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】 簡単化された方法でアンモニアを精製でき、かつエネルギの消費を抑制してアンモニアを効率的に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は、粗アンモニアを精製するシステムであり、気化器２と吸着手段３とコンデンサ５とを含む。気化器２は、液体状の粗アンモニアの一部を気化し、気体状のアンモニアを導出する。吸着手段３は、気化器２から導出された気体状のアンモニアに含まれる揮発性の低い不純物を、多孔質の吸着剤により吸着除去する。そしてコンデンサ５は、吸着手段３から導出された気体状のアンモニアを分縮して気相成分と液相成分とに分離することで、揮発性の高い不純物を気相成分として分離除去し、液相成分として精製された液体状のアンモニアを得る。
【解決手段】 アンモニア精製システム１００は、粗アンモニアを精製するシステムであり、気化器２と吸着手段３とコンデンサ５とを含む。気化器２は、液体状の粗アンモニアの一部を気化し、気体状のアンモニアを導出する。吸着手段３は、気化器２から導出された気体状のアンモニアに含まれる揮発性の低い不純物を、多孔質の吸着剤により吸着除去する。そしてコンデンサ５は、吸着手段３から導出された気体状のアンモニアを分縮して気相成分と液相成分とに分離することで、揮発性の高い不純物を気相成分として分離除去し、液相成分として精製された液体状のアンモニアを得る。
【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、窒化物皮膜の作製等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、水素、窒素、酸素、アルゴン、一酸化窒素、二酸化炭素等の低沸点ガス、炭化水素、水分等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９８〜９９重量％程度である。
【０００４】
粗アンモニア中に含まれる炭化水素としては、一般的には炭素数１〜４のものが主であるが、アンモニアの合成原料として用いる水素ガスの製造時に、クラッキングガス中の油分の分離が不十分であったり、あるいは、製造時にポンプ類からのポンプ油による油汚染を受けたりと、沸点の高い分子量の大きな炭化水素が混入することもある。また、アンモニア中に水分が多く含まれると、このアンモニアを用いて製造される半導体等の機能を大きく低下させる場合があり、アンモニア中の水分は極力減らす必要がある。
【０００５】
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（各不純物濃度１００ｐｐｂ以下）、より好ましくは９９．９９９９９重量％程度であることが求められる。近年窒化ガリウムのような発光体製造用には水分濃度が３０ｐｐｂ未満であることが求められている。
【０００６】
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。
【０００７】
例えば、特許文献１には、液体状の粗アンモニアから揮発性の低い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揮発性の高い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。
【０００８】
また、特許文献２には、水分の吸着塔、炭化水素の吸着塔および蒸留塔を組合わせて高純度のアンモニアを得るアンモニアの精製方法が開示されている。また、特許文献３には、蒸留塔で沸点の低い不純物を除去した後、吸着塔で水分および酸素を除去することで高純度のアンモニアを得るアンモニアの精製方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−２０６４１０号公報
【特許文献２】特表２００８−５０５８３０号公報
【特許文献３】特許第４０６２７１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１〜３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１〜３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ず、アンモニアを精製するのに多くのエネルギが必要となってしまう。
【００１１】
したがって本発明の目的は、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とともに、エネルギの消費を抑制してアンモニアを効率的に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】
【００１２】
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であって、
液体状の粗アンモニアを貯留し、その貯留された液体状の粗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液体状の粗アンモニアの一部を気化し、気体状のアンモニアを導出する気化手段と、
前記気化手段から導出された気体状のアンモニアに含有される不純物を、多孔質の吸着剤により吸着除去し、気体状のアンモニアを導出する吸着手段と、
前記吸着手段から導出された気体状のアンモニアを分縮して気相成分と液相成分とに分離することで、揮発性の高い不純物を気相成分として分離除去し、液相成分として精製された液体状のアンモニアを得る分縮手段と、を含むことを特徴とするアンモニア精製システムである。
【００１３】
また本発明のアンモニア精製システムにおいて、前記吸着手段は、少なくとも合成ゼオライトのＭＳ−３Ａが吸着剤として充填された吸着領域と、合成ゼオライトのＭＳ−１３Ｘが吸着剤として充填された吸着領域とを有することを特徴とする。
【００１４】
また本発明のアンモニア精製システムにおいて、前記吸着手段は、前記気化手段から導出された気体状のアンモニアに含有される不純物を吸着除去する複数の吸着塔であって、直列接続される複数の吸着塔を有することを特徴とする。
【００１５】
また本発明は、粗アンモニアを精製する方法であって、
液体状の粗アンモニアを貯留し、その貯留された液体状の粗アンモニアを導出する貯留工程と、
前記貯留工程で導出された液体状の粗アンモニアの一部を気化し、気体状のアンモニアを導出する気化工程と、
前記気化工程で導出された気体状のアンモニアに含有される不純物を、多孔質の吸着剤により吸着除去する吸着工程と、
前記吸着工程で不純物が吸着除去された気体状のアンモニアを分縮して気相成分と液相成分とに分離することで、揮発性の高い不純物を気相成分として分離除去し、液相成分として精製された液体状のアンモニアを得る分縮工程と、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】
【００１６】
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、気化手段と、吸着手段と、分縮手段とを含む。気化手段は、貯留手段から導出された液体状の粗アンモニアの一部を気化し、気体状のアンモニアを導出する。吸着手段は、気化手段から導出された気体状のアンモニアに含有される不純物を、多孔質の吸着剤により吸着除去し、気体状のアンモニアを導出する。そして、分縮手段は、吸着手段から導出された気体状のアンモニアを分縮して気相成分と液相成分とに分離することで、揮発性の高い不純物を気相成分として分離除去し、液相成分として精製された液体状のアンモニアを得る。
【００１７】
本発明のアンモニア精製システムでは、気化手段は、液体状の粗アンモニアの一部を気化するので、粗アンモニア中に含有される揮発性の低い不純物が液相に残り、揮発性の低い成分が低減された気体状のアンモニアを導出することができる。そして、分縮手段は、吸着手段により不純物が吸着除去された後の気体状のアンモニアを分縮して気相成分と液相成分とに分離するので、水素、窒素、酸素、アルゴン、一酸化炭素、二酸化炭素、および炭素数１〜８の炭化水素等の、揮発性の高い不純物を、気相成分として分離除去し、液相成分として精製された液体状のアンモニアを得ることができる。そのため、本発明のアンモニア精製システムでは、従来技術のように還流を伴う蒸留を行うことなく、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とともに、エネルギの消費を抑制してアンモニアを効率的に精製することができる。
【００１８】
また本発明によれば、吸着手段は、少なくとも合成ゼオライトのＭＳ−３Ａが吸着剤として充填された吸着領域と、ＭＳ−１３Ｘが吸着剤として充填された吸着領域とを有する。合成ゼオライトのＭＳ−３Ａは、水分に対する優れた吸着能を有する吸着剤であり、ＭＳ−１３Ｘは、水分および炭化水素に対する優れた吸着能を有する吸着剤である。このような吸着能を有するＭＳ−３ＡおよびＭＳ−１３Ｘが充填された吸着領域を有する吸着手段とすることによって、気化手段から導出された気体状のアンモニアに含まれる水分、高次炭化水素等の揮発性の低い不純物を、効率よく吸着除去することができる。また高次炭化水素等の不純物含量が多い場合には、吸着剤として活性炭を充填した吸着領域を有してもよい。
【００１９】
また本発明によれば、吸着手段は、直列接続される複数の吸着塔を有する。吸着手段が直列接続される複数の吸着塔を有することによって、気化手段から導出された気体状のアンモニアに含まれる不純物に対する吸着除去能力を向上することができる。
【００２０】
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、気化工程と、吸着工程と、分縮工程とを含む。気化工程では、貯留工程で導出された液体状の粗アンモニアの一部を気化し、気体状のアンモニアを導出する。吸着工程では、気化工程で導出された気体状のアンモニアに含有される不純物を、多孔質の吸着剤により吸着除去する。そして、分縮工程では、吸着工程で不純物が吸着除去された気体状のアンモニアを分縮して気相成分と液相成分とに分離することで、揮発性の高い不純物を気相成分として分離除去し、液相成分として精製された液体状のアンモニアを得る。
【００２１】
本発明のアンモニアの精製方法では、気化工程において、液体状の粗アンモニアの一部を気化するので、粗アンモニア中に含有される揮発性の低い不純物が液相に残り、揮発性の低い不純物が低減された気体状のアンモニアを導出することができる。そして、分縮工程では、吸着工程で不純物が吸着除去された後の気体状のアンモニアを分縮して気相成分と液相成分とに分離するので、水素、窒素、酸素、アルゴン、一酸化炭素、二酸化炭素、および炭素数１〜８の炭化水素等の、揮発性の高い不純物を、気相成分として分離除去し、液相成分として精製された液体状のアンモニアを得ることができる。そのため、本発明のアンモニアの精製方法では、従来技術のように還流を伴う蒸留を行うことなく、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とともに、エネルギの消費を抑制してアンモニアを効率的に精製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【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】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】
【００２３】
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。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。
【００２４】
アンモニア精製システム１００は、貯留手段である原料貯留タンク１、気化手段である気化器２、吸着手段３、分析手段４、分縮手段であるコンデンサ５、および製品タンク６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、原料貯留タンク１で貯留工程を実行し、気化器２で気化工程を実行し、吸着手段３で吸着工程を実行し、コンデンサ５で分縮工程を実行する。
【００２５】
原料貯留タンク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、原料貯留タンク１に貯留される粗アンモニアは、純度９９重量％以上、好ましくは純度９９．０〜９９．９重量％である。
【００２６】
原料貯留タンク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。この原料貯留タンク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されている。原料貯留タンク１が液体状の粗アンモニアを貯留した状態で、原料貯留タンク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。
【００２７】
本実施形態では、原料貯留タンク１から気化器２に粗アンモニアを導出する際には、粗アンモニアを前記液相から液体状の粗アンモニアとして導出する。原料の粗アンモニアは、製品ロットごとに不純物濃度のばらつきが大きい場合がある。このように、不純物濃度のばらつきが大きい粗アンモニアを原料貯留タンク１の気相から導出するようにした場合、気相成分の組成ばらつきが大きく、最終的に精製される液体アンモニアの純度に大きなばらつきが発生してしまうおそれがある。本実施形態では、アンモニア精製システム１００は、原料貯留タンク１の液相から液体状の粗アンモニアを導出するように構成されているので、不純物濃度のばらつきが大きい粗アンモニアが用いられた場合においても、最終的に精製される液体アンモニアの純度に大きなばらつきが発生するのを防止することができる。
【００２８】
原料貯留タンク１と気化器２との間には第１配管８１が接続されており、原料貯留タンク１から導出された液体状の粗アンモニアは、第１配管８１を流過して気化器２に供給される。
【００２９】
第１配管８１には、第１配管８１における流路を開放または閉鎖する第１バルブ８１１が設けられている。液体状の粗アンモニアの気化器２への供給時には、第１バルブ８１１が開放されて、原料貯留タンク１から気化器２に向けて第１配管８１内を液体状の粗アンモニアが流過する。
【００３０】
気化器２は、原料貯留タンク１から導出された液体状の粗アンモニアの一部を気化する、すなわち、液体状の粗アンモニアを加熱して所定の気化率で気化して気相成分と液相成分とに分離し、気体状のアンモニアを導出する。気化器２は、液体状の粗アンモニアの一部を気化するので、粗アンモニア中に含有される揮発性の低い不純物（例えば、水分、炭素数９以上の炭化水素等）が液相に残り、揮発性の低い不純物が低減された気体状のアンモニアを導出することができる。
【００３１】
本実施形態では、気化器２は、原料貯留タンク１から導出された液体状のアンモニアを、９０〜９５体積％の気化率で気化して気相成分と液相成分とに分離する。この場合には、原料貯留タンク１から導出された液体状のアンモニアの９０〜９５体積％が気相成分となり、５〜１０体積％が液相成分となる。
【００３２】
気化器２には、第２バルブ８２１が設けられた第２配管８２と、開閉バルブ８２１ａが設けられた配管８２ａとが接続されている。なお、第２配管８２は、気化器２と吸着手段３との間に接続される。
【００３３】
