以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、同一又は同等の要素については同一の符号を付し、説明が重複する場合にはその説明を省略する。
[第1実施形態]
図1を参照して、本発明の第1実施形態に係るアンモニア分離装置を備えたアンモニア合成装置100の構成について説明する。アンモニア合成装置100は、原料ガスからアンモニアを取得する装置である。アンモニア合成装置100は、混合器1と、合成塔(反応部)2と、アンモニア分離装置3と、を備える。なお、本実施形態では、アンモニア分離装置3は一対設けられており、それぞれのアンモニア分離装置を「アンモニア分離装置3A」、「アンモニア分離装置3B」と称する。
混合器1は、原料ガスを混合する容器である。原料ガスは、合成ガスを生成するための原料となるガスである。原料ガスとして、水素と窒素が採用される。また、混合器1には、アンモニア分離装置3A,3Bから排出されるアンモニア回収後の循環ガスが供給される。混合器1からは、ラインL1が引き出され、当該ラインL1を介して下流側へ循環ガスを供給する。ラインL1上には、循環ガスを圧送するコンプレッサ4と、熱交換器6が設けられる。また、ラインL1は合成塔2に接続される。
合成塔2は、混合器1で混合された原料ガスを反応させて、発熱を伴ってアンモニアを含有する合成ガスを生成する容器である。合成塔2の内部には、アンモニア合成触媒が充填されている。これにより、ラインL1介して合成塔2内へ流入した(原料ガスを含む)循環ガスは、アンモニア合成触媒で反応することによって、合成ガスとして生成される。アンモニア合成触媒としては、酸化鉄‐アルミナ‐酸化カリウム触媒、ルテニウム系触媒等が採用される。合成塔2からはラインL2が引き出され、当該ラインL2を介して下流側へ循環ガスを供給する。ラインL2上には、熱交換器6が設けられる。これにより、合成塔2から排出された高温の合成ガスの熱は、熱交換器6にてL1との間で熱交換され、循環ガスを加熱する。ラインL2は、ラインL3,L4に分岐して、それぞれアンモニア分離装置3A及びアンモニア分離装置3Bに接続される。また、ラインL2の熱交換器6より下流側で分岐点より上流側の位置にはバルブC4が設けられる。また、ラインL3にはバルブA3が設けられ、ラインL4にはバルブB3が設けられる。
合成ガスの種類は特に限定されないが、アンモニアを合成したガス、コークス炉副生ガス、硝酸プラントなどの余剰ガス等を例示することができる。アンモニアの含有率は0.01〜99モル%程度、例えばオンサイトでアンモニアを製造する装置の場合には、1〜20モル%程度であってよく、不純物の例としてはその由来に応じ一酸化炭素、二酸化炭素、窒素、水素、ヘリウム、アルゴン、メタン、エタンなどの炭化水素等が挙げられる。
アンモニア分離装置3A,3Bは、アンモニアを含有する合成ガスからアンモニアを分離する装置である。アンモニア分離装置3A,3Bは、合成ガスが供給されるとアンモニアを選択的に吸着し、また、加熱されると吸着したアンモニアを放出する吸蔵材料を有する。吸蔵材料は、塩化マグネシウム、塩化ストロンチウム、臭化マグネシウム等の金属ハロゲン化物又はこれらの混合物であってもよい。吸蔵材料として、その他、活性炭、ゼオライト、メソポーラスシリカなどの多孔体、イオン液体等を用いてよい。また、本実施形態に係るアンモニア分離装置3A,3Bのアンモニアの吸蔵の手法として、温度スイング吸蔵法(TSA)が用いられる。このとき、温度だけでなく、圧力も適宜スイングさせても良い。
この吸蔵法では、アンモニア分離装置3A,3Bのうちの一方を、アンモニアを吸蔵できる温度に冷却しておいて、当該アンモニア分離装置にラインL3又はラインL4を介して合成ガスを送ることでアンモニアを吸蔵材料に吸蔵させ、残余のガスをラインL5又はラインL6から流出させる。なお、ラインL5及びラインL6は、ラインL7と合流し、当該ラインL7は混合器1に接続されている。また、ラインL5にはバルブA1が設けられ、ラインL6にはバルブB1が設けられる。
合成ガスが供給されている側のアンモニア分離装置を通過した残余のガスに所定量以上のアンモニアの漏出が検出されたら、アンモニア分離装置に収容された吸蔵材料が十分なアンモニアを吸蔵したと判定し、合成ガスの供給を停止してアンモニアの吸蔵を終了する。そして、アンモニアの吸蔵が終了したアンモニア分離装置は、アンモニアを十分に吸蔵した状態の吸蔵材料が、アンモニアを放出しうる温度まで加熱される。これにより、吸蔵材料がアンモニアを放出する。放出されたアンモニアは、ラインL5から分岐したラインL8又はラインL6から分岐したラインL9、及びラインL8,L9が合流したラインL10を介して回収される。ラインL8にはバルブA2が設けられ、ラインL9にはバルブB2が設けられる。
