アンモニア精製システムおよびアンモニアの精製方法
【課題】 粗アンモニアに不純物として含まれる水分および炭化水素を、吸着剤の吸着能を最大限に利用して効率よく吸着除去することができるとともに、簡単化された方法でアンモニアを精製することができるアンモニア精製システムを提供する。
【解決手段】 アンモニア精製システム１００において、制御手段５は、第２，３，４バルブ６３１，６４１，６５１を閉鎖させた状態で第１バルブ６１１を開放させることで、貯留タンク１における粗アンモニアからの低沸点不純物の排出動作の制御を行い、第１バルブ６１１を閉鎖させた後に第２，３，４バルブ６３１，６４１，６５１を開放させることで、排出動作後の吸着手段２における高沸点不純物の吸着除去動作の制御を行う。
【解決手段】 アンモニア精製システム１００において、制御手段５は、第２，３，４バルブ６３１，６４１，６５１を閉鎖させた状態で第１バルブ６１１を開放させることで、貯留タンク１における粗アンモニアからの低沸点不純物の排出動作の制御を行い、第１バルブ６１１を閉鎖させた後に第２，３，４バルブ６３１，６４１，６５１を開放させることで、排出動作後の吸着手段２における高沸点不純物の吸着除去動作の制御を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粗アンモニアを精製するアンモニア精製システムおよびアンモニアの精製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程および液晶製造工程においては、窒化物皮膜の作製などに用いる処理剤として、高純度のアンモニアが利用されている。このような高純度のアンモニアは、粗アンモニアを精製して不純物を除去することにより得られる。
【０００３】
粗アンモニア中には、メタン、エタン、プロパン等の低次炭化水素、さらに多くの炭素数を有する高次炭化水素、水分、および水素、窒素、酸素、アルゴン、一酸化炭素等の低沸点ガスが不純物として含まれており、一般的に入手可能な粗アンモニアの純度は９９．５重量％程度である。
【０００４】
半導体製造工程および液晶製造工程におけるアンモニアが用いられる工程の種類によって、アンモニア中の不純物の影響の仕方は異なるが、アンモニアの純度としては、９９．９９９９重量％以上、より好ましくは９９．９９９９９重量％以上であることが求められる。
【０００５】
粗アンモニア中に含まれる不純物を除去する方法としては、シリカゲル、合成ゼオライト、活性炭等の吸着剤を用いて不純物を吸着除去する方法、不純物を蒸留除去する方法が知られている。
【０００６】
たとえば、特許文献１には、液体状の粗アンモニアから高沸点不純物を除去する第１蒸留塔と、第１蒸留塔から導出された気体状のアンモニアに含まれる不純物（主に水分）を吸着剤により吸着除去する吸着塔と、吸着塔から導出された気体状のアンモニアから低沸点不純物を除去する第２蒸留塔とを備えるアンモニア精製システムが開示されている。また、特許文献２には、気体状の粗アンモニアに含まれる水分を酸化バリウムからなる吸着剤で吸着除去した後、蒸留することによってアンモニアを精製する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２０６４１０号公報
【特許文献２】特開２００３−１８３０２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
粗アンモニアに含まれる不純物を吸着除去する吸着剤としては、水分に対して高い吸着能を有する吸着剤と、炭化水素に対して高い吸着能を有する吸着剤とを、区別して用いるのが一般的であり、特許文献１に開示されるアンモニアを精製する技術では、合成ゼオライト３Ａからなる吸着剤により水分を吸着除去し、特許文献２に開示されるアンモニアを精製する技術では、酸化バリウムからなる吸着剤により水分を吸着除去している。
【０００９】
粗アンモニアに含まれる水分および炭化水素の不純物を吸着除去するためには、水分に対して高い吸着能を有する吸着剤が充填された吸着塔と、炭化水素に対して高い吸着能を有する吸着剤が充填された吸着塔との、複数の吸着塔を備える構成とするか、または、１つの吸着塔に複数の吸着剤を積層して充填する構成とする必要がある。
【００１０】
このような場合、粗アンモニアに不純物として含まれる水分と炭化水素との量比が変動したときには、一方の吸着剤が吸着飽和に達していないときであっても、他方の吸着剤が吸着飽和に達して破過する現象が生じる。そのため、吸着剤の吸着能を最大限に利用して、粗アンモニアに含まれる水分および炭化水素を効率的に吸着除去することができず、さらには、吸着剤の破過の管理も複雑になってしまう。
【００１１】
また、特許文献１，２に開示されるアンモニアを精製する技術では、粗アンモニアに含まれる不純物を吸着塔で吸着除去し、さらに、蒸留塔で蒸留除去してアンモニアを精製するが、蒸留塔から導出された精製後の気体状のアンモニアは、凝縮されて液体アンモニアとして回収される。すなわち、特許文献１，２に開示されるアンモニアを精製する技術では、粗アンモニアに含まれる不純物を吸着・蒸留除去し、さらに凝縮して精製された液体アンモニアを得るので、アンモニアを精製する方法として簡単化されたものであるとは言えない。
【００１２】
したがって本発明の目的は、粗アンモニアに不純物として含まれる水分および炭化水素を、吸着剤の吸着能を最大限に利用して効率よく吸着除去することができるとともに、簡単化された方法でアンモニアを精製することができるアンモニア精製システムおよびアンモニアの精製方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、不純物が含まれる粗アンモニアを精製するアンモニア精製システムであって、
気相を形成するように液体状の粗アンモニアを貯留することで、粗アンモニアに含まれるアンモニアよりも沸点の低い低沸点不純物を前記気相に分配し、前記気相から気体状のアンモニアを導出する貯留手段と、
前記貯留手段から導出された気体状のアンモニアに含まれるアンモニアよりも沸点の高い高沸点不純物を、水分および炭化水素に対する吸着能を単独で有する吸着剤により吸着除去する吸着手段と、
前記貯留手段の前記気相と外部とを連通し、前記気相に分配された低沸点不純物を外部に排出する流路となる第１配管と、
前記貯留手段と前記吸着手段とを接続し、前記貯留手段から導出された気体状のアンモニアが前記吸着手段に向けて流過する流路となる第２配管と、
前記第１配管における流路を開放または閉鎖する第１流路開閉手段と、
前記第２配管における流路を開放または閉鎖する第２流路開閉手段と、
前記第１流路開閉手段および前記第２流路開閉手段のそれぞれの開閉動作を制御することで、前記貯留手段の前記気相に分配された低沸点不純物を外部に排出する排出動作と、前記吸着手段における高沸点不純物の吸着除去動作とを制御する制御手段と、を含み、
前記制御手段は、
前記第２流路開閉手段を閉鎖させた状態で、前記第１流路開閉手段を開放させることで、前記排出動作の制御を行い、
前記第１流路開閉手段を閉鎖させた後に前記第２流路開閉手段を開放させることで、前記吸着除去動作の制御を行うことを特徴とするアンモニア精製システムである。
【００１４】
また本発明のアンモニア精製システムは、前記吸着手段が、前記貯留手段から導出された気体状のアンモニアに含まれる高沸点不純物を吸着除去する複数の吸着部であって、直列または並列に接続される複数の吸着部を有することを特徴とする。
【００１５】
また本発明のアンモニア精製システムは、前記制御手段が、前記第２流路開閉手段を閉鎖させた状態で、前記第１流路開閉手段を複数回にわたって開放および閉鎖させることで、前記排出動作の制御を行うことを特徴とする。
【００１６】
また本発明のアンモニア精製システムは、前記吸着手段が用いる前記吸着剤が、多孔質の合成ゼオライトであることを特徴とする。
【００１７】
また本発明のアンモニア精製システムは、前記合成ゼオライトが、５〜９Åの細孔径を有する合成ゼオライトであることを特徴とする。
【００１８】
また本発明は、不純物が含まれる粗アンモニアを精製する方法であって、
気相を形成するように液体状の粗アンモニアを貯留することで、粗アンモニアに含まれるアンモニアよりも沸点の低い低沸点不純物を前記気相に分配する貯留工程と、
前記貯留工程において前記気相に分配された低沸点不純物を外部に排出する排出工程と、
前記排出工程において低沸点不純物を外部に排出した後の前記気相から気体状のアンモニアを導出する導出工程と、
前記導出工程で導出された気体状のアンモニアに含まれる、アンモニアよりも沸点の高い高沸点不純物を、水分および炭化水素に対する吸着能を単独で有する吸着剤により吸着除去する吸着工程と、を含むことを特徴とするアンモニアの精製方法である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、アンモニア精製システムは、不純物が含まれる粗アンモニアを精製するシステムであって、貯留手段と、吸着手段と、第１配管と、第２配管と、第１流路開閉手段と、第２流路開閉手段と、制御手段とを含む。貯留手段は、気相を形成するように液体状の粗アンモニアを貯留することで、粗アンモニアに含まれるアンモニアよりも沸点の低い低沸点不純物を前記気相に分配し、前記気相から気体状のアンモニアを導出する。吸着手段は、貯留手段から導出された気体状のアンモニアに含まれる高沸点不純物を、水分および炭化水素に対する吸着能を単独で有する吸着剤により吸着除去する。第１配管は、貯留手段の気相と外部とを連通し、低沸点不純物を気相から外部に排出する流路となる。第２配管は、貯留手段と吸着手段とを接続し、貯留手段から導出された気体状のアンモニアが吸着手段に向けて流過する流路となる。第１流路開閉手段は、第１配管における流路を開放または閉鎖する。第２流路開閉手段は、第２配管における流路を開放または閉鎖する。そして、制御手段は、第２流路開閉手段を閉鎖させた状態で第１流路開閉手段を開放させることで、貯留手段の気相に分配された低沸点不純物を外部に排出する排出動作の制御を行い、第１流路開閉手段を閉鎖させた後に第２流路開閉手段を開放させることで、排出動作後の吸着手段における高沸点不純物の吸着除去動作の制御を行う。
【００２０】
本発明のアンモニア精製システムにおいて、吸着手段は、水分および炭化水素に対する吸着能を単独で有する吸着剤により、気体状のアンモニアに含まれる高沸点不純物を吸着除去するので、従来技術のように、水分に対する吸着能を有する吸着剤と、炭化水素に対する吸着能を有する吸着剤との、複数の吸着剤を用いる必要がない。そのため、気体状のアンモニアに含まれる高沸点不純物を、吸着剤の吸着能を最大限に利用して効率よく吸着除去することができる。また、本発明のアンモニア精製システムにおいて、制御手段は、第２流路開閉手段を閉鎖させた状態で第１流路開閉手段を開放させることで、貯留手段における粗アンモニアから低沸点不純物を排出除去する排出動作の制御を行う。これによって、貯留手段に形成された気相に分配された粗アンモニア中の低沸点不純物を、第１配管を介して排出することができる。また、制御手段は、第１流路開閉手段を閉鎖させた後に第２流路開閉手段を開放させることで、排出動作後の吸着手段における高沸点不純物の吸着除去動作の制御を行う。これによって、排出動作時において低沸点不純物が排出除去された後のアンモニアを、第２配管を介して吸着手段に導入することができるので、吸着手段により高沸点不純物を除去することができる。したがって、従来技術のように蒸留手段を設けなくても、簡単化されたシステムでアンモニアを精製することができる。
【００２１】
また本発明によれば、吸着手段は、貯留手段から導出された気体状のアンモニアに含まれる高沸点不純物を吸着除去する複数の吸着部であって、直列または並列に接続される複数の吸着部を有する。吸着手段が直列に接続される複数の吸着部を有する場合には、貯留手段から導出された気体状のアンモニアに含まれる高沸点不純物に対する吸着除去能力を向上することができる。また、吸着手段が並列に接続される複数の吸着部を有する場合には、貯留手段から導出された気体状のアンモニアを、並列に接続される複数の吸着部に対してそれぞれ区別した状態で導入することができるので、１つの吸着部で吸着除去している間に、使用済みの他の吸着部で再度吸着除去動作が可能なように、使用済みの他の吸着部を再生処理することができる。
【００２２】
また本発明によれば、制御手段は、第２流路開閉手段を閉鎖させた状態で、第１流路開閉手段を複数回にわたって開放および閉鎖させることで、貯留手段における粗アンモニアから低沸点不純物を排出除去する排出動作の制御を行う。これによって、貯留手段に形成された気相に分配された粗アンモニア中の低沸点不純物を、第１配管を介してより確実に排出することができるので、精製後のアンモニアの純度を高めることができる。
【００２３】
また本発明によれば、吸着手段が用いる吸着剤は、多孔質の合成ゼオライトである。これによって、貯留手段から導出された気体状のアンモニアに不純物として含まれる水分および炭化水素を、効率よく吸着除去することができる。
【００２４】
また本発明によれば、吸着手段が吸着剤として用いる合成ゼオライトが、５〜９Åの細孔径を有するものである。これによって、貯留手段から導出された気体状のアンモニアに不純物として含まれる水分および炭化水素（特に高次炭化水素）を、効率よく吸着除去することができる。
【００２５】
また本発明によれば、アンモニアの精製方法は、不純物が含まれる粗アンモニアを精製する方法であって、貯留工程と、排出工程と、導出工程と、吸着工程とを含む。貯留工程では、気相を形成するように液体状の粗アンモニアを貯留することで、粗アンモニアに含まれるアンモニアよりも沸点の低い低沸点不純物を気相に分配する。排出工程では、貯留工程において気相に分配された低沸点不純物を外部に排出する。導出工程では、排出工程において低沸点不純物を外部に排出した後の気相から気体状のアンモニアを導出する。吸着工程では、導出工程で導出された気体状のアンモニアに含まれる、アンモニアよりも沸点の高い高沸点不純物を、水分および炭化水素に対する吸着能を単独で有する吸着剤により吸着除去する。
【００２６】
本発明のアンモニアの精製方法では、貯留することで液体状の粗アンモニアから気相に分配した低沸点不純物を外部に排出し、その後、気相から気体状のアンモニアを導出する。そして、気相から導出された気体状のアンモニアに含まれる高沸点不純物を吸着除去するので、従来技術のように蒸留工程を経ることなく、簡単化された方法でアンモニアを精製することができる。また、本発明のアンモニアの精製方法において、吸着工程では、水分および炭化水素に対する吸着能を単独で有する吸着剤により、気体状のアンモニアに含まれる高沸点不純物を吸着除去するので、従来技術のように、水分に対する吸着能を有する吸着剤と、炭化水素に対する吸着能を有する吸着剤との、複数の吸着剤を用いる必要がない。そのため、気体状のアンモニアに含まれる高沸点不純物を、吸着剤の吸着能を最大限に利用して効率よく吸着除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施形態に係るアンモニア精製システム１００の構成を示す図である。
