(57)【要約】【課題】窒素肥料の製造効率を向上させる。【解決手段】肥料製造装置１００は、少なくともアンモニアを燃焼させて燃焼排ガスを生成する燃焼部１３０と、燃焼排ガスから窒素酸化物を回収して窒素肥料を製造する回収部２００と、を備える。アンモニアを燃焼させることにより、サーマルＮＯｘに加えて、フューエルＮＯｘを生成することができ、燃焼排ガス中のＮＯｘの含有率を増加させることができる。したがって、この燃焼排ガスから窒素肥料を製造することにより、窒素肥料の製造効率を向上させることが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともアンモニアを燃焼させて燃焼排ガスを生成する燃焼部と、
前記燃焼排ガスから窒素酸化物を回収して窒素肥料を製造する回収部と、
を備える肥料製造装置。
【請求項２】
前記燃焼部は、前記アンモニアと燃料とを混焼させる請求項１に記載の肥料製造装置。
【請求項３】
前記燃料は、炭化水素、水素、廃プラスチック燃料、および、木質燃料のうち、いずれか１または複数である請求項２に記載の肥料製造装置。
【請求項４】
前記燃焼部は、前記アンモニアを、空気よりも酸素の含有率が高いガスで燃焼させる請求項１から３のいずれか１項に記載の肥料製造装置。
【請求項５】
少なくともアンモニアを燃焼させて燃焼排ガスを生成する工程と、
前記燃焼排ガスから窒素酸化物を回収して窒素肥料を製造する工程と、
を含む肥料製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒素化合物で構成される肥料を製造する肥料製造装置、および、肥料製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発電および熱供給を行うことができるコジェネレーションシステムが開発されている。例えば、特許文献１には、ディーゼルエンジン、発電機、排ガス熱利用装置、排ガス処理装置を備えたコジェネレーションシステムが記載されている。
【０００３】
上記ディーゼルエンジンは、軽油を燃焼させる。発電機は、ディーゼルエンジンによって駆動される。排ガス熱利用装置は、ディーゼルエンジンから排出された排ガスから熱を回収する。排ガス処理装置は、排ガス熱利用装置から排出された排ガスから窒素酸化物（ＮＯｘ）を回収して窒素肥料を製造する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２０１８０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＮＯｘは、大気汚染物質であるため排出量が規制されている。このため、軽油を燃焼させるディーゼルエンジンには、ＮＯｘをできる限り生成しないようにする機構が取り付けられている。したがって、上記特許文献１の技術において、ディーゼルエンジンから排出される排気ガスに含まれるＮＯｘの量は極めて少ない。
【０００６】
仮に、上記機構を取り外したとしても、軽油を燃焼させたことによって生じるＮＯｘは、燃焼用の空気に含まれる窒素（Ｎ２）と酸素（Ｏ２）とが反応して生成される、所謂、サーマルＮＯｘである。このため、排気ガス中のＮＯｘ含有率の増加には限界がある。したがって、窒素肥料の製造という観点からすると、窒素肥料の製造効率が低いという問題がある。
【０００７】
本発明は、このような課題に鑑み、窒素肥料の製造効率を向上させることが可能な肥料製造装置、および、肥料製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る肥料製造装置は、少なくともアンモニアを燃焼させて燃焼排ガスを生成する燃焼部と、前記燃焼排ガスから窒素酸化物を回収して窒素肥料を製造する回収部と、を備える。
【０００９】
また、前記燃焼部は、前記アンモニアと燃料とを混焼させてもよい。
【００１０】
また、前記燃料は、炭化水素、水素、廃プラスチック燃料、および、木質燃料のうち、いずれか１または複数であってもよい。
【００１１】
また、前記燃焼部は、前記アンモニアを、空気よりも酸素の含有率が高いガスで燃焼させてもよい。
