JP2003020221A - アンモニア水製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 機動性に富み、効率よくアンモニア水を
製造しうる装置を提供する。 【解決手段】 上記の課題は、反応温度が一定となるよ
う自動制御で冷却される反応器と、液面が一定となるよ
う自動制御で水が供給され、かつアンモニア水温度が一
定となるよう自動制御で冷却される水吸収式アンモニア
分離器と、除湿器と、ガス昇圧装置とが、循環流量が一
定となるように自動制御される循環ライン中に配置さ
れ、循環ライン中の圧力が一定となるように原料である
水素および窒素を自動制御で供給する機構を有し、前記
反応器内ではアンモニア原料ガスとアンモニア合成ガス
との反応平衡を保ち、水吸収式アンモニア分離器内では
アンモニア含有ガスとアンモニア水との気液平衡を保つ
ようにした、アンモニア水の需要に応じて水、水素、窒
素を自動制御で供給し、反応量を自動制御できるように
したアンモニア水製造装置によって解決される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、排煙脱硝等に用
いられるアンモニア水の生産装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】アンモニアは、工業、農業、医療など広
範囲な用途で用いられている化学品である。このためア
ンモニア生産設備は、様々な用途を想定し高純度製品を
製造する大規模な装置である。通常のアンモニア生産設
備では、水素、窒素を原料に、鉄系触媒を用いてアンモ
ニア合成を行う。鉄系触媒の反応条件は、この触媒の活
性が高くなる４００℃〜６００℃、１０〜５０ＭＰａＧ
の高温高圧である。合成したアンモニアは、深冷分離法
により液安として回収している。アンモニア水は通常こ
のような設備から生産したアンモニアを水に吸収させる
ことで生産している。

【０００３】このアンモニアの製造方法としては、アン
モニア合成反応塔と生成アンモニアの湿式回収塔の間を
主に水素と窒素よりなる合成ガスを循環し、反応塔で生
成したアンモニアを回収塔で連続的に湿式回収するに当
たり、粗製水素と窒素からなる合成用原料ガスを反応塔
出口から回収塔入口の間で循環ガスに注入し、該粗製水
素に由来する触媒毒成分などの不純物を湿式回収塔でア
ンモニウム塩として回収・除去することを特徴とするア
ンモニア水溶液の製造方法が知られている（特開２００
０−４４２３０号公報）。

【０００４】このアンモニアの利用例として、事業用火
力発電所、コージェネ発電、ゴミ焼却炉などの固定発生
源から放出される窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去する排煙
脱硝においては、還元剤として主にアンモニアを使用し
ている。

【０００５】このアンモニアは、通常、液体アンモニア
をアンモニア生産工場からローリー車、タンカーなどで
排煙脱硝装置近傍の貯蔵設備まで輸送して一時貯蔵して
いる。そして、使用する直前にアンモニアを気化させ空
気で１〜１０％程度まで希釈して、排ガス中に噴霧して
いる。一方、アンモニア水を用いる場合は、通常、アン
モニア水（２５％など）をアンモニア水生産工場からロ
ーリー車、タンカーなどで排煙脱硝装置近傍の貯蔵設備
まで輸送して一時貯蔵し、場合によっては気化した後、
排ガス中に噴霧している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の方法では、排煙
脱硝を行う時、還元剤の輸送・貯蔵が問題になる。特
に、アンモニアは毒性が強く、爆発・可燃性の物質であ
り、危険であるため、輸送・貯蔵の管理に大きな労力、
コストが必要となっている。また船舶などの移動発生源
では、狭い船舶上で一航海に必要なアンモニアを積載す
ることが難しいため、脱硝装置を設置している船舶は非
常に少なく、大量のＮＯｘを排出している。また従来の
アンモニア製造装置は、高純度のアンモニアを大量生産
するための装置であり、反応条件は高温・高圧で、機器
数も多く、運転が煩雑で難しいため、大きな労力をかけ
ないで脱硝用のアンモニアを製造することは難しいとい
う問題点があった。

【０００７】本発明は、排煙脱硝用にのみ限定するもの
ではないが、効果的な使い方として排煙脱硝における上
記のような問題点を解決するためになされたもので、機
動性に富み、穏和な反応条件で効率よくアンモニア水を
製造しうる装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題は、反応温度が
一定となるよう自動制御で冷却される反応器と、液面が
一定となるよう自動制御で水が供給され、かつアンモニ
ア水温度が一定となるよう自動制御で冷却される水吸収
式アンモニア分離器と、除湿器と、ガス昇圧装置とが、
循環流量が一定となるように自動制御される循環ライン
中に配置され、循環ライン中の圧力が一定となるように
原料である水素および窒素を自動制御で供給する機構を
有し、前記反応器内ではアンモニア原料ガスとアンモニ
ア合成ガスとの反応平衡を利用し、水吸収式アンモニア
分離器内ではアンモニア含有ガスとアンモニア水との気
液平衡を利用した、アンモニア水の需要に応じて水、水
素、窒素を自動制御で供給し、反応量を自動制御できる
ようにしたアンモニア水製造装置により解決できる。