【図２】アンモニア精製システム１００の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係るアンモニア精製システム２００の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１は、本発明の第１実施形態に係るアンモニア精製システム１００の構成を示す図である。また図２は、アンモニア精製システム１００の構成を示すブロック図である。本実施形態のアンモニア精製システム１００は、不純物が含まれる液体状の粗アンモニアを精製するシステムである。液体状の粗アンモニア中には、メタン、エタン、プロパン等の低次炭化水素、さらに多くの炭素数を有する高次炭化水素、水分、および水素、窒素、酸素、アルゴン、一酸化炭素等の低沸点ガスが不純物として含まれている。すなわち、液体状の粗アンモニア中には、アンモニア（沸点−３３．４４℃）よりも沸点の低い低次炭化水素、低沸点ガスなどの低沸点不純物と、アンモニアよりも沸点の高い高次炭化水素、水分などの高沸点不純物とが含まれている。
【００２９】
アンモニア精製システム１００は、貯留手段である貯留タンク１、吸着手段２、コンデンサ３、回収タンク４、および制御手段５を含んで構成される。また、アンモニア精製システム１００は、本発明に係るアンモニアの精製方法を実現し、貯留タンク１で貯留工程を実行し、制御手段５で排出工程および導出工程を実行し、吸着手段２で吸着工程を実行する。
【００３０】
貯留タンク１は、粗アンモニアを貯留するものである。本実施形態において、貯留タンク１に貯留される粗アンモニアは、純度９９．５重量％程度である。
【００３１】
貯留タンク１は、耐圧性および耐腐食性を有する保温容器であれば特に制限されるものではない。この貯留タンク１は、粗アンモニアを液体状のアンモニアとして貯留し、温度および圧力が一定条件となるように、制御手段５の稼動条件制御部５ｂにより制御されている。具体的には、貯留タンク１は、温度が１０〜５０℃に制御され、圧力が０．５〜２．０ＭＰａに制御されている。
【００３２】
貯留タンク１が液体状の粗アンモニアを貯留した状態で、貯留タンク１の上部には気相が形成され、下部には液相が形成されている。貯留タンク１は、気相を形成するように液体状の粗アンモニアを貯留することで、粗アンモニアに含まれる低沸点不純物を気相に分配する。本実施形態では、貯留タンク１から吸着手段２にアンモニアを導出する際には、前記気相から気体状のアンモニアとして導出する。
【００３３】
貯留タンク１には、第１流路開閉手段である第１バルブ６１１が設けられた第１配管６１と、第２配管６２とが接続されている。
【００３４】
第１配管６１は、貯留タンク１の気相と外部とを連通し、気相に分配された低沸点不純物を気相から外部に排出する流路となる。また、第１配管６１に設けられた第１バルブ６１１は、第１配管６１における流路を開放または閉鎖する。また、第２配管６２は、貯留タンク１の気相から導出された気体状のアンモニアが吸着手段２に向けて流過する流路となる。
【００３５】
吸着手段２は、貯留タンク１の気相から導出された気体状のアンモニアに含まれる高沸点不純物を吸着剤により吸着除去する。本実施形態では、吸着手段２は、複数の吸着部である第１吸着塔２１、第２吸着塔２２および第３吸着塔２３を含んで構成される。
【００３６】
第１吸着塔２１、第２吸着塔２２および第３吸着塔２３に充填される吸着剤は、水分および炭化水素に対する吸着能を単独で有する。このような吸着剤としては、多孔質の合成ゼオライトを挙げることができる。合成ゼオライトの中でも、５〜９Åの細孔径を有する合成ゼオライトが好ましく、細孔径が５Åの合成ゼオライトとしてＭＳ−５Ａが挙げられ、細孔径が９Åの合成ゼオライトとしてＭＳ−１３Ｘが挙げられる。これらの中でも、細孔径が９Åの合成ゼオライトであるＭＳ−１３Ｘを吸着剤として用いるのが、特に好ましい。本実施形態で用いる吸着剤は、加熱、減圧、加熱および減圧のいずれかの処理によって、吸着した不純物（水分および炭化水素）を脱離させて再生することができる。たとえば、加熱処理によって吸着剤に吸着した不純物を脱離させる場合には、２００〜３５０℃の温度下で加熱するようにすればよい。
【００３７】
本実施形態のアンモニア精製システム１００において、第１吸着塔２１、第２吸着塔２２および第３吸着塔２３は、水分および炭化水素に対する吸着能を単独で有する吸着剤により、貯留タンク１の気相から導出された気体状のアンモニアに含まれる高沸点不純物を吸着除去するので、従来技術のように、水分に対する吸着能を有する吸着剤と、炭化水素に対する吸着能を有する吸着剤との、複数の吸着剤を用いる必要がない。そのため、気体状のアンモニアに不純物として含まれる水分および炭化水素を、吸着剤の吸着能を最大限に利用して効率よく吸着除去することができる。さらに、水分および炭化水素に対する吸着能を単独で有する吸着剤により、気体状のアンモニアに含まれる不純物を吸着除去することによって、第１吸着塔２１、第２吸着塔２２および第３吸着塔２３に供給されるアンモニアに含まれる水分と炭化水素との量比が変動する場合であっても、後述する分析手段５３による分析結果に基づいて、第１吸着塔２１、第２吸着塔２２および第３吸着塔２３の破過の管理を簡単に実施することができる。
【００３８】
また、吸着剤として用いる合成ゼオライトが５〜９Åの細孔径を有するもの、特に細孔径が９ÅのＭＳ−１３Ｘであることによって、貯留タンク１の気相から導出された気体状のアンモニアに不純物として含まれる水分および炭化水素（特に高次炭化水素）を、効率よく吸着除去することができる。
【００３９】
なお、第１吸着塔２１、第２吸着塔２２および第３吸着塔２３において、水分および炭化水素に対する吸着能を単独で有する吸着剤と、その他の吸着剤とを組合わせて用いることができるが、水分および炭化水素に対する吸着能を単独で有する吸着剤のみを用いるのが好ましい。その他の吸着剤としては、水分に対する吸着能に優れる合成ゼオライトである、ＭＳ−３Ａ（細孔径３Å）、ＭＳ−４Ａ（細孔径４Å）などを挙げることができる。
【００４０】
本実施形態のアンモニア精製システム１００において、第１吸着塔２１、第２吸着塔２２および第３吸着塔２３は、制御手段５の稼動条件制御部５ｂにより、温度が０〜６０℃に制御され、圧力が０．１〜１．０ＭＰａに制御される。第１吸着塔２１、第２吸着塔２２および第３吸着塔２３の温度が０℃未満の場合には、不純物の吸着除去時に発生する吸着熱を除去する冷却が必要となってエネルギ効率が低下するおそれがある。第１吸着塔２１、第２吸着塔２２および第３吸着塔２３の温度が６０℃を超える場合には、吸着剤による不純物の吸着能が低下するおそれがある。また、第１吸着塔２１、第２吸着塔２２および第３吸着塔２３の圧力が０．１ＭＰａ未満の場合には、吸着剤による不純物の吸着能が低下するおそれがある。第１吸着塔２１、第２吸着塔２２および第３吸着塔２３の圧力が１．０ＭＰａを超える場合には、一定圧力に維持するために多くのエネルギが必要となり、エネルギ効率が低下するおそれがある。
【００４１】
また、第１吸着塔２１、第２吸着塔２２および第３吸着塔２３における線速度（リニアベロシティ）は、単位時間あたりに気体状のアンモニアを、各吸着塔２１，２２，２３に供給する量をＮＴＰでのガス体積に換算し、各吸着塔２１，２２，２３の空塔断面積で除算して求めた値の範囲が、０．１〜５．０ｍ／秒であることが好ましい。線速度が０．１ｍ／秒未満の場合には、不純物の吸着除去に長時間を要するので好ましくなく、線速度が５．０ｍ／秒を超える場合には、不純物の吸着除去時に発生する吸着熱の除去が充分に行われずに、吸着剤による不純物の吸着能が低下するおそれがある。
【００４２】
そして、本実施形態では、貯留タンク１の気相から導出された気体状のアンモニアが流過する第２配管６２には、第２配管６２から分岐する第３配管６３、第４配管６４および第５配管６５が接続される。
【００４３】
第３配管６３は、第２配管６２から分岐して第１吸着塔２１の塔頂部に接続される。この第３配管６３には、第３配管６３における流路を開放または閉鎖する第２バルブ６３１が設けられている。第４配管６４は、第２配管６２から分岐して第２吸着塔２２の塔頂部に接続される。この第４配管６４には、第４配管６４における流路を開放または閉鎖する第３バルブ６４１が設けられている。第５配管６５は、第２配管６２から分岐して第３吸着塔２３の塔頂部に接続される。この第５配管６５には、第５配管６５における流路を開放または閉鎖する第４バルブ６５１が設けられている。なお、本実施形態では、第２バルブ６３１、第３バルブ６４１および第４バルブ６５１により、第２流路開閉手段が実現される。
【００４４】
また、第１吸着塔２１の塔底部には、第１吸着塔２１から導出された気体状のアンモニアが流過する第６配管６６が接続される。この第６配管６６には、第６配管６６における流路を開放または閉鎖する第５バルブ６６１が設けられている。第２吸着塔２２の塔底部には、第２吸着塔２２から導出された気体状のアンモニアが流過する第７配管６７が接続される。この第７配管６７には、第７配管６７における流路を開放または閉鎖する第６バルブ６７１が設けられている。第３吸着塔２３の塔底部には、第３吸着塔２３から導出された気体状のアンモニアが流過する第８配管６８が接続される。この第８配管６８には、第８配管６８における流路を開放または閉鎖する第７バルブ６８１が設けられている。
【００４５】
また、第６配管６６には、第６配管６６から分岐する第９配管６９が接続される。この第９配管６９は、第６配管６６から分岐して第４配管６４に接続され、第１吸着塔２１から導出された気体状のアンモニアを、第２吸着塔２２に導入するための流路となる。第９配管６９には、第９配管６９における流路を開放または閉鎖する第８バルブ６９１が設けられている。この第９配管６９には、第９配管６９から分岐する第１０配管７０が接続される。この第１０配管７０は、第９配管６９から分岐して第５配管６５に接続され、第１吸着塔２１から導出された気体状のアンモニアを、第３吸着塔２３に導入するための流路となる。第１０配管７０には、第１０配管７０における流路を開放または閉鎖する第９バルブ７０１が設けられている。
【００４６】
また、第７配管６７には、第７配管６７から分岐する第１１配管７１および第１２配管７２が接続される。第１１配管７１は、第７配管６７から分岐して第３配管６３に接続され、第２吸着塔２２から導出された気体状のアンモニアを、第１吸着塔２１に導入するための流路となる。第１１配管７１には、第１１配管７１における流路を開放または閉鎖する第１０バルブ７１１が設けられている。第１２配管７２は、第７配管６７から分岐して第５配管６５に接続され、第２吸着塔２２から導出された気体状のアンモニアを、第３吸着塔２３に導入するための流路となる。第１２配管７２には、第１２配管７２における流路を開放または閉鎖する第１１バルブ７２１が設けられている。
【００４７】
また、第８配管６８には、第８配管６８から分岐する第１３配管７３が接続される。この第１３配管７３は、第８配管６８から分岐して第３配管６３に接続され、第３吸着塔２３から導出された気体状のアンモニアを、第１吸着塔２１に導入するための流路となる。第１３配管７３には、第１３配管７３における流路を開放または閉鎖する第１２バルブ７３１が設けられている。この第１３配管７３には、第１３配管７３から分岐する第１４配管７４が接続される。この第１４配管７４は、第１３配管７３から分岐して第４配管６４に接続され、第３吸着塔２３から導出された気体状のアンモニアを、第２吸着塔２２に導入するための流路となる。第１４配管７４には、第１４配管７４における流路を開放または閉鎖する第１３バルブ７４１が設けられている。
【００４８】
また、第６配管６６、第７配管６７および第８配管６８において、気体状のアンモニアの流過方向下流側端部には、第１５配管７５が接続される。この第１５配管７５には、第１吸着塔２１、第２吸着塔２２および第３吸着塔２３のいずれか１つの吸着塔から導出された気体状のアンモニアが供給される。そして、第１５配管７５には、第１５配管７５から分岐して、後述のコンデンサ３および分析時回収用コンデンサ５１と連結される第１７配管７７に接続される第１６配管７６が設けられている。
【００４９】
ここで、本実施形態のアンモニア精製システム１００における制御手段５による各バルブの開閉動作の制御について説明する。本実施形態では、制御手段５は、流路開閉制御部５ａにより各バルブの開閉動作の制御を行う。
【００５０】
制御手段５の流路開閉制御部５ａは、第１バルブ６１１と、第２バルブ６３１、第３バルブ６４１、第４バルブ６５１、第５バルブ６６１、第６バルブ６７１、第７バルブ６８１、第８バルブ６９１、第９バルブ７０１、第１０バルブ７１１、第１１バルブ７２１、第１２バルブ７３１、および第１３バルブ７４１との開閉動作を制御することで、貯留タンク１の気相に分配された低沸点不純物を外部に排出する排出動作と、吸着手段２における高沸点不純物の吸着除去動作とを制御する。
【００５１】
制御手段５の流路開閉制御部５ａは、第２バルブ６３１、第３バルブ６４１および第４バルブ６５１を閉鎖させた状態で、第１バルブ６１１を開放させることで、貯留タンク１における粗アンモニアから低沸点不純物を排出除去する排出動作の制御を行う。具体的には、液体状の粗アンモニアを貯留タンク１に０．５〜３日間貯留した後、第２バルブ６３１、第３バルブ６４１および第４バルブ６５１を閉鎖させた状態で、第１バルブ６１１を１０〜３００分間開放させる。空欄部に数値を補充下さい。これによって、貯留タンク１に形成された気相に分配された粗アンモニア中の低沸点不純物を、第１配管６１を介して排出することができる。
【００５２】
また、制御手段５の流路開閉制御部５ａは、第２バルブ６３１、第３バルブ６４１および第４バルブ６５１を閉鎖させた状態で、第１バルブ６１１を複数回にわたって開放および閉鎖させることで、貯留タンク１における粗アンモニアから低沸点不純物を排出除去する排出動作の制御を行うようにすることが好ましい。例えば、第１バルブ６１１を５回にわたって開放および閉鎖させる場合には、液体状の粗アンモニアを貯留タンク１に０．５〜３日間貯留した後、第２バルブ６３１、第３バルブ６４１および第４バルブ６５１を閉鎖させた状態で、第１バルブ６１１を１０〜１２０分間開放させた後、第１バルブ６１１を閉鎖させて６０〜３００分間放置する。この第１バルブ６１１を１０〜１２０分間開放させた後に、第１バルブ６１１を閉鎖させて６０〜３００分間放置するという動作を、合計５回繰り返すようにすればよい。空欄部に数値を補充下さい。これによって、貯留タンク１に形成された気相に分配された粗アンモニア中の低沸点不純物を、第１配管６１を介してより確実に排出することができるので、精製後のアンモニアの純度を高めることができる。