気化器２において、液相成分としてアンモニアから分離除去された揮発性の低い不純物は、開閉バルブ８２１ａが開放された状態で、配管８２ａを流過してシステム外部に排出される。また、気化器２において、気相成分として得られた気体状のアンモニアは、第２バルブ８２１が開放された状態で、第２配管８２を流過して吸着手段３に供給される。
【００３４】
吸着手段３は、気化器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を、主として多孔質の合成ゼオライトからなる吸着剤により吸着除去する。本実施形態では、吸着手段３は、複数の吸着塔である第１吸着塔３１、第２吸着塔３２、第３吸着塔３３および第４吸着塔３４を含んで構成される。
【００３５】
第１吸着塔３１および第３吸着塔３３は、第３配管８３に並列に接続されている。第３配管８３には、第３配管８３における流路を開放または閉鎖する第３バルブ８３１および第４バルブ８３２が設けられている。第３配管８３において、第３バルブ８３１は、第１吸着塔３１の上流側（すなわち、第１吸着塔３１の塔頂部側）に配置され、第４バルブ８３２は、第３吸着塔３３の上流側（すなわち、第３吸着塔３３の塔頂部側）に配置される。気化器２から導出された気体状のアンモニアの第１吸着塔３１への供給時には、第３バルブ８３１が開放され、第４バルブ８３２が閉鎖されて、気化器２から第１吸着塔３１に向けて第３配管８３内を気体状のアンモニアが流過する。また、気化器２から導出された気体状のアンモニアの第３吸着塔３３への供給時には、第４バルブ８３２が開放され、第３バルブ８３１が閉鎖されて、気化器２から第３吸着塔３３に向けて第３配管８３内を気体状のアンモニアが流過する。
【００３６】
このように、吸着手段３が、並列接続される第１吸着塔３１および第３吸着塔３３を有することによって、気化器２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３１および第３吸着塔３３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、例えば、第１吸着塔３１で吸着除去している間に、使用済みの第３吸着塔３３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３３を再生処理することができる。
【００３７】
第２吸着塔３２は、第４配管８４を介して第１吸着塔３１と直列に接続されている。すなわち、第４配管８４において、一端部は第１吸着塔３１の塔底部に接続され、他端部は第２吸着塔３２の塔頂部に接続されている。これによって、気化器２から導出されて、第１吸着塔３１に導入された気体状のアンモニアは、第４配管８４を流過して第２吸着塔３２に導入される。このように、吸着手段３が、直列接続される第１吸着塔３１および第２吸着塔３２を有することによって、気化器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を、第１吸着塔３１および第２吸着塔３２で吸着除去することができるので、不純物に対する吸着除去能力を向上することができる。
【００３８】
第２吸着塔３２から導出された気体状のアンモニアは、第５配管８５を流過して、コンデンサ５と接続される第１０配管９０に供給される。
【００３９】
第５配管８５には、第５配管８５における流路を開放または閉鎖する第５バルブ８５１および第６バルブ８５２が設けられている。第５配管８５において、第５バルブ８５１は、アンモニアの流過方向上流側（すなわち、第２吸着塔３２側）に配置され、第６バルブ８５２は、アンモニアの流過方向下流側（すなわち、第１０配管９０側）に配置される。第２吸着塔３２から導出された気体状のアンモニアの第１０配管９０への供給時には、第５バルブ８５１および第６バルブ８５２が開放されて、第２吸着塔３２から第１０配管９０に向けて第５配管８５内を気体状のアンモニアが流過する。
【００４０】
また、本実施形態のアンモニア精製システム１００では、第５バルブ８５１と第６バルブ８５２との間において、第５配管８５から分岐し、分析手段４に接続される第８配管８８が設けられている。この第８配管８８には、第８配管８８における流路を開放または閉鎖する第９バルブ８８１が設けられている。第９バルブ８８１は、気化器２から導出された気体状のアンモニアが、第１吸着塔３１および第２吸着塔３２に導入される場合には、常時開放されて、分析に必要なごく少量のアンモニアが分析手段４に向けて第８配管８８内を流過する。
【００４１】
第４吸着塔３４は、第６配管８６を介して第３吸着塔３３と直列に接続されている。すなわち、第６配管８６において、一端部は第３吸着塔３３の塔底部に接続され、他端部は第４吸着塔３４の塔頂部に接続されている。これによって、気化器２から導出されて、第３吸着塔３３に導入された気体状のアンモニアは、第６配管８６を流過して第４吸着塔３４に導入される。このように、吸着手段３が、直列接続される第３吸着塔３３および第４吸着塔３４を有することによって、気化器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を、第３吸着塔３３および第４吸着塔３４で吸着除去することができるので、不純物に対する吸着除去能力を向上することができる。
【００４２】
第４吸着塔３４から導出された気体状のアンモニアは、第７配管８７を流過して、コンデンサ５と接続される第１０配管９０に供給される。
【００４３】
第７配管８７には、第７配管８７における流路を開放または閉鎖する第７バルブ８７１および第８バルブ８７２が設けられている。第７配管８７において、第７バルブ８７１は、アンモニアの流過方向上流側（すなわち、第４吸着塔３４側）に配置され、第８バルブ８７２は、アンモニアの流過方向下流側（すなわち、第１０配管９０側）に配置される。第４吸着塔３４から導出された気体状のアンモニアの第１０配管９０への供給時には、第７バルブ８７１および第８バルブ８７２が開放されて、第４吸着塔３４から第１０配管９０に向けて第７配管８７内を気体状のアンモニアが流過する。
【００４４】
また、本実施形態のアンモニア精製システム１００では、第７バルブ８７１と第８バルブ８７２との間において、第７配管８７から分岐し、分析手段４に接続される第９配管８９が設けられている。この第９配管８９には、第９配管８９における流路を開放または閉鎖する第１０バルブ８９１が設けられている。第１０バルブ８９１は、気化器２から導出された気体状のアンモニアが、第３吸着塔３３および第４吸着塔３４に導入される場合には、常時開放されて、分析に必要なごく少量のアンモニアが分析手段４に向けて第９配管８９内を流過する。
【００４５】
また、本実施形態では、第１吸着塔３１は、合成ゼオライトとしてＭＳ−３Ａ（細孔径３Åの多孔質合成ゼオライト）が充填された第１吸着領域３１１と、合成ゼオライトとしてＭＳ−１３Ｘ（細孔径９Åの多孔質合成ゼオライト）が充填された第２吸着領域３１２とを有する。第１吸着塔３１において、第１吸着領域３１１と第２吸着領域３１２とは直列に接続されており、第１吸着領域３１１が塔頂部側に配置され、第２吸着領域３１２が塔底部側に配置されている。ただし、第１吸着領域３１１と第２吸着領域３１２とは、配置が逆になっても何ら差し障りがない。また、高次炭化水素等の不純物が多い場合には、吸着剤として活性炭を充填した吸着領域を追加してもよい。
【００４６】
なお、第２吸着塔３２、第３吸着塔３３および第４吸着塔３４は、それぞれ第１吸着塔３１と同様に構成される。具体的には、第２吸着塔３２では、ＭＳ−３Ａが充填された第１吸着領域３２１が塔頂部側に配置され、ＭＳ−１３Ｘが充填された第２吸着領域３２２が塔底部側に配置されている。第３吸着塔３３では、ＭＳ−３Ａが充填された第１吸着領域３３１が塔頂部側に配置され、ＭＳ−１３Ｘが充填された第２吸着領域３３２が塔底部側に配置されている。第４吸着塔３４では、ＭＳ−３Ａが充填された第１吸着領域３４１が塔頂部側に配置され、ＭＳ−１３Ｘが充填された第２吸着領域３４２が塔底部側に配置されている。ただし、第２吸着塔３２、第３吸着塔３３および第４吸着塔３４において、第１吸着領域３２１，３３１，３４１と第２吸着領域３２２，３３２，３４２とは、配置が逆になっても何ら差し障りがない。また、高次炭化水素等の不純物が多い場合には、吸着剤として活性炭を充填した吸着領域を追加してもよい。
【００４７】
合成ゼオライトのＭＳ−３Ａは、水分に対する優れた吸着能を有する吸着剤であり、ＭＳ−１３Ｘは、水分および炭化水素に対する優れた吸着能を有する吸着剤である。このような吸着能を有するＭＳ−３Ａが充填された第１吸着領域、およびＭＳ−１３Ｘが充填された第２吸着領域を有する第１吸着塔３１、第２吸着塔３２、第３吸着塔３３および第４吸着塔３４とすることによって、気化器２から導出された気体状のアンモニアに含まれる水分、高次炭化水素等の揮発性の低い不純物を、効率よく吸着除去することができる。
【００４８】
本実施形態で用いるＭＳ−３ＡおよびＭＳ−１３Ｘ等の合成ゼオライトからなる吸着剤、および活性炭は、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。例えば、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。
【００４９】
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３１、第２吸着塔３２、第３吸着塔３３および第４吸着塔３４は、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３１、第２吸着塔３２、第３吸着塔３３および第４吸着塔３４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３１、第２吸着塔３２、第３吸着塔３３および第４吸着塔３４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３１、第２吸着塔３２、第３吸着塔３３および第４吸着塔３４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３１、第２吸着塔３２、第３吸着塔３３および第４吸着塔３４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。
【００５０】
また、第１吸着塔３１、第２吸着塔３２、第３吸着塔３３および第４吸着塔３４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３１，３２，３３，３４に供給する量をＮＴＰでのガス体積に換算し、各吸着塔３１，３２，３３，３４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。
【００５１】
第２吸着塔３２から導出されて第８配管８８を流過する気体状のアンモニア、または、第４吸着塔３４から導出されて第９配管８９を流過する気体状のアンモニアは、分析手段４に導入される。
【００５２】
分析手段４は、第２吸着塔３２または第４吸着塔３４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４は、ガスクロマトグラフ分析装置（ＧＣ−ＰＤＤ：パルス放電型検出器）である。ガスクロマトグラフ分析装置としては、例えば、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。この分析手段４による分析結果に基づいて、後述のコンデンサ５は、第２吸着塔３２または第４吸着塔３４から導出された気体状のアンモニアを分縮するときの凝縮率が設定されるようにしてもよい。
【００５３】
第２吸着塔３２から導出されて第１０配管９０に供給された気体状のアンモニア、または、第４吸着塔３４から導出されて第１０配管９０に供給された気体状のアンモニアは、第１０配管９０を流過してコンデンサ５に導入される。
【００５４】
ここで、本実施形態のアンモニア精製システム１００における分縮手段としてのコンデンサ５による気体状のアンモニアの分縮について説明する。コンデンサ５は、第２吸着塔３２または第４吸着塔３４から導出された気体状のアンモニアを分縮して気相成分と液相成分とに分離することで、アンモニア中に含有される揮発性の高い不純物を気相成分として分離除去し、液相成分として精製された液体状のアンモニアを得る。
【００５５】
工業的に製造されるアンモニア（粗アンモニア）中に含有される不純物は、その種類を大きく分類すると、一般的に、水素、窒素、酸素、アルゴン、一酸化炭素および二酸化炭素等の溶存低沸点ガス、炭化水素類、水分等である。粗アンモニア中に含有される炭化水素としては、最も多く含有されているのはメタンであるが、その他にエタン、プロパン、エチレンおよびプロピレン等がそれに次いで多く含有されている。炭素数でいうと炭素数１〜３の炭化水素が炭化水素類の主成分を構成することになる。
【００５６】
しかしながら、粗アンモニア中には、その含有量は少ないものの、炭素数４以上の炭化水素、多くの場合は炭素数４〜６の炭化水素が、含有されている。また、工業的に製造されたアンモニアガスを液化する時には、その圧縮のためにオイルポンプ等が使用されている。このような場合には、オイルポンプ等から混入してくるポンプ油に由来する油分等の、大きな分子量を有する炭化水素が、粗アンモニア中に含有される。
【００５７】
これらの不純物を構成する、炭素数が広範囲にわたる炭化水素類を除去できるアンモニアの精製システムとすることが、電子産業向けのアンモニアを製造するためには必須となってくる。
【００５８】
本発明者らは、精留に代わる粗アンモニア中の不純物の除去方法として、分縮による方法が優れていることを見出した。
【００５９】
例えば、精留により炭化水素を分離する場合、一般的に５〜２０段の精留塔を設け、還流比１０〜２０で蒸留する必要がある。この蒸留において、アンモニア中に含まれる、主に炭素数１〜８の炭化水素類は、揮発性の高い成分として蒸留塔の塔頂部より除去される。この精留操作により高純度のアンモニアを得る場合には、蒸留塔の塔頂部から廃棄する揮発性の高い不純物を含んだアンモニアをどの程度の割合とすれば、目的とする高純度のアンモニアが得られるかが問題となってくる。不純物の含有量が比較的低い粗アンモニアを原料として用いた場合であっても、蒸留塔の塔頂部から廃棄する割合は、蒸留塔に供給した粗アンモニアの約１０％と大きな割合とする必要がある。
【００６０】
表１にはアンモニア、および炭素数１〜８の飽和ｎ−炭化水素の沸点を示したが、炭素数４〜８の炭化水素は、その炭化水素が純物質として存在する場合にはアンモニアより沸点が高いにもかかわらず、精留操作では揮発性の高い化合物として蒸留塔の塔頂部より排出されてくる。
【００６１】
【表１】
【００６２】
この理由は定かではないが、本発明者らはこの理由として次のように推測している。すなわち、炭素数１〜８の炭化水素の沸点は、例えば炭素数３のプロパンの沸点を例にとると、プロパンを容器に入れて温度を変化させていったときに、その容器中の圧力が１気圧（０．１０１３ＭＰａ）となるときの温度である。このときのプロパンの状態は、隣り合うプロパン分子同士がファンデルワールス力等により互いに引っ張りあっている状態であり、その引っ張り合う力が強いと沸点が高く現れることになる。しかしながら、今問題にしているような、アンモニア中に存在するプロパンの濃度が非常に低い状況においては、プロパン分子の隣には引っ張り合うことができるプロパン分子や、あるいは他の炭化水素分子が存在せず、ちょうど液体アンモニアの海の中にプロパン分子がただ一つ漂っている状態となっている。
【００６３】
一般的に、炭化水素分子同士やアンモニア分子同士のように、似た性質を持つ者同士の間には大きな分子間力が生まれるが、プロパン分子とアンモニア分子のように性質の大きく異なる分子同士の間に生まれるこの分子間力は小さなものである。この様に、アンモニア中に炭化水素不純物が極微量に存在する状況下においては、従来の蒸留の概念はもはや無意味となる。液体アンモニアでは、アンモニア分子同士は互いに引っ張り合いの力を及ぼし合っているが、一方、純物質としてはアンモニアより沸点の高い炭素数４〜８の炭化水素であろうとも、それらはアンモニア分子との相互作用が小さいために、液体アンモニア中ではアンモニアよりも沸点の低い化合物として振舞ったとしてもなんら不思議ではない。事実、精留の結果からは、炭素数１〜８の炭化水素が、アンモニアよりも低い沸点を持った揮発性の高い化合物として振舞っていることが分かる。
【００６４】
アンモニア中に微量に含まれる炭素数１〜８の炭化水素が、液化アンモニアの気相と液相でどのような濃度分布を示しているかを、温度を種々変化させてそれらの炭化水素のアンモニア中での濃度が気液平衡状態になったところで測定した結果が表２である。なお、分配比は、それぞれの飽和ｎ−炭化水素濃度の液体アンモニア中初期濃度を５００〜５０００ｐｐｍに調整し、その後、所定の温度で２昼夜放置後に測定した。
【００６５】
【表２】
【００６６】
なお、この表２中で示した、気液分配係数は、分縮により不純物がどの程度分離できるかの指標となるものであり、次のように定義される。
分配係数（Ｋｄ）＝Ａ１／Ａ２ ・・・（１）
［式中、Ａ１は気液平衡後の気体アンモニア中の不純物濃度を示し、Ａ２は気液平衡後の液体アンモニア中の不純物濃度を示す。］
【００６７】
ただし、上記式（１）中における不純物濃度Ａ１，Ａ２は、ｍｏｌ−ｐｐｍをその単位とし、定義は、下記式（２）とする。
不純物濃度（Ａ１，Ａ２）＝
不純物（ｍｏｌ）／（アンモニア（ｍｏｌ）＋不純物（ｍｏｌ））×１０６
・・・（２）
【００６８】
この定義に従えば、気液分配係数が大きい不純物ほど、分縮により凝縮されなかった未凝縮の気体アンモニア中に多く含まれてくることになる。炭素数の小さな炭化水素ほど、液相中よりも気相中に存在する割合が高くなり、炭素数８までの炭化水素であれば気相中により高い濃度で存在することになる。さらに、温度が低いほど、より高い濃度でアンモニア気相中に炭化水素が存在することになる。
【００６９】
さらに、この表２に示した平衡に達するまでの時間は、アンモニア中に含まれる炭化水素濃度が低くなるにしたがって長くなり、ここに示したｐｐｍオーダーの濃度においては、その平衡に達するまでに数日間を要することがわかった。このことは、精留によりアンモニア中の不純物を除去する操作において、精留塔の各蒸留段において起こる短い気液接触時間では、不純物である炭化水素の物質移動が十分に行われていないことを示していて、その結果からは、アンモニアの高純度化に精留を用いる方法は、工業的には効果が低いものと考えられる。なお、表２は飽和直鎖状炭化水素についてのデータであるが、炭素数４以上においては相当する種々の異性体や、炭素数２以上の炭化水素においては分子内に不飽和結合を含む場合にも、表２に示した傾向がある。
【００７０】
以上で示してきたように、本発明者らは、粗アンモニア中における希薄不純物である炭素数１〜８の炭化水素の挙動が従来考えられていた状態と大きく異なることを確認し、さらに一歩進めて、この炭素数１〜８の炭化水素のアンモニア中での性質の違いをアンモニアの精製に利用できないかと考えた。そこで、メタン、エタンおよびプロパンをそれぞれ約５０００ｐｐｍ、約５００ｐｐｍおよび約５００ｐｐｍで含む気体状の粗アンモニアの９５％を、アンモニアガス温度を−２０℃に保ち、コンデンサ５における器壁温度を−３０℃として凝縮により液化してみたところ、得られた液体アンモニア中にはそれらの炭化水素は検出されず、不純物の大部分は凝縮されなかった気体アンモニア中に残存することが分かった。表２の分配比に従うと、分縮操作により−２０℃で凝縮してくる液体アンモニア中には、メタン、エタンおよびプロパンがそれぞれ５４ｐｐｍ、２４ｐｐｍおよび５６ｐｐｍで存在する計算となるが、意外にも、コンデンサ５における分縮では、その値ははるかに小さなものとなり、粗アンモニアを短時間のうちに非常に高純度にまで精製できることが分かった。
【００７１】
粗アンモニア中に含有される不純物を精留により分離除去する場合、還流を掛けながらの蒸留であるので、蒸留塔で液体アンモニアを加熱蒸発させて気体アンモニアとし、一方、蒸留塔の塔頂部のコンデンサで精留塔からの気体アンモニアを凝縮させて液体アンモニアとする操作を繰り返すことになる。そのため、精留操作においては大きなエネルギをその操作に投入することになる。
【００７２】
これに対して、コンデンサ５における分縮によりアンモニア中に含有される不純物を分離除去する場合には、気体アンモニアを１回凝縮させるだけであるので、それに必要なエネルギが少なくて済む。このように、精留によるアンモニアの精製方法と比較して、コンデンサ５における分縮による精製方法は、短時間に高純度のアンモニアが得られるばかりではなく、エネルギ的にも大きなメリットがあることがわかる。
【００７３】
さらに、本発明者らは、アンモニアに含有される不純物が炭素数１〜８の炭化水素である場合、コンデンサ５により、気体状のアンモニアの９０〜９９．５％程度までの液化を伴う分縮操作を行っても、液相成分として得られる液体アンモニア中に含まれてくる不純物の濃度は、最初の気体状のアンモニア中に含有される不純物濃度と比べて大きく低下しているという事実を見出した。
【００７４】
コンデンサ５における分縮によりアンモニア中に含有される不純物を分離除去する精製方法では、分縮により液相成分として得られる液体アンモニアは、前述のように、気液分配比から予想される値を超えて、不純物炭化水素の濃度がはるかに低くなっている。その理由は定かではないが、分縮では平衡関係が崩れて動的な不純物分離が起こり、不純物炭化水素のほとんどが、凝縮されなかった気相成分に残存するものと推察している。この推察の正しさは、コンデンサ５における分縮により液相成分として得られた液体アンモニアを、コンデンサ５から速やかに取り出さずに、しばらくの間、液体アンモニアの状態でコンデンサ５の内部に滞留させておくと、数十分〜数時間と長時間の観察が必要ではあるが、その液体アンモニア中の不純物炭化水素濃度が次第に上昇してくることからも裏付けられる。
【００７５】
この推察と観察結果は、コンデンサ５における分縮により液相成分として得られた液体アンモニアは、速やかにコンデンサ５から導出し、コンデンサ５の内部には未凝縮の気相成分のみが存在するように、コンデンサ５の運転を行うのが、高純度アンモニアを得るために必要であることを示している。
【００７６】
なお、アンモニアの精製効率を高めるためには、あくまでも目安であるが、気液分配係数が大きいほど好ましいと考えられる。前述したように、この気液分配係数は温度により影響を受け、分縮温度が低いほど大きな気液分配係数を得ることができる。このことは、コンデンサ５における分縮操作の設定温度が高い場合、例えばアンモニアの分縮の起こる温度を５０℃とした場合には、コンデンサ５に供給するアンモニアの圧力を１．８１ＭＰａ以上とするとアンモニアの分縮は可能となるが、分縮操作の設定温度が低い場合と比較し、その炭化水素不純物の分離効率が低下する可能性があることを意味している。
【００７７】
コンデンサ５は、第２吸着塔３２または第４吸着塔３４から導出された気体状のアンモニアを分縮して気相成分と液相成分とに分離することで、水素、窒素、酸素、アルゴン、一酸化炭素、二酸化炭素、および炭素数１〜８の炭化水素を気相成分として分離除去し、液相成分として精製された液体アンモニアを得る。具体的には、コンデンサ５は、第２吸着塔３２または第４吸着塔３４から導出された気体状のアンモニアに対して、冷却処理によって、アンモニアを、その一部が気相成分となるように凝縮して、気相成分と液相成分とに分離する。コンデンサ５としては、多管式コンデンサ、プレート式熱交換器等が挙げられる。
【００７８】
本実施形態では、コンデンサ５は、第２吸着塔３２または第４吸着塔３４から導出された気体状のアンモニアの７０〜９９体積％を凝縮して気相成分と液相成分とに分離する。この場合には、第２吸着塔３２または第４吸着塔３４から導出された気体状のアンモニアの一部である１〜３０体積％が気相成分となるように凝縮して、気相成分と液相成分とに分離することになる。これによって、吸着除去後の気体状のアンモニアに含まれる揮発性の高い不純物を気相成分として分離除去し、液相成分として精製された液体アンモニアを収率よく得ることができる。
【００７９】
また、コンデンサ５における凝縮条件としては、第２吸着塔３２または第４吸着塔３４から導出された気体状のアンモニアの一部が液体となるような条件であれば限定されるものではなく、温度、圧力および時間を適宜設定すればよい。本実施形態では、コンデンサ５は、第２吸着塔３２または第４吸着塔３４から導出された気体状のアンモニアを、−７７〜５０℃の温度下で凝縮して気相成分と液相成分とに分離するように構成されるのが好ましい。これによって、第２吸着塔３２または第４吸着塔３４から導出された気体状のアンモニアを効率よく凝縮して精製された液体アンモニアを得ることができるとともに、その液体アンモニアの純度を高めることができる。コンデンサ５における気体状のアンモニアに対する凝縮時の温度が、−７７℃未満である場合には、冷却するのに多くのエネルギを要するので好ましくなく、５０℃を超える場合には、アンモニアの一部が凝縮されて得られる液体アンモニアに含まれてくる不純物濃度が高くなってくるので好ましくない。
【００８０】
また、コンデンサ５は、第２吸着塔３２または第４吸着塔３４から導出された気体状のアンモニアを、０．００７〜２．０ＭＰａの圧力下で凝縮して気相成分と液相成分とに分離するように構成されるのが好ましい。コンデンサ５における気体状のアンモニアに対する凝縮時の圧力が、０．００７ＭＰａ未満である場合には、アンモニアを凝縮させる温度が低くなるので、冷却するのに多くのエネルギが必要となって好ましくなく、２．０ＭＰａを超える場合には、アンモニアを凝縮させる温度が高くなるので、アンモニアの一部が凝縮されて得られる液体アンモニアに含まれてくる不純物濃度が高くなって好ましくない。
【００８１】
本実施形態のアンモニア精製システム１００において、コンデンサ５は、第２吸着塔３２または第４吸着塔３４から導出された気体状のアンモニアの一部を凝縮して気相成分と液相成分とに分離するので、揮発性の高い不純物を気相成分として分離除去し、液相成分として精製された液体アンモニアを得ることができる。そのため、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。
【００８２】
コンデンサ５には、第１１バルブ９１１が設けられた第１１配管９１と、第１２バルブ９２１が設けられた第１２配管９２とが接続されている。なお、第１２配管９２は、コンデンサ５と製品タンク６との間に接続される。
【００８３】
コンデンサ５において、気相成分としてアンモニアから分離除去された揮発性の高い不純物は、第１１バルブ９１１が開放された状態で、第１１配管９１を流過してシステム外部に排出される。また、コンデンサ５において、液相成分として得られた液体アンモニアは、第１２バルブ９２１が開放された状態で、第１２配管９２を流過して製品タンク６に供給される。
【００８４】
製品タンク６は、コンデンサ５で液相成分として得られた液体アンモニアを貯留する。この製品タンク６は、液体アンモニアとして貯留できるように、温度および圧力が一定条件で制御されるのが好ましい。
【００８５】
図２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３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。
【００８６】
アンモニア精製システム２００に備えられる吸着手段２０１は、気化器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を、主として多孔質の合成ゼオライトからなる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および第３吸着塔２０１３を含んで構成される。
【００８７】
第１吸着塔２０１１、第２吸着塔２０１２および第３吸着塔２０１３は、前述の第１吸着塔３１と同様に構成される。具体的には、第１吸着塔２０１１では、ＭＳ−３Ａが充填された第１吸着領域２０１１１が塔頂部側に配置され、ＭＳ−１３Ｘが充填された第２吸着領域２０１１２が塔底部側に配置されている。第２吸着塔２０１２では、ＭＳ−３Ａが充填された第１吸着領域２０１２１が塔頂部側に配置され、ＭＳ−１３Ｘが充填された第２吸着領域２０１２２が塔底部側に配置されている。第３吸着塔２０１３では、ＭＳ−３Ａが充填された第１吸着領域２０１３１が塔頂部側に配置され、ＭＳ−１３Ｘが充填された第２吸着領域２０１３２が塔底部側に配置されている。ただし、第１吸着塔２０１１、第２吸着塔２０１２および第３吸着塔２０１３において、第１吸着領域２０１１１，２０１２１，２０１３１と第２吸着領域２０１１２，２０１２２，２０１３２とは、配置が逆になっても、何ら差し障りがない。また、高次炭化水素等の不純物が多い場合には、吸着剤として活性炭を充填した吸着領域を追加してもよい。
【００８８】
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および第３吸着塔２０１３は、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および第３吸着塔２０１３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および第３吸着塔２０１３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および第３吸着塔２０１３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および第３吸着塔２０１３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。
【００８９】
また、第１吸着塔２０１１、第２吸着塔２０１２および第３吸着塔２０１３における線速度（リニアベロシティ）は、単位時間あたりに液体状のアンモニアを各吸着塔２０１１，２０１２，２０１３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。
【００９０】
そして、本実施形態では、気化器２から導出された気体状のアンモニアが流過する第３配管８３には、第３配管８３から分岐する第１３配管２０２、第１４配管２０３および第１５配管２０４が接続される。
【００９１】
第１３配管２０２は、第３配管８３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１３配管２０２には、第１３配管２０２における流路を開放または閉鎖する第１３バルブ２０２１が設けられている。第１４配管２０３は、第３配管８３から分岐して第２吸着塔２０１２の塔頂部に接続される。この第１４配管２０３には、第１４配管２０３における流路を開放または閉鎖する第１４バルブ２０３１が設けられている。第１５配管２０４は、第３配管８３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１５配管２０４には、第１５配管２０４における流路を開放または閉鎖する第１５バルブ２０４１が設けられている。
【００９２】
また、第１吸着塔２０１１の塔底部には、第１吸着塔２０１１から導出された液体状のアンモニアが流過する第１６配管２０５が接続される。この第１６配管２０５には、第１６配管２０５における流路を開放または閉鎖する第１６バルブ２０５１が設けられている。第２吸着塔２０１２の塔底部には、第２吸着塔２０１２から導出された気体状のアンモニアが流過する第１７配管２０６が接続される。この第１７配管２０６には、第１７配管２０６における流路を開放または閉鎖する第１７バルブ２０６１が設けられている。第３吸着塔２０１３の塔底部には、第３吸着塔２０１３から導出された気体状のアンモニアが流過する第１８配管２０７が接続される。この第１８配管２０７には、第１８配管２０７における流路を開放または閉鎖する第１８バルブ２０７１が設けられている。
【００９３】
また、第１６配管２０５には、第１６配管２０５から分岐する第１９配管２０８が接続される。この第１９配管２０８は、第１６配管２０５から分岐して第１４配管２０３に接続され、第１吸着塔２０１１から導出された気体状のアンモニアを、第２吸着塔２０１２に導入するための流路となる。第１９配管２０８には、第１９配管２０８における流路を開放または閉鎖する第１９バルブ２０８１が設けられている。この第１９配管２０８には、第１９配管２０８から分岐する第２０配管２０９が接続される。この第２０配管２０９は、第１９配管２０８から分岐して第１５配管２０４に接続され、第１吸着塔２０１１から導出された気体状のアンモニアを、第３吸着塔２０１３に導入するための流路となる。第２０配管２０９には、第２０配管２０９における流路を開放または閉鎖する第２０バルブ２０９１が設けられている。
【００９４】
また、第１７配管２０６には、第１７配管２０６から分岐する第２１配管２１０および第２２配管２１１が接続される。第２１配管２１０は、第１７配管２０６から分岐して第１３配管２０２に接続され、第２吸着塔２０１２から導出された気体状のアンモニアを、第１吸着塔２０１１に導入するための流路となる。第２１配管２１０には、第２１配管２１０における流路を開放または閉鎖する第２１バルブ２１０１が設けられている。第２２配管２１１は、第１７配管２０６から分岐して第１５配管２０４に接続され、第２吸着塔２０１２から導出された気体状のアンモニアを、第３吸着塔２０１３に導入するための流路となる。第２２配管２１１には、第２２配管２１１における流路を開放または閉鎖する第２２バルブ２１１１が設けられている。
【００９５】
また、第１８配管２０７には、第１８配管２０７から分岐する第２３配管２１２が接続される。この第２３配管２１２は、第１８配管２０７から分岐して第１３配管２０２に接続され、第３吸着塔２０１３から導出された気体状のアンモニアを、第１吸着塔２０１１に導入するための流路となる。第２３配管２１２には、第２３配管２１２における流路を開放または閉鎖する第２３バルブ２１２１が設けられている。この第２３配管２１２には、第２３配管２１２から分岐する第２４配管２１３が接続される。この第２４配管２１３は、第２３配管２１２から分岐して第１４配管２０３に接続され、第３吸着塔２０１３から導出された気体状のアンモニアを、第２吸着塔２０１２に導入するための流路となる。第２４配管２１３には、第２４配管２１３における流路を開放または閉鎖する第２４バルブ２１３１が設けられている。
【００９６】
また、第１６配管２０５、第１７配管２０６および第１８配管２０７において、液体状のアンモニアの流過方向下流側端部には、第２５配管２１４が接続される。この第２５配管２１４には、第１吸着塔２０１１、第２吸着塔２０１２および第３吸着塔２０１３のいずれか１つの吸着塔から導出された液体状のアンモニアが供給される。そして、第２５配管２１４には、第２５配管２１４から分岐して分析手段４に接続される第８配管８８と、第２５配管２１４から分岐してコンデンサ５に接続される第１０配管９０とが設けられる。
【００９７】
以上のように構成されるアンモニア精製システム２００では、第１吸着塔２０１１、第２吸着塔２０１２および第３吸着塔２０１３の接続について、以下の６つの接続パターンがある。
【００９８】
第１の接続パターンは、気化器２から導出された気体状のアンモニアを、第１吸着塔２０１１、第２吸着塔２０１２の順に通過させる接続パターンである。第１の接続パターンでは、第１３バルブ２０２１、第１７バルブ２０６１および第１９バルブ２０８１を開放させ、第１４バルブ２０３１、第１５バルブ２０４１、第１６バルブ２０５１、第１８バルブ２０７１、第２０バルブ２０９１、第２１バルブ２１０１、第２２バルブ２１１１、第２３バルブ２１２１および第２４バルブ２１３１を閉鎖させる。
【００９９】
これによって、気化器２から導出された気体状のアンモニアは、第１３配管２０２を流過して第１吸着塔２０１１に導入され、第１吸着塔２０１１から導出された気体状のアンモニアは、第１６配管２０５および第１９配管２０８を流過して第２吸着塔２０１２に導入され、第２吸着塔２０１２から導出された気体状のアンモニアは、第１７配管２０６を流過して第２５配管２１４に供給され、この第２５配管２１４から分析手段４およびコンデンサ５に気体状のアンモニアが導入される。
【０１００】
このような第１の接続パターンでは、気体状のアンモニアに含まれる不純物を、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、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の接続パターンでは、第３吸着塔２０１３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２０１３を再生処理することができる。
【０１０１】
第２の接続パターンは、気化器２から導出された気体状のアンモニアを、第１吸着塔２０１１、第３吸着塔２０１３の順に通過させる接続パターンである。第２の接続パターンでは、第１３バルブ２０２１、第１８バルブ２０７１および第２０バルブ２０９１を開放させ、第１４バルブ２０３１、第１５バルブ２０４１、第１６バルブ２０５１、第１７バルブ２０６１、第１９バルブ２０８１、第２１バルブ２１０１、第２２バルブ２１１１、第２３バルブ２１２１および第２４バルブ２１３１を閉鎖させる。
【０１０２】
これによって、気化器２から導出された気体状のアンモニアは、第１３配管２０２を流過して第１吸着塔２０１１に導入され、第１吸着塔２０１１から導出された気体状のアンモニアは、第１６配管２０５、第１９配管２０８および第２０配管２０９を流過して第３吸着塔２０１３に導入され、第３吸着塔２０１３から導出された気体状のアンモニアは、第１８配管２０７を流過して第２５配管２１４に供給され、この第２５配管２１４から分析手段４およびコンデンサ５に気体状のアンモニアが導入される。
【０１０３】
このような第２の接続パターンでは、気体状のアンモニアに含まれる不純物を、第１吸着塔２０１１および第３吸着塔２０１３で吸着除去することができるので、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の接続パターンでは、第２吸着塔２０１２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２０１２を再生処理することができる。
【０１０４】
第３の接続パターンは、気化器２から導出された気体状のアンモニアを、第２吸着塔２０１２、第１吸着塔２０１１の順に通過させる接続パターンである。第３の接続パターンでは、第１４バルブ２０３１、第１６バルブ２０５１および第２１バルブ２１０１を開放させ、第１３バルブ２０２１、第１５バルブ２０４１、第１７バルブ２０６１、第１８バルブ２０７１、第１９バルブ２０８１、第２０バルブ２０９１、第２２バルブ２１１１、第２３バルブ２１２１および第２４バルブ２１３１を閉鎖させる。
【０１０５】
これによって、気化器２から導出された気体状のアンモニアは、第１４配管２０３を流過して第２吸着塔２０１２に導入され、第２吸着塔２０１２から導出された気体状のアンモニアは、第１７配管２０６および第２１配管２１０を流過して第１吸着塔２０１１に導入され、第１吸着塔２０１１から導出された気体状のアンモニアは、第１６配管２０５を流過して第２５配管２１４に供給され、この第２５配管２１４から分析手段４およびコンデンサ５に気体状のアンモニアが導入される。
【０１０６】
このような第３の接続パターンでは、気体状のアンモニアに含まれる不純物を、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、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の接続パターンでは、第３吸着塔２０１３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２０１３を再生処理することができる。
【０１０７】
第４の接続パターンは、気化器２から導出された気体状のアンモニアを、第２吸着塔２０１２、第３吸着塔２０１３の順に通過させる接続パターンである。第４の接続パターンでは、第１４バルブ２０３１、第１８バルブ２０７１および第２２バルブ２１１１を開放させ、第１３バルブ２０２１、第１５バルブ２０４１、第１６バルブ２０５１、第１７バルブ２０６１、第１９バルブ２０８１、第２０バルブ２０９１、第２１バルブ２１０１、第２３バルブ２１２１および第２４バルブ２１３１を閉鎖させる。
【０１０８】
これによって、気化器２から導出された気体状のアンモニアは、第１４配管２０３を流過して第２吸着塔２０１２に導入され、第２吸着塔２０１２から導出された気体状のアンモニアは、第１７配管２０６および第２２配管２１１を流過して第３吸着塔２０１３に導入され、第３吸着塔２０１３から導出された気体状のアンモニアは、第１８配管２０７を流過して第２５配管２１４に供給され、この第２５配管２１４から分析手段４およびコンデンサ５に気体状のアンモニアが導入される。
【０１０９】
このような第４の接続パターンでは、気体状のアンモニアに含まれる不純物を、第２吸着塔２０１２および第３吸着塔２０１３で吸着除去することができるので、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の接続パターンでは、第１吸着塔２０１１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２０１１を再生処理することができる。
【０１１０】
第５の接続パターンは、気化器２から導出された気体状のアンモニアを、第３吸着塔２０１３、第１吸着塔２０１１の順に通過させる接続パターンである。第５の接続パターンでは、第１５バルブ２０４１、第１６バルブ２０５１および第２３バルブ２１２１を開放させ、第１３バルブ２０２１、第１４バルブ２０３１、第１７バルブ２０６１、第１８バルブ２０７１、第１９バルブ２０８１、第２０バルブ２０９１、第２１バルブ２１０１、第２２バルブ２１１１および第２４バルブ２１３１を閉鎖させる。
【０１１１】
これによって、気化器２から導出された気体状のアンモニアは、第１５配管２０４を流過して第３吸着塔２０１３に導入され、第３吸着塔２０１３から導出された気体状のアンモニアは、第１８配管２０７および第２３配管２１２を流過して第１吸着塔２０１１に導入され、第１吸着塔２０１１から導出された気体状のアンモニアは、第１６配管２０５を流過して第２５配管２１４に供給され、この第２５配管２１４から分析手段４およびコンデンサ５に気体状のアンモニアが導入される。
【０１１２】
このような第５の接続パターンでは、気体状のアンモニアに含まれる不純物を、第１吸着塔２０１１および第３吸着塔２０１３で吸着除去することができるので、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の接続パターンでは、第２吸着塔２０１２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２０１２を再生処理することができる。
【０１１３】
第６の接続パターンは、気化器２から導出された気体状のアンモニアを、第３吸着塔２０１３、第２吸着塔２０１２の順に通過させる接続パターンである。第６の接続パターンでは、第１５バルブ２０４１、第１７バルブ２０６１および第２４バルブ２１３１を開放させ、第１３バルブ２０２１、第１４バルブ２０３１、第１６バルブ２０５１、第１８バルブ２０７１、第１９バルブ２０８１、第２０バルブ２０９１、第２１バルブ２１０１、第２２バルブ２１１１および第２３バルブ２１２１を閉鎖させる。
【０１１４】
これによって、気化器２から導出された気体状のアンモニアは、第１５配管２０４を流過して第３吸着塔２０１３に導入され、第３吸着塔２０１３から導出された気体状のアンモニアは、第１８配管２０７、第２３配管２１２および第２４配管２１３を流過して第２吸着塔２０１２に導入され、第２吸着塔２０１２から導出された気体状のアンモニアは、第１７配管２０６を流過して第２５配管２１４に供給され、この第２５配管２１４から分析手段４およびコンデンサ５に気体状のアンモニアが導入される。
【０１１５】
このような第６の接続パターンでは、気体状のアンモニアに含まれる不純物を、第２吸着塔２０１２および第３吸着塔２０１３で吸着除去することができるので、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の接続パターンでは、第１吸着塔２０１１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２０１１を再生処理することができる。
【符号の説明】
【０１１６】
１ 原料貯留タンク
２ 気化器
３ 吸着手段
４ 分析手段
５ コンデンサ
６ 製品タンク
３１，２０１１ 第１吸着塔
３２，２０１２ 第２吸着塔
３３，２０１３ 第３吸着塔
３４ 第４吸着塔
１００，２００ アンモニア精製システム
３１１，３２１，３３１，３４１，２０１１１，２０１２１，２０１３１ 第１吸着領域
３１２，３２２，３３２，３４２，２０１１２，２０１２２，２０１３２ 第２吸着領域
【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、窒化物皮膜の作製等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、水素、窒素、酸素、アルゴン、一酸化窒素、二酸化炭素等の低沸点ガス、炭化水素、水分等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９８〜９９重量％程度である。
【０００４】
粗アンモニア中に含まれる炭化水素としては、一般的には炭素数１〜４のものが主であるが、アンモニアの合成原料として用いる水素ガスの製造時に、クラッキングガス中の油分の分離が不十分であったり、あるいは、製造時にポンプ類からのポンプ油による油汚染を受けたりと、沸点の高い分子量の大きな炭化水素が混入することもある。また、アンモニア中に水分が多く含まれると、このアンモニアを用いて製造される半導体等の機能を大きく低下させる場合があり、アンモニア中の水分は極力減らす必要がある。
【０００５】
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（各不純物濃度１００ｐｐｂ以下）、より好ましくは９９．９９９９９重量％程度であることが求められる。近年窒化ガリウムのような発光体製造用には水分濃度が３０ｐｐｂ未満であることが求められている。
【０００６】
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。
【０００７】
例えば、特許文献１には、液体状の粗アンモニアから揮発性の低い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揮発性の高い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。
