JP2014005156A - アンモニア精製システム - Google Patents

Abstract

【課題】 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を提供する。
【解決手段】 アンモニア精製システム１００では、第１吸着塔３１および第２吸着塔３２は、原料貯留タンク１から導出された粗アンモニアに含有される不純物を吸着除去する。第１吸着塔３１および第２吸着塔３２は、それぞれ、塔頂吸着層３１１，３２１、第１中間吸着層３１２，３２２、第２中間吸着層３１３，３２３および塔底吸着層３１４，３２４が、アンモニアの流れ方向に積層された構造を有する。コンデンサ４は、第１吸着塔３１および第２吸着塔３２から導出された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する。
【選択図】 図１

Description

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に関する。

半導体製造工程および液晶製造工程においては、窒化物皮膜の作製など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。

粗アンモニア中には、水素、窒素、酸素、アルゴン、一酸化炭素、二酸化炭素などの低沸点ガス、炭化水素などの有機化合物、水分など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。

粗アンモニア中に含まれる炭化水素などの有機化合物としては、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類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など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。

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。

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、活性炭など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などが知られている。また、吸着と蒸留とを組み合わせる方法も知られている。

たとえば、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、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、吸着塔で気体状のアンモニアから水分を除去し、触媒部で酸素を分離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。

特開２００６−２０６４１０号公報 特表２００８−５０５８３０号公報 特開２００５−１６２５４６号公報

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たり、触媒部における触媒反応で除去したりし、さらに、蒸留塔で蒸留除去してアンモニアを精製している。このような特許文献１〜３に開示されるアンモニアの精製方法では、蒸留塔から導出された精製後の気体状のアンモニアは、凝縮されて液体状の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の精製方法では、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状の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。

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を提供することである。

本発明は、不純物が含有される粗アンモニアを精製するアンモニア精製システムにおいて、
粗アンモニアを貯留し、その貯留された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粗アンモニアに含有される不純物を、活性炭、親水性ゼオライト、疎水性ゼオライト、シリカゲル、および活性アルミナから選ばれた吸着剤によって吸着除去して精製し、精製されたアンモニアを導出する吸着手段であって、
第１吸着剤を含む第１吸着剤層と、
前記第１吸着剤と種類が異なる第２吸着剤を含む複数の第２吸着剤層と、
前記第２吸着剤と種類が異なる第３吸着剤を含む第３吸着剤層とが、粗アンモニアの流れ方向に積層された吸着部を、１または複数有する吸着手段と、
前記吸着手段から導出された、精製された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、を備えることを特徴とするアンモニア精製システムである。

また本発明のアンモニア精製システムは、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をさらに備え、
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、前記吸着部によって吸着除去することを特徴とする。

また本発明のアンモニア精製システムにおいて、前記第１吸着剤は、水に対して高い吸着能を有する吸着剤であり、
前記第２吸着剤は、炭素数５未満の有機化合物に対して高い吸着能を有する吸着剤であり、
前記第３吸着剤は、炭素数５以上の有機化合物および水に対して高い吸着能を有する吸着剤であることを特徴とする。

また本発明のアンモニア精製システムにおいて、前記吸着部は、粗アンモニアの流れ方向上流側から下流側に向けて、前記第１吸着剤層、前記複数の第２吸着剤層、および前記第３吸着剤層がこの順番に積層されていることを特徴とする。

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、前記吸着部を複数有し、
複数の吸着部は、直列または並列に接続されていることを特徴とする。

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、吸着手段と、分縮手段とを備える。貯留手段は、粗アンモニアを貯留し、その貯留された粗アンモニアを導出する。吸着手段は、貯留手段から導出された粗アンモニアに含有される不純物を吸着除去して精製する手段であり、第１吸着剤層、複数の第２吸着剤層、および第３吸着剤層が、粗アンモニアの流れ方向に積層された吸着部を有する。吸着手段の吸着部において、第１吸着剤層は第１吸着剤を含む層であり、第２吸着剤層は第２吸着剤を含む層であり、第３吸着剤層は第３吸着剤を含む層である。ここで、第１吸着剤、第２吸着剤、および第３吸着剤は、それぞれ、活性炭、親水性ゼオライト、疎水性ゼオライト、シリカゲル、および活性アルミナから選ばれた吸着剤である。

このような、少なくとも第１吸着剤層、複数の第２吸着剤層、および第３吸着剤層が積層された吸着部を有する吸着手段から導出されたアンモニアは、分縮手段に供給される。分縮手段は、吸着手段から導出された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。

