JPH0818822B2 - アンモニア合成方法 - Google Patents
アンモニア合成方法Info
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- JPH0818822B2 JPH0818822B2 JP1087713A JP8771389A JPH0818822B2 JP H0818822 B2 JPH0818822 B2 JP H0818822B2 JP 1087713 A JP1087713 A JP 1087713A JP 8771389 A JP8771389 A JP 8771389A JP H0818822 B2 JPH0818822 B2 JP H0818822B2
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- synthesis
- hydrogen gas
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01C—AMMONIA; CYANOGEN; COMPOUNDS THEREOF
- C01C1/00—Ammonia; Compounds thereof
- C01C1/02—Preparation, purification or separation of ammonia
- C01C1/04—Preparation of ammonia by synthesis in the gas phase
- C01C1/0405—Preparation of ammonia by synthesis in the gas phase from N2 and H2 in presence of a catalyst
- C01C1/0411—Preparation of ammonia by synthesis in the gas phase from N2 and H2 in presence of a catalyst characterised by the catalyst
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
- Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、チタン、ジルコニウム、マンガン、鉄の
元素を含む水素吸蔵合金を触媒とする低圧、低温下での
アンモニア合成方法に関するものである。
元素を含む水素吸蔵合金を触媒とする低圧、低温下での
アンモニア合成方法に関するものである。
（従来の技術） 従来、アンモニアは工業的には、鉄、酸化鉄（FeO,Fe
2O3）等の鉄触媒に、促進剤としてアルミナのほかに酸
化カリウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウムのうち
１種以上を加えたものを触媒として窒素ガスと水素ガス
による直接合成により製造されている。
2O3）等の鉄触媒に、促進剤としてアルミナのほかに酸
化カリウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウムのうち
１種以上を加えたものを触媒として窒素ガスと水素ガス
による直接合成により製造されている。
この原理を利用したアンモニア合成の典型的なもの
は、（１）低温低圧法（ウーデ法）、（２）中温中圧法
（ハーバーボッシュ法）、（３）高温高圧法（クロード
法、カザレー法）で、他に（２）の変形と考えられるも
のがある。
は、（１）低温低圧法（ウーデ法）、（２）中温中圧法
（ハーバーボッシュ法）、（３）高温高圧法（クロード
法、カザレー法）で、他に（２）の変形と考えられるも
のがある。
（発明の解決しようとする問題点） しかし、低温低圧法といわれているウーデ法でも圧力
100〜300atm、温度450〜500℃、ハーバーボッシュ法で
は圧力200〜500atm、温度500〜600、クロード法では圧
力900〜1000atm、温度500〜600℃のように何れも高温高
圧下で合成が行なわれている。
100〜300atm、温度450〜500℃、ハーバーボッシュ法で
は圧力200〜500atm、温度500〜600、クロード法では圧
力900〜1000atm、温度500〜600℃のように何れも高温高
圧下で合成が行なわれている。
このため、合成塔の材質としては高温高圧に耐える特
殊鋼を使用しなければならず、また装置が大型化するた
めに廉価にアンモニアを合成することができないなどの
難点がある。
殊鋼を使用しなければならず、また装置が大型化するた
めに廉価にアンモニアを合成することができないなどの
難点がある。
また、高温高圧下にアンモニアの合成が行なわれるた
め、温度、圧力の管理が極めて困難であり、常に危険が
伴うなどの難点もある。
め、温度、圧力の管理が極めて困難であり、常に危険が
伴うなどの難点もある。
この発明は、上記実情に鑑み、低温低圧下でのアンモ
ニア合成法を開発する目的で鋭意研究の結果、従来水素
の輸送用、高純度の水素製造用、或はヒートポンプ等に
使用されてきた水素吸蔵合金のうちジルコニウム、チタ
ン、マンガン、鉄の元素を含む水素吸蔵合金が低温低圧
