KR20050053474A - 암모니아의 정제방법 및 정제장치 - Google Patents

암모니아의 정제방법 및 정제장치 Download PDF

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Abstract

원료암모니아에 포함되는 다종의 비금속 불순물을 효율적으로 제거하고, 또한 연속정제공정을 간소화할 수 있는 암모니아의 정제방법 및 정제장치를 개발한다.
본 발명에 따른 암모니아가스의 정제장치는, 수분과, 암모니아보다 비점이 낮은 저비점 불순물가스를 포함하는 조암모니아가스를 정제하는 정제장치에 있어서, 상기 조암모니아가스를 도입하여 냉각작용에 의해 암모니아가스를 액화하는 열교환기로 이루어진 증류부(3)와, 상기 증류부(3)에 설치되어 상기 저비점 불순물가스를 가스상태 그대로 배기하는 배기로와, 상기 증류부(3)로부터 배출된 액체암모니아를 기화시키는 기화장치와, 수분을 흡착하는 수분흡착부(22, 24)와, 산소를 분리하는 촉매부(23, 25)와, 상기 기화장치에 의해 기화된 암모니아가스를 상기 수분흡착부(22, 24) 및 상기 촉매부(23, 25)에 도입하는 암모니아가스 도입로를 구비하고 있다.

Description

암모니아의 정제방법 및 정제장치{PURIFICATION METHOD OF AMMONIA AND ITS PURIFICATION APPARATUS}
본 발명은, 각종 불순물을 함유하는 조암모니아가스를 정제하는 정제방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반도체공업ㆍ화학공업ㆍ연구기관 등에서 필요로 되는 고순도의 암모니아가스를 제공하는 암모니아의 정제방법 및 그 정제장치에 관한 것이다.
암모니아는, 일반적으로 반도체 제조공업 등에 많이 사용되고 있지만, 제조현장에서는 원료암모니아를 정제한 것이 사용된다. 원료암모니아는 암모니아 제조공장에서 만들어진 암모니아, 또는 사용현장으로부터 회수된 회수암모니아 등이다. 이 원료암모니아에는 금속류 이외에 물이나, 수소, 산소, 일산화탄소, 이산화탄소, 메탄 등의 비금속불순물이 포함되어 있고, 반도체제조 등에 사용하는 데에는 고순도인 것으로 정제할 필요가 있다.
그런데, 종래로부터 상기 원료암모니아에 포함되는 불순물을 제거하는 연구가 여러가지로 행해지고 있다. 예컨대, 수분제거에 관해서는 일본국특개평 9-142833호 공보에, 암모니아를 산화바륨에 접촉시켜 제거하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 일산화탄소 및 이산화탄소에 관해서, 일본국특개평 6-107412호 공보에, 암모니아를 니켈촉매에 접촉시켜 제거하는 방법이 개시되어 있다.
[특허문헌1] 일본국특개평 9-142833호
[특허문헌2] 일본국특개평 6-107412호
그러나, 원료암모니아에는, 상기와 같이 많은 종류의 불순물이 포함되어 있으므로, 특허문헌1이나 특허문헌2 등에 나타나는 개별의 물질제거방법을 실시해 나갈 필요가 있다. 이 때문에, 암모니아 정제에는 많은 정제공정을 필요로 하는 문제를 발생시키고 있었다. 즉, 대량의 고순도 암모니아를 효율적으로 얻기 위해서 연속정제할 필요가 있지만, 개별의 정제공정이 많게 되면, 연속정제용으로 대규모의 정제설비를 필요로 하는 문제가 있었다.
본 발명은, 원료암모니아에 포함되는 많은 종류의 비금속 불순물을 다단계의 정제공정을 사용하지 않고, 효율적으로 제거할 수 있는, 암모니아의 정제방법 및 그 정제장치를 제공하는 것을 제 1 목적으로 한다. 또한, 특히, 물 및 산소의 불순물을 효율적으로 제거할 수 있고, 연속정제의 효율화에 기여하는, 암모니아의 정제방법 및 정제장치의 제공을 제 2의 목적으로 한다. 더욱이, 많은 종류의 비금속 불순물을 효율적으로 제거하고, 고순도 암모니아를 정제할 수 있으며, 또한 연속정제공정을 간소화할 수 있는 암모니아의 정제방법 및 정제장치를 제공하는 것을 제 3의 목적으로 한다.
본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명의 제 1의 형태는, 암모니아보다 비점이 낮은 저비점 불순물가스를 포함하는 조암모니아가스를 정제하는 방법에 있어서, 열교환기로 이루어진 증류부에 상기 조암모니아가스를 도입하여 상기 열교환기의 냉각작용에 의해 암모니아가스를 액화하고, 상기 저비점 불순물가스를 가스상태 그대로 상기 증류부로부터 배기하고, 상기 저비점 불순물가스를 상기 조암모니아가스로부터 제거하는 암모니아가스의 정제방법이다.
본 발명의 제 2의 형태는, 상기 제 1의 형태에 있어서, 상기 증류부에 액화된 암모니아를 저류(貯留)하는 액체암모니아 저류부를 설치하고, 그 액체암모니아 저류부내의 액체암모니아를 가온하는 것에 의해 액체암모니아에 잔류하는 저비점 불순물을 배기제거하는 암모니아가스의 정제방법이다.
본 발명의 제 3의 형태는, 상기 제 1 또는 제 2의 형태에 있어서, 상기 액체암모니아 저류부로부터 액체암모니아를 배출하여 가열부를 통과시키는 것에 의해 기화시키는 암모니아가스의 정제방법이다.
본 발명의 제 4의 형태는, 적어도 수분과 산소를 포함하는 조암모니아가스를 정제하는 방법에 있어서, 수분을 흡착하는 수분흡착부와, 산소를 분리하는 촉매부에, 상기 조암모니아가스를 도입하고, 상기 조암모니아가스로부터 수분과 산소를 제거하는 암모니아가스의 정제방법이다.
본 발명의 제 5의 형태는, 적어도 수분과 산소를 포함하는 조암모니아가스를 정제하는 방법에 있어서, 수분을 흡착하는 수분흡착부 및 산소를 분리하는 촉매부를 적어도 한쌍 설치하고, 한쪽의 상기 수분흡착부 및 상기 촉매부에 상기 조암모니아가스를 도입하여 상기 조암모니아가스로부터 수분 및 산소를 제거하는 한편, 다른 쪽의 상기 수분흡착부 및 상기 촉매부에 환원가스를 유통시켜 재생시키는 암모니아가스의 정제방법이다.
본 발명의 제 6의 형태는, 상기 제 5의 형태에 있어서, 한쌍의 상기 수분흡착부 및 상기 촉매부의 각각에 대해서, 상기 조암모니아가스의 수분 및 산소의 제거와, 상기 환원가스의 유통에 의한 재생을 서로 번갈아 반복하여 연속정제시키는 암모니아가스의 정제방법이다.
본 발명의 제 7의 형태는, 수분과 암모니아보다 비점이 낮은 저비점 불순물가스를 포함하는 조암모니아가스를 정제하는 방법에 있어서, 열교환기로 이루어진 증류부에 상기 조암모니아가스를 도입하여 상기 열교환기의 냉각작용에 의해 암모니아가스를 액화하고, 상기 저비점 불순물가스를 가스상태 그대로 상기 증류부로부터 배기하고, 상기 저비점 불순물가스를 상기 조암모니아가스로부터 제거하는 제 1의 제거공정과, 상기 증류부에서 액화된 암모니아를 상기 증류부로부터 배출하여 가열부를 통과시키는 것에 의해 기화시키는 기화공정과, 수분을 흡착하는 수분흡착부와, 산소를 분리하는 촉매부에, 상기 기화공정에서 기화된 암모니아가스를 도입하고, 그 암모니아가스로부터 수분과 산소를 제거하는 제 2의 제거공정으로 이루어진 암모니아가스의 정제방법이다.
