply hydrogen between the vaporizer 210 and the preheater 220. More specifically, the hydrogen supply unit 500 can supply hydrogen to the intermediate connection line IC. At this time, the hydrogen supply section 500 may include at least one of an external supply section 510 and an internal supply section 520.

外部供給部510は、反応生成物、アンモニア及び高純度水素が通過する連結ラインの外部に配置されてもよい。外部供給部510は、内部に水素が貯留された水素供給タンクであってもよい。外部供給部510は、内部に貯留された水素を供給ラインを介して中間連結ラインICに供給することができる。 The external supply 510 may be located outside the connection line through which the reaction products, ammonia and high purity hydrogen pass. The external supply unit 510 may be a hydrogen supply tank in which hydrogen is stored. The external supply unit 510 can supply internally stored hydrogen to the intermediate connection line IC via a supply line.

内部供給部520は、分解反応部300の後端、吸着精製部400の前端もしくは後端、水素貯留部S10のうちのいずれか一つに配置されて、中間連結ラインICに水素を供給することができる。ここで、「前端」及び「後端」は、高純度水素の製造装置10内において、アンモニア、反応生成物、または高純度水素が移動する方向を基準として、構成要素[例えば、分解反応部300または吸着精製部400]の上流側及び下流側をそれぞれ意味することがある。 The internal supply section 520 is disposed at any one of the rear end of the decomposition reaction section 300, the front end or rear end of the adsorption purification section 400, and the hydrogen storage section S10, and supplies hydrogen to the intermediate connection line IC. Can be done. Here, "front end" and "rear end" refer to components [e.g., decomposition reaction section 300 or the upstream side and the downstream side of the adsorption purification unit 400].

具体的に、内部供給部520は、分解反応部300と気化器210とをつなぐ第1の連結ラインC1と、気化器210と吸着精製部400とをつなぐ第2の連結ラインC2と、吸着精製部400から排出された高純度水素を水素貯留部S10へと導く第3の連結ラインC3、または水素貯留部S10と、のうちのいずれか一つに配置されてもよい。以下では、第1の連結ラインC1に配置された内部供給部を第1の供給部521と称し、第2の連結ラインC2に配置された内部供給部を第2の供給部522と称し、第3の連結ラインC3に配置された内部供給部を第3の供給部523と称し、かつ、水素貯留部S10に配置された内部供給部を第4の供給部524と称する。 Specifically, the internal supply section 520 connects a first connection line C1 that connects the decomposition reaction section 300 and the vaporizer 210, a second connection line C2 that connects the vaporizer 210 and the adsorption purification section 400, and an adsorption purification section. It may be arranged in either the third connection line C3 that guides high-purity hydrogen discharged from the section 400 to the hydrogen storage section S10, or the hydrogen storage section S10. Hereinafter, the internal supply section disposed on the first connection line C1 will be referred to as the first supply section 521, the internal supply section disposed on the second connection line C2 will be referred to as the second supply section 522, and the internal supply section disposed on the second connection line C2 will be referred to as the second supply section 522. The internal supply section disposed in the connection line C3 of No. 3 is referred to as a third supply section 523, and the internal supply section disposed in the hydrogen storage section S10 is referred to as a fourth supply section 524.

第1の供給部521は、第1の連結ラインC1に配置されて、分解反応部300から排出された反応生成物の一部を中間連結ラインICに供給することができる。これにより、分解反応部300から排出された反応生成物に含まれている水素、窒素及び未反応アンモニアの一部が中間連結ラインICに移動することにより、気相アンモニアとともに予熱器220に供給されることが可能になる。 The first supply unit 521 is disposed in the first connection line C1 and can supply a portion of the reaction product discharged from the decomposition reaction unit 300 to the intermediate connection line IC. As a result, some of the hydrogen, nitrogen, and unreacted ammonia contained in the reaction products discharged from the decomposition reaction section 300 move to the intermediate connection line IC, and are supplied to the preheater 220 together with gaseous ammonia. It becomes possible to

第2の供給部522は、第2の連結ラインC2に配置されて、吸着精製部400に供給される反応生成物の一部を中間連結ラインICに供給することができる。これにより、吸着精製部400に流れ込む反応生成物に含まれている水素、窒素及び未反応アンモニアの一部が中間連結ラインICに移動することにより、気相アンモニアとともに予熱器220に供給されることが可能になる。 The second supply unit 522 is disposed in the second connection line C2 and can supply a portion of the reaction product supplied to the adsorption purification unit 400 to the intermediate connection line IC. As a result, some of the hydrogen, nitrogen, and unreacted ammonia contained in the reaction products flowing into the adsorption purification section 400 move to the intermediate connection line IC, and are supplied to the preheater 220 together with gaseous ammonia. becomes possible.

第3の供給部523は、第3の連結ラインC3に配置されて、吸着精製部400において精製されて排出された高純度水素の一部を中間連結ラインICに供給することができる。これにより、精製された高純度水素が気相アンモニアとともに予熱器220に供給されることが可能になる。 The third supply unit 523 is disposed in the third connection line C3 and can supply a portion of the high-purity hydrogen purified and discharged in the adsorption purification unit 400 to the intermediate connection line IC. This allows purified high-purity hydrogen to be supplied to the preheater 220 together with vapor phase ammonia.

第4の供給部524は、水素貯留部S10に配置されて、水素貯留部S10に貯留された高純度水素の一部を中間連結ラインICに供給することができる。これにより、貯留された高純度水素の一部が気相アンモニアとともに予熱器220に供給されることが可能になる。 The fourth supply unit 524 is disposed in the hydrogen storage unit S10 and can supply a portion of the high-purity hydrogen stored in the hydrogen storage unit S10 to the intermediate connection line IC. This allows a portion of the stored high-purity hydrogen to be supplied to the preheater 220 together with gaseous ammonia.

一方、本発明は、第1の供給部521、第2の供給部522、第3の供給部523または第4の供給部524のうちのいずれか一つの内部供給部520のみを備えることに何ら限定されるものではなく、第1乃至第4の供給部521、522、523、524のうちの2つ以上の内部供給部を同時に備えていてもよい。なお、図示はしないが、前述した供給部521、522、523、524の他に、追加の内部供給部をさらに備えていてもよいということはいうまでもない。 On the other hand, the present invention has nothing to do with having only one internal supply section 520 among the first supply section 521, the second supply section 522, the third supply section 523, or the fourth supply section 524. The present invention is not limited to this, and two or more of the first to fourth supply sections 521, 522, 523, and 524 may be provided at the same time. Although not shown, it goes without saying that an additional internal supply section may be provided in addition to the supply sections 521, 522, 523, and 524 described above.

前述したように、外部供給部510または内部供給部520を介して中間連結ラインICに水素(または、反応生成物)を供給することにより、気化器210から排出された気相アンモニアが水素(または、反応生成物)とともに予熱器220に供給されることが可能になる。これにより、予熱器220により予熱された後、分解反応部300に供給される高温のアンモニアにより、分解反応部300が腐食されることを低減することができる。 As described above, by supplying hydrogen (or a reaction product) to the intermediate connection line IC via the external supply section 510 or the internal supply section 520, the gaseous ammonia discharged from the vaporizer 210 is converted into hydrogen (or , reaction products) to the preheater 220. Thereby, it is possible to reduce corrosion of the decomposition reaction section 300 due to the high temperature ammonia supplied to the decomposition reaction section 300 after being preheated by the preheater 220.