【０００９】また、前記反応器にルテニウム触媒を充填
して用いることによって上記課題をより好ましく達成で
きる。

【００１０】かかる本発明の装置は次のような特徴を有
する。簡単な装置で運転も容易なためＮＯｘの固定発生
源や移動発生源用の脱硝装置などのアンモニアの需要が
ある場所で、その場に設置することが可能である（液体
アンモニアまたはアンモニア水の輸送、貯蔵が不要なた
めコストとリスクを低下させる。）。脱硝装置への噴霧
濃度に適当な濃度、純度のアンモニア水を製造すること
が可能なため希釈が不要である（希釈装置が不要）。排
ガス中のＮＯｘ負荷に対し、アンモニア需要量は刻々と
変化するが、追従良く対応が可能であるため、装置の頻
繁な起動／停止が無く、作り置きも必要無い、あるいは
少なくて済む。水素製造装置の選定によっては、原料は
水と空気と電力のみとすることが可能で、入手が容易で
しかもクリーンであり、複雑な装置を必要としない。ま
た、ルテニウム触媒を反応器に充填することで、穏和な
条件で運転することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】＜プロセス説明＞図１に概略フロ
ーを示す。ＰＳＡまたは深冷分離または膜などの空気分
離方式で得た窒素と、水の電気分解または炭化水素のス
チームリフォーミングなどにより得た水素とを、循環ラ
インに供給する。窒素と水素の供給量は、循環ラインに
圧力指示調節計を設置しておき、循環ラインの圧力が所
定の圧力に一定となるように決定される。この循環ライ
ンの圧力は１〜５０ＭＰａ程度、通常１０〜４０ＭＰａ
程度、アンモニア合成触媒にＲｕ系触媒を用いた場合に
は、０．１〜１０ＭＰａ程度、通常０．５〜３ＭＰａ程
度である。

【００１２】窒素と水素の供給量比は、基本的には反応
量論比の１：３となる。また、循環ガス中での窒素と水
素の分圧比には、使用する触媒・運転条件・機器費用・
ユーティリティー費用などから決められる最適値が存在
し、装置はこの最適値となるよう運転されるが、アンモ
ニア分離器での水素と窒素の安水への溶解度の違いなど
により、分圧比は徐々に変化してしまう。そこで窒素と
水素の供給量比は、循環ラインにガス濃度指示調節計を
設置しておき、循環ラインのガス成分が所定の分圧比に
一定となるように決定される。

【００１３】この具体的方法として、図６のように、水
素および窒素の供給ラインには、それぞれ流量指示調節
計＋調節弁を設置しておき、循環ラインの圧力指示調節
計からの信号をどちらかの原料の供給ラインの流量指示
調節計＋調節弁に伝達し、制御し、この流量指示調節計
からの信号を、もう片方の原料の供給ラインの流量指示
調節計に比率設定器を介した後に伝達し、制御する。比
率設定器での比率は、循環ラインのガス濃度指示調節計
からの信号により演算して決定する。

【００１４】あるいは図７のように、水素および窒素の
供給ラインには、それぞれ流量指示調節計＋調節弁を設
置しておき、循環ラインの圧力指示調節計からの信号を
どちらかの原料の供給ラインの流量指示調節計＋調節弁
に伝達し、制御し、また循環ラインの圧力指示調節計か
らの信号を、比率設定器を介した後にもう片方の原料の
供給ラインの流量指示調節計＋調節弁に伝達し、制御す
る。比率設定器での比率は、循環ラインのガス濃度指示
調節計からの信号により演算して決定する。

【００１５】あるいは図８のように、水素および窒素の
供給ラインには、それぞれ流量指示調節計＋調節弁を設
置しておき、循環ラインの圧力指示調節計とガス濃度指
示調節計からの両方の信号を比率設定器を介した後に、
それぞれの原料の供給ラインの流量指示調節計＋調節弁
に伝達し、制御する。

【００１６】あるいは図９のように、水素および窒素の
供給ラインに、それぞれ流量指示調節計＋調節弁（Ａ）
と調節弁（Ｂ）を設置しておき、循環ラインの圧力指示
調節計からの信号をどちらかの原料の供給ラインの流量
指示調節計＋調節弁（Ａ）に伝達し、制御し、この流量
計からの信号を、もう片方の原料の供給ラインの流量指
示調節計＋調節弁（Ａ）に比率設定器を介した後に伝達
し、制御する。比率設定器での比率設定は、予想される
比率をあらかじめ入力しておく。しかし、これでは運転
状態の変動により、循環ライン中の分圧比が徐々に変化
するため、ガス濃度指示調節計からの信号は、それぞれ
の調節弁（Ｂ）に伝達し、循環ライン中で過剰になって
いる原料は所定の濃度比になるまで調節弁（Ｂ）を閉じ
るようにし、その原料を供給しないようにする。