본 발명의 제 8의 형태는, 상기 제 7의 형태에 있어서, 상기 제 1의 제거공정에서 액화된 암모니아를 저류하는 액체암모니아 저류부를 설치하고, 그 액체암모니아 저류부내의 액체암모니아를 가온하는 것에 의해 액체암모니아에 잔류하는 저비점 불순물을 배기제거하는 제 3의 제거공정을 포함하고, 상기 제 3의 제거공정을 통하여 액체암모니아를 상기 기화공정에 도입하여 기화시키도록 한 암모니아가스의 정제방법이다.
본 발명의 제 9의 형태는, 상기 제 7 또는 제 8의 형태에 있어서, 상기 제 2의 제거공정이, 적어도 한쌍 설치된 상기 수분흡착부 및 상기 촉매부의 한쪽의 상기 수분흡착부 및 상기 촉매부에 상기 기화공정에서 기화된 암모니아가스를 도입하고, 그 암모니아가스로부터 수분과 산소를 제거하는 제거처리와, 다른 쪽의 상기 수분흡착부 및 상기 촉매부에 환원가스를 유통시켜 재생시키는 재생처리를 포함하는 암모니아가스의 정제방법이다.
본 발명의 제 10의 형태는, 상기 제 9의 형태에 있어서, 상기 한쌍의 상기 수분흡착부 및 상기 촉매부의 각각에 대해서, 수분 및 산소의 상기 제거처리와, 상기 환원가스의 유통에 의해 상기 재생처리를 번갈아 반복하여 연속정제시키는 암모니아가스의 정제방법이다.
본 발명의 제 11의 형태는, 상기 제 1 내지 제 10의 형태 중 어느 하나에 있어서, 상기 조암모니아가스가, 원료암모니아를 액상과 기상으로 분리하는 것에 의해 얻어지는 기상성분가스인 암모니아가스의 정제방법이다.
본 발명의 제 12의 형태는, 암모니아보다 비점이 낮은 저비점 불순물가스를 포함하는 조암모니아가스를 정제하는 정제장치에 있어서, 상기 조암모니아가스를 도입하여 냉각작용에 의해 암모니아가스를 액화하는, 열교환기로 이루어진 증류부를 구비하고, 상기 저비점 불순물가스를 가스상태 그대로 배기하는 배기로를 상기 증류부에 설치한 암모니아가스의 정제장치이다.
본 발명의 제 13의 형태는, 상기 제 12의 형태에 있어서, 상기 증류부가 액화된 조암모니아를 저류하는 액체암모니아 저류부와, 상기 액체암모니아 저류부내의 액체암모니아로부터 상기 저비점 불순물가스를 분리하기 위한 가온장치를 포함하는 암모니아가스의 정제장치이다.
본 발명의 제 14의 형태는, 상기 제 12 또는 제 13의 형태에 있어서, 상기 증류부로부터 배출된 액체암모니아를 기화시키는 기화장치를 포함하는 암모니아가스의 정제장치이다.
본 발명의 제 15의 형태는, 적어도 수분과 산소를 포함하는 조암모니아가스를 정제하는 정제장치에 있어서, 수분을 흡착하는 수분흡착부와, 산소를 분리하는 촉매부를 구비하고, 상기 조암모니아가스를 상기 수분흡착부 및 상기 촉매부에 도입하고, 상기 조암모니아가스로부터 수분 및 산소를 제거하는 암모니아가스의 정제장치이다.
본 발명의 제 16의 형태는, 적어도 수분과 산소를 포함하는 조암모니아가스를 정제하는 정제장치에 있어서, 수분을 흡착하는 수분흡착부 및 산소를 분리하는 촉매부를 적어도 한쌍 구비하고, 각각의 상기 수분흡착부 및 상기 촉매부에 상기 조암모니아가스를 도입하는 조암모니아가스 도입로와, 각각의 상기 수분흡착부 및 상기 촉매부에 환원가스를 도입하는 환원가스 도입로를 설치하고, 한쪽의 상기 수분흡착부 및 상기 촉매부에 상기 조암모니아가스 도입로를 통하여 상기 조암모니아가스를 도입하고, 상기 조암모니아가스로부터 수분 및 산소를 제거하는 한편, 다른 쪽의 상기 수분흡착부 및 상기 촉매부에 상기 환원가스 도입로를 통하여 환원가스를 유통시켜 재생시키는 암모니아가스의 정제장치이다.
본 발명의 제 17의 형태는, 상기 제 16의 형태에 있어서, 한쌍의 상기 수분흡착부 및 상기 촉매부의 각각에 대해서, 상기 조암모니아가스의 수분 및 산소의 제거와, 상기 환원가스의 유통에 의한 재생을 번갈아 반복하도록, 상기 조암모니아가스 도입로 및 상기 환원가스 도입로의 개폐를 제어하는 연속정제제어부를 구비한 암모니아가스의 정제장치이다.
본 발명의 제 18의 형태는, 수분과, 암모니아보다 비점이 낮은 저비점 불순물가스를 포함하는 조암모니아가스를 정제하는 정제장치에 있어서, 상기 조암모니아가스를 도입하여 냉각작용에 의해 암모니아가스를 액화하는, 열교환기로 이루어진 증류부와, 상기 증류부에 설치되어, 상기 저비점 불순물가스를 가스상태 그대로 배기하는 배기로와, 상기 증류부로부터 배출되는 액체암모니아를 기화시키는 기화장치와, 수분을 흡착하는 수분흡착부와, 산소를 분리하는 촉매부와, 상기 기화장치에 의해 기화된 암모니아가스를 상기 수분흡착부 및 상기 촉매부에 도입하는 암모니아가스 도입로를 구비한 암모니아가스의 정제장치이다.
본 발명의 제 19의 형태는, 상기 제 18의 형태에 있어서, 상기 증류부에서 액화된 조암모니아를 저류하는 액체암모니아 저류부를 상기 증류부에 설치하고, 상기 액체암모니아 저류부가, 상기 액체암모니아 저류부내의 액체암모니아에 잔류하는 저비점 불순물을 분리하기 위한 가온장치를 포함하는 암모니아가스의 정제장치이다.
본 발명의 제 20의 형태는, 상기 제 18 또는 제 19의 형태에 있어서, 상기 수분흡착부 및 상기 촉매부를 적어도 한쌍 구비하고, 각각의 상기 수분흡착부 및 상기 촉매부에, 상기 기화장치에 의해 기화된 암모니아가스를 도입하는 상기 암모니아가스 도입로를 설치하고, 또한 각각의 상기 수분흡착부 및 상기 촉매부에 환원가스를 도입하는 환원가스 도입로를 설치하고, 한쪽의 상기 수분흡착부 및 상기 촉매부에 상기 암모니아가스 도입로를 통하여 상기 기화된 암모니아가스를 도입하고, 그 암모니아가스로부터 수분 및 산소를 제거하는 한편, 다른 쪽의 상기 수분흡착부 및 상기 촉매부에 상기 환원가스 도입로를 통하여 환원가스를 유통시켜 재생시키는 암모니아가스의 정제장치이다.
본 발명의 제 21의 형태는, 상기 제 20의 형태에 있어서, 한쌍의 상기 수분흡착부 및 상기 촉매부의 각각에 대해서, 상기 조암모니아가스의 수분 및 산소의 제거와, 상기 환원가스의 유통에 의한 재생을 번갈아 반복하도록, 상기 암모니아가스 도입로 및 상기 환원가스 도입로의 개폐를 제어하는 연속정제제어부를 구비한 암모니아가스의 정제장치이다.
본 발명의 제 22의 형태는, 상기 제 12 내지 제 21의 형태 중 어느 하나에 있어서, 상기 조암모니아가스가, 원료암모니아를 액상과 기상으로 분리하는 것에 의해 얻어지는 기상성분가스인 암모니아가스의 정제장치이다.