図2を参照すると、本発明の別の実施形態に係る高純度水素の製造装置20は、燃焼部100と、第1のアンモニア供給部P10と、気化予熱部200と、第2のアンモニア供給部P20と、分解反応部300と、吸着精製部400と、水素供給部500と、を備えていてもよい。なお、高純度水素の製造装置10は、水素貯留部S10をさらに備えていてもよい。このとき、燃焼部100と、第1のアンモニア供給部P10と、気化予熱部200と、第2のアンモニア供給部P20と、分解反応部300と、吸着精製部400及び水素供給部500の具体的な特徴は、前述した実施形態と同一もしくは類似であるため、重複する説明は省略する。以下では、前述した実施形態10との相違点に重点をおいて説明する。 Referring to FIG. 2, a high-purity hydrogen production apparatus 20 according to another embodiment of the present invention includes a combustion section 100, a first ammonia supply section P10, a vaporization preheating section 200, and a second ammonia supply section. P20, a decomposition reaction section 300, an adsorption purification section 400, and a hydrogen supply section 500. Note that the high-purity hydrogen production apparatus 10 may further include a hydrogen storage section S10. At this time, specific details of the combustion section 100, the first ammonia supply section P10, the vaporization preheating section 200, the second ammonia supply section P20, the decomposition reaction section 300, the adsorption purification section 400, and the hydrogen supply section 500 are specified. Since the features are the same or similar to those of the embodiments described above, overlapping explanations will be omitted. The following description will focus on the differences from the tenth embodiment described above.

高純度水素の製造装置20は、水素流入地点Bを備えていてもよい。水素流入地点Bは、水素供給部500から排出された水素が流れ込む位置であってもよい。このとき、水素流入地点Bは、高純度水素の製造装置20内において、中間連結ラインICとは異なる位置に配置されてもよい。 The high-purity hydrogen production device 20 may include a hydrogen inflow point B. The hydrogen inflow point B may be a position into which hydrogen discharged from the hydrogen supply section 500 flows. At this time, the hydrogen inflow point B may be arranged at a different position from the intermediate connection line IC in the high-purity hydrogen production apparatus 20.

水素流入地点Bは、少なくとも一つ備えられてもよい。一実施形態を挙げると、水素流入地点Bは、複数備えられてもよい。複数の水素流入地点Bは、互いに異なる位置に配置されてもよい。このような場合、外部供給部510は、中間連結ラインICに供給する水素の他に、複数の水素流入地点Bのうちのいずれか一つに水素を供給してもよい。 At least one hydrogen inflow point B may be provided. In one embodiment, a plurality of hydrogen inflow points B may be provided. The plurality of hydrogen inflow points B may be arranged at mutually different positions. In such a case, the external supply unit 510 may supply hydrogen to any one of the plurality of hydrogen inflow points B in addition to the hydrogen supplied to the intermediate connection line IC.

複数の水素流入地点Bは、第1の流入地点B10と、第2の流入地点B20と、を備えていてもよい。本発明は、これに何ら限定されるものではなく、高純度水素の製造装置20は、追加の流入地点(図示せず)をさらに備えていてもよい、説明のしやすさのために、高純度水素の製造装置20が、第1及び第2の流入地点B10、B20を備えている実施形態に重点をおいて説明する。 The plurality of hydrogen inflow points B may include a first inflow point B10 and a second inflow point B20. The present invention is not limited thereto, and the high-purity hydrogen production apparatus 20 may further include an additional inlet point (not shown). The description will focus on an embodiment in which the pure hydrogen production apparatus 20 includes first and second inflow points B10 and B20.

第1の流入地点B10は、第2のアンモニア供給部P20と気化器210との間に配置されてもよい。より具体的に、第1の流入地点B10は、第2のアンモニア供給部P20から排出されたアンモニアを気化器210へと導く第1の供給ラインPAに配置されてもよい。これにより、外部供給部510から第1の流入地点B10を介して第1の供給ラインPAへと流れ込んだ水素は、第2のアンモニア供給部P20から供給されたアンモニアとともに気化器210に供給されることが可能になる。 The first inflow point B10 may be arranged between the second ammonia supply section P20 and the vaporizer 210. More specifically, the first inflow point B10 may be arranged in the first supply line PA that leads the ammonia discharged from the second ammonia supply part P20 to the vaporizer 210. Thereby, the hydrogen that has flowed into the first supply line PA from the external supply section 510 via the first inflow point B10 is supplied to the vaporizer 210 together with the ammonia supplied from the second ammonia supply section P20. becomes possible.

第2の流入地点B20は、予熱器220と分解反応部300との間に配置されてもよい。より具体的に、第2の流入地点B20は、予熱器220から排出された予熱済みの気相アンモニアを分解反応部300へと導く第2の供給ラインPBに配置されてもよい。これにより、外部供給部510から第2の流入地点B20を介して第2の供給ラインPBへと流れ込んだ水素は、予熱器220から排出されたアンモニアとともに分解反応部300に供給されることが可能になる。 The second inflow point B20 may be arranged between the preheater 220 and the decomposition reaction section 300. More specifically, the second inflow point B20 may be arranged in the second supply line PB that guides the preheated gas phase ammonia discharged from the preheater 220 to the decomposition reaction section 300. Thereby, the hydrogen that has flowed into the second supply line PB from the external supply section 510 via the second inflow point B20 can be supplied to the decomposition reaction section 300 together with the ammonia discharged from the preheater 220. become.

前述したように、外部供給部510は、中間連結ラインICに水素を供給することに加えて、第1の流入地点B10及び第2の流入地点B20のうちのどちらか一方に水素を供給することができる。これにより、気化器210、予熱器220または分解反応部300への水素の供給量を増やすことにより、気化予熱部200を通りながら加熱された高温のアンモニアにより分解反応部300が腐食されてしまうことを低減することができる。 As described above, in addition to supplying hydrogen to the intermediate connection line IC, the external supply unit 510 also supplies hydrogen to either the first inflow point B10 or the second inflow point B20. Can be done. As a result, by increasing the amount of hydrogen supplied to the vaporizer 210, preheater 220, or decomposition reaction section 300, the decomposition reaction section 300 will be corroded by the high temperature ammonia heated while passing through the vaporization preheating section 200. can be reduced.

図3を参照すると、本発明のさらに別の実施形態に係る高純度水素の製造装置30は、燃焼部100と、第1のアンモニア供給部P10と、気化予熱部200と、第2のアンモニア供給部P20と、分解反応部300と、吸着精製部400と、水素供給部500と、を備えていてもよい。また、高純度水素の製造装置10は、水素貯留部S10をさらに備えていてもよい。このとき、燃焼部100と、第1のアンモニア供給部P10と、気化予熱部200と、第2のアンモニア供給部P20と、分解反応部300と、吸着精製部400及び水素供給部500の具体的な特徴は、前述した実施形態と同一または類似であるため、重複する説明は省略する。以下では、前述した実施形態10との相違点に重点をおいて説明する。 Referring to FIG. 3, a high-purity hydrogen production apparatus 30 according to yet another embodiment of the present invention includes a combustion section 100, a first ammonia supply section P10, a vaporization preheating section 200, and a second ammonia supply section P10. It may also include a section P20, a decomposition reaction section 300, an adsorption purification section 400, and a hydrogen supply section 500. Moreover, the high-purity hydrogen production apparatus 10 may further include a hydrogen storage section S10. At this time, specific details of the combustion section 100, the first ammonia supply section P10, the vaporization preheating section 200, the second ammonia supply section P20, the decomposition reaction section 300, the adsorption purification section 400, and the hydrogen supply section 500 are specified. Since the features are the same or similar to those of the embodiments described above, overlapping explanations will be omitted. The following description will focus on the differences from the tenth embodiment described above.

高純度水素の製造装置30は、内部供給部520と、水素流入地点Bと、を両方とも備えていてもよい。このとき、前述したように、内部供給部520は、第1の供給部521と、第2の供給部522と、第3の供給部523及び第4の供給部524を備えていてもよい。なお、水素流入地点Bは、第1の流入地点B10と、第2の流入地点B20と、を備えていてもよい。 The high-purity hydrogen production device 30 may include both the internal supply section 520 and the hydrogen inflow point B. At this time, as described above, the internal supply section 520 may include the first supply section 521, the second supply section 522, the third supply section 523, and the fourth supply section 524. Note that the hydrogen inflow point B may include a first inflow point B10 and a second inflow point B20.

