(57)【要約】【課題】  本発明は、熱エネルギの損失が少なく、アンモニアを連続的に合成することができると共に、その小型化が可能なアンモニア合成装置を提供することを課題とする。【解決手段】  窒素供給源（窒素ガスボンベ３）と、前記窒素供給源（窒素ガスボンベ３）から供給される窒素をイオン化するイオン発生器と、水素供給源（水素ガスボンベ２）と、前記水素供給源（水素ガスボンベ２）から供給される水素をイオン化するイオン発生器とを備えるアンモニア製造装置１ａであって、前記イオン発生器は、正電位が設定される線状電極１２と、負電位が設定される箔状電極１３とを有する非対称キャパシタ１０であることを特徴とする。【選択図】      図１
2006160581.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒素供給源と、
前記窒素供給源から供給される窒素をイオン化するイオン発生器と、
水素供給源と、
前記水素供給源から供給される水素をイオン化するイオン発生器とを備えるアンモニア製造装置であって、
前記イオン発生器は、正電位が設定される線状電極と、負電位が設定される箔状電極とを有する非対称キャパシタであることを特徴とするアンモニア製造装置。
【請求項２】
窒素供給源と、
前記窒素供給源から供給される窒素をイオン化するイオン発生器と、
水素供給源と、
前記水素供給源から供給される水素及びイオン化した前記窒素を反応させるアンモニア合成触媒部とを備えるアンモニア製造装置であって、
前記イオン発生器は、正電位が設定される線状電極と、負電位が設定される箔状電極とを有する非対称キャパシタであることを特徴とするアンモニア製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素ガスと窒素ガスとからアンモニアを合成するアンモニア合成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、アンモニアは、ハーバーボッシュ法により工業レベルで広く製造されている。ハーバーボッシュ法は、水素ガスと窒素ガスからアンモニアを合成するものであり、水素ガスと窒素ガスとを、Ｆｅ、ＦｅＯ、Ｆｅ3Ｏ4等にＡｌ2Ｏ3及びＫ2Ｏを含む鉄系の３元系触媒の存在下に反応させることによってアンモニアを製造する方法である。また、近年では、鉄系の３元系触媒に代えて、ルテニウム（Ｒｕ）系の触媒を使用したアンモニアの製造方法が提案されている（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−２４７６３２号公報（段落０００４〜０００５、第１図）
【非特許文献１】ＮＫＫグループアラカルト、“オンサイト設置式小型アンモニア製造装置”、エヌケーケー総合設計（株）、[online]、［平成１５年７月２日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.jfe-holdings.co.jp/archives/nkk＿360/No.47/group.html＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、周知のとおり、アンモニアの気相合成反応では、原料となる水素ガスと窒素ガスとの合計容量に比較して、生成するアンモニアガスの容量が減少する減容反応であるので、水素ガスと窒素ガスとの反応効率を高めるためには、約２００気圧（約２０ＭＰａ）程度の高圧下で水素ガスと窒素ガスとを反応させる必要がある。その結果、ハーバーボッシュ法では、耐圧反応容器に水素ガスと窒素ガスとを封入する必要があるため、バッチ式が採用され、連続的にアンモニアを製造することができない。