【００５３】
さらに、制御手段５の流路開閉制御部５ａは、第１バルブ６１１を閉鎖させた後に、第２バルブ６３１、第３バルブ６４１および第４バルブ６５１のいずれかを開放させることで、排出動作後の吸着手段２における高沸点不純物の吸着除去動作の制御を行う。これによって、排出動作時において低沸点不純物が排出された後の貯留タンク１の気相から導出された気体状のアンモニアを、第２配管６２を介して第１吸着塔２１、第２吸着塔２２および第３吸着塔２３のいずれかに導入することができるので、高沸点不純物を除去することができる。したがって、従来技術のように蒸留手段を設けなくても、簡単化されたシステムでアンモニアを精製することができる。
【００５４】
本実施形態では、制御手段５の流路開閉制御部５ａによる吸着手段２における吸着除去動作の制御は、以下の６つの制御パターンがある。
【００５５】
第１の制御パターンは、低沸点不純物が排出された後の貯留タンク１の気相から導出された気体状のアンモニアを、第１吸着塔２１、第２吸着塔２２の順に通過させる制御パターンである。第１の制御パターンでは、流路開閉制御部５ａは、第１バルブ６１１を閉鎖させた状態で、第２バルブ６３１、第６バルブ６７１および第８バルブ６９１を開放させ、第３バルブ６４１、第４バルブ６５１、第５バルブ６６１、第７バルブ６８１、第９バルブ７０１、第１０バルブ７１１、第１１バルブ７２１、第１２バルブ７３１および第１３バルブ７４１を閉鎖させる。これによって、貯留タンク１の気相から導出されて第２配管６２を流過した気体状のアンモニアは、第３配管６３を流過して第１吸着塔２１に導入され、第１吸着塔２１から導出された気体状のアンモニアは、第６配管６６および第９配管６９を流過して第２吸着塔２２に導入され、第２吸着塔２２から導出された気体状のアンモニアは、第７配管６７を流過して第１５配管７５に供給され、この第１５配管７５からコンデンサ３および分析時回収用コンデンサ５１と連結される第１７配管７７に接続される第１６配管７６に、気体状のアンモニアが供給される。このような第１の制御パターンでは、気体状のアンモニアに含まれる高沸点不純物を、第１吸着塔２１および第２吸着塔２２で吸着除去することができるので、高沸点不純物に対する吸着除去能力を向上することができる。なお、第１の制御パターンでは、第３吸着塔２３における吸着除去動作は実行されないので、この第３吸着塔２３を再生処理することができる。
【００５６】
第２の制御パターンは、低沸点不純物が排出された後の貯留タンク１の気相から導出された気体状のアンモニアを、第１吸着塔２１、第３吸着塔２３の順に通過させる制御パターンである。第２の制御パターンでは、流路開閉制御部５ａは、第１バルブ６１１を閉鎖させた状態で、第２バルブ６３１、第７バルブ７８１および第９バルブ７０１を開放させ、第３バルブ６４１、第４バルブ６５１、第５バルブ６６１、第６バルブ６７１、第８バルブ６９１、第１０バルブ７１１、第１１バルブ７２１、第１２バルブ７３１および第１３バルブ７４１を閉鎖させる。これによって、貯留タンク１の気相から導出されて第２配管６２を流過した気体状のアンモニアは、第３配管６３を流過して第１吸着塔２１に導入され、第１吸着塔２１から導出された気体状のアンモニアは、第６配管６６、第９配管６９および第１０配管７０を流過して第３吸着塔２３に導入され、第３吸着塔２３から導出された気体状のアンモニアは、第８配管６８を流過して第１５配管７５に供給され、この第１５配管７５からコンデンサ３および分析時回収用コンデンサ５１と連結される第１７配管７７に接続される第１６配管７６に、気体状のアンモニアが供給される。このような第２の制御パターンでは、気体状のアンモニアに含まれる高沸点不純物を、第１吸着塔２１および第３吸着塔２３で吸着除去することができるので、高沸点不純物に対する吸着除去能力を向上することができる。なお、第２の制御パターンでは、第２吸着塔２２における吸着除去動作は実行されないので、この第２吸着塔２２を再生処理することができる。
【００５７】
第３の制御パターンは、低沸点不純物が排出された後の貯留タンク１の気相から導出された気体状のアンモニアを、第２吸着塔２２、第１吸着塔２１の順に通過させる制御パターンである。第３の制御パターンでは、流路開閉制御部５ａは、第１バルブ６１１を閉鎖させた状態で、第３バルブ６４１、第５バルブ６６１および第１０バルブ７１１を開放させ、第２バルブ６３１、第４バルブ６５１、第６バルブ６７１、第７バルブ６８１、第８バルブ６９１、第９バルブ７０１、第１１バルブ７２１、第１２バルブ７３１および第１３バルブ７４１を閉鎖させる。これによって、貯留タンク１の気相から導出されて第２配管６２を流過した気体状のアンモニアは、第４配管６４を流過して第２吸着塔２２に導入され、第２吸着塔２２から導出された気体状のアンモニアは、第７配管６７および第１１配管７１を流過して第１吸着塔２１に導入され、第１吸着塔２１から導出された気体状のアンモニアは、第６配管６６を流過して第１５配管７５に供給され、この第１５配管７５からコンデンサ３および分析時回収用コンデンサ５１と連結される第１７配管７７に接続される第１６配管７６に、気体状のアンモニアが供給される。このような第３の制御パターンでは、気体状のアンモニアに含まれる高沸点不純物を、第１吸着塔２１および第２吸着塔２２で吸着除去することができるので、高沸点不純物に対する吸着除去能力を向上することができる。なお、第３の制御パターンでは、第３吸着塔２３における吸着除去動作は実行されないので、この第３吸着塔２３を再生処理することができる。
【００５８】
第４の制御パターンは、低沸点不純物が排出された後の貯留タンク１の気相から導出された気体状のアンモニアを、第２吸着塔２２、第３吸着塔２３の順に通過させる接続パターンである。第４の制御パターンでは、流路開閉制御部５ａは、第１バルブ６１１を閉鎖させた状態で、第３バルブ６４１、第７バルブ６８１および第１１バルブ７２１を開放させ、第２バルブ６３１、第４バルブ６５１、第５バルブ６６１、第６バルブ６７１、第８バルブ６９１、第９バルブ７０１、第１０バルブ７１１、第１２バルブ７３１および第１３バルブ７４１を閉鎖させる。これによって、貯留タンク１の気相から導出されて第２配管６２を流過した気体状のアンモニアは、第４配管６４を流過して第２吸着塔２２に導入され、第２吸着塔２２から導出された気体状のアンモニアは、第７配管６７および第１２配管７２を流過して第３吸着塔２３に導入され、第３吸着塔２３から導出された気体状のアンモニアは、第８配管６８を流過して第１５配管７５に供給され、この第１５配管７５からコンデンサ３および分析時回収用コンデンサ５１と連結される第１７配管７７に接続される第１６配管７６に、気体状のアンモニアが供給される。このような第４の制御パターンでは、気体状のアンモニアに含まれる高沸点不純物を、第２吸着塔２２および第３吸着塔２３で吸着除去することができるので、高沸点不純物に対する吸着除去能力を向上することができる。なお、第４の制御パターンでは、第１吸着塔２１における吸着除去動作は実行されないので、この第１吸着塔２１を再生処理することができる。
【００５９】
第５の制御パターンは、低沸点不純物が排出された後の貯留タンク１の気相から導出された気体状のアンモニアを、第３吸着塔２３、第１吸着塔２１の順に通過させる接続パターンである。第５の制御パターンでは、流路開閉制御部５ａは、第１バルブ６１１を閉鎖させた状態で、第４バルブ６５１、第５バルブ６６１および第１２バルブ７３１を開放させ、第２バルブ６３１、第３バルブ６４１、第６バルブ６７１、第７バルブ６８１、第８バルブ６９１、第９バルブ７０１、第１０バルブ７１１、第１１バルブ７２１および第１３バルブ７４１を閉鎖させる。これによって、貯留タンク１の気相から導出されて第２配管６２を流過した気体状のアンモニアは、第５配管６５を流過して第３吸着塔２３に導入され、第３吸着塔２３から導出された気体状のアンモニアは、第８配管６８および第１３配管７３を流過して第１吸着塔２１に導入され、第１吸着塔２１から導出された気体状のアンモニアは、第６配管６６を流過して第１５配管７５に供給され、この第１５配管７５からコンデンサ３および分析時回収用コンデンサ５１と連結される第１７配管７７に接続される第１６配管７６に、気体状のアンモニアが供給される。このような第５の制御パターンでは、気体状のアンモニアに含まれる高沸点不純物を、第１吸着塔２１および第３吸着塔２３で吸着除去することができるので、高沸点不純物に対する吸着除去能力を向上することができる。なお、第５の制御パターンでは、第２吸着塔２２における吸着除去動作は実行されないので、この第２吸着塔２２を再生処理することができる。
【００６０】
第６の制御パターンは、低沸点不純物が排出された後の貯留タンク１の気相から導出された気体状のアンモニアを、第３吸着塔２３、第２吸着塔２２の順に通過させる制御パターンである。第６の制御パターンでは、流路開閉制御部５ａは、第１バルブ６１１を閉鎖させた状態で、第４バルブ６５１、第６バルブ６７１および第１３バルブ７４１を開放させ、第２バルブ６３１、第３バルブ６４１、第５バルブ６６１、第７バルブ６８１、第８バルブ６９１、第９バルブ７０１、第１０バルブ７１１、第１１バルブ７２１および第１２バルブ７３１を閉鎖させる。これによって、貯留タンク１の気相から導出されて第２配管６２を流過した気体状のアンモニアは、第５配管６５を流過して第３吸着塔２３に導入され、第３吸着塔２３から導出された気体状のアンモニアは、第８配管６８、第１３配管７３および第１４配管７４を流過して第２吸着塔２２に導入され、第２吸着塔２２から導出された気体状のアンモニアは、第７配管６７を流過して第１５配管７５に供給され、この第１５配管７５からコンデンサ３および分析時回収用コンデンサ５１と連結される第１７配管７７に接続される第１６配管７６に、気体状のアンモニアが供給される。このような第６の制御パターンでは、気体状のアンモニアに含まれる高沸点不純物を、第２吸着塔２２および第３吸着塔２３で吸着除去することができるので、高沸点不純物に対する吸着除去能力を向上することができる。なお、第６の制御パターンでは、第１吸着塔２１における吸着除去動作は実行されないので、この第１吸着塔２１を再生処理することができる。
【００６１】
第１吸着塔２１、第２吸着塔２２または第３吸着塔２３から導出されて第１６配管７６に供給された気体状のアンモニアは、第１７配管７７に導入される。
【００６２】
第１７配管７７は、一端部が分析時回収用コンデンサ５１を介して貯留タンク１に接続され、他端部がフィルタ５２を介してコンデンサ３に接続されている。この第１７配管７７には、第１６配管７６との接続部に対してコンデンサ３側に第１４バルブ７７１が設けられ、分析時回収用コンデンサ５１側に第１５バルブ７７２が設けられている。また、第１７配管７７には、第１４バルブ７７１と第１５バルブ７７２との間に、第１７配管７７から分岐する第１９配管７９が接続されている。この第１９配管７９には、第１６バルブ７９１が設けられ、分析手段５３が接続されている。
【００６３】
分析手段５３は、吸着手段２から導出された気体状のアンモニアに含まれる不純物の濃度を分析する。本実施形態では、分析手段５３は、キャビティリングダウン分光分析装置（ＣＲＤＳ）５３１と、ガスクロマトグラフ分析装置（ＧＣ−ＰＤＤ：パルス放電型検出器）５３２とを含む。キャビティリングダウン分光分析装置５３１としては、たとえば、ＭＴＯ−ＬＰ−Ｈ２Ｏ（Ｔｉｇｅｒ Ｏｐｔｉｃｓ社製）を挙げることができ、ガスクロマトグラフ分析装置５３２としては、たとえば、ＧＣ−４０００（ジーエルサイエンス株式会社製）を挙げることができる。本実施形態のアンモニア精製システム１００では、分析手段５３の分析結果に基づいて、吸着手段２の第１吸着塔２１、第２吸着塔２２および第３吸着塔２３の破過管理がされる。
【００６４】
制御手段５の流路開閉制御部５ａは、分析手段５３による分析時には、第１４バルブ７７１を閉鎖させた状態で、第１５バルブ７７２および第１６バルブ７９１を開放させる。これによって、吸着手段２から導出された気体状のアンモニアは、第１９配管７９を流過して分析手段５３に導入される。また、分析手段５３による分析が終了するまでの間に吸着手段２から導出された気体状のアンモニアは、第１７配管７７を流過して分析時回収用コンデンサ５１に導入されて凝縮され、貯留タンク１に戻される。なお、分析時回収用コンデンサ５１および分析手段５３の稼動条件は、制御手段５の稼動条件制御部５ｂにより制御される。
【００６５】
また、制御手段５の流路開閉制御部５ａは、分析手段５３による分析が終了し、その分析結果が、吸着手段２の第１吸着塔２１、第２吸着塔２２および第３吸着塔２３が破過していないことを示す結果である場合には、第１５バルブ７７２および第１６バルブ７９１を閉鎖させた状態で、第１４バルブ７７１を開放させる。これによって、吸着手段２から導出された気体状のアンモニアは、第１７配管７７を流過し、フィルタ５２を介してコンデンサ３に導入される。
【００６６】
フィルタ５２は、吸着手段２から導出された気体状のアンモニアに含まれる重金属を除去する。本実施形態では、フィルタ５２は、ポリプロピレン（ＰＰ）製の５μｍフィルタと、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）／ＰＰ製の０．０１μｍフィルタとが直列に接続された２層構造を有する。なお、図１では、第１７配管７７に１つのフィルタ５２を設ける構成を示したが、この構成に限定されるものではなく、複数のフィルタ５２を第１７配管７７に並列に接続するようにしてもよい。例えば、２つのフィルタ５２を第１７配管７７に並列に接続する構成とした場合、吸着手段２から導出された気体状のアンモニアに含まれる重金属を、一方のフィルタ５２でろ過分離除去している間に、使用済みの他のフィルタ５２の交換作業を行うことができる。
【００６７】
第１７配管７７を流過してフィルタ５２を通過した気体状のアンモニアは、コンデンサ３に導入される。
【００６８】
コンデンサ３は、貯留タンク１で低沸点不純物が排出除去され、吸着手段２で高沸点不純物が吸着除去され、フィルタ５２で重金属がろ過分離除去された精製後の気体状のアンモニアを凝縮して液体アンモニアとして回収する。コンデンサ３により凝縮されて回収された液体アンモニアは、第１８配管７８を介して回収タンク４に導入され、この回収タンク４に貯留される。コンデンサ３および回収タンク４における温度などの稼動条件は、制御手段５の稼動条件制御部５ｂにより制御される。