본 발명의 제 1의 형태에 따른 암모니아의 정제방법에 의하면, 열교환기로 이루어진 증류부에 조암모니아가스를 도입하여 상기 열교환기의 냉각작용에 의해 암모니아가스를 액화하고, 암모니아보다 비점이 낮은 저비점 불순물가스를 가스상태 그대로 상기 증류부로부터 배기하는 것에 의해 상기 조암모니아가스로부터 제거할 수 있다.
또, 본 발명에 있어서 조암모니아가스는 가스상태의 원료암모니아이다. 또한, 상기의 암모니아보다 비점이 낮은 저비점 불순물가스는, 조암모니아가스에 포함되는, 수소(H2), 산소(O2), 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2), 질소(N 2), 메탄(CH4) 등이다.
본 발명의 제 2의 형태의 정제방법에 의하면, 상기 제 1의 형태에 있어서, 상기 증류부에, 액화된 암모니아를 저류하는 액체암모니아가스 저류부를 설치하고, 그 액체암모니아 저류부내의 액체암모니아를 가온하는 것에 의해 액체암모니아에 잔류하는 저비점 불순물을 배기제거할 수 있어, 보다 고순도의 암모니아를 정제할 수 있다.
본 발명의 제 3의 형태의 정제방법에 의하면, 상기 제 1 또는 제 2의 형태에 있어서, 상기 액체암모니아 저류부로부터 액체암모니아를 배출하여 가열부를 통과시키는 것에 의해 기화시키므로, 상기 제 1 또는 제 2의 형태에 있어서 고순도로 정제된 암모니아를 가스상태로 배출할 수 있어, 연속공정으로의 공급이 가능하게 된다.
본 발명의 제 4의 형태의 정제방법에 의하면, 수분을 흡착하는 수분흡착부와, 산소를 분리하는 촉매부에, 조암모니아가스를 도입하고, 상기 조암모니아가스로부터 적어도, 비금속불순물인 수분과 산소를 제거할 수 있다. 또, 본 발명에 따른 촉매부에 있어서, 예컨대 니켈촉매제를 사용하면, 산소 뿐만 아니라 일산화탄소(CO)도 제거가능하게 된다. 이 니켈촉매제의 적용은 이하의 본 발명의 실시형태에 있어서 촉매부에서도 동일한 제거효과를 얻는다. 또한, 본 발명의 수분흡착부에 사용되는 수분흡착제로서는, 몰리큘러시브(molecular sieve), 활성알루미나 등이 적합하다.
본 발명의 제 5의 형태의 정제방법에 의하면, 수분을 흡착하는 수분흡착부 및 산소를 분리하는 촉매부를 적어도 한쌍 설치하고, 한쪽의 상기 수분흡착부 및 상기 촉매부에 조암모니아가스를 도입하여 상기 조암모니아가스로부터 적어도, 비금속불순물인 수분 및 산소를 제거하는 한편, 다른 쪽의 상기 수분흡착부 및 상기 촉매부에 환원가스를 유통시켜 재생시키므로, 재생작업에 의해 중단되지 않고, 수분과 산소의 제거처리를 연속하여 행할 수 있으며, 고순도 암모니아의 정제효율을 향상시킬 수 있다. 재생에 사용하는 환원가스로서는, 수소와 질소의 혼합가스나 수소와 자기정제 암모니아가스의 혼합가스가 사용된다.
본 발명의 제 6의 형태의 정제방법에 의하면, 상기 제 5의 형태에 있어서, 한쌍의 상기 수분흡착부 및 상기 촉매부의 각각에 대해서, 상기 조암모니아가스의 수분 및 산소의 제거와, 상기 환원가스의 유통에 의한 재생을 번갈아 반복하여 연속정제시키므로, 고순도 암모니아의 대량정제가 가능하게 된다.
본 발명의 제 7의 형태의 정제방법에 의하면, 열교환기로 이루어진 증류부에, 수분과, 암모니아보다 비점이 낮은 저비점 불순물가스를 포함하는 조암모니아가스를 도입하여 상기 열교환기의 냉각작용에 의해 암모니아가스를 액화하고, 상기 저비점 불순물가스를 가스상태 그대로 상기 증류부로부터 배기하고, 상기 저비점 불순물가스를 상기 조암모니아가스로부터 제거하는 제 1의 제거공정과, 상기 증류부에서 액화된 암모니아를 상기 증류부로부터 배출하여 가열부를 통과시키는 것에 의해 기화시키는 기화공정과, 수분을 흡착하는 수분흡착부와, 산소를 분리하는 촉매부에, 상기 기화공정에서 기화된 암모니아가스를 도입하고, 그 암모니아가스로부터 수분과 산소를 제거하는 제 2의 제거공정으로 이루어지므로, 상기 제 1의 제거공정에 의해 암모니아보다 비점이 낮은 저비점 불순물가스를 제거하고, 상기 기화공정에 의해, 암모니아보다 비점이 낮은 저비점 불순물가스를 더 제거하고, 상기 기화공정을 거쳐 상기 제 2의 제거공정에 의해 수분과 산소를 더 제거할 수 있어서, 불순물의 연속처리공정을 실현할 수 있고, 보다 고순도의 암모니아를 정제할 수 있다.
본 발명의 제 8의 형태의 정제방법에 의하면, 상기 제 7의 형태에 있어서, 상기 제 1의 제거공정에서 액화된 암모니아를 저류하는 액체암모니아 저류부를 설치하고, 그 액체암모니아 저류부내의 액체암모니아를 가온하는 것에 의해 액체암모니아에 잔류하는 저비점 불순물을 배기제거하는 제 3의 제거공정을 포함하고, 상기 제 3의 제거공정을 통하여 액체암모니아를 상기 기화공정에 도입하여 기화시키도록 하므로, 상기 제 3의 제거공정에 의해, 상기 제 1의 제거공정을 거쳐 잔류하는 저비점 불순물도 제거할 수 있어, 정제순도를 더욱 높일 수 있다.
본 발명의 제 9의 형태의 정제방법에 의하면, 상기 제 7 또는 제 8의 형태에 있어서, 상기 제 2의 제거공정이, 적어도 한쌍 설치된 상기 수분흡착부 및 상기 촉매부의 한쪽의 상기 수분흡착부 및 상기 촉매부에 상기 기화공정에서 기화된 암모니아가스를 도입하고, 그 암모니아가스로부터 수분과 산소를 제거하는 제거처리와, 다른 쪽의 상기 수분흡착부 및 상기 촉매부에 환원가스를 유통시켜 재생시키는 재생처리를 포함하므로, 상기 제 2의 제거공정에 있어서, 적어도 한쪽의 상기 수분흡착부 및 상기 촉매부의 재생처리를 행하는 것에 의해, 재생작업에 의해 상기 제 1로부터 제 2의 제거공정의 연속공정을 중단하지 않고, 연속정제가 가능하게 된다.
본 발명의 제 10의 형태의 정제방법에 의하면, 상기 제 9의 형태에 있어서, 상기 한쌍의 상기 수분흡착부 및 상기 촉매부의 각각에 대해서, 수분 및 산소의 상기 제거처리와, 상기 환원가스의 유통에 의한 상기 재생처리를 번갈아 반복하여 연속정제시키므로, 고순도 암모니아의 대량정제가 가능하게 된다.
본 발명의 제 11의 형태의 정제방법에 의하면, 상기 조암모니아가스에, 원료암모니아를 액상과 기상으로 분리하는 것에 의해 얻어지는 기상성분가스를 사용하므로, 액상에는 수분과 금속류 불순물이 다량으로 포함되는 성질을 이용하여, 수분 및 금속류 불순물부 함유율이 극히 적은 기상암모니아를 정제출발원료로 하여, 상기 제 1~10의 형태 중 어느 하나의 정제방법에 있어서 정제처리를 실시하는 것에 의해, 보다 고순도의 암모니아를 정제할 수 있다.