【０００８】
また、特許文献２には、水分の吸着塔、炭化水素の吸着塔および蒸留塔を組合わせて高純度のアンモニアを得るアンモニアの精製方法が開示されている。また、特許文献３には、蒸留塔で沸点の低い不純物を除去した後、吸着塔で水分および酸素を除去することで高純度のアンモニアを得るアンモニアの精製方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−２０６４１０号公報
【特許文献２】特表２００８−５０５８３０号公報
【特許文献３】特許第４０６２７１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１〜３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１〜３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ず、アンモニアを精製するのに多くのエネルギが必要となってしまう。
【００１１】
したがって本発明の目的は、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とともに、エネルギの消費を抑制してアンモニアを効率的に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】
【００１２】
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であって、
液体状の粗アンモニアを貯留し、その貯留された液体状の粗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液体状の粗アンモニアの一部を気化し、気体状のアンモニアを導出する気化手段と、
前記気化手段から導出された気体状のアンモニアに含有される不純物を、多孔質の吸着剤により吸着除去し、気体状のアンモニアを導出する吸着手段と、
前記吸着手段から導出された気体状のアンモニアを分縮して気相成分と液相成分とに分離することで、揮発性の高い不純物を気相成分として分離除去し、液相成分として精製された液体状のアンモニアを得る分縮手段と、を含むことを特徴とするアンモニア精製システムである。
【００１３】
また本発明のアンモニア精製システムにおいて、前記吸着手段は、少なくとも合成ゼオライトのＭＳ−３Ａが吸着剤として充填された吸着領域と、合成ゼオライトのＭＳ−１３Ｘが吸着剤として充填された吸着領域とを有することを特徴とする。
【００１４】
また本発明のアンモニア精製システムにおいて、前記吸着手段は、前記気化手段から導出された気体状のアンモニアに含有される不純物を吸着除去する複数の吸着塔であって、直列接続される複数の吸着塔を有することを特徴とする。
【００１５】
また本発明は、粗アンモニアを精製する方法であって、
液体状の粗アンモニアを貯留し、その貯留された液体状の粗アンモニアを導出する貯留工程と、
前記貯留工程で導出された液体状の粗アンモニアの一部を気化し、気体状のアンモニアを導出する気化工程と、
前記気化工程で導出された気体状のアンモニアに含有される不純物を、多孔質の吸着剤により吸着除去する吸着工程と、
前記吸着工程で不純物が吸着除去された気体状のアンモニアを分縮して気相成分と液相成分とに分離することで、揮発性の高い不純物を気相成分として分離除去し、液相成分として精製された液体状のアンモニアを得る分縮工程と、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】
【００１６】
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、気化手段と、吸着手段と、分縮手段とを含む。気化手段は、貯留手段から導出された液体状の粗アンモニアの一部を気化し、気体状のアンモニアを導出する。吸着手段は、気化手段から導出された気体状のアンモニアに含有される不純物を、多孔質の吸着剤により吸着除去し、気体状のアンモニアを導出する。そして、分縮手段は、吸着手段から導出された気体状のアンモニアを分縮して気相成分と液相成分とに分離することで、揮発性の高い不純物を気相成分として分離除去し、液相成分として精製された液体状のアンモニアを得る。
【００１７】
本発明のアンモニア精製システムでは、気化手段は、液体状の粗アンモニアの一部を気化するので、粗アンモニア中に含有される揮発性の低い不純物が液相に残り、揮発性の低い成分が低減された気体状のアンモニアを導出することができる。そして、分縮手段は、吸着手段により不純物が吸着除去された後の気体状のアンモニアを分縮して気相成分と液相成分とに分離するので、水素、窒素、酸素、アルゴン、一酸化炭素、二酸化炭素、および炭素数１〜８の炭化水素等の、揮発性の高い不純物を、気相成分として分離除去し、液相成分として精製された液体状のアンモニアを得ることができる。そのため、本発明のアンモニア精製システムでは、従来技術のように還流を伴う蒸留を行うことなく、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とともに、エネルギの消費を抑制してアンモニアを効率的に精製することができる。
【００１８】
また本発明によれば、吸着手段は、少なくとも合成ゼオライトのＭＳ−３Ａが吸着剤として充填された吸着領域と、ＭＳ−１３Ｘが吸着剤として充填された吸着領域とを有する。合成ゼオライトのＭＳ−３Ａは、水分に対する優れた吸着能を有する吸着剤であり、ＭＳ−１３Ｘは、水分および炭化水素に対する優れた吸着能を有する吸着剤である。このような吸着能を有するＭＳ−３ＡおよびＭＳ−１３Ｘが充填された吸着領域を有する吸着手段とすることによって、気化手段から導出された気体状のアンモニアに含まれる水分、高次炭化水素等の揮発性の低い不純物を、効率よく吸着除去することができる。また高次炭化水素等の不純物含量が多い場合には、吸着剤として活性炭を充填した吸着領域を有してもよい。
【００１９】
また本発明によれば、吸着手段は、直列接続される複数の吸着塔を有する。吸着手段が直列接続される複数の吸着塔を有することによって、気化手段から導出された気体状のアンモニアに含まれる不純物に対する吸着除去能力を向上することができる。
【００２０】
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、気化工程と、吸着工程と、分縮工程とを含む。気化工程では、貯留工程で導出された液体状の粗アンモニアの一部を気化し、気体状のアンモニアを導出する。吸着工程では、気化工程で導出された気体状のアンモニアに含有される不純物を、多孔質の吸着剤により吸着除去する。そして、分縮工程では、吸着工程で不純物が吸着除去された気体状のアンモニアを分縮して気相成分と液相成分とに分離することで、揮発性の高い不純物を気相成分として分離除去し、液相成分として精製された液体状のアンモニアを得る。
【００２１】
本発明のアンモニアの精製方法では、気化工程において、液体状の粗アンモニアの一部を気化するので、粗アンモニア中に含有される揮発性の低い不純物が液相に残り、揮発性の低い不純物が低減された気体状のアンモニアを導出することができる。そして、分縮工程では、吸着工程で不純物が吸着除去された後の気体状のアンモニアを分縮して気相成分と液相成分とに分離するので、水素、窒素、酸素、アルゴン、一酸化炭素、二酸化炭素、および炭素数１〜８の炭化水素等の、揮発性の高い不純物を、気相成分として分離除去し、液相成分として精製された液体状のアンモニアを得ることができる。そのため、本発明のアンモニアの精製方法では、従来技術のように還流を伴う蒸留を行うことなく、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とともに、エネルギの消費を抑制してアンモニアを効率的に精製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【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】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】
【００２３】
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。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。
【００２４】
アンモニア精製システム１００は、貯留手段である原料貯留タンク１、気化手段である気化器２、吸着手段３、分析手段４、分縮手段であるコンデンサ５、および製品タンク６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、原料貯留タンク１で貯留工程を実行し、気化器２で気化工程を実行し、吸着手段３で吸着工程を実行し、コンデンサ５で分縮工程を実行する。
【００２５】
原料貯留タンク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、原料貯留タンク１に貯留される粗アンモニアは、純度９９重量％以上、好ましくは純度９９．０〜９９．９重量％である。
【００２６】
原料貯留タンク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。この原料貯留タンク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されている。原料貯留タンク１が液体状の粗アンモニアを貯留した状態で、原料貯留タンク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。
【００２７】
本実施形態では、原料貯留タンク１から気化器２に粗アンモニアを導出する際には、粗アンモニアを前記液相から液体状の粗アンモニアとして導出する。原料の粗アンモニアは、製品ロットごとに不純物濃度のばらつきが大きい場合がある。このように、不純物濃度のばらつきが大きい粗アンモニアを原料貯留タンク１の気相から導出するようにした場合、気相成分の組成ばらつきが大きく、最終的に精製される液体アンモニアの純度に大きなばらつきが発生してしまうおそれがある。本実施形態では、アンモニア精製システム１００は、原料貯留タンク１の液相から液体状の粗アンモニアを導出するように構成されているので、不純物濃度のばらつきが大きい粗アンモニアが用いられた場合においても、最終的に精製される液体アンモニアの純度に大きなばらつきが発生するのを防止することができる。
【００２８】
原料貯留タンク１と気化器２との間には第１配管８１が接続されており、原料貯留タンク１から導出された液体状の粗アンモニアは、第１配管８１を流過して気化器２に供給される。
【００２９】
第１配管８１には、第１配管８１における流路を開放または閉鎖する第１バルブ８１１が設けられている。液体状の粗アンモニアの気化器２への供給時には、第１バルブ８１１が開放されて、原料貯留タンク１から気化器２に向けて第１配管８１内を液体状の粗アンモニアが流過する。
【００３０】
気化器２は、原料貯留タンク１から導出された液体状の粗アンモニアの一部を気化する、すなわち、液体状の粗アンモニアを加熱して所定の気化率で気化して気相成分と液相成分とに分離し、気体状のアンモニアを導出する。気化器２は、液体状の粗アンモニアの一部を気化するので、粗アンモニア中に含有される揮発性の低い不純物（例えば、水分、炭素数９以上の炭化水素等）が液相に残り、揮発性の低い不純物が低減された気体状のアンモニアを導出することができる。
【００３１】
本実施形態では、気化器２は、原料貯留タンク１から導出された液体状のアンモニアを、９０〜９５体積％の気化率で気化して気相成分と液相成分とに分離する。この場合には、原料貯留タンク１から導出された液体状のアンモニアの９０〜９５体積％が気相成分となり、５〜１０体積％が液相成分となる。
【００３２】
気化器２には、第２バルブ８２１が設けられた第２配管８２と、開閉バルブ８２１ａが設けられた配管８２ａとが接続されている。なお、第２配管８２は、気化器２と吸着手段３との間に接続される。
【００３３】
気化器２において、液相成分としてアンモニアから分離除去された揮発性の低い不純物は、開閉バルブ８２１ａが開放された状態で、配管８２ａを流過してシステム外部に排出される。また、気化器２において、気相成分として得られた気体状のアンモニアは、第２バルブ８２１が開放された状態で、第２配管８２を流過して吸着手段３に供給される。
【００３４】
吸着手段３は、気化器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を、主として多孔質の合成ゼオライトからなる吸着剤により吸着除去する。本実施形態では、吸着手段３は、複数の吸着塔である第１吸着塔３１、第２吸着塔３２、第３吸着塔３３および第４吸着塔３４を含んで構成される。
【００３５】
第１吸着塔３１および第３吸着塔３３は、第３配管８３に並列に接続されている。第３配管８３には、第３配管８３における流路を開放または閉鎖する第３バルブ８３１および第４バルブ８３２が設けられている。第３配管８３において、第３バルブ８３１は、第１吸着塔３１の上流側（すなわち、第１吸着塔３１の塔頂部側）に配置され、第４バルブ８３２は、第３吸着塔３３の上流側（すなわち、第３吸着塔３３の塔頂部側）に配置される。気化器２から導出された気体状のアンモニアの第１吸着塔３１への供給時には、第３バルブ８３１が開放され、第４バルブ８３２が閉鎖されて、気化器２から第１吸着塔３１に向けて第３配管８３内を気体状のアンモニアが流過する。また、気化器２から導出された気体状のアンモニアの第３吸着塔３３への供給時には、第４バルブ８３２が開放され、第３バルブ８３１が閉鎖されて、気化器２から第３吸着塔３３に向けて第３配管８３内を気体状のアンモニアが流過する。
【００３６】
このように、吸着手段３が、並列接続される第１吸着塔３１および第３吸着塔３３を有することによって、気化器２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３１および第３吸着塔３３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、例えば、第１吸着塔３１で吸着除去している間に、使用済みの第３吸着塔３３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３３を再生処理することができる。
【００３７】
第２吸着塔３２は、第４配管８４を介して第１吸着塔３１と直列に接続されている。すなわち、第４配管８４において、一端部は第１吸着塔３１の塔底部に接続され、他端部は第２吸着塔３２の塔頂部に接続されている。これによって、気化器２から導出されて、第１吸着塔３１に導入された気体状のアンモニアは、第４配管８４を流過して第２吸着塔３２に導入される。このように、吸着手段３が、直列接続される第１吸着塔３１および第２吸着塔３２を有することによって、気化器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を、第１吸着塔３１および第２吸着塔３２で吸着除去することができるので、不純物に対する吸着除去能力を向上することができる。
【００３８】
第２吸着塔３２から導出された気体状のアンモニアは、第５配管８５を流過して、コンデンサ５と接続される第１０配管９０に供給される。
【００３９】
第５配管８５には、第５配管８５における流路を開放または閉鎖する第５バルブ８５１および第６バルブ８５２が設けられている。第５配管８５において、第５バルブ８５１は、アンモニアの流過方向上流側（すなわち、第２吸着塔３２側）に配置され、第６バルブ８５２は、アンモニアの流過方向下流側（すなわち、第１０配管９０側）に配置される。第２吸着塔３２から導出された気体状のアンモニアの第１０配管９０への供給時には、第５バルブ８５１および第６バルブ８５２が開放されて、第２吸着塔３２から第１０配管９０に向けて第５配管８５内を気体状のアンモニアが流過する。
【００４０】
また、本実施形態のアンモニア精製システム１００では、第５バルブ８５１と第６バルブ８５２との間において、第５配管８５から分岐し、分析手段４に接続される第８配管８８が設けられている。この第８配管８８には、第８配管８８における流路を開放または閉鎖する第９バルブ８８１が設けられている。第９バルブ８８１は、気化器２から導出された気体状のアンモニアが、第１吸着塔３１および第２吸着塔３２に導入される場合には、常時開放されて、分析に必要なごく少量のアンモニアが分析手段４に向けて第８配管８８内を流過する。
【００４１】
第４吸着塔３４は、第６配管８６を介して第３吸着塔３３と直列に接続されている。すなわち、第６配管８６において、一端部は第３吸着塔３３の塔底部に接続され、他端部は第４吸着塔３４の塔頂部に接続されている。これによって、気化器２から導出されて、第３吸着塔３３に導入された気体状のアンモニアは、第６配管８６を流過して第４吸着塔３４に導入される。このように、吸着手段３が、直列接続される第３吸着塔３３および第４吸着塔３４を有することによって、気化器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を、第３吸着塔３３および第４吸着塔３４で吸着除去することができるので、不純物に対する吸着除去能力を向上することができる。
【００４２】
第４吸着塔３４から導出された気体状のアンモニアは、第７配管８７を流過して、コンデンサ５と接続される第１０配管９０に供給される。
【００４３】
第７配管８７には、第７配管８７における流路を開放または閉鎖する第７バルブ８７１および第８バルブ８７２が設けられている。第７配管８７において、第７バルブ８７１は、アンモニアの流過方向上流側（すなわち、第４吸着塔３４側）に配置され、第８バルブ８７２は、アンモニアの流過方向下流側（すなわち、第１０配管９０側）に配置される。第４吸着塔３４から導出された気体状のアンモニアの第１０配管９０への供給時には、第７バルブ８７１および第８バルブ８７２が開放されて、第４吸着塔３４から第１０配管９０に向けて第７配管８７内を気体状のアンモニアが流過する。
【００４４】
また、本実施形態のアンモニア精製システム１００では、第７バルブ８７１と第８バルブ８７２との間において、第７配管８７から分岐し、分析手段４に接続される第９配管８９が設けられている。この第９配管８９には、第９配管８９における流路を開放または閉鎖する第１０バルブ８９１が設けられている。第１０バルブ８９１は、気化器２から導出された気体状のアンモニアが、第３吸着塔３３および第４吸着塔３４に導入される場合には、常時開放されて、分析に必要なごく少量のアンモニアが分析手段４に向けて第９配管８９内を流過する。
【００４５】
また、本実施形態では、第１吸着塔３１は、合成ゼオライトとしてＭＳ−３Ａ（細孔径３Åの多孔質合成ゼオライト）が充填された第１吸着領域３１１と、合成ゼオライトとしてＭＳ−１３Ｘ（細孔径９Åの多孔質合成ゼオライト）が充填された第２吸着領域３１２とを有する。第１吸着塔３１において、第１吸着領域３１１と第２吸着領域３１２とは直列に接続されており、第１吸着領域３１１が塔頂部側に配置され、第２吸着領域３１２が塔底部側に配置されている。ただし、第１吸着領域３１１と第２吸着領域３１２とは、配置が逆になっても何ら差し障りがない。また、高次炭化水素等の不純物が多い場合には、吸着剤として活性炭を充填した吸着領域を追加してもよい。
【００４６】
なお、第２吸着塔３２、第３吸着塔３３および第４吸着塔３４は、それぞれ第１吸着塔３１と同様に構成される。具体的には、第２吸着塔３２では、ＭＳ−３Ａが充填された第１吸着領域３２１が塔頂部側に配置され、ＭＳ−１３Ｘが充填された第２吸着領域３２２が塔底部側に配置されている。第３吸着塔３３では、ＭＳ−３Ａが充填された第１吸着領域３３１が塔頂部側に配置され、ＭＳ−１３Ｘが充填された第２吸着領域３３２が塔底部側に配置されている。第４吸着塔３４では、ＭＳ−３Ａが充填された第１吸着領域３４１が塔頂部側に配置され、ＭＳ−１３Ｘが充填された第２吸着領域３４２が塔底部側に配置されている。ただし、第２吸着塔３２、第３吸着塔３３および第４吸着塔３４において、第１吸着領域３２１，３３１，３４１と第２吸着領域３２２，３３２，３４２とは、配置が逆になっても何ら差し障りがない。また、高次炭化水素等の不純物が多い場合には、吸着剤として活性炭を充填した吸着領域を追加してもよい。
【００４７】
合成ゼオライトのＭＳ−３Ａは、水分に対する優れた吸着能を有する吸着剤であり、ＭＳ−１３Ｘは、水分および炭化水素に対する優れた吸着能を有する吸着剤である。このような吸着能を有するＭＳ−３Ａが充填された第１吸着領域、およびＭＳ−１３Ｘが充填された第２吸着領域を有する第１吸着塔３１、第２吸着塔３２、第３吸着塔３３および第４吸着塔３４とすることによって、気化器２から導出された気体状のアンモニアに含まれる水分、高次炭化水素等の揮発性の低い不純物を、効率よく吸着除去することができる。
【００４８】
本実施形態で用いるＭＳ−３ＡおよびＭＳ−１３Ｘ等の合成ゼオライトからなる吸着剤、および活性炭は、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。例えば、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。
【００４９】
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３１、第２吸着塔３２、第３吸着塔３３および第４吸着塔３４は、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３１、第２吸着塔３２、第３吸着塔３３および第４吸着塔３４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３１、第２吸着塔３２、第３吸着塔３３および第４吸着塔３４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３１、第２吸着塔３２、第３吸着塔３３および第４吸着塔３４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３１、第２吸着塔３２、第３吸着塔３３および第４吸着塔３４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。
【００５０】
また、第１吸着塔３１、第２吸着塔３２、第３吸着塔３３および第４吸着塔３４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３１，３２，３３，３４に供給する量をＮＴＰでのガス体積に換算し、各吸着塔３１，３２，３３，３４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。
【００５１】
第２吸着塔３２から導出されて第８配管８８を流過する気体状のアンモニア、または、第４吸着塔３４から導出されて第９配管８９を流過する気体状のアンモニアは、分析手段４に導入される。
【００５２】
分析手段４は、第２吸着塔３２または第４吸着塔３４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４は、ガスクロマトグラフ分析装置（ＧＣ−ＰＤＤ：パルス放電型検出器）である。ガスクロマトグラフ分析装置としては、例えば、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。この分析手段４による分析結果に基づいて、後述のコンデンサ５は、第２吸着塔３２または第４吸着塔３４から導出された気体状のアンモニアを分縮するときの凝縮率が設定されるようにしてもよい。
【００５３】
第２吸着塔３２から導出されて第１０配管９０に供給された気体状のアンモニア、または、第４吸着塔３４から導出されて第１０配管９０に供給された気体状のアンモニアは、第１０配管９０を流過してコンデンサ５に導入される。
【００５４】
ここで、本実施形態のアンモニア精製システム１００における分縮手段としてのコンデンサ５による気体状のアンモニアの分縮について説明する。コンデンサ５は、第２吸着塔３２または第４吸着塔３４から導出された気体状のアンモニアを分縮して気相成分と液相成分とに分離することで、アンモニア中に含有される揮発性の高い不純物を気相成分として分離除去し、液相成分として精製された液体状のアンモニアを得る。
【００５５】
工業的に製造されるアンモニア（粗アンモニア）中に含有される不純物は、その種類を大きく分類すると、一般的に、水素、窒素、酸素、アルゴン、一酸化炭素および二酸化炭素等の溶存低沸点ガス、炭化水素類、水分等である。粗アンモニア中に含有される炭化水素としては、最も多く含有されているのはメタンであるが、その他にエタン、プロパン、エチレンおよびプロピレン等がそれに次いで多く含有されている。炭素数でいうと炭素数１〜３の炭化水素が炭化水素類の主成分を構成することになる。
【００５６】
しかしながら、粗アンモニア中には、その含有量は少ないものの、炭素数４以上の炭化水素、多くの場合は炭素数４〜６の炭化水素が、含有されている。また、工業的に製造されたアンモニアガスを液化する時には、その圧縮のためにオイルポンプ等が使用されている。このような場合には、オイルポンプ等から混入してくるポンプ油に由来する油分等の、大きな分子量を有する炭化水素が、粗アンモニア中に含有される。
【００５７】
これらの不純物を構成する、炭素数が広範囲にわたる炭化水素類を除去できるアンモニアの精製システムとすることが、電子産業向けのアンモニアを製造するためには必須となってくる。
【００５８】
本発明者らは、精留に代わる粗アンモニア中の不純物の除去方法として、分縮による方法が優れていることを見出した。
【００５９】
例えば、精留により炭化水素を分離する場合、一般的に５〜２０段の精留塔を設け、還流比１０〜２０で蒸留する必要がある。この蒸留において、アンモニア中に含まれる、主に炭素数１〜８の炭化水素類は、揮発性の高い成分として蒸留塔の塔頂部より除去される。この精留操作により高純度のアンモニアを得る場合には、蒸留塔の塔頂部から廃棄する揮発性の高い不純物を含んだアンモニアをどの程度の割合とすれば、目的とする高純度のアンモニアが得られるかが問題となってくる。不純物の含有量が比較的低い粗アンモニアを原料として用いた場合であっても、蒸留塔の塔頂部から廃棄する割合は、蒸留塔に供給した粗アンモニアの約１０％と大きな割合とする必要がある。
【００６０】
表１にはアンモニア、および炭素数１〜８の飽和ｎ−炭化水素の沸点を示したが、炭素数４〜８の炭化水素は、その炭化水素が純物質として存在する場合にはアンモニアより沸点が高いにもかかわらず、精留操作では揮発性の高い化合物として蒸留塔の塔頂部より排出されてくる。
【００６１】
【表１】
【００６２】
この理由は定かではないが、本発明者らはこの理由として次のように推測している。すなわち、炭素数１〜８の炭化水素の沸点は、例えば炭素数３のプロパンの沸点を例にとると、プロパンを容器に入れて温度を変化させていったときに、その容器中の圧力が１気圧（０．１０１３ＭＰａ）となるときの温度である。このときのプロパンの状態は、隣り合うプロパン分子同士がファンデルワールス力等により互いに引っ張りあっている状態であり、その引っ張り合う力が強いと沸点が高く現れることになる。しかしながら、今問題にしているような、アンモニア中に存在するプロパンの濃度が非常に低い状況においては、プロパン分子の隣には引っ張り合うことができるプロパン分子や、あるいは他の炭化水素分子が存在せず、ちょうど液体アンモニアの海の中にプロパン分子がただ一つ漂っている状態となっている。
【００６３】
一般的に、炭化水素分子同士やアンモニア分子同士のように、似た性質を持つ者同士の間には大きな分子間力が生まれるが、プロパン分子とアンモニア分子のように性質の大きく異なる分子同士の間に生まれるこの分子間力は小さなものである。この様に、アンモニア中に炭化水素不純物が極微量に存在する状況下においては、従来の蒸留の概念はもはや無意味となる。液体アンモニアでは、アンモニア分子同士は互いに引っ張り合いの力を及ぼし合っているが、一方、純物質としてはアンモニアより沸点の高い炭素数４〜８の炭化水素であろうとも、それらはアンモニア分子との相互作用が小さいために、液体アンモニア中ではアンモニアよりも沸点の低い化合物として振舞ったとしてもなんら不思議ではない。事実、精留の結果からは、炭素数１〜８の炭化水素が、アンモニアよりも低い沸点を持った揮発性の高い化合物として振舞っていることが分かる。
【００６４】
アンモニア中に微量に含まれる炭素数１〜８の炭化水素が、液化アンモニアの気相と液相でどのような濃度分布を示しているかを、温度を種々変化させてそれらの炭化水素のアンモニア中での濃度が気液平衡状態になったところで測定した結果が表２である。なお、分配比は、それぞれの飽和ｎ−炭化水素濃度の液体アンモニア中初期濃度を５００〜５０００ｐｐｍに調整し、その後、所定の温度で２昼夜放置後に測定した。
【００６５】
【表２】
【００６６】
なお、この表２中で示した、気液分配係数は、分縮により不純物がどの程度分離できるかの指標となるものであり、次のように定義される。
分配係数（Ｋｄ）＝Ａ１／Ａ２ ・・・（１）
［式中、Ａ１は気液平衡後の気体アンモニア中の不純物濃度を示し、Ａ２は気液平衡後の液体アンモニア中の不純物濃度を示す。］
【００６７】
ただし、上記式（１）中における不純物濃度Ａ１，Ａ２は、ｍｏｌ−ｐｐｍをその単位とし、定義は、下記式（２）とする。
不純物濃度（Ａ１，Ａ２）＝
不純物（ｍｏｌ）／（アンモニア（ｍｏｌ）＋不純物（ｍｏｌ））×１０６
・・・（２）
【００６８】
この定義に従えば、気液分配係数が大きい不純物ほど、分縮により凝縮されなかった未凝縮の気体アンモニア中に多く含まれてくることになる。炭素数の小さな炭化水素ほど、液相中よりも気相中に存在する割合が高くなり、炭素数８までの炭化水素であれば気相中により高い濃度で存在することになる。さらに、温度が低いほど、より高い濃度でアンモニア気相中に炭化水素が存在することになる。
【００６９】
さらに、この表２に示した平衡に達するまでの時間は、アンモニア中に含まれる炭化水素濃度が低くなるにしたがって長くなり、ここに示したｐｐｍオーダーの濃度においては、その平衡に達するまでに数日間を要することがわかった。このことは、精留によりアンモニア中の不純物を除去する操作において、精留塔の各蒸留段において起こる短い気液接触時間では、不純物である炭化水素の物質移動が十分に行われていないことを示していて、その結果からは、アンモニアの高純度化に精留を用いる方法は、工業的には効果が低いものと考えられる。なお、表２は飽和直鎖状炭化水素についてのデータであるが、炭素数４以上においては相当する種々の異性体や、炭素数２以上の炭化水素においては分子内に不飽和結合を含む場合にも、表２に示した傾向がある。
【００７０】
以上で示してきたように、本発明者らは、粗アンモニア中における希薄不純物である炭素数１〜８の炭化水素の挙動が従来考えられていた状態と大きく異なることを確認し、さらに一歩進めて、この炭素数１〜８の炭化水素のアンモニア中での性質の違いをアンモニアの精製に利用できないかと考えた。そこで、メタン、エタンおよびプロパンをそれぞれ約５０００ｐｐｍ、約５００ｐｐｍおよび約５００ｐｐｍで含む気体状の粗アンモニアの９５％を、アンモニアガス温度を−２０℃に保ち、コンデンサ５における器壁温度を−３０℃として凝縮により液化してみたところ、得られた液体アンモニア中にはそれらの炭化水素は検出されず、不純物の大部分は凝縮されなかった気体アンモニア中に残存することが分かった。表２の分配比に従うと、分縮操作により−２０℃で凝縮してくる液体アンモニア中には、メタン、エタンおよびプロパンがそれぞれ５４ｐｐｍ、２４ｐｐｍおよび５６ｐｐｍで存在する計算となるが、意外にも、コンデンサ５における分縮では、その値ははるかに小さなものとなり、粗アンモニアを短時間のうちに非常に高純度にまで精製できることが分かった。
【００７１】
粗アンモニア中に含有される不純物を精留により分離除去する場合、還流を掛けながらの蒸留であるので、蒸留塔で液体アンモニアを加熱蒸発させて気体アンモニアとし、一方、蒸留塔の塔頂部のコンデンサで精留塔からの気体アンモニアを凝縮させて液体アンモニアとする操作を繰り返すことになる。そのため、精留操作においては大きなエネルギをその操作に投入することになる。
【００７２】
これに対して、コンデンサ５における分縮によりアンモニア中に含有される不純物を分離除去する場合には、気体アンモニアを１回凝縮させるだけであるので、それに必要なエネルギが少なくて済む。このように、精留によるアンモニアの精製方法と比較して、コンデンサ５における分縮による精製方法は、短時間に高純度のアンモニアが得られるばかりではなく、エネルギ的にも大きなメリットがあることがわかる。
【００７３】
さらに、本発明者らは、アンモニアに含有される不純物が炭素数１〜８の炭化水素である場合、コンデンサ５により、気体状のアンモニアの９０〜９９．５％程度までの液化を伴う分縮操作を行っても、液相成分として得られる液体アンモニア中に含まれてくる不純物の濃度は、最初の気体状のアンモニア中に含有される不純物濃度と比べて大きく低下しているという事実を見出した。
【００７４】
コンデンサ５における分縮によりアンモニア中に含有される不純物を分離除去する精製方法では、分縮により液相成分として得られる液体アンモニアは、前述のように、気液分配比から予想される値を超えて、不純物炭化水素の濃度がはるかに低くなっている。その理由は定かではないが、分縮では平衡関係が崩れて動的な不純物分離が起こり、不純物炭化水素のほとんどが、凝縮されなかった気相成分に残存するものと推察している。この推察の正しさは、コンデンサ５における分縮により液相成分として得られた液体アンモニアを、コンデンサ５から速やかに取り出さずに、しばらくの間、液体アンモニアの状態でコンデンサ５の内部に滞留させておくと、数十分〜数時間と長時間の観察が必要ではあるが、その液体アンモニア中の不純物炭化水素濃度が次第に上昇してくることからも裏付けられる。
【００７５】
この推察と観察結果は、コンデンサ５における分縮により液相成分として得られた液体アンモニアは、速やかにコンデンサ５から導出し、コンデンサ５の内部には未凝縮の気相成分のみが存在するように、コンデンサ５の運転を行うのが、高純度アンモニアを得るために必要であることを示している。
【００７６】
なお、アンモニアの精製効率を高めるためには、あくまでも目安であるが、気液分配係数が大きいほど好ましいと考えられる。前述したように、この気液分配係数は温度により影響を受け、分縮温度が低いほど大きな気液分配係数を得ることができる。このことは、コンデンサ５における分縮操作の設定温度が高い場合、例えばアンモニアの分縮の起こる温度を５０℃とした場合には、コンデンサ５に供給するアンモニアの圧力を１．８１ＭＰａ以上とするとアンモニアの分縮は可能となるが、分縮操作の設定温度が低い場合と比較し、その炭化水素不純物の分離効率が低下する可能性があることを意味している。
【００７７】
コンデンサ５は、第２吸着塔３２または第４吸着塔３４から導出された気体状のアンモニアを分縮して気相成分と液相成分とに分離することで、水素、窒素、酸素、アルゴン、一酸化炭素、二酸化炭素、および炭素数１〜８の炭化水素を気相成分として分離除去し、液相成分として精製された液体アンモニアを得る。具体的には、コンデンサ５は、第２吸着塔３２または第４吸着塔３４から導出された気体状のアンモニアに対して、冷却処理によって、アンモニアを、その一部が気相成分となるように凝縮して、気相成分と液相成分とに分離する。コンデンサ５としては、多管式コンデンサ、プレート式熱交換器等が挙げられる。
【００７８】
本実施形態では、コンデンサ５は、第２吸着塔３２または第４吸着塔３４から導出された気体状のアンモニアの７０〜９９体積％を凝縮して気相成分と液相成分とに分離する。この場合には、第２吸着塔３２または第４吸着塔３４から導出された気体状のアンモニアの一部である１〜３０体積％が気相成分となるように凝縮して、気相成分と液相成分とに分離することになる。これによって、吸着除去後の気体状のアンモニアに含まれる揮発性の高い不純物を気相成分として分離除去し、液相成分として精製された液体アンモニアを収率よく得ることができる。
【００７９】
また、コンデンサ５における凝縮条件としては、第２吸着塔３２または第４吸着塔３４から導出された気体状のアンモニアの一部が液体となるような条件であれば限定されるものではなく、温度、圧力および時間を適宜設定すればよい。本実施形態では、コンデンサ５は、第２吸着塔３２または第４吸着塔３４から導出された気体状のアンモニアを、−７７〜５０℃の温度下で凝縮して気相成分と液相成分とに分離するように構成されるのが好ましい。これによって、第２吸着塔３２または第４吸着塔３４から導出された気体状のアンモニアを効率よく凝縮して精製された液体アンモニアを得ることができるとともに、その液体アンモニアの純度を高めることができる。コンデンサ５における気体状のアンモニアに対する凝縮時の温度が、−７７℃未満である場合には、冷却するのに多くのエネルギを要するので好ましくなく、５０℃を超える場合には、アンモニアの一部が凝縮されて得られる液体アンモニアに含まれてくる不純物濃度が高くなってくるので好ましくない。
【００８０】
また、コンデンサ５は、第２吸着塔３２または第４吸着塔３４から導出された気体状のアンモニアを、０．００７〜２．０ＭＰａの圧力下で凝縮して気相成分と液相成分とに分離するように構成されるのが好ましい。コンデンサ５における気体状のアンモニアに対する凝縮時の圧力が、０．００７ＭＰａ未満である場合には、アンモニアを凝縮させる温度が低くなるので、冷却するのに多くのエネルギが必要となって好ましくなく、２．０ＭＰａを超える場合には、アンモニアを凝縮させる温度が高くなるので、アンモニアの一部が凝縮されて得られる液体アンモニアに含まれてくる不純物濃度が高くなって好ましくない。
【００８１】
本実施形態のアンモニア精製システム１００において、コンデンサ５は、第２吸着塔３２または第４吸着塔３４から導出された気体状のアンモニアの一部を凝縮して気相成分と液相成分とに分離するので、揮発性の高い不純物を気相成分として分離除去し、液相成分として精製された液体アンモニアを得ることができる。そのため、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。
【００８２】
コンデンサ５には、第１１バルブ９１１が設けられた第１１配管９１と、第１２バルブ９２１が設けられた第１２配管９２とが接続されている。なお、第１２配管９２は、コンデンサ５と製品タンク６との間に接続される。
【００８３】
コンデンサ５において、気相成分としてアンモニアから分離除去された揮発性の高い不純物は、第１１バルブ９１１が開放された状態で、第１１配管９１を流過してシステム外部に排出される。また、コンデンサ５において、液相成分として得られた液体アンモニアは、第１２バルブ９２１が開放された状態で、第１２配管９２を流過して製品タンク６に供給される。
【００８４】
製品タンク６は、コンデンサ５で液相成分として得られた液体アンモニアを貯留する。この製品タンク６は、液体アンモニアとして貯留できるように、温度および圧力が一定条件で制御されるのが好ましい。
【００８５】
図２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３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。
【００８６】
アンモニア精製システム２００に備えられる吸着手段２０１は、気化器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を、主として多孔質の合成ゼオライトからなる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および第３吸着塔２０１３を含んで構成される。
【００８７】
第１吸着塔２０１１、第２吸着塔２０１２および第３吸着塔２０１３は、前述の第１吸着塔３１と同様に構成される。具体的には、第１吸着塔２０１１では、ＭＳ−３Ａが充填された第１吸着領域２０１１１が塔頂部側に配置され、ＭＳ−１３Ｘが充填された第２吸着領域２０１１２が塔底部側に配置されている。第２吸着塔２０１２では、ＭＳ−３Ａが充填された第１吸着領域２０１２１が塔頂部側に配置され、ＭＳ−１３Ｘが充填された第２吸着領域２０１２２が塔底部側に配置されている。第３吸着塔２０１３では、ＭＳ−３Ａが充填された第１吸着領域２０１３１が塔頂部側に配置され、ＭＳ−１３Ｘが充填された第２吸着領域２０１３２が塔底部側に配置されている。ただし、第１吸着塔２０１１、第２吸着塔２０１２および第３吸着塔２０１３において、第１吸着領域２０１１１，２０１２１，２０１３１と第２吸着領域２０１１２，２０１２２，２０１３２とは、配置が逆になっても、何ら差し障りがない。また、高次炭化水素等の不純物が多い場合には、吸着剤として活性炭を充填した吸着領域を追加してもよい。
【００８８】
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および第３吸着塔２０１３は、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および第３吸着塔２０１３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および第３吸着塔２０１３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および第３吸着塔２０１３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および第３吸着塔２０１３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。
【００８９】
また、第１吸着塔２０１１、第２吸着塔２０１２および第３吸着塔２０１３における線速度（リニアベロシティ）は、単位時間あたりに液体状のアンモニアを各吸着塔２０１１，２０１２，２０１３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。
【００９０】
そして、本実施形態では、気化器２から導出された気体状のアンモニアが流過する第３配管８３には、第３配管８３から分岐する第１３配管２０２、第１４配管２０３および第１５配管２０４が接続される。
【００９１】
第１３配管２０２は、第３配管８３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１３配管２０２には、第１３配管２０２における流路を開放または閉鎖する第１３バルブ２０２１が設けられている。第１４配管２０３は、第３配管８３から分岐して第２吸着塔２０１２の塔頂部に接続される。この第１４配管２０３には、第１４配管２０３における流路を開放または閉鎖する第１４バルブ２０３１が設けられている。第１５配管２０４は、第３配管８３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１５配管２０４には、第１５配管２０４における流路を開放または閉鎖する第１５バルブ２０４１が設けられている。
【００９２】
また、第１吸着塔２０１１の塔底部には、第１吸着塔２０１１から導出された液体状のアンモニアが流過する第１６配管２０５が接続される。この第１６配管２０５には、第１６配管２０５における流路を開放または閉鎖する第１６バルブ２０５１が設けられている。第２吸着塔２０１２の塔底部には、第２吸着塔２０１２から導出された気体状のアンモニアが流過する第１７配管２０６が接続される。この第１７配管２０６には、第１７配管２０６における流路を開放または閉鎖する第１７バルブ２０６１が設けられている。第３吸着塔２０１３の塔底部には、第３吸着塔２０１３から導出された気体状のアンモニアが流過する第１８配管２０７が接続される。この第１８配管２０７には、第１８配管２０７における流路を開放または閉鎖する第１８バルブ２０７１が設けられている。
【００９３】
また、第１６配管２０５には、第１６配管２０５から分岐する第１９配管２０８が接続される。この第１９配管２０８は、第１６配管２０５から分岐して第１４配管２０３に接続され、第１吸着塔２０１１から導出された気体状のアンモニアを、第２吸着塔２０１２に導入するための流路となる。第１９配管２０８には、第１９配管２０８における流路を開放または閉鎖する第１９バルブ２０８１が設けられている。この第１９配管２０８には、第１９配管２０８から分岐する第２０配管２０９が接続される。この第２０配管２０９は、第１９配管２０８から分岐して第１５配管２０４に接続され、第１吸着塔２０１１から導出された気体状のアンモニアを、第３吸着塔２０１３に導入するための流路となる。第２０配管２０９には、第２０配管２０９における流路を開放または閉鎖する第２０バルブ２０９１が設けられている。
【００９４】
また、第１７配管２０６には、第１７配管２０６から分岐する第２１配管２１０および第２２配管２１１が接続される。第２１配管２１０は、第１７配管２０６から分岐して第１３配管２０２に接続され、第２吸着塔２０１２から導出された気体状のアンモニアを、第１吸着塔２０１１に導入するための流路となる。第２１配管２１０には、第２１配管２１０における流路を開放または閉鎖する第２１バルブ２１０１が設けられている。第２２配管２１１は、第１７配管２０６から分岐して第１５配管２０４に接続され、第２吸着塔２０１２から導出された気体状のアンモニアを、第３吸着塔２０１３に導入するための流路となる。第２２配管２１１には、第２２配管２１１における流路を開放または閉鎖する第２２バルブ２１１１が設けられている。
【００９５】
また、第１８配管２０７には、第１８配管２０７から分岐する第２３配管２１２が接続される。この第２３配管２１２は、第１８配管２０７から分岐して第１３配管２０２に接続され、第３吸着塔２０１３から導出された気体状のアンモニアを、第１吸着塔２０１１に導入するための流路となる。第２３配管２１２には、第２３配管２１２における流路を開放または閉鎖する第２３バルブ２１２１が設けられている。この第２３配管２１２には、第２３配管２１２から分岐する第２４配管２１３が接続される。この第２４配管２１３は、第２３配管２１２から分岐して第１４配管２０３に接続され、第３吸着塔２０１３から導出された気体状のアンモニアを、第２吸着塔２０１２に導入するための流路となる。第２４配管２１３には、第２４配管２１３における流路を開放または閉鎖する第２４バルブ２１３１が設けられている。
【００９６】
