(57)【要約】【課題】アンモニアの取得のために必要なエネルギー効率を向上できるアンモニア合成装置、及びアンモニア合成方法を提供する。【解決手段】アンモニア合成装置１００は、アンモニア含有ガスに含有されるアンモニアを吸着し、また、吸着したアンモニアを放出する吸着材料を有する分離塔３Ａ及び分離塔３Ｂを備える。このような分離塔３Ａ及び分離塔３Ｂのうち、アンモニアを放出する工程にある一方の分離塔においては、合成塔２で発熱を伴って生成されたガスを熱媒体流路部１１に通過させる。これによって、温度が高められたアンモニア含有ガスの熱を熱媒体流路部１１を介して吸着材料に供給することができる。従って、アンモニアの放出時において、合成塔２での反応に伴う熱を有効に利用することができる。以上より、アンモニアの取得のために必要なエネルギー効率を向上できる。【選択図】図２
2017128477.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガスからアンモニアを取得するアンモニア合成装置であって、
前記原料ガスを反応させて、発熱を伴ってアンモニアを含有するガスを生成する反応部と、
前記ガスに含有されるアンモニアを吸着し、また、吸着したアンモニアを放出する吸着材料を有する少なくとも第１の分離部及び第２の分離部と、を備え、
前記第１の分離部及び前記第２の分離部は、
前記吸着材料を収容する吸着材料収容部と、
前記吸着材料収容部と隣合い、熱媒体を流通させる熱媒体流路部と、を備え、
前記第１の分離部及び前記第２の分離部のうち、アンモニアを放出する工程にある一方の分離部においては、前記反応部からの前記ガスを前記熱媒体流路部に通過させ、
前記第１の分離部及び前記第２の分離部のうち、アンモニアを吸着する工程にある他方の分離部においては、冷却された前記ガスを前記吸着材料収容部に通過させる、アンモニア合成装置。
【請求項２】
前記第１の分離部及び前記第２の分離部のうち、アンモニアを放出する工程が終了した後の分離部においては、前記反応部に流入する前段階のガスを前記熱媒体流路部に通過させる、請求項１に記載のアンモニア合成装置。
【請求項３】
前記第１の分離部及び前記第２の分離部の前記熱媒体流路部には、フィンが設けられている、請求項１又は２に記載のアンモニア合成装置。
【請求項４】
アンモニアを吸着する工程にある前記他方の分離部においては、前記一方の分離部からの前記ガスを前記吸着材料収容部に通過させる、請求項１〜３の何れか一項に記載のアンモニア合成装置。
【請求項５】
原料ガスからアンモニアを取得するアンモニア合成方法であって、
前記原料ガスを反応させて、発熱を伴ってアンモニアを含有するガスを生成する反応工程と、
前記ガスに含有されるアンモニアを吸着し、また、吸着したアンモニアを放出する吸着材料を有する少なくとも第１の分離部及び第２の分離部のうち、一方の分離部において前記吸着材料に吸着したアンモニアを放出する放出工程と、
前記第１の分離部及び前記第２の分離部のうち、他方の分離部において前記吸着材料にアンモニアを吸着する吸着工程と、を備え、
前記第１の分離部及び前記第２の分離部は、
前記吸着材料を収容する吸着材料収容部と、
前記吸着材料収容部と隣合い、熱媒体を流通させる熱媒体流路部と、を備え、
前記放出工程においては、前記反応工程で生成された前記ガスを前記熱媒体流路部に通過させ、
前記吸着工程においては、冷却された前記ガスを前記吸着材料収容部に通過させる、アンモニア合成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンモニア合成装置、及びアンモニア合成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、原料ガスからアンモニアを取得するアンモニア合成装置として、特許文献１に示されるものが知られている。特許文献１に記載のアンモニア合成装置は、原料ガスを反応させて、発熱を伴ってアンモニアを含有するガスを生成する反応部と、ガスに含有されるアンモニアを吸着し、また、吸着したアンモニアを放出する吸着材料を有する少なくとも一対の分離部と、を備えている。