본 발명의 제 12의 형태의 암모니아가스의 정제장치에 의하면, 열교환기로 이루어진 증류부에 조암모니아가스를 도입하여 상기 열교환기의 냉각작용에 의해 암모니아가스를 액화하고, 암모니아보다 비점이 낮은 저비점 불순물가스를 가스상태 그대로 상기 증류부로부터 상기 배기로를 통하여 배기하는 것에 의해 상기 조암모니아가스로부터 제거할 수 있다.
본 발명의 제 13의 형태의 정제장치에 의하면, 상기 제 12의 형태에 있어서, 상기 증류부에, 액화된 암모니아를 저류하는 액체암모니아 저류부를 설치하고, 그 액체암모니아 저류부내의 액체암모니아를 상기 가온장치에 의해 가온하는 것에 의해, 액체암모니아에 잔류하는 저비점 불순물을 배기제거할 수 있어, 보다 고순도의 암모니아를 정제할 수 있다.
본 발명의 제 14의 형태의 정제장치에 의하면, 상기 액체암모니아 저류부로부터 액체암모니아를 배출하여 상기 기화장치에 의해 기화시키므로, 상기 제 12 또는 13의 형태에 있어서 고순도로 정제된 암모니아를 가스상태로 배출할 수 있어, 연속공정으로의 공급이 가능하게 된다.
본 발명의 제 15의 형태의 정제장치에 의하면, 수분을 흡착하는 수분흡착부와, 산소를 분리하는 촉매부에, 조암모니아가스를 도입하고, 상기 조암모니아가스로부터 적어도, 비금속 불순물인 수분과 산소를 제거할 수 있다.
본 발명의 제 16의 형태의 정제장치에 의하면, 수분을 흡착하는 수분흡착부 및 산소를 분리하는 촉매부를 적어도 한쌍 설치하고, 한쪽의 상기 수분흡착부 및 상기 촉매부에 상기 조암모니아가스 도입로를 통하여 조암모니아가스를 도입하여 상기 조암모니아가스로부터 적어도 비금속불순물인 수분 및 산소를 제거하는 한편, 다른 쪽의 상기 수분흡착부 및 상기 촉매부에 상기 환원가스 도입로를 통하여 환원가스를 유통시켜 재생시키므로, 재생작업에 의해 중단되지 않고, 수분과 산소의 연속제거처리가 가능하고, 고순도 암모니아의 정제효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 제 17의 형태의 정제장치에 의하면, 상기 제 16의 형태에 있어서, 한쌍의 상기 수분흡착부 및 상기 촉매부의 각각에 대해서, 상기 조암모니아가스의 수분 및 산소의 제거와, 상기 환원가스의 유통에 의한 재생을, 상기 조암모니아가스 도입로 및 상기 환원가스 도입로의 개폐를 상기 연속정제 제어부에 의해 제어하는 것에 의해, 번갈아 반복하여 연속정제시킬 수 있어, 고순도 암모니아의 대량정제를 실현할 수 있다.
본 발명의 제 18의 형태의 정제장치에 의하면, 상기 증류부와, 상기 증류부에 설치되고, 상기 저비점 불순물가스를 가스상태 그대로 배기하는 상기 배기로에 의해, 수분과, 암모니아보다 비점이 낮은 저비점 불순물가스를 포함하는 조암모니아가스를 액화하고, 상기 저비점 불순물가스를 가스상태 그대로 상기 증류부로부터 배기제거할 수 있고, 또한 액체암모니아를 상기 기화장치에 의해 기화된 암모니아가스를 상기 암모니아가스 도입로를 통하여 상기 수분흡착부와 상기 촉매부에 도입하는 것에 의해 그 암모니아가스로부터 수분과 산소를 제거할 수 있으므로, 불순물의 연속처리공정을 실현할 수 있어, 보다 고순도의 암모니아를 정제할 수 있다.
본 발명의 제 19의 형태의 정제장치에 의하면, 상기 제 18의 형태에 있어서 액화된 암모니아를 저류하는 액체암모니아 저류부를 설치하고, 그 액체암모니아 저류부내의 액체암모니아를 상기 가온장치에 의해 가온하는 것에 의해 액체암모니아에 잔류하는 저비점 불순물을 분리제거할 수 있으므로, 정제순도를 높일 수 있다.
본 발명의 제 20의 형태의 정제장치에 의하면, 상기 제 18 또는 제 19의 형태에 있어서, 적어도 한쌍 설치된 상기 수분흡착부 및 상기 촉매부의 한쪽의 상기 수분흡착부 및 상기 촉매부에 상기 기화장치에 의해 기화된 암모니아가스를 상기 암모니아가스 도입로를 통하여 도입하고, 그 암모니아가스로부터 수분과 산소를 제거하고, 다른 쪽의 상기 수분흡착부 및 상기 촉매부에 상기 환원가스 도입로를 통하여 환원가스를 유통시켜 재생시키므로, 한쪽의 상기 수분흡착부 및 상기 촉매부에 의한 제거처리와 병행하여, 다른 쪽의 상기 수분흡착부 및 상기 촉매부의 재생처리를 행할 수 있고, 재생작업에 의한 제거공정을 중단하지 않고, 연속정제가 가능하게 된다.
본 발명의 제 21의 형태의 정제장치에 의하면, 상기 제 20의 형태에 있어서, 한쌍의 상기 수분흡착부 및 상기 촉매부의 각각에 대해서, 상기 조암모니아가스의 수분 및 산소의 제거와, 상기 환원가스의 유통에 의한 재생을, 상기 조암모니아가스 도입로 및 상기 환원가스 도입로의 개폐를 상기 연속정제제어부에 의해 제어하는 것에 의해 번갈아 반복하여 연속정제시킬 수 있어, 고순도 암모니아의 대량정제를 실현할 수 있다.
본 발명의 제 22의 형태는, 상기 조암모니아가스에, 원료암모니아를 액상과 기상으로 분리하는 것에 의해 얻어지는 기상성분가스를 사용하므로, 액상에는 수분과 금속류 불순물이 다량으로 포함되는 성질을 이용하여, 수분 및 금속류 불순물부 함유율이 극히 적은 기상암모니아를 정제출발원료로 하여, 상기 제 12~21의 형태 중 어느 하나의 정제장치에서 정제처리를 실시하는 것에 의해, 보다 고순도의 암모니아를 정제할 수 있다.
이하에, 본 발명에 따른 암모니아의 정제방법 및 정제장치의 실시형태를 첨부하는 도면에 따라서 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른, 조암모니아로부터 저비점 불순물을 제거하는 정제장치 및 그 정제방법을 도 1에 의해 설명한다. 도 1은 본 실시형태의 정제장치의 개략구성도이다. 원료암모니아는 액체암모니아봄베(1)에 수용되고, 그 기상부(12)의 암모니아가스가 피정제용 조암모니아가스로 된다. 이 원료암모니아는 액상부(11)와 기상부(12)로 분리되어 있고, 이 액상ㆍ기상분리에 의해, 원료암모니아에 포함되는 수분과 금속류 불순물의 대부분은 액상부(11)에 잔존하는 것으로 된다. 따라서, 이 액상ㆍ기상분리에 의해 얻어지는 기상부(12)의 암모니아는, 수분과 금속류 불순물이 미리 제거된 상태로 되어 있으므로, 그 상태에서 정제공정으로 이동하는 것에 의해, 출발원료 암모니아로서, 보다 고순도 정제에 적합한 것이다.