また、第１６配管２０５、第１７配管２０６および第１８配管２０７において、液体状のアンモニアの流過方向下流側端部には、第２５配管２１４が接続される。この第２５配管２１４には、第１吸着塔２０１１、第２吸着塔２０１２および第３吸着塔２０１３のいずれか１つの吸着塔から導出された液体状のアンモニアが供給される。そして、第２５配管２１４には、第２５配管２１４から分岐して分析手段４に接続される第８配管８８と、第２５配管２１４から分岐してコンデンサ５に接続される第１０配管９０とが設けられる。
【００９７】
以上のように構成されるアンモニア精製システム２００では、第１吸着塔２０１１、第２吸着塔２０１２および第３吸着塔２０１３の接続について、以下の６つの接続パターンがある。
【００９８】
第１の接続パターンは、気化器２から導出された気体状のアンモニアを、第１吸着塔２０１１、第２吸着塔２０１２の順に通過させる接続パターンである。第１の接続パターンでは、第１３バルブ２０２１、第１７バルブ２０６１および第１９バルブ２０８１を開放させ、第１４バルブ２０３１、第１５バルブ２０４１、第１６バルブ２０５１、第１８バルブ２０７１、第２０バルブ２０９１、第２１バルブ２１０１、第２２バルブ２１１１、第２３バルブ２１２１および第２４バルブ２１３１を閉鎖させる。
【００９９】
これによって、気化器２から導出された気体状のアンモニアは、第１３配管２０２を流過して第１吸着塔２０１１に導入され、第１吸着塔２０１１から導出された気体状のアンモニアは、第１６配管２０５および第１９配管２０８を流過して第２吸着塔２０１２に導入され、第２吸着塔２０１２から導出された気体状のアンモニアは、第１７配管２０６を流過して第２５配管２１４に供給され、この第２５配管２１４から分析手段４およびコンデンサ５に気体状のアンモニアが導入される。
【０１００】
このような第１の接続パターンでは、気体状のアンモニアに含まれる不純物を、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、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の接続パターンでは、第３吸着塔２０１３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２０１３を再生処理することができる。
【０１０１】
第２の接続パターンは、気化器２から導出された気体状のアンモニアを、第１吸着塔２０１１、第３吸着塔２０１３の順に通過させる接続パターンである。第２の接続パターンでは、第１３バルブ２０２１、第１８バルブ２０７１および第２０バルブ２０９１を開放させ、第１４バルブ２０３１、第１５バルブ２０４１、第１６バルブ２０５１、第１７バルブ２０６１、第１９バルブ２０８１、第２１バルブ２１０１、第２２バルブ２１１１、第２３バルブ２１２１および第２４バルブ２１３１を閉鎖させる。
【０１０２】
これによって、気化器２から導出された気体状のアンモニアは、第１３配管２０２を流過して第１吸着塔２０１１に導入され、第１吸着塔２０１１から導出された気体状のアンモニアは、第１６配管２０５、第１９配管２０８および第２０配管２０９を流過して第３吸着塔２０１３に導入され、第３吸着塔２０１３から導出された気体状のアンモニアは、第１８配管２０７を流過して第２５配管２１４に供給され、この第２５配管２１４から分析手段４およびコンデンサ５に気体状のアンモニアが導入される。
【０１０３】
このような第２の接続パターンでは、気体状のアンモニアに含まれる不純物を、第１吸着塔２０１１および第３吸着塔２０１３で吸着除去することができるので、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の接続パターンでは、第２吸着塔２０１２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２０１２を再生処理することができる。
【０１０４】
第３の接続パターンは、気化器２から導出された気体状のアンモニアを、第２吸着塔２０１２、第１吸着塔２０１１の順に通過させる接続パターンである。第３の接続パターンでは、第１４バルブ２０３１、第１６バルブ２０５１および第２１バルブ２１０１を開放させ、第１３バルブ２０２１、第１５バルブ２０４１、第１７バルブ２０６１、第１８バルブ２０７１、第１９バルブ２０８１、第２０バルブ２０９１、第２２バルブ２１１１、第２３バルブ２１２１および第２４バルブ２１３１を閉鎖させる。
【０１０５】
これによって、気化器２から導出された気体状のアンモニアは、第１４配管２０３を流過して第２吸着塔２０１２に導入され、第２吸着塔２０１２から導出された気体状のアンモニアは、第１７配管２０６および第２１配管２１０を流過して第１吸着塔２０１１に導入され、第１吸着塔２０１１から導出された気体状のアンモニアは、第１６配管２０５を流過して第２５配管２１４に供給され、この第２５配管２１４から分析手段４およびコンデンサ５に気体状のアンモニアが導入される。
【０１０６】
このような第３の接続パターンでは、気体状のアンモニアに含まれる不純物を、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、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の接続パターンでは、第３吸着塔２０１３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２０１３を再生処理することができる。
【０１０７】
第４の接続パターンは、気化器２から導出された気体状のアンモニアを、第２吸着塔２０１２、第３吸着塔２０１３の順に通過させる接続パターンである。第４の接続パターンでは、第１４バルブ２０３１、第１８バルブ２０７１および第２２バルブ２１１１を開放させ、第１３バルブ２０２１、第１５バルブ２０４１、第１６バルブ２０５１、第１７バルブ２０６１、第１９バルブ２０８１、第２０バルブ２０９１、第２１バルブ２１０１、第２３バルブ２１２１および第２４バルブ２１３１を閉鎖させる。
【０１０８】
これによって、気化器２から導出された気体状のアンモニアは、第１４配管２０３を流過して第２吸着塔２０１２に導入され、第２吸着塔２０１２から導出された気体状のアンモニアは、第１７配管２０６および第２２配管２１１を流過して第３吸着塔２０１３に導入され、第３吸着塔２０１３から導出された気体状のアンモニアは、第１８配管２０７を流過して第２５配管２１４に供給され、この第２５配管２１４から分析手段４およびコンデンサ５に気体状のアンモニアが導入される。
【０１０９】
このような第４の接続パターンでは、気体状のアンモニアに含まれる不純物を、第２吸着塔２０１２および第３吸着塔２０１３で吸着除去することができるので、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の接続パターンでは、第１吸着塔２０１１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２０１１を再生処理することができる。
【０１１０】
第５の接続パターンは、気化器２から導出された気体状のアンモニアを、第３吸着塔２０１３、第１吸着塔２０１１の順に通過させる接続パターンである。第５の接続パターンでは、第１５バルブ２０４１、第１６バルブ２０５１および第２３バルブ２１２１を開放させ、第１３バルブ２０２１、第１４バルブ２０３１、第１７バルブ２０６１、第１８バルブ２０７１、第１９バルブ２０８１、第２０バルブ２０９１、第２１バルブ２１０１、第２２バルブ２１１１および第２４バルブ２１３１を閉鎖させる。
【０１１１】
これによって、気化器２から導出された気体状のアンモニアは、第１５配管２０４を流過して第３吸着塔２０１３に導入され、第３吸着塔２０１３から導出された気体状のアンモニアは、第１８配管２０７および第２３配管２１２を流過して第１吸着塔２０１１に導入され、第１吸着塔２０１１から導出された気体状のアンモニアは、第１６配管２０５を流過して第２５配管２１４に供給され、この第２５配管２１４から分析手段４およびコンデンサ５に気体状のアンモニアが導入される。
【０１１２】
このような第５の接続パターンでは、気体状のアンモニアに含まれる不純物を、第１吸着塔２０１１および第３吸着塔２０１３で吸着除去することができるので、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の接続パターンでは、第２吸着塔２０１２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２０１２を再生処理することができる。
【０１１３】
第６の接続パターンは、気化器２から導出された気体状のアンモニアを、第３吸着塔２０１３、第２吸着塔２０１２の順に通過させる接続パターンである。第６の接続パターンでは、第１５バルブ２０４１、第１７バルブ２０６１および第２４バルブ２１３１を開放させ、第１３バルブ２０２１、第１４バルブ２０３１、第１６バルブ２０５１、第１８バルブ２０７１、第１９バルブ２０８１、第２０バルブ２０９１、第２１バルブ２１０１、第２２バルブ２１１１および第２３バルブ２１２１を閉鎖させる。
【０１１４】
これによって、気化器２から導出された気体状のアンモニアは、第１５配管２０４を流過して第３吸着塔２０１３に導入され、第３吸着塔２０１３から導出された気体状のアンモニアは、第１８配管２０７、第２３配管２１２および第２４配管２１３を流過して第２吸着塔２０１２に導入され、第２吸着塔２０１２から導出された気体状のアンモニアは、第１７配管２０６を流過して第２５配管２１４に供給され、この第２５配管２１４から分析手段４およびコンデンサ５に気体状のアンモニアが導入される。
【０１１５】
このような第６の接続パターンでは、気体状のアンモニアに含まれる不純物を、第２吸着塔２０１２および第３吸着塔２０１３で吸着除去することができるので、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の接続パターンでは、第１吸着塔２０１１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２０１１を再生処理することができる。
【符号の説明】
【０１１６】
１ 原料貯留タンク
２ 気化器
３ 吸着手段
４ 分析手段
５ コンデンサ
６ 製品タンク
３１，２０１１ 第１吸着塔
３２，２０１２ 第２吸着塔
３３，２０１３ 第３吸着塔
３４ 第４吸着塔
１００，２００ アンモニア精製システム
３１１，３２１，３３１，３４１，２０１１１，２０１２１，２０１３１ 第１吸着領域
３１２，３２２，３３２，３４２，２０１１２，２０１２２，２０１３２ 第２吸着領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
液体状の粗アンモニアを貯留し、その貯留された液体状の粗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液体状の粗アンモニアの一部を気化し、気体状のアンモニアを導出する気化手段と、
前記気化手段から導出された気体状のアンモニアに含有される不純物を、多孔質の吸着剤により吸着除去し、気体状のアンモニアを導出する吸着手段と、
前記吸着手段から導出された気体状のアンモニアを分縮して気相成分と液相成分とに分離することで、揮発性の高い不純物を気相成分として分離除去し、液相成分として精製された液体状のアンモニアを得る分縮手段と、を含む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、少なくとも合成ゼオライトのＭＳ−３Ａが吸着剤として充填された吸着領域と、合成ゼオライトのＭＳ−１３Ｘが吸着剤として充填された吸着領域と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】
前記吸着手段は、前記気化手段から導出された気体状のアンモニアに含有される不純物を吸着除去する複数の吸着塔であって、直列接続される複数の吸着塔を有する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】
粗アンモニアを精製する方法であって、
液体状の粗アンモニアを貯留し、その貯留された液体状の粗アンモニアを導出する貯留工程と、
前記貯留工程で導出された液体状の粗アンモニアの一部を気化し、気体状のアンモニアを導出する気化工程と、
前記気化工程で導出された気体状のアンモニアに含有される不純物を、多孔質の吸着剤により吸着除去する吸着工程と、
前記吸着工程で不純物が吸着除去された気体状のアンモニアを分縮して気相成分と液相成分とに分離することで、揮発性の高い不純物を気相成分として分離除去し、液相成分として精製された液体状のアンモニアを得る分縮工程と、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】
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、
液体状の粗アンモニアを貯留し、その貯留された液体状の粗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液体状の粗アンモニアの一部を気化し、気体状のアンモニアを導出する気化手段と、
前記気化手段から導出された気体状のアンモニアに含有される不純物を、多孔質の吸着剤により吸着除去し、気体状のアンモニアを導出する吸着手段と、
前記吸着手段から導出された気体状のアンモニアを分縮して気相成分と液相成分とに分離することで、揮発性の高い不純物を気相成分として分離除去し、液相成分として精製された液体状のアンモニアを得る分縮手段と、を含む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、少なくとも合成ゼオライトのＭＳ−３Ａが吸着剤として充填された吸着領域と、合成ゼオライトのＭＳ−１３Ｘが吸着剤として充填された吸着領域と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】
前記吸着手段は、前記気化手段から導出された気体状のアンモニアに含有される不純物を吸着除去する複数の吸着塔であって、直列接続される複数の吸着塔を有する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】
粗アンモニアを精製する方法であって、
液体状の粗アンモニアを貯留し、その貯留された液体状の粗アンモニアを導出する貯留工程と、
前記貯留工程で導出された液体状の粗アンモニアの一部を気化し、気体状のアンモニアを導出する気化工程と、
前記気化工程で導出された気体状のアンモニアに含有される不純物を、多孔質の吸着剤により吸着除去する吸着工程と、
前記吸着工程で不純物が吸着除去された気体状のアンモニアを分縮して気相成分と液相成分とに分離することで、揮発性の高い不純物を気相成分として分離除去し、液相成分として精製された液体状のアンモニアを得る分縮工程と、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２】
【公開番号】特開２０１２−２１４３２６（Ｐ２０１２−２１４３２６Ａ）
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８０２７８（Ｐ２０１１−８０２７８）
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（０００１９５６６１）住友精化株式会社 (352)
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（０００１９５６６１）住友精化株式会社 (352)
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