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明に係る肥料製造方法は、少なくともアンモニアを燃焼させて燃焼排ガスを生成する工程と、前記燃焼排ガスから窒素酸化物を回収して窒素肥料を製造する工程と、を含む。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、窒素肥料の製造効率を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】肥料製造装置を説明する図である。
【図２】肥料製造方法の処理の流れを説明するフローチャートである。
【図３】シミュレーション条件およびシミュレーション結果を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１６】
（肥料製造装置１００）
図１は、本実施形態の肥料製造装置１００を説明する図である。図１に示すように、肥料製造装置１００は、アンモニア供給部１１０と、予混合器１２０と、燃焼部１３０と、ガスタービン１４０と、圧縮機１５０と、ボイラ１６０と、蒸気タービン１７０と、発電機１８０と、復水器１９０と、給水ポンプ１９２と、回収部２００とを含んで構成される。なお、図１中、アンモニア、燃料、空気、排ガス、水の流れを実線の矢印で示す。
【００１７】
アンモニア供給部１１０は、予混合器１２０にアンモニアを供給する。アンモニア供給部１１０は、貯留部１１２と、気化器１１４と、圧送ポンプ１１６とを含んで構成される。貯留部１１２は、例えば、タンクで構成され、アンモニア（液体）を貯留する。気化器１１４には、貯留部１１２に貯留された液体のアンモニアが供給される。気化器１１４は、液体のアンモニアを加熱して気化させる。圧送ポンプ１１６は、気化器１１４によって気化されたアンモニアを予混合器１２０に供給する。
【００１８】
予混合器１２０は、圧送ポンプ１１６によって供給されたアンモニア（気体）と、燃料とを混合して、燃焼部１３０に供給する。燃料は、例えば、天然ガスである。
【００１９】
燃焼部１３０には、圧送ポンプ１１６によってアンモニアと燃料との予混合気が供給される。また、燃焼部１３０には、後述する圧縮機１５０によって酸素富化ガスが供給される。なお、酸素富化ガスは、空気よりも酸素の含有率が高いガスである。燃焼部１３０は、アンモニアおよび燃料を酸素富化ガスで混焼させて、燃焼排ガスを生成する。燃焼部１３０がアンモニアを燃焼させると、サーマルＮＯｘのみならず、燃料由来の所謂フューエルＮＯｘが生成される。したがって、燃焼部１３０がアンモニアを燃焼させることにより、軽油、天然ガス等の化石燃料を燃焼させる場合と比較して、燃焼排ガス中のＮＯｘ含有率を増加させることが可能となる。
【００２０】
また、燃焼部１３０がアンモニアとともに燃料を混焼させることにより、アンモニアの燃焼効率（酸化効率）を向上させることができる。したがって、燃焼排ガス中のＮＯｘ含有率を増加させることが可能となる。
【００２１】
また、燃焼部１３０がアンモニアを酸素富化ガスで燃焼させることにより、空気で燃焼させる場合と比較して、アンモニアの燃焼効率を向上させることができる。これにより、燃焼排ガス中のＮＯｘ含有率を増加させることが可能となる。
【００２２】
ガスタービン１４０は、燃焼部１３０によって生成された燃焼排ガスによって回転軸１４２を回転させる。圧縮機１５０は、ガスタービン１４０の回転軸１４２に接続されており、回転軸１４２の回転によって酸素富化ガスを圧縮（昇圧）して燃焼部１３０に供給する。ボイラ１６０には、ガスタービン１４０を通過した燃焼排ガスが供給される。ボイラ１６０は、配管１６２を備え、配管１６２内を通過する水を燃焼排ガスで加熱して水蒸気を生成する。蒸気タービン１７０は、ボイラ１６０によって生成された水蒸気によって回転軸１７２を回転させる。発電機１８０は、回転軸１４２、１７２に接続されており、回転軸１４２、１７２の回転によって発電する。復水器１９０は、蒸気タービン１７０を通過した水蒸気を冷却して凝縮させる。給水ポンプ１９２は、復水器１９０によって凝縮された水を配管１６２に供給する。
【００２３】
回収部２００は、燃焼排ガスからＮＯｘ（窒素酸化物）を回収して肥料を製造する。回収部２００は、前処理部２１０と、吸着部２２０とを含んで構成される。前処理部２１０は、例えば、酸化触媒が担持された担体を含んで構成され、燃焼排ガスに含まれるＮＯｘのうち、一酸化窒素（ＮＯ）を酸化して二酸化窒素（ＮＯ２）を生成する。また、前処理部２１０は、燃焼排ガスから水分を除去する。さらに、前処理部２１０は、燃焼排ガスからＮＯｘ以外のガス（例えば、二酸化炭素（ＣＯ２））を除去する。