조암모니아가스에 포함되는 많은 종류의 비금속 불순물을 제거하기 위한 증류탑(2)은, 그 상부에 설치된, 열교환기(31)로 이루어진 증류부(3)와, 중간부에 설치된 가스유입부(7)와, 하부에 설치된 액체암모니아 저류부(8)로 이루어진다. 증류부(3)의 열교환기(31)에는 냉매공급순환로(41, 42)를 개재하여 냉매순환장치(4)가 접속되고, 열교환기(31)에 냉매가 순환공급된다. 냉매에는 에틸렌글리콜 등을 사용하고, 냉매순환장치(4)에 설치된 온도센서 감시시스템(도시하지 않음)에 의해, 열교환기(31)내를 -5℃~+10℃로 유지시킨다. 열교환기(31)에는, 다수의 가스통로(32)가, 가스유입부(7)와 증류탑(2) 최상부 공간(6)과의 사이에 연통형성되어 있다. 가스유입관(7)은 액체암모니아봄베(1)의 기상부(12)와 가스공급로(9)를 개재하여 연통되어 있고, 기상부(12)로부터의 조암모니아가스가 가스공급로(9)를 통하여 공급된다. 그리고, 가스유입부(7)에 공급된 조암모니아가스는 가스통로(32)로 들어가서, 열교환기(31) 및 냉매순환장치(4)에 의한 냉각작용에 의해 액화되므로, 증류탑(2) 최하부의 액체암모니아 저류부(8)에 액체방울로 되어 낙하하여 액체암모니아가 저류되어 간다. 한편, 최상부 공간(6)에는 증류부(3)에 있어서 조암모니아의 액화의 경우에, 비점이 낮은 불순물가스가 일부의 암모니아가스와 함께 퇴적하고, 최상부 공간(6)에 설치된 배기로(10)를 통하여 배기장치(도시하지 않음)에 의해 배기하는 것에 의해 불순물가스가 배출가능하게 구성되어 있다. 이때, 최상부 공간(6)에 퇴적하는 불순물가스는, 주로 수소(H2), 산소(O2), 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2), 질소(N2), 메탄(CH4) 등이다.
상기의 증류부(3)에 의하면, 조암모니아가스를 액화하고, 액체암모니아 저류부(8)에 액체암모니아(81)를 저류시키면서, 암모니아보다 비점이 낮은 비금속함유 불순물이 가스로서 분리하므로, 최상부 공간(6)에 불순물가스를 분리회수할 수 있어, 많은 종류의 불순물을 한번에 제거할 수 있다. 따라서, 수소, 산소, 일산화탄소, 이산화탄소, 질소, 메탄 등의 불순물에 대한 개별의 제거공정을 필요로 하지 않고, 단일의 증류탑(2)에 의해 간이하고 또한 효율적으로 암모니아의 고순도화를 도모할 수 있다.
증류탑(2)은, 더욱이 암모니아의 고순도화를 도모하기 위한 잔류불순물 배기기능을 구비한다. 즉, 액체암모니아 저류부(8)에는 온수순환장치(5)로부터 공급된 온수를 저류부내에서 순환시키는 온수순환배관(13)이 내설되어 있다. 온수는, 온수순환장치(5)에 설치된 온도센서 감시시스템(도시하지 않음)에 의해 30℃~50℃로 유지되어 있고, 이 온수순환에 의해 온수순환배관(13) 표면에서 비등(기화)이 일어난다. 이것에 의해, 증류부(3)에서 조암모니아가스가 액화할 때에 잔류한 불순물이 액체암모니아로부터 분리되어 가스유입부(7)측으로 배출되어, 최종적으로 최상부 공간(6)으로 회수된다.
상기의 온수 순환장치(5) 및 온수순환배관(13)으로 이루어진 가온장치에 의한 가온기능을 액체암모니아 저류부(8)에 부여하는 것에 의해, 증류부(3)에 의해 액화된 암모니아에 잔류한 불순물도 제거할 수 있어, 암모니아의 정제순도를 보다 높일 수 있다.
액체암모니아 저류부(8)에 저류된 액체암모니아는 배출로(14)를 통하여 기화부(15)측으로 배출된다. 기화부(15)는 온수조(16)내에 배설되어 있다. 온수조(16)에는 히터(18)가 내설되고, 항온콘트롤부(17)에 의해 30℃ 이상, 또한 100℃ 이하의 온수상태로 제어되어 있다. 따라서, 배출로(14)를 통하여 배출된 액체암모니아는 기화부(15)에 있어서, 온수조(16)로 이루어진 기화장치에 의한 기화작용을 받아서 가스상태로 되돌아간다. 이 재기화된 정제가 끝난 암모니아가스를 배기장치(도시하지 않음)에 의해 기화부(15)를 거쳐 배출하는 것에 의해 고순도의 암모니아가스를 얻을 수 있다.
다음에, 조암모니아에 함유되는 물 및 산소를 효율적으로 제거할 수 있는 정제장치 및 그 정제방법을 도 2에 의해 설명한다. 도 2는 본 실시형태의 정제장치의 개략구성도이다. 본 실시형태에 따른 정제장치는, 한쌍의 물ㆍ산소ㆍ일산화탄소 제거부(20, 21)로 이루어진다. 물ㆍ산소ㆍ일산화탄소 제거부(20, 21)는 각각, 수분제거부(22)와 촉매부(23), 수분제거부(24)와 촉매부(25)를 구비한다. 수분제거부(22, 24)에는 수분을 흡착하는 결정성 제올라이트로 이루어진 몰리큘러시브가 충전되어 있다. 수분제거부(22, 24)에서는, 몰리큘러시브에 의한 흡착작용에 의해 수분제거가 행해진다. 수분흡착제로서 몰리큘러시브 이외에, 활성알루미나 등의 수분흡착제를 사용하여도 좋다. 촉매부(23, 25)에는 니켈촉매제가 충전되어 있다. 촉매부(23, 25)에 있어서, 니켈촉매에 의한 화학흡착작용에 의해 산소 및 일산화탄소가 흡착제거된다. 니켈촉매에 의한 산소 및 일산화탄소의 불순물 제거는 다음과 같은 화학반응에 의해 행해진다.
2Ni+O2→2NiO
Ni+CO→Ni(CO)
각 물ㆍ산소ㆍ일산화탄소 제거부(20, 21)는 수분제거부와 촉매부와의 2층 분리구조로 이루어져 있다. 암모니아 정제량을 예컨대, 3N(표준상태)㎥/h로 하면, 내경 43mm의 통에 있어서, 몰리큘러시브는 각 수분제거부에 0.3kg(충전높이 : 300mm) 충전된다. 또한, 니켈촉매제는 각 촉매부에 0.8kg(충전높이 : 500mm) 충전된다. 그리고, 이들 몰리큘러시브 및 니켈촉매제의 충전상태에서 0.17m/s의 유속으로 암모니아가스를 통과시켰을때, 촉매부, 수분제거부에 있어서 각 흡착제와의 접촉시간은 약 3s, 1.77s이다. 또, 물ㆍ산소ㆍ일산화탄소 제거부(20, 21)를 수분흡착제 및 니켈촉매를 혼재시킨 단일혼성구조로 하여도 동일한 흡착효과를 얻을 수 있다.
각 물ㆍ산소ㆍ일산화탄소 제거부(20, 21)에는, 조암모니아가스 도입로(51)를 통하여, 각각 도입로(29, 30)로부터, 액체암모니아봄베(50)로부터의 기상암모니아가스가 도입된다. 액체암모니아봄베(50)는 도 1의 실시형태에 있어서 사용한 액체암모니아봄베(1)와 동일한 것이고, 원료암모니아를 액상ㆍ기상분리하여 얻고, 수분 및 금속류 불순물이 적은 기상암모니아가스를 피정제가스로서 사용한다.