【００１７】あるいは図１０のように、水素および窒素
の供給ラインに、それぞれ流量指示調節計＋調節弁
（Ａ）と調節弁（Ｂ）を設置しておき、循環ラインの圧
力指示調節計からの信号をどちらかの原料の供給ライン
の流量指示調節計＋調節弁（Ａ）に伝達し、制御し、ま
た循環ラインの圧力指示調節計からの信号を比率設定器
に介した後に、もう片方の原料の供給ラインの流量指示
調節計＋調節弁（Ａ）に伝達し、制御する。比率設定器
での比率設定は、予想される比率をあらかじめ入力して
おく。しかし、これでは運転状態の変動により、循環ラ
イン中の分圧比が徐々に変化するため、ガス濃度指示調
節計からの信号は、それぞれの調節弁（Ｂ）に伝達し、
循環ライン中で過剰になっている原料は所定の濃度比に
なるまで調節弁（Ｂ）を閉じるようにし、その原料を供
給しないようにする。

【００１８】あるいは図１１のように、水素および窒素
の供給ラインに、それぞれ流量指示調節計＋調節弁
（Ａ）と調節弁（Ｂ）を設置しておき、循環ラインの圧
力指示調節計からの信号を比率設定器を介した後に、そ
れぞれの原料の供給ラインの流量指示調節計＋調節弁
（Ａ）に伝達し、制御する。比率設定器での比率設定
は、予想される比率をあらかじめ入力しておく。しか
し、これでは運転状態の変動により、循環ライン中の分
圧比が徐々に変化するため、ガス濃度指示調節計からの
信号は、それぞれの調節弁（Ｂ）に伝達し、循環ライン
中で過剰になっている原料は所定の濃度比になるまで調
節弁（Ｂ）を閉じるようにし、その原料を供給しないよ
うにする。

【００１９】またそれぞれの信号は、それぞれの原料製
造装置にも伝達し、例えば水電気分解装置の通電量を制
御したり、炭化水素や空気の供給量などの1次原料の供
給量を制御しても良い。あるいは、原料製造装置は常に
一定量の生産量で運転しておき、過剰生産した原料は大
気放散や、燃料電池による発電などの別用途の利用や、
フレアでの燃焼することなどで循環ラインへの供給量を
制御しても良い。原料製造装置の出口圧力が循環ガス圧
力よりも低圧の場合には原料ガス昇圧装置を設置する。

【００２０】このような方法で原料の窒素と水素が供給
された循環ガスは、コンプレッサーにより所定圧力に昇
圧され、また所定流量になるようコンプレッサーの回転
数制御やスピルバックにより制御する。この圧力は、１
〜５０ＭＰａ程度、通常１０〜４０ＭＰａ程度、アンモ
ニア合成触媒にＲｕ系触媒を用いた場合には、０．１〜
１０ＭＰａ程度、通常０．５〜３ＭＰａ程度である。こ
の後、循環ガスは所定温度に昇温されて反応器に導入さ
れる。この温度は、２００〜６００℃程度、通常４００
〜５５０℃程度、アンモニア合成触媒にＲｕ系触媒を用
いた場合には、２００〜５００℃程度、通常３５０〜４
５０℃程度である。循環ガスは、反応器に導入する前に
反応器出口ガスの熱を利用して昇温する熱交換器を設置
しておくと効率が良い。反応器内には、アンモニア合成
触媒を充填しておき、次に示すアンモニア合成反応が行
われる。この合成反応の温度は、３００〜６００℃程
度、通常４００〜５５０℃程度、アンモニア合成触媒に
Ｒｕ系触媒を用いた場合には、３００〜５００℃程度、
通常３５０〜４２０℃程度である。圧力は、１〜５０Ｍ
Ｐａ程度、通常１０〜４０ＭＰａ程度、アンモニア合成
触媒にＲｕ系触媒を用いた場合には、０．１〜１０ＭＰ
ａ程度、通常０．５〜３ＭＰａ程度である。ＳＶ（空間
速度）は、１，０００〜３０，０００ｈ^−１程度、通常
３，０００〜１５，０００ｈ^−１程度である。なお、ア
ンモニア合成触媒にＲｕ系触媒を用いた場合には、ガス
中の水分により失活しにくいので、後述の除湿器が不用
になるか、あるいは簡単な装置とすることができる。１
／２Ｎ_２＋３／２Ｈ_２ → ＮＨ_３