下でのアンモニアの直接合成の触媒として極めて有効で
あることを見出したものである。
ニア合成法を開発する目的で鋭意研究の結果、従来水素
の輸送用、高純度の水素製造用、或はヒートポンプ等に
使用されてきた水素吸蔵合金のうちジルコニウム、チタ
ン、マンガン、鉄の元素を含む水素吸蔵合金が低温低圧
下でのアンモニアの直接合成の触媒として極めて有効で
あることを見出したものである。
（問題点を解決するための手段） そこで、この発明においては以上の知見に基づいて、
窒素ガスと水素ガスを、ジルコニウム、チタン、マンガ
ン、鉄の元素を基本として含む水素吸蔵合金を触媒とし
て反応させるアンモニア合成方法を提案するものであ
る。
窒素ガスと水素ガスを、ジルコニウム、チタン、マンガ
ン、鉄の元素を基本として含む水素吸蔵合金を触媒とし
て反応させるアンモニア合成方法を提案するものであ
る。
この発明で使用するジルコニウム、チタン、マンガ
ン、鉄の元素を含む水素吸蔵合金は、具体的にはZr0.5T
i0.5(Mn0.8Fe0.2)1.7の組成比のものが使用される また、これにナトリウム、カリウムなどのアルカリ金
属、マグネシウム、カルシウムなどのアルカリ土類、稀
土類元素、遷移元素を添加、混合した合金を使用するこ
とによりアンモニアの収率を高めることが可能である。
ン、鉄の元素を含む水素吸蔵合金は、具体的にはZr0.5T
i0.5(Mn0.8Fe0.2)1.7の組成比のものが使用される また、これにナトリウム、カリウムなどのアルカリ金
属、マグネシウム、カルシウムなどのアルカリ土類、稀
土類元素、遷移元素を添加、混合した合金を使用するこ
とによりアンモニアの収率を高めることが可能である。
原料である水素ガス、窒素ガスは従来のアンモニアの
直接合成に使用したものと同様なものを使用することが
できる。例えば、水素ガスとしては電気分解水素、コー
クスを用いる水性ガス法によって得られた水素ガス、低
品位炭、重油、天然ガス、石油化学廃ガス等から得られ
る水素ガスを使用することができる。
直接合成に使用したものと同様なものを使用することが
できる。例えば、水素ガスとしては電気分解水素、コー
クスを用いる水性ガス法によって得られた水素ガス、低
品位炭、重油、天然ガス、石油化学廃ガス等から得られ
る水素ガスを使用することができる。
水素ガスと窒素ガスの配合比は、従来のアンモニアの
直接合成法と同様に、3:1モルの割合を基準として定め
ることができる。
直接合成法と同様に、3:1モルの割合を基準として定め
ることができる。
アンモニアの合成順序としては、例えば上記水素吸蔵
合金に付着した酸素や他の反応に有害なガスを排気して
取り除いた後、水素ガスを10〜20気圧で水素吸蔵合金に
吸蔵させる。これを数回繰り返すことにより、合金が活
性化し、合金中に原子状水素を貯蔵させる。
合金に付着した酸素や他の反応に有害なガスを排気して
取り除いた後、水素ガスを10〜20気圧で水素吸蔵合金に
吸蔵させる。これを数回繰り返すことにより、合金が活
性化し、合金中に原子状水素を貯蔵させる。
この活性化した合金に窒素ガスを導入すると、速い反
応速度で、アンモニアの合成反応が円滑に進行してアン
モニアが得られる。
応速度で、アンモニアの合成反応が円滑に進行してアン
モニアが得られる。
なお、水素吸蔵合金への水素ガスの吸蔵の際の発熱、
並びにアンモニアの合成の際の発熱により、反応系は20
0℃程度に加熱されるが、外部からこれ以上加熱乃至冷
却することなく、反応は進行する。
並びにアンモニアの合成の際の発熱により、反応系は20
0℃程度に加熱されるが、外部からこれ以上加熱乃至冷
却することなく、反応は進行する。
また、この発明によるアンモニアの合成は、反応速度
が速いので、反応を円滑に行なわせるため、水素ガスと
窒素ガスの成分比を調整しながら、連続或いは準連続に
反応系に水素ガス並びに窒素ガスを導入してアンモニア
の合成を行なわせるようにしてもよい。
が速いので、反応を円滑に行なわせるため、水素ガスと
窒素ガスの成分比を調整しながら、連続或いは準連続に
反応系に水素ガス並びに窒素ガスを導入してアンモニア
の合成を行なわせるようにしてもよい。
更に、反応系に水蒸気を吹込むことによりアンモニア
の収率を向上させることができる。
の収率を向上させることができる。
（作用） この発明のアンモニア合成方法は、以上のようにジル
コニウム、チタン、マンガン、鉄の元素を基本として含
む水素吸蔵合金を触媒とするものであるが、これは従来
の表面反応によって進行する触媒と異なり、水素ガスを
内部に吸蔵して活性化し、更には窒素ガスを活性化する
活性化体として機能するものと推定させる。そして、活
性化された水素及び窒素並びに合金とは低圧、低温下で
金属イミド（Mx−NH）のような中間体を形成し、この中
間体を経てアンモニアが合成されるものと推定される。
コニウム、チタン、マンガン、鉄の元素を基本として含
む水素吸蔵合金を触媒とするものであるが、これは従来
の表面反応によって進行する触媒と異なり、水素ガスを
内部に吸蔵して活性化し、更には窒素ガスを活性化する
活性化体として機能するものと推定させる。そして、活
性化された水素及び窒素並びに合金とは低圧、低温下で
金属イミド（Mx−NH）のような中間体を形成し、この中