본 장치에서는, 정제공정(하부→상부)과 재생공정(상부→하부)은, 가스의 흐름방향이 역으로 설계되어 있다. 다만, 재생공정을 정제공정과 동일하게 하부→상부로 행하는 것도 가능하다. 부호 56, 58, 59는 물ㆍ산소ㆍ일산화탄소 제거부(20, 21)로의 암모니아가스의 가스도입측 개폐밸브를 나타낸다. 또한, 재생가스 공급장치(54, 55)로부터 공급되는 수소환원가스로 이루어진 재생가스는, 재생가스 도입로를 통하여, 재생가스 도입측 개폐밸브(61, 64)로부터 각 물ㆍ산소ㆍ일산화탄소 제거부(20, 21)로 공급된다.
각 물ㆍ산소ㆍ일산화탄소 제거부(20, 21)로부터의 가스배출로(26, 27)에는 배기로(28)가 연설(連設)되고, 또한 이 가스배출경로에는 가스배출측 개폐밸브(62, 63)가 설치되어 있다. 더욱이, 재생가스 공급장치(54, 55)로부터 재생가스를 물ㆍ산소ㆍ일산화탄소 제거부에 유통시키고, 그 후 이 재생가스를 회수하는 재생가스 회수장치(52, 53)가 설치되어 있다. 이 회수측 경로에는, 재생가스를 회수하기 위한 개폐밸브(57, 60)가 배치되어 있다.
재생가스로서, 니켈촉매용 환원가스용으로 수소를 사용하고, 또한 몰리큘러시브의 수분제거에는 건조질소를 사용한다. 따라서, 수소가스와 질소가스가 재생가스로서 통기된다. 각 물ㆍ산소ㆍ일산화탄소 제거부에는 히터(70, 71)가 설치되어 있어, 재생시의 가열처리에 사용된다, 재생처리의 일예로서, 우선 재생가스 공급장치(54 또는 55)로부터 건조질소가스를 물ㆍ산소ㆍ일산화탄소 제거부에 공급하고, 수분의 퍼징(purging)을 1시간 행하면서, 히터(70, 71)에 의해 물ㆍ산소ㆍ일산화탄소 제거부를 약 200℃까지 가열해 간다. 다음에, 그 가열상태에서, 재생가스 공급장치(54 또는 55)로부터 건조질소가스에 더해서 수소가스도 공급하고, 니켈촉매의 환원처리를 3시간 행한다. 니켈촉매의 환원처리는 다음과 같은 화학반응에 의해 행해진다.
2NiO2+H2→Ni+H2O
Ni(CO)+3H2→Ni+CH4+H2O
그 후, 건조질소가스만의 공급 대신에, 흡착수분의 제거를 2시간 행한다. 최후에, 건조질소가스를 흘리면서 히터(70, 71)에 의한 가열을 서서히 저감하고, 약 5시간 걸려 상온으로 되돌린다. 또, 재생가스의 공급은 암모니아 정제량을 예컨대, 3N(표준상태)㎥/h로 하면, 건조질소 가스량을 200N(표준상태)L/h로, 환원수소 가스량을 4N(표준상태)L/h로 하면 좋다. 또한, 재생처리 종료후, 바로 정제로 이행하지 않고, 정제전에 정제암모니아가스를 일정시간 흐르게 하여 섞으면 흡착효과가 좋게 된다.
상기 구성에 의해, 한쌍의 물ㆍ산소ㆍ일산화탄소 제거부(20, 21)를 사용하고 있으므로, 한쪽을 불순물 제거처리에 사용하고, 나머지를 재생처리 가능하게 되어 있다. 정제관리 제어장치(도시하지 않음)에 의해, 예컨대 모든 밸브를 닫은 상태로부터 가스도입측 밸브(56, 58)를 열고, 또한 배기측의 밸브(62)를 열어서, 물ㆍ산소ㆍ일산화탄소 제거부(20)에 조암모니아를 도입한다. 조암모니아의 도입에 의해, 촉매부(23)에서 니켈촉매에 의한 산소 및 일산화탄소의 불순물이 제거되고, 더욱이 수분제거부(22)에서, 몰리큘러시브에 의한 수분흡착에 의한 수분불순물의 제거가 행해지고, 물, 산소 및 일산화탄소의 연속제거에 의해 얻어진 정제암모니아가스는 배기로(28)를 통하여 배출된다.
그리고, 물ㆍ산소ㆍ일산화탄소 제거부(20)측의 정제처리를 종료했을 때에, 밸브(58, 62)를 닫는다. 더욱이 밸브(59, 63)를 여는 것에 의해, 물ㆍ산소ㆍ일산화탄소 제거부(21)에 조암모니아가 도입되어, 촉매부(25) 및 수분제거부(24)에 의한 정제처리를 속행할 수 있다. 한편, 정제처리를 마친 물ㆍ산소ㆍ일산화탄소 제거부(20)에 대해서는, 밸브(57, 61)의 개방에 의해 상술한 재생처리가 행해진다. 이와 같이, 각 물ㆍ산소ㆍ일산화탄소 제거부를 정제, 재생의 처리로 번갈아 대체하는 것에 의해, 물ㆍ산소의 불순물 제거에 의한 고순도 암모니아가스의 연속정제를 실현할 수 있어, 대량정제를 가능하게 한다.
다음에, 조암모니아에 함유되는 많은 종류의 불순물을 효율적으로 제거할 수 있는 정제장치 및 그 정제방법을 도 3에 의해 설명한다. 도 3은, 본 실시형태의 정제장치의 개략구성도이다. 또, 본 실시형태에 있어서는, 도 1 및 도 2의 실시형태와 동일구성에 관해서는 동일부호를 붙이고 있다.
본 실시형태에 따른 정제장치는, 조암모니아가스에 포함되는 많은 종류의 비금속불순물을 제거하기 위한 증류탑(2)과, 수분, 산소 및 일산화탄소의 불순물을 제거하기 위한, 한쌍의 물ㆍ산소ㆍ일산화탄소 제거부(20, 21)로 이루어진다. 증류탑(2) 및 물ㆍ산소ㆍ일산화탄소 제거부(20, 21)는 각각 도 1, 도 2에 의해 설명한 것과 동일한 것이다. 또한, 본 실시형태에 있어서도, 액체암모니아봄베(1)에서 원료암모니아를 액상부(11)와 기상부(12)로 분리하고, 그 기상부(12)로부터 기상암모니아를 배기하는 것에 의해 조암모니아가스로서 증류탑(2)으로 유도된다. 19는 기상부(12)와 가스공급로(9)와 가스유입부(7)와의 사이의 개폐밸브이다.
증류탑(2)은, 전술한 바와 같이, 증류부(3)와, 중간부에 설치된 가스유입부(7)와, 하부에 설치된 액체암모니아 저류부(8)로 이루어진다. 증류부(3)에 의한 액화기능에 의해, 조암모니아가스를 액화하고, 액체암모니아 저류부(8)에 액체암모니아를 저류시키면서, 암모니아보다 비점이 낮은 비금속함유 불순물이 가스로서 분리하기 때문에, 증류탑(2)의 최상부 공간(6)에 불순물가스를 분리회수할 수 있고, 배기로(10)를 통하여 배기하는 것에 의해 많은 종류의 불순물가스(G1)를 한번에 제거할 수 있다. 최상부 공간(6)에 퇴적하는 불순물가스는 주로 수소(H2), 산소(O2), 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2), 질소(N2), 메탄(CH4 ) 등이다. 더욱이, 증류탑(2) 하부의 액체암모니아 저류부(8)에 설치된 온수순환장치(5)에 의한 가온작용에 의해, 증류부(3)에 있어서 조암모니아 액화시에 잔류한 불순물도 액체암모니아로부터 분리되어 가스유입부(7)측으로 배출되고, 최종적으로 최상부 공간(6)으로 회수되어, 보다 정제순도를 높일 수 있다.