このような場合、外部供給部510は、中間連結ラインICに水素を供給し、これに加えて、第1の流入地点B10と第2の流入地点B10のうちのどちらか一方にも水素を供給してもよい。 In such a case, the external supply unit 510 supplies hydrogen to the intermediate connection line IC, and in addition, supplies hydrogen to either the first inflow point B10 or the second inflow point B10. You may.

内部供給部520は、第1乃至第4の供給部521、522、523、524のうちのいずれか一つから中間連結ラインICへと水素(または、反応生成物)を供給し、これに加えて、第1の流入地点B10と第2の流入地点B10のうちのどちらか一方にも水素(または、反応生成物)を供給することができる。 The internal supply section 520 supplies hydrogen (or reaction product) from any one of the first to fourth supply sections 521, 522, 523, and 524 to the intermediate connection line IC, and in addition Thus, hydrogen (or reaction product) can be supplied to either one of the first inflow point B10 and the second inflow point B10.

例えば、第1の供給部521を介して反応生成物を供給する場合、第1の供給部521は、分解反応部300から排出された反応生成物の一部を中間連結ラインICに供給し、これに加えて、第1の流入地点B10と第2の流入地点B10のうちのどちらか一方にも反応生成物を供給することができる。別の例を挙げると、第2の供給部522を介して反応生成物を供給する場合、第2の供給部522は、吸着精製部400に流れ込む反応生成物の一部を中間連結ラインICに供給し、これに加えて、第1の流入地点B10と第2の流入地点B10のうちのどちらか一方にも反応生成物を供給することができる。さらに別の例を挙げると、第3の供給部523は、吸着精製部400から排出された高純度水素の一部を中間連結ラインICに供給し、これに加えて、第1の流入地点B10と第2の流入地点B10のうちのどちらか一方にも高純度水素を供給することができる。さらに別の例を挙げると、第4の供給部524は、水素貯留部S10に貯留された高純度水素の一部を中間連結ラインICに供給し、これに加えて、第1の流入地点B10と第2の流入地点B10のうちのどちらか一方にも高純度水素を供給することができる。 For example, when supplying the reaction product via the first supply section 521, the first supply section 521 supplies a part of the reaction product discharged from the decomposition reaction section 300 to the intermediate connection line IC, In addition to this, the reaction product can also be supplied to either the first inflow point B10 or the second inflow point B10. To give another example, when supplying the reaction product via the second supply section 522, the second supply section 522 supplies a portion of the reaction product flowing into the adsorption purification section 400 to the intermediate connection line IC. In addition to this, the reaction product can also be supplied to either one of the first inflow point B10 and the second inflow point B10. To give yet another example, the third supply section 523 supplies a part of the high-purity hydrogen discharged from the adsorption purification section 400 to the intermediate connection line IC, and in addition to this, the third supply section 523 supplies a part of the high-purity hydrogen discharged from the adsorption purification section 400 to the intermediate connection line IC. High-purity hydrogen can also be supplied to either one of the second inflow point B10 and the second inflow point B10. To give yet another example, the fourth supply section 524 supplies a part of the high-purity hydrogen stored in the hydrogen storage section S10 to the intermediate connection line IC, and in addition to this, the fourth supply section 524 supplies a part of the high-purity hydrogen stored in the hydrogen storage section S10 to the first inflow point B10. High-purity hydrogen can also be supplied to either one of the second inflow point B10 and the second inflow point B10.

このように、外部供給部510のみならず、内部供給部520から中間連結ラインICへと水素を供給するだけではなく、第1の流入地点B10または第2の流入地点B20に水素を供給することにより、高温のアンモニアによる「予熱器220」、「分解反応部300」及び「予熱器220の後端から分解反応部300までをつなぐ配管」における腐食の発生を防ぐことができる。 In this way, hydrogen can be supplied not only from the external supply section 510 but also from the internal supply section 520 to the intermediate connection line IC, but also to the first inflow point B10 or the second inflow point B20. This can prevent corrosion caused by high-temperature ammonia in the "preheater 220," the "decomposition reaction section 300," and the "piping connecting the rear end of the preheater 220 to the decomposition reaction section 300."

図4は、図1から図3のアンモニアを用いた高純度水素の製造装置を用いて高純度水素を製造する手順を示すブロック図である。 FIG. 4 is a block diagram showing a procedure for producing high-purity hydrogen using the high-purity hydrogen production apparatus using ammonia shown in FIGS. 1 to 3.

図4を参照すると、本発明の一実施形態に係るアンモニアを用いた高純度水素の製造方法S10は、下記の通りである。 Referring to FIG. 4, a method S10 for producing high purity hydrogen using ammonia according to an embodiment of the present invention is as follows.

まず、気化器210が、第2のアンモニア供給部P20から供給された液状アンモニアを気化させて気相アンモニアに相変化させることができる(S110)。このとき、気化器210は、分解反応部300から排出される高温の反応生成物に含まれている熱エネルギーを供給されてアンモニアを気化させてもよい。 First, the vaporizer 210 can vaporize the liquid ammonia supplied from the second ammonia supply section P20 to change the phase into gaseous ammonia (S110). At this time, the vaporizer 210 may be supplied with thermal energy contained in the high temperature reaction product discharged from the decomposition reaction unit 300 to vaporize the ammonia.

次いで、水素供給部500が、中間連結ラインICに水素を供給することができる(S120)。具体的に、水素供給部500は、外部供給部510または内部供給部520のうちのどちらか一方を介して中間連結ラインICに水素を供給することができる。 Next, the hydrogen supply unit 500 can supply hydrogen to the intermediate connection line IC (S120). Specifically, the hydrogen supply unit 500 may supply hydrogen to the intermediate connection line IC through either the external supply unit 510 or the internal supply unit 520.

一実施形態を挙げると、外部供給部510が中間連結ラインICに水素を供給することができる。このような場合、外部供給部510により供給された水素は、気化器210から排出された気相アンモニアとともに予熱器220に供給されてもよい。次いで、予熱器220においては、供給された気相アンモニア及び水素を加熱して、分解反応部300に供給される前に、気相アンモニアを予熱することができる。予熱器220は、予熱済みの気相アンモニアを分解反応部300に供給することができる(S130)。 In one embodiment, an external supply 510 can supply hydrogen to the intermediate connection line IC. In such a case, the hydrogen supplied by the external supply unit 510 may be supplied to the preheater 220 together with the gaseous ammonia discharged from the vaporizer 210. Next, in the preheater 220, the supplied gaseous ammonia and hydrogen can be heated to preheat the gaseous ammonia before being supplied to the decomposition reaction section 300. The preheater 220 can supply preheated gaseous ammonia to the decomposition reaction section 300 (S130).

別の実施形態を挙げると、内部供給部520が中間連結ラインICに水素を供給することができる。このとき、内部供給部520は、例えば、第1の供給部521、第2の供給部522、第3の供給部523及び第4の供給部524を備え、第1乃至第4の供給部521、522、523、524のうちのいずれか一つの供給部を介して、中間連結ラインICに水素(または、反応生成物)を供給してもよい。このように、第1乃至第4の供給部521、522、523、524のうちのいずれか一つから供給された水素(または、反応生成物)は、中間連結ラインICを介して気相アンモニアとともに予熱器220に供給されてもよい。 In another embodiment, an internal supply 520 can supply hydrogen to the intermediate connection line IC. At this time, the internal supply section 520 includes, for example, a first supply section 521, a second supply section 522, a third supply section 523, and a fourth supply section 524, and the first to fourth supply sections 521 , 522, 523, and 524, hydrogen (or reaction product) may be supplied to the intermediate connection line IC. In this way, hydrogen (or reaction product) supplied from any one of the first to fourth supply sections 521, 522, 523, and 524 is supplied to gaseous ammonia via the intermediate connection line IC. It may also be supplied to the preheater 220.