本発明のアンモニア精製システムでは、活性炭、親水性ゼオライト、疎水性ゼオライト、およびシリカゲルから選ばれた吸着剤である、第１吸着剤、第２吸着および第３吸着剤を含む吸着剤層が積層された吸着部によって、粗アンモニアに含有される不純物を吸着除去するので、粗アンモニアに含有される不純物（主に水および有機化合物）を効率よく吸着除去することができる。そして、分縮手段は、吸着手段から導出された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、二酸化炭素などの、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。

また本発明によれば、アンモニア精製システムは、気化手段をさらに備える。この気化手段は、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。そして、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、第１吸着剤層、複数の第２吸着剤層、および第３吸着剤層が積層された吸着部によって吸着除去する。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ように構成されているので、粗アンモニア中に含有される揮発性の低い不純物（たとえば、水分、炭素数６以上の炭化水素など）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。

また本発明によれば、吸着手段の吸着部における、第１吸着剤層に含まれる第１吸着剤が、水に対して高い吸着能を有する吸着剤であり、第２吸着剤層に含まれる第２吸着剤が、炭素数５未満の有機化合物に対して高い吸着能を有する吸着剤であり、第３吸着剤層に含まれる第３吸着剤が、炭素数５以上の有機化合物および水に対して高い吸着能を有する吸着剤である。このように、水、炭素数５未満の有機化合物、炭素数５以上の有機化合物に対する吸着能がそれぞれ異なる吸着剤層が積層された吸着部によって、粗アンモニアに含有される不純物を吸着除去するので、粗アンモニアに含有される不純物（主に水および有機化合物）を効率よく吸着除去することができる。

また本発明によれば、吸着手段の吸着部は、粗アンモニアの流れ方向上流側から下流側に向けて、第１吸着剤層、第２吸着剤層、および第３吸着剤層がこの順番に積層されている。吸着手段に供給された粗アンモニアは、吸着部において、第１吸着剤層、第２吸着剤層、第３吸着剤層の順番に流れる。第１吸着剤層には、水に対して高い吸着能を有する第１吸着剤が含まれているので、吸着部を流れる粗アンモニアは、まず第１吸着剤層において水の大部分が吸着除去されることになる。これによって、第１吸着剤層に対してアンモニアの流れ方向下流側に配置される第２吸着剤層および第３吸着剤層における、有機化合物に対する吸着能力が充分に発揮され、吸着部による粗アンモニアからの不純物の吸着除去性を向上することができる。

また本発明によれば、吸着手段は、第１吸着剤層、第２吸着剤層、および第３吸着剤層が積層された吸着部を、複数有する。複数の吸着部は、直列または並列に接続されている。吸着手段が直列に接続される複数の吸着部を有する場合には、粗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。また、吸着手段が並列に接続される複数の吸着部を有する場合には、貯留手段から導出された粗アンモニアを、並列に接続される複数の吸着部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、１つの吸着部で吸着除去している間に、使用済みの他の吸着部で再度吸着除去動作が可能なように、使用済みの他の吸着部を再生処理することができる。

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。 本発明の第２実施形態に係るアンモニア精製システム１５０の構成を示す図である。 本発明の第３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。 本発明の第４実施形態に係るアンモニア精製システム３００の構成を示す図である。 本発明の第５実施形態に係るアンモニア精製システム４００の構成を示す図である。

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。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、吸着手段である吸着ユニット３、分縮手段であるコンデンサ４、および回収タンク５を含んで構成される。

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。

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、所定の温度および圧力になるように制御されている。原料貯留タンク１は、円柱状の内部空間を有し、その内部空間に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。

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（たとえば、水素、窒素、酸素、アルゴン、一酸化炭素、二酸化炭素など）を外部に排出するための流路となる排気配管８０が接続されている。この排気配管８０には、排気配管８０における流路を開放または閉鎖する排気バルブ８０１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、排気バルブ８０１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。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、排気バルブ８０１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８０を介して排出することができる。

原料貯留タンク１に貯留される粗アンモニアは、気化器２に導出される。原料貯留タンク１から気化器２に粗アンモニアが導出される際には、原料貯留タンク１に形成される液相から液体状の粗アンモニアとして導出される。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、気相における成分組成のばらつきが大きく、最終的に精製される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。本実施形態の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が導出されるように構成されているので、原料に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。

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を流れて気化器２に供給される。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れる。

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、気化器２は、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（たとえば、水分、炭素数６以上の炭化水素など）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。

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粗アンモニアを、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粗アンモニアの９０〜９５体積％が気相成分となり、５〜１０体積％が液相成分となる。

気化器２には、第２バルブ８２１が設けられた第２配管８２と、排出バルブ８０１Ａが設けられた排出配管８０Ａとが接続されている。なお、第２配管８２は、気化器２から導出された気体状のアンモニアが吸着ユニット３に向けて流れる配管であり、流量調整器７１に接続されている。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、排出バルブ８０１Ａが開放された状態で、排出配管８０Ａを流れ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を流れて流量調整器７１に供給される。

