KR20180083877A - 암모니아 제거 설비, 암모니아 제거 방법, 수소 가스의 제조 방법 - Google Patents

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쇼와 덴코 가부시키가이샤
고쿠리츠다이가쿠호진 히로시마다이가쿠
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Abstract

수소 및 암모니아를 함유하는 혼합 가스 중의 암모니아를 제거하는 제1 암모니아 제거 장치와, 상기 제1 암모니아 제거 장치의 후단에 설치되어 있고, 상기 제1 암모니아 제거 장치에서 처리된 제1 처리 가스를 처리하는 제2 암모니아 제거 장치와, 상기 제1 암모니아 제거 장치에서 처리된 제1 처리 가스 중의 암모니아 농도를 측정하는 제1 암모니아 농도 측정 장치를 갖는 암모니아 제거 설비 등.

Description

암모니아 제거 설비, 암모니아 제거 방법, 수소 가스의 제조 방법
본 발명은, 암모니아 제거 설비, 암모니아 제거 방법 및 수소 가스의 제조 방법에 관한 것이다.
수소 가스는, 궁극의 클린 에너지로서 기대되고 있다. 예를 들어, 수소 가스는 연료 전지용 연료 가스로서 사용된다. 이 수소 가스는, 물의 전기 분해, 또는 천연 가스, 석탄 혹은 폐플라스틱 등의 수증기 개질 등에 의해 제조할 수 있다.
그런데, 이 연료 가스로서의 수소 가스가 불순물로서 암모니아를 함유하면, 암모니아가 연료 전지 내의 전해질막이나 촉매층에 악영향을 미친다. 그 때문에, 연료 가스를 흡착기로 도입하여 암모니아를 제거한 후에, 연료 전지에 공급하는 일이 행해지고 있다.
또한, 2개의 흡착기를 병렬로 설치하고, 이들 2개의 흡착기를 교대로 전환하여 운전에 제공하는 일이 행해지고 있다. 이에 의해, 운전에 제공한 후의 정지 중인 흡착기 내의 흡착제를 재생할 수 있어, 연속해서 암모니아의 제거를 실시하는 것이 가능해진다.
예를 들어, 특허문헌 1에는, 연료 전지 스택과, 상기 연료 전지 스택으로 공급되는 연료 가스가 유통하는 가스 유통부를 갖고, 상기 가스 유통부에, 암모니아 흡착부가 구비되고, 상기 암모니아 흡착부에, 암모니아 흡착능이 상이한 제1 흡착체 및 제2 흡착체가 구비되는 것을 특징으로 하는, 연료 전지 시스템이 기재되어 있다.
또한, 특허문헌 1에는, 2개의 암모니아 흡착부를 병렬로 배치하는 것이 기재되어 있다.
특허문헌 2에는, 연료 가스의 암모니아를 흡착하는 흡착기와, 상기 흡착기를 경유한 상기 연료 가스를 사용하여 발전하는 연료 전지와, 상기 연료 전지의 연료 오프 가스로부터 적어도 수소를 선택적으로 회수하여 상기 연료 오프 가스보다 수소 농도가 높은 수소 함유 가스를 생성하는 수소 회수 수단과, 상기 흡착기로의 상기 연료 가스의 공급을 정지하는 정지 수단과, 상기 정지 수단에 의해 상기 연료 가스의 공급이 정지된 경우에, 상기 수소 함유 가스를 상기 흡착기에 공급하는 수소 공급 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템이 기재되어 있다.
또한, 특허문헌 2에는, 상기 흡착기로서, 제1 흡착기 및 제2 흡착기를 병렬로 배치하는 것이 기재되어 있다.
한편, 연료 가스로서의 수소 가스의 원료로서, 암모니아를 사용하는 일도 행해지고 있다. 암모니아는, 수소의 저장 및 수송을 용이하게 하는 화학 물질(수소 캐리어)로서 주목받고 있다. 암모니아는 실온, 1㎫ 이하에서 압축함으로써 용이하게 액화되고, 액체 암모니아는 중량 수소 밀도가 17.8질량％로 매우 높고, 체적 수소 밀도가 액체 수소의 1.5 내지 2.5배나 되는 매우 우수한 수소 캐리어이다.
이와 같이, 암모니아는 수소 캐리어로서 우수하지만, 암모니아를 분해하여 수소를 취출할 때, 암모니아 분해 가스 중에 암모니아가 잔존하게 된다. 이 때문에, 당해 암모니아 분해 가스에 관해서도, 암모니아 분해 가스 중에 잔존하는 암모니아를 제거하기 위한 기술이 요구되고 있다.
특허문헌 3에는, 암모니아를 수소와 질소로 분해하는 암모니아 분해 장치와, 당해 분해 장치로부터 배출되는 암모니아를 흡착 제거하는 암모니아 흡착 장치를 구비하고, 암모니아 흡착 장치에, 암모니아 흡착열이 50 내지 180kJ/mol, 암모니아 흡착 용량이 0.1 내지 4mmol/g, 또한 세공 직경 50㎚ 내지 10㎛의 용적이 0.1 내지 1㎖/g인 암모니아 흡착제가 포함되는 것을 특징으로 하는 수소 제조 시스템이 기재되어 있다.
또한, 특허문헌 3에는, 2개의 암모니아 흡착 장치를 병렬로 배치하는 것이 기재되어 있다.
일본 특허 공개 제2009-087726호 공보 일본 특허 공개 제2011-146175호 공보 일본 특허 공개 제2015-059075호 공보
특허문헌 1 내지 3과 같이, 병렬로 병설된 2개의 흡착기를 전환 운전하는 경우, 한쪽 흡착기가 파과되기 전에, 다른 쪽 흡착기로 전환 운전할 필요가 있다. 그 때문에, 한쪽 흡착기가 아직 충분히 흡착 능력을 갖는 상태에서, 여유를 보아 다른 쪽 흡착기로 전환할 필요가 있어, 흡착기의 재생 빈도가 많아진다고 하는 문제가 있다. 또한, 흡착기를 파과 직전까지 사용하고자 하는 경우, 파과의 시기를 예측하는 것은 곤란하기 때문에, 전환하기 전에 흡착기가 파과되어, 암모니아 농도가 높은 가스가 제조되는 빈도가 많아진다고 하는 문제가 있다.
또한, 특허문헌 1에서는, 제1 흡착체 및 제2 흡착체가, 하나의 암모니아 흡착부 내에 구비되어 있기 때문에, 제1 흡착체 및 제2 흡착체 중 어느 것이 파과된 경우, 제1 흡착체 및 제2 흡착체의 양쪽을 교체 또는 재생할 필요가 있다.
본 발명은, 상기한 점에 비추어 이루어진 것이며, 암모니아 제거 장치의 교체 빈도 또는 재생 빈도를 적게 하는 것이 가능하고, 또한 암모니아 제거 장치의 파과에 의해 암모니아 농도가 높은 가스가 제조되는 빈도를 적게 하는 것이 가능한 암모니아 제거 설비, 암모니아 제거 방법 및 수소 가스의 제조 방법을 제공한다.
본 발명자들은 예의 검토한 결과, 복수 개의 암모니아 제거 장치를 직렬로 배치함과 함께, 전단의 암모니아 장치에 의한 처리 후의 가스 암모니아 농도를 측정함으로써, 상기 과제를 해결할 수 있다는 것을 알아내었다.
즉, 본 발명은 이하의 [1] 내지 [15]에 관한 것이다.
[1] 수소 및 암모니아를 함유하는 혼합 가스 중의 암모니아를 제거하는 제1 암모니아 제거 장치와, 상기 제1 암모니아 제거 장치의 후단에 설치되어 있고, 상기 제1 암모니아 제거 장치에서 처리된 제1 처리 가스를 처리하는 제2 암모니아 제거 장치와, 상기 제1 암모니아 제거 장치에서 처리된 제1 처리 가스 중의 암모니아 농도를 측정하는 제1 암모니아 농도 측정 장치를 갖는 암모니아 제거 설비.
[2] 상기 제1 암모니아 제거 장치는 착탈 가능한 장치인, 상기 [1]에 기재된 암모니아 제거 설비.
[3] 상기 제2 암모니아 제거 장치는 착탈 가능한 장치인, 상기 [1] 또는 [2]에 기재된 암모니아 제거 설비.
[4] 상기 제1 암모니아 농도 측정 장치는, 파장 스캔 캐비티 링 다운 분광법(WS-CRDS) 방식의 가스 분석 장치인, 상기 [1] 내지 [3] 중 어느 하나에 기재된 암모니아 제거 설비.
[5] 상기 제1 암모니아 제거 장치에서 처리된 제1 처리 가스를 상기 제1 암모니아 농도 측정 장치로 인입하는 제1 인입 배관과, 상기 제2 암모니아 제거 장치에서 처리된 제2 처리 가스를 상기 제1 암모니아 농도 측정 장치로 인입하는 제2 인입 배관과, 상기 제1 인입 배관과 제1 암모니아 농도 측정 장치의 도통과 상기 제2 인입 배관과 제1 암모니아 농도 측정 장치의 도통의 운전 전환을 행하는 측정 장치용 전환 장치를 갖는, 상기 [1] 내지 [4] 중 어느 하나에 기재된 암모니아 제거 설비.
[6] 상기 제2 암모니아 제거 장치에서 처리된 제2 처리 가스 중의 암모니아 농도를 측정하는 제2 암모니아 농도 측정 장치를 갖는, 상기 [1] 내지 [4] 중 어느 하나에 기재된 암모니아 제거 설비.
[7] 상기 제2 암모니아 농도 측정 장치는, 파장 스캔 캐비티 링 다운 분광법(WS-CRDS) 방식의 가스 분석 장치인, 상기 [6]에 기재된 암모니아 제거 설비.
[8] 상기 제1 암모니아 제거 장치는, 제올라이트를 수용하고 있는, 상기 [1] 내지 [7] 중 어느 하나에 기재된 암모니아 제거 설비.