【００２４】
吸着部２２０は、前処理部２１０によって処理が為された燃焼排ガスを吸着材に吸着させる。ここで、吸着材は、例えば、スラグ、活性炭である。ＮＯ２が吸着された吸着材は、そのまま肥料として利用できる。例えば、このようにして製造された、ＮＯ２が吸着された吸着材を、農地、栽培ハウス、植物工場等に運搬し、そのまま施肥することが可能となる。
【００２５】
（肥料製造方法）
続いて、上記肥料製造装置１００を用いた肥料製造方法について説明する。図２は、肥料製造方法の処理の流れを説明するフローチャートである。
【００２６】
（ステップＳ１１０：予混合気生成工程）
アンモニア供給部１１０がアンモニアを予混合器１２０に供給し、不図示の供給部が燃料を予混合器１２０に供給する。そして、予混合器１２０は、アンモニアと燃料の予混合気を生成する。
【００２７】
（ステップＳ１２０：燃焼排ガス生成工程）
燃焼部１３０は、ステップＳ１１０で生成された予混合気を燃焼させて燃焼排ガスを生成する。
【００２８】
（ステップＳ１３０：肥料製造工程）
回収部２００は、ステップＳ１２０で生成された燃焼排ガスからＮＯｘを回収して肥料を製造する。
【００２９】
以上説明したように、本実施形態の肥料製造装置１００は、アンモニアを燃焼させて燃焼排ガスを生成するため、サーマルＮＯｘのみならず、フューエルＮＯｘを生成することができる。これにより、化石燃料を燃焼させた結果生じる燃焼排ガスと比較して、ＮＯｘの含有率を増加させることが可能となる。したがって、相対的にＮＯｘの含有率が高い燃焼排ガスから窒素肥料を製造することができ、窒素肥料の製造効率を向上させることが可能となる。
【００３０】
また、アンモニアは水素キャリアエネルギーとして注目されている（例えば、http://ieei.or.jp/2015/03/expl150317/）。アンモニアは、炭素原子を有さないため、燃料として用いた場合に、二酸化炭素（温室効果ガス）を排出してしまう事態を回避することができる。したがって、本実施形態の肥料製造装置１００では、アンモニアを燃料として用いることにより、二酸化炭素の排出量を低減（または、ゼロに）しつつ、発電することができ、さらに、窒素肥料を製造することが可能となる。
【００３１】
また、肥料製造装置１００は、フューエルＮＯｘから窒素肥料を製造するため、フューエルＮＯｘが燃焼排ガスとして外部に排出されてしまう事態を回避することができる。このため、燃焼排ガスからＮＯｘを低減する脱硝装置を搭載した従来のシステムと比較して、脱硝装置を省略することが可能となる。
【００３２】
（シミュレーション）
汎用化学反応解析ソフト（ＣＨＥＭＫＩＮ−ＩＩ）を用いて、下記比較例１〜比較例３、実施例１〜実施例４に示す条件で生成されるＮＯの濃度を算出した。図３は、シミュレーション条件およびシミュレーション結果を説明する図である。なお、燃料および酸化剤以外の条件（圧力、当量比、計算領域等）は、比較例１〜比較例３、実施例１〜実施例４においてすべて同一とした。
【００３３】
比較例１は、燃料をメタンのみ（メタン専焼）とし、酸化剤を空気とした。比較例２は、燃料をメタンのみとし、酸化剤を、酸素４０％、窒素６０％の酸素富化ガスとした。比較例３は、燃料をメタンのみとし、酸化剤を酸素のみ（酸素１００％）とした。
【００３４】
一方、実施例１は、燃料をアンモニアのみ（アンモニア専焼）とし、酸化剤を空気とした。実施例２は、燃料を、アンモニア５０％とメタン５０％の混合燃料とし、酸化剤を空気とした。実施例３は、燃料をアンモニアのみとし、酸化剤を、酸素４０％、窒素６０％の酸素富化ガスとした。実施例４は、燃料をアンモニアのみとし、酸化剤を酸素のみ（酸素１００％）とした。
【００３５】