【００６９】
図３は、本発明の第２実施形態に係るアンモニア精製システム２００の構成を示す図である。本実施形態のアンモニア精製システム２００は、前述のアンモニア精製システム１００に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。アンモニア精製システム２００は、吸着手段２０１の構成が、前述の吸着手段２の構成と異なること以外は、アンモニア精製システム１００と同様である。
【００７０】
アンモニア精製システム２００に備えられる吸着手段２０１は、貯留タンク１の気相から導出された気体状のアンモニアに含まれる高沸点不純物を吸着剤により吸着除去する。本実施形態では、吸着手段２０１は、複数の吸着部である第１吸着塔２０１１、第２吸着塔２０１２、第３吸着塔２０１３および第４吸着塔２０１４を含んで構成される。
【００７１】
第１吸着塔２０１１、第２吸着塔２０１２、第３吸着塔２０１３および第４吸着塔２０１４は、前述の第１吸着塔２１と同様に構成される。具体的には、第１吸着塔２０１１、第２吸着塔２０１２、第３吸着塔２０１３および第４吸着塔２０１４には、水分および炭化水素に対する吸着能を単独で有する吸着剤が充填されている。
【００７２】
また、本実施形態のアンモニア精製システム２００において、第１吸着塔２０１１、第２吸着塔２０１２、第３吸着塔２０１３および第４吸着塔２０１４は、制御手段５の稼動条件制御部５ｂにより、温度が０〜６０℃に制御され、圧力が０．１〜１．０ＭＰａに制御される。第１吸着塔２０１１、第２吸着塔２０１２、第３吸着塔２０１３および第４吸着塔２０１４の温度が０℃未満の場合には、不純物の吸着除去時に発生する吸着熱を除去する冷却が必要となってエネルギ効率が低下するおそれがある。第１吸着塔２０１１、第２吸着塔２０１２、第３吸着塔２０１３および第４吸着塔２０１４の温度が６０℃を超える場合には、吸着剤による不純物の吸着能が低下するおそれがある。また、第１吸着塔２０１１、第２吸着塔２０１２、第３吸着塔２０１３および第４吸着塔２０１４の圧力が０．１ＭＰａ未満の場合には、吸着剤による不純物の吸着能が低下するおそれがある。第１吸着塔２０１１、第２吸着塔２０１２、第３吸着塔２０１３および第４吸着塔２０１４の圧力が１．０ＭＰａを超える場合には、一定圧力に維持するために多くのエネルギが必要となり、エネルギ効率が低下するおそれがある。
【００７３】
また、第１吸着塔２０１１、第２吸着塔２０１２、第３吸着塔２０１３および第４吸着塔２０１４における線速度（リニアベロシティ）は、単位時間あたりに気体状のアンモニアを、各吸着塔２０１１，２０１２，２０１３，２０１４に供給する量をＮＴＰでのガス体積に換算し、各吸着塔２０１１，２０１２，２０１３，２０１４の空塔断面積で除算して求めた値の範囲が、０．１〜５．０ｍ／秒であることが好ましい。線速度が０．１ｍ／秒未満の場合には、不純物の吸着除去に長時間を要するので好ましくなく、線速度が５．０ｍ／秒を超える場合には、不純物の吸着除去時に発生する吸着熱の除去が充分に行われずに、吸着剤による不純物の吸着能が低下するおそれがある。
【００７４】
そして、本実施形態では、貯留タンク１の気相から導出された気体状のアンモニアが流過する第２配管６２には、第２配管６２から分岐する第２０配管２０２および第２１配管２０３が接続される。
【００７５】
第２０配管２０２は、第２配管６２から分岐して第１吸着塔２０１１の塔頂部に接続される。この第２０配管２０２には、第２０配管２０２における流路を開放または閉鎖する第１７バルブ２０２１が設けられている。第２１配管２０３は、第２配管６２から分岐して第３吸着塔２０１３の塔頂部に接続される。この第２１配管２０３には、第２１配管２０３における流路を開放または閉鎖する第１８バルブ２０３１が設けられている。すなわち、本実施形態において第１吸着塔２０１１と第３吸着塔２０１３とは、第２配管６２に並列接続されている。
【００７６】
貯留タンク１の気相から導出された気体状のアンモニアの第１吸着塔２０１１への供給時には、制御手段５の流路開閉制御部５ａは、第１７バルブ２０２１を開放させ、第１８バルブ２０３１を閉鎖させる。これによって、貯留タンク１から第１吸着塔２０１１に向けて第２０配管２０２内を気体状のアンモニアが流過する。また、貯留タンク１の気相から導出された気体状のアンモニアの第３吸着塔２０１３への供給時には、制御手段５の流路開閉制御部５ａは、第１８バルブ２０３１を開放させ、第１７バルブ２０２１を閉鎖させる。これによって、貯留タンク１から第３吸着塔２０１３に向けて第２１配管２０３内を気体状のアンモニアが流過する。
【００７７】
このように、吸着手段２０１が、並列接続される第１吸着塔２０１１および第３吸着塔２０１３を有することによって、貯留タンク１の気相から導出された気体状のアンモニアを、並列接続される第１吸着塔２０１１および第３吸着塔２０１３に対して、それぞれ区別した状態で導入することができるので、たとえば、第１吸着塔２０１１で吸着除去している間に、使用済みの第３吸着塔２０１３で再度吸着除去動作が可能なように、使用済みの第３吸着塔２０１３を再生処理することができる。
【００７８】
第２吸着塔２０１２は、第２２配管２０４を介して第１吸着塔２０１１と直列に接続されている。すなわち、第２２配管２０４において、一端部は第１吸着塔２０１１の塔底部に接続され、他端部は第２吸着塔２０１２の塔頂部に接続されている。これによって、貯留タンク１の気相から導出され、第１吸着塔２０１１に導入された気体状のアンモニアは、第２２配管２０４を流過して第２吸着塔２０１２に導入される。このように、吸着手段２０１が、直列接続される第１吸着塔２０１１および第２吸着塔２０１２を有することによって、貯留タンク１の気相から導出された気体状のアンモニアに含まれる高沸点不純物を、第１吸着塔２０１１および第２吸着塔２０１２で吸着除去することができるので、高沸点不純物に対する吸着除去能力を向上することができる。
【００７９】
第２吸着塔２０１２から導出された気体状のアンモニアは、第２４配管２０６を流過して、第１６配管７６と接続される第２６配管２０８に供給される。第２４配管２０６には、第２４配管２０６における流路を開放または閉鎖する第１９バルブ２０６１が設けられている。第２吸着塔２０１２から導出された気体状のアンモニアの第２６配管２０８への供給時には、第１９バルブ２０６１が開放されて、第２吸着塔２０１２から第２６配管２０８に向けて第２４配管２０６内を気体状のアンモニアが流過する。
【００８０】
第４吸着塔２０１４は、第２３配管２０５を介して第３吸着塔２０１３と直列に接続されている。すなわち、第２３配管２０５において、一端部は第３吸着塔２０１３の塔底部に接続され、他端部は第４吸着塔２０１４の塔頂部に接続されている。これによって、貯留タンク１の気相から導出され、第３吸着塔２０１３に導入された気体状のアンモニアは、第２３配管２０５を流過して第４吸着塔２０１４に導入される。このように、吸着手段２０１が、直列接続される第３吸着塔２０１３および第４吸着塔２０１４を有することによって、貯留タンク１の気相から導出された気体状のアンモニアに含まれる高沸点不純物を、第３吸着塔２０１３および第４吸着塔２０１４で吸着除去することができるので、高沸点不純物に対する吸着除去能力を向上することができる。
【００８１】
第４吸着塔２０１４から導出された気体状のアンモニアは、第２５配管２０７を流過して、第１６配管７６と接続される第２６配管２０８に供給される。第２５配管２０７には、第２５配管２０７における流路を開放または閉鎖する第２０バルブ２０７１が設けられている。第４吸着塔２０１４から導出された気体状のアンモニアの第２６配管２０８への供給時には、第２０バルブ２０７１が開放されて、第４吸着塔２０１４から第２６配管２０８に向けて第２５配管２０７内を気体状のアンモニアが流過する。
【実施例】
【００８２】
以下に、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明は、かかる実施例のみに限定されるものではない。
【００８３】
＜粗アンモニア＞
貯留タンクに貯留する粗アンモニアとして、表１に示す不純物濃度を示す液体状の粗アンモニアを用いた。なお、不純物濃度は、炭化水素濃度、水素、酸素、および一酸化炭素濃度については、ガスクロマトグラフ分析装置（ＧＣ−４０００、ジーエルサイエンス株式会社製）で分析し、水分濃度については、キャビティリングダウン分光分析装置（ＭＴＯ−ＬＰ−Ｈ２Ｏ、Ｔｉｇｅｒ Ｏｐｔｉｃｓ社製）で分析した。
【００８４】
【表１】
【００８５】
（実施例１）
図１に示したアンモニア精製システム１００を用いて、粗アンモニアの精製を行った。まず、第２バルブ６３１、第３バルブ６４１および第４バルブ６５１を閉鎖させた状態で、第１バルブ６１１を、５回にわたって開放および閉鎖させることで、貯留タンク１の気相から低沸点不純物を排出させた。次に、貯留タンク１の気相から導出された気体状のアンモニアを、吸着剤として、水分および炭化水素に対する吸着能を単独で有する合成ゼオライトＭＳ−１３Ｘを充填した円筒管状の第１吸着塔（長さ５０ｃｍ、内径２ｃｍ）に、温度２５℃、圧力０．４ＭＰａ、線速度１．７Ｎｍ／ｓの条件下で通過させた。このようにして第１吸着塔を通過した後の気体状のアンモニアについて、不純物濃度を分析した。分析結果を表２に示す。
【００８６】
（実施例２）
貯留タンク１の気相から導出された気体状のアンモニアを、直列接続された第１吸着塔および第２吸着塔に通過させたこと以外は実施例１と同様にし、第１吸着塔および第２吸着塔を通過した後の気体状のアンモニアについて、不純物濃度を分析した。分析結果を表２に示す。
【００８７】
（比較例１）
第１バルブ６１１の開閉動作を行わず、第１バルブ６１１を閉鎖させた状態で維持したこと以外は、実施例１と同様にし、第１吸着塔を通過した後の気体状のアンモニアについて、不純物濃度を分析した。分析結果を表２に示す。
【００８８】
（比較例２）
第１バルブ６１１の開閉動作を行わず、第１バルブ６１１を閉鎖させた状態で維持したこと以外は、実施例２と同様にし、第１吸着塔および第２吸着塔を通過した後の気体状のアンモニアについて、不純物濃度を分析した。分析結果を表２に示す。
【００８９】
【表２】
【００９０】
表２の結果から明らかなように、貯留タンク１における第１バルブ６１１の開閉動作を行った後に、吸着塔による吸着除去動作を行った実施例１，２のアンモニアの精製方法では、メタン、エタン、プロパン、水素、酸素、一酸化炭素等の低沸点不純物、および、水分、ブタン、ペンタン、ヘキサン等の高沸点不純物の濃度が低減されている。これは、実施例１，２のアンモニアの精製方法では、第１バルブ６１１の開閉動作によって、貯留タンク１の気相から低沸点不純物を排出することができ、さらに、吸着塔によって高沸点不純物を吸着除去することができたためである。
【００９１】
これに対して、比較例１，２のアンモニアの精製方法では、水分、ブタン、ペンタン、ヘキサン等の高沸点不純物の濃度が低減されているものの、メタン、エタン、プロパン、水素、酸素、一酸化炭素等の低沸点不純物の濃度が充分に低減されていない。これは、比較例１，２のアンモニアの精製方法では、第１バルブ６１１の開閉動作を行っていないので、貯留タンク１の気相から低沸点不純物を排出除去することができなかったためである。
【符号の説明】
【００９２】
１ 貯留タンク
２，２０１ 吸着手段
３ コンデンサ
４ 回収タンク
２１，２０１１ 第１吸着塔
２２，２０１２ 第２吸着塔
２３，２０１３ 第３吸着塔
５１ 分析時回収用コンデンサ
５２ フィルタ
５３ 分析手段
６１ 第１配管
６２ 第２配管
１００，２００ アンモニア精製システム
６１１ 第１バルブ
６３１ 第２バルブ
６４１ 第３バルブ
６５１ 第４バルブ
２０１４ 第４吸着塔
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粗アンモニアを精製するアンモニア精製システムおよびアンモニアの精製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程および液晶製造工程においては、窒化物皮膜の作製などに用いる処理剤として、高純度のアンモニアが利用されている。このような高純度のアンモニアは、粗アンモニアを精製して不純物を除去することにより得られる。
【０００３】
粗アンモニア中には、メタン、エタン、プロパン等の低次炭化水素、さらに多くの炭素数を有する高次炭化水素、水分、および水素、窒素、酸素、アルゴン、一酸化炭素等の低沸点ガスが不純物として含まれており、一般的に入手可能な粗アンモニアの純度は９９．５重量％程度である。
【０００４】
半導体製造工程および液晶製造工程におけるアンモニアが用いられる工程の種類によって、アンモニア中の不純物の影響の仕方は異なるが、アンモニアの純度としては、９９．９９９９重量％以上、より好ましくは９９．９９９９９重量％以上であることが求められる。
【０００５】
粗アンモニア中に含まれる不純物を除去する方法としては、シリカゲル、合成ゼオライト、活性炭等の吸着剤を用いて不純物を吸着除去する方法、不純物を蒸留除去する方法が知られている。
【０００６】
たとえば、特許文献１には、液体状の粗アンモニアから高沸点不純物を除去する第１蒸留塔と、第１蒸留塔から導出された気体状のアンモニアに含まれる不純物（主に水分）を吸着剤により吸着除去する吸着塔と、吸着塔から導出された気体状のアンモニアから低沸点不純物を除去する第２蒸留塔とを備えるアンモニア精製システムが開示されている。また、特許文献２には、気体状の粗アンモニアに含まれる水分を酸化バリウムからなる吸着剤で吸着除去した後、蒸留することによってアンモニアを精製する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２０６４１０号公報
【特許文献２】特開２００３−１８３０２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
粗アンモニアに含まれる不純物を吸着除去する吸着剤としては、水分に対して高い吸着能を有する吸着剤と、炭化水素に対して高い吸着能を有する吸着剤とを、区別して用いるのが一般的であり、特許文献１に開示されるアンモニアを精製する技術では、合成ゼオライト３Ａからなる吸着剤により水分を吸着除去し、特許文献２に開示されるアンモニアを精製する技術では、酸化バリウムからなる吸着剤により水分を吸着除去している。
【０００９】
粗アンモニアに含まれる水分および炭化水素の不純物を吸着除去するためには、水分に対して高い吸着能を有する吸着剤が充填された吸着塔と、炭化水素に対して高い吸着能を有する吸着剤が充填された吸着塔との、複数の吸着塔を備える構成とするか、または、１つの吸着塔に複数の吸着剤を積層して充填する構成とする必要がある。