上述のようにアンモニア分離装置3A,3Bの一方のアンモニア分離装置でアンモニアの放出を行っているときは、その間に他方のアンモニア分離装置でアンモニアの吸蔵を行う。また、他方のアンモニア分離装置でアンモニアの放出を行っているときは、一方のアンモニア分離装置でアンモニアの吸蔵を行う。このように、アンモニア分離装置3A,3B間でアンモニアの吸蔵と放出を交互に繰り返すことによって、アンモニアを連続的に分離することが可能となる。
ここで、図2を参照して、アンモニア分離装置3A,3B(以下、両者をまとめて「アンモニア分離装置3」とする)の詳細な構成について説明する。なお、以降の説明においては、XYZ座標を設定して説明する。Z軸方向が請求項における「第1の方向」に対応する。紙面上側をZ軸正側とし、紙面下側をZ軸負側とする。Y軸方向は、Z軸方向と直交する方向であって、請求項における「合成ガスの流通方向」に対応する。紙面右側をY軸正側とし、紙面左側をY軸負側とする。X軸方向は、Z軸方向及びY軸方向と直交する方向である。紙面前側をX軸正側とし、紙面後側をX軸負側とする。図2に示すように、アンモニア分離装置3は、吸蔵材料収容部20と、熱供給部30と、ガス供給部12と、ガス流出部14と、を備えている。
熱供給部30は、吸蔵材料収容部20の熱伝達面25に隣り合う位置に配置され、吸蔵材料21に熱を供給する。図2に示す例では、一の吸蔵材料収容部20に対して、Z軸正側及びZ軸負側の両方に熱供給部30が設けられている。すなわち、吸蔵材料収容部20は、Z軸方向において一対の熱供給部30に挟まれている。例えば、熱供給部30は、熱媒体を流通させるための流路によって構成されてよい。熱供給部30の流路に流れる熱媒体は、例えば水、スチーム、オイル等である。なお、熱供給部30は、吸蔵材料収容部20に熱を供給することができる限り、どのような構造を採用してもよい。例えば、熱供給部30は、ヒータ、プラント排熱利用等によって構成されてもよい。
ガス供給部12は、合成ガスを吸蔵材料収容部20に供給する。ガス供給部12は、Y軸方向における一端側(Y軸負側)に設けられる。例えば、ガス供給部12は、合成ガスを流通させる供給配管41と、供給配管41からの合成ガスを各吸蔵材料収容部20へ分配するヘッダ部42と、を備えている。ヘッダ部42は、Z軸方向及びX軸方向に広がっている。供給配管41は、ヘッダ部42に対してどの位置に設けられていてもよい。
ガス流出部14は、吸蔵材料収容部20を通過した合成ガス又は吸蔵材料21から放出されるアンモニアを流出させる。ガス流出部14は、Y軸方向における他端側(Y軸正側)に設けられる。例えば、ガス流出部14は、各吸蔵材料収容部20から排出された排出ガスを集約するヘッダ部52と、ヘッダ部52で集約された排出ガスを流通させる排出配管51と、を備えている。ヘッダ部52は、Z軸方向及びX軸方向に広がっている。排出配管51は、ヘッダ部52に対してどの位置に設けられていてもよい。
吸蔵材料収容部20は、吸蔵材料21を収容する。吸蔵材料収容部20は、吸蔵材料21と、合成ガスの流通を促進する流通部材22と、吸蔵材料21及び流通部材22を収容する容器26と、Y軸方向における一端側(Y軸負側)に形成される合成ガスの入口部20aと、Y軸方向における他端側(Y軸正側)に形成される排出ガスの出口部20bと、を備える。
流通部材22は、吸蔵材料21に接触配置されるとともに、合成ガスが流通する際の流通抵抗が吸蔵材料21よりも低い部材である。流通部材22は少なくとも一部が入口部20aにおいて露出している。すなわち、流通部材22は、少なくとも一部が吸蔵材料収容部20のガス供給部12側に露出している。ここでは、流通部材22は、ガス供給部12のヘッダ部42へ露出している。また、本実施形態では、流通部材22は出口部20bにおいて露出している。すなわち、流通部材22は、少なくとも一部が吸蔵材料収容部20のガス流出部14側に露出している。ここでは、流通部材22は、ガス流出部14のヘッダ部52へ露出している。
吸蔵材料21は、吸蔵材料収容部20の熱伝達面25と接して設けられている。これにより、吸蔵材料21は、熱伝達面25から直接的に熱を供給される。ここでは、熱伝達面25は、容器26におけるZ軸方向に対向する壁部27の内周面によって構成される。
本実施形態では、図2及び図3に示すように、吸蔵材料21は、Z軸方向における一方側(Z軸正方向)に配置される第1の層21A、及びZ軸方向における他方側(Z軸負方向)に配置される第2の層21Bを備えている。流通部材22は、第1の層21Aと第2の層21Bとの間に配置される。第1の層21AのZ軸正側の面21Aaが、Z軸正側に配置された熱伝達面25に接触している。第2の層21BのZ軸負側の面21Baが、Z軸負側に配置された熱伝達面25に接触している。