間体を経てアンモニアが合成されるものと推定される。
（実施例） 以下、この発明を図示の実施例に基づいて説明する。
１は、内部にジルコニウム、チタン、マンガン、鉄の
合金を含む水素吸蔵合金２［Zr0.5Ti0.5(Mn0.8Fe0.2)
1.7］を収容したステンレス製の合成反応装置で、合成
反応装置１内には耐食性の多孔質パイプで構成される水
素ガス並びに窒素ガスの導入管３が設けられ、また同じ
く耐食性の多孔質パイプで構成される合成されたアンモ
ニアと未反応の水素ガス並びに窒素ガスの導出管４が設
けられる。
合金を含む水素吸蔵合金２［Zr0.5Ti0.5(Mn0.8Fe0.2)
1.7］を収容したステンレス製の合成反応装置で、合成
反応装置１内には耐食性の多孔質パイプで構成される水
素ガス並びに窒素ガスの導入管３が設けられ、また同じ
く耐食性の多孔質パイプで構成される合成されたアンモ
ニアと未反応の水素ガス並びに窒素ガスの導出管４が設
けられる。
更に、導入管３にはバルブ５を介して水素ガス源に接
続し、バルブ６を介して窒素ガス源に接続する四股状の
配管７の一端が接続される。
続し、バルブ６を介して窒素ガス源に接続する四股状の
配管７の一端が接続される。
また、導出管４にはアンモニアと未反応ガスの分離装
置８に接続するとともに、分離装置８にはアンモニアの
取出し管９と未反応ガスの回収管10を設け、未反応ガス
の回収管10には圧送ポンプ11を介在させ、バルブ12を介
して配管７の他端に接続される。
置８に接続するとともに、分離装置８にはアンモニアの
取出し管９と未反応ガスの回収管10を設け、未反応ガス
の回収管10には圧送ポンプ11を介在させ、バルブ12を介
して配管７の他端に接続される。
以上の合成反応装置１を使用するアンモニアの合成
は、合成反応装置１内を数mmTorrで減圧し、その後水素
ガスを〜９気圧封入し、数10分放置する。再び数mmTorr
まで減圧後、水素ガスを〜９気圧封入する。これを数回
（５〜６回）繰り返す。これにより、合金２は数分で10
0℃以上に発熱し熱し、活性化して10ミクロン程度に微
粉化した。図２は、この水素ガス封入（Ｈ）と減圧・排
気（Ｖ）のサイクルと活性化の関係を示すものであり、
T1＃９は希土類元素を主体とした従来のミッシュメタル
水素吸蔵金属、T2＃21は本願発明で使用される水素吸蔵
合金Ti0.5Zr0.5(Mn0.8Fe0.2)1.7であり、従来のミッシ
ュメタル水素吸蔵金属では水素ガス封入（Ｈ）と減圧・
排気（Ｖ）のサイクルによって活性化することがなかっ
たが、本願発明で使用される水素吸蔵合金Ti0.5Zr0.5(M
n0.8Fe0.2)1.7では５回目の水素ガス封入により活性化
させることができた。
は、合成反応装置１内を数mmTorrで減圧し、その後水素
ガスを〜９気圧封入し、数10分放置する。再び数mmTorr
まで減圧後、水素ガスを〜９気圧封入する。これを数回
（５〜６回）繰り返す。これにより、合金２は数分で10
0℃以上に発熱し熱し、活性化して10ミクロン程度に微
粉化した。図２は、この水素ガス封入（Ｈ）と減圧・排
気（Ｖ）のサイクルと活性化の関係を示すものであり、
T1＃９は希土類元素を主体とした従来のミッシュメタル
水素吸蔵金属、T2＃21は本願発明で使用される水素吸蔵
合金Ti0.5Zr0.5(Mn0.8Fe0.2)1.7であり、従来のミッシ
ュメタル水素吸蔵金属では水素ガス封入（Ｈ）と減圧・
排気（Ｖ）のサイクルによって活性化することがなかっ
たが、本願発明で使用される水素吸蔵合金Ti0.5Zr0.5(M
n0.8Fe0.2)1.7では５回目の水素ガス封入により活性化
させることができた。
この状態で、ガス状態の水素を除去し、バルブ６を開
き、窒素ガスを〜５気圧の低気圧で装置１内に封入し
た。10分程度放置することにより、特有な刺激臭をもつ
アンモニアが合成された。
き、窒素ガスを〜５気圧の低気圧で装置１内に封入し
た。10分程度放置することにより、特有な刺激臭をもつ
アンモニアが合成された。
反応によって合成されたアンモニア並びに未反応の水
素ガス、窒素ガスは導出管４を通って分離装置８に導か
れ、ここで冷却或は化学的吸収等の手段によりアンモニ
アと未反応の水素ガス、窒素ガスは成分調整後、バルブ
12を開き、ポンプ11によって再び合成反応装置１内に送
り込まれる。このようにして、この実施例では水素ガス
と窒素ガスの成分比を調整しながら、連続的または準連
続的に装置を運転してアンモニアを低温低圧下で効率的
に合成することができた。
素ガス、窒素ガスは導出管４を通って分離装置８に導か
れ、ここで冷却或は化学的吸収等の手段によりアンモニ
アと未反応の水素ガス、窒素ガスは成分調整後、バルブ
12を開き、ポンプ11によって再び合成反応装置１内に送
り込まれる。このようにして、この実施例では水素ガス
と窒素ガスの成分比を調整しながら、連続的または準連
続的に装置を運転してアンモニアを低温低圧下で効率的
に合成することができた。
なお、以上の装置１の中に、水を注入すれば、濃厚な
溶液としてアンモニアが得られる。これらアンモニアの
合成はネスラー試薬で確認した。
溶液としてアンモニアが得られる。これらアンモニアの
合成はネスラー試薬で確認した。