また、ハーバーボッシュ法では、水素ガスと窒素ガスとの反応に使用する触媒の活性を得るために、反応系を４００〜５００℃の高温に維持する必要がある。その結果、ハーバーボッシュ法では熱エネルギの損失が大きい。
また、ハーバーボッシュ法では、このように高圧で高温の条件下で水素ガスと窒素ガスとを反応させる必要があることから、使用する装置が大型化するという問題がある。
【０００４】
そこで、本発明は、熱エネルギの損失が少なく、アンモニアを連続的に合成することができると共に、その小型化が可能なアンモニア合成装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、窒素供給源と、前記窒素供給源から供給される窒素をイオン化するイオン発生器と、水素供給源と、前記水素供給源から供給される水素をイオン化するイオン発生器とを備えるアンモニア製造装置であって、前記イオン発生器は、正電位が設定される線状電極と、負電位が設定される箔状電極とを有する非対称キャパシタであることを特徴とする。
【０００６】
このアンモニア製造装置は、イオン発生器としての非対称キャパシタを備えている。この非対称キャパシタは、線状電極と箔状電極とを有している。非対称キャパシタの線状電極に正の高電圧電位を印加すると共に箔状電極を接地すると、非対称キャパシタの周囲には、非対称キャパシタをとりまく気体のマイナスイオンが生じる。そして、非対称キャパシタの周囲には、線状電極から箔状電極に向かってマイナスイオンの流れ（イオン風）が形成される。
【０００７】
一方、本発明のアンモニア製造装置では、このような非対称キャパシタに窒素供給源から窒素が供給されると、その線状電極に高電圧電位が印加された非対称キャパシタは、線状電極周りで窒素を次式で示されるように解離させる。
Ｎ2＋６ｅ-→２Ｎ3-
そして、非対称キャパシタは、その周囲で線状電極から箔状電極に向かって窒素のマイナスイオン（Ｎ3-）の流れ（イオン風）を形成する。
【０００８】
また、非対称キャパシタに水素供給源から水素が供給されると、その線状電極に高電圧電位が印加された非対称キャパシタは、水素を次式で示されるように多様に解離させる。
Ｈ2→２Ｈ
Ｈ2→Ｈ+＋Ｈ-
Ｈ2＋２ｅ-→２Ｈ-
そして、水素のプラスイオン（Ｈ+）は、イオン風と共にそのイオン風の向き、つまり線状電極から箔状電極に向かう方向に流れる。
【０００９】
その一方で、イオン風と共に流れた水素のプラスイオン（Ｈ+）と窒素のマイナスイオン（Ｎ3-）とが接触し合うことによって、次式で示される各反応が速やかに進行する。
Ｎ3-＋Ｈ+→ＮＨ2-
ＮＨ2-＋Ｈ+→ＮＨ2-
ＮＨ2-＋Ｈ+→ＮＨ3
つまり、本発明のアンモニア製造装置は、高電圧電位を印加した非対称キャパシタによって窒素分子（Ｎ2）及び水素分子（Ｈ2）のそれぞれを窒素のマイナスイオン（Ｎ3-）及び水素のプラスイオン（Ｈ+）に解離させると共に、窒素のマイナスイオン（Ｎ3-）と水素のプラスイオン（Ｈ+）とを反応させることによって速やかにアンモニア（ＮＨ3）を生成する。その結果、このアンモニア製造装置は、ハーバーボッシュ法を使用した従来の製造装置のように、窒素分子（Ｎ2）や水素分子（Ｈ2）を解離させるための触媒や高温高圧環境を必要としない。したがって、本発明のアンモニア製造装置では、熱エネルギの損失が少なく、アンモニアを連続的に合成することができると共に、その装置自体の小型化が可能となる。
【００１０】