【００２１】この反応は発熱反応であるため、反応器内
部の触媒層にいくつかの温度指示調節計を設置してお
き、外部から水・スチーム・空気・冷媒・循環ガス等の
流量を制御して冷却するか、昇温前の循環ガスの流量を
制御して反応器内に導入するなどして、触媒温度が常に
所定の温度となるように制御しておくと良い。

【００２２】反応器出口のガスは、反応器入口のガスと
熱交換して冷却するなどして、さらに外部からスチーム
・水・空気・冷媒等により所定の温度に冷却し、アンモ
ニア分離器に導入する。アンモニア分離器は、充填塔や
気泡塔などのガス吸収装置である。アンモニア分離器内
には液面指示調節計を設置しておき、液面が一定となる
ように水の供給量が制御される。また温度指示調節計を
設置しておき、液温が一定となるように冷却装置により
制御される。反応後の循環ガス中のアンモニアは、アン
モニア分離器内のアンモニア水により吸収され、吸収さ
れなかったガス（水素＋窒素＋（微量の）アンモニア＋
アルゴンなどの不活性物質）および蒸気圧分の水蒸気は
アンモニア分離器から出る。製品のアンモニア水は、ア
ンモニア分離器に設けたノズルより抜き出す。

【００２３】アンモニア分離器から出た循環ガスは、冷
却式や吸着式の除湿器により除湿された後、循環ライン
の原料供給部に循環され、原料供給後に再び反応器に導
入する。なおアンモニア分離器出口に圧力指示調節計と
調節弁を設置し、分離器側の圧力変動を少なくすると、
全体の制御が安定して良い。

【００２４】原料の水素ガスおよび窒素ガスには、通
常、アルゴンやメタンなどの不活性物質が含まれてい
る。これらの不活性ガスは、製品アンモニア水に溶解し
て循環ラインの系外に排出される以外は、循環ラインに
蓄積していく。循環ラインの全圧は、前述のとおり循環
ラインに設置した圧力指示調節計により所定の圧力に一
定に制御されているため、不活性ガスが循環ラインに蓄
積し、不活性ガスの分圧が高くなると、循環ライン中の
水素および窒素の分圧が低下する。水素および窒素の分
圧が低下すると、反応器でのアンモニア合成の効率が悪
くなる。そこで、不活性物質が所定の濃度以上に蓄積し
ないように、循環ラインにパージする機構を設けると良
い。パージラインは、分離器出口に設置すると良い。ま
たこの機構は、循環ライン中の不活性物質の濃度が一定
となるよう自動制御で循環ガスをパージする機構にする
と、製品アンモニア水の濃度の変動を無くしたり、少な
くすることができる。循環ラインの不活性物質の濃度に
ついては、原料ガスの純度・価格、触媒性能、反応器等
の装置形状、循環ラインの温度・圧力・流量等条件、ユ
ーティリティー費用、建設費などから求められる最適点
が存在し、この最適点を目標に一定となるよう自動制御
で循環ガスをパージする。この濃度は、条件により概ね
４０％以下程度、通常２０％以下程度である。

【００２５】本発明の装置の温度・圧力・流量・液面・
濃度などの自動制御する項目の実際の運転値は、目標と
する設定値に対し、±５０％以内程度、通常±２０％以
内程度となるように制御する。

【００２６】＜運転方法＞以上のような機器および制御
方法で組上げたプロセスのアンモニア水製造装置は次の
ように運転することができる。

【００２７】アンモニア水をアンモニア分離器から抜き
出すと、アンモニア分離器の液面が一定に保たれるよう
に水が供給され、分離器内のアンモニア水の濃度がわず
かに低下する（製品アンモニア水の濃度変化が許容され
る範囲内になるように、使用量を考慮し、分離器内のア
ンモニア水保有量を設計しておく）。これによりアンモ
ニア合成ガス中のアンモニアは、アンモニアガス−アン
モニア水の気液平衡状態に戻すようアンモニア水に吸収
される。これにより分離器出口ガスのアンモニア濃度と
圧力がわずかに低下する。圧力が低下すると、循環ガス
ライン中に設置した圧力指示調節計がこれを検知し、こ
れを一定に保つように原料ガスが導入される。

【００２８】原料ガスが導入されたことでさらにアンモ
ニア濃度が低下した循環ガスは、反応器に導入され、ア
ンモニア合成反応が行われる。アンモニア合成において
も、温度、圧力に従った反応平衡が存在し、反応器入口
においてアンモニア濃度が平衡濃度よりも低くなると、
反応器で合成反応が起こり、平衡濃度に近づこうとす
る。反応器入口ガスのアンモニア濃度が平衡に近い場合
には、反応量はわずかとなり、平衡から大きくずれてい
る場合には反応量は増加する（この機構により反応量を
制御する）。反応器から出た循環ガスは、再び分離器に
導入される。

【００２９】逆に、アンモニア分離器からのアンモニア
水の抜き出しが無い時には、分離器内では、アンモニア
水と循環ガス中のアンモニア濃度がその温度、圧力にお
ける気液平衡状態となっており、分離器の入口、出口で
は、循環ガスの濃度が同じになっている。このため圧力
指示調節計の検知圧力も所定の設定値と同じになってお
り、原料ガスの供給が行われない。このため反応器入口
ガスのアンモニア濃度は反応器出口濃度と同じで、反応
平衡のアンモニア濃度となっている。そしてこの循環ガ
スが再び分離器に導入される。このように循環ガスは、
循環ライン中、見かけ上、反応、吸収は行われない。

【００３０】アンモニア水の濃度は、反応器の温度およ
び圧力と、アンモニア分離器内の温度および圧力を変化
させることで得たい濃度にすることができる。

【００３１】以上のような装置および運転方法により、
アンモニア水が必要な時に必要な量だけアンモニア分離
器からアンモニア水を抜出せば、アンモニア合成量を自
動的に制御することができ、また原料を自動供給するこ
とができるため、運転が非常に容易である。また装置の
頻繁な起動や停止が要らなくなり、作り置きも必要なく
なる。

【００３２】＜その他に考えられる実施の形態＞上記以
外に考えられる実施の形態を次に示す。

【００３３】(１) 主要機器の配置、原料供給箇所、ガ
スパージ箇所について 循環ライン中の主要機器の配置による組合せの他の例を
図２〜５に示す。

【００３４】

【表１】 注：(ａ)〜(ｄ)は原料供給箇所 本発明を限定するものではないが、効率が良い供給箇所
は、パターン１の(ｂ)，(ｃ)と、パターン２の(ｂ)であ
る。

【００３５】さらに、上記の２パターン（８種類）それ
ぞれについて、ガスパージラインの箇所は次が可能であ
る。

【００３６】

【表２】 注：(ｅ)〜(ｈ)はガスパージ箇所本発明を限定するもの
ではないが、効率が良いガスパージ箇所は、パターン１ ，２の(ｆ)である。

【００３７】これらのうち、実施例には次の２種類の場
合を示した。

【００３８】

【表３】

【００３９】上記の実施例では次の利点がある。反応器
の上流側にコンプレッサーを設置すると、原料ガスは圧
縮により昇温するため、ヒーターでの加熱量が少なくて
済み、効率が良くなる。原料供給箇所は、循環ラインの
中で圧力が最も低くなるコンプレッサーの上流側が良
い。また原料製造方式によって原料中に水分が多く含ま
れている場合には、原料供給箇所は除湿器の上流側が良
い。ガスパージ箇所は、分離器下流側が良い。

【００４０】(２) 付属機器等について なお状況に応じて、プロセスライン各所にタンク（バッ
ファー）、混合器、熱交換器、バイパス配管やドレン配
管、ベント配管、サンプリング配管、分析装置、各種計
装機器類、弁、安全弁、逆止弁、調節弁、付属配管等を
組込む。各機器の基数についても、１基でも良く、２基
以上を直列・並列に設置しても良い。本装置に気化装
置、蒸留装置を設置しても良い。

【００４１】(３) 除湿器について 水素製造装置には除湿器を設けず、原料供給後の循環ラ
インの除湿器と共用しても良い。反応器に充填する触媒
が、Ｒｕ触媒のように水分に対して失活しにくい触媒を
選定した場合には、除湿率があまり高くない除湿器を選
定し、あるいは設置しなくても良い。水分に対して失活
し易い触媒を選定した場合には、除湿率が高い除湿器を
選定する。ただしこれは触媒の失活の程度と触媒コス
ト、除湿器コスト、建設費、運転費、スペース等を考慮
し、総合的に判断する。

【００４２】(４) 原料供給方法について 図６〜１１に示す方法が考えられる。

【００４３】

【実施例】［実施例１］ (１) 生産運転 図１２に示す装置で運転した。水素製造装置は水電気分
解方式を用い、窒素製造装置はＰＳＡ装置を用いた。な
お循環ラインへの水素供給量は、循環ガス圧力指示調節
計からの信号を水素流量指示調節計に伝達し、制御し、
さらにこの信号により、水電気分解装置の電流量を調整
して水素製造量を制御した。また循環ラインへの窒素供
給量は、循環ガス濃度指示調節計からの信号により比率
を設定した水素／窒素流量比率設定器に、水素流量指示
調節計からの信号を伝達し、変換後の信号を窒素流量指
示調節計に伝達し、制御した。窒素製造装置は常に一定
流量の窒素を製造するように運転しておき、過剰な窒素
は大気放散した。また水電気分解式水素製造装置からの
水素ガスは、除湿せずにそのまま循環ラインに導入し、
循環ライン中の除湿器を用いて循環ガスと共に除湿し
た。

【００４４】表４、５、６には、アンモニア水の需要が
アンモニアベースで１ｍｏｌ−ＮＨ _３／ｈ換算の運転状
態を示す。

【００４５】反応器は、内部に熱交換器を有する型式
で、Ｒｕ触媒を充填し、３５０℃、０．９９ＭＰａＧと
なるよう制御しながら運転し、出口アンモニア濃度が反
応平衡に近い７．３５％の反応後ガスを得た。反応後ガ
スは入口ガスと原料ガス−反応後ガス熱交換器で、熱交
換し、熱回収した後、反応後ガス冷却器で冷却水により
５０℃に冷却し、３段の気泡塔型式のアンモニア分離器
に導入した。分離器には液面が一定となるよう制御され
て、３０℃の水が３．９９ｍｏｌ／ｈで供給された。１
段目のアンモニア分離器のアンモニア水の温度は４３℃
となるよう冷却されており、アンモニア濃度は２０．０
ｍｏｌ％（１９．１ｗｔ％）で、ほぼ気液平衡の状態で
あった。３段目のアンモニア分離器を出たガスは、アン
モニア濃度が０．０８ｍｏｌ％であった。ここで反応器
入口でのアルゴン濃度が５．０％となるように循環ガス
の一部を流量調整しながらパージした。この後、循環ガ
ス圧力指示調節計設置部の圧力が一定になるよう水素お
よび窒素を制御しながら供給し、水素流量は１．６ｍｏ
ｌ／ｈで、窒素流量は０．５ｍｏｌ／ｈであった。原料
を供給した後の循環ガスは除湿器に導入し、除湿した。
分離した水分は、アンモニア分離器に導入した。水素お
よび窒素を供給した後のガスは循環コンプレッサーで
０．９９ＭＰａＧまで昇圧し、また循環コンプレッサー
の回転数制御により流量を調節した。昇圧後、流量調節
後のガスは、原料ガス−反応後ガス熱交換器で反応器出
口ガスの熱を利用して昇温し、さらにヒーターにより温
度を微調整した後に反応器に導入した。

【００４６】本プロセスにより２０．０ｍｏｌ％（１
９．１ｗｔ％）のアンモニア水を得ることができた。ま
たアンモニア水の需要が変動しても本制御方法により追
従良く運転することができた。

【００４７】(２) 待機運転 (１)の運転状態で、アンモニア水の需要が０ｍｏｌ−Ｎ
Ｈ_３／ｈになった時を示す。表７、８、９に、この時の
運転状態を示す。

【００４８】アンモニア需要が無くなりアンモニア水の
抜き出し量が０になり、分離器の液面は所定のレベルか
ら減少しないので、供給水が供給されなかった。１段目
のアンモニア分離器のアンモニア水の温度は４３℃で、
アンモニア濃度は２０．０ｍｏｌ％（１９．１ｗｔ％）
で、気液平衡の状態であった。３段目のアンモニア分離
器を出たガスは、アンモニア濃度が７．３５ｍｏｌ％
で、分離器入口濃度と同じであった。パージガス量は０
であった。循環ガス圧力指示調節計の圧力は一定で、原
料は供給されなかった。この後循環ガスはコンプレッサ
ーで０．９９ＭＰａＧまで昇圧し、また循環コンプレッ
サーの回転数制御により流量を調節した。昇圧後、流量
調節後のガスは、原料ガス−反応後ガス熱交換器で反応
器出口ガスの熱を利用して昇温し、さらにヒーターによ
り温度を微調整した後に反応器に導入した。反応器入口
ガスと出口ガスのアンモニア濃度は共に７．３５％で、
見かけ上新たな反応は起らなかった。

【００４９】本プロセスにより、アンモニア水の需要が
０になった時でも、装置は自動待機することができた。
アンモニア分離器内部には、２０．０ｍｏｌ％（１９．
１ｗｔ％）のアンモニア水が蓄積されており、アンモニ
ア水の需要が出た時にはすぐに取出すことができ、取出
すと、すぐに実施例１の運転状態（生産状態）になっ
た。

【００５０】［実施例２］ (１) 生産運転 実施例１と同じシステムで、必要なアンモニア水の濃度
が４０．５ｍｏｌ％（３９．２ｗｔ％）の時を示す。実
施例１の運転状態から、次の条件を変化させた。反応器
は、４２０℃、６．０ＭＰａＧ。この時の反応平衡濃度
は１２．３ｍｏｌ％。反応器入口のアルゴン濃度を８ｍ
ｏｌ％となるようパージガス流量を調整。分離器は、６
６℃、５．９ＭＰａＧ。気液平衡に近い４０．５ｍｏｌ
％（３９．２ｗｔ％）のアンモニア水が得られた。表１
０、１１、１２には、アンモニア水の需要がアンモニア
ベースで１ｍｌ−ＮＨ_３／ｈ換算の運転状態を示す。