さらに別の実施形態を挙げると、水素供給部500は、中間連結ラインICとは異なる位置に配置された水素流入地点Bに水素を供給することができる。このとき、水素流入地点Bは、例えば、第1の流入地点B10及び第2の流入地点B20を備えていてもよい。また、水素供給部500は、外部供給部510や、第1乃至第4の供給部521、522、523、524のうちのいずれか一つを介して、第1の流入地点B10または第2の流入地点B20に水素(または、反応生成物)を供給することができる。これにより、水素供給部500から供給された水素(または、反応生成物)は、予熱済みの気相アンモニアとともに分解反応部300に供給されることや、第2のアンモニア供給部P20から供給されたアンモニアとともに気化器210に供給されることが可能になる。 In yet another embodiment, the hydrogen supply unit 500 can supply hydrogen to a hydrogen inflow point B located at a different position from the intermediate connection line IC. At this time, the hydrogen inflow point B may include, for example, a first inflow point B10 and a second inflow point B20. Further, the hydrogen supply section 500 connects to the first inflow point B10 or the second inflow point B10 via the external supply section 510 or any one of the first to fourth supply sections 521, 522, 523, and 524. Hydrogen (or reaction product) can be supplied to the inflow point B20. Thereby, the hydrogen (or reaction product) supplied from the hydrogen supply section 500 is supplied to the decomposition reaction section 300 together with preheated gas phase ammonia, and the hydrogen (or reaction product) supplied from the second ammonia supply section P20 is This allows it to be supplied to the vaporizer 210 together with ammonia.

一方、燃焼部100は、第1のアンモニア供給部P10から供給されたアンモニアを燃焼させて、分解反応部300を予め設定された温度に加熱することができる(S100)。具体的に、燃焼部100は、アンモニア燃焼反応を通じて生じた燃焼熱を用いて、分解反応部300を予め設定された温度(例えば、400℃以上)まで加熱することができる。このとき、燃焼部100は、吸着精製部400から供給されたオフガスをアンモニアとともに燃焼させて燃焼熱を生じさせてもよい。これにより、分解反応部300において、アンモニア分解反応が始まることが可能になる。燃焼部100は、アンモニア燃焼反応から生成された燃焼排ガスを燃焼部100の外部に排出することができる。 On the other hand, the combustion section 100 can heat the decomposition reaction section 300 to a preset temperature by burning the ammonia supplied from the first ammonia supply section P10 (S100). Specifically, the combustion unit 100 can heat the decomposition reaction unit 300 to a preset temperature (eg, 400° C. or higher) using combustion heat generated through the ammonia combustion reaction. At this time, the combustion section 100 may burn the off-gas supplied from the adsorption purification section 400 together with ammonia to generate combustion heat. This allows the ammonia decomposition reaction to start in the decomposition reaction section 300. The combustion section 100 can discharge combustion exhaust gas generated from the ammonia combustion reaction to the outside of the combustion section 100 .

次いで、分解反応部300がアンモニアを分解し、これから生成された反応生成物を排出することができる(S140)。具体的に、分解反応部300は、気化予熱部200[または、予熱器220]から供給されたアンモニアを燃焼部100の加熱による熱エネルギーを用いて分解することができる。なお、分解反応部300は、アンモニア分解反応から生成された反応生成物を吸着精製部400に供給することができる。このとき、反応生成物は、アンモニア分解反応から生成された水素、窒素及び未反応アンモニアが含まれている「アンモニア分解ガス」であってもよい。 Next, the decomposition reaction unit 300 decomposes ammonia and discharges the reaction products generated therefrom (S140). Specifically, the decomposition reaction section 300 can decompose ammonia supplied from the vaporization preheating section 200 [or the preheater 220] using thermal energy generated by heating in the combustion section 100. Note that the decomposition reaction section 300 can supply the reaction product generated from the ammonia decomposition reaction to the adsorption purification section 400. At this time, the reaction product may be "ammonia decomposition gas" containing hydrogen, nitrogen, and unreacted ammonia generated from the ammonia decomposition reaction.

次いで、吸着精製部400が、反応生成物から高純度水素を分離・精製することができる(S150)。具体的に、吸着精製部400は、分解反応部200から反応生成物を受け取り、反応生成物に含まれている窒素及び未反応アンモニアを取り除くことができる。このとき、吸着精製部400は、内部に含まれている吸着剤を用いて、圧力スイング吸着(PSA)方式を用いて、窒素とアンモニアのみを選択的に吸着して取り除いてもよい。次いで、分離・精製された高純度水素は排出されて水素貯留部S10に収容されてもよい。 Next, the adsorption purification unit 400 can separate and purify high-purity hydrogen from the reaction product (S150). Specifically, the adsorption purification unit 400 can receive the reaction product from the decomposition reaction unit 200 and remove nitrogen and unreacted ammonia contained in the reaction product. At this time, the adsorption purification unit 400 may selectively adsorb and remove only nitrogen and ammonia using an adsorbent contained therein using a pressure swing adsorption (PSA) method. Next, the separated and purified high-purity hydrogen may be discharged and stored in the hydrogen storage section S10.

吸着及び精製の過程において生成されたオフガス(すなわち、窒素、水素及び未反応アンモニアが混合された混合ガス)は、燃焼部100に供給されてもよい。これにより、燃焼部100は、第1のアンモニア供給部P10から供給されたアンモニアと、オフガスに含まれている水素及び微量の未反応アンモニアを混焼させて分解反応部300を加熱することができる。このような過程を通じて、分解反応部300におけるアンモニア分解反応及び吸着精製部400における吸着・精製が行われ続けることが可能になる。 Off-gas (ie, a mixed gas of nitrogen, hydrogen, and unreacted ammonia) generated during the adsorption and purification process may be supplied to the combustion section 100. Thereby, the combustion section 100 can heat the decomposition reaction section 300 by co-firing the ammonia supplied from the first ammonia supply section P10, hydrogen and a trace amount of unreacted ammonia contained in the off-gas. Through this process, the ammonia decomposition reaction in the decomposition reaction section 300 and the adsorption and purification in the adsorption purification section 400 can continue to be performed.

図5は、中間連結ラインに水素が供給されない場合において、高温のアンモニアによる分解反応部における腐食発生の前後の状態を示す図である。図6は、中間連結ラインに水素が供給される場合において、高温のアンモニアによる分解反応部における腐食発生の前後の状態を示す図である。 FIG. 5 is a diagram showing the state before and after corrosion occurs in the decomposition reaction section due to high-temperature ammonia when hydrogen is not supplied to the intermediate connection line. FIG. 6 is a diagram showing the state before and after corrosion occurs in the decomposition reaction part due to high temperature ammonia when hydrogen is supplied to the intermediate connection line.

図5を参照すると、図5(a)は、中間連結ラインIC及び水素流入地点Bに水素(または、反応生成物)を供給しない場合において、分解反応部300に高温のアンモニアが供給される前、あるいは、供給が始まった時点の分解反応部300の初期の表面状態を示している。また、図5(b)は、中間連結ラインIC及び水素流入地点Bに水素(または、反応生成物)を供給しなかった状態で、分解反応部300に高温のアンモニアが供給されて所定の時間(例えば、24時間)が経った後の分解反応部300の表面状態を示している。このように、図5(a)と図5(b)とを比較すると、高温のアンモニアの流れ込みにより、分解反応部300の表面において腐食が生じ、表面粗さが高くなったことを確認することができる。 Referring to FIG. 5, FIG. 5(a) shows a diagram before high temperature ammonia is supplied to the decomposition reaction section 300 when hydrogen (or reaction product) is not supplied to the intermediate connection line IC and the hydrogen inflow point B. Alternatively, it shows the initial surface condition of the decomposition reaction section 300 at the time when supply starts. Further, FIG. 5(b) shows a state in which hydrogen (or reaction product) is not supplied to the intermediate connection line IC and the hydrogen inflow point B, and high temperature ammonia is supplied to the decomposition reaction section 300 for a predetermined period of time. The surface state of the decomposition reaction section 300 after a period of time (for example, 24 hours) has passed is shown. Comparing FIG. 5(a) and FIG. 5(b), it can be seen that corrosion occurred on the surface of the decomposition reaction section 300 due to the inflow of high-temperature ammonia, and the surface roughness increased. Can be done.