また、このアンモニア製造装置では、非対称キャパシタが生起する窒素のマイナスイオンの流れ（イオン風）を利用することによって、窒素のマイナスイオン（Ｎ3-）と水素のプラスイオン（Ｈ+）との衝突が促進される。その結果、アンモニア（ＮＨ3）の生成が促進される。また、アンモニア（ＮＨ3）を生成するための窒素のマイナスイオン（Ｎ3-）や水素のプラスイオン（Ｈ+）の輸送には、前記したイオン風が利用されるので、本発明のアンモニア製造装置では、別途にポンプ等の補機を設けなくとも窒素のマイナスイオン（Ｎ3-）や水素のプラスイオン（Ｈ+）を輸送することができる。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、窒素供給源と、前記窒素供給源から供給される窒素をイオン化するイオン発生器と、水素供給源と、前記水素供給源から供給される水素及びイオン化した前記窒素とを反応させるアンモニア合成触媒部とを備えるアンモニア製造装置であって、前記イオン発生器は、正電位が設定される線状電極と、負電位が設定される箔状電極とを有する非対称キャパシタであることを特徴とする。
【００１２】
このアンモニア製造装置では、請求項１の発明と同様に、高電圧電位を印加した非対称キャパシタによって窒素分子（Ｎ2）が窒素のマイナスイオン（Ｎ3-）に解離する。その一方で、水素供給源から供給される水素（Ｈ2）は、アンモニア合成触媒部の触媒において次式で示されるように吸着される。
Ｈ2＋２ｓｉｔｅｓ→２Ｈ（ａ）
なお、次式において、「ｓｉｔｅ」は、触媒上の吸着活性点を示す（以下の「ｓｉｔｅ」に同じ）。そして、「（ａ）」は、水素や窒素といった原子や分子が触媒上に吸着（ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）していることを示し、例えば「Ｈ（ａ）」はＨが触媒上に存在していることを表している（以下の「（ａ）」に同じ）。
【００１３】
一般に、アンモニアの合成に使用される触媒、特にルテニウム（Ｒｕ）系の触媒は、水素が優先的に吸着されて、窒素の吸着が阻害されるという水素被毒を引き起こすために、窒素分子（Ｎ2）の解離が阻害されるという問題がある。これに対し、本発明のアンモニア製造装置は、非対称キャパシタによって窒素をマイナスイオン（Ｎ3-）に解離させることができるので水素被毒の影響を受けることなくアンモニアが効率よく合成される。つまり、アンモニア合成触媒部の触媒上では、Ｈ（ａ）がＮ3-の吸着点になって次式で示されるような各反応が速やかに進行する。
Ｎ3-＋Ｈ（ａ）→ＮＨ（ａ）＋ｓｉｔｅ
ＮＨ（ａ）＋Ｈ（ａ）→ＮＨ2（ａ）＋ｓｉｔｅ
ＮＨ2（ａ）＋Ｈ（ａ）→ＮＨ3＋２ｓｉｔｅｓ
【００１４】
このようなアンモニア製造装置は、請求項１の発明と同様に、窒素分子（Ｎ2）や水素分子（Ｈ2）を解離させるための触媒や高温高圧環境を必要とせずにアンモニアを合成することができる。したがって、本発明のアンモニア製造装置では、熱エネルギの損失が少なく、アンモニアを連続的に合成することができると共に、その装置自体の小型化が可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、熱エネルギの損失が少なく、アンモニアを連続的に合成することができると共に、その小型化が可能なアンモニア合成装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（第１実施形態）
次に、本発明のアンモニア製造装置における第１実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。参照する図面において、図１は、第１実施形態に係るアンモニア製造装置の構成を説明するための模式図、図２（ａ）は、図１のアンモニア製造装置に使用される非対称キャパシタ（イオン発生器）の斜視図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態に係るアンモニア製造装置１ａは、窒素ガスボンベ３と、水素ガスボンベ２と、イオン発生器である非対称キャパシタ１０と、高電圧電源１５と、混合器４とを備えている。なお、窒素ガスボンベ３は、特許請求の範囲にいう「窒素供給源」に相当し、水素ガスボンベ２は、「水素供給源」に相当する。
【００１８】