【００５１】(２) 待機運転 (１)のシステムの運転状態で、アンモニア水の抜き出し
が無い時を示す（自動待機）。表１３、１４、１５に、
この時の運転状態を示す。

【００５２】［実施例３］ (１) 生産運転 図１３に示す装置で運転した。水素製造装置は炭化水素
のリフォーミング装置を用い、窒素製造装置は膜装置を
用いた。循環ラインへの水素供給量は循環ガス圧力指示
調節計からの信号を水素流量指示調節計に伝達し、制御
し、さらにこの制御信号は水素製造装置の炭化水素供給
量指示調節計にも伝達し、炭化水素の供給量を制御し
た。循環ラインへの窒素供給量は、水素流量指示調節計
からの信号を水素／窒素流量比率設定器を介した後、窒
素流量指示調節計に伝達し、制御し、さらにこの信号は
窒素製造装置への空気供給量指示調節計にも伝達し、空
気供給量を制御した。窒素製造装置で生産される窒素ガ
ス中の不純物が通常運転時に１．０％であったため、比
率設定器は０．３３６７に設定しておいた。また水素供
給ラインおよび窒素供給ラインには調節弁を設置し、循
環ガス濃度指示調節計からの信号により過剰側の供給量
を減少または停止させるように調節した。

【００５３】表１６、１７、１８に、アンモニア水の需
要がアンモニアベースで１ｍｏｌ−ＮＨ_３／ｈ換算の運
転状態を示す。

【００５４】反応器は、内部に熱交換器を有する型式
で、Ｒｕ触媒を充填し、３３０℃、０．３ＭＰａＧとな
るよう制御しながら運転し、出口アンモニア濃度が反応
平衡に近い４．１７％の反応後ガスを得た。反応後ガス
は入口ガスと原料ガス−反応後ガス熱交換器で、熱交換
し、熱回収した後、反応後ガス冷却器で冷却水により４
０℃に冷却し、充填塔型吸収塔型式のアンモニア分離器
に導入した。分離器には液面のレベルが一定となるよう
制御されて、３０℃の水が１３．３ｍｏｌ／ｈで供給さ
れた。塔底部のアンモニア水の温度は３２℃で、アンモ
ニア濃度は７．０ｍｏｌ％（６．６ｗｔ％）で、ほぼ気
液平衡の状態であった。分離器を出たガスは、熱交換器
で２８℃に冷却し、この時に発生したドレンは吸収塔に
戻した。塔頂部のガスはアンモニア濃度が０．０４ｍｏ
ｌ％であった。ここで反応器入口でのアルゴン濃度が
３．０％となるように循環ガスの一部を流量調整しなが
らパージした。この後、循環ガス圧力指示調節計の圧力
が一定になるよう水素および窒素を制御しながら供給
し、水素流量は１．６ｍｏｌ／ｈで、窒素流量は０．５
ｍｏｌ／ｈであった。水素および窒素を供給した後のガ
スは循環コンプレッサーで０．３０ＭＰａＧまで昇圧
し、昇圧後のガスは流量調節するため、余分なガスは循
環コンプレッサーの吸込側にスピルバックした。昇圧
後、流量調節後のガスは、原料ガス−反応後ガス熱交換
器で反応器出口ガスの熱を利用して昇温し、さらにヒー
ターにより温度を微調整した後に反応器に導入した。

【００５５】本プロセスにより、７．０ｍｏｌ％（６．
６ｗｔ％）のアンモニア水を得ることができた。また、
アンモニア水の需要が変動しても本制御方法により追従
良く運転することができた。

【００５６】(２) 待機運転 (１)の運転状態で、アンモニア需要が０になった時を示
す。表１９、２０、２１に、この時の運転状態を示す。

【００５７】アンモニア需要が無くなりアンモニア水の
抜き出し量が０になり、分離器の液面は所定のレベルか
ら減少しないので、供給水が供給されなかった。塔底部
のアンモニア水の温度は３２℃で、アンモニア濃度は
７．０ｍｏｌ％（６．６ｗｔ％）で、気液平衡の状態で
あった。分離器を出たガスは、分離器出口ガス熱交換器
で２８℃に冷却され、この時に発生したドレンは吸収塔
に戻した。塔頂部のガスはアンモニア濃度が４．１７ｍ
ｏｌ％で、吸収塔入口濃度と同じであった。パージガス
量は０であった。循環ガス圧力指示調節計の圧力は一定
で、原料供給されなかった。この後ガスは循環コンプレ
ッサーで０．３０ＭＰａＧまで昇圧し、昇圧後のガスは
流量調節するため余分なガスは循環コンプレッサーの吸
込側にスピルバックした。昇圧後、流量調節後のガス
は、原料ガス−反応後ガス熱交換器で反応器出口ガスの
熱を利用して昇温し、さらにヒーターにより温度を微調
整した後に反応器に導入した。反応器入口ガスと出口ガ
スのアンモニア濃度は共に４．１７％で、見かけ上新た
な反応は起らなかった。