流量調整器７１には、第３配管８３が接続されており、この第３配管８３は、流量調整器７１に接続されている側とは反対側の端部が分岐されている。第３配管８３における前記端部の、分岐された一方は、後述する第１吸着塔３１の塔頂部に接続される第４配管８４に接続され、分岐された他方は、後述する第２吸着塔３２の塔頂部に接続される第５配管８５に接続されている。

第４配管８４には、第４配管８４における流路を開放または閉鎖する第４バルブ８４１が設けられている。また、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が設けられている。流量調整器７１によって流量が調整された気体状のアンモニアは、第４バルブ８４１が開放され、かつ第５バルブ８５１が閉鎖された状態で、第３配管８３および第４配管８４を流れ、第１吸着塔３１に供給される。また、流量調整器７１によって流量が調整された気体状のアンモニアは、第５バルブ８５１が開放され、かつ第４バルブ８４１が閉鎖された状態で、第３配管８３および第５配管８５を流れ、第２吸着塔３２に供給される。すなわち、第１吸着塔３１と第２吸着塔３２とは、第４配管８４および第５配管８５を介して並列接続されている。

吸着ユニット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吸着除去して精製する。吸着ユニット３は、吸着部である第１吸着塔３１および第２吸着塔３２を含んで構成される。

第１吸着塔３１は、塔頂部から塔底部に向かって（アンモニアの流れ方向上流側から下流側に向かって）順番に、塔頂吸着層３１１、第１中間吸着層３１２、第２中間吸着層３１３、および塔底吸着層３１４が積層された積層構造を有する。

塔頂吸着層３１１は、第１吸着剤を含む層であり、第１吸着剤層としての機能を有する。第１吸着剤は、水に対して高い吸着能を有する多孔質吸着剤である。このような第１吸着剤としては、たとえば、活性炭、ＭＳ−１３Ｘ（細孔径９Åの多孔質合成ゼオライト）、活性アルミナなどが挙げられる。本実施形態では、第１吸着剤として、活性炭が用いられる。

第１中間吸着層３１２は、第２吸着剤を含む層であり、第２吸着剤層としての機能を有する。第２吸着剤は、炭素数５未満の有機化合物（炭化水素、アルコール、エーテルなど）に対して高い吸着能を有する多孔質吸着剤である。このような第２吸着剤としては、たとえば、ＭＳ−３Ａ（細孔径３Åの多孔質合成ゼオライト）、ＭＳ−４Ａ（細孔径４Åの多孔質合成ゼオライト）、ＭＳ−５Ａ（細孔径５Åの多孔質合成ゼオライト）、ＭＳ−１３Ｘ（細孔径９Åの多孔質合成ゼオライト）などの親水性ゼオライト、ハイシリカ型（シリカ／アルミナ比が高い）ゼオライトなどの疎水性ゼオライト、シリカゲルなどが挙げられる。また、第２中間吸着層３１３は、第１中間吸着層３１２と同様に、第２吸着剤を含む層であり、第２吸着剤層としての機能を有する。ただし、第１中間吸着層３１２と第２中間吸着層３１３とは、第２吸着剤を含む層であることで同じであるけれども、互いに種類が異なる吸着剤を用いる。

塔底吸着層３１４は、第３吸着剤を含む層であり、第３吸着剤層としての機能を有する。第３吸着剤は、炭素数５以上の有機化合物（炭化水素など）および水に対して高い吸着能を有する多孔質吸着剤である。このような第３吸着剤としては、活性炭、ＭＳ−１３Ｘなどが挙げられる。

第１吸着塔３１における積層構造について、具体例を挙げて説明する。第１の具体例では、塔頂吸着層３１１は、第１吸着剤として活性炭（ＧＧ、クラレケミカル株式会社製）を含む層であり、第１中間吸着層３１２は、第２吸着剤として親水性ゼオライト（ＭＳ−３Ａ、東ソー株式会社製）を含む層であり、第２中間吸着層３１３は、第２吸着剤としてシリカゲル（シルビードＮ、水澤化学工業株式会社製）を含む層であり、塔底吸着層３１４は、第３吸着剤として活性炭（ＧＧ、クラレケミカル株式会社製）を含む層である。