これに比べて、図6を参照すると、図6(a)は、本発明の実施形態において、分解反応部300に高温のアンモニアが供給される前、あるいは、供給が始まった時点の分解反応部300の初期の表面状態を示している。そして、図6(b)は、中間連結ラインIC及び水素流入地点Bに水素(または、反応生成物)が供給される状態で、分解反応部300に高温のアンモニアが供給されて所定の時間(例えば、24時間)が経った後の分解反応部300の表面状態を示している。このように、図6(a)と図6(b)とを比較すると、水素(または、反応生成物)を供給する場合、高温のアンモニアによる分解反応部300の表面における腐食の発生が抑えられて、分解反応部300の表面状態が初期の表面状態に保たれるということを確認することができる。 In comparison, referring to FIG. 6, FIG. 6(a) shows the decomposition reaction section 300 before high temperature ammonia is supplied to the decomposition reaction section 300 or at the time when the supply starts. 300 initial surface conditions are shown. FIG. 6(b) shows a state in which hydrogen (or reaction product) is supplied to the intermediate connection line IC and the hydrogen inflow point B, and high temperature ammonia is supplied to the decomposition reaction section 300 for a predetermined time ( For example, the surface state of the decomposition reaction section 300 after 24 hours has passed is shown. In this way, comparing FIG. 6(a) and FIG. 6(b) shows that when hydrogen (or reaction product) is supplied, the occurrence of corrosion on the surface of the decomposition reaction section 300 due to high temperature ammonia is suppressed. Thus, it can be confirmed that the surface condition of the decomposition reaction section 300 is maintained at the initial surface condition.

図7は、本発明のさらに別の実施形態に係るアンモニアを用いた高純度水素の製造装置を示すブロック図である。 FIG. 7 is a block diagram showing an apparatus for producing high purity hydrogen using ammonia according to yet another embodiment of the present invention.

図7を参照すると、本発明のさらに別の実施形態に係る高純度水素の製造装置30は、燃焼部100と、第1のアンモニア供給部P10と、気化予熱部200と、第2のアンモニア供給部P20と、分解反応部300と、吸着精製部400と、触媒反応部600と、を備えていてもよい。また、高純度水素の製造装置10は、水素貯留部S10をさらに備えていてもよい。このとき、燃焼部100と、第1のアンモニア供給部P10と、気化予熱部200と、第2のアンモニア供給部P20と、分解反応部300及び吸着精製部400の具体的な特徴は、前述した実施形態と同一または類似であるため、重複する説明は省略する。以下では、前述した実施形態10、20との相違点に重点をおいて説明する。 Referring to FIG. 7, a high-purity hydrogen production apparatus 30 according to yet another embodiment of the present invention includes a combustion section 100, a first ammonia supply section P10, a vaporization preheating section 200, and a second ammonia supply section P10. It may also include a section P20, a decomposition reaction section 300, an adsorption purification section 400, and a catalytic reaction section 600. Moreover, the high-purity hydrogen production apparatus 10 may further include a hydrogen storage section S10. At this time, the specific features of the combustion section 100, the first ammonia supply section P10, the vaporization preheating section 200, the second ammonia supply section P20, the decomposition reaction section 300, and the adsorption purification section 400 are as described above. Since it is the same as or similar to the embodiment, overlapping description will be omitted. The following description will focus on the differences from the tenth and twentyth embodiments described above.

触媒反応部600は、予熱器220から排出されたアンモニアを分解して、水素を産生することができる。このとき、触媒反応部600は、予熱器220とは別途に配備されて、予熱器220と分解反応部300との間に配置されてもよい。但し、本発明はこれに何ら限定されるものではなく、図示はしないが、触媒反応部600は、予熱器220の内部空間を触媒で充填する形態に構成されてもよく、予熱器220の内部の触媒コーティング層の形態に構成されてもよい。 The catalytic reaction unit 600 can decompose ammonia discharged from the preheater 220 to produce hydrogen. At this time, the catalytic reaction section 600 may be provided separately from the preheater 220 and placed between the preheater 220 and the decomposition reaction section 300. However, the present invention is not limited thereto, and although not shown, the catalytic reaction section 600 may be configured to fill the internal space of the preheater 220 with a catalyst. It may be configured in the form of a catalyst coating layer.

触媒反応部600は、予熱器220から排出された予熱済みの気相アンモニアの一部を触媒分解反応させて分解することにより水素を産生することができる。このとき、アンモニアの触媒分解反応に用いられる触媒としては、例えば、ペレット触媒(pellet catalyst)、モノリス触媒(monolithic catalyst)及びメタルフォーム触媒(metal form catalyst)が挙げられるが、これらに何ら限定されるものではない。 The catalytic reaction section 600 can produce hydrogen by subjecting a portion of the preheated gaseous ammonia discharged from the preheater 220 to a catalytic decomposition reaction. At this time, examples of catalysts used in the catalytic decomposition reaction of ammonia include, but are not limited to, pellet catalysts, monolithic catalysts, and metal form catalysts. It's not a thing.

一実施形態を挙げると、触媒反応部600においては、予熱器220により予熱された気相アンモニアに含まれている熱エネルギーを用いて、アンモニア触媒分解反応が行われることができる。別の実施形態を挙げると、触媒反応部600は、電気加熱部(図示せず)を備えていてもよい。このような場合、電気加熱部は、触媒反応部600の本体(図示せず)の外部または内部に配設されてもよく、熱を発するための熱源(図示せず)と、熱源から発せられた熱を触媒分解部600の本体に届けるための伝熱部(例えば、熱線)と、を備えていてもよい。このような電気加熱部の熱源及び伝熱部により触媒反応部600が加熱されることにより、触媒分解部600の内部の温度は、アンモニアの触媒分解反応のために必要とされる温度まで上がることにより、アンモニアが分解されて、アンモニア、窒素及び水素の「混合物」が生成されることが可能になる。 In one embodiment, in the catalytic reaction section 600, an ammonia catalytic decomposition reaction may be performed using thermal energy contained in gaseous ammonia preheated by the preheater 220. In another embodiment, the catalytic reaction section 600 may include an electric heating section (not shown). In such a case, the electric heating section may be disposed outside or inside the main body (not shown) of the catalytic reaction section 600, and may include a heat source (not shown) for generating heat and a heat source emitted from the heat source. The catalytic decomposition unit 600 may also include a heat transfer unit (for example, a hot wire) for delivering the generated heat to the main body of the catalytic decomposition unit 600. By heating the catalytic reaction section 600 by the heat source and heat transfer section of the electric heating section, the temperature inside the catalytic decomposition section 600 rises to the temperature required for the catalytic decomposition reaction of ammonia. allows ammonia to be decomposed to produce a "mixture" of ammonia, nitrogen and hydrogen.

このように、触媒反応部600から分解反応部300へと供給される気相アンモニアの一部を触媒分解して、水素を産生して分解反応部300に供給することにより、第2のアンモニア供給部P20から供給されたアンモニアは、触媒反応部600により産生された水素とともに分解反応部300に供給されることができる。これにより、分解反応部300においてアンモニア分解反応が行われることに伴う、分解反応部300における腐食の発生を抑えることができる。 In this way, by catalytically decomposing a part of the gas phase ammonia supplied from the catalytic reaction section 600 to the decomposition reaction section 300 to produce hydrogen and supplying it to the decomposition reaction section 300, the second ammonia supply is achieved. Ammonia supplied from section P20 can be supplied to decomposition reaction section 300 together with hydrogen produced by catalytic reaction section 600. Thereby, occurrence of corrosion in the decomposition reaction section 300 due to the ammonia decomposition reaction being performed in the decomposition reaction section 300 can be suppressed.