[9] 상기 제2 암모니아 제거 장치는, 산을 수용하고 있는, 상기 [1] 내지 [8] 중 어느 하나에 기재된 암모니아 제거 설비.
[10] 상기 제1 암모니아 제거 장치는, 병렬로 설치된 복수 개의 제1 암모니아 제거 용기와, 상기 복수 개의 제1 암모니아 제거 용기의 일부 또는 전부에 상기 혼합 가스를 공급 가능한 제1 전환 장치를 갖는, 상기 [1] 내지 [9] 중 어느 하나에 기재된 암모니아 제거 설비.
[11] 상기 제2 암모니아 제거 장치는, 병렬로 설치된 복수 개의 제2 암모니아 제거 용기와, 상기 복수 개의 제2 암모니아 제거 용기의 일부 또는 전부에 상기 혼합 가스를 공급 가능한 제2 전환 장치를 갖는, 상기 [1] 내지 [10] 중 어느 하나에 기재된 암모니아 제거 설비.
[12] 상기 [1] 내지 [11] 중 어느 하나에 기재된 암모니아 제거 설비를 사용하여 상기 혼합 가스를 처리하는, 암모니아 제거 방법.
[13] 상기 제1 암모니아 제거 장치가 파과된 후에, 상기 제1 암모니아 제거 장치의 재생 또는 교체를 행하는, 상기 [12]에 기재된 암모니아 제거 방법.
[14] 상기 제2 암모니아 제거 장치가 파과되기 전에, 상기 제2 암모니아 제거 장치의 재생 또는 교체를 행하는, 상기 [12] 또는 [13]에 기재된 암모니아 제거 방법.
[15] 상기 [1] 내지 [11] 중 어느 하나에 기재된 암모니아 제거 설비를 사용하여, 상기 혼합 가스 중의 암모니아를 제거하는 공정을 갖는, 수소 가스의 제조 방법.
본 발명에 따르면, 암모니아 제거 장치의 교체 빈도 또는 재생 빈도를 적게 하는 것이 가능하고, 또한 암모니아 제거 장치의 파과에 의해 암모니아 농도가 높은 가스가 시스템 외부로 배출되는 빈도를 적게 하는 것이 가능한 암모니아 제거 설비, 암모니아 제거 방법 및 수소 가스의 제조 방법이 제공된다.
도 1은 제1 실시 형태에 관한 암모니아 제거 설비의 개략도이다.
도 2는 제2 실시 형태에 관한 암모니아 제거 설비의 개략도이다.
도 3은 제3 실시 형태에 관한 암모니아 제거 설비의 개략도이다.
도 4는 제4 실시 형태에 관한 암모니아 제거 설비의 개략도이다.
본 실시 형태에 관한 암모니아 제거 설비는, 수소 및 암모니아를 함유하는 혼합 가스 중의 암모니아를 제거하는 제1 암모니아 제거 장치와, 상기 제1 암모니아 제거 장치의 후단에 설치되어 있고, 상기 제1 암모니아 제거 장치에서 처리된 제1 처리 가스를 처리하는 제2 암모니아 제거 장치와, 상기 제1 암모니아 제거 장치에서 처리된 제1 처리 가스 중의 암모니아 농도를 측정하는 제1 암모니아 농도 측정 장치를 갖는다.
이에 의해, 가령 제1 암모니아 제거 장치가 파과된 경우라도, 제2 암모니아 제거 장치에 의해 암모니아 농도가 낮은 가스를 제조할 수 있다. 또한, 제1 암모니아 제거 장치를 파과될 때까지 사용할 수 있기 때문에, 제1 암모니아 제거 장치의 교체 빈도 또는 재생 빈도를 적게 할 수 있다.
상기 제1 암모니아 제거 장치 및/또는 상기 제2 암모니아 제거 장치는, 착탈 가능한 장치인 것이 바람직하다.
이에 의해, 사용 후의 상기 제1 암모니아 제거 장치 및/또는 상기 제2 암모니아 제거 장치를 떼어내어, 다른 장소에서 재생 또는 교체를 행할 수 있다.
상기 제1 암모니아 농도 측정 장치는, 파장 스캔 캐비티 링 다운 분광법(WS-CRDS) 방식의 가스 분석 장치인 것이 바람직하다.
당해 WS-CRDS 방식의 가스 분석 장치는, 극히 단시간(수 초 내지 수십 초)에, 가스 중의 암모니아 농도를 측정할 수 있다. 이 때문에, 가스 중의 암모니아 농도를 거의 실시간으로 검지할 수 있으므로, 제1 암모니아 농도 측정 장치의 재생 시기 또는 교체 시기를 적시에 파악할 수 있다.
상기 암모니아 농도 측정 설비는, 상기 제1 암모니아 제거 장치에서 처리된 제1 처리 가스를 상기 제1 암모니아 농도 측정 장치로 인입하는 제1 인입 배관과, 상기 제2 암모니아 제거 장치에서 처리된 제2 처리 가스를 상기 제1 암모니아 농도 측정 장치로 인입하는 제2 인입 배관과, 상기 제1 인입 배관과 제1 암모니아 농도 측정 장치의 도통과 상기 제2 인입 배관과 제1 암모니아 농도 측정 장치의 도통의 운전 전환을 행하는 측정 장치용 전환 장치를 갖는 것이 바람직하다.
이에 의해, 하나의 측정 장치로 2종의 가스 중에 있어서의 암모니아 농도를 측정하는 것이 가능하다.
상기 암모니아 제거 설비는, 상기 제2 암모니아 제거 장치에서 처리된 제2 처리 가스 중의 암모니아 농도를 측정하는 제2 암모니아 농도 측정 장치를 갖는 것이 바람직하다.
이에 의해, 처리 후 가스 중의 암모니아 농도를 확인할 수 있다. 또한, 제2 암모니아 제거 장치의 파과를 검지할 수 있다.
또한, 이 제2 암모니아 농도 측정 장치는, 파장 스캔 캐비티 링 다운 분광법(WS-CRDS) 방식의 가스 분석 장치여도 된다.
상기 제1 암모니아 제거 장치는, 제올라이트를 수용하고 있는 것이 바람직하다.
이에 의해, 암모니아를 충분히 제거할 수 있음과 함께, 제1 암모니아 제거 장치 내의 제올라이트를 재생할 수 있다.
상기 제2 암모니아 제거 장치는, 산을 수용하고 있어도 된다.
이에 의해, 암모니아를 확실하게 제거할 수 있다.
상기 제1 암모니아 제거 장치는, 병렬로 설치된 복수 개의 제1 암모니아 제거 용기와, 상기 복수 개의 제1 암모니아 제거 용기의 일부 또는 전부에 상기 혼합 가스를 공급 가능한 제1 전환 장치를 갖는 것이 바람직하다.
이 경우, 복수 개의 제1 암모니아 제거 용기를 전환 운전함으로써, 사용 후의 제1 암모니아 제거 용기를 교체 또는 재생하여 운전에 복귀시킴으로써, 제1 암모니아 제거 장치를 연속 운전할 수 있다.
상기 제2 암모니아 제거 장치는, 병렬로 설치된 복수 개의 제2 암모니아 제거 용기와, 상기 복수 개의 제2 암모니아 제거 용기의 일부 또는 전부에 상기 혼합 가스를 공급 가능한 제2 전환 장치를 갖고 있어도 된다.
이에 의해, 제2 암모니아 제거 장치를 연속 운전할 수 있다.
또한, 상기 암모니아 제거 설비는, 상기 제2 암모니아 제거 장치의 후단에, 또한 1기 또는 복수 기의 암모니아 제거 장치를 직접 연결해도 된다. 예를 들어, 제2 암모니아 제거 장치의 후단에, 배관을 통해 제3 암모니아 제거 장치가 연결되어도 되고, 제3 암모니아 제거 장치의 후단에 배관을 통해 제4 암모니아 제거 장치가 연결되어도 되고, 제4 암모니아 제거 장치의 후단에, 1기 또는 복수 기의 암모니아 제거 장치가 배관을 통해 더 연결되어도 된다.
본 실시 형태에 관한 암모니아 제거 방법은, 상기 중 어느 하나에 기재된 암모니아 제거 설비를 사용하여 상기 혼합 가스를 처리한다.
상기 제1 암모니아 제거 장치가 파과된 후, 상기 제1 암모니아 제거 장치의 재생 또는 교체를 행해도 된다. 이에 의해, 제1 암모니아 제거 장치의 교체 또는 재생의 빈도를 저감시킬 수 있다. 또한, 이와 같이 제1 암모니아 제거 장치가 파과되어도, 제2 암모니아 제거 장치에 의해 가스 중의 암모니아 농도를 충분히 저감시킬 수 있다.
또한, 상기 제2 암모니아 제거 장치가 파과되기 전에, 상기 제2 암모니아 제거 장치의 재생 또는 교체를 행해도 된다. 이에 의해, 가스 중의 암모니아 농도를 충분히 저감시킬 수 있다.
본 실시 형태에 관한 수소 가스의 제조 방법은, 상기 중 어느 하나에 기재된 암모니아 제거 설비를 사용하여, 상기 혼합 가스 중의 암모니아를 제거하는 공정을 갖는다.
[제1 실시 형태]
다음으로, 도면을 참조하여 본 실시 형태에 관한 암모니아 제거 설비 및 암모니아 제거 방법을 설명한다.
<암모니아 제거 설비의 전체 구조>
도 1은, 제1 실시 형태에 관한 암모니아 제거 설비의 모식도이다.
제1 실시 형태에 관한 암모니아 제거 설비는, 제1 암모니아 제거 장치(1)와, 이 제1 암모니아 제거 장치(1)의 후단에 설치되어 있고, 상기 제1 암모니아 제거 장치(1)에서 처리된 제1 처리 가스를 처리하는 제2 암모니아 제거 장치(2)와, 상기 제1 암모니아 제거 장치(1)에서 처리된 제1 처리 가스 중의 암모니아 농도를 측정하는 제1 암모니아 농도 측정 장치(11)와, 상기 제2 암모니아 제거 장치(2)에서 처리된 제2 처리 가스 중의 암모니아 농도를 측정하는 제2 암모니아 농도 측정 장치(21)를 갖는다.