また、流通部材22は、第1の層21Aと第2の層21Bとの間の境界面21Ab,21Bbにおける全面にわたって形成されている。これにより、流通部材22は、入口部20aから露出し、出口部20bから露出する。ここで、吸蔵材料収容部20は、Y軸方向に対して熱伝達面25の両端に設けられる側壁部28を備えている(図3(c)参照)。流通部材22は、側壁部28側において吸蔵材料21から露出している。すなわち、流通部材22は、X軸方向における両端側において側壁部28側で露出している。なお、流通部材22のX軸方向における両端(及び吸蔵材料21のX軸方向における両端)は、側壁部28から離間していてもよく、接触していてもよい。
流通部材22の圧縮強度は、上述の吸蔵材料21が膨張しても潰れない程度の圧縮強度を有することが好ましい。具体的に、流通部材22の圧縮強度は、0.1MPa以上であればよく、0.5MPa以上であってもよい。流通部材22の耐薬品性として、アンモニア、窒素、水素、吸蔵材料と反応しないことが好ましい。流通部材22の気孔率は、10〜98%であればよく、50〜98%であってもよい。流通部材22の細孔径は、1.5mm以下であればよく、0.8mm以下であってもよい。なお、流通部材22の細孔径を決定する際には、吸蔵材料21が膨張した場合に、吸蔵材料21の粉末(微粒子)が流通部材22の内部へ進入することを防ぐことができるサイズとしてもよい。また、吸蔵材料収容部20全体における、吸蔵材料21の体積に対する、流通部材22の割合(流通部材/吸蔵材料収容部の体積比)は、1〜50%であればよく、1〜30%であってもよい。
吸蔵材料収容部20の空隙率は、1.1〜45%であればよく、1.1〜20%であってもよい。なお、「空隙率 = 吸蔵材料収容部中の流通部材割合(体積比) × 流通部材の気孔率」で定義される。また、「流通部材割合 = 流通部材体積/吸蔵材料収容部体積」で定義される。
ここで、図18及び図19を参照して、吸蔵材料収容部20の空隙率が1.1〜45%であることが好適であることを示す実験について説明する。まず、吸蔵材料収容部20と熱供給部30とが互いに積層された構造を採用した。高さは14mm、幅68mm、長さ123mm、積層2段となっている。吸蔵材料21はMgCl2である。また、流通部材22は、図3に示す配置となっている。流通部材22は、金属多孔体であり、圧力強度が0.1MPa以上である。入口部での合成ガスの流量はNH3が1NL/min、N2:2NL/minであり、入口圧力は500kPaであり、温度は室温である。図18は、当該実験条件において行われた実験結果を示し、経過時間とアンモニアの吸蔵量を示すグラフである。図18に示すように、吸蔵材料収容部20によるアンモニアの吸蔵開始前、即ち、吸蔵材料収容部20を通過させずに入口部と出口部とをバイパス接続した場合における出口部から流出するアンモニアは100%である。そして、吸蔵材料収容部20にアンモニアが供給されると吸蔵材料収容部20によるアンモニアの吸蔵が開始となり、吸蔵材料収容部20の出口部から流出するアンモニアは0%付近まで減少する。その後、暫くの間、出口部から流出するアンモニアは0%付近を推移し、所定の時間経過後、徐々にすり抜け量が増えてゆく。ここで、「すり抜け量」とは、入口部から供給されたアンモニアのうち吸蔵材料収容部20に吸蔵されずに出口部から流出するアンモニアの量のことである。なお、図中、水平に延びる太線はすり抜け許容値を示す。図19は、空隙率と圧力損失及び有効吸蔵率との関係を示すグラフである。
以上のような条件下において、吸蔵材料収容部20における流通部材22の割合と有効吸蔵率の関係、及び、吸蔵材料収容部20における流通部材22の割合と圧力損失の関係について説明する。空隙率と圧力損失との関係をグラフG1に示す。また、空隙率と有効吸蔵率との関係をグラフG2に示す。ここで、有効吸蔵率とは、「有効吸蔵率=有効吸蔵量/総吸蔵量」で定義される値であり、吸蔵材料収容部20に吸蔵されたアンモニアの総吸蔵量と吸蔵開始となってから出口部から流出するアンモニアのすり抜け量がすり抜け許容値を超えるまでに吸蔵材料収容部20に吸蔵されたアンモニアの量との割合である(図18参照)。アンモニア分離装置を構成する吸蔵材料収容部20は、その圧力損失が高くなりすぎるとアンモニアを分離する効率が悪化するので、圧力損失の許容値(上限値)が100kPaに設定されている。グラフG1において圧力損失が100kPaのときの空隙率は1.1%となる。すなわち、空隙率の下限値は1.1%となる。また、空隙率が高くなりすぎると、圧力損失は小さくなるが、すり抜け量が大きくなって、吸蔵材料収容部20での有効吸蔵率が低下してしまう。この吸蔵材料収容部20での有効吸蔵率が低くなりすぎるとアンモニアを分離する効率が悪化するので、有効吸蔵率の許容値(下限値)は50%に設定されている。グラフG2において有効吸蔵率が50%のときの空隙率は45.0%となる。すなわち、空隙率の上限値は45%となる。