図8は、図7のアンモニアを用いた高純度水素の製造装置により高純度水素を製造する手順を示すブロック図である。 FIG. 8 is a block diagram showing a procedure for producing high-purity hydrogen using the high-purity hydrogen production apparatus using ammonia shown in FIG.

図8を参照すると、本発明の別の実施形態に係る、アンモニアを用いた高純度水素の製造方法S20は、下記の通りである。 Referring to FIG. 8, a method S20 for producing high purity hydrogen using ammonia according to another embodiment of the present invention is as follows.

まず、気化器210が、第2のアンモニア供給部P20から供給された液状アンモニアを気化させて気相アンモニアに相変化させることができる(S210)。このとき、気化器210は、分解反応部300から排出される高温の反応生成物に含まれている熱エネルギーを供給されてアンモニアを気化させてもよい。 First, the vaporizer 210 may vaporize the liquid ammonia supplied from the second ammonia supply unit P20 to change its phase into gaseous ammonia (S210). At this time, the vaporizer 210 may be supplied with thermal energy contained in the high temperature reaction product discharged from the decomposition reaction unit 300 to vaporize the ammonia.

次いで、気化器210から排出された気相アンモニアは、予熱器220に供給されてもよい。予熱器220においては、供給された気相アンモニアを加熱して、分解反応部300に供給される前に、気相アンモニアを予熱することができる。予熱器220は、予熱済みの気相アンモニアを分解反応部300に供給することができる(S220)。 The vaporized ammonia discharged from the vaporizer 210 may then be supplied to the preheater 220. In the preheater 220 , the supplied gaseous ammonia can be heated to preheat the gaseous ammonia before being supplied to the decomposition reaction section 300 . The preheater 220 can supply preheated gaseous ammonia to the decomposition reaction section 300 (S220).

一方、燃焼部100は、第1のアンモニア供給部P10から供給されたアンモニアを燃焼させて、分解反応部300を予め設定された温度に加熱することができる(S100)。具体的に、燃焼部100は、アンモニア燃焼反応を通じて生じた燃焼熱を用いて、分解反応部300を予め設定された温度(例えば、400℃以上)まで加熱することができる。このとき、燃焼部100は、吸着精製部400から供給されたオフガスをアンモニアとともに燃焼させて燃焼熱を生じさせてもよい。これにより、分解反応部200において、アンモニア分解反応が始まることができる。燃焼部100は、アンモニア燃焼反応から生成された燃焼排ガスを燃焼部100の外部に排出することができる。 On the other hand, the combustion section 100 can heat the decomposition reaction section 300 to a preset temperature by burning the ammonia supplied from the first ammonia supply section P10 (S100). Specifically, the combustion unit 100 can heat the decomposition reaction unit 300 to a preset temperature (eg, 400° C. or higher) using combustion heat generated through the ammonia combustion reaction. At this time, the combustion section 100 may burn the off-gas supplied from the adsorption purification section 400 together with ammonia to generate combustion heat. Thereby, the ammonia decomposition reaction can begin in the decomposition reaction section 200. The combustion section 100 can discharge combustion exhaust gas generated from the ammonia combustion reaction to the outside of the combustion section 100 .

次いで、触媒反応部600が、予熱済みの気相アンモニアを分解して水素を産生することができる(S230)。具体的に、触媒反応部600は、予熱器220から排出された予熱済みの気相アンモニアの一部を触媒分解反応を通じて分解して、水素を産生することができる。これにより、予熱器220から排出された「未反応アンモニア」と、触媒反応部600により生成された「窒素及び水素」が、分解反応部300に供給されることが可能になる。 Next, the catalytic reaction unit 600 may decompose the preheated gas phase ammonia to produce hydrogen (S230). Specifically, the catalytic reaction unit 600 may decompose a portion of the preheated gaseous ammonia discharged from the preheater 220 through a catalytic decomposition reaction to produce hydrogen. This allows “unreacted ammonia” discharged from the preheater 220 and “nitrogen and hydrogen” generated by the catalytic reaction section 600 to be supplied to the decomposition reaction section 300.

次いで、分解反応部300が、アンモニアを分解し、これから生成された反応生成物を排出することができる(S240)。具体的に、分解反応部300は、予熱器220から排出された後、触媒反応部600を通って供給されたアンモニアを分解することができる。このとき、分解反応部300は、燃焼部100の加熱による熱エネルギーを用いて行われるアンモニア分解反応を通じて、アンモニアを分解してもよい。なお、分解反応部300は、アンモニア分解反応から生成された反応生成物を吸着精製部400に供給することができる。このとき、反応生成物は、アンモニア分解反応から生成された水素、窒素及び未反応アンモニアが含まれている「アンモニア分解ガス」であってもよい。 Next, the decomposition reaction unit 300 can decompose ammonia and discharge the reaction products generated therefrom (S240). Specifically, the decomposition reaction unit 300 may decompose ammonia that is supplied through the catalytic reaction unit 600 after being discharged from the preheater 220 . At this time, the decomposition reaction unit 300 may decompose ammonia through an ammonia decomposition reaction performed using thermal energy generated by heating of the combustion unit 100. Note that the decomposition reaction section 300 can supply the reaction product generated from the ammonia decomposition reaction to the adsorption purification section 400. At this time, the reaction product may be "ammonia decomposition gas" containing hydrogen, nitrogen, and unreacted ammonia generated from the ammonia decomposition reaction.

次いで、吸着精製部400が、反応生成物から高純度水素を分離・精製することができる(S250)。具体的に、吸着精製部400は、分解反応部200から反応生成物を受け取り、反応生成物に含まれている窒素及び未反応アンモニアを取り除くことができる。このとき、吸着精製部400は、内部に含まれている吸着剤を用いて、圧力スイング吸着(PSA)方式を用いて、窒素とアンモニアのみを選択的に吸着して取り除いてもよい。次いで、分離・精製された高純度水素は排出されて水素貯留部S10に収容されてもよい。 Next, the adsorption purification unit 400 can separate and purify high-purity hydrogen from the reaction product (S250). Specifically, the adsorption purification unit 400 can receive the reaction product from the decomposition reaction unit 200 and remove nitrogen and unreacted ammonia contained in the reaction product. At this time, the adsorption purification unit 400 may selectively adsorb and remove only nitrogen and ammonia using an adsorbent contained therein using a pressure swing adsorption (PSA) method. Next, the separated and purified high-purity hydrogen may be discharged and stored in the hydrogen storage section S10.

吸着及び精製の過程において生成されたオフガス(すなわち、窒素、水素及び未反応アンモニアが混合された混合ガス)は、燃焼部100に供給されてもよい。これにより、燃焼部100は、第1のアンモニア供給部P10から供給されたアンモニアと、オフガスに含まれている水素及び微量の未反応アンモニアを混焼させて分解反応部300を加熱することができる。このような過程を通じて、分解反応部300におけるアンモニア分解反応及び吸着精製部400における吸着・精製が行われ続けられるということは、前述した実施形態と同一または類似である。 Off-gas (ie, a mixed gas of nitrogen, hydrogen, and unreacted ammonia) generated during the adsorption and purification process may be supplied to the combustion section 100. Thereby, the combustion section 100 can heat the decomposition reaction section 300 by co-firing the ammonia supplied from the first ammonia supply section P10, hydrogen and a trace amount of unreacted ammonia contained in the off-gas. Through this process, the ammonia decomposition reaction in the decomposition reaction unit 300 and the adsorption and purification in the adsorption purification unit 400 continue to be performed, which is the same or similar to the above-described embodiment.