非対称キャパシタ１０は、図１に示すように、収納容器１４内に収納されている。この収納容器１４の一端には、窒素ガスボンベ３と水素ガスボンベ２とが配管６ａを介して接続されており、収納容器１４内に窒素ガスボンベ３内の窒素ガスと水素ガスボンベ２内の水素ガスとが流れ込むようになっている。そして、収納容器１４の他端には、混合器４が接続されている。なお、収納容器１４は、その内部の雰囲気がヒータ５ａによって所定の温度に維持されている。
非対称キャパシタ１０は、非対称キャパシタの周囲にマイナスイオンの流れ（イオン風）を形成するものであって、この非対称キャパシタ１０としては、例えば、米国特許２９４９５５０号明細書、米国特許２９５８７９０号明細書、米国特許３０１８３９４号明細書、米国特許３１８７２０６号明細書等に開示されている公知の構造を有するものが挙げられる。本実施形態での非対称キャパシタ１０は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、円筒状の絶縁部材１１と、線状電極１２と、箔状電極１３とを備えている。
【００１９】
絶縁部材１１は、シリカ等の絶縁材料で形成されればよい。
線状電極１２は、導電性を有する環状の線材で形成されており、絶縁部材１１の一端側の周面を巻回するように配置されている。そして、図２（ｂ）に示すように、この線状電極１２には、高電圧電源１５が接続されている。
この線状電極１２としては、その径が０．１８〜０．３２ｍｍ程度の銅線やタンタル線が好ましく、中でもタンタル線がより好ましい。
【００２０】
箔状電極１３は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、導電性を有する箔状の部材で形成されており、絶縁部材１１の他端側の周面を巻回するように配置されている。そして、図２（ｂ）に示すように、この箔状電極１３は、接地されるようになっている。この箔状電極１３としては、その厚み０．００５〜０．０２ｍｍ程度のアルミ箔が好ましい。
このような非対称キャパシタ１０は、線状電極１２側が収納容器１４の一端側、つまり、収納容器１４と、窒素ガスボンベ３及び水素ガスボンベ２との接続側を向くように収納容器１４内に配置されている。
【００２１】
高電圧電源１５は、１３５Ｗの出力を有しており、線状電極１２に４５ｋＶの高電圧電位を印加するようになっている。
【００２２】
混合器４は、後記するように、非対称キャパシタ１０によって生成された窒素のマイナスイオン（Ｎ3-）と水素のプラスイオン（Ｈ+）とを反応させるものであり、その内部の雰囲気がヒータ５ｂによって所定の温度に維持されている。
【００２３】
次に、本実施形態に係るアンモニア製造装置１ａの動作について適宜図面を参照しながら説明する。参照する図面において、図３は、アンモニアが合成される過程を説明するための模式図である。
【００２４】
このアンモニア製造装置１ａでは、図１に示すように、水素ガス及び窒素ガスのそれぞれが水素ガスボンベ２及び窒素ガスボンベ３から収納容器１４内に導入される。水素ガスと窒素ガスとの導入割合は、水素ガスの量に対して窒素ガスの量を多くする必要がある。つまり、窒素分子（Ｎ2）の解離エネルギが、水素分子（Ｈ2）の解離エネルギと比較して大きいので、水素ガスの量を少なくして窒素ガスを十分に解離させるためである。ちなみに、本実施形態では、水素ガスと窒素ガスとの導入割合が、水素ガス５容量％及び窒素ガス９５容量％に設定されている。
高電圧電源１５は、線状電極１２に正の高電圧電位（本実施形態では４５ｋＶ）を印加する。このとき収納容器１４内は、ヒータ５ａによって５００℃に維持されている。
【００２５】
このようにして線状電極１２に正の高電圧電位が設定されると共に、箔状電極１３が接地された非対称キャパシタ１０は、線状電極１２周りで窒素ガス（Ｎ2）を次式で示されるように解離させる。