【００１０】
このような場合、粗アンモニアに不純物として含まれる水分と炭化水素との量比が変動したときには、一方の吸着剤が吸着飽和に達していないときであっても、他方の吸着剤が吸着飽和に達して破過する現象が生じる。そのため、吸着剤の吸着能を最大限に利用して、粗アンモニアに含まれる水分および炭化水素を効率的に吸着除去することができず、さらには、吸着剤の破過の管理も複雑になってしまう。
【００１１】
また、特許文献１，２に開示されるアンモニアを精製する技術では、粗アンモニアに含まれる不純物を吸着塔で吸着除去し、さらに、蒸留塔で蒸留除去してアンモニアを精製するが、蒸留塔から導出された精製後の気体状のアンモニアは、凝縮されて液体アンモニアとして回収される。すなわち、特許文献１，２に開示されるアンモニアを精製する技術では、粗アンモニアに含まれる不純物を吸着・蒸留除去し、さらに凝縮して精製された液体アンモニアを得るので、アンモニアを精製する方法として簡単化されたものであるとは言えない。
【００１２】
したがって本発明の目的は、粗アンモニアに不純物として含まれる水分および炭化水素を、吸着剤の吸着能を最大限に利用して効率よく吸着除去することができるとともに、簡単化された方法でアンモニアを精製することができるアンモニア精製システムおよびアンモニアの精製方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、不純物が含まれる粗アンモニアを精製するアンモニア精製システムであって、
気相を形成するように液体状の粗アンモニアを貯留することで、粗アンモニアに含まれるアンモニアよりも沸点の低い低沸点不純物を前記気相に分配し、前記気相から気体状のアンモニアを導出する貯留手段と、
前記貯留手段から導出された気体状のアンモニアに含まれるアンモニアよりも沸点の高い高沸点不純物を、水分および炭化水素に対する吸着能を単独で有する吸着剤により吸着除去する吸着手段と、
前記貯留手段の前記気相と外部とを連通し、前記気相に分配された低沸点不純物を外部に排出する流路となる第１配管と、
前記貯留手段と前記吸着手段とを接続し、前記貯留手段から導出された気体状のアンモニアが前記吸着手段に向けて流過する流路となる第２配管と、
前記第１配管における流路を開放または閉鎖する第１流路開閉手段と、
前記第２配管における流路を開放または閉鎖する第２流路開閉手段と、
前記第１流路開閉手段および前記第２流路開閉手段のそれぞれの開閉動作を制御することで、前記貯留手段の前記気相に分配された低沸点不純物を外部に排出する排出動作と、前記吸着手段における高沸点不純物の吸着除去動作とを制御する制御手段と、を含み、
前記制御手段は、
前記第２流路開閉手段を閉鎖させた状態で、前記第１流路開閉手段を開放させることで、前記排出動作の制御を行い、
前記第１流路開閉手段を閉鎖させた後に前記第２流路開閉手段を開放させることで、前記吸着除去動作の制御を行うことを特徴とするアンモニア精製システムである。
【００１４】
また本発明のアンモニア精製システムは、前記吸着手段が、前記貯留手段から導出された気体状のアンモニアに含まれる高沸点不純物を吸着除去する複数の吸着部であって、直列または並列に接続される複数の吸着部を有することを特徴とする。
【００１５】
また本発明のアンモニア精製システムは、前記制御手段が、前記第２流路開閉手段を閉鎖させた状態で、前記第１流路開閉手段を複数回にわたって開放および閉鎖させることで、前記排出動作の制御を行うことを特徴とする。
【００１６】
また本発明のアンモニア精製システムは、前記吸着手段が用いる前記吸着剤が、多孔質の合成ゼオライトであることを特徴とする。
【００１７】
また本発明のアンモニア精製システムは、前記合成ゼオライトが、５〜９Åの細孔径を有する合成ゼオライトであることを特徴とする。
【００１８】
また本発明は、不純物が含まれる粗アンモニアを精製する方法であって、
気相を形成するように液体状の粗アンモニアを貯留することで、粗アンモニアに含まれるアンモニアよりも沸点の低い低沸点不純物を前記気相に分配する貯留工程と、
前記貯留工程において前記気相に分配された低沸点不純物を外部に排出する排出工程と、
前記排出工程において低沸点不純物を外部に排出した後の前記気相から気体状のアンモニアを導出する導出工程と、
前記導出工程で導出された気体状のアンモニアに含まれる、アンモニアよりも沸点の高い高沸点不純物を、水分および炭化水素に対する吸着能を単独で有する吸着剤により吸着除去する吸着工程と、を含むことを特徴とするアンモニアの精製方法である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、アンモニア精製システムは、不純物が含まれる粗アンモニアを精製するシステムであって、貯留手段と、吸着手段と、第１配管と、第２配管と、第１流路開閉手段と、第２流路開閉手段と、制御手段とを含む。貯留手段は、気相を形成するように液体状の粗アンモニアを貯留することで、粗アンモニアに含まれるアンモニアよりも沸点の低い低沸点不純物を前記気相に分配し、前記気相から気体状のアンモニアを導出する。吸着手段は、貯留手段から導出された気体状のアンモニアに含まれる高沸点不純物を、水分および炭化水素に対する吸着能を単独で有する吸着剤により吸着除去する。第１配管は、貯留手段の気相と外部とを連通し、低沸点不純物を気相から外部に排出する流路となる。第２配管は、貯留手段と吸着手段とを接続し、貯留手段から導出された気体状のアンモニアが吸着手段に向けて流過する流路となる。第１流路開閉手段は、第１配管における流路を開放または閉鎖する。第２流路開閉手段は、第２配管における流路を開放または閉鎖する。そして、制御手段は、第２流路開閉手段を閉鎖させた状態で第１流路開閉手段を開放させることで、貯留手段の気相に分配された低沸点不純物を外部に排出する排出動作の制御を行い、第１流路開閉手段を閉鎖させた後に第２流路開閉手段を開放させることで、排出動作後の吸着手段における高沸点不純物の吸着除去動作の制御を行う。
【００２０】
本発明のアンモニア精製システムにおいて、吸着手段は、水分および炭化水素に対する吸着能を単独で有する吸着剤により、気体状のアンモニアに含まれる高沸点不純物を吸着除去するので、従来技術のように、水分に対する吸着能を有する吸着剤と、炭化水素に対する吸着能を有する吸着剤との、複数の吸着剤を用いる必要がない。そのため、気体状のアンモニアに含まれる高沸点不純物を、吸着剤の吸着能を最大限に利用して効率よく吸着除去することができる。また、本発明のアンモニア精製システムにおいて、制御手段は、第２流路開閉手段を閉鎖させた状態で第１流路開閉手段を開放させることで、貯留手段における粗アンモニアから低沸点不純物を排出除去する排出動作の制御を行う。これによって、貯留手段に形成された気相に分配された粗アンモニア中の低沸点不純物を、第１配管を介して排出することができる。また、制御手段は、第１流路開閉手段を閉鎖させた後に第２流路開閉手段を開放させることで、排出動作後の吸着手段における高沸点不純物の吸着除去動作の制御を行う。これによって、排出動作時において低沸点不純物が排出除去された後のアンモニアを、第２配管を介して吸着手段に導入することができるので、吸着手段により高沸点不純物を除去することができる。したがって、従来技術のように蒸留手段を設けなくても、簡単化されたシステムでアンモニアを精製することができる。
【００２１】
また本発明によれば、吸着手段は、貯留手段から導出された気体状のアンモニアに含まれる高沸点不純物を吸着除去する複数の吸着部であって、直列または並列に接続される複数の吸着部を有する。吸着手段が直列に接続される複数の吸着部を有する場合には、貯留手段から導出された気体状のアンモニアに含まれる高沸点不純物に対する吸着除去能力を向上することができる。また、吸着手段が並列に接続される複数の吸着部を有する場合には、貯留手段から導出された気体状のアンモニアを、並列に接続される複数の吸着部に対してそれぞれ区別した状態で導入することができるので、１つの吸着部で吸着除去している間に、使用済みの他の吸着部で再度吸着除去動作が可能なように、使用済みの他の吸着部を再生処理することができる。
【００２２】
また本発明によれば、制御手段は、第２流路開閉手段を閉鎖させた状態で、第１流路開閉手段を複数回にわたって開放および閉鎖させることで、貯留手段における粗アンモニアから低沸点不純物を排出除去する排出動作の制御を行う。これによって、貯留手段に形成された気相に分配された粗アンモニア中の低沸点不純物を、第１配管を介してより確実に排出することができるので、精製後のアンモニアの純度を高めることができる。
【００２３】
また本発明によれば、吸着手段が用いる吸着剤は、多孔質の合成ゼオライトである。これによって、貯留手段から導出された気体状のアンモニアに不純物として含まれる水分および炭化水素を、効率よく吸着除去することができる。
【００２４】
また本発明によれば、吸着手段が吸着剤として用いる合成ゼオライトが、５〜９Åの細孔径を有するものである。これによって、貯留手段から導出された気体状のアンモニアに不純物として含まれる水分および炭化水素（特に高次炭化水素）を、効率よく吸着除去することができる。
【００２５】
また本発明によれば、アンモニアの精製方法は、不純物が含まれる粗アンモニアを精製する方法であって、貯留工程と、排出工程と、導出工程と、吸着工程とを含む。貯留工程では、気相を形成するように液体状の粗アンモニアを貯留することで、粗アンモニアに含まれるアンモニアよりも沸点の低い低沸点不純物を気相に分配する。排出工程では、貯留工程において気相に分配された低沸点不純物を外部に排出する。導出工程では、排出工程において低沸点不純物を外部に排出した後の気相から気体状のアンモニアを導出する。吸着工程では、導出工程で導出された気体状のアンモニアに含まれる、アンモニアよりも沸点の高い高沸点不純物を、水分および炭化水素に対する吸着能を単独で有する吸着剤により吸着除去する。
【００２６】
本発明のアンモニアの精製方法では、貯留することで液体状の粗アンモニアから気相に分配した低沸点不純物を外部に排出し、その後、気相から気体状のアンモニアを導出する。そして、気相から導出された気体状のアンモニアに含まれる高沸点不純物を吸着除去するので、従来技術のように蒸留工程を経ることなく、簡単化された方法でアンモニアを精製することができる。また、本発明のアンモニアの精製方法において、吸着工程では、水分および炭化水素に対する吸着能を単独で有する吸着剤により、気体状のアンモニアに含まれる高沸点不純物を吸着除去するので、従来技術のように、水分に対する吸着能を有する吸着剤と、炭化水素に対する吸着能を有する吸着剤との、複数の吸着剤を用いる必要がない。そのため、気体状のアンモニアに含まれる高沸点不純物を、吸着剤の吸着能を最大限に利用して効率よく吸着除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施形態に係るアンモニア精製システム１００の構成を示す図である。
【図２】アンモニア精製システム１００の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係るアンモニア精製システム２００の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１は、本発明の第１実施形態に係るアンモニア精製システム１００の構成を示す図である。また図２は、アンモニア精製システム１００の構成を示すブロック図である。本実施形態のアンモニア精製システム１００は、不純物が含まれる液体状の粗アンモニアを精製するシステムである。液体状の粗アンモニア中には、メタン、エタン、プロパン等の低次炭化水素、さらに多くの炭素数を有する高次炭化水素、水分、および水素、窒素、酸素、アルゴン、一酸化炭素等の低沸点ガスが不純物として含まれている。すなわち、液体状の粗アンモニア中には、アンモニア（沸点−３３．４４℃）よりも沸点の低い低次炭化水素、低沸点ガスなどの低沸点不純物と、アンモニアよりも沸点の高い高次炭化水素、水分などの高沸点不純物とが含まれている。
【００２９】
アンモニア精製システム１００は、貯留手段である貯留タンク１、吸着手段２、コンデンサ３、回収タンク４、および制御手段５を含んで構成される。また、アンモニア精製システム１００は、本発明に係るアンモニアの精製方法を実現し、貯留タンク１で貯留工程を実行し、制御手段５で排出工程および導出工程を実行し、吸着手段２で吸着工程を実行する。
【００３０】
貯留タンク１は、粗アンモニアを貯留するものである。本実施形態において、貯留タンク１に貯留される粗アンモニアは、純度９９．５重量％程度である。
【００３１】
貯留タンク１は、耐圧性および耐腐食性を有する保温容器であれば特に制限されるものではない。この貯留タンク１は、粗アンモニアを液体状のアンモニアとして貯留し、温度および圧力が一定条件となるように、制御手段５の稼動条件制御部５ｂにより制御されている。具体的には、貯留タンク１は、温度が１０〜５０℃に制御され、圧力が０．５〜２．０ＭＰａに制御されている。
【００３２】
貯留タンク１が液体状の粗アンモニアを貯留した状態で、貯留タンク１の上部には気相が形成され、下部には液相が形成されている。貯留タンク１は、気相を形成するように液体状の粗アンモニアを貯留することで、粗アンモニアに含まれる低沸点不純物を気相に分配する。本実施形態では、貯留タンク１から吸着手段２にアンモニアを導出する際には、前記気相から気体状のアンモニアとして導出する。
【００３３】
貯留タンク１には、第１流路開閉手段である第１バルブ６１１が設けられた第１配管６１と、第２配管６２とが接続されている。
【００３４】
第１配管６１は、貯留タンク１の気相と外部とを連通し、気相に分配された低沸点不純物を気相から外部に排出する流路となる。また、第１配管６１に設けられた第１バルブ６１１は、第１配管６１における流路を開放または閉鎖する。また、第２配管６２は、貯留タンク１の気相から導出された気体状のアンモニアが吸着手段２に向けて流過する流路となる。
【００３５】
吸着手段２は、貯留タンク１の気相から導出された気体状のアンモニアに含まれる高沸点不純物を吸着剤により吸着除去する。本実施形態では、吸着手段２は、複数の吸着部である第１吸着塔２１、第２吸着塔２２および第３吸着塔２３を含んで構成される。
【００３６】
第１吸着塔２１、第２吸着塔２２および第３吸着塔２３に充填される吸着剤は、水分および炭化水素に対する吸着能を単独で有する。このような吸着剤としては、多孔質の合成ゼオライトを挙げることができる。合成ゼオライトの中でも、５〜９Åの細孔径を有する合成ゼオライトが好ましく、細孔径が５Åの合成ゼオライトとしてＭＳ−５Ａが挙げられ、細孔径が９Åの合成ゼオライトとしてＭＳ−１３Ｘが挙げられる。これらの中でも、細孔径が９Åの合成ゼオライトであるＭＳ−１３Ｘを吸着剤として用いるのが、特に好ましい。本実施形態で用いる吸着剤は、加熱、減圧、加熱および減圧のいずれかの処理によって、吸着した不純物（水分および炭化水素）を脱離させて再生することができる。たとえば、加熱処理によって吸着剤に吸着した不純物を脱離させる場合には、２００〜３５０℃の温度下で加熱するようにすればよい。