（発明の効果） 以上要するに、この発明によれば従来不可能であった
10〜20気圧、200℃程度の低圧、低温下でのアンモニア
合成が可能となる。
10〜20気圧、200℃程度の低圧、低温下でのアンモニア
合成が可能となる。
これは、従来のアンモニア合成法の中で最も低圧のも
のと比較しても1/10〜1/30の気圧であり、温度も200℃
以下であるため、安全で、しかも極めて安価な装置を用
いて経済的にアンモニアを合成することができる。
のと比較しても1/10〜1/30の気圧であり、温度も200℃
以下であるため、安全で、しかも極めて安価な装置を用
いて経済的にアンモニアを合成することができる。
第１図は、この発明の一実施例を示す概略図であり、第
２図は水素ガス封入（Ｈ）と減圧・排気（Ｖ）のサイク
ルと水素吸蔵合金の活性化の関係を示す図である。 図中、１はアンモニア合成反応装置、２は水素吸蔵合
金、３は導入管、４は導出管、５は水素ガス導入バル
ブ、６は窒素ガス導入バルブ、８はアンモニアと未反応
ガスの分離装置、11は未反応ガス回収のためのポンプ、
12は未反応ガス回収のためのバルブ。
２図は水素ガス封入（Ｈ）と減圧・排気（Ｖ）のサイク
ルと水素吸蔵合金の活性化の関係を示す図である。 図中、１はアンモニア合成反応装置、２は水素吸蔵合
金、３は導入管、４は導出管、５は水素ガス導入バル
ブ、６は窒素ガス導入バルブ、８はアンモニアと未反応
ガスの分離装置、11は未反応ガス回収のためのポンプ、
12は未反応ガス回収のためのバルブ。
Claims (1)
- 【請求項１】Zr0.5Ti0.5(Mn0.8Fe0.2)1.7からなる水素
吸蔵合金に水素ガスを吸蔵させて活性化させた後、次に
この活性化した合金に窒素ガスを吹き込んでアンモニア
を合成することを特徴とするアンモニア合成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1087713A JPH0818822B2 (ja) | 1989-04-06 | 1989-04-06 | アンモニア合成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1087713A JPH0818822B2 (ja) | 1989-04-06 | 1989-04-06 | アンモニア合成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02267116A JPH02267116A (ja) | 1990-10-31 |
| JPH0818822B2 true JPH0818822B2 (ja) | 1996-02-28 |
Family
ID=13922546
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1087713A Expired - Lifetime JPH0818822B2 (ja) | 1989-04-06 | 1989-04-06 | アンモニア合成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0818822B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008062028A2 (de) * | 2006-11-24 | 2008-05-29 | Basf Se | Integriertes verfahren zur herstellung von benzol und ammoniak ausgehend von aliphatischen kohlenwasserstoffen und stickstoff |
| JP5053134B2 (ja) * | 2008-03-11 | 2012-10-17 | 日野自動車株式会社 | 排気浄化装置 |
| JP5821777B2 (ja) * | 2012-05-21 | 2015-11-24 | トヨタ自動車株式会社 | アンモニア合成方法 |
| JP7385863B2 (ja) * | 2019-10-02 | 2023-11-24 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | アンモニア合成触媒 |
| JPWO2022030603A1 (ja) * | 2020-08-05 | 2022-02-10 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0034403A1 (en) * | 1980-01-17 | 1981-08-26 | The University of South Carolina | Method of making ammonia |
-
1989
- 1989-04-06 JP JP1087713A patent/JPH0818822B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02267116A (ja) | 1990-10-31 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |