(57)【要約】【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は、粗アンモニアを精製するシステムであり、コンデンサ２と、蒸留塔５と、吸着手段３とを含む。コンデンサ２または蒸留塔５は、原料貯留タンク１から導出された気体状のアンモニアの一部を凝縮し、液体状のアンモニアを導出する。吸着手段３は、コンデンサ２または蒸留塔５から導出された液体状のアンモニアに含まれる不純物を、水分および炭化水素に対する吸着能を単独で有するＭＳ−１３Ｘにより吸着除去する。【選択図】      図１
2012214325.tif 000002
【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、
気相を形成するように液体状の粗アンモニアを貯留し、揮発性の低い不純物の多くを液相に残して、前記気相の一部を気体状のアンモニアとして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の一部を凝縮し、液体状のアンモニアを導出する凝縮手段と、
前記凝縮手段から導出された液体状のアンモニアに含有される不純物を、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し、精製された液体状のアンモニアを得る吸着手段と、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、前記凝縮手段から導出された液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に記載のアンモニア精製システム。
【請求項３】
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】
前記合成ゼオライトが、ＭＳ−１３Ｘであることを特徴とする請求項３に記載のアンモニア精製システム。
【請求項５】
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し、揮発性の低い不純物の多くを液相に残して、前記気相の一部を気体状のアンモニアとして導出する貯留工程と、
前記貯留工程で導出された気体状のアンモニアの一部を凝縮し、液体状のアンモニアを導出する凝縮工程と、
前記凝縮工程で導出された液体状のアンモニアに含有される不純物を、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し、精製された液体状のアンモニアを得る吸着工程と、を含むことを特徴とするアンモニアの精製方法。
【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。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】
【０００８】
【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】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
１つの吸着塔に複数の吸着剤を積層した場合、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。
【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、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し、揮発性の低い不純物の多くを液相に残して、前記気相の一部を気体状のアンモニアとして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の一部を凝縮し、液体状のアンモニアを導出する凝縮手段と、
前記凝縮手段から導出された液体状のアンモニアに含有される不純物を、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し、精製された液体状のアンモニアを得る吸着手段と、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。
【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、前記凝縮手段から導出された液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】
また本発明のアンモニア精製システムにおいて、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。
【００１６】
また本発明のアンモニア精製システムにおいて、前記合成ゼオライトは、ＭＳ−１３Ｘであることを特徴とする。
【００１７】
また本発明は、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し、揮発性の低い不純物の多くを液相に残して、前記気相の一部を気体状のアンモニアとして導出する貯留工程と、
前記貯留工程で導出された気体状のアンモニアの一部を凝縮し、液体状のアンモニアを導出する凝縮工程と、
前記凝縮工程で導出された液体状のアンモニアに含有される不純物を、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し、精製された液体状のアンモニアを得る吸着工程と、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】
【００１８】
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、凝縮手段と、吸着手段とを含む。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し、揮発性の低い不純物の多くを液相に残して、気相の一部を気体状のアンモニアとして導出する。凝縮手段は、貯留手段から導出された気体状のアンモニアの一部を凝縮し、液体状のアンモニアを導出する。そして、吸着手段は、凝縮手段から導出された液体状のアンモニアに含有される不純物を、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し、精製された液体状のアンモニアを得る。
【００１９】
本発明のアンモニア精製システムでは、凝縮手段は、気体状のアンモニアの一部を凝縮するので、貯留手段から導出されたアンモニア中に含有される揮発性の高い不純物が気相成分として分離除去された液体状のアンモニアを導出することができる。そして、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、凝縮手段から導出された液体状のアンモニアに含有される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、液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とともに、吸着剤の破過の管理も簡単化することができる。
【００２０】
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部を有する。吸着手段が直列接続される複数の吸着部を有することによって、凝縮手段から導出された液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。
【００２１】
また本発明によれば、吸着手段で用いられる吸着剤が、多孔質の合成ゼオライトである。これによって、凝縮手段から導出された液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。
【００２２】
また本発明によれば、吸着剤として用いる合成ゼオライトが、ＭＳ−１３Ｘである。これによって、凝縮手段から導出された液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（特にブタン、ペンタン、ヘキサン等の高次炭化水素）を、効率よく吸着除去することができる。
【００２３】
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、凝縮工程と、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し、揮発性の低い不純物の多くを液相に残して、気相の一部を気体状のアンモニアとして導出する。凝縮工程では、貯留工程で導出された気体状のアンモニアの一部を凝縮し、液体状のアンモニアを導出する。そして、吸着工程では、凝縮工程で導出された液体状のアンモニアに含有される不純物を、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し、精製された液体状のアンモニアを得る。
【００２４】
本発明のアンモニアの精製方法において、凝縮工程では、気体状のアンモニアの一部を凝縮するので、貯留工程で導出されたアンモニア中に含有される揮発性の高い不純物が気相成分として分離除去された液体状のアンモニアを導出することができる。そして、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、凝縮工程で導出された液体状のアンモニアに含有される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、液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とともに、吸着剤の破過の管理も簡単化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【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】
【００２６】
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。
【００２７】
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と、凝縮手段であるコンデンサ２または蒸留塔５と、吸着手段３と、分析手段４と、製品タンク６と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、コンデンサ２または蒸留塔５で凝縮工程を実行し、吸着手段３で吸着工程を実行する。
【００２８】
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。
【００２９】
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。本実施形態では、原料貯留タンク１からコンデンサ２または蒸留塔５にアンモニアを導出する際には、アンモニアを、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）の多くを液相に残して、前記気相から気体状のアンモニアとして導出する。
【００３０】
原料貯留タンク１とコンデンサ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から導出された気体状のアンモニアは、第１配管８１を流過してコンデンサ２に供給される。
【００３１】
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と開閉バルブ８１２とが設けられている。気体状のアンモニアのコンデンサ２への供給時には、第１バルブ８１１と開閉バルブ８１２とが開放され、後述の開閉バルブ８１１ａが閉鎖されることによって、原料貯留タンク１からコンデンサ２に向けて第１配管８１内を気体状のアンモニアが流過する。なお、第１配管８１において、第１バルブ８１１は、開閉バルブ８１２よりも原料貯留タンク１側に設けられている。
【００３２】
また、第１配管８１には、第１バルブ８１１と開閉バルブ８１２との間において第１配管８１から分岐する分岐配管８１ａが接続されており、この分岐配管８１ａには、分岐配管８１ａにおける流路を開放または閉鎖する開閉バルブ８１１ａが設けられている。
【００３３】
分岐配管８１ａは、蒸留塔５の中央空間部５３に接続されている。原料貯留タンク１から導出された気体状のアンモニアの蒸留塔５への供給時には、第１バルブ８１１と開閉バルブ８１１ａとが開放され、開閉バルブ８１２が閉鎖されることによって、原料貯留タンク１から蒸留塔５に向けて第１配管８１および分岐配管８１ａを気体状のアンモニアが流過する。
【００３４】
また、原料貯留タンク１には、原料貯留タンク１と外部とを連通し、気相に分配された揮発性の高い不純物（例えば、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）を外部に排出するための流路となる排気配管８１ｂが接続されている。この排気配管８１ｂには、排気配管８１ｂにおける流路を開放または閉鎖する排気バルブ８１１ｂが設けられている。本実施形態のアンモニア精製システム１００は、第１バルブ８１１を閉鎖させた状態で、排気バルブ８１１ｂを開放させることで、原料貯留タンク１内に貯留される粗アンモニアから揮発性の高い不純物を排出除去する排出動作が実施できるように構成されている。
【００３５】
具体的には、液体状の粗アンモニアを原料貯留タンク１に０．５〜３日間貯留した後、第１バルブ８１１を閉鎖させた状態で、排気バルブ８１１ｂを１０〜３００分間開放させる。これによって、原料貯留タンク１に形成された気相に分配された粗アンモニア中の揮発性の高い不純物を、排気配管８１ｂを介して排出することができる。
【００３６】
第１バルブ８１１と開閉バルブ８１２とが開放され、開閉バルブ８１１ａが閉鎖されることによって第１配管８１内を流過する気体状のアンモニアは、コンデンサ２に導入される。
【００３７】
ここで、本実施形態のアンモニア精製システム１００における凝縮手段としてのコンデンサ２による気体状のアンモニアの凝縮について説明する。
【００３８】
コンデンサ２は、原料貯留タンク１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する。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
【表１】
2012214325.tif 000003
【００４４】
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、ちょうど液体状の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。
【００４５】
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。液体状のアンモニアでは、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、液体状の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。
【００４６】
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、液体状の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状の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。
【００４７】
【表２】
2012214325.tif 000004
【００４８】
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状の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状のアンモニア中の不純物濃度を示す。］
【００４９】
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）
【００５０】
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状の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。
【００５１】
さらに、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、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。
【００５２】
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。
【００５３】
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２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、得られた液体状の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状のアンモニア中に残存することが分かった。
【００５４】
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状のアンモニア中には、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２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。
【００５５】
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２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状の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。
【００５６】
コンデンサ２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状のアンモニアは、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２における分縮により液相成分として得られた液体状のアンモニアを、コンデンサ２から速やかに取り出さずに、しばらくの間、液体状のアンモニアの状態でコンデンサ２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、その液体状の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。
【００５７】
この推察と観察結果は、コンデンサ２における分縮により液相成分として得られた液体状のアンモニアは、速やかにコンデンサ２から導出し、コンデンサ２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２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。
【００５８】
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２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２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。
【００５９】
コンデンサ２は、原料貯留タンク１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（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。具体的には、コンデンサ２は、原料貯留タンク１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２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。
【００６０】
本実施形態では、コンデンサ２は、原料貯留タンク１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、原料貯留タンク１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、原料貯留タンク１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収率よく得ることができる。
【００６１】
また、コンデンサ２における凝縮条件としては、原料貯留タンク１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２は、原料貯留タンク１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、原料貯留タンク１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状のアンモニアを得ることができるとともに、その液体状のアンモニアの純度を高めることができる。
【００６２】
コンデンサ２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状の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。
【００６３】
また、コンデンサ２は、原料貯留タンク１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２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状の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。
【００６４】
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２は、原料貯留タンク１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状のアンモニアを得ることができる。
【００６５】
コンデンサ２には、排気バルブ８１１ｃが設けられた排気配管８１ｃが接続されている。コンデンサ２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、排気バルブ８１１ｃが開放された状態で、排気配管８１ｃを流過してシステム外部に排出される。
【００６６】
また、アンモニア精製システム１００では、第１バルブ８１１と開閉バルブ８１１ａとが開放され、開閉バルブ８１２が閉鎖されることによって第１配管８１および分岐配管８１ａを流過する気体状のアンモニアは、蒸留塔５に導入される。
【００６７】
蒸留塔５は、原料貯留タンク１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高い不純物を蒸留除去する。また、蒸留塔５は、コンデンサ２による分縮操作のみでは除去することが困難なジメチルエーテル、メタノール等の不純物を蒸留除去することができる。
【００６８】
蒸留塔５は、下から順に底部空間部５５、下部蒸留部５４、中央空間部５３、上部蒸留部５２、上部空間部５１を形成し、底部空間部５５には加熱装置５５ａが設置され、上部空間部５１には前述したコンデンサ２が設置されている。加熱装置５５ａには外部から例えば加熱水などの加熱媒体が供給されてアンモニアのリボイルをサポートし、コンデンサ２には外部から例えば冷却水などの冷媒が供給されてアンモニアの凝縮をサポートしている。
【００６９】
蒸留塔５の中央空間部５３に、分岐配管８１ａを介して原料貯留タンク１から導入される気体状のアンモニアは、上部蒸留部５２を上昇し、流下する還流液と気液接触して精留される。すなわち、上昇する気相中に含有するアンモニアは、還流液中に溶解液化し、還流液中に溶解している揮発性の高い不純物は気化される。このとき、揮発性の高い不純物が除去されて凝縮精製されたアンモニアは、底部空間部５５に流下した後、上部蒸留部５２の上部へ還流される一部を除き、底部空間部５５から導出される。一方、揮発性の高い不純物は、上部空間部５１に上昇して濃縮ガスとなり、コンデンサ２によって冷却処理されて連続的に廃ガスとして排気配管８１ｃを介して排出される。
【００７０】
底部空間部５５には、第２バルブ８２１が設けられた第２配管８２が接続されており、コンデンサ２により凝縮されてコンデンサ２から導出された液体状のアンモニア、または、蒸留塔５の蒸留操作により凝縮されて底部空間部５５から導出された液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。
【００７１】
吸着手段３は、コンデンサ２または蒸留塔５から導出された液体状のアンモニアに含まれる不純物を吸着剤により吸着除去し、精製された液体状のアンモニアを得る。本実施形態では、吸着手段３は、複数の吸着部である第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。
【００７２】
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のそれぞれ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。
【００７３】
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、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、液体状のアンモニアに含まれる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、液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。
【００７４】