Ｎ2＋６ｅ-→２Ｎ3-
【００２６】
そして、非対称キャパシタ１０は、図３に示すように、その周囲で線状電極１２から箔状電極１３に向かって窒素のマイナスイオン（Ｎ3-）の流れ（イオン風Ｗ）を形成する。
また、非対称キャパシタ１０は、水素ガス（Ｈ2）を次式で示されるように多様に解離させる。
Ｈ2→２Ｈ
Ｈ2→Ｈ+＋Ｈ-
Ｈ2＋２ｅ-→２Ｈ-
【００２７】
そして、非対称キャパシタ１０では、図３に示すように、水素のプラスイオン（Ｈ+）がイオン風Ｗと共にそのイオン風Ｗの向き、つまり線状電極１２から箔状電極１３に向かう方向に流れる。
【００２８】
窒素のマイナスイオン（Ｎ3-）と水素のプラスイオン（Ｈ+）とは、混合器４内で相互に接触し合う。このとき混合器４内は、ヒータ５ｂによって５０℃に維持されている。つまり、このアンモニア製造装置１ａでは、混合器４内が低温に設定されているので、従来のアンモニア製造装置と比較して化学平衡論的にもアンモニアの生産量を大いに向上させることが可能となる。
そして、混合器４内では、次式で示される各反応が速やかに進行することによってアンモニア（ＮＨ3）が合成される。
Ｎ3-＋Ｈ+→ＮＨ2-
ＮＨ2-＋Ｈ+→ＮＨ2-
ＮＨ2-＋Ｈ+→ＮＨ3
なお、アンモニアの合成に寄与しなかった余剰のイオン等、具体的には、Ｈ、Ｈ+、Ｈ-及びＮ3-は、再結合することによって、水素分子（Ｈ2）及び窒素分子（Ｎ2）となる。
【００２９】
以上のようなアンモニア製造装置１ａによれば、ハーバーボッシュ法を使用した従来の製造装置のように、窒素分子（Ｎ2）や水素分子（Ｈ2）を解離させるための触媒や高温高圧環境を必要としない。したがって、本実施形態に係るアンモニア製造装置１ａでは、熱エネルギの損失が少なく、アンモニアを連続的に合成することができると共に、その装置自体の小型化が可能となる。
【００３０】
また、このアンモニア製造装置１ａでは、非対称キャパシタ１０が生起する窒素のマイナスイオン（Ｎ3-）の流れ（イオン風Ｗ）を利用することによって、窒素のマイナスイオン（Ｎ3-）と水素のプラスイオン（Ｈ+）との衝突が促進される。その結果、アンモニア（ＮＨ3）の生成が促進される。また、アンモニア（ＮＨ3）を生成するための窒素のマイナスイオン（Ｎ3-）や水素のプラスイオン（Ｈ+）の輸送には、前記した各イオン風Ｗが利用されるので、本実施形態に係るアンモニア製造装置１ａでは、別途にポンプ等の補機を設けなくとも窒素のマイナスイオン（Ｎ3-）や水素のプラスイオン（Ｈ+）を輸送することができる。
【００３１】
また、このアンモニア製造装置１ａでは、非対称キャパシタ１０に高電圧電位を印加することによって窒素等の原料をイオンに解離させるので、例えば非対称キャパシタ１０に高電圧電位を印加するための電線等にジュール熱が発生することが回避される。その結果、このアンモニア製造装置１ａによれば、電気エネルギの損失が少ない。ちなみに、この非対称キャパシタ１０では、窒素等の原料をイオンに解離させる際に有色光のバリア放電やコロナ放電等が生じない。その結果、このアンモニア製造装置１ａによれば、電気エネルギの損失が抑制される。
【００３２】
また、このアンモニア製造装置１ａでは、非対称キャパシタ１０に高電圧電位を印加するための高電圧電源１５をオンオフすることによって、アンモニアの生成及びその生成の中断を容易に制御することができる。
【００３３】
（第２実施形態）
次に、本発明のアンモニア製造装置における第２実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。参照する図面において、図４は、第２実施形態に係るアンモニア製造装置の構成を説明するための模式図である。なお、第２実施形態において、第１実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００３４】