【００３７】
本実施形態のアンモニア精製システム１００において、第１吸着塔２１、第２吸着塔２２および第３吸着塔２３は、水分および炭化水素に対する吸着能を単独で有する吸着剤により、貯留タンク１の気相から導出された気体状のアンモニアに含まれる高沸点不純物を吸着除去するので、従来技術のように、水分に対する吸着能を有する吸着剤と、炭化水素に対する吸着能を有する吸着剤との、複数の吸着剤を用いる必要がない。そのため、気体状のアンモニアに不純物として含まれる水分および炭化水素を、吸着剤の吸着能を最大限に利用して効率よく吸着除去することができる。さらに、水分および炭化水素に対する吸着能を単独で有する吸着剤により、気体状のアンモニアに含まれる不純物を吸着除去することによって、第１吸着塔２１、第２吸着塔２２および第３吸着塔２３に供給されるアンモニアに含まれる水分と炭化水素との量比が変動する場合であっても、後述する分析手段５３による分析結果に基づいて、第１吸着塔２１、第２吸着塔２２および第３吸着塔２３の破過の管理を簡単に実施することができる。
【００３８】
また、吸着剤として用いる合成ゼオライトが５〜９Åの細孔径を有するもの、特に細孔径が９ÅのＭＳ−１３Ｘであることによって、貯留タンク１の気相から導出された気体状のアンモニアに不純物として含まれる水分および炭化水素（特に高次炭化水素）を、効率よく吸着除去することができる。
【００３９】
なお、第１吸着塔２１、第２吸着塔２２および第３吸着塔２３において、水分および炭化水素に対する吸着能を単独で有する吸着剤と、その他の吸着剤とを組合わせて用いることができるが、水分および炭化水素に対する吸着能を単独で有する吸着剤のみを用いるのが好ましい。その他の吸着剤としては、水分に対する吸着能に優れる合成ゼオライトである、ＭＳ−３Ａ（細孔径３Å）、ＭＳ−４Ａ（細孔径４Å）などを挙げることができる。
【００４０】
本実施形態のアンモニア精製システム１００において、第１吸着塔２１、第２吸着塔２２および第３吸着塔２３は、制御手段５の稼動条件制御部５ｂにより、温度が０〜６０℃に制御され、圧力が０．１〜１．０ＭＰａに制御される。第１吸着塔２１、第２吸着塔２２および第３吸着塔２３の温度が０℃未満の場合には、不純物の吸着除去時に発生する吸着熱を除去する冷却が必要となってエネルギ効率が低下するおそれがある。第１吸着塔２１、第２吸着塔２２および第３吸着塔２３の温度が６０℃を超える場合には、吸着剤による不純物の吸着能が低下するおそれがある。また、第１吸着塔２１、第２吸着塔２２および第３吸着塔２３の圧力が０．１ＭＰａ未満の場合には、吸着剤による不純物の吸着能が低下するおそれがある。第１吸着塔２１、第２吸着塔２２および第３吸着塔２３の圧力が１．０ＭＰａを超える場合には、一定圧力に維持するために多くのエネルギが必要となり、エネルギ効率が低下するおそれがある。
【００４１】
また、第１吸着塔２１、第２吸着塔２２および第３吸着塔２３における線速度（リニアベロシティ）は、単位時間あたりに気体状のアンモニアを、各吸着塔２１，２２，２３に供給する量をＮＴＰでのガス体積に換算し、各吸着塔２１，２２，２３の空塔断面積で除算して求めた値の範囲が、０．１〜５．０ｍ／秒であることが好ましい。線速度が０．１ｍ／秒未満の場合には、不純物の吸着除去に長時間を要するので好ましくなく、線速度が５．０ｍ／秒を超える場合には、不純物の吸着除去時に発生する吸着熱の除去が充分に行われずに、吸着剤による不純物の吸着能が低下するおそれがある。
【００４２】
そして、本実施形態では、貯留タンク１の気相から導出された気体状のアンモニアが流過する第２配管６２には、第２配管６２から分岐する第３配管６３、第４配管６４および第５配管６５が接続される。
【００４３】
第３配管６３は、第２配管６２から分岐して第１吸着塔２１の塔頂部に接続される。この第３配管６３には、第３配管６３における流路を開放または閉鎖する第２バルブ６３１が設けられている。第４配管６４は、第２配管６２から分岐して第２吸着塔２２の塔頂部に接続される。この第４配管６４には、第４配管６４における流路を開放または閉鎖する第３バルブ６４１が設けられている。第５配管６５は、第２配管６２から分岐して第３吸着塔２３の塔頂部に接続される。この第５配管６５には、第５配管６５における流路を開放または閉鎖する第４バルブ６５１が設けられている。なお、本実施形態では、第２バルブ６３１、第３バルブ６４１および第４バルブ６５１により、第２流路開閉手段が実現される。
【００４４】
また、第１吸着塔２１の塔底部には、第１吸着塔２１から導出された気体状のアンモニアが流過する第６配管６６が接続される。この第６配管６６には、第６配管６６における流路を開放または閉鎖する第５バルブ６６１が設けられている。第２吸着塔２２の塔底部には、第２吸着塔２２から導出された気体状のアンモニアが流過する第７配管６７が接続される。この第７配管６７には、第７配管６７における流路を開放または閉鎖する第６バルブ６７１が設けられている。第３吸着塔２３の塔底部には、第３吸着塔２３から導出された気体状のアンモニアが流過する第８配管６８が接続される。この第８配管６８には、第８配管６８における流路を開放または閉鎖する第７バルブ６８１が設けられている。
【００４５】
また、第６配管６６には、第６配管６６から分岐する第９配管６９が接続される。この第９配管６９は、第６配管６６から分岐して第４配管６４に接続され、第１吸着塔２１から導出された気体状のアンモニアを、第２吸着塔２２に導入するための流路となる。第９配管６９には、第９配管６９における流路を開放または閉鎖する第８バルブ６９１が設けられている。この第９配管６９には、第９配管６９から分岐する第１０配管７０が接続される。この第１０配管７０は、第９配管６９から分岐して第５配管６５に接続され、第１吸着塔２１から導出された気体状のアンモニアを、第３吸着塔２３に導入するための流路となる。第１０配管７０には、第１０配管７０における流路を開放または閉鎖する第９バルブ７０１が設けられている。
【００４６】
また、第７配管６７には、第７配管６７から分岐する第１１配管７１および第１２配管７２が接続される。第１１配管７１は、第７配管６７から分岐して第３配管６３に接続され、第２吸着塔２２から導出された気体状のアンモニアを、第１吸着塔２１に導入するための流路となる。第１１配管７１には、第１１配管７１における流路を開放または閉鎖する第１０バルブ７１１が設けられている。第１２配管７２は、第７配管６７から分岐して第５配管６５に接続され、第２吸着塔２２から導出された気体状のアンモニアを、第３吸着塔２３に導入するための流路となる。第１２配管７２には、第１２配管７２における流路を開放または閉鎖する第１１バルブ７２１が設けられている。
【００４７】
また、第８配管６８には、第８配管６８から分岐する第１３配管７３が接続される。この第１３配管７３は、第８配管６８から分岐して第３配管６３に接続され、第３吸着塔２３から導出された気体状のアンモニアを、第１吸着塔２１に導入するための流路となる。第１３配管７３には、第１３配管７３における流路を開放または閉鎖する第１２バルブ７３１が設けられている。この第１３配管７３には、第１３配管７３から分岐する第１４配管７４が接続される。この第１４配管７４は、第１３配管７３から分岐して第４配管６４に接続され、第３吸着塔２３から導出された気体状のアンモニアを、第２吸着塔２２に導入するための流路となる。第１４配管７４には、第１４配管７４における流路を開放または閉鎖する第１３バルブ７４１が設けられている。
【００４８】
また、第６配管６６、第７配管６７および第８配管６８において、気体状のアンモニアの流過方向下流側端部には、第１５配管７５が接続される。この第１５配管７５には、第１吸着塔２１、第２吸着塔２２および第３吸着塔２３のいずれか１つの吸着塔から導出された気体状のアンモニアが供給される。そして、第１５配管７５には、第１５配管７５から分岐して、後述のコンデンサ３および分析時回収用コンデンサ５１と連結される第１７配管７７に接続される第１６配管７６が設けられている。
【００４９】
ここで、本実施形態のアンモニア精製システム１００における制御手段５による各バルブの開閉動作の制御について説明する。本実施形態では、制御手段５は、流路開閉制御部５ａにより各バルブの開閉動作の制御を行う。
【００５０】
制御手段５の流路開閉制御部５ａは、第１バルブ６１１と、第２バルブ６３１、第３バルブ６４１、第４バルブ６５１、第５バルブ６６１、第６バルブ６７１、第７バルブ６８１、第８バルブ６９１、第９バルブ７０１、第１０バルブ７１１、第１１バルブ７２１、第１２バルブ７３１、および第１３バルブ７４１との開閉動作を制御することで、貯留タンク１の気相に分配された低沸点不純物を外部に排出する排出動作と、吸着手段２における高沸点不純物の吸着除去動作とを制御する。
【００５１】
制御手段５の流路開閉制御部５ａは、第２バルブ６３１、第３バルブ６４１および第４バルブ６５１を閉鎖させた状態で、第１バルブ６１１を開放させることで、貯留タンク１における粗アンモニアから低沸点不純物を排出除去する排出動作の制御を行う。具体的には、液体状の粗アンモニアを貯留タンク１に０．５〜３日間貯留した後、第２バルブ６３１、第３バルブ６４１および第４バルブ６５１を閉鎖させた状態で、第１バルブ６１１を１０〜３００分間開放させる。空欄部に数値を補充下さい。これによって、貯留タンク１に形成された気相に分配された粗アンモニア中の低沸点不純物を、第１配管６１を介して排出することができる。
【００５２】
また、制御手段５の流路開閉制御部５ａは、第２バルブ６３１、第３バルブ６４１および第４バルブ６５１を閉鎖させた状態で、第１バルブ６１１を複数回にわたって開放および閉鎖させることで、貯留タンク１における粗アンモニアから低沸点不純物を排出除去する排出動作の制御を行うようにすることが好ましい。例えば、第１バルブ６１１を５回にわたって開放および閉鎖させる場合には、液体状の粗アンモニアを貯留タンク１に０．５〜３日間貯留した後、第２バルブ６３１、第３バルブ６４１および第４バルブ６５１を閉鎖させた状態で、第１バルブ６１１を１０〜１２０分間開放させた後、第１バルブ６１１を閉鎖させて６０〜３００分間放置する。この第１バルブ６１１を１０〜１２０分間開放させた後に、第１バルブ６１１を閉鎖させて６０〜３００分間放置するという動作を、合計５回繰り返すようにすればよい。空欄部に数値を補充下さい。これによって、貯留タンク１に形成された気相に分配された粗アンモニア中の低沸点不純物を、第１配管６１を介してより確実に排出することができるので、精製後のアンモニアの純度を高めることができる。
【００５３】
さらに、制御手段５の流路開閉制御部５ａは、第１バルブ６１１を閉鎖させた後に、第２バルブ６３１、第３バルブ６４１および第４バルブ６５１のいずれかを開放させることで、排出動作後の吸着手段２における高沸点不純物の吸着除去動作の制御を行う。これによって、排出動作時において低沸点不純物が排出された後の貯留タンク１の気相から導出された気体状のアンモニアを、第２配管６２を介して第１吸着塔２１、第２吸着塔２２および第３吸着塔２３のいずれかに導入することができるので、高沸点不純物を除去することができる。したがって、従来技術のように蒸留手段を設けなくても、簡単化されたシステムでアンモニアを精製することができる。
【００５４】
本実施形態では、制御手段５の流路開閉制御部５ａによる吸着手段２における吸着除去動作の制御は、以下の６つの制御パターンがある。
【００５５】
第１の制御パターンは、低沸点不純物が排出された後の貯留タンク１の気相から導出された気体状のアンモニアを、第１吸着塔２１、第２吸着塔２２の順に通過させる制御パターンである。第１の制御パターンでは、流路開閉制御部５ａは、第１バルブ６１１を閉鎖させた状態で、第２バルブ６３１、第６バルブ６７１および第８バルブ６９１を開放させ、第３バルブ６４１、第４バルブ６５１、第５バルブ６６１、第７バルブ６８１、第９バルブ７０１、第１０バルブ７１１、第１１バルブ７２１、第１２バルブ７３１および第１３バルブ７４１を閉鎖させる。これによって、貯留タンク１の気相から導出されて第２配管６２を流過した気体状のアンモニアは、第３配管６３を流過して第１吸着塔２１に導入され、第１吸着塔２１から導出された気体状のアンモニアは、第６配管６６および第９配管６９を流過して第２吸着塔２２に導入され、第２吸着塔２２から導出された気体状のアンモニアは、第７配管６７を流過して第１５配管７５に供給され、この第１５配管７５からコンデンサ３および分析時回収用コンデンサ５１と連結される第１７配管７７に接続される第１６配管７６に、気体状のアンモニアが供給される。このような第１の制御パターンでは、気体状のアンモニアに含まれる高沸点不純物を、第１吸着塔２１および第２吸着塔２２で吸着除去することができるので、高沸点不純物に対する吸着除去能力を向上することができる。なお、第１の制御パターンでは、第３吸着塔２３における吸着除去動作は実行されないので、この第３吸着塔２３を再生処理することができる。
【００５６】
第２の制御パターンは、低沸点不純物が排出された後の貯留タンク１の気相から導出された気体状のアンモニアを、第１吸着塔２１、第３吸着塔２３の順に通過させる制御パターンである。第２の制御パターンでは、流路開閉制御部５ａは、第１バルブ６１１を閉鎖させた状態で、第２バルブ６３１、第７バルブ７８１および第９バルブ７０１を開放させ、第３バルブ６４１、第４バルブ６５１、第５バルブ６６１、第６バルブ６７１、第８バルブ６９１、第１０バルブ７１１、第１１バルブ７２１、第１２バルブ７３１および第１３バルブ７４１を閉鎖させる。これによって、貯留タンク１の気相から導出されて第２配管６２を流過した気体状のアンモニアは、第３配管６３を流過して第１吸着塔２１に導入され、第１吸着塔２１から導出された気体状のアンモニアは、第６配管６６、第９配管６９および第１０配管７０を流過して第３吸着塔２３に導入され、第３吸着塔２３から導出された気体状のアンモニアは、第８配管６８を流過して第１５配管７５に供給され、この第１５配管７５からコンデンサ３および分析時回収用コンデンサ５１と連結される第１７配管７７に接続される第１６配管７６に、気体状のアンモニアが供給される。このような第２の制御パターンでは、気体状のアンモニアに含まれる高沸点不純物を、第１吸着塔２１および第３吸着塔２３で吸着除去することができるので、高沸点不純物に対する吸着除去能力を向上することができる。なお、第２の制御パターンでは、第２吸着塔２２における吸着除去動作は実行されないので、この第２吸着塔２２を再生処理することができる。