상기 제1 암모니아 제거 장치(1)의 유입구에는, 개폐 밸브(3v)를 구비한 배관(3)이 접속되어 있다. 이 제1 암모니아 제거 장치(1)의 유출구와 상기 제2 암모니아 제거 장치(2)의 유입구는, 개폐 밸브(4v)를 구비한 배관(4)에 의해 접속되어 있다. 이 제2 암모니아 제거 장치(2)의 유출구에는, 배관(5)이 접속되어 있다.
상기 제1 암모니아 농도 측정 장치(11)와 상기 배관(4)이, 당해 배관(4)으로부터 분기된 제1 인입 배관(12)을 통해 접속되어 있다. 이 제1 암모니아 농도 측정 장치(11)와 개폐 밸브(3v)는, 리드(13)를 통해 접속되어 있다. 이 제1 암모니아 농도 측정 장치(11)는, 암모니아 농도의 측정값이 역치를 초과한 경우에, 개폐 밸브 폐지 신호를 리드(13)를 통해 개폐 밸브(3v)로 송신하여, 개폐 밸브(3v)를 폐지 가능하게 되어 있다.
또한, 상기 제2 암모니아 농도 측정 장치(21)와 상기 배관(5)이 당해 배관(5)으로부터 분기된 제2 인입 배관(22)을 통해 접속되어 있다. 이 제2 암모니아 농도 측정 장치(21)와 개폐 밸브(4v)는, 리드(23)를 통해 접속되어 있다. 이 제2 암모니아 농도 측정 장치(21)는, 암모니아 농도의 측정값이 역치를 초과한 경우에, 개폐 밸브 폐지 신호를 리드(23)를 통해 개폐 밸브(4v)로 송신하여, 개폐 밸브(4v)를 폐지 가능하게 되어 있다.
<제1 암모니아 제거 장치(1)>
제1 암모니아 제거 장치(1) 내에는, 암모니아 제거 재료가 수용되어 있다. 이 암모니아 제거 재료로서는, 후술하는 혼합 가스 중의 암모니아를 제거할 수 있는 것이면 특별히 제한은 없고, 제올라이트, 활성탄, 알루미나, 실리카, 복합 산화물 등의 흡착제; 암모니아와의 산염기 반응에 의해 암모니아를 제거하기 위한 산; 등을 들 수 있다.
이들 암모니아 제거 재료 중에서는, 재생 이용 가능한 관점에서, 흡착제가 바람직하다. 또한, 흡착제 중에서는, 흡착능의 관점에서, 제올라이트가 바람직하다.
(제올라이트)
일반적으로, 제올라이트라 함은, 결정성 알루미노규산염의 총칭이지만, 본 실시 형태에서 사용하는 제올라이트는, 바람직하게는 0.5㎚ 이상, 2.0㎚ 이하의 세공 직경을 갖는다. 당해 제올라이트의 세공 직경이 0.5㎚ 이상이면, 상기 혼합 가스 중의 암모니아를 충분히 제거할 수 있다. 이러한 관점에서, 당해 제올라이트의 세공 직경은, 바람직하게는 0.6㎚ 이상, 보다 바람직하게는 0.7㎚ 이상, 더욱 바람직하게는 0.8㎚ 이상이다. 또한, 입수 용이성의 관점에서, 당해 제올라이트의 세공 직경은, 바람직하게는 1.9㎚ 이하, 보다 바람직하게는 1.7㎚ 이하, 더욱 바람직하게는 1.5㎚ 이하이다.
(제올라이트의 결정 구조)
일반적으로, 제올라이트가 갖는 결정 구조(골격 구조라고도 함)의 기본적인 단위는, 규소 원자 또는 알루미늄 원자를 둘러싼 4개의 산소 원자로 이루어지는 사면체이며, 이들이 3차원 방향으로 연속되어 결정 구조를 형성하고 있다.
이 제올라이트의 결정 구조로서는, 상기 세공 직경을 만족시키는 것이면 특별히 제한은 없고, 예를 들어 국제 제올라이트 학회(International Zeolite Association)가 정하는 알파벳 3문자로 이루어지는 구조 코드로 표현되는 각종 결정 구조를 들 수 있다. 구조 코드의 일례로서는, 예를 들어 LTA, FER, MWW, MFI, MOR, LTL, FAU, BEA라는 코드를 들 수 있다. 또한, 당해 결정 구조의 적합한 일 태양을 결정 구조의 명칭으로 나타내면, 바람직하게는 A형, X형, β형, Y형, L형, ZSM-5형, MCM-22형, 페리에라이트형 및 모데나이트형으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종이고, 보다 바람직하게는 A형, X형 및 Y형으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종이고, 더욱 바람직하게는 X형 또는 Y형이다.
일반적으로 제올라이트는, 그 결정 구조 중에 양이온을 갖고 있고, 당해 양이온이, 알루미노규산염으로 구성되는 상기 결정 구조 중의 음전하를 보상하여, 양전하의 부족을 보충하고 있다.
본 실시 형태에서 사용하는 제올라이트로서는, 상기 세공 직경을 만족시키는 것이면 특별히 제한은 없지만, 당해 양이온으로서, 바람직하게는 수소 이온, 리튬 이온, 칼슘 이온, 나트륨 이온, 칼륨 이온, 마그네슘 이온 및 바륨 이온으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 함유하는 제올라이트이다. 그리고, 보다 바람직하게는, 당해 양이온으로서, 수소 이온, 리튬 이온, 칼슘 이온, 나트륨 이온 및 칼륨 이온으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 함유하는 제올라이트, 더욱 바람직하게는 수소 이온, 리튬 이온, 칼슘 이온 및 나트륨 이온으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 함유하는 제올라이트이다.
본 실시 형태에서 사용하는 제올라이트로서는, 상기 결정 구조와 양이온의 조합은, 상기 세공 직경을 만족시키는 것이면 특별히 제한은 없이 조합하는 것이 가능하지만, 예를 들어 상기 결정 구조가 X형인 제올라이트를 사용하는 경우, 혼합 가스 중의 암모니아를 충분히 제거하는 관점에서, 바람직하게는 상기 양이온으로서, 리튬 이온, 칼슘 이온 및 나트륨 이온으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 함유하는 제올라이트, 보다 바람직하게는 리튬 이온 및 칼슘 이온으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 함유하는 제올라이트, 더욱 바람직하게는 리튬 이온을 함유하는 제올라이트이다.
또한, 마찬가지의 관점에서, 상기 결정 구조가 Y형인 제올라이트를 사용하는 경우, 바람직하게는 상기 양이온으로서 수소 이온 및 나트륨 이온으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 함유하는 제올라이트, 보다 바람직하게는 수소 이온을 함유하는 제올라이트이다.
또한, 마찬가지의 관점에서, 상기 결정 구조가 A형인 제올라이트를 사용하는 경우, 바람직하게는 상기 양이온으로서 리튬 이온 및 칼슘 이온으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 함유하는 제올라이트이다.
(산)
산으로서는, 암모니아와의 산염기 반응에 의해 암모니아를 제거할 수 있는 것이면 특별히 한정은 없지만, 황산, 황산수소염, 알칼리 금속 할로겐화물, 알칼리 토류 금속 할로겐화물 등을 들 수 있고, 암모니아의 흡착 평형의 관점에서, 바람직하게는 황산수소염이다.
황산수소염으로서는, 바람직하게는 황산수소암모늄, 황산수소나트륨, 황산수소칼륨 및 황산수소칼슘 중 적어도 1종이고, 보다 바람직하게는 황산수소암모늄 및 황산수소나트륨 중 적어도 1종이고, 더욱 바람직하게는 황산수소암모늄이다.
<제2 암모니아 제거 장치(2)>
제2 암모니아 제거 장치(2) 내에 수용되는 암모니아 제거 재료로서도, 후술하는 혼합 가스 중의 암모니아를 제거할 수 있는 것이면 특별히 제한은 없고, 제올라이트, 활성탄 알루미나, 실리카, 복합 산화물 등의 흡착제; 암모니아와의 산염기 반응에 의해 암모니아를 제거하기 위한 산; 등을 들 수 있다. 이들 흡착제 및 산의 상세는, 전술한 바와 같다.
이들 암모니아 제거 재료 중에서는, 암모니아 제거 설비에서 처리 후의 가스 중에 있어서의 암모니아 농도를 충분히 저감시키는 관점에서, 제올라이트 및 산이 바람직하다.
<제1 암모니아 제거 장치(1)와 제2 암모니아 제거 장치(2)의 조합>
제1 암모니아 제거 장치(1) 중에 수용되는 암모니아 제거 재료(이하, 「제1 암모니아 제거 재료」라고 하는 경우가 있음)와, 제2 암모니아 제거 장치(2) 중에 수용되는 암모니아 제거 재료(이하, 「제2 암모니아 제거 재료」라고 하는 경우가 있음)는, 동일 종류로 해도 되고, 상이한 종류로 해도 된다.
예를 들어, 제1 암모니아 제거 재료를 흡착제로 함과 함께, 제2 암모니아 제거 재료도 흡착제로 해도 된다. 이에 의해, 암모니아 제거 재료의 재생 이용을 더 촉진할 수 있다.
이 경우, 제1 암모니아 제거 재료를 활성탄으로 하고, 제2 암모니아 제거 재료를 제올라이트로 해도 된다. 이에 의해, 제1 암모니아 제거 재료(활성탄)의 재생이 용이한 동시에, 제올라이트에 의해 충분히 가스 중의 암모니아를 제거할 수 있다.
또한, 제1 암모니아 제거 재료 및 제2 암모니아 제거 재료를 모두 제올라이트로 해도 된다. 이에 의해, 제1 암모니아 제거 재료에 의해 저농도까지 가스 중의 암모니아가 제거되기 때문에, 제2 암모니아 제거 재료에 가해지는 부하가 저감되어, 제2 암모니아 제거 재료의 파과 시간이 길어진다.
또한, 제1 암모니아 제거 재료를 흡착제로 함과 함께, 제2 암모니아 제거 재료를 산으로 해도 된다. 이에 의해, 제1 암모니아 제거 재료의 재생 이용이 가능한 동시에, 제2 암모니아 제거 재료에 의해, 더 확실하게 가스 중의 암모니아를 제거할 수 있다.
이 경우, 제1 암모니아 제거 재료를 활성탄으로 해도 된다. 이에 의해, 제1 암모니아 제거 재료(활성탄)의 재생이 용이하다.
또한, 제1 암모니아 제거 재료를 제올라이트로 해도 된다. 이에 의해, 제1 암모니아 제거 재료에 의해 저농도까지 가스 중의 암모니아가 제거되기 때문에, 제2 암모니아 제거 재료에 가해지는 부하가 저감되어, 산의 수명이 길어진다.
<제1 암모니아 농도 측정 장치(11)>
제1 암모니아 농도 측정 장치(11)는, 가스 중의 암모니아 농도를 측정할 수 있는 것이면 특별히 제한은 없고, 질량 분석계, 분광 광도계, 적정 등을 들 수 있지만, 응답성의 관점에서 분광 광도계가 바람직하다.
분광 광도계로서는, 바람직하게는 푸리에 변환 적외 분광 광도계(FT-IR), 파장 스캔 캐비티 링 다운 분광법(Wavelength-Scanned Cavity Ring-Down Spectroscopy; WS-CRDS) 방식의 가스 분석 장치 등이지만, WS-CRDS 방식의 가스 분석 장치가 더 바람직하다.
즉, 본 발명자들은, WS-CRDS 방식의 가스 분석 장치에 의하면, 단시간에 고정밀도로 가스 중의 암모니아 농도를 측정할 수 있기 때문에, 파과를 신속하게 검지할 수 있다는 것을 알아내었다.
단, 제1 암모니아 제거 장치(1)가 파과되어도, 그 후단에 존재하는 제2 암모니아 제거 장치(2)에 의해 가스 중의 암모니아를 충분히 제거하는 것이 가능하다. 따라서, 당해 제1 암모니아 농도 측정 장치(11)는, WS-CRDS 방식의 가스 분석 장치 이외의 장치여도 된다.
<제2 암모니아 농도 측정 장치(21)>
제2 암모니아 농도 측정 장치(21)는, 가스 중의 암모니아 농도를 측정할 수 있는 것이면 특별히 제한은 없고, 제1 암모니아 농도 측정 장치(11)와 동종의 장치를 사용할 수 있다.
그러나, 제2 암모니아 제거 장치(2)의 파과를 파과 직후에 단시간에 검지할 수 있는 관점에서, WS-CRDS 방식의 가스 분석 장치가 더 바람직하다.
또한, 정기적으로 제2 암모니아 제거 장치(2)를 교체 또는 재생하는 경우에는, 제2 암모니아 농도 측정 장치(21)를 생략해도 된다.
<암모니아 제거 방법>
다음으로, 상기한 바와 같이 구성된 암모니아 제거 설비를 사용하여 암모니아를 제거하는 방법의 일례를 설명한다.
(통상 운전 시)
혼합 가스를, 배관(3)을 통해 제1 암모니아 제거 장치(1)에 공급한다. 제1 암모니아 제거 장치(1) 내에 공급된 혼합 가스는, 암모니아 제거 재료에 의해 혼합 가스 중의 암모니아가 제거되어 제1 처리 가스로 된 후, 배관(4)으로 유출된다.
배관(4)으로 유출된 제1 처리 가스의 일부는, 배관(12)을 통해 제1 암모니아 농도 측정 장치(11)로 유입되고, 제1 암모니아 농도 측정 장치(11)에 의해 암모니아 농도가 측정된다. 또한, 측정 후의 가스는, 배관(3), 배관(4) 또는 제1 암모니아 제거 장치(1)로 되돌아가도 되고, 시스템 외부로 배출되어도 된다.
또한, 배관(4)으로 유출된 제1 처리 가스의 잔부는, 제2 암모니아 제거 장치(2)에 공급된다. 제2 암모니아 제거 장치(2) 내에 공급된 제1 처리 가스는, 암모니아 제거 재료에 의해 혼합 가스 중의 암모니아가 제거되어 제2 처리 가스로 된 후, 배관(5)으로 유출된다.
배관(5)으로 유출된 제2 처리 가스의 일부는, 배관(22)을 통해 제2 암모니아 농도 측정 장치(21)로 유입되고, 제2 암모니아 농도 측정 장치(21)에 의해 암모니아 농도가 측정된다. 또한, 측정 후의 가스는, 배관(3), 배관(4), 배관(5), 제1 암모니아 제거 장치(1), 또는 제2 암모니아 제거 장치(2)로 되돌아가도 되고, 시스템 외부로 배출되어도 된다.
또한, 배관(5)으로 유출된 제2 처리 가스의 잔부는, 암모니아 농도가 낮은 가스로서, 시스템 외부로 배출한다.
(제1 암모니아 제거 장치(1)의 파과 시)
상기 통상 운전 시에 있어서, 제1 암모니아 농도 측정 장치(11)에 의한 암모니아 농도의 측정값이 역치를 초과한 경우, 제1 암모니아 농도 측정 장치(11)가 리드(13)를 통해 개폐 밸브(3v)로 개폐 밸브 폐지 신호를 송신하여, 개폐 밸브(3v)를 폐지한다.
이 상태에서, 제1 암모니아 제거 장치(1)를 떼어내어, 다른 장소에서, 제1 암모니아 제거 재료의 재생 또는 교체를 행한 후, 원래의 위치에 설치한다. 그 후, 개폐 밸브(3v)를 개방하여, 통상 운전으로 복귀한다. 또한, 제1 암모니아 제거 장치(1)를 복수 준비해 두고 신속하게 새로운 제1 암모니아 제거 장치(1)를 설치할 수도 있다.
또한, 이 역치는, 바람직하게는 0.01 내지 10,000몰ppm의 범위 내의 값이고, 보다 바람직하게는 0.1 내지 1,000몰ppm의 범위 내의 값이고, 더욱 바람직하게는 1 내지 100몰ppm의 범위 내의 값이다. 또한, 당해 역치의 적합값은, 후술하는 다른 실시 형태에서도 마찬가지이다.
(제2 암모니아 제거 장치(2)의 파과 시)
상기 통상 운전 시에 있어서, 제2 암모니아 농도 측정 장치(21)에 의한 암모니아 농도의 측정값이 역치를 초과한 경우, 제2 암모니아 농도 측정 장치(21)가 리드(23)를 통해 개폐 밸브(4v)로 개폐 밸브 폐지 신호를 송신하여, 개폐 밸브(4v)를 폐지한다.
이 상태에서, 제2 암모니아 제거 장치(2)를 떼어내고, 다른 장소에서, 제2 암모니아 제거 재료의 재생 또는 교체를 행한 후, 원래의 위치에 설치한다. 그 후, 개폐 밸브(4v)를 개방하여, 통상 운전으로 복귀한다. 또한, 제2 암모니아 제거 장치(2)를 복수 준비해 두고 신속하게 새로운 제2 암모니아 제거 장치(2)를 설치할 수도 있다.
또한, 이 역치는, 바람직하게는 0.1몰ppm 이하의 범위 내의 값이고, 보다 바람직하게는 0.09몰ppm 이하의 범위 내의 값이고, 더욱 바람직하게는 0.08몰ppm 이하의 범위 내의 값이다. 또한, 당해 역치의 적합값은, 후술하는 다른 실시 형태에서도 마찬가지이다.
<혼합 가스>
혼합 가스는, 수소 및 암모니아를 함유하는 가스이면 특별히 제한은 없다. 예를 들어, 혼합 가스는, 암모니아를 분해하여 얻어지는 수소, 질소 및 암모니아를 함유하는 분해 가스에서 유래되는 혼합 가스여도 되고, 물의 전기 분해, 또는 천연 가스, 석탄 혹은 폐플라스틱 등의 수증기 개질 등에 의해 얻은 가스여도 되지만, 바람직하게는 암모니아를 분해하여 얻어지는 수소, 질소 및 암모니아를 함유하는 분해 가스에서 유래되는 혼합 가스이고, 보다 바람직하게는 분해 온도 450℃ 이상 600℃ 이하에서 암모니아를 분해하여 얻어지는 분해 가스에서 유래되는 수소, 질소 및 암모니아를 함유하는 혼합 가스, 더욱 바람직하게는 분해 온도 500℃ 이상 600℃ 이하에서 암모니아를 분해하여 얻어지는 분해 가스에서 유래되는 수소, 질소 및 암모니아를 함유하는 혼합 가스, 보다 더 바람직하게는 분해 온도 500℃ 이상 550℃ 이하에서 암모니아를 분해하여 얻어지는 분해 가스에서 유래되는 수소, 질소 및 암모니아를 함유하는 혼합 가스이다.
또한, 당해 혼합 가스 중의 암모니아 함유량은, 당해 혼합 가스 전량에 대해, 바람직하게는 100,000몰ppm 이하, 보다 바람직하게는 10,000몰ppm 이하, 더욱 바람직하게는 1,000몰ppm 이하이다.
또한, 당해 혼합 가스 중의 수소 함유량은, 당해 혼합 가스 전량에 대해, 바람직하게는 60몰％ 이상, 보다 바람직하게는 70몰％ 이상, 더욱 바람직하게는 75몰％ 이상이다.
또한, 당해 혼합 가스 중의 질소 함유량은, 당해 혼합 가스 전량에 대해, 바람직하게는 40몰％ 이하, 보다 바람직하게는 30몰％ 이하, 더욱 바람직하게는 25몰％ 이하이다.
또한, 당해 혼합 가스가 수분(H2O)을 더 함유하고 있는 경우, 당해 수분(H2O)의 함유량은, 당해 혼합 가스 전량에 대해, 바람직하게는 5.0몰％ 이하, 보다 바람직하게는 1.0몰％ 이하, 더욱 바람직하게는 1,000몰ppm 이하, 보다 더 바람직하게는 100몰ppm 이하, 보다 더 바람직하게는 20몰ppm 이하, 보다 더 바람직하게는 10몰ppm 이하, 보다 더 바람직하게는 1.0몰ppm 이하이다.
암모니아의 분해는, 하기 (a)식과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pct00001
당해 암모니아 분해 반응은, 화학 평형 반응이며, 온도가 높을수록 암모니아 전화율은 향상되고, 평형 압력 0.1㎫, 300 내지 650℃의 조건에서, 암모니아 전화율은 약 98.2 내지 99.9％가 된다(HSC Chemistry 6.0을 사용하여 계산한 화학 평형 상태에 있어서의 암모니아 전화율).
따라서, 암모니아를 분해한 분해 가스 중의 질소와 수소의 몰비(N2/H2비, 이하, 단순히 「N2/H2」라고도 표기함)는, 바람직하게는 N2/H2＝1.0/2.5 내지 1.0/3.5의 범위, 보다 바람직하게는 1.0/2.8 내지 1.0/3.2의 범위, 더욱 바람직하게는 1.0/2.9 내지 1.0/3.1의 범위, 보다 더 바람직하게는 1.0/3.0이다.
또한, 혼합 가스 중의 수분량을 포함한 각 성분의 적합한 조성(몰 분율)은 상술한 바와 같으며, 당해 적합한 조성을 만족시키기 위해, 예를 들어 암모니아와 산소가 반응하여 물(수증기)을 발생시켜 버리는 오토서멀 방식 이외의 암모니아 분해 방법으로 암모니아를 분해한 분해 가스에서 유래되는 혼합 가스를 사용하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 오토서멀 방식에 의해 암모니아를 분해하는 경우, 혼합 가스 중의 수분량이 증가되어 버리기 때문에, 상기 암모니아 제거 재료가 흡착제인 경우에, 이 흡착제가 당해 수분을 흡착해 버려, 상기 암모니아 제거 재료가 혼합 가스 중으로부터 제거할 수 있는 암모니아양이 감소해 버릴 우려가 있다. 또한, 동량의 암모니아 원료를 분해하여 얻어지는 수소량이 감소해 버린다. 그 결과, 예를 들어 후술하는 바와 같은 고순도의 수소가 요구되는 연료 전지(특히, 프로톤 교환막으로 구성되는 고체 고분자형 연료 전지)용 수소 가스 제조 방법에 사용하는 경우에, 보다 다량의 암모니아를 분해할 필요가 발생함과 함께, 혼합 가스 중의 수분의 존재에 의해 암모니아 제거 재료의 수명도 저하되어 버린다. 따라서, 오토서멀 방식 이외의 암모니아 분해 방법으로 암모니아를 분해하는 것이 바람직하다.
또한, 암모니아를 분해하여 얻어지는 수소, 질소 및 암모니아를 함유하는 혼합 가스를 얻기 위해서는, 상기 식(a)의 암모니아 분해 반응을 촉진하기 위한 촉매를 첨가하는 것이 바람직하다. 당해 촉매로서는, 상기 식(a)의 암모니아 분해 반응에 촉매 활성을 갖는 것이며, 본 발명의 효과를 발휘하는 한 특별히 제한은 없지만, 예를 들어 비귀금속계 전이 금속(철, 코발트, 니켈, 몰리브덴 등), 희토류계(란탄, 세륨, 네오디뮴 등), 귀금속계(루테늄, 로듐, 이리듐, 팔라듐, 백금 등)를 조성으로서 포함하는 촉매를 들 수 있다. 상기 비귀금속계 전이 금속은 금속 단체, 합금, 질화물, 탄화물, 산화물, 복합 산화물로서 사용할 수 있고, 상기 희토류계는 산화물로서 사용할 수 있고, 당해 비귀금속계 전이 금속 및 당해 희토류계 모두, 알루미나, 실리카, 마그네시아, 지르코니아, 티타니아 등의 높은 비표면적을 갖는 담체에 담지하여 사용할 수 있다. 또한, 상기 귀금속계도, 알루미나, 실리카, 마그네시아, 지르코니아, 티타니아 등의 높은 비표면적을 갖는 담체에 담지하여 사용할 수 있다. 또한, 상기 전이 금속계 및/또는 상기 희토류계에, 소량의 상기 귀금속계를 함유시켜 사용할 수도 있다. 이들 촉매는 단체로 사용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다.
혼합 가스로서, 암모니아를 분해한 분해 가스 유래의 혼합 가스를 사용하는 경우, 암모니아 분해 반응의 온도 조건은, 바람직하게는 300℃ 이상 800℃ 이하이다. 그리고, 내열 온도가 600℃ 이하인 스테인레스 스틸(SUS) 재료라도, 암모니아 분해 반응에 사용하는 설비(용기, 배관 등)의 재료로서 사용할 수 있게 된다는 관점에서, 상기 암모니아의 분해 반응의 온도 조건으로서는, 보다 바람직하게는 500℃ 이상 600℃ 이하, 더욱 바람직하게는 500℃ 이상 550℃ 이하이다.
또한, 상기 암모니아 분해 반응 시의 압력 조건으로서는, 바람직하게는 0.01 내지 1.0㎫(abs), 보다 바람직하게는 0.05 내지 0.75㎫(abs), 더욱 바람직하게는 0.1 내지 0.5㎫(abs)이다.
또한, 500℃ 이상, 600℃ 이하의 조건에서 암모니아를 분해하여, 높은 암모니아 전화율을 달성하는 경우에는, 상기 암모니아 분해에 사용할 수 있는 촉매의 예 중에서도, 니켈, 루테늄 및 로듐으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함하는 촉매를 사용하는 것이 바람직하고, 루테늄을 포함하는 촉매(루테늄계 촉매)를 사용하는 것이 보다 바람직하다. 루테늄계 촉매를 사용하는 경우, 분해 온도 550℃ 이하의 조건이라도, 상기 분해 반응이 평형 상태로 되는 암모니아 전화율을 달성하기 쉽다.
<제1 처리 가스>
제1 처리 가스 중의 암모니아 농도로서는, 바람직하게는 10,000몰ppm 이하, 보다 바람직하게는 1,000몰ppm 이하, 더욱 바람직하게는 100몰ppm 이하이다.
<제2 처리 가스>
제2 처리 가스 중의 암모니아 농도로서는, 바람직하게는 10몰ppm 이하, 보다 바람직하게는 1몰ppm 이하, 더욱 바람직하게는 0몰ppm이다.
<변형예>
상기 실시 형태에서는, 제1 암모니아 제거 장치(1) 및 제2 암모니아 제거 장치(2)는, 배관(3, 4, 5)으로부터 떼어내기 가능하게 되어 있지만, 어느 한쪽 또는 양쪽이 떼어내기 불가능하게 되어 있어도 된다. 그 경우, 이들 장치(1 또는 2)를 떼어내는 일 없이, 장치(1 또는 2)에 가열한 질소 가스 등을 흘려 암모니아 제거 재료 중의 암모니아를 제거하는 것이 바람직하다.
제2 암모니아 제거 장치(2)는, 연속 운전 기간 동안에 파과되지 않을 정도의 용량의 것이어도 된다. 이 경우, 연속 운전 종료 후의 정기 정비 시에, 제2 암모니아 제거 장치(2) 내의 암모니아 제거 재료를 교환 또는 재생함으로써, 확실하게 암모니아가 제거된 가스를 얻을 수 있다. 또한, 이 경우, 제2 암모니아 농도 측정 장치(21)를 생략함으로써 설비를 보다 간이한 것으로 할 수 있고, 생략하지 않음으로써 제2 암모니아 제거 장치(2)로부터 유출되는 가스 중의 암모니아 농도를 확인할 수 있다.
개폐 밸브(3v 및 4v)와 암모니아 농도 측정 장치(11, 21)는, 리드(13, 23)에 의해 접속되어 있지만 무선이어도 된다.
또한, 암모니아 농도 측정 장치(11, 21)는, 개폐 밸브(3v, 4v)로 개폐 신호를 송신하지 않는 구성으로 되어 있어도 된다. 이 경우에는, 암모니아 농도 측정 장치(11, 21)에 의해 측정된 측정값이 역치를 초과한 경우에, 인력에 의해 개폐 밸브(3v, 4v)를 폐지하면 된다.
본 실시 형태에서는, 제1 암모니아 제거 장치(1)와 제2 암모니아 제거 장치(2)가 직렬로 설치되어 있지만, 이들 장치(1, 2) 사이에, 1기 또는 복수 기의 암모니아 제거 장치가 직렬 또는 병렬로 설치되어 있어도 된다. 그 경우, 1기 또는 복수 기의 암모니아 제거 장치의 일부 또는 전부에 있어서, 당해 장치로부터 유출된 가스 중의 암모니아 농도를 측정하기 위한 암모니아 농도 측정 장치를 설치해도 된다. 단, 장치 및 운전의 간이화의 관점에서는, 제1 암모니아 제거 장치(1)와 제2 암모니아 제거 장치(2) 사이에는, 추가로 암모니아 제거 장치를 설치하지 않는 것이 바람직하다.
제2 암모니아 제거 장치(2)의 후단에, 또한 1기 또는 복수 기의 암모니아 제거 장치를 직접 연결해도 된다. 예를 들어, 제2 암모니아 제거 장치(2)의 후단에, 배관을 통해 제3 암모니아 제거 장치가 연결되어도 되고, 제3 암모니아 제거 장치의 후단에 배관을 통해 제4 암모니아 제거 장치가 연결되어도 되고, 제4 암모니아 제거 장치의 후단에, 1기 또는 복수 기의 암모니아 제거 장치가 배관을 통해 더 연결되어도 된다.
또한, 후술하는 실시 형태에 있어서도, 당해 변형예와 마찬가지로 변형되어도 된다.
[제2 실시 형태]
<암모니아 제거 설비의 전체 구조>
도 2는, 제2 실시 형태에 관한 암모니아 제거 설비의 모식도이다.
제2 실시 형태에 관한 암모니아 제거 설비는, 제1 암모니아 제거 장치(1)와, 이 제1 암모니아 제거 장치(1)의 후단에 설치되어 있고, 상기 제1 암모니아 제거 장치(1)에서 처리된 제1 처리 가스를 처리하는 제2 암모니아 제거 장치(2)와, 상기 제1 암모니아 제거 장치(1)에서 처리된 제1 처리 가스 중의 암모니아 농도 및 상기 제2 암모니아 제거 장치(2)에서 처리된 제2 처리 가스 중의 암모니아 농도를 측정 가능한 제1 암모니아 농도 측정 장치(31)를 갖는다.
상기 제1 암모니아 제거 장치(1)의 유입구에는, 개폐 밸브(3v)를 구비한 배관(3)이 접속되어 있다. 이 제1 암모니아 제거 장치(1)의 유출구와 상기 제2 암모니아 제거 장치(2)의 유입구는, 개폐 밸브(4v)를 구비한 배관(4)에 의해 접속되어 있다. 이 제2 암모니아 제거 장치(2)의 유출구에는, 배관(5)이 접속되어 있다.
상기 제1 암모니아 농도 측정 장치(31)와 상기 배관(4)이, 당해 배관(4)으로부터 분기된 제1 인입 배관(12)을 통해 접속되어 있다. 이 배관(12)은 개폐 밸브(12v)를 구비하고 있다. 이 제1 암모니아 농도 측정 장치(31)와 개폐 밸브(3v)는, 리드(13)를 통해 접속되어 있다. 이 제1 암모니아 농도 측정 장치(31)는, 배관(12)을 통해 도입된 가스 중에 있어서의 암모니아 농도의 측정값이 역치를 초과한 경우에, 개폐 밸브 폐지 신호를 리드(13)를 통해 개폐 밸브(3v)로 송신하여, 개폐 밸브(3v)를 폐지 가능하게 되어 있다.
또한, 상기 제1 암모니아 농도 측정 장치(31)와 상기 배관(5)이 당해 배관(5)으로부터 분기된 제2 인입 배관(22)을 통해 접속되어 있다. 이 배관(22)은 개폐 밸브(22v)를 구비하고 있다. 이 제1 암모니아 농도 측정 장치(31)와 개폐 밸브(4v)는, 리드(23)를 통해 접속되어 있다. 이 제1 암모니아 농도 측정 장치(31)는, 배관(22)을 통해 도입된 가스 중에 있어서의 암모니아 농도의 측정값이 역치를 초과한 경우에, 개폐 밸브 폐지 신호를 리드(23)를 통해 개폐 밸브(4v)로 송신하여, 개폐 밸브(4v)를 폐지 가능하게 되어 있다.
상기 개폐 밸브(12v 및 22v)에 의해, 측정 장치용 전환 장치가 구성되어 있다. 이 전환 장치는, 암모니아 농도 측정 장치(31)로부터의 신호에 의해 전환 가능하게 되어 있다. 이에 의해, 하나의 암모니아 농도 측정 장치(31)에 의해, 배관(12)으로부터 도입되는 가스와 배관(22)으로부터 도입되는 가스의 암모니아 농도를 측정할 수 있다.
당해 암모니아 제거 설비의 그 밖의 구성은, 제1 실시 형태에 관한 암모니아 제거 설비와 마찬가지이며, 각 장치의 상세도 전술한 바와 같다.
<암모니아 제거 방법>
다음으로, 상기한 바와 같이 구성된 암모니아 제거 설비를 사용하여 암모니아를 제거하는 방법의 일례를 설명한다.
(통상 운전 시)
혼합 가스를, 배관(3)을 통해 제1 암모니아 제거 장치(1)에 공급한다. 제1 암모니아 제거 장치(1) 내에 공급된 혼합 가스는, 암모니아 제거 재료에 의해 혼합 가스 중의 암모니아가 제거되어 제1 처리 가스로 된 후, 배관(4)으로 유출된다.
배관(4)으로 유출된 제1 처리 가스의 일부는, 배관(12)을 통해 제1 암모니아 농도 측정 장치(31)로 유입되고, 제1 암모니아 농도 측정 장치(31)에 의해 암모니아 농도가 측정된다. 또한, 측정 후의 가스는, 배관(3), 배관(4), 또는 제1 암모니아 제거 장치(1)로 되돌아가도 되고, 시스템 외부로 배출되어도 된다.
또한, 배관(4)으로 유출된 제1 처리 가스의 잔부는, 제2 암모니아 제거 장치(2)에 공급된다. 제2 암모니아 제거 장치(2) 내에 공급된 제1 처리 가스는, 암모니아 제거 재료에 의해 혼합 가스 중의 암모니아가 제거되어 제2 처리 가스로 된 후, 배관(5)으로 유출된다.
배관(5)으로 유출된 제2 처리 가스의 일부는, 배관(22)을 통해 제1 암모니아 농도 측정 장치(31)로 유입되고, 제1 암모니아 농도 측정 장치(31)에 의해 암모니아 농도가 측정된다. 또한, 측정 후의 가스는, 시스템 외부로 배출된다.
또한, 배관(5)으로 유출된 제2 처리 가스의 잔부는, 암모니아 농도가 낮은 가스로서 시스템 외부로 배출된다.
(제1 암모니아 제거 장치(1)의 파과 시)
상기 통상 운전 시에 있어서, 제1 암모니아 농도 측정 장치(31)에 의한, 제1 처리 가스 중에 있어서의 암모니아 농도의 측정값이 역치를 초과한 경우, 제1 암모니아 농도 측정 장치(31)가 리드(13)를 통해 개폐 밸브(3v)로 개폐 밸브 폐지 신호를 송신한다. 당해 개폐 밸브 폐지 신호를 수신한 개폐 밸브(3v)는, 개폐 밸브(3v)를 폐지한다.
이 상태에서, 제1 암모니아 제거 장치(1)를 떼어내고, 다른 장소에서, 제1 암모니아 제거 재료의 재생 또는 교체를 행한 후, 원래의 위치에 설치한다. 그 후, 개폐 밸브(3v)를 개방하여, 통상 운전으로 복귀한다. 또한, 제1 암모니아 제거 장치(1)를 복수 준비해 두고 신속하게 새로운 제1 암모니아 제거 장치(1)를 설치할 수도 있다.
(제2 암모니아 제거 장치(2)의 파과 시)
상기 통상 운전 시에 있어서, 제1 암모니아 농도 측정 장치(31)에 의한, 제2 처리 가스 중에 있어서의 암모니아 농도의 측정값이 역치를 초과한 경우, 제1 암모니아 농도 측정 장치(31)가 리드(23)를 통해 개폐 밸브(4v)로 개폐 밸브 폐지 신호를 송신한다. 당해 개폐 밸브 폐지 신호를 수신한 개폐 밸브(4v)는, 개폐 밸브(4v)를 폐지한다.
이 상태에서, 제2 암모니아 제거 장치(2)를 떼어내고, 다른 장소에서, 제2 암모니아 제거 재료의 재생 또는 교체를 행한 후, 원래의 위치에 설치한다. 그 후, 개폐 밸브(4v)를 개방하여, 통상 운전으로 복귀한다. 또한, 제2 암모니아 제거 장치(2)를 복수 준비해 두고 신속하게 새로운 제2 암모니아 제거 장치(2)를 설치할 수도 있다.
[제3 실시 형태]
<암모니아 제거 설비의 전체 구조>
도 3은, 제3 실시 형태에 관한 암모니아 제거 설비의 모식도이다.
당해 암모니아 제거 설비는, 제1 실시 형태에 관한 암모니아 제거 설비에 있어서, 제1 암모니아 제거 장치(1) 및 개폐 밸브(3v) 대신에, 병렬로 설치된 복수 개(본 실시 형태에서는, 2개)의 제1 암모니아 제거 용기(1a, 1b)를 갖는 제1 암모니아 제거 장치(1A) 및 삼방 밸브(3e)를 사용한 것 이외에는, 제1 실시 형태에 관한 암모니아 제거 설비와 마찬가지이다.
또한, 제1 실시 형태에 관한 암모니아 제거 설비와 마찬가지의 부호는, 마찬가지의 부분을 나타낸다.
구체적으로는, 제1 암모니아 제거 장치(1A)는, 병렬로 설치된 2개의 제1 암모니아 제거 용기(1a, 1b)와, 배관(3)의 후단부로부터 2개로 분기되어 2개의 제1 암모니아 제거 용기(1a, 1b)의 유입구에 접속되는 2개의 배관(3a, 3b)과, 배관(4)의 전단부로부터 2개로 분기되어 2개의 제1 암모니아 제거 용기(1a, 1b)의 유출구에 접속되는 2개의 배관(3c, 3d)을 갖는다. 또한, 배관(3, 3a, 3b)의 합류부에, 삼방 밸브(3e)가 설치되어 있다.
제1 암모니아 농도 측정 장치(11)와 삼방 밸브(3e)는, 리드(13)를 통해 접속되어 있다. 이 제1 암모니아 농도 측정 장치(11)는, 암모니아 농도의 측정값이 역치를 초과한 경우에, 삼방 밸브 전환 신호를 리드(13)를 통해 삼방 밸브(3e)로 송신 가능하게 되어 있다.
또한, 제1 암모니아 제거 용기(1a, 1b)는, 떼어내기 가능하게 되어 있다.
그 밖의 구성은, 제1 실시 형태에 관한 암모니아 제거 설비와 마찬가지이므로, 설명을 생략한다.
<암모니아 제거 방법>
다음으로, 상기한 바와 같이 구성된 암모니아 제거 설비를 사용하여 암모니아를 제거하는 방법의 일례를 설명한다.
(통상 운전 시: 제1 암모니아 제거 용기(1a)에 의한 운전 시)
혼합 가스를, 배관(3)에 공급한다. 배관(3) 내의 혼합 가스는, 삼방 밸브(3e)에 의해, 배관(3a)을 통해 제1 암모니아 제거 용기(1a)에 공급된다. 제1 암모니아 제거 용기(1a) 내에 공급된 혼합 가스는, 암모니아 제거 재료에 의해 혼합 가스 중의 암모니아가 제거되어 제1 처리 가스로 된 후, 배관(3c)을 통해 배관(4)으로 유출된다.