図４に示すように、本実施形態に係るアンモニア製造装置１ｂは、窒素ガスボンベ３と、水素ガスボンベ２と、イオン発生器である非対称キャパシタ１０と、高電圧電源１５と、除湿器７と、アンモニア合成触媒部８とを備えている。
【００３５】
非対称キャパシタ１０は、図４に示すように、収納容器１４内に収納されている。この収納容器１４の一端には、窒素ガスボンベ３が接続されており、収納容器１４内に窒素ガスボンベ３内の窒素ガスが流れ込むようになっている。そして、収納容器１４の他端には、除湿器７が接続されている。なお、収納容器１４は、その内部の雰囲気がヒータ５ａによって所定の温度に維持されている。
線状電極１２には、高電圧電源１５が接続されており、この箔状電極１３は、接地されている。このような非対称キャパシタ１０は、線状電極１２側が収納容器１４の一端側、つまり、収納容器１４と、窒素ガスボンベ３との接続側を向くように収納容器１４内に配置されている。
【００３６】
除湿器７は、後記するアンモニア合成触媒部８に水分が移行しないように遮断するものである。
水素ガスボンベ２は、収納容器１４と除湿器７とを繋いでいる配管６ｂに接続されている。
【００３７】
アンモニア合成触媒部８は、除湿器７の下流側に接続されている。このアンモニア合成触媒部８は、アンモニア合成触媒（以下、単に「触媒」という）を有している。この触媒は、公知のものでよく、活性物質を多孔質支持体に担持させたものが好ましい。触媒を構成する活性物質としては、例えば、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、モリブデン（Ｍｏ）、レニウム（Ｒｅ）等の周期律表の３Ａ〜７Ａ族と８族の一部の金属元素が挙げられる。また、活性物質は、前記した金属元素の合金や混合物であってもよい。
多孔質支持体としては、例えば、マグネシア（ＭｇＯ）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、セリア（ＣｅＯ2）、シリカ（ＳｉＯ2）等が挙げられる。ちなみに、本実施形態では、触媒として、Ｒｕ−Ｃｓ／ＭｇＯ、Ｒｕ／ＭｇＯ及びＲｕ／Ａｌ2Ｏ3が使用されている。
そして、このようなアンモニア合成触媒部８は、ヒータ５ｃによって所定の温度に維持されている。
【００３８】
次に、本実施形態に係るアンモニア製造装置１ｂの動作について適宜図面を参照しながら説明する。参照する図面において、図５は、アンモニアが合成される過程を説明するための模式図である。
【００３９】
このアンモニア製造装置１ｂでは、図４に示すように、窒素ガスが窒素ガスボンベ３から収納容器１４内に導入される。そして、高電圧電源１５は、線状電極１２に正の高電圧電位（本実施形態では４５ｋＶ）を印加する。このとき収納容器１４内は、ヒータ５ａによって５０℃に維持されている。
【００４０】
このようにして線状電極１２に正の高電圧電位が設定されると共に、箔状電極１３が接地された非対称キャパシタ１０は、線状電極１２周りで窒素ガス（Ｎ2）を次式で示されるように解離させる。
Ｎ2＋６ｅ-→２Ｎ3-
【００４１】
そして、非対称キャパシタ１０は、図５に示すように、その周囲で線状電極１２から箔状電極１３に向かって窒素のマイナスイオン（Ｎ3-）の流れ（イオン風Ｗ）を形成する。そして、図４に示すように、窒素のマイナスイオン（Ｎ3-）は、配管６ｂを介して除湿器７に送り込まれる。このとき除湿器７への窒素のマイナスイオン（Ｎ3-）の輸送は、イオン風Ｗが利用される。一方、水素ガス（Ｈ2）が、水素ガスボンベ２から配管６ｂを介して除湿器７に送り込まれる。窒素のマイナスイオン（Ｎ3-）を含むガス及び水素ガス（Ｈ2）に含まれる水分は、除湿器７で除去される。
【００４２】