次に、図1を参照して、アンモニア合成装置100における具体的な動作について説明する。アンモニア分離装置3Aがアンモニアを放出し、アンモニア分離装置3Bがアンモニアを吸蔵する状態では、バルブB3,B1,A2,C4が「開」の状態となり、バルブA3,A1,B2が「閉」の状態となる。この場合、混合器1から供給される原料ガス(及びラインL7を流れてきた循環ガス)は、ラインL1を介して合成塔2へ供給される。合成塔2で生成された合成ガスは、ラインL2を通過し、また、ラインL4側へ分岐し、アンモニア分離装置3Bの吸蔵材料収容部20の入口部20aへ流入する。アンモニア分離装置3Bの吸蔵材料21によってアンモニアが吸蔵され、アンモニアの含有量が減った残存ガスが、ラインL6,L7を通過して混合器1へ流入する。一方、アンモニア分離装置3Aでは熱供給部30が吸蔵材料収容部20へ熱を供給することで、吸蔵材料21からアンモニアが放出される。従って、アンモニアがラインL5,L8,L10を介して回収される。
アンモニア分離装置3Bがアンモニアを放出し、アンモニア分離装置3Aがアンモニアを吸蔵する状態では、バルブA3,A1,B2,C4が「開」の状態となり、バルブB3,B1,A2が「閉」の状態となる。この場合、混合器1から供給される原料ガス(及びラインL7を流れてきた循環ガス)は、ラインL1を介して合成塔2へ供給される。合成塔2で生成された高温の合成ガスは、ラインL2を通過し、また、ラインL3側へ分岐し、アンモニア分離装置3Aの吸蔵材料収容部20の入口部20aへ流入する。アンモニア分離装置3Aの吸蔵材料21によってアンモニアが吸蔵され、アンモニアの含有量が減った残存ガスが、ラインL5,L7を通過して混合器1へ流入する。一方、アンモニア分離装置3Bでは熱供給部30が吸蔵材料収容部20へ熱を供給することで、吸蔵材料からアンモニアが放出される。従って、アンモニアがラインL6,L9,L10を介して回収される。
次に、本実施形態に係るアンモニア分離装置3の作用・効果について説明する。
本実施形態に係るアンモニア分離装置3は、合成ガスが供給されるとアンモニアを選択的に吸着し、また、加熱されると吸着したアンモニアを放出する吸蔵材料21を収容する吸蔵材料収容部20を備える。また、アンモニア分離装置3は、合成ガスを吸蔵材料収容部20に供給するガス供給部12と、吸蔵材料収容部20を通過した合成ガス又は吸蔵材料21から放出されるアンモニアを流出させるガス流出部14と、を備えている。従って、ガス供給部12から吸蔵材料収容部20へ供給された合成ガスは、吸蔵材料収容部20内を流通する際に、吸蔵材料21によってアンモニアが選択的に吸着される。そして、吸蔵材料収容部20を通過した合成ガスは、ガス流出部14から流出する。このような構成を有するアンモニア分離装置3において、吸蔵材料収容部20は、吸蔵材料21に接触配置されるとともに、合成ガスが流通する際の流通抵抗が吸蔵材料21よりも低い流通部材22を備えている。また、流通部材22は少なくとも一部が吸蔵材料収容部20のガス供給部12側に露出している。従って、ガス供給部12から供給された合成ガスの多くは、流通部材22の当該露出した部分を介して吸蔵材料収容部20の内部へと流入する。流通部材22の露出した部分から吸蔵材料収容部20の内部へ流入した合成ガスは、主に、吸蔵材料21よりも低い流通抵抗を有する材料で構成された流通部材22内を流通する。そして、吸蔵材料収容部20の内部へ流入した合成ガスは、流通部材22内を流通しながら、流通部材22に接触配置された吸蔵材料21へと拡散していき、合成ガスに含まれるアンモニアが吸蔵材料21に吸蔵される。これにより、合成ガスが吸蔵材料収容部20を流通する際の圧力損失を抑制することができる。また、吸蔵材料収容部20の空隙率は、1.1〜45%である。空隙率をこのように設定することで、圧力損失を抑制しつつも、合成ガスが十分に吸蔵材料21と接触せずに通り抜けてしまうことを抑制し、アンモニアの分離効率を高めることができる。また、吸蔵材料21は、吸蔵材料収容部20の熱伝達面25と接して設けられている。従って、流通部材22が設けられている状態であっても、吸蔵材料21に十分な熱を供給することができるため、吸蔵材料21は十分にアンモニアを放出することができる。以上により、圧力損失を抑制すると共に、アンモニアの分離効率を向上できる。
アンモニア分離装置3では、吸蔵材料収容部20は、Z軸方向において一対の熱供給部30に挟まれる。吸蔵材料21は、Z軸方向における正側に配置される第1の層21A、及びZ軸方向における負側に配置される第2の層21Bを備える。流通部材22は、第1の層21Aと第2の層21Bとの間に配置されている。これにより、流通部材22を流通する合成ガスは、Z軸方向において第1の層21A及び第2の層21Bの両方へ拡散することができる。
アンモニア分離装置3では、流通部材22は、第1の層21Aと第2の層21Bとの間の境界面21Ab,21Bbにおける全面にわたって形成されていている。これにより、容易に流通部材22を形成することができる。
[第2実施形態]
図4を参照して、本発明の第2実施形態に係るアンモニア分離装置の流通部材の構成について説明する。図4に示すように、第2実施形態に係る流通部材22は、X軸方向に分割された複数(ここでは3つ)の流通部22A,22B,22Cを有している。その他の構成については、図3に示すアンモニア分離装置と同趣旨であるため説明を省略する。
図4に示すように、流通部22Aは、吸蔵材料収容部20のうち、X軸方向における中央位置において、Y軸方向に延びる長方形状をなしている。流通部22Bは、吸蔵材料収容部20のうち、X軸方向におけるX軸正側の位置において、Y軸方向に延びる長方形状をなしている。流通部22Cは、吸蔵材料収容部20のうち、X軸方向におけるX軸負側の位置において、Y軸方向に延びる長方形状をなしている。流通部22AのY軸負側の端部は入口部20aから露出している。流通部22AのY軸正側の端部は出口部20bから離間しており、その間を吸蔵材料21の封止部59によって封止されている。すなわち、流通部材22のうちの流通部22Aは、吸蔵材料収容部20のガス流出部14側において吸蔵材料21で封止されている。流通部22B,22CのY軸負側の端部は入口部20aから離間している。流通部22B,22CのY軸正側の端部は出口部20bから露出している。
このような構成によれば、入口部20aから流通部22Aへ流入した合成ガスは、流通部22Aが出口側で封止部59で封止されているため、X軸方向両側の流通部22B,22Cへ流れる。流通部22B,22Cへ流れた合成ガスは、流通部22B,22CのY軸正側の端部の出口部20bから流出する。このような構成により、吸蔵材料収容部20の全体にわたって合成ガスを流通させることができる。
また、流通部22BのX軸正側の縁部は、側壁部28側(図3(c)参照)において吸蔵材料21の封止部58で封止されている。流通部22CのX軸負側の縁部は、側壁部28側(図3(c)参照)において吸蔵材料21の封止部58で封止されている。これにより、吸蔵材料収容部20の側壁部28側に合成ガスが流出することを抑制できる。例えば、側壁部28と吸蔵材料21のX軸方向の端部との間に隙間が形成されていた場合に、流通部材が当該X軸方向の端部から露出していると、隙間側に合成ガスが流れてしまう。従って、封止部58で流通部材22が封止されていることで、このような隙間に合成ガスが流れてしまうことを抑制できる。
[第3実施形態]
図5を参照して、本発明の第3実施形態に係るアンモニア分離装置の流通部材の構成について説明する。図5に示すように、第3実施形態に係る流通部材22は、網目構造を有している。その他の構成については、図3に示すアンモニア分離装置と同趣旨であるため説明を省略する。
図5の流通部材22の網目構造は、Y軸正方向に対してX軸負側へ傾斜する複数列の流路と、Y軸正方向に対してX軸正側へ傾斜する複数列の流路と、を組み合わせることによって構成されている。交差する流路間には、吸蔵材料21の境界面21Bb(境界面21Abも同様)が露出しており、各境界面21Ab,21Bbが互いに接合される。このような網目構造により、流通部材22を流通する合成ガスの吸蔵材料21との接触面積を増やすことができる。従って、合成ガスが十分に吸蔵材料21と接触せずに通り抜けてしまうことを抑制できる。なお、流通部材22のX軸方向両側の縁部は、吸蔵材料21の封止部58で封止されているため、第2実施形態と同様な効果を得ることができる。
[第4実施形態]
図6を参照して、本発明の第4実施形態に係るアンモニア分離装置の流通部材の構成について説明する。図6に示すように、第4実施形態に係る流通部材22は、網目構造を有している。その他の構成については、図3に示すアンモニア分離装置と同趣旨であるため説明を省略する。
図6の流通部材22の網目構造は、入口部20aから出口部20bまで延びる長方形状の流通部材22に対して、複数の矩形状の開口部を形成することによって構成されている。開口部はX軸方向に複数個並べられることで列をなし、当該開口部の列がY軸方向に複数列形成されている。また、Y軸方向において隣り合う列の間では、開口部が互い違いに千鳥状に配置されている。これらの開口部からは、吸蔵材料21の境界面21Bb(境界面21Abも同様)が露出しており、各境界面21Ab,21Bbが互いに接合される。このような網目構造により、流通部材22を流通する合成ガスの吸蔵材料21との接触面積を増やすことができる。従って、合成ガスが十分に吸蔵材料21と接触せずに通り抜けてしまうことを抑制できる。なお、流通部材22のX軸方向両側の縁部は、吸蔵材料21の封止部58で封止されているため、第2実施形態と同様な効果を得ることができる。
[第5実施形態]
図7を参照して、本発明の第5実施形態に係るアンモニア分離装置の流通部材の構成について説明する。図7に示すように、第5実施形態に係る流通部材22は、絞り部を有している。その他の構成については、図3に示すアンモニア分離装置と同趣旨であるため説明を省略する。
図7の流通部材22は、吸蔵材料収容部20内を合成ガスの流通方向に延びるように設けられるとともに、その少なくとも一部に合成ガスの流路面積が小さくなる絞り部を備えている。ここでは、流通部材22は、入口部20aに形成されたガス供給部12側の絞り部61Aと、Y軸方向における中途位置の絞り部61B,61Cと、出口部20bに形成されたガス流出部14側の絞り部61Dと、を備えている。具体的には、流通部材22は、入口部20a側から順に、X軸負側の縁部付近に形成されてY軸正側へ延びる流路部63aと、当該流路部63aのY軸正側の端部からX軸正側へ延びる流路部63bと、当該流路部63bのX軸正側の端部からY軸正側へ延びる流路部63cと、当該流路部63cのY軸正側の端部からX軸負側へ延びる流路部63dと、当該流路部63dのX軸負側の端部からY軸正側へ延びる流路部63eと、当該流路部63eのY軸正側の端部からX軸正側へ延びる流路部63fと、当該流路部63fのX軸正側の端部からY軸正側へ出口部20bまで延びる流路部63gと、を備える。各流路部の流路幅は同一であってもよい。流路部63b,63d,63fをZX平面で切断した断面積(以下、単に「断面積」と称する)が流通部材22の基準の流路面積とする。この場合、絞り部61Aでは、流路部63aの断面積が流路面積となる。絞り部61Bでは、流路部63cの断面積が流路面積となる。絞り部61Cでは、流路部63eの断面積が流路面積となる。絞り部61Dでは、流路部63gの断面積が流路面積となる。絞り部のいずれの流路部の流路面積も、基準の流路面積より小さい。
以上より、合成ガスは、各絞り部において吸蔵材料21へ拡散し易くなるため、合成ガスが十分に吸蔵材料21と接触せずに通り抜けてしまうことを抑制できる。具体的には、流通部材22は、ガス供給部12側に絞り部61Aを備えているため、合成ガスは、ガス供給部12側で十分に吸蔵材料21と接触することができる。また、流通部材22は、ガス流出部14側に絞り部61Dを備えていているため、合成ガスは、ガス流出部14側で十分に吸蔵材料21と接触することができる。また、流通部材22は、Y軸方向における中途位置に絞り部61B,61Cを備えている。これにより、合成ガスは、中途位置で十分に吸蔵材料21と接触することができる。なお、流通部材22のX軸方向両側の縁部は、吸蔵材料21の封止部58で封止されているため、第2実施形態と同様な効果を得ることができる。
[第6実施形態]
図8を参照して、本発明の第6実施形態に係るアンモニア分離装置の流通部材の構成について説明する。図8に示すように、第6実施形態に係る流通部材22は、絞り部を有している。その他の構成については、図3に示すアンモニア分離装置と同趣旨であるため説明を省略する。
図8の流通部材22は、吸蔵材料収容部20内を合成ガスの流通方向に延びるように設けられるとともに、その少なくとも一部に合成ガスの流路面積が小さくなる絞り部を備えている。ここでは、流通部材22は、Y軸方向における中途位置の絞り部65A,65Bを備えている。具体的には、流通部材22は、入口部20a側から順に、入口部20aに沿ってX軸方向へ広がる流路部64aと、当該流路部64aのX軸正側の端部からY軸正側へ延びる流路部64bと、当該流路部64bのX軸正側の端部からY軸正側及びX軸負側へ広がる流路部64cと、当該流路部64cのX軸負側の端部からY軸正側へ延びる流路部64dと、当該流路部64dのY軸正側の端部から出口部20bに沿ってX軸正側へ延びる流路部64eと、を備える。流路部64a,64c,64eをZX平面で切断した断面積(以下、単に「断面積」と称する)が流通部材22の基準の流路面積とする。この場合、絞り部65Aでは、流路部64bの断面積が流路面積となる。絞り部65Bでは、流路部64dの断面積が流路面積となる。絞り部のいずれの流路部の流路面積も、基準の流路面積より小さい。
以上より、合成ガスは、各絞り部において吸蔵材料21へ拡散し易くなるため、合成ガスが十分に吸蔵材料21と接触せずに通り抜けてしまうことを抑制できる。具体的には、流通部材22は、Y軸方向における中途位置に絞り部65A,65Bを備えている。これにより、合成ガスは、中途位置で十分に吸蔵材料21と接触することができる。なお、流通部材22のX軸方向両側の縁部は、吸蔵材料21の封止部58で封止されているため、第2実施形態と同様な効果を得ることができる。
[第7実施形態]