前述したように、本発明に実施形態に係る高純度水素の製造装置10、20、30、40及び製造方法S10は、水素供給部500に加えて、分解反応部300の後端、吸着精製部400の前端もしくは後端、及び水素貯留部S10に内部供給部520を備え、ここから中間連結ラインICへと水素をさらに供給することにより、高温の気相アンモニアによる、「予熱器220」、「分解反応部300」及び「予熱器220後端と分解反応部300とをつなぐ配管」における腐食の発生を抑えることができる。なお、中間連結ラインICに加えて、水素供給部500から水素が供給される水素流入地点Bをさらに備え、これらの流入地点に水素をさらに供給することにより、高温の気相アンモニアによる、分解反応部300において起こる腐食の問題[すなわち、分解反応部300を構成する金属製の反応部本体、分解反応部300内の充填物及び触媒などの腐食]を解消することができる。 As described above, the high-purity hydrogen production apparatuses 10, 20, 30, 40 and the production method S10 according to the embodiments of the present invention include, in addition to the hydrogen supply section 500, the rear end of the decomposition reaction section 300, the adsorption purification section. By providing an internal supply section 520 at the front end or rear end of the hydrogen storage section 400 and the hydrogen storage section S10, and further supplying hydrogen from there to the intermediate connection line IC, "preheater 220", " The occurrence of corrosion in the decomposition reaction section 300 and the piping connecting the rear end of the preheater 220 and the decomposition reaction section 300 can be suppressed. In addition to the intermediate connection line IC, a hydrogen inflow point B is further provided to which hydrogen is supplied from the hydrogen supply section 500, and by further supplying hydrogen to these inflow points, the decomposition reaction by high-temperature gaseous ammonia can be carried out. The problem of corrosion that occurs in the decomposition reaction part 300 [that is, the corrosion of the metal reaction part main body constituting the decomposition reaction part 300, the filler in the decomposition reaction part 300, the catalyst, etc.] can be solved.

また、本発明の実施形態に係る高純度水素の製造装置30及び製造方法S20は、分解反応部300に供給される前に、予熱済みの気相アンモニアの一部を触媒分解して水素を産生して、気相アンモニアとともに分解反応部300に供給することにより、高温の気相アンモニアによる、分解反応部300における上述した腐食の問題を防ぐことができる。 Furthermore, the high-purity hydrogen production apparatus 30 and production method S20 according to the embodiment of the present invention catalytically decomposes a part of the preheated gas phase ammonia to produce hydrogen before being supplied to the decomposition reaction section 300. By supplying it to the decomposition reaction section 300 together with gaseous ammonia, it is possible to prevent the above-mentioned corrosion problem in the decomposition reaction section 300 due to high temperature gaseous ammonia.

上述した本発明の説明は、単なる例示のためのものであり、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者は、本発明の技術的な思想や必須的な特徴を変更することなく、他の具体的な形態へと容易に変形できる。よって、上述した実施形態は、あらゆる面において例示的なものに過ぎず、限定的ではない。例えば、単一型であると説明されている各構成要素は、分散されて実施されてもよく、同様に、分散されていると説明されている構成要素も、組み合わせられた形態に実施されてもよい。 The above description of the present invention is merely for illustrative purposes, and those with ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains will understand the invention without changing the technical idea or essential features of the present invention. It can be easily transformed into other concrete forms. Therefore, the embodiments described above are merely illustrative in all respects, and are not restrictive. For example, components described as unitary may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may also be implemented in a combined form. Good too.

本発明の範囲は、後述する特許請求の範囲によって表わされ、特許請求の範囲の意味及び範囲、並びにその均等概念から導き出されるあらゆる変更または変形された形態も本発明の範囲に含まれる。 The scope of the present invention is expressed by the following claims, and any changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts thereof are also included within the scope of the present invention.

10、20、30、40 高純度水素の製造装置
100 燃焼部
200 気化予熱部
210 気化器
220 予熱器
300 分解反応部
400 吸着精製部
500 水素供給部
510 外部供給部
520 内部供給部
600 触媒反応部
P10 第1のアンモニア供給部
P20 第2のアンモニア供給部
S10 水素貯留部
IC 中間連結ライン
B 水素流入地点

10, 20, 30, 40 High purity hydrogen production device 100 Combustion section 200 Vaporization preheating section 210 Vaporizer 220 Preheater 300 Decomposition reaction section 400 Adsorption purification section 500 Hydrogen supply section 510 External supply section 520 Internal supply section 600 Catalytic reaction section P10 First ammonia supply section P20 Second ammonia supply section S10 Hydrogen storage section IC Intermediate connection line B Hydrogen inflow point

Claims (15)