アンモニア合成装置は、一方の分離部における吸着材料でアンモニアを吸着しているときに、他方の分離部における吸着材料に吸着されたアンモニアを放出している。アンモニアを放出するときは吸着材料を加熱し、アンモニアを吸着するときは吸着材料を冷却する必要がある。なお、アンモニアを吸着する時に吸着材料を冷却するのは、アンモニアの吸着が発熱を伴う平衡反応であり、冷却した方が吸着が速やかに進むためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３０７５５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、上述のようなアンモニア合成装置においては、アンモニアを取得するために必要なエネルギー効率を更に向上することが要請されていた。従って、本発明は、アンモニアを取得するために必要なエネルギー効率を向上できるアンモニア合成装置、及びアンモニア合成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一側面に係るアンモニア合成装置は、原料ガスからアンモニアを取得するアンモニア合成装置であって、原料ガスを反応させて、発熱を伴ってアンモニアを含有するガスを生成する反応部と、ガスに含有されるアンモニアを吸着し、また、吸着したアンモニアを放出する吸着材料を有する少なくとも第１の分離部及び第２の分離部と、を備え、第１の分離部及び第２の分離部は、吸着材料を収容する吸着材料収容部と、吸着材料収容部と隣合い、熱媒体を流通させる熱媒体流路部と、を備え、第１の分離部及び第２の分離部のうち、アンモニアを放出する工程にある一方の分離部においては、反応部からのガスを熱媒体流路部に通過させ、第１の分離部及び第２の分離部のうち、アンモニアを吸着する工程にある他方の分離部においては、冷却されたガスを吸着材料収容部に通過させる。
【０００６】
アンモニア合成装置は、ガスに含有されるアンモニアを吸着し、また、吸着したアンモニアを放出する吸着材料を有する第１の分離部及び第２の分離部を備える。このような第１の分離部及び第２の分離部のうち、アンモニアを放出する工程にある一方の分離部においては、反応部で発熱を伴って生成されたガスを熱媒体流路部に通過させる。これによって、温度が高められたガスの熱を熱媒体流路部を介して吸着材料に供給することができる。従って、アンモニアの放出時において、反応部での反応に伴う熱を有効に利用することができる。以上より、アンモニアを取得するために必要なエネルギー効率を向上できる。
【０００７】
本発明の他の側面に係るアンモニア合成装置では、第１の分離部及び第２の分離部のうち、アンモニアを放出する工程が終了した後の分離部においては、反応部に流入する前段階のガスを熱媒体流路部に通過させてよい。これにより、反応部に流入する前段階のガスが、吸着材料を冷却することができる。当該吸着材料は、アンモニア放出後、速やかにアンモニアを吸着する状態となることができる。
【０００８】
本発明の他の側面に係るアンモニア合成装置では、第１の分離部及び第２の分離部の熱媒体流路部には、フィンが設けられていてよい。これにより、熱媒体流路部は効率よく吸着材料に熱を伝達することができる。
【０００９】
本発明の他の側面に係るアンモニア合成装置では、アンモニアを吸着する工程にある他方の分離部においては、一方の分離部からのガスを吸着材料収容部に通過させてよい。一方の分離部の熱媒体流路部を通過したガスは、吸着材料に熱を与えることによって冷却される。従って、当該ガスが他方の分離部の吸着材料収容部へ供給されることで、ガスを冷却するための機構を省略、又は小型簡略化することができる。
【００１０】
本発明の一側面に係るアンモニア合成方法は、原料ガスからアンモニアを取得するアンモニア合成方法であって、原料ガスを反応させて、発熱を伴ってアンモニアを含有するガスを生成する反応工程と、ガスに含有されるアンモニアを吸着し、また、吸着したアンモニアを放出する吸着材料を有する少なくとも第１の分離部及び第２の分離部のうち、一方の分離部において吸着材料に吸着したアンモニアを放出する放出工程と、第１の分離部及び第２の分離部のうち、他方の分離部において吸着材料にアンモニアを吸着する吸着工程と、を備え、第１の分離部及び第２の分離部は、吸着材料を収容する吸着材料収容部と、吸着材料収容部と隣合い、熱媒体を流通させる熱媒体流路部と、を備え、放出工程においては、反応工程で生成されたガスを熱媒体流路部に通過させ、吸着工程においては、冷却されたガスを吸着材料収容部に通過させる。