【００５８】本プロセスにより、アンモニア水の需要が
無くなった時でも、装置は自動待機することができ、内
部には、７．０ｍｏｌ％（６．６ｗｔ％）のアンモニア
水が蓄積されており、すぐに取出すことができた。取出
すと実施例１の運転状態になった。

【００５９】

【表４】

【００６０】

【表５】

【００６１】

【表６】

【００６２】

【表７】

【００６３】

【表８】

【００６４】

【表９】

【００６５】

【表１０】

【００６６】

【表１１】

【００６７】

【表１２】

【００６８】

【表１３】

【００６９】

【表１４】

【００７０】

【表１５】

【００７１】

【表１６】

【００７２】

【表１７】

【００７３】

【表１８】

【００７４】

【表１９】

【００７５】

【表２０】

【００７６】

【表２１】

【００７７】

【発明の効果】脱硝装置などのアンモニア水を利用する
設備近傍のその場に設置可能な運転が容易なアンモニア
水製造装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のアンモニア水製造装置の構成の一例
を示す図である。

【図２】 本発明のアンモニア水製造装置の一例の循環
ライン部と原料ガス供給位置を示す図である。

【図３】 本発明のアンモニア水製造装置の別の例の循
環ライン部と原料ガス供給位置を示す図である。

【図４】 本発明のアンモニア水製造装置の一例の循環
ライン部とガスパージを示す図である。

【図５】 本発明のアンモニア水製造装置の別の例の循
環ライン部とガスパージを示す図である。

【図６】 原料ガス供給部の構成の一例を示す図であ
る。

【図７】 原料ガス供給部の構成の別の例を示す図であ
る。

【図８】 原料ガス供給部の構成の別の例を示す図であ
る。

【図９】 原料ガス供給部の構成の別の例を示す図であ
る。

【図１０】 原料ガス供給部の構成の別の例を示す図で
ある。

【図１１】 原料ガス供給部の構成の別の例を示す図で
ある。

【図１２】 本発明のアンモニア水製造装置の構成の一
例の説明を示す図である。

【図１３】 本発明のアンモニア水製造装置の構成の別
の例の説明を示す図である。

【符号の説明】

１０１…循環コンプレッサー １０２…原料ガス−反応後ガス熱交換器 １０３…ヒーター １０４…反応器 １０５…アンモニア合成触媒 １０６…反応後ガス冷却器 １０７…アンモニア分離器 １０８…充填物 １０９…分離器出口ガス冷却器 １１０…気液分離器 １１１…安水ポンプ １１２…安水冷却器 １１３…除湿器 １２０…アンモニア水 ２０１…循環ガス圧力指示調節計 ２０２…水素／窒素流量比率設定器 ２０３…水素流量指示調節計 ２０４…窒素流量指示調節計 ２０５…アンモニア水温度指示調節計 ２０６…アンモニア水液面指示調節計 ２０７…循環ガス濃度指示調節計 ２０８…パージガス流量指示調節計 ２０９…循環ガス圧力指示調節計 ２１２…循環ガス流量指示調節計 ２１３…アンモニア水流量指示調節計 ３０３…水素流量調節弁 ３０４…窒素流量調節弁 ３０５…冷却水流量調節弁 ３０６…水供給量調節弁 ３０８…パージガス流量調節弁 ３０９…循環ガス圧力調節弁 ３１０…水素供給量調整弁 ３１１…窒素供給量調整弁 ３１２…循環ガス流量調節弁 ３１３…アンモニア水流量調節弁 ３５０…弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｂ０１Ｄ 53/94 Ｂ０１Ｄ 53/36 １０１Ａ Ｆターム(参考） 4D048 AA06 AC04 CC61 CD10 4G035 AA01 AE13 AE15 4G037 BA01 BB30 CA18

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反応温度が一定となるよう自動制御で冷
   却される反応器と、液面が一定となるよう自動制御で水
   が供給され、かつアンモニア水温度が一定となるよう自
   動制御で冷却される水吸収式アンモニア分離器と、除湿
   器と、ガス昇圧装置とが、循環流量が一定となるように
   自動制御される循環ライン中に配置され、循環ライン中
   の圧力が一定となるように原料である水素および窒素を
   自動制御で供給する機構を有し、前記反応器内ではアン
   モニア原料ガスとアンモニア合成ガスとの反応平衡を利
   用し、水吸収式アンモニア分離器内ではアンモニア含有
   ガスとアンモニア水との気液平衡を利用した、アンモニ
   ア水の需要に応じて水、水素、窒素を自動制御で供給
   し、反応量を自動制御できるようにしたアンモニア水製
   造装置
2. 【請求項２】 ルテニウム触媒を反応器に充填した請求
   項１記載のアンモニア水製造装置