【００５７】
第３の制御パターンは、低沸点不純物が排出された後の貯留タンク１の気相から導出された気体状のアンモニアを、第２吸着塔２２、第１吸着塔２１の順に通過させる制御パターンである。第３の制御パターンでは、流路開閉制御部５ａは、第１バルブ６１１を閉鎖させた状態で、第３バルブ６４１、第５バルブ６６１および第１０バルブ７１１を開放させ、第２バルブ６３１、第４バルブ６５１、第６バルブ６７１、第７バルブ６８１、第８バルブ６９１、第９バルブ７０１、第１１バルブ７２１、第１２バルブ７３１および第１３バルブ７４１を閉鎖させる。これによって、貯留タンク１の気相から導出されて第２配管６２を流過した気体状のアンモニアは、第４配管６４を流過して第２吸着塔２２に導入され、第２吸着塔２２から導出された気体状のアンモニアは、第７配管６７および第１１配管７１を流過して第１吸着塔２１に導入され、第１吸着塔２１から導出された気体状のアンモニアは、第６配管６６を流過して第１５配管７５に供給され、この第１５配管７５からコンデンサ３および分析時回収用コンデンサ５１と連結される第１７配管７７に接続される第１６配管７６に、気体状のアンモニアが供給される。このような第３の制御パターンでは、気体状のアンモニアに含まれる高沸点不純物を、第１吸着塔２１および第２吸着塔２２で吸着除去することができるので、高沸点不純物に対する吸着除去能力を向上することができる。なお、第３の制御パターンでは、第３吸着塔２３における吸着除去動作は実行されないので、この第３吸着塔２３を再生処理することができる。
【００５８】
第４の制御パターンは、低沸点不純物が排出された後の貯留タンク１の気相から導出された気体状のアンモニアを、第２吸着塔２２、第３吸着塔２３の順に通過させる接続パターンである。第４の制御パターンでは、流路開閉制御部５ａは、第１バルブ６１１を閉鎖させた状態で、第３バルブ６４１、第７バルブ６８１および第１１バルブ７２１を開放させ、第２バルブ６３１、第４バルブ６５１、第５バルブ６６１、第６バルブ６７１、第８バルブ６９１、第９バルブ７０１、第１０バルブ７１１、第１２バルブ７３１および第１３バルブ７４１を閉鎖させる。これによって、貯留タンク１の気相から導出されて第２配管６２を流過した気体状のアンモニアは、第４配管６４を流過して第２吸着塔２２に導入され、第２吸着塔２２から導出された気体状のアンモニアは、第７配管６７および第１２配管７２を流過して第３吸着塔２３に導入され、第３吸着塔２３から導出された気体状のアンモニアは、第８配管６８を流過して第１５配管７５に供給され、この第１５配管７５からコンデンサ３および分析時回収用コンデンサ５１と連結される第１７配管７７に接続される第１６配管７６に、気体状のアンモニアが供給される。このような第４の制御パターンでは、気体状のアンモニアに含まれる高沸点不純物を、第２吸着塔２２および第３吸着塔２３で吸着除去することができるので、高沸点不純物に対する吸着除去能力を向上することができる。なお、第４の制御パターンでは、第１吸着塔２１における吸着除去動作は実行されないので、この第１吸着塔２１を再生処理することができる。
【００５９】
第５の制御パターンは、低沸点不純物が排出された後の貯留タンク１の気相から導出された気体状のアンモニアを、第３吸着塔２３、第１吸着塔２１の順に通過させる接続パターンである。第５の制御パターンでは、流路開閉制御部５ａは、第１バルブ６１１を閉鎖させた状態で、第４バルブ６５１、第５バルブ６６１および第１２バルブ７３１を開放させ、第２バルブ６３１、第３バルブ６４１、第６バルブ６７１、第７バルブ６８１、第８バルブ６９１、第９バルブ７０１、第１０バルブ７１１、第１１バルブ７２１および第１３バルブ７４１を閉鎖させる。これによって、貯留タンク１の気相から導出されて第２配管６２を流過した気体状のアンモニアは、第５配管６５を流過して第３吸着塔２３に導入され、第３吸着塔２３から導出された気体状のアンモニアは、第８配管６８および第１３配管７３を流過して第１吸着塔２１に導入され、第１吸着塔２１から導出された気体状のアンモニアは、第６配管６６を流過して第１５配管７５に供給され、この第１５配管７５からコンデンサ３および分析時回収用コンデンサ５１と連結される第１７配管７７に接続される第１６配管７６に、気体状のアンモニアが供給される。このような第５の制御パターンでは、気体状のアンモニアに含まれる高沸点不純物を、第１吸着塔２１および第３吸着塔２３で吸着除去することができるので、高沸点不純物に対する吸着除去能力を向上することができる。なお、第５の制御パターンでは、第２吸着塔２２における吸着除去動作は実行されないので、この第２吸着塔２２を再生処理することができる。
【００６０】
第６の制御パターンは、低沸点不純物が排出された後の貯留タンク１の気相から導出された気体状のアンモニアを、第３吸着塔２３、第２吸着塔２２の順に通過させる制御パターンである。第６の制御パターンでは、流路開閉制御部５ａは、第１バルブ６１１を閉鎖させた状態で、第４バルブ６５１、第６バルブ６７１および第１３バルブ７４１を開放させ、第２バルブ６３１、第３バルブ６４１、第５バルブ６６１、第７バルブ６８１、第８バルブ６９１、第９バルブ７０１、第１０バルブ７１１、第１１バルブ７２１および第１２バルブ７３１を閉鎖させる。これによって、貯留タンク１の気相から導出されて第２配管６２を流過した気体状のアンモニアは、第５配管６５を流過して第３吸着塔２３に導入され、第３吸着塔２３から導出された気体状のアンモニアは、第８配管６８、第１３配管７３および第１４配管７４を流過して第２吸着塔２２に導入され、第２吸着塔２２から導出された気体状のアンモニアは、第７配管６７を流過して第１５配管７５に供給され、この第１５配管７５からコンデンサ３および分析時回収用コンデンサ５１と連結される第１７配管７７に接続される第１６配管７６に、気体状のアンモニアが供給される。このような第６の制御パターンでは、気体状のアンモニアに含まれる高沸点不純物を、第２吸着塔２２および第３吸着塔２３で吸着除去することができるので、高沸点不純物に対する吸着除去能力を向上することができる。なお、第６の制御パターンでは、第１吸着塔２１における吸着除去動作は実行されないので、この第１吸着塔２１を再生処理することができる。
【００６１】
第１吸着塔２１、第２吸着塔２２または第３吸着塔２３から導出されて第１６配管７６に供給された気体状のアンモニアは、第１７配管７７に導入される。
【００６２】
第１７配管７７は、一端部が分析時回収用コンデンサ５１を介して貯留タンク１に接続され、他端部がフィルタ５２を介してコンデンサ３に接続されている。この第１７配管７７には、第１６配管７６との接続部に対してコンデンサ３側に第１４バルブ７７１が設けられ、分析時回収用コンデンサ５１側に第１５バルブ７７２が設けられている。また、第１７配管７７には、第１４バルブ７７１と第１５バルブ７７２との間に、第１７配管７７から分岐する第１９配管７９が接続されている。この第１９配管７９には、第１６バルブ７９１が設けられ、分析手段５３が接続されている。
【００６３】
分析手段５３は、吸着手段２から導出された気体状のアンモニアに含まれる不純物の濃度を分析する。本実施形態では、分析手段５３は、キャビティリングダウン分光分析装置（ＣＲＤＳ）５３１と、ガスクロマトグラフ分析装置（ＧＣ−ＰＤＤ：パルス放電型検出器）５３２とを含む。キャビティリングダウン分光分析装置５３１としては、たとえば、ＭＴＯ−ＬＰ−Ｈ２Ｏ（Ｔｉｇｅｒ Ｏｐｔｉｃｓ社製）を挙げることができ、ガスクロマトグラフ分析装置５３２としては、たとえば、ＧＣ−４０００（ジーエルサイエンス株式会社製）を挙げることができる。本実施形態のアンモニア精製システム１００では、分析手段５３の分析結果に基づいて、吸着手段２の第１吸着塔２１、第２吸着塔２２および第３吸着塔２３の破過管理がされる。
【００６４】
制御手段５の流路開閉制御部５ａは、分析手段５３による分析時には、第１４バルブ７７１を閉鎖させた状態で、第１５バルブ７７２および第１６バルブ７９１を開放させる。これによって、吸着手段２から導出された気体状のアンモニアは、第１９配管７９を流過して分析手段５３に導入される。また、分析手段５３による分析が終了するまでの間に吸着手段２から導出された気体状のアンモニアは、第１７配管７７を流過して分析時回収用コンデンサ５１に導入されて凝縮され、貯留タンク１に戻される。なお、分析時回収用コンデンサ５１および分析手段５３の稼動条件は、制御手段５の稼動条件制御部５ｂにより制御される。
【００６５】
また、制御手段５の流路開閉制御部５ａは、分析手段５３による分析が終了し、その分析結果が、吸着手段２の第１吸着塔２１、第２吸着塔２２および第３吸着塔２３が破過していないことを示す結果である場合には、第１５バルブ７７２および第１６バルブ７９１を閉鎖させた状態で、第１４バルブ７７１を開放させる。これによって、吸着手段２から導出された気体状のアンモニアは、第１７配管７７を流過し、フィルタ５２を介してコンデンサ３に導入される。
【００６６】
フィルタ５２は、吸着手段２から導出された気体状のアンモニアに含まれる重金属を除去する。本実施形態では、フィルタ５２は、ポリプロピレン（ＰＰ）製の５μｍフィルタと、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）／ＰＰ製の０．０１μｍフィルタとが直列に接続された２層構造を有する。なお、図１では、第１７配管７７に１つのフィルタ５２を設ける構成を示したが、この構成に限定されるものではなく、複数のフィルタ５２を第１７配管７７に並列に接続するようにしてもよい。例えば、２つのフィルタ５２を第１７配管７７に並列に接続する構成とした場合、吸着手段２から導出された気体状のアンモニアに含まれる重金属を、一方のフィルタ５２でろ過分離除去している間に、使用済みの他のフィルタ５２の交換作業を行うことができる。
【００６７】
第１７配管７７を流過してフィルタ５２を通過した気体状のアンモニアは、コンデンサ３に導入される。
【００６８】
コンデンサ３は、貯留タンク１で低沸点不純物が排出除去され、吸着手段２で高沸点不純物が吸着除去され、フィルタ５２で重金属がろ過分離除去された精製後の気体状のアンモニアを凝縮して液体アンモニアとして回収する。コンデンサ３により凝縮されて回収された液体アンモニアは、第１８配管７８を介して回収タンク４に導入され、この回収タンク４に貯留される。コンデンサ３および回収タンク４における温度などの稼動条件は、制御手段５の稼動条件制御部５ｂにより制御される。
【００６９】
図３は、本発明の第２実施形態に係るアンモニア精製システム２００の構成を示す図である。本実施形態のアンモニア精製システム２００は、前述のアンモニア精製システム１００に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。アンモニア精製システム２００は、吸着手段２０１の構成が、前述の吸着手段２の構成と異なること以外は、アンモニア精製システム１００と同様である。
【００７０】
アンモニア精製システム２００に備えられる吸着手段２０１は、貯留タンク１の気相から導出された気体状のアンモニアに含まれる高沸点不純物を吸着剤により吸着除去する。本実施形態では、吸着手段２０１は、複数の吸着部である第１吸着塔２０１１、第２吸着塔２０１２、第３吸着塔２０１３および第４吸着塔２０１４を含んで構成される。
【００７１】
第１吸着塔２０１１、第２吸着塔２０１２、第３吸着塔２０１３および第４吸着塔２０１４は、前述の第１吸着塔２１と同様に構成される。具体的には、第１吸着塔２０１１、第２吸着塔２０１２、第３吸着塔２０１３および第４吸着塔２０１４には、水分および炭化水素に対する吸着能を単独で有する吸着剤が充填されている。
【００７２】
また、本実施形態のアンモニア精製システム２００において、第１吸着塔２０１１、第２吸着塔２０１２、第３吸着塔２０１３および第４吸着塔２０１４は、制御手段５の稼動条件制御部５ｂにより、温度が０〜６０℃に制御され、圧力が０．１〜１．０ＭＰａに制御される。第１吸着塔２０１１、第２吸着塔２０１２、第３吸着塔２０１３および第４吸着塔２０１４の温度が０℃未満の場合には、不純物の吸着除去時に発生する吸着熱を除去する冷却が必要となってエネルギ効率が低下するおそれがある。第１吸着塔２０１１、第２吸着塔２０１２、第３吸着塔２０１３および第４吸着塔２０１４の温度が６０℃を超える場合には、吸着剤による不純物の吸着能が低下するおそれがある。また、第１吸着塔２０１１、第２吸着塔２０１２、第３吸着塔２０１３および第４吸着塔２０１４の圧力が０．１ＭＰａ未満の場合には、吸着剤による不純物の吸着能が低下するおそれがある。第１吸着塔２０１１、第２吸着塔２０１２、第３吸着塔２０１３および第４吸着塔２０１４の圧力が１．０ＭＰａを超える場合には、一定圧力に維持するために多くのエネルギが必要となり、エネルギ効率が低下するおそれがある。
【００７３】
また、第１吸着塔２０１１、第２吸着塔２０１２、第３吸着塔２０１３および第４吸着塔２０１４における線速度（リニアベロシティ）は、単位時間あたりに気体状のアンモニアを、各吸着塔２０１１，２０１２，２０１３，２０１４に供給する量をＮＴＰでのガス体積に換算し、各吸着塔２０１１，２０１２，２０１３，２０１４の空塔断面積で除算して求めた値の範囲が、０．１〜５．０ｍ／秒であることが好ましい。線速度が０．１ｍ／秒未満の場合には、不純物の吸着除去に長時間を要するので好ましくなく、線速度が５．０ｍ／秒を超える場合には、不純物の吸着除去時に発生する吸着熱の除去が充分に行われずに、吸着剤による不純物の吸着能が低下するおそれがある。
【００７４】
そして、本実施形態では、貯留タンク１の気相から導出された気体状のアンモニアが流過する第２配管６２には、第２配管６２から分岐する第２０配管２０２および第２１配管２０３が接続される。
【００７５】
第２０配管２０２は、第２配管６２から分岐して第１吸着塔２０１１の塔頂部に接続される。この第２０配管２０２には、第２０配管２０２における流路を開放または閉鎖する第１７バルブ２０２１が設けられている。第２１配管２０３は、第２配管６２から分岐して第３吸着塔２０１３の塔頂部に接続される。この第２１配管２０３には、第２１配管２０３における流路を開放または閉鎖する第１８バルブ２０３１が設けられている。すなわち、本実施形態において第１吸着塔２０１１と第３吸着塔２０１３とは、第２配管６２に並列接続されている。
【００７６】