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、液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３１、第２吸着塔３２、第３吸着塔３３および第４吸着塔３４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、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から導出されるアンモニアの不純物量の分析結果に基づいて、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における吸着剤の破過の管理を簡単に実施することができる。
【００７５】
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、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。
【００７６】
なお、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。
【００７７】
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。
【００７８】
コンデンサ２または蒸留塔５から導出された液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、コンデンサ２または蒸留塔５から第１吸着塔３１に向けて第３配管８３内を液体状のアンモニアが流過する。また、コンデンサ２または蒸留塔５から導出された液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、コンデンサ２または蒸留塔５から第３吸着塔３３に向けて第３配管８３内を液体状のアンモニアが流過する。
【００７９】
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、コンデンサ２または蒸留塔５から導出された液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。
【００８０】
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、コンデンサ２または蒸留塔５から導出されて、第１吸着塔３１に導入された液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、コンデンサ２または蒸留塔５から導出された液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。
【００８１】
第２吸着塔３２から導出された液体状のアンモニアは、第５配管８５を流過して、製品タンク６と接続される第１０配管９０に供給される。
【００８２】
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から導出された液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内を液体状のアンモニアが流過する。
【００８３】
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、コンデンサ２または蒸留塔５から導出された液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。
【００８４】
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、コンデンサ２または蒸留塔５から導出されて、第３吸着塔３３に導入された液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、コンデンサ２または蒸留塔５から導出された液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。
【００８５】
第４吸着塔３４から導出された液体状のアンモニアは、第７配管８７を流過して、製品タンク６と接続される第１０配管９０に供給される。
【００８６】
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から導出された液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内を液体状のアンモニアが流過する。
【００８７】
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、コンデンサ２または蒸留塔５から導出された液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。
【００８８】
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。
【００８９】
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、単位時間あたりに液体状のアンモニアを第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に供給する量をＮＴＰでのガス体積に換算し、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の空塔断面積で除算して求めた値の範囲が、０．０１〜０．５ｍ／秒であることが好ましい。線速度が０．０１ｍ／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０．５ｍ／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】
第２吸着塔３２から導出されて第８配管８８を流過する液体状のアンモニア、または、第４吸着塔３４から導出されて第９配管８９を流過する液体状のアンモニアは、分析手段４に導入される。
【００９１】
分析手段４は、第２吸着塔３２または第４吸着塔３４から導出された液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、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における吸着剤の破過の管理を実施する。
【００９２】
第２吸着塔３２から導出されて第１０配管９０に供給された液体状のアンモニア、または、第４吸着塔３４から導出されて第１０配管９０に供給された液体状のアンモニアは、第１０バルブ９０１が開放された状態で第１０配管９０を流過して製品タンク６に導入される。
【００９３】
製品タンク６は、第２吸着塔３２または第４吸着塔３４から導出された液体状のアンモニアを貯留する。この製品タンク６は、液体状の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。
【００９４】
また、製品タンク６には、製品タンク６と外部とを連通し、気相成分を外部に排出するための流路となる第１１配管９１が接続されている。この第１１配管９１には、第１１配管９１における流路を開放または閉鎖する第１１バルブ９１１が設けられている。本実施形態のアンモニア精製システム１００は、第１０バルブ９０１を閉鎖させた状態で、第１１バルブ９１１を開放させることで、製品タンク６内に貯留される液体状のアンモニアから揮発性の高い不純物を排出除去する排出動作が実施できるように構成されている。この製品タンク６における排出動作を実施することによって、製品タンク６に貯留される液体状のアンモニアの純度をより高めることができる。
【００９５】
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。
【００９６】
アンモニア精製システム２００に備えられる吸着手段２０１は、コンデンサ２または蒸留塔５から導出された液体状のアンモニアに含まれる不純物を、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および第３吸着塔２０１３を含んで構成される。
【００９７】
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、第２吸着塔２０１２および第３吸着塔２０１３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。
【００９８】
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。
【００９９】
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第１吸着塔２０１１、第２吸着塔２０１２および第３吸着塔２０１３に供給する量をＮＴＰでのガス体積に換算し、第１吸着塔２０１１、第２吸着塔２０１２および第３吸着塔２０１３の空塔断面積で除算して求めた値の範囲が、０．０１〜０．５ｍ／秒であることが好ましい。線速度が０．０１ｍ／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０．５ｍ／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。