배관(4)으로 유출된 제1 처리 가스의 일부는, 배관(12)을 통해 제1 암모니아 농도 측정 장치(11)로 유입되고, 제1 암모니아 농도 측정 장치(11)에 의해 암모니아 농도가 측정된다. 또한, 측정 후의 가스는, 배관(4) 또는 배관(4)보다 상류측으로 되돌아가도 되고, 시스템 외부로 배출되어도 된다.
또한, 배관(4)으로 유출된 제1 처리 가스의 잔부는, 제2 암모니아 제거 장치(2)에 공급된다. 제2 암모니아 제거 장치(2) 내에 공급된 제1 처리 가스는, 암모니아 제거 재료에 의해 혼합 가스 중의 암모니아가 제거되어 제2 처리 가스로 된 후, 배관(5)으로 유출된다.
배관(5)으로 유출된 제2 처리 가스의 일부는, 배관(22)을 통해 제2 암모니아 농도 측정 장치(21)로 유입되고, 제2 암모니아 농도 측정 장치(21)에 의해 암모니아 농도가 측정된다. 또한, 측정 후의 가스는, 시스템 외부로 배출된다.
(제1 암모니아 제거 용기(1a)의 파과 시)
상기 통상 운전 시에 있어서, 제1 암모니아 농도 측정 장치(11)에 의한 암모니아 농도의 측정값이 역치를 초과한 경우, 제1 암모니아 농도 측정 장치(11)가 리드(13)를 통해 삼방 밸브(3e)로 밸브 전환 신호를 송신한다. 당해 밸브 전환 신호를 수신한 삼방 밸브(3e)는, 혼합 가스의 유입처를, 제1 암모니아 제거 용기(1b)로 전환한다.
이에 의해, 제1 암모니아 제거 용기(1a) 대신에, 제1 암모니아 제거 용기(1b)에 의해 혼합 가스가 처리되게 된다.
또한, 제1 암모니아 제거 용기(1b)로 전환한 상태에서, 제1 암모니아 제거 용기(1a)를 떼어내고, 다른 장소에서, 제1 암모니아 제거 재료의 재생 또는 교체를 행한 후, 원래의 위치에 설치하고, 다음 운전까지 대기한다.
(제1 암모니아 제거 용기(1b)의 파과 시)
상기 통상 운전 시에 있어서, 제1 암모니아 농도 측정 장치(11)에 의한 암모니아 농도의 측정값이 역치를 초과한 경우, 제1 암모니아 농도 측정 장치(11)가 리드(13)를 통해 삼방 밸브(3e)로 밸브 전환 신호를 송신한다. 당해 밸브 전환 신호를 수신한 삼방 밸브(3e)는, 혼합 가스의 유입처를, 제1 암모니아 제거 용기(1a)로 전환한다.
이에 의해, 제1 암모니아 제거 용기(1b) 대신에, 제1 암모니아 제거 용기(1a)에 의해 혼합 가스가 처리되게 된다.
또한, 제1 암모니아 제거 용기(1b)를 떼어내고, 다른 장소에서, 제1 암모니아 제거 재료의 재생 또는 교체를 행한 후, 원래의 위치에 설치하고, 다음 운전까지 대기한다.
(제2 암모니아 제거 장치(2)의 파과 시)
제1 실시 형태와 마찬가지이다.
(기타)
또한, 상기 실시 형태에서는, 제1 암모니아 제거 용기(1a, 1b)는 떼어내기 가능하게 되어 있지만, 어느 한쪽 또는 양쪽이 떼어내기 불가능하게 되어 있어도 된다. 그 경우, 이들 용기(1a 또는 1b)를 떼어내는 일 없이, 용기(1a 또는 1b)에 가열한 질소 가스 등을 흘려 암모니아 제거 재료 중의 암모니아를 제거하는 것이 바람직하다.
또한, 제1 암모니아 제거 장치(1A)는, 병렬로 설치된 3개 이상의 암모니아 제거 용기를 갖고 있어도 되지만, 설비 및 운전의 간이화의 관점에서, 2개인 것이 바람직하다.
[제4 실시 형태]
<암모니아 제거 설비의 전체 구조>
도 4는, 제4 실시 형태에 관한 암모니아 제거 설비의 모식도이다.
당해 암모니아 제거 설비는, 제3 실시 형태에 관한 암모니아 제거 설비에 있어서, 제2 암모니아 제거 장치(2) 및 개폐 밸브(4v) 대신에, 병렬로 설치된 복수 개(본 실시 형태에서는, 2개)의 제2 암모니아 제거 용기(2a, 2b)를 갖는 제2 암모니아 제거 장치(2A) 및 삼방 밸브(4e)를 사용한 것 이외에는, 제3 실시 형태에 관한 암모니아 제거 설비와 마찬가지이다.
또한, 제3 실시 형태에 관한 암모니아 제거 설비와 마찬가지의 부호는, 마찬가지의 부분을 나타낸다.
구체적으로는, 제2 암모니아 제거 장치(2A)는, 병렬로 설치된 2개의 제2 암모니아 제거 용기(2a, 2b)와, 배관(4)의 후단부로부터 2개로 분기되어 2개의 제2 암모니아 제거 용기(2a, 2b)의 유입구에 접속되는 2개의 배관(4a, 4b)과, 배관(5)의 전단부로부터 2개로 분기되어 2개의 제2 암모니아 제거 용기(2a, 2b)의 유출구에 접속되는 2개의 배관(4c, 4d)을 갖는다. 또한, 배관(4, 4a, 4b)의 합류부에, 삼방 밸브(4e)가 설치되어 있다.
제2 암모니아 농도 측정 장치(21)와 삼방 밸브(4e)는, 리드(23)를 통해 접속되어 있다. 이 제2 암모니아 농도 측정 장치(21)는, 암모니아 농도의 측정값이 역치를 초과한 경우에, 삼방 밸브 전환 신호를 리드(23)를 통해 삼방 밸브(4e)로 송신 가능하게 되어 있다.
또한, 제2 암모니아 제거 용기(2a, 2b)는, 떼어내기 가능하게 되어 있다.
그 밖의 구성은, 제3 실시 형태에 관한 암모니아 제거 설비와 마찬가지이므로, 설명을 생략한다.
<암모니아 제거 방법>
다음으로, 상기한 바와 같이 구성된 암모니아 제거 설비를 사용하여 암모니아를 제거하는 방법의 일례를 설명한다.
(통상 운전 시: 암모니아 제거 용기(1a, 2a)에 의한 운전 시)
혼합 가스를, 배관(3)에 공급한다. 배관(3) 내의 혼합 가스는, 삼방 밸브(3e)에 의해 배관(3a)을 통해 제1 암모니아 제거 용기(1a)에 공급된다. 제1 암모니아 제거 용기(1a) 내에 공급된 혼합 가스는, 암모니아 제거 재료에 의해 혼합 가스 중의 암모니아가 제거되어 제1 처리 가스로 된 후, 배관(3c)을 통해 배관(4)으로 유출된다.
배관(4)으로 유출된 제1 처리 가스의 일부는, 배관(12)을 통해 제1 암모니아 농도 측정 장치(11)로 유입되고, 제1 암모니아 농도 측정 장치(11)에 의해 암모니아 농도가 측정된다. 또한, 측정 후의 가스는, 배관(4) 또는 배관(4)보다 상류측으로 되돌아가도 되고, 시스템 외부로 배출되어도 된다.
또한, 배관(4)으로 유출된 제1 처리 가스의 잔부는, 삼방 밸브(4e)에 의해 배관(4a)을 통해 제2 암모니아 제거 용기(2a)에 공급된다. 제2 암모니아 제거 용기(2a) 내에 공급된 혼합 가스는, 암모니아 제거 재료에 의해 혼합 가스 중의 암모니아가 제거되어 제2 처리 가스로 된 후, 배관(4c)을 통해 배관(5)으로 유출된다.
배관(5)으로 유출된 제1 처리 가스의 일부는, 배관(22)을 통해 제2 암모니아 농도 측정 장치(21)로 유입되고, 제2 암모니아 농도 측정 장치(21)에 의해 암모니아 농도가 측정된다. 또한, 측정 후의 가스는, 시스템 외부로 배출된다.
(제1 암모니아 제거 용기(1a)의 파과 시)
제3 실시 형태의 경우와 마찬가지이다.
(제1 암모니아 제거 용기(1b)의 파과 시)
제3 실시 형태의 경우와 마찬가지이다.
(제2 암모니아 제거 용기(2a)의 파과 시)
상기 통상 운전 시에 있어서, 제2 암모니아 농도 측정 장치(21)에 의한 암모니아 농도의 측정값이 역치를 초과한 경우, 제2 암모니아 농도 측정 장치(21)가 리드(23)를 통해 삼방 밸브(4e)로 밸브 전환 신호를 송신한다. 당해 밸브 전환 신호를 수신한 삼방 밸브(4e)는, 혼합 가스의 유입처를, 제2 암모니아 제거 용기(2b)로 전환한다.
이 상태에서, 제2 암모니아 제거 용기(2a)를 떼어내고, 다른 장소에서, 제2 암모니아 제거 재료의 재생 또는 교체를 행한 후, 원래의 위치에 설치하고, 다음 운전까지 대기한다.
(제2 암모니아 제거 용기(2b)의 파과 시)
상기 통상 운전 시에 있어서, 제2 암모니아 농도 측정 장치(21)에 의한 암모니아 농도의 측정값이 역치를 초과한 경우, 제2 암모니아 농도 측정 장치(21)가 리드(23)를 통해 삼방 밸브(4e)로 밸브 전환 신호를 송신한다. 당해 밸브 전환 신호를 수신한 삼방 밸브(4e)는, 혼합 가스의 유입처를, 제2 암모니아 제거 용기(2a)로 전환한다.