【００１１】
このアンモニアの合成方法によれば、上述のアンモニア合成装置と同様な作用・効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、アンモニアを取得するために必要なエネルギー効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態に係るアンモニア合成装置の構成を示す概略構成図である。
【図２】分離塔の断面図である。
【図３】図１に示すアンモニア合成装置のガスの流れを示す概略構成図である。
【図４】図１に示すアンモニア合成装置のガスの流れを示す概略構成図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るアンモニア合成装置の構成を示す概略構成図である。
【図６】図５に示すアンモニア合成装置のガスの流れを示す概略構成図である。
【図７】図５に示すアンモニア合成装置のガスの流れを示す概略構成図である。
【図８】変形例に係る分離塔の構成を示す図である。
【図９】分離塔のフィンの一例を示す概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、同一又は同等の要素については同一の符号を付し、説明が重複する場合にはその説明を省略する。
【００１５】
［第１実施形態］
図１を参照して、本発明の第１実施形態に係るアンモニア合成装置１００の構成について説明する。アンモニア合成装置１００は、原料ガスからアンモニアを取得する装置である。アンモニア合成装置１００は、混合器１と、合成塔（反応部）２と、分離塔（第１の分離部）３Ａと、分離塔（第２の分離部）３Ｂと、を備える。
【００１６】
混合器１は、原料ガスを混合する容器である。原料ガスは、アンモニア含有ガスを生成するための原料となるガスである。原料ガスとして、水素と窒素が採用される。また、混合器１には、分離塔３Ａ，３Ｂから排出されるアンモニア回収後の循環ガスが供給される。混合器１からは、ラインＬ１が引き出され、当該ラインＬ１を介して下流側へ循環ガスを供給する。ラインＬ１上には、循環ガスを圧送するコンプレッサ４と、熱交換器６が設けられる。また、ラインＬ１は合成塔２に接続される。
【００１７】
合成塔２は、混合器１で混合された原料ガスを反応させて、発熱を伴ってアンモニア含有ガスを生成する容器である。合成塔２の内部には、アンモニア合成触媒が充填されている。これにより、ラインＬ１介して合成塔２内へ流入した（原料ガスを含む）循環ガスは、アンモニア合成触媒で反応することによって、アンモニア含有ガスとして生成される。アンモニア合成触媒としては、酸化鉄‐アルミナ‐酸化カリウム触媒、ルテニウム系触媒等が採用される。合成塔２からはラインＬ２が引き出され、当該ラインＬ２を介して下流側へ循環ガスを供給する。ラインＬ２上には、熱交換器６が設けられる。これにより、合成塔２から排出された高温のアンモニア含有ガスの熱は、熱交換器６にてＬ１との間で熱交換され、循環ガスを加熱する。ラインＬ２は、ラインＬ３，Ｌ４に分岐して、それぞれ分離塔３Ａ及び分離塔３Ｂに接続される。また、ラインＬ２の熱交換器６より下流側で分岐点より上流側の位置にはバルブＣ４が設けられる。また、ラインＬ３にはバルブＡ３が設けられ、ラインＬ４にはバルブＢ３が設けられる。
【００１８】
アンモニア含有ガスの種類は特に限定されないが、アンモニアを合成したガス、コークス炉副生ガス、硝酸プラントなどの余剰ガス等を例示することができる。アンモニアの含有率は０．０１〜９９モル％程度、例えばオンサイトでアンモニアを製造する装置の場合には、１〜２０モル％程度であってよく、不純物の例としてはその由来に応じ一酸化炭素、二酸化炭素、窒素、水素、ヘリウム、アルゴン、メタン、エタンなどの炭化水素等が挙げられる。
【００１９】
分離塔３Ａ，３Ｂは、アンモニア含有ガスに含有されるアンモニアを吸着し、また、吸着したアンモニアを放出する吸着材料を有する。吸着材料は、塩化マグネシウム、塩化ストロンチウム、臭化マグネシウム等の金属ハロゲン化物又はこれらの混合物であってよい。吸着材料として、その他、活性炭、ゼオライト、メソポーラスシリカなどの多孔体、イオン液体等を用いてよい。また、本実施形態に係る分離塔３Ａ，３Ｂのアンモニアの吸着の手法として、温度スイング吸着法（ＴＳＡ）が用いられる。このとき、温度だけでなく、圧力も適宜スイングさせても良い。
【００２０】
この吸着法では、分離塔３Ａ，３Ｂのうちの一方を、アンモニアを吸着できる温度に冷却しておいて、当該分離塔にラインＬ３又はラインＬ４を介してアンモニア含有ガスを送ることでアンモニアを吸着材料に吸着させ、残余のガスをラインＬ５又はラインＬ６から排出する。なお、ラインＬ５及びラインＬ６は、ラインＬ７と合流し、当該ラインＬ７は混合器１に接続されている。また、ラインＬ５にはバルブＡ１が設けられ、ラインＬ６にはバルブＢ１が設けられる。
【００２１】
吸着材料が十分なアンモニアを吸着し、残余のガスにアンモニアの漏出が検出されたら、吸着材料が、アンモニアを脱着しうる温度まで加熱される。これにより、吸着材料がアンモニアを脱着する。脱着されたアンモニアは、ラインＬ５から分岐したラインＬ８又はラインＬ６から分岐したラインＬ９、及びラインＬ８，Ｌ９が合流したラインＬ１０を介して回収される。ラインＬ８にはバルブＡ２が設けられ、ラインＬ９にはバルブＢ２が設けられる。
【００２２】
上述のように分離塔３Ａ，３Ｂの一方の分離塔でアンモニアの放出を行っているときは、その間に他方の分離塔でアンモニアの吸着を行う。また、他方の分離塔でアンモニアの放出を行っているときは、一方の分離塔でアンモニアの吸着を行う。このように、分離塔３Ａ，３Ｂ間でアンモニアの吸着と放出を交互に繰り返すことによって、アンモニアを連続的に分離することが可能となる。
【００２３】
ここで、図２を参照して、分離塔３Ａ，３Ｂの詳細な構成について説明する。図２に示すように、分離塔３Ａ，３Ｂは、吸着材料を収容する吸着材料収容部１０と、吸着材料収容部１０と隣合い、熱媒体を流通させる熱媒体流路部１１と、を備える。吸着材料収容部１０は、上述の吸着材料が収容された部分である。熱媒体流路部１１は、アンモニア含有ガスを熱媒体として通過させる流路である。ただし、熱媒体としては、同一の流体が流れなくてもよく、水とスチーム、あるいは、原料ガス（水素及び窒素）、混合ガス（水素、窒素及びアンモニア）のように、交互に流してもコンタミネーションによる熱交換性能への影響がないものであれば、あらゆるものを採用してよい。本実施形態においては、吸着材料収容部１０と熱媒体流路部１１とは、棚状に複数段（図では２段）積層されている。また、複数の熱媒体流路部１１のそれぞれの入口部は、一つの入口部１３に集約されている。複数の熱媒体流路部１１のそれぞれの出口部は、一つの出口部１６に集約されている。複数の吸着材料収容部１０のそれぞれの入口部は、一つの入口部１２に集約されている。複数の吸着材料収容部１０のそれぞれの出口部は、一つの出口部１４に集約されている。
【００２４】
熱媒体流路部１１には、フィン１８が設けられている。図２においては、内側面に対して複数のピン型のフィン１８が設けられている。複数のピン型のフィン１８は、熱媒体流路部１１内において、吸着材料収容部１０と熱媒体流路部１１の積層方向における対向する内側面同士の間を接続するように延設されている。即ち、熱媒体流路部１１を流れる熱媒体の流通を許容しつつ、熱媒体流路部１１の一方の内側面から他方の内側面へ延びるように複数のフィン１８が立設されている。この構造により、熱媒体流路部１１を流れる熱媒体と吸着材料収容部１０との間で複数のフィン１８を介して効率的に熱交換をすることが可能となる。なお、熱媒体が流れる方向から見て、各フィン１８が互い違いに配置されてよい。ただし、フィン１８の形状や配列態様等は特に限定されるものではない。例えば、図９に示すように、熱媒体流路部１１の内部には、熱媒体が流れる方向から見て波状に配置され、熱媒体の流れに沿って延びるようなフィン１８が設けられてもよい。なお、分離塔３Ａ，３Ｂの入口側の端部には壁部が設けられているが、当該壁を除いた状態を示しているものとする。また、熱媒体流路部１１には、フィン１８が設けられていなくともよい。
【００２５】
また、図１に示すように、分離塔３Ａの入口部１３（熱媒体流路部１１の集約された入口部）に対しては、ラインＬ２から分岐したラインＬ１１が接続されている。また、ラインＬ１１にはバルブＡ４が設けられている。分離塔３Ａの出口部１６（熱媒体流路部１１の集約された出口部）に対しては、ラインＬ４と合流するラインＬ１３が接続されている。分離塔３Ｂの入口部１３（熱媒体流路部１１の集約された入口部）に対しては、ラインＬ２から分岐したラインＬ１２が接続されている。また、ラインＬ１２にはバルブＢ４が設けられている。分離塔３Ｂの出口部１６（熱媒体流路部１１の集約された出口部）に対しては、ラインＬ３と合流するラインＬ１４が接続されている。
【００２６】
上述のように構成されたアンモニア合成装置１００では、分離塔３Ａ，３Ｂのうち、アンモニアを放出する工程にある一方の分離塔においては、合成塔２からのアンモニア含有ガスを熱媒体流路部１１に通過させる（図２（ａ）参照）。また、分離塔３Ａ，３Ｂのうち、アンモニアを吸着する工程にある他方の分離塔においては、冷却されたアンモニア含有ガスを吸着材料収容部１０に通過させる（図２（ｂ）参照）。本実施形態では、一方の分離塔からのアンモニア含有ガスを吸着材料収容部１０に通過させる。ただし、一方の分離塔からのアンモニア含有ガスに加えて、又はそれに代えて、大気やプラント内の冷却水により冷却されたアンモニア含有ガスを吸着材料収容部１０に通過させてもよい。なお、上述のバルブの開閉、コンプレッサの動作等は、図示されない制御部によって制御されている。また、アンモニア合成装置１００は、図示されないセンサ類を備え、当該センサ類で分離塔から排出されるガスのアンモニアの濃度等を検出し、制御部が当該検出結果に基づいた運転を行う。
【００２７】
また、上述のように構成されたアンモニア合成装置１００を用いたアンモニア合成方法は、原料ガスを反応させて、発熱を伴ってアンモニアを含有するガスを生成する反応工程と、分離塔３Ａ及び分離塔３Ｂのうち、一方の分離塔において吸着材料に吸着したアンモニアを放出する放出工程と、他方の分離塔において吸着材料にアンモニアを吸着する吸着工程と、を備える。また、放出工程においては、反応工程で生成されたガスを熱媒体流路部１１に通過させる。吸着工程においては、冷却されたガスを吸着材料収容部１０に通過させる。
【００２８】
次に、図３及び図４を参照して、アンモニア合成装置１００における具体的な動作について説明する。図３は、分離塔３Ａがアンモニアを放出し、分離塔３Ｂがアンモニアを吸着する場合のガスの流れを示す図である。当該状態では、バルブＡ４，Ｂ３，Ｂ１，Ａ２が「開」の状態となり、バルブＢ４，Ａ３，Ａ１，Ｂ２，Ｃ４が「閉」の状態となる。図３に示すように、混合器１から供給される原料ガス（及びラインＬ７を流れてきた循環ガス）は、ラインＬ１を介して合成塔２へ供給される。合成塔２で生成された高温のアンモニア含有ガスは、ラインＬ２を通過し、また、ラインＬ１１側へ分岐し、分離塔３Ａの熱媒体流路部１１の入口部１３へ流入する。これにより、分離塔３Ａ内の吸着材料が高温のアンモニア含有ガスで加熱されることで、吸着材料からアンモニアが放出される。従って、アンモニアがラインＬ５，Ｌ８，Ｌ１０を介して回収される。
【００２９】
一方、分離塔３Ａの熱媒体流路部１１の出口部１６から排出されたアンモニア含有ガスは、ラインＬ１３，Ｌ４を通過し、分離塔３Ｂの吸着材料収容部１０の入口部１２へ流入する。これにより、吸着材料によってアンモニアの含有量が減った残存ガスが、ラインＬ６，Ｌ７を通過して混合器１へ流入する。
【００３０】
図４は、分離塔３Ｂがアンモニアを放出し、分離塔３Ａがアンモニアを吸着する場合のガスの流れを示す図である。当該状態では、バルブＢ４，Ａ３，Ａ１，Ｂ２が「開」の状態となり、バルブＡ４，Ｂ３，Ｂ１，Ａ２，Ｃ４が「閉」の状態となる。図４に示すように、混合器１から供給される原料ガス（及びラインＬ７を流れてきた循環ガス）は、ラインＬ１を介して合成塔２へ供給される。合成塔２で生成された高温のアンモニア含有ガスは、ラインＬ２を通過し、また、ラインＬ１２側へ分岐し、分離塔３Ｂの熱媒体流路部１１の入口部１３へ流入する。これにより、分離塔３Ｂ内の吸着材料が高温のアンモニア含有ガスで加熱されることで、吸着材料からアンモニアが放出される。従って、アンモニアがラインＬ６，Ｌ９，Ｌ１０を介して回収される。
【００３１】
一方、分離塔３Ｂの熱媒体流路部１１の出口部１６から排出されたアンモニア含有ガスは、ラインＬ１４，Ｌ３を通過し、分離塔３Ａの吸着材料収容部１０の入口部１２へ流入する。これにより、吸着材料によってアンモニアの含有量が減った残存ガスが、ラインＬ５，Ｌ７を通過して混合器１へ流入する。
【００３２】
次に、本実施形態に係るアンモニア合成装置１００及びアンモニア合成方法の作用・効果について説明する。
【００３３】
アンモニア合成装置１００は、アンモニア含有ガスに含有されるアンモニアを吸着し、また、吸着したアンモニアを放出する吸着材料を有する分離塔３Ａ及び分離塔３Ｂを備える。このような分離塔３Ａ及び分離塔３Ｂのうち、アンモニアを放出する工程にある一方の分離塔においては、合成塔２で発熱を伴って生成されたガスを熱媒体流路部１１に通過させる。これによって、温度が高められたアンモニア含有ガスの熱を熱媒体流路部１１を介して吸着材料に供給することができる。従って、アンモニアの放出時において、合成塔２での反応に伴う熱を有効に利用することができる。以上より、アンモニアを取得するために必要なエネルギー効率を向上できる。また、本実施形態に係るアンモニア合成方法においても、同様の作用・効果を得ることができる。
【００３４】
また、アンモニア合成装置１００では、分離塔３Ａ及び分離塔３Ｂの熱媒体流路部１１には、フィン１８が設けられていている。これにより、熱媒体流路部１１は効率よく吸着材料に熱を伝達することができる。
【００３５】
また、アンモニア合成装置１００では、アンモニアを吸着する工程にある他方の分離塔においては、一方の分離塔からのアンモニア含有ガスを吸着材料収容部１０に通過させている。一方の分離塔の熱媒体流路部１１を通過したアンモニア含有ガスは、吸着材料に熱を与えることによって冷却される。従って、当該アンモニア含有ガスが他方の分離塔の吸着材料収容部１０へ供給されることで、アンモニア含有ガスを冷却するための機構を省略、又は小型簡略化することができる。
【００３６】
［第２実施形態］
図５〜図７を参照して、本発明の第２実施形態に係るアンモニア合成装置２００の構成について説明する。アンモニア合成装置２００は、分離塔３Ａ及び分離塔３Ｂのうち、アンモニアを放出する工程が終了した後の分離塔において、合成塔２に流入する前段階のガスを熱媒体流路部１１に通過させることができる点で、第１実施形態に係るアンモニア合成装置１００と主に相違する。
【００３７】
具体的には、図５に示すように、アンモニア合成装置２００は、ラインＬ１から分岐するラインＬ１６を備える。また、アンモニア合成装置２００は、ラインＬ１６から分岐してラインＬ１１（分離塔３Ａの入口部１３）と接続されるラインＬ１７と、ラインＬ１６から分岐してラインＬ１２（分離塔３Ｂの入口部１３）と接続されるラインＬ１８と、を備える。ラインＬ１７にはバルブＡ５が設けられる。ラインＬ１８にはバルブＢ５が設けられる。また、アンモニア合成装置２００は、分離塔３Ａの出口部１６からのラインＬ１３から分岐してラインＬ１と接続されるラインＬ１９と、分離塔３Ｂの出口部１６からのラインＬ１４から分岐してラインＬ１９を介してラインＬ１と接続されるラインＬ２０と、を備える。ラインＬ１９にはバルブＡ７が設けられる。ラインＬ２０にはバルブＢ７が設けられる。
【００３８】