図9を参照して、本発明の第7実施形態に係るアンモニア分離装置の流通部材の構成について説明する。図9に示すように、第7実施形態に係る流通部材22は、絞り部を有している。その他の構成については、図3に示すアンモニア分離装置と同趣旨であるため説明を省略する。
図9の流通部材22は、吸蔵材料収容部20内を合成ガスの流通方向に延びるように設けられるとともに、その少なくとも一部に合成ガスの流路面積が小さくなる絞り部を備えている。ここでは、流通部材22は、入口部20aに形成されたガス供給部12側の絞り部67Aと、Y軸方向における中途位置の絞り部67B,67Cと、出口部20bに形成されたガス流出部14側の絞り部67Dと、を備えている。具体的には、流通部材22は、入口部20a側から順に、X軸負側の縁部付近に形成されて入口部20aからY軸正側へ延びて、出口部20bから離間している流路部66aと、X軸正側の縁部付近に形成されて入口部20aから離間した位置から出口部20bまで延びる流路部66bと、当該流路部66bのY軸負側の端部からX軸負側へ向かって流路部66aまで延びる流路部66cと、当該流路部66bのY軸方向における略中央位置からX軸負側へ向かって流路部66aまで延びる流路部66dと、流路部66aのY軸正側の端部からX軸正側へ向かって流路部66bまで延びる流路部66eと、を備える。各流路部の流路幅は同一であってもよい。流路部66c,66d,66eをZX平面で切断した断面積(以下、単に「断面積」と称する)が流通部材22の基準の流路面積とする。この場合、絞り部67Aでは、流路部66aの断面積が流路面積となる。絞り部67Bでは、流路部66a及び流路部66bの断面積の合計が流路面積となる。絞り部67Cでは、流路部66a及び流路部66bの断面積の合計が流路面積となる。絞り部67Dでは、流路部66bの断面積が流路面積となる。絞り部のいずれの流路部の流路面積も、基準の流路面積より小さい。
以上より、合成ガスは、各絞り部において吸蔵材料21へ拡散し易くなるため、合成ガスが十分に吸蔵材料21と接触せずに通り抜けてしまうことを抑制できる。具体的には、流通部材22は、ガス供給部12側に絞り部67Aを備えているため、合成ガスは、ガス供給部12側で十分に吸蔵材料21と接触することができる。また、流通部材22は、ガス流出部14側に絞り部67Dを備えていているため、合成ガスは、ガス流出部14側で十分に吸蔵材料21と接触することができる。また、流通部材22は、Y軸方向における中途位置に絞り部67B,67Cを備えている。これにより、合成ガスは、中途位置で十分に吸蔵材料21と接触することができる。なお、流通部材22のX軸方向両側の縁部は、吸蔵材料21の封止部58で封止されているため、第2実施形態と同様な効果を得ることができる。
[第8実施形態]
図10を参照して、本発明の第8実施形態に係るアンモニア分離装置の流通部材の構成について説明する。図10に示すように、第8実施形態に係る流通部材22は、絞り部を有している。その他の構成については、図3に示すアンモニア分離装置と同趣旨であるため説明を省略する。
図10の流通部材22は、吸蔵材料収容部20内を合成ガスの流通方向に延びるように設けられるとともに、その少なくとも一部に合成ガスの流路面積が小さくなる絞り部を備えている。ここでは、流通部材22は、出口部20bに形成されたガス流出部14側の絞り部68を備えている。具体的には、流通部材22は、入口部20a側の端部22aのX軸方向の幅が十分に広く、出口部20b側の端部22bのX軸方向の幅が小さく構成されている。流通部材22は、入口部20aに係る端部22aから出口部20bに係る端部22bまで順次狭まるように、X軸両側の縁部が傾斜している。流通部材22における入口部20a側の端部22aの断面積(以下、単に「断面積」と称する)が流通部材22の基準の流路面積とする。この場合、絞り部68では、端部22bの断面積が流路面積となる。絞り部68の端部22bの流路面積も、基準の流路面積より小さい。
以上より、合成ガスは、絞り部68において吸蔵材料21へ拡散し易くなるため、合成ガスが十分に吸蔵材料21と接触せずに通り抜けてしまうことを抑制できる。具体的には、流通部材22は、ガス流出部14側に絞り部68を備えていているため、合成ガスは、ガス流出部14側で十分に吸蔵材料21と接触することができる。なお、流通部材22のX軸方向両側の縁部は、吸蔵材料21の封止部58で封止されているため、第2実施形態と同様な効果を得ることができる。
[第9実施形態]
図11を参照して、本発明の第9実施形態に係るアンモニア分離装置の流通部材の構成について説明する。図11に示すように、第9実施形態に係る流通部材22は、ガス流出部側において吸蔵材料21で封止されている。その他の構成については、図3に示すアンモニア分離装置と同趣旨であるため説明を省略する。