액체암모니아 저류부(8)에 저류된 액체암모니아는 배출로(14)를 통하여 온수조(16)를 거쳐서 물ㆍ산소ㆍ일산화탄소 제거부(20, 21)측으로 도입된다. 액체암모니아는 온수조(16)를 통과하는 것에 의해 다시 기화되고, 이차 피정제가스로서 물ㆍ산소ㆍ일산화탄소 제거부(20, 21)측으로 도입된다. 각 물ㆍ산소ㆍ일산화탄소 제거부(20, 21)는 각각 수분제거부(22)와 촉매부(23), 수분제거부(24)와 촉매부(25)를 구비한다. 수분제거부(22, 24)에서는, 충전된 몰리큘러시브에 의한 흡착작용에 의해 수분제거가 행해진다. 촉매부(23, 25)에는 충전된 니켈촉매제에 의한 화학흡착작용에 의해 산소 및 일산화탄소가 흡착제거된다. 따라서, 증류탑(2)에서 처리되지 않은 물, 산소, 일산화탄소의 불순물을 각 물ㆍ산소ㆍ일산화탄소 제거부(20, 21)에서 더 제거할 수 있고, 최종적으로, 많은 종류의 불순물중, 특히 물, 산소 및 일산화탄소의 불순물을 2단계로 보다 많이 제거한 고순도의 정제암모니아가스(G2)를 배기로(28)를 통하여 얻을 수 있다.
상기와 같이, 본 실시형태에 따른 정제장치는, 증류탑(2)과 물ㆍ산소ㆍ일산화탄소 제거부(20, 21)를 정제계로서 연결하는 것에 의해, 보다 간소화된 고순도 정제공정을 실현할 수 있다. 또, 전술한 바와 같이, 한쌍의 물ㆍ산소ㆍ일산화탄소 제거부(20, 21)를 사용하여 정제, 재생을 번갈아 대체하여, 항상 한쪽을 정제처리에 가동시킬 수 있기 때문에, 물ㆍ산소ㆍ일산화탄소 제거부(20, 21)를 사용했을 때의 재생시의 정제처리의 중단을 회피할 수 있고, 더구나 연속정제운전을 가능하게 하여, 대량정제의 저비용화에 기여한다.
도 4는 상기의 정제장치에 의한 정제효과를 나타내는 불순물 농도분포측정예를 나타낸다. 우선, 기상부(12)의 조암모니아가스에는, 수소(H2), 산소(O2), 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2), 질소(N2), 메탄(CH4) 등의 저비점 불순물과 물(H2O)이 ppm오더의 농도단위로 많이 포함되어 있다(도 4의 (1) 참조). 이것을 증류탑(2)을 통하여 정제하면, 도 4의 (3)에 나타낸 바와 같이 물(H2O)을 제외한 불순물의 다수가 ppb오더의 농도단위까지 감소된다. 더욱이, 증류탑(2)을 통과한 1차 정제가스를 물ㆍ산소ㆍ일산화탄소 제거부(20, 21)에 유도하는 것에 의해, 도 4의 (4)에 나타난 바와 같이, 물(H2O)도 ppb오더의 농도단위까지 감소된다. 이와 같이, 본 실시형태의 정제장치를 사용한 정제방법에 의하면, 극히 고순도의 정제암모니아를 얻을 수 있다. 또, 이 측정예에 의하면, 산소, 일산화탄소의 불순물은 증류탑(2)측에서 대부분 제거되고, 물ㆍ산소ㆍ일산화탄소 제거부(20, 21)의 단계에서는 약간의 양이 제거된다.
또, 도 4의 (2)에 나타난 바와 같이, 수분은 당초 액상으로 많이 포함되어 있으므로, 기상암모니아에는 액상과 비교하여 적지만, 연속정제를 실시하고 있는 과정에서 서서히 암모니아가 감소해 가면, 기상중의 수분함유가 급격하게 증가하는 현상이 생긴다. 본 실시형태의 정제장치에 있어서 측정예를 도 5에 나타낸다. 도 5로부터는, 액체암모니아봄베(1)의 암모니아 사용률이 85%정도로 되면, 급격하게 기상중의 수분이 증가하고 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 이 부근에서의 사용이 통상 정제한도이고, 본 실시형태의 정제장치에 의하면, 암모니아 사용률 85%까지의 연속정제가 가능하다고 말할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 정제방법 및 정제장치에 의하면, 공업용 원료암모니아 등을 고순도로 정제할 수 있고, 또한 복잡한 정제공정을 사용하지 않고 정제공정을 간소화할 수 있으며, 더구나 연속정제공정도 간이하게 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 정제장치의 개략구성도이고,
도 2는 본 발명에 따른 다른 정제장치의 개략구성도이고,
도 3은 본 발명에 따른 또 다른 정제장치의 개략구성도이고,
도 4는 본 발명에 의한 정제효과를 설명하기 위한 불순물 농도분석도이고,
도 5는 도 3의 정제장치에 있어서 적정암모니아 사용상태를 설명하기 위한, 암모니아 사용량-기상수분 농도분포도이다.
<부호의 설명>
1 액체암모니아봄베
2 증류탑
3 증류부
8 액체암모니아 저류부
20 물ㆍ산소ㆍ일산화탄소 제거부
21 물ㆍ산소ㆍ일산화탄소 제거부
22 수분제거부
23 촉매부
24 수분제거부
25 촉매부

Claims (22)

  1. 암모니아보다 비점이 낮은 저비점 불순물가스를 포함하는 조암모니아가스를 정제하는 방법에 있어서, 열교환기로 이루어진 증류부에 상기 조암모니아가스를 도입하여 상기 열교환기의 냉각작용에 의해 암모니아가스를 액화하고, 상기 저비점 불순물가스를 가스상태 그대로 상기 증류부로부터 배기하여, 상기 저비점 불순물가스를 상기 조암모니아가스로부터 제거하는 것을 특징으로 하는 암모니아가스의 정제방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 증류부에, 액화된 암모니아를 저류하는 액체암모니아 저류부를 설치하고, 그 액체암모니아 저류부내의 액체암모니아를 가온하는 것에 의해 액체암모니아에 잔류하는 저비점 불순물을 배기제거하는 것을 특징으로 하는 암모니아가스의 정제방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 액체암모니아 저류부로부터 액체암모니아를 배출하여 가열부를 통과시키는 것에 의해 기화시키는 것을 특징으로 하는 암모니아가스의 정제방법.
  4. 적어도 수분과 산소를 포함하는 조암모니아가스를 정제하는 방법에 있어서, 수분을 흡착하는 수분흡착부와, 산소를 분리하는 촉매부에, 상기 조암모니아가스를 도입하고, 상기 조암모니아가스로부터 수분과 산소를 제거하는 것을 특징으로 하는 암모니아가스의 정제방법.
  5. 적어도 수분과 산소를 포함하는 조암모니아가스를 정제하는 방법에 있어서, 수분을 흡착하는 수분흡착부 및 산소를 분리하는 촉매부를 적어도 한쌍 설치하고, 한쪽의 상기 수분흡착부 및 상기 촉매부에 상기 조암모니아가스를 도입하여 상기 조암모니아가스로부터 수분 및 산소를 제거하는 한편, 다른 쪽의 상기 수분흡착부 및 상기 촉매부에 환원가스를 유통시켜 재생시키는 것을 특징으로 하는 암모니아가스의 정제방법.
  6. 제 5항에 있어서, 한쌍의 상기 수분흡착부 및 상기 촉매부의 각각에 대해서, 상기 조암모니아가스의 수분 및 산소의 제거와, 상기 환원가스의 유통에 의한 재생을 번갈아 반복하여 연속정제시키는 것을 특징으로 하는 암모니아가스의 정제방법.