次に、図６及び図７を参照して、アンモニア合成装置２００における具体的な動作について説明する。なお、アンモニア合成装置２００のアンモニア放出及びアンモニア吸着における動作は、アンモニア合成装置１００と同様である。図６は、分離塔３Ａが放出モードでの放出を終了し、冷却中の状態であり、分離塔３Ｂがアンモニアを吸着する場合のガスの流れを示す図である。当該状態では、バルブＡ５，Ｂ１，Ｃ４，Ａ７，Ｂ３が「開」の状態となり、バルブＡ４，Ｂ５，Ａ１，Ａ２，Ｂ２，Ａ６，Ａ３，Ｂ４，Ｂ６，Ｂ７が「閉」の状態となる。図６に示すように、混合器１から供給される原料ガス（及びラインＬ７を流れてきた循環ガス）は、ラインＬ１から分岐してラインＬ１６及びラインＬ１７を介して分離塔３Ａの熱媒体流路部１１の入口部１３へ供給される。合成塔２に流入する前段階のガスは、アンモニア放出時における吸着材料よりも温度が低い。従って、当該ガスが熱媒体流路部１１を流れることで、放出後の吸着材料が冷却される。吸着材料を冷却した後のガスは、出口部１６から排出されて、ラインＬ１３及びラインＬ１９を介してラインＬ１へ戻される。その後、当該ガスは合成塔２へ供給され、分離塔３Ｂでの吸着に用いられる。当該分離塔３Ｂでの吸着の流れは図３に示すものと同様である。
【００３９】
図７は、分離塔３Ｂが放出モードでの放出を終了し、冷却中の状態であり、分離塔３Ａがアンモニアを吸着する場合のガスの流れを示す図である。当該状態では、バルブＢ１，Ａ３，Ｃ４，Ｂ７，Ｂ５，Ａ１が「開」の状態となり、バルブＡ５，Ａ４，Ｂ４，Ａ２，Ｂ６，Ｂ３，Ａ６，Ａ７，Ｂ２が「閉」の状態となる。図７に示すように、混合器１から供給される原料ガス（及びラインＬ７を流れてきた循環ガス）は、ラインＬ１から分岐してラインＬ１６及びラインＬ１８を介して分離塔３Ｂの熱媒体流路部１１の入口部１３へ供給される。合成塔２に流入する前段階のガスは、アンモニア放出時における吸着材料よりも温度が低い。従って、当該ガスが熱媒体流路部１１を流れることで、放出後の吸着材料が冷却される。吸着材料を冷却した後のガスは、出口部１６から排出されて、ラインＬ１４及びラインＬ２０を介してラインＬ１へ戻される。その後、当該ガスは合成塔２へ供給され、分離塔３Ａでの吸着に用いられる。当該分離塔３Ａでの吸着の流れは図４に示すものと同様である。
【００４０】
以上のように、アンモニア合成装置２００では、分離塔３Ａ及び分離塔３Ｂのうち、アンモニアを放出する工程が終了した後の分離塔においては、合成塔２に流入する前段階のガスを熱媒体流路部１１に通過させている。これにより、合成塔２に流入する前段階のガスが、吸着材料を冷却することができる。当該吸着材料は、アンモニア放出後、速やかにアンモニアを吸着する状態となることができる。
【００４１】
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。
【００４２】
例えば、上述の実施形態では、分離塔を２つ設けた場合を例にして説明したが、分離塔は３つであってもよく、４つ以上あってもよい。例えば、アンモニア放出後の分離塔の冷却は、原料ガスを用いることなく、自然冷却としてもよい。その場合、例えば三つの分離塔において、吸蔵、分離（昇温を含む）、冷却の３サイクルを順に回してよい。冷却を自然放熱によって行う場合、原料ガスを用いる場合に比して配管の複雑化を抑制できるというメリットがある。
【００４３】
例えば、図３及び図５に示すラインの構成は一例にすぎず、同様の効果を得ることができる限り、ライン及びバルブの構成をどのように変更してもよい。
【００４４】
また、上述の実施形態では、分離塔は図２に示すように熱媒体流路部と吸着材料収容部とが積層された棚型の構成を有していたが、当該構成に限定されない。例えば、図８に示すようなチューブ型の構成を有する分離等を採用してもよい。図８に示す分離塔３０は、一端側に入口部３２、他端側に出口部３３が形成された筒状の吸着材料収容部３４と、当該吸着材料収容部３４の内部に張り巡らされるように配置された熱媒体流路部３１と、を備えている。その他、多管式構造やスパイラル型構造など、熱交換器の構造として採用されている構造であれば、どのような構成であっても本発明の分離等に採用してよい。
【符号の説明】
【００４５】
２…合成塔（反応部）、３Ａ，３Ｂ，３０…分離塔（分離部）、１０…吸着材料収容部、１１…熱媒体流路部、１００，２００…アンモニア合成装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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