図11に示す流通部材22は、入口部20aからY軸正側へ向けて真っ直ぐに延びており、Y軸正側の端部は出口部20bから離間しており、その間を吸蔵材料21の封止部59によって封止されている。これにより、合成ガスは、ガス流出部14側において吸蔵材料21を通過せざるを得ないため、合成ガスが十分に吸蔵材料21と接触せずに通り抜けてしまうことを抑制できる。なお、流通部材22のX軸方向両側の縁部は、吸蔵材料21の封止部58で封止されているため、第2実施形態と同様な効果を得ることができる。
[第10実施形態]
図12を参照して、本発明の第10実施形態に係るアンモニア分離装置の流通部材の構成について説明する。図12に示すように、第10実施形態に係る流通部材22は、網目構造を有している。その他の構成については、図3に示すアンモニア分離装置と同趣旨であるため説明を省略する。
図12の流通部材22の網目構造は、Y軸方向に真っ直ぐ延びる複数列の流路と、X軸方向に真っ直ぐ延びる複数列の流路と、を組み合わせることによって構成されている。交差する流路間には、吸蔵材料21の境界面21Bb(境界面21Abも同様)が露出しており、各境界面21Ab,21Bbが互いに接合される。このような網目構造により、流通部材22を流通する合成ガスの吸蔵材料21との接触面積を増やすことができる。従って、合成ガスが十分に吸蔵材料21と接触せずに通り抜けてしまうことを抑制できる。なお、流通部材22のX軸方向両側の縁部は、吸蔵材料21の封止部58で封止されているため、第2実施形態と同様な効果を得ることができる。
[第11実施形態]
図13を参照して、本発明の第11実施形態に係るアンモニア分離装置の流通部材の構成について説明する。図13に示すように、第11実施形態に係る流通部材22は、複数の流路に分岐している。
図13の流通部材22は、入口部20aから出口部20bへ至るまでY軸方向に真っ直ぐに延びた複数の流路部71がX軸方向に互いに離間して分岐している。これにより、合成ガスと吸蔵材料21との接触面積を増やすことができる。また、網目構造に比して、圧力損失を抑制することができる。なお、流通部材22のX軸方向両側の縁部は、吸蔵材料21の封止部58で封止されているため、第2実施形態と同様な効果を得ることができる。
[第12実施形態]
図14を参照して、本発明の第12実施形態に係るアンモニア分離装置の流通部材の構成について説明する。図14に示すように、第12実施形態に係る流通部材22は、絞り部を有すると共に、複数の流路に分岐している。
図14の流通部材22は、入口部20aにおいて絞り部を有している。流通部材22は、入口部20aにおいて幅狭に構成された流路部72と、流路部72からX軸方向へ広がる流路部73と、を有している。また、流路部73から出口部20bへ至るまでY軸方向に真っ直ぐに延びた複数の流路部71がX軸方向に互いに離間して分岐している。これにより、合成ガスと吸蔵材料21との接触面積を増やすことができる。また、網目構造に比して、圧力損失を抑制することができる。また、合成ガスは、絞り部81において吸蔵材料21へ拡散し易くなるため、合成ガスが入口部20aにおいて十分に吸蔵材料21と接触せずに通り抜けてしまうことを抑制できる。なお、流通部材22のX軸方向両側の縁部は、吸蔵材料21の封止部58で封止されているため、第2実施形態と同様な効果を得ることができる。
[第13実施形態]
図15を参照して、本発明の第13実施形態に係るアンモニア分離装置の流通部材の構成について説明する。図15に示すように、第13実施形態に係る流通部材22は、吸蔵材料収容部20内にて、3次元的に螺旋を描くように設けられている。すなわち、流通部材22は、吸蔵材料の第1の層及び第2の層に挟まれていなくともよい。
[第14実施形態]
図16を参照して、本発明の第14実施形態に係るアンモニア分離装置の流通部材の構成について説明する。図16に示すように、第14実施形態に係る流通部材22は、吸蔵材料収容部20の中で3次元的に屈曲しながら波形状を描くように配置されている。あるいは、図17に示すように、流通部材22は、吸蔵材料収容部20の中で3次元的に湾曲しながら波形状を描くように配置されている。
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。
例えば、上述の実施形態では、アンモニア分離装置を2つ設けた場合を例にして説明したが、アンモニア分離装置は3つであってもよく、4つ以上あってもよい。
例えば、図1に示すラインの構成は一例にすぎず、同様の効果を得ることができる限り、ライン及びバルブの構成をどのように変更してもよい。
また、吸蔵材料収容部内の構造は、上述の各図に示したものに限らず、あらゆる構成を採用することができる。例えば、上述の実施形態では、流通部材はXY平面に広がる形態が主に例示されていたが、例えば流通部材がYX平面に広がる形態を採用してもよい。この場合であっても、吸蔵材料は熱伝達面と接している必要がある。