次いで、窒素のマイナスイオン（Ｎ3-）及び水素ガス（Ｈ2）は、図４に示すように、アンモニア合成触媒部８に送り込まれる。このときアンモニア合成触媒部８は、ヒータ５ｃによって５０℃に維持されている。
アンモニア合成触媒部８では、水素供給源から供給される水素（Ｈ2）が、アンモニア合成触媒部８の触媒において次式で示されるように吸着される。
Ｈ2＋２ｓｉｔｅｓ→２Ｈ（ａ）
【００４３】
そして、アンモニア合成触媒部８の触媒上では、次式で示されるような各反応が速やかに進行することによってアンモニア（ＮＨ3）が合成される。
Ｎ3-＋Ｈ（ａ）→ＮＨ（ａ）＋ｓｉｔｅ
ＮＨ（ａ）＋Ｈ（ａ）→ＮＨ2（ａ）＋ｓｉｔｅ
ＮＨ2（ａ）＋Ｈ（ａ）→ＮＨ3＋２ｓｉｔｅｓ
なお、アンモニア（ＮＨ3）の合成に寄与しなかった余剰のＮ3-は、再結合することによって、窒素分子（Ｎ2）となる。
【００４４】
以上のようなアンモニア製造装置１ｂは、前記第１実施形態に係るアンモニア製造装置１ａと同様に、窒素分子（Ｎ2）を解離させるための触媒や高温高圧環境を必要とせずにアンモニア（ＮＨ3）を合成することができる。したがって、このアンモニア製造装置１ｂでは、熱エネルギの損失が少なく、アンモニアを連続的に合成することができると共に、その装置自体の小型化が可能となる。
【００４５】
また、このアンモニア製造装置１ｂでは、非対称キャパシタ１０が生起する窒素のマイナスイオン（Ｎ3-）の流れ（イオン風Ｗ）を利用することによって、窒素のマイナスイオン（Ｎ3-）が除湿器７に輸送される。つまり、アンモニア製造装置１ｂでは、窒素のマイナスイオン（Ｎ3-）を輸送するために、別途にポンプ等の補機を設けなくともよい。
【００４６】
また、このアンモニア製造装置１ｂでは、非対称キャパシタ１０に高電圧電位を印加することによって窒素をイオンに解離させるので、例えば非対称キャパシタ１０に高電圧電位を印加するための電線等にジュール熱が発生することが回避される。その結果、このアンモニア製造装置１ｂによれば、電気エネルギの損失が少ない。
【００４７】
また、このアンモニア製造装置１ｂでは、非対称キャパシタ１０に高電圧電位を印加するための高電圧電源１５をオンオフすることによって、アンモニアの生成及びその生成の中断を容易に制御することができる。
【００４８】
また、このアンモニア製造装置１ｂでは、非対称キャパシタによって窒素をマイナスイオン（Ｎ3-）に解離させることができるので、触媒における水素被毒の影響を受けることなくアンモニアが効率良く合成される。
【００４９】
また、このアンモニア製造装置１ｂでは、非対称キャパシタ１０に高電圧電位が印加されることによって窒素がイオンに解離するので、従来のアンモニア製造装置と比較して、その触媒が窒素や水素を吸着する際の触媒に掛かる負荷が低減される。そして、このアンモニア製造装置１ｂでは、触媒に掛かる負荷が低減されるので、触媒の温度をより低温に設定することができる。
【００５０】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態には限定されない。例えば、前記第１実施形態に係るアンモニア製造装置１ａは、非対称キャパシタ１０で発生させた窒素のマイナスイオン（Ｎ3-）と水素のプラスイオン（Ｈ+）とを反応させる混合器４を備えているが、本発明はこれに限定されるものではなく、窒素のマイナスイオン（Ｎ3-）と水素のプラスイオン（Ｈ+）とをアンモニア合成触媒部８（前記第２実施形態参照）で反応させるようにしたものであってもよい。つまり、図６に示すように、このアンモニア製造装置１ｃは、非対称キャパシタ１０の下流側に除湿器７とアンモニア合成触媒部８とを備えている。
【００５１】
このアンモニア製造装置１ｃでは、非対称キャパシタ１０で解離されなかったＮ2及びＨ2や、非対称キャパシタ１０が発生させたＨ、Ｈ+、Ｈ-及びＮ3-が、アンモニア合成触媒部８の触媒において次式で示されるように吸着される。