その結果、比較例３では、ＮＯが生成されない（ＮＯ濃度がゼロである）。また、実施例１と比較例１とを比較すると、実施例１では、比較例１の２４．３倍のＮＯが生成されることが分かった。また、実施例２と比較例１とを比較すると、実施例２では、比較例１の４９．２倍のＮＯが生成されることが確認された。さらに、実施例３と比較例１とを比較すると、実施例３では、比較例１の１０９倍のＮＯが生成されることが分かった。また、実施例３と比較例２とを比較すると、実施例３では、比較例２の２．１５倍のＮＯが生成されることが確認された。さらに、実施例４と比較例１とを比較すると、実施例４では、比較例１の２８７倍のＮＯが生成されることが分かった。
【００３６】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００３７】
例えば、上記実施形態において、燃焼部１３０に供給される燃料として天然ガスを例に挙げて説明した。しかし、燃料は、アンモニアよりも燃焼性が高い物質、または、アンモニアの燃焼を促進する物質であればよい。燃料は、例えば、炭化水素（メタン、エタン、プロパン、ブタン、バイオディーゼル燃料等）、水素、廃プラスチック燃料、および、木質燃料（木質チップ、木質ペレット等）のうち、いずれか一方または両方である。
【００３８】
また、上記実施形態において、燃焼部１３０は、アンモニアを燃焼させる酸化剤として酸素富化ガスを例に挙げて説明した。しかし、酸化剤は、少なくとも酸素を含むガスであればよく、例えば、空気でもよい。
【００３９】
また、上記実施形態において、肥料製造装置１００が予混合器１２０を備える構成を例に挙げて説明した。しかし、予混合器１２０は必須の構成ではない。例えば、アンモニアと、燃料とが燃焼部１３０に別々に供給されてもよい。
【００４０】
また、上記実施形態において、燃焼部１３０で生成された燃焼排ガスで発電する構成を例に挙げて説明した。しかし、燃焼部１３０は、少なくともアンモニアを燃焼させて燃焼排ガスを生成することができれば構成に限定はない。例えば、燃焼部を、工業用の燃焼炉で構成してもよい。
【００４１】
また、上記実施形態において、吸着部２２０が、吸着材にＮＯ２を吸着させたものをそのまま肥料として利用する構成を例に挙げて説明した。しかし、圧力スイング吸着法（ＰＳＡ法）、アルカリ吸収法等を利用してＮＯ２を濃縮してもよいし、硝酸を製造してもよい。例えば、吸着材としてゼオライトを採用する。そして、ゼオライトを収容した吸着塔に燃焼排ガスを供給し、ゼオライトに接触させて、ＮＯ２をゼオライトに吸着させる。その後、吸着塔を真空ポンプで吸引して減圧し、ＮＯ２をゼオライトから脱着させる。こうして脱着されたＮＯ２を冷却し、液化させて濃縮してもよい。また、吸着材としてアルカリ吸収液（アミン吸収液）を採用する。そして、アルカリ吸収液を収容した吸収塔に燃焼排ガスを供給し、アルカリ吸収液に接触させて、ＮＯ２をアルカリ吸収液に吸収させる。その後、ＮＯ２を吸収したアルカリ吸収液を再生塔に供給し、再生塔においてアルカリ吸収液を加熱することで、ＮＯ２をアルカリ吸収液から気化させる。こうして気化されたＮＯ２を冷却し液化させて濃縮してもよい。そして液化したＮＯ２を水に溶解させて硝酸（窒素肥料）とし、希釈して施肥してもよい。また、液化したＮＯ２を硝酸塩（例えば、硝酸アンモニウム、硝酸ナトリウム、硝酸カルシウム等の窒素肥料）に加工して施肥してもよい。また、吸着材としてゼオライトを採用する。そして、ゼオライトを収容した吸着塔に燃焼排ガスを供給し、ゼオライトに接触させて、ＮＯ２をゼオライトに吸着させる。その後、吸着塔に水を供給し、ゼオライトを洗浄し、水にＮＯ２を溶解させて硝酸を製造する。こうして製造された硝酸（窒素肥料）をそのまま施肥してもよいし、硝酸を硝酸塩（例えば、硝酸アンモニウム、硝酸ナトリウム、硝酸カルシウム等の窒素肥料）に加工して施肥してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、窒素化合物で構成される肥料を製造する肥料製造装置、および、肥料製造方法に利用することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１００  肥料製造装置
１３０  燃焼部
２００  回収部
【図１】
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【図２】
2018138496.tif 000004
【図３】
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