【０１００】
そして、本実施形態では、コンデンサ２または蒸留塔５から導出された液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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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から導出された液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から導出された液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。
【０１０３】
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から導出された液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から導出された液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。
【０１０４】
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から導出された液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から導出された液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。
【０１０５】
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から導出された液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から導出された液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。
【０１０６】
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から分岐して製品タンク６に接続される第１０配管９０とが設けられる。
【０１０７】
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。
【０１０８】
第１の接続パターンは、コンデンサ２または蒸留塔５から導出された液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。
【０１０９】
これによって、コンデンサ２または蒸留塔５から導出された液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から導出された液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から導出された液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および製品タンク６に液体状のアンモニアが導入される。
【０１１０】
このような第１の接続パターンでは、液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。
【０１１１】
第２の接続パターンは、コンデンサ２または蒸留塔５から導出された液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。
【０１１２】
これによって、コンデンサ２または蒸留塔５から導出された液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から導出された液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から導出された液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および製品タンク６に液体状のアンモニアが導入される。
【０１１３】
このような第２の接続パターンでは、液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。
【０１１４】
第３の接続パターンは、コンデンサ２または蒸留塔５から導出された液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。
【０１１５】
これによって、コンデンサ２または蒸留塔５から導出された液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から導出された液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から導出された液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および製品タンク６に液体状のアンモニアが導入される。
【０１１６】
このような第３の接続パターンでは、液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。
【０１１７】
第４の接続パターンは、コンデンサ２または蒸留塔５から導出された液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。
【０１１８】
これによって、コンデンサ２または蒸留塔５から導出された液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から導出された液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から導出された液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および製品タンク６に液体状のアンモニアが導入される。
【０１１９】
このような第４の接続パターンでは、液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。
【０１２０】
第５の接続パターンは、コンデンサ２または蒸留塔５から導出された液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。
【０１２１】
これによって、コンデンサ２または蒸留塔５から導出された液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から導出された液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から導出された液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および製品タンク６に液体状のアンモニアが導入される。
【０１２２】
このような第５の接続パターンでは、液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。
【０１２３】
第６の接続パターンは、コンデンサ２または蒸留塔５から導出された液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。
【０１２４】
これによって、コンデンサ２または蒸留塔５から導出された液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から導出された液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から導出された液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および製品タンク６に液体状のアンモニアが導入される。
【０１２５】
このような第６の接続パターンでは、液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】
【０１２６】
１  原料貯留タンク
２  コンデンサ
３  吸着手段
４  分析手段
５  蒸留塔
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
【図１】
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【図２】
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