貯留タンク１の気相から導出された気体状のアンモニアの第１吸着塔２０１１への供給時には、制御手段５の流路開閉制御部５ａは、第１７バルブ２０２１を開放させ、第１８バルブ２０３１を閉鎖させる。これによって、貯留タンク１から第１吸着塔２０１１に向けて第２０配管２０２内を気体状のアンモニアが流過する。また、貯留タンク１の気相から導出された気体状のアンモニアの第３吸着塔２０１３への供給時には、制御手段５の流路開閉制御部５ａは、第１８バルブ２０３１を開放させ、第１７バルブ２０２１を閉鎖させる。これによって、貯留タンク１から第３吸着塔２０１３に向けて第２１配管２０３内を気体状のアンモニアが流過する。
【００７７】
このように、吸着手段２０１が、並列接続される第１吸着塔２０１１および第３吸着塔２０１３を有することによって、貯留タンク１の気相から導出された気体状のアンモニアを、並列接続される第１吸着塔２０１１および第３吸着塔２０１３に対して、それぞれ区別した状態で導入することができるので、たとえば、第１吸着塔２０１１で吸着除去している間に、使用済みの第３吸着塔２０１３で再度吸着除去動作が可能なように、使用済みの第３吸着塔２０１３を再生処理することができる。
【００７８】
第２吸着塔２０１２は、第２２配管２０４を介して第１吸着塔２０１１と直列に接続されている。すなわち、第２２配管２０４において、一端部は第１吸着塔２０１１の塔底部に接続され、他端部は第２吸着塔２０１２の塔頂部に接続されている。これによって、貯留タンク１の気相から導出され、第１吸着塔２０１１に導入された気体状のアンモニアは、第２２配管２０４を流過して第２吸着塔２０１２に導入される。このように、吸着手段２０１が、直列接続される第１吸着塔２０１１および第２吸着塔２０１２を有することによって、貯留タンク１の気相から導出された気体状のアンモニアに含まれる高沸点不純物を、第１吸着塔２０１１および第２吸着塔２０１２で吸着除去することができるので、高沸点不純物に対する吸着除去能力を向上することができる。
【００７９】
第２吸着塔２０１２から導出された気体状のアンモニアは、第２４配管２０６を流過して、第１６配管７６と接続される第２６配管２０８に供給される。第２４配管２０６には、第２４配管２０６における流路を開放または閉鎖する第１９バルブ２０６１が設けられている。第２吸着塔２０１２から導出された気体状のアンモニアの第２６配管２０８への供給時には、第１９バルブ２０６１が開放されて、第２吸着塔２０１２から第２６配管２０８に向けて第２４配管２０６内を気体状のアンモニアが流過する。
【００８０】
第４吸着塔２０１４は、第２３配管２０５を介して第３吸着塔２０１３と直列に接続されている。すなわち、第２３配管２０５において、一端部は第３吸着塔２０１３の塔底部に接続され、他端部は第４吸着塔２０１４の塔頂部に接続されている。これによって、貯留タンク１の気相から導出され、第３吸着塔２０１３に導入された気体状のアンモニアは、第２３配管２０５を流過して第４吸着塔２０１４に導入される。このように、吸着手段２０１が、直列接続される第３吸着塔２０１３および第４吸着塔２０１４を有することによって、貯留タンク１の気相から導出された気体状のアンモニアに含まれる高沸点不純物を、第３吸着塔２０１３および第４吸着塔２０１４で吸着除去することができるので、高沸点不純物に対する吸着除去能力を向上することができる。
【００８１】
第４吸着塔２０１４から導出された気体状のアンモニアは、第２５配管２０７を流過して、第１６配管７６と接続される第２６配管２０８に供給される。第２５配管２０７には、第２５配管２０７における流路を開放または閉鎖する第２０バルブ２０７１が設けられている。第４吸着塔２０１４から導出された気体状のアンモニアの第２６配管２０８への供給時には、第２０バルブ２０７１が開放されて、第４吸着塔２０１４から第２６配管２０８に向けて第２５配管２０７内を気体状のアンモニアが流過する。
【実施例】
【００８２】
以下に、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明は、かかる実施例のみに限定されるものではない。
【００８３】
＜粗アンモニア＞
貯留タンクに貯留する粗アンモニアとして、表１に示す不純物濃度を示す液体状の粗アンモニアを用いた。なお、不純物濃度は、炭化水素濃度、水素、酸素、および一酸化炭素濃度については、ガスクロマトグラフ分析装置（ＧＣ−４０００、ジーエルサイエンス株式会社製）で分析し、水分濃度については、キャビティリングダウン分光分析装置（ＭＴＯ−ＬＰ−Ｈ２Ｏ、Ｔｉｇｅｒ Ｏｐｔｉｃｓ社製）で分析した。
【００８４】
【表１】
【００８５】
（実施例１）
図１に示したアンモニア精製システム１００を用いて、粗アンモニアの精製を行った。まず、第２バルブ６３１、第３バルブ６４１および第４バルブ６５１を閉鎖させた状態で、第１バルブ６１１を、５回にわたって開放および閉鎖させることで、貯留タンク１の気相から低沸点不純物を排出させた。次に、貯留タンク１の気相から導出された気体状のアンモニアを、吸着剤として、水分および炭化水素に対する吸着能を単独で有する合成ゼオライトＭＳ−１３Ｘを充填した円筒管状の第１吸着塔（長さ５０ｃｍ、内径２ｃｍ）に、温度２５℃、圧力０．４ＭＰａ、線速度１．７Ｎｍ／ｓの条件下で通過させた。このようにして第１吸着塔を通過した後の気体状のアンモニアについて、不純物濃度を分析した。分析結果を表２に示す。
【００８６】
（実施例２）
貯留タンク１の気相から導出された気体状のアンモニアを、直列接続された第１吸着塔および第２吸着塔に通過させたこと以外は実施例１と同様にし、第１吸着塔および第２吸着塔を通過した後の気体状のアンモニアについて、不純物濃度を分析した。分析結果を表２に示す。
【００８７】
（比較例１）
第１バルブ６１１の開閉動作を行わず、第１バルブ６１１を閉鎖させた状態で維持したこと以外は、実施例１と同様にし、第１吸着塔を通過した後の気体状のアンモニアについて、不純物濃度を分析した。分析結果を表２に示す。
【００８８】
（比較例２）
第１バルブ６１１の開閉動作を行わず、第１バルブ６１１を閉鎖させた状態で維持したこと以外は、実施例２と同様にし、第１吸着塔および第２吸着塔を通過した後の気体状のアンモニアについて、不純物濃度を分析した。分析結果を表２に示す。
【００８９】
【表２】
【００９０】
表２の結果から明らかなように、貯留タンク１における第１バルブ６１１の開閉動作を行った後に、吸着塔による吸着除去動作を行った実施例１，２のアンモニアの精製方法では、メタン、エタン、プロパン、水素、酸素、一酸化炭素等の低沸点不純物、および、水分、ブタン、ペンタン、ヘキサン等の高沸点不純物の濃度が低減されている。これは、実施例１，２のアンモニアの精製方法では、第１バルブ６１１の開閉動作によって、貯留タンク１の気相から低沸点不純物を排出することができ、さらに、吸着塔によって高沸点不純物を吸着除去することができたためである。
【００９１】
これに対して、比較例１，２のアンモニアの精製方法では、水分、ブタン、ペンタン、ヘキサン等の高沸点不純物の濃度が低減されているものの、メタン、エタン、プロパン、水素、酸素、一酸化炭素等の低沸点不純物の濃度が充分に低減されていない。これは、比較例１，２のアンモニアの精製方法では、第１バルブ６１１の開閉動作を行っていないので、貯留タンク１の気相から低沸点不純物を排出除去することができなかったためである。
【符号の説明】
【００９２】
１ 貯留タンク
２，２０１ 吸着手段
３ コンデンサ
４ 回収タンク
２１，２０１１ 第１吸着塔
２２，２０１２ 第２吸着塔
２３，２０１３ 第３吸着塔
５１ 分析時回収用コンデンサ
５２ フィルタ
５３ 分析手段
６１ 第１配管
６２ 第２配管
１００，２００ アンモニア精製システム
６１１ 第１バルブ
６３１ 第２バルブ
６４１ 第３バルブ
６５１ 第４バルブ
２０１４ 第４吸着塔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
不純物が含まれる粗アンモニアを精製するアンモニア精製システムであって、
気相を形成するように液体状の粗アンモニアを貯留することで、粗アンモニアに含まれるアンモニアよりも沸点の低い低沸点不純物を前記気相に分配し、前記気相から気体状のアンモニアを導出する貯留手段と、
前記貯留手段から導出された気体状のアンモニアに含まれるアンモニアよりも沸点の高い高沸点不純物を、水分および炭化水素に対する吸着能を単独で有する吸着剤により吸着除去する吸着手段と、
前記貯留手段の前記気相と外部とを連通し、前記気相に分配された低沸点不純物を外部に排出する流路となる第１配管と、
前記貯留手段と前記吸着手段とを接続し、前記貯留手段から導出された気体状のアンモニアが前記吸着手段に向けて流過する流路となる第２配管と、
前記第１配管における流路を開放または閉鎖する第１流路開閉手段と、
前記第２配管における流路を開放または閉鎖する第２流路開閉手段と、
前記第１流路開閉手段および前記第２流路開閉手段のそれぞれの開閉動作を制御することで、前記貯留手段の前記気相に分配された低沸点不純物を外部に排出する排出動作と、前記吸着手段における高沸点不純物の吸着除去動作とを制御する制御手段と、を含み、
前記制御手段は、
前記第２流路開閉手段を閉鎖させた状態で、前記第１流路開閉手段を開放させることで、前記排出動作の制御を行い、
前記第１流路開閉手段を閉鎖させた後に前記第２流路開閉手段を開放させることで、前記吸着除去動作の制御を行うことを特徴とするアンモニア精製システム。
【請求項２】
前記吸着手段は、前記貯留手段から導出された気体状のアンモニアに含まれる高沸点不純物を吸着除去する複数の吸着部であって、直列または並列に接続される複数の吸着部を有することを特徴とする請求項１に記載のアンモニア精製システム。
【請求項３】
前記制御手段は、前記第２流路開閉手段を閉鎖させた状態で、前記第１流路開閉手段を複数回にわたって開放および閉鎖させることで、前記排出動作の制御を行うことを特徴とする請求項１または２に記載のアンモニア精製システム。
【請求項４】
前記吸着手段が用いる前記吸着剤は、多孔質の合成ゼオライトであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のアンモニア精製システム。
【請求項５】
前記合成ゼオライトが、５〜９Åの細孔径を有する合成ゼオライトであることを特徴とする請求項４に記載のアンモニア精製システム。
【請求項６】
不純物が含まれる粗アンモニアを精製する方法であって、
気相を形成するように液体状の粗アンモニアを貯留することで、粗アンモニアに含まれるアンモニアよりも沸点の低い低沸点不純物を前記気相に分配する貯留工程と、
前記貯留工程において前記気相に分配された低沸点不純物を外部に排出する排出工程と、
前記排出工程において低沸点不純物を外部に排出した後の前記気相から気体状のアンモニアを導出する導出工程と、
前記導出工程で導出された気体状のアンモニアに含まれる、アンモニアよりも沸点の高い高沸点不純物を、水分および炭化水素に対する吸着能を単独で有する吸着剤により吸着除去する吸着工程と、を含むことを特徴とするアンモニアの精製方法。
【請求項１】
不純物が含まれる粗アンモニアを精製するアンモニア精製システムであって、
気相を形成するように液体状の粗アンモニアを貯留することで、粗アンモニアに含まれるアンモニアよりも沸点の低い低沸点不純物を前記気相に分配し、前記気相から気体状のアンモニアを導出する貯留手段と、
前記貯留手段から導出された気体状のアンモニアに含まれるアンモニアよりも沸点の高い高沸点不純物を、水分および炭化水素に対する吸着能を単独で有する吸着剤により吸着除去する吸着手段と、
前記貯留手段の前記気相と外部とを連通し、前記気相に分配された低沸点不純物を外部に排出する流路となる第１配管と、
前記貯留手段と前記吸着手段とを接続し、前記貯留手段から導出された気体状のアンモニアが前記吸着手段に向けて流過する流路となる第２配管と、
前記第１配管における流路を開放または閉鎖する第１流路開閉手段と、
前記第２配管における流路を開放または閉鎖する第２流路開閉手段と、
前記第１流路開閉手段および前記第２流路開閉手段のそれぞれの開閉動作を制御することで、前記貯留手段の前記気相に分配された低沸点不純物を外部に排出する排出動作と、前記吸着手段における高沸点不純物の吸着除去動作とを制御する制御手段と、を含み、
前記制御手段は、
前記第２流路開閉手段を閉鎖させた状態で、前記第１流路開閉手段を開放させることで、前記排出動作の制御を行い、
前記第１流路開閉手段を閉鎖させた後に前記第２流路開閉手段を開放させることで、前記吸着除去動作の制御を行うことを特徴とするアンモニア精製システム。
【請求項２】
前記吸着手段は、前記貯留手段から導出された気体状のアンモニアに含まれる高沸点不純物を吸着除去する複数の吸着部であって、直列または並列に接続される複数の吸着部を有することを特徴とする請求項１に記載のアンモニア精製システム。
【請求項３】
前記制御手段は、前記第２流路開閉手段を閉鎖させた状態で、前記第１流路開閉手段を複数回にわたって開放および閉鎖させることで、前記排出動作の制御を行うことを特徴とする請求項１または２に記載のアンモニア精製システム。
【請求項４】
前記吸着手段が用いる前記吸着剤は、多孔質の合成ゼオライトであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のアンモニア精製システム。
【請求項５】
前記合成ゼオライトが、５〜９Åの細孔径を有する合成ゼオライトであることを特徴とする請求項４に記載のアンモニア精製システム。
【請求項６】
不純物が含まれる粗アンモニアを精製する方法であって、
気相を形成するように液体状の粗アンモニアを貯留することで、粗アンモニアに含まれるアンモニアよりも沸点の低い低沸点不純物を前記気相に分配する貯留工程と、
前記貯留工程において前記気相に分配された低沸点不純物を外部に排出する排出工程と、
前記排出工程において低沸点不純物を外部に排出した後の前記気相から気体状のアンモニアを導出する導出工程と、
前記導出工程で導出された気体状のアンモニアに含まれる、アンモニアよりも沸点の高い高沸点不純物を、水分および炭化水素に対する吸着能を単独で有する吸着剤により吸着除去する吸着工程と、を含むことを特徴とするアンモニアの精製方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−１５３５４５（Ｐ２０１２−１５３５４５Ａ）
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１４４３（Ｐ２０１１−１１４４３）
【出願日】平成２３年１月２１日（２０１１．１．２１）
【出願人】（０００１９５６６１）住友精化株式会社 (352)
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２１日（２０１１．１．２１）
【出願人】（０００１９５６６１）住友精化株式会社 (352)
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