アンモニア分解反応を通じてアンモニアを分解し、前記アンモニア分解反応から生成された水素、窒素及び未反応アンモニアを含む反応生成物を排出する分解反応部と、
第1のアンモニア供給部から供給されたアンモニアを燃焼させて、前記分解反応部を加熱する燃焼部と、
第2のアンモニア供給部から供給された液状アンモニアを気化させる気化器と、前記気化器から中間連結ラインを介して供給されたアンモニアを予熱(preheating)する予熱器と、を有する気化予熱部と、
前記中間連結ラインに水素を供給する水素供給部と、
前記反応生成物から高純度水素を分離・精製する吸着精製部と、を備える
ことを特徴とするアンモニアを用いた高純度水素の製造装置。
a decomposition reaction section that decomposes ammonia through an ammonia decomposition reaction and discharges a reaction product containing hydrogen, nitrogen, and unreacted ammonia generated from the ammonia decomposition reaction;
a combustion section that heats the decomposition reaction section by burning ammonia supplied from a first ammonia supply section;
a vaporization preheating section comprising: a vaporizer that vaporizes liquid ammonia supplied from a second ammonia supply section; and a preheater that preheats ammonia supplied from the vaporizer via an intermediate connection line;
a hydrogen supply unit that supplies hydrogen to the intermediate connection line;
An apparatus for producing high-purity hydrogen using ammonia, comprising: an adsorption purification section that separates and purifies high-purity hydrogen from the reaction product.
前記水素供給部は、前記分解反応部の後端と、前記吸着精製部の前端もしくは後端と、分離・精製された高純度水素が貯留された水素貯留部と、のうちのいずれか一つに配置される内部供給部、及び前記反応生成物、前記アンモニア及び前記高純度水素が通過する連結ラインの外部に配置された外部供給部のうちの少なくとも一方を備える
請求項1に記載のアンモニアを用いた高純度水素の製造装置。
The hydrogen supply section includes one of the rear end of the decomposition reaction section, the front end or rear end of the adsorption purification section, and a hydrogen storage section in which separated and purified high-purity hydrogen is stored. The ammonia according to claim 1, comprising at least one of an internal supply section disposed in the ammonia tank and an external supply section disposed outside a connection line through which the reaction product, the ammonia and the high-purity hydrogen pass. High-purity hydrogen production equipment used.
前記内部供給部は、
前記分解反応部から排出された反応生成物の一部を前記中間連結ラインに供給する第1の供給部と、前記吸着精製部に供給される反応生成物の一部を前記中間連結ラインに供給する第2の供給部と、前記吸着精製部において分離・精製されて排出される高純度水素の一部を前記中間連結ラインに供給する第3の供給部と、前記水素貯留部に貯留された高純度水素の一部を前記中間連結ラインに供給する第4の供給部と、のうちの少なくとも一つを備える
請求項2に記載のアンモニアを用いた高純度水素の製造装置。
The internal supply section is
a first supply section that supplies a portion of the reaction product discharged from the decomposition reaction section to the intermediate connection line; and a first supply section that supplies a portion of the reaction product that is supplied to the adsorption purification section to the intermediate connection line. a second supply section for supplying a portion of the high-purity hydrogen separated and purified in the adsorption purification section and discharged to the intermediate connection line; The apparatus for producing high-purity hydrogen using ammonia according to claim 2, further comprising at least one of a fourth supply section that supplies a portion of the high-purity hydrogen to the intermediate connection line.
前記水素供給部は、前記中間連結ラインとは異なる位置に配置された水素流入地点に水素を供給する
請求項1に記載のアンモニアを用いた高純度水素の製造装置。
The apparatus for producing high-purity hydrogen using ammonia according to claim 1, wherein the hydrogen supply unit supplies hydrogen to a hydrogen inflow point located at a position different from the intermediate connection line.
前記水素流入地点は、互いに異なる複数に配備され、
前記水素供給部は、複数の前記水素流入地点のうちの少なくとも一つに水素を供給する
請求項4に記載のアンモニアを用いた高純度水素の製造装置。
The hydrogen inflow points are arranged at a plurality of different locations,
The apparatus for producing high-purity hydrogen using ammonia according to claim 4, wherein the hydrogen supply unit supplies hydrogen to at least one of the plurality of hydrogen inflow points.
前記水素流入地点は、
前記第2のアンモニア供給部と前記気化器とをつなぐ第1の供給ラインと連結される第1の流入地点と、前記予熱器と前記分解反応部とをつなぐ第2の供給ラインと連結される第2の流入地点と、のうちの少なくとも一方を備える
請求項5に記載のアンモニアを用いた高純度水素の製造装置。
The hydrogen inflow point is
a first inflow point connected to a first supply line connecting the second ammonia supply section and the vaporizer; and a second supply line connecting the preheater and the decomposition reaction section. The apparatus for producing high-purity hydrogen using ammonia according to claim 5, comprising at least one of a second inflow point.
気化器が、第2のアンモニア供給部から供給された液状アンモニアを気化させて気相アンモニアを生成するステップと、
水素供給部が、前記気化器と予熱器とをつなぐ中間連結ラインに水素を供給するステップと、
前記予熱器が、前記気相アンモニアを予熱して分解反応部に供給するステップと、
燃焼部が、第1のアンモニア供給部から供給されたアンモニアを燃焼させて、前記分解反応部を加熱するステップと、
前記分解反応部が、アンモニア分解反応を通じてアンモニアを分解して水素、窒素及び未反応アンモニアを含む反応生成物を排出するステップと、
吸着精製部が、前記反応生成物から窒素及び未反応アンモニアを吸着して取り除いて、高純度水素を分離・精製するステップと、を含む
ことを特徴とするアンモニアを用いた高純度水素の製造方法。
the vaporizer vaporizing the liquid ammonia supplied from the second ammonia supply to produce gaseous ammonia;
a hydrogen supply unit supplying hydrogen to an intermediate connection line connecting the vaporizer and the preheater;
the preheater preheating the gas phase ammonia and supplying it to the decomposition reaction section;
a combustion section heating the decomposition reaction section by burning ammonia supplied from a first ammonia supply section;
The decomposition reaction unit decomposes ammonia through an ammonia decomposition reaction and discharges reaction products including hydrogen, nitrogen, and unreacted ammonia;
A method for producing high-purity hydrogen using ammonia, characterized in that the adsorption purification section adsorbs and removes nitrogen and unreacted ammonia from the reaction product to separate and purify high-purity hydrogen. .
内部供給部が、前記中間連結ラインに反応生成物または水素を供給するステップをさらに含む
請求項7に記載のアンモニアを用いた高純度水素の製造方法。
The method for producing high-purity hydrogen using ammonia according to claim 7, further comprising the step of supplying a reaction product or hydrogen to the intermediate connection line by the internal supply section.
前記内部供給部は、
前記分解反応部から排出された反応生成物の一部を前記中間連結ラインに供給する第1の供給部と、前記吸着精製部に供給される反応生成物の一部を前記中間連結ラインに供給する第2の供給部と、前記吸着精製部において分離・精製された高純度水素の一部を前記中間連結ラインに供給する第3の供給部と、水素貯留部に貯留された高純度水素の一部を前記中間連結ラインに供給する第4の供給部と、のうちの少なくとも一つを備える
請求項8に記載のアンモニアを用いた高純度水素の製造方法。
The internal supply section is
a first supply section that supplies a portion of the reaction product discharged from the decomposition reaction section to the intermediate connection line; and a first supply section that supplies a portion of the reaction product that is supplied to the adsorption purification section to the intermediate connection line. a third supply section that supplies part of the high-purity hydrogen separated and purified in the adsorption purification section to the intermediate connection line; The method for producing high-purity hydrogen using ammonia according to claim 8, further comprising at least one of the following: a fourth supply section that supplies a portion of the hydrogen to the intermediate connection line.
前記水素供給部が、前記中間連結ラインとは異なる位置に配置された水素流入地点に水素を供給するステップをさらに含む
請求項7に記載のアンモニアを用いた高純度水素の製造方法。
8. The method for producing high-purity hydrogen using ammonia according to claim 7, further comprising the step of supplying hydrogen to a hydrogen inflow point located at a location different from the intermediate connection line.
前記水素流入地点は、
前記第2のアンモニア供給部と前記気化器とをつなぐ第1の供給ラインと連結される第1の流入地点と、前記予熱器と前記分解反応部とをつなぐ第2の供給ラインと連結される第2の流入地点と、のうちの少なくともどちらか一方を備える
請求項10に記載のアンモニアを用いた高純度水素の製造方法。
The hydrogen inflow point is
a first inlet point connected to a first supply line connecting the second ammonia supply section and the vaporizer; and a second supply line connecting the preheater and the decomposition reaction section. The method for producing high-purity hydrogen using ammonia according to claim 10, comprising at least one of the following: a second inflow point.
アンモニア分解反応を通じてアンモニアを分解し、前記アンモニア分解反応から生成された水素、窒素及び未反応アンモニアを含む反応生成物を排出する分解反応部と、
第1のアンモニア供給部から供給されたアンモニアを燃焼させて、前記分解反応部を加熱する燃焼部と、
第2のアンモニア供給部から供給された液状アンモニアを気化させる気化器と、前記気化器から中間連結ラインを介して供給されたアンモニアを予熱(preheating)する予熱器と、を有する気化予熱部と、
予熱されたアンモニアの一部を触媒反応を通じて分解して、水素を産生する触媒反応部と、
前記反応生成物から高純度水素を分離・精製する吸着精製部と、を備える
ことを特徴とするアンモニアを用いた高純度水素の製造装置。
a decomposition reaction section that decomposes ammonia through an ammonia decomposition reaction and discharges a reaction product containing hydrogen, nitrogen, and unreacted ammonia generated from the ammonia decomposition reaction;
a combustion section that heats the decomposition reaction section by burning ammonia supplied from a first ammonia supply section;
a vaporization preheating section comprising: a vaporizer that vaporizes liquid ammonia supplied from a second ammonia supply section; and a preheater that preheats ammonia supplied from the vaporizer via an intermediate connection line;
a catalytic reaction section that decomposes a portion of the preheated ammonia through a catalytic reaction to produce hydrogen;
An apparatus for producing high-purity hydrogen using ammonia, comprising: an adsorption purification section that separates and purifies high-purity hydrogen from the reaction product.
前記触媒反応部において産生された水素は、前記分解反応部に供給される
請求項12に記載のアンモニアを用いた高純度水素の製造装置。
The apparatus for producing high-purity hydrogen using ammonia according to claim 12, wherein the hydrogen produced in the catalytic reaction section is supplied to the decomposition reaction section.
前記触媒反応は、前記予熱器により加熱されたアンモニアに含まれている熱エネルギーを用いて行われる
請求項12に記載のアンモニアを用いた高純度水素の製造装置。
The apparatus for producing high-purity hydrogen using ammonia according to claim 12, wherein the catalytic reaction is performed using thermal energy contained in ammonia heated by the preheater.
前記触媒反応は、電気加熱方式を用いて行われる
請求項12に記載のアンモニアを用いた高純度水素の製造装置。

The apparatus for producing high-purity hydrogen using ammonia according to claim 12, wherein the catalytic reaction is performed using an electric heating method.

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