  7. 수분과, 암모니아보다 비점이 낮은 저비점 불순물가스를 포함하는 조암모니아가스를 정제하는 방법에 있어서, 열교환기로 이루어진 증류부에 상기 조암모니아가스를 도입하여 상기 열교환기의 냉각작용에 의해 암모니아가스를 액화하고, 상기 저비점 불순물가스를 가스상태 그대로 상기 증류부로부터 배기하여, 상기 저비점 불순물가스를 상기 조암모니아가스로부터 제거하는 제 1의 제거공정과, 상기 증류부에서 액화된 암모니아를 상기 증류부로부터 배출하여 가열부를 통과시키는 것에 의해 기화시키는 기화공정과, 수분을 흡착하는 수분흡착부와, 산소를 분리하는 촉매부에, 상기 기화공정에서 기화된 암모니아가스를 도입하고, 그 암모니아가스로부터 수분과 산소를 제거하는 제 2의 제거공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 암모니아가스의 정제방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 제 1의 제거공정에서 액화된 암모니아를 저류하는 액체암모니아 저류부를 설치하고, 그 액체암모니아 저류부내의 액체암모니아를 가온하는 것에 의해 액체암모니아에 잔류하는 저비점 불순물을 배기제거하는 제 3의 제거공정을 포함하고, 상기 제 3의 제거공정을 통하여 액체암모니아를 상기 기화공정에 도입하여 기화시키도록 한 것을 특징으로 하는 암모니아가스의 정제방법.
  9. 제 7항 또는 제 8항에 있어서, 상기 제 2의 제거공정이, 적어도 한쌍 설치된 상기 수분흡착부 및 상기 촉매부의 한쪽의 상기 수분흡착부 및 상기 촉매부에 상기 기화공정에서 기화된 암모니아가스를 도입하고, 그 암모니아가스로부터 수분과 산소를 제거하는 제거처리와, 다른 쪽의 상기 수분흡착부 및 상기 촉매부에 환원가스를 유통시켜 재생시키는 재생처리를 포함하는 것을 특징으로 하는 암모니아가스의 정제방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 한쌍의 상기 수분흡착부 및 상기 촉매부의 각각에 대해서, 수분 및 산소의 상기 제거처리와, 상기 환원가스의 유통에 의해 상기 재생처리를 번갈아 반복하여 연속정제시키는 것을 특징으로 하는 암모니아가스의 정제방법.
  11. 제 1항, 제 2항, 제 4항, 제 5항, 제 6항, 제 7항, 제 8항 및 제 10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조암모니아가스가, 원료암모니아를 액상과 기상으로 분리하는 것에 의해 얻어지는 기상성분가스인 것을 특징으로 하는 암모니아가스의 정제방법.
  12. 암모니아보다 비점이 낮은 저비점 불순물가스를 포함하는 조암모니아가스를 정제하는 정제장치에 있어서, 상기 조암모니아가스를 도입하여 냉각작용에 의해 암모니아가스를 액화하는 열교환기로 이루어진 증류부를 구비하고, 상기 저비점 불순물가스를 가스상태 그대로 배기하는 배기로를 상기 증류부에 설치한 것을 특징으로 하는 암모니아가스의 정제장치.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 증류부가, 액화된 조암모니아를 저류하는 액체암모니아 저류부와, 상기 액체암모니아 저류부내의 액체암모니아로부터 상기 저비점 불순물가스를 분리하기 위한 가온장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 암모니아가스의 정제장치.
  14. 제 12항 또는 제 13항에 있어서, 상기 증류부로부터 배출된 액체암모니아를 기화시키는 기화장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 암모니아가스의 정제장치.
  15. 적어도 수분과 산소를 포함하는 조암모니아가스를 정제하는 정제장치에 있어서, 수분을 흡착하는 수분흡착부와, 산소를 분리하는 촉매부를 구비하고, 상기 조암모니아가스를 상기 수분흡착부 및 상기 촉매부에 도입하고, 상기 조암모니아가스로부터 수분 및 산소를 제거하는 것을 특징으로 하는 암모니아가스의 정제장치.
  16. 적어도 수분과 산소를 포함하는 조암모니아가스를 정제하는 정제장치에 있어서, 수분을 흡착하는 수분흡착부 및 산소를 분리하는 촉매부를 적어도 한쌍 구비하고, 각각의 상기 수분흡착부 및 상기 촉매부에 상기 조암모니아가스를 도입하는 조암모니아가스 도입로와, 각각의 상기 수분흡착부 및 상기 촉매부에 환원가스를 도입하는 환원가스 도입로를 설치하고, 한쪽의 상기 수분흡착부 및 상기 촉매부에 상기 조암모니아가스 도입로를 통하여 상기 조암모니아가스를 도입하고, 상기 조암모니아가스로부터 수분 및 산소를 제거하는 한편, 다른 쪽의 상기 수분흡착부 및 상기 촉매부에 상기 환원가스 도입로를 통하여 환원가스를 유통시켜 재생시키는 것을 특징으로 하는 암모니아가스의 정제장치.
  17. 제 16항에 있어서, 한쌍의 상기 수분흡착부 및 상기 촉매부의 각각에 대해서, 상기 조암모니아가스의 수분 및 산소의 제거와, 상기 환원가스의 유통에 의한 재생을 번갈아 반복하도록, 상기 조암모니아가스 도입로 및 상기 환원가스 도입로의 개폐를 제어하는 연속정제제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 암모니아가스의 정제장치.
  18. 수분과, 암모니아보다 비점이 낮은 저비점 불순물가스를 포함하는 조암모니아가스를 정제하는 정제장치에 잇어서, 상기 조암모니아가스를 도입하여 냉각작용에 의해 암모니아가스를 액화하는 열교환기로 이루어진 증류부와, 상기 증류부에 설치되는 상기 저비점 불순물가스를 가스상태 그대로 배기하는 배기로와, 상기 증류부로부터 배출된 액체암모니아를 기화시키는 기화장치와, 수분을 흡착하는 수분흡착부와, 산소를 분리하는 촉매부와, 상기 기화장치에 의해 기화된 암모니아가스를 상기 수분흡착부 및 상기 촉매부에 도입하는 암모니아가스 도입로를 구비한 것을 특징으로 하는 암모니아가스의 정제장치.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 증류부에서 액화된 조암모니아를 저류하는 액체암모니아 저류부를 상기 증류부에 설치하고, 상기 액체암모니아 저류부가, 상기 액체암모니아 저류부내의 액체암모니아에 잔류하는 저비점 불순물을 분리하기 위한 가온장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 암모니아가스의 정제장치.
  20. 제 18항 또는 제 19항에 있어서, 상기 수분흡착부 및 상기 촉매부를 적어도 한쌍 구비하고, 각각의 상기 수분흡착부 및 상기 촉매부에, 상기 기화장치에 의해 기화된 암모니아가스를 도입하는 상기 암모니아가스 도입로를 설치하고, 또한 각각의 상기 수분흡착부 및 상기 촉매부에 환원가스를 도입하는 환원가스 도입로를 설치하고, 한쪽의 상기 수분흡착부 및 상기 촉매부에 상기 암모니아가스 도입로를 통하여 상기 기화된 암모니아가스를 도입하고, 그 암모니아가스로부터 수분 및 산소를 제거하는 한편, 다른 쪽의 상기 수분흡착부 및 상기 촉매부에 상기 환원가스 도입로를 통하여 환원가스를 유통시켜 재생시키는 것을 특징으로 하는 암모니아가스의 정제장치.
  21. 제 20항에 있어서, 한쌍의 상기 수분흡착부 및 상기 촉매부의 각각에 대해서, 상기 조암모니아가스의 수분 및 산소의 제거와, 상기 환원가스의 유통에 의한 재생을 번갈아 반복하도록, 상기 암모니아가스 도입로 및 상기 환원가스 도입로의 개폐를 제어하는 연속정제제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 암모니아가스의 정제장치.
  22. 제 12항, 제 13항, 제 15항, 제 16항, 제 17항, 제 18항, 제 19항 및 제 21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조암모니아가스가, 원료암모니아를 액상과 기상으로 분리하는 것에 의해 얻어지는 기상성분가스인 것을 특징으로 하는 암모니아가스의 정제장치.
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