Ｈ2＋２ｓｉｔｅｓ→２Ｈ（ａ）
Ｈ＋ｓｉｔｅ→Ｈ（ａ）
Ｈ+＋ｅ-＋ｓｉｔｅ→Ｈ（ａ）
Ｈ-＋ｓｉｔｅ→Ｈ（ａ）＋ｅ-
Ｎ2＋２ｓｉｔｅｓ→２Ｎ（ａ）
Ｎ3-＋ｓｉｔｅｓ→Ｎ（ａ）＋３ｅ-
【００５２】
そして、触媒上では、次式で示されるような各反応が速やかに進行することによってアンモニア（ＮＨ3）が合成される。
Ｎ（ａ）＋Ｈ（ａ）→ＮＨ（ａ）＋ｓｉｔｅ
ＮＨ（ａ）＋Ｈ（ａ）→ＮＨ2（ａ）＋ｓｉｔｅ
ＮＨ2（ａ）＋Ｈ（ａ）→ＮＨ3＋２ｓｉｔｅｓ
【００５３】
また、前記第１実施形態及び前記第２実施形態では、線状電極１２が絶縁部材１１の周面に巻回された線材で構成されているが、線状電極１２は、公知のフォトリソグラフィー法によって絶縁部材１１の周面にプリントされたものであってもよい。
【００５４】
また、前記第１実施形態及び前記第２実施形態では、箔状電極１３が絶縁部材１１の周面に巻回されたアルミ箔で構成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、絶縁部材１１の周面に蒸着されたものや、メッキされたものであってもよい。
【００５５】
また、前記第１実施形態及び前記第２実施形態では、水素供給源が水素ガスボンベ２であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、水素供給源が水電解装置であってもよい。
【００５６】
また、前記第１実施形態及び前記第２実施形態では、窒素供給源が窒素ガスボンベ３であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、窒素供給源が空気であってもよく、また空気から窒素を分離する膜分離装置や圧力スイング吸着装置（ＰＳＡ）等であってもよい。そして、空気中の窒素を使用する場合には、空気中の酸素濃度が水素の爆発限界未満であることが好ましい。また、空気中の酸素濃度を低減することによって、非対称キャパシタ１０（第２非対称キャパシタ１０ｂ）における酸素のマイナスイオン（Ｏ-）の発生量を低減することができる。その結果、水素のプラスイオン（Ｈ+）と酸素のマイナスイオン（Ｏ-）とが反応することによって生成される水の量が低減される。つまり、アンモニアの原料となる水素のプラスイオン（Ｈ+）の消費量が低減される。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】第１実施形態に係るアンモニア製造装置の構成を説明するための模式図である。
【図２】図２（ａ）は、図１のアンモニア製造装置に使用される非対称キャパシタ（イオン発生器）の斜視図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。
【図３】アンモニアが合成される過程を説明するための模式図である。
【図４】第２実施形態に係るアンモニア製造装置の構成を説明するための模式図である。
【図５】アンモニアが合成される過程を説明するための模式図である。
【図６】他の実施形態に係るアンモニア製造装置の構成を説明するための模式図である。
【符号の説明】
【００５８】
１ａ    アンモニア製造装置
１ｂ    アンモニア製造装置
１ｃ    アンモニア製造装置
２      水素ガスボンベ（水素供給源）
３      窒素ガスボンベ（窒素供給源）
８      アンモニア合成触媒部
１０    非対称キャパシタ
１２    線状電極
１３    箔状電極
【図１】
2006160581.tif 000003
【図２】
2006160581.tif 000004
【図３】
2006160581.tif 000005
【図４】
2006160581.tif 000006
【図５】
2006160581.tif 000007
【図６】
2006160581.tif 000008