이 상태에서, 제2 암모니아 제거 용기(2b)를 떼어내고, 다른 장소에서, 제2 암모니아 제거 재료의 재생 또는 교체를 행한 후, 원래의 위치에 설치하고, 다음 운전까지 대기한다.
(기타)
또한, 상기 실시 형태에서는, 제2 암모니아 제거 용기(2a, 2b)는 떼어내기 가능하게 되어 있지만, 어느 한쪽 또는 양쪽이 떼어내기 불가능하게 되어 있어도 된다.
또한, 제1 암모니아 제거 장치(1A) 및 제2 암모니아 제거 장치(2A) 각각은, 병렬로 설치된 3개 이상의 암모니아 제거 용기를 갖고 있어도 되지만, 설비 및 운전의 간이화의 관점에서, 2개인 것이 바람직하다.
또한, 제4 실시 형태에 있어서, 제1 암모니아 제거 장치(1A) 및 삼방 밸브(3e) 대신에, 제1 실시 형태와 같은 제1 암모니아 제거 장치(1) 및 개폐 밸브(3v)를 사용해도 된다.
[암모니아 제거 설비 및 암모니아 제거 방법의 용도]
상술한 바와 같이, 본 발명의 암모니아 제거 설비 및 본 발명의 암모니아 제거 방법은, 상기 혼합 가스로부터, 암모니아 농도가 낮은 가스를 얻는 것이 가능하다는 점에서, 고순도의 수소가 요구되는 연료 전지(특히, 프로톤 교환막으로 구성되는 고체 고분자형 연료 전지)용 수소 가스 제조 방법에 사용하는 암모니아 제거 설비 및 암모니아 제거 방법으로서 적합하게 사용할 수 있다. 특히, 고순도의 수소가 요구되는 연료 전지 자동차용 수소 가스의 제조 방법을 위한 암모니아 제거 설비 및 암모니아 제거 방법으로서, 보다 적합하게 사용할 수 있다. 또한, 연료 전지를 사용하는 선박이나 철도 등에 사용해도 된다.
또한, 이하, 「연료 전지 자동차」라고 하는 경우, 공도를 주행 가능한 차량(자가용 차량, 버스, 택시 등의 업무용 차량 포함, 또한 4륜차, 2륜차 등, 모든 차량을 포함함), 포크리프트 등의 산업용 차량을 포함하는 의미이다.
[연료 자동차용 수소 가스의 제조 방법]
본 발명의 연료 전지 자동차용 수소 가스의 제조 방법은, 상술한 본 발명의 암모니아 제거 설비를 사용하여, 상기 혼합 가스 중의 암모니아를 제거하는 공정을 갖는 연료 전지 자동차용 수소 가스의 제조 방법이다.
본 발명의 연료 전지 자동차용 수소 가스의 제조 방법은, 상술한 본 발명의 암모니아 제거 방법 후에, 질소 등의 불순물을 제거하기 위한 수소 정제 공정을 갖는 연료 전지 자동차용 수소 가스의 제조 방법이어도 되고, 또는 상술한 본 발명의 암모니아 제거 방법 전에, 질소 등의 불순물을 제거하기 위한 혼합 가스의 정제 공정을 갖는 연료 전지 자동차용 수소 가스의 제조 방법이어도 된다. 또한, 상술한 본 발명의 암모니아 제거 방법 전에, 질소 등의 불순물을 제거하기 위한 혼합 가스의 정제 공정을 갖고, 또한 상술한 본 발명의 암모니아 제거 방법 후에, 질소 등의 불순물을 제거하기 위한 수소 정제 공정을 갖는 연료 전지 자동차용 수소 가스의 제조 방법이어도 된다.
상기 암모니아 제거 방법을 사용함으로써, 암모니아 함유량이 낮은 고순도의 수소, 또는 암모니아를 함유하지 않는 고순도의 수소를 제조할 수 있다. 또한, 본 발명의 연료 전지 자동차용 수소 가스의 제조 방법에서 사용하는 암모니아 제거 방법의 적합한 태양은, 본 발명의 암모니아 제거 설비의 적합한 태양과 마찬가지이며, 상술한 바와 같다.
<수소 정제 공정>
상기 수소 정제 공정으로서는, 연료 전지 자동차용 수소 가스로서 사용 가능한 수소를 공급할 수 있는 방법을 갖는 공정이면 특별히 제한은 없지만, 예를 들어 국제 표준 규격 ISO14687-2에서 정해지는 수소 가스 조성을 만족시키는 연료 자동차용 수소 가스를 얻을 수 있는 것이면 바람직하다.
당해 수소 정제의 방법으로서는, 일반적인 정제 방법, 예를 들어 제올라이트(당해 제올라이트의 종류는 특별히 제한은 없음), 활성탄 등, 가스 중으로부터 특정 성분을 선택적으로 흡착하는 물질을 충전한 용기 등에 처리할 기체를 도입하고, 압력을 상승 하강시켜 분리를 행하는 압력 스윙법(PSA법), 온도를 상승 하강시켜 분리를 행하는 온도 스윙법(TSA법), 또는 압력과 온도를 각각 스윙시키는 압력·온도 스윙법과 같은 방법을 들 수 있다. 또한, 예를 들어 압축기 등에서 승압하고, 기액 분리기에서 극저온하에서 가스 중의 질소를 액화하여 수소와 기액 분리하고, 분리한 수소 가스를 흡착 정제탑에 통과시켜, 잔류 질소를 제거하는 방법이나 팔라듐 투과막법과 같은 방법을 들 수 있다.
<혼합 가스의 정제 공정>
상기 혼합 가스의 정제 공정으로서는, 상기 암모니아의 제거 방법 이외의 방법이며, 혼합 가스로부터 질소 등의 불순물을 제거할 수 있는 방법이면 특별히 제한은 없지만, 예를 들어 상기 수소 정제 공정에 기재된 방법과 마찬가지의 방법을 사용할 수 있다.
<수소 가스의 용도>
또한, 본 발명의 연료 전지 자동차용 수소 가스의 제조 방법으로 얻어지는 수소 가스는, 상기 [암모니아 제거 설비 및 암모니아 제거 방법의 용도]에서 상술한 바와 같이, 고순도의 수소가 요구되는 연료 전지 자동차용 수소 가스로서 적합하게 사용할 수 있다.
1, 1A : 제1 암모니아 제거 장치
2, 2A : 제2 암모니아 제거 장치
1a, 1b : 제1 암모니아 제거 용기
2a, 2b : 제2 암모니아 제거 용기
11 : 제1 암모니아 농도 측정 장치
21 : 제2 암모니아 농도 측정 장치

Claims (15)

  1. 수소 및 암모니아를 함유하는 혼합 가스 중의 암모니아를 제거하는 제1 암모니아 제거 장치와,
    상기 제1 암모니아 제거 장치의 후단에 설치되어 있고, 상기 제1 암모니아 제거 장치에서 처리된 제1 처리 가스를 처리하는 제2 암모니아 제거 장치와,
    상기 제1 암모니아 제거 장치에서 처리된 제1 처리 가스 중의 암모니아 농도를 측정하는 제1 암모니아 농도 측정 장치
    를 갖는, 암모니아 제거 설비.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 암모니아 제거 장치는 착탈 가능한 장치인, 암모니아 제거 설비.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 암모니아 제거 장치는 착탈 가능한 장치인, 암모니아 제거 설비.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 암모니아 농도 측정 장치는, 파장 스캔 캐비티 링 다운 분광법(WS-CRDS) 방식의 가스 분석 장치인, 암모니아 제거 설비.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 암모니아 제거 장치에서 처리된 제1 처리 가스를 상기 제1 암모니아 농도 측정 장치로 인입하는 제1 인입 배관과,
    상기 제2 암모니아 제거 장치에서 처리된 제2 처리 가스를 상기 제1 암모니아 농도 측정 장치로 인입하는 제2 인입 배관과,
    상기 제1 인입 배관과 제1 암모니아 농도 측정 장치의 도통과 상기 제2 인입 배관과 제1 암모니아 농도 측정 장치의 도통의 운전 전환을 행하는 측정 장치용 전환 장치
    를 갖는, 암모니아 제거 설비.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 암모니아 제거 장치에서 처리된 제2 처리 가스 중의 암모니아 농도를 측정하는 제2 암모니아 농도 측정 장치를 갖는, 암모니아 제거 설비.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 암모니아 농도 측정 장치는, 파장 스캔 캐비티 링 다운 분광법(WS-CRDS) 방식의 가스 분석 장치인, 암모니아 제거 설비.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 암모니아 제거 장치는, 제올라이트를 수용하고 있는, 암모니아 제거 설비.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 암모니아 제거 장치는, 산을 수용하고 있는, 암모니아 제거 설비.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 암모니아 제거 장치는,
    병렬로 설치된 복수 개의 제1 암모니아 제거 용기와,
    상기 복수 개의 제1 암모니아 제거 용기의 일부 또는 전부에 상기 혼합 가스를 공급 가능한 제1 전환 장치
    를 갖는, 암모니아 제거 설비.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 암모니아 제거 장치는,
    병렬로 설치된 복수 개의 제2 암모니아 제거 용기와,
    상기 복수 개의 제2 암모니아 제거 용기의 일부 또는 전부에 상기 혼합 가스를 공급 가능한 제2 전환 장치
    를 갖는, 암모니아 제거 설비.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 암모니아 제거 설비를 사용하여 상기 혼합 가스를 처리하는, 암모니아 제거 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 암모니아 제거 장치가 파과된 후에, 상기 제1 암모니아 제거 장치의 재생 또는 교체를 행하는, 암모니아 제거 방법.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 제2 암모니아 제거 장치가 파과되기 전에, 상기 제2 암모니아 제거 장치의 재생 또는 교체를 행하는, 암모니아 제거 방법.
  15. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 암모니아 제거 설비를 사용하여, 상기 혼합 가스 중의 암모니아를 제거하는 공정을 갖는, 수소 가스의 제조 방법.
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