第２の具体例では、塔頂吸着層３１１は、第１吸着剤として活性炭（ＧＧ、クラレケミカル株式会社製）を含む層であり、第１中間吸着層３１２は、第２吸着剤として親水性ゼオライト（ＭＳ−３Ａ、東ソー株式会社製）を含む層であり、第２中間吸着層３１３は、第２吸着剤としてシリカゲル（シルビードＮ、水澤化学工業株式会社製）を含む層であり、塔底吸着層３１４は、第３吸着剤としてＭＳ−１３Ｘ（ＳＡ−６００Ａ、東ソー株式会社製）を含む層である。

第３の具体例では、塔頂吸着層３１１は、第１吸着剤として活性炭（ＧＧ、クラレケミカル株式会社製）を含む層であり、第１中間吸着層３１２は、第２吸着剤として親水性ゼオライト（ＭＳ−４Ａ、東ソー株式会社製）を含む層であり、第２中間吸着層３１３は、第２吸着剤として疎水性ゼオライト（ＨＳＺ−３００、シリカ／アルミナ比＝１０、東ソー株式会社製）を含む層であり、塔底吸着層３１４は、第３吸着剤としてＭＳ−１３Ｘ（ＳＡ−６００Ａ、東ソー株式会社製）を含む層である。

第４の具体例では、塔頂吸着層３１１は、第１吸着剤として活性炭（ＧＧ、クラレケミカル株式会社製）を含む層であり、第１中間吸着層３１２は、第２吸着剤として親水性ゼオライト（ＭＳ−４Ａ、東ソー株式会社製）を含む層であり、第２中間吸着層３１３は、第２吸着剤として疎水性ゼオライト（ＨＳＺ−３００、シリカ／アルミナ比＝１０、東ソー株式会社製）を含む層であり、塔底吸着層３１４は、第３吸着剤としてＭＳ−１３Ｘ（ＳＡ−６００Ａ、東ソー株式会社製）と活性炭（ＧＧ、クラレケミカル株式会社製）との積層体を含む層である。

第２吸着塔３２は、塔頂部から塔底部に向かって（アンモニアの流れ方向上流側から下流側に向かって）順番に、塔頂吸着層３２１、第１中間吸着層３２２、第２中間吸着層３２３、および塔底吸着層３２４が積層された積層構造を有する。

塔頂吸着層３２１は、前述した第１吸着塔３１の塔頂吸着層３１１と同様に構成された、第１吸着剤を含む層であり、第１吸着剤層としての機能を有する。第１中間吸着層３２２は、前述した第１吸着塔３１の第１中間吸着層３１２と同様に構成された、第２吸着剤を含む層であり、第２吸着剤層としての機能を有する。第２中間吸着層３２３は、前述した第１吸着塔３１の第２中間吸着層３１３と同様に構成された、第２吸着剤を含む層であり、第２吸着剤層としての機能を有する。塔底吸着層３２４は、前述した第１吸着塔３１の塔底吸着層３１４と同様に構成された、第３吸着剤を含む層であり、第３吸着剤層としての機能を有する。

第１吸着塔３１および第２吸着塔３２で使用される、第１吸着剤、第２吸着剤および第３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などの有機化合物）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。

また、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および第２吸着塔３２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および第２吸着塔３２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および第２吸着塔３２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および第２吸着塔３２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り、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。

また、第１吸着塔３１および第２吸着塔３２における線速度（リニアベロシティ）は、０．１〜１０．０ｍ／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１０．０ｍ／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。なお、前記線速度は、第１吸着塔３１または第２吸着塔３２に気体状のアンモニアを単位時間あたりに供給する量を、ＮＴＰでのガス体積に換算し、各吸着塔３１，３２の空塔断面積で除算して求めた値である。

また、本実施形態のアンモニア精製システム１００では、第１吸着塔３１および第２吸着塔３２から導出されたアンモニアに含まれる不純物の濃度を分析することが好ましい。アンモニアに含まれる不純物の濃度を分析する装置としては、ガスクロマトグラフ分析装置（ＧＣ−ＰＤＤ：パルス放電型検出器）を挙げることができる。このガスクロマトグラフ分析装置の具体例としては、たとえば、ジーエルサイエンス株式会社製のＧＣ−４０００を挙げることができる。ガスクロマトグラフ分析装置による分析結果に基づいて、後述のコンデンサ４における分縮条件（凝縮率の設定など）を設定するようにしてもよい。

第１吸着塔３１の塔底部には、第６配管８６が接続されており、この第６配管８６は、第１吸着塔３１に接続されている側とは反対側の端部が分岐されている。第６配管８６における前記端部の、分岐された一方は、後述するコンデンサ４に接続される第７配管８７に接続され、分岐された他方は、第２吸着塔３２の塔頂部に接続される第８配管８８に接続されている。

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が設けられている。また、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８バルブ８８１が設けられている。第１吸着塔３１によって不純物が吸着除去された気体状のアンモニアは、第７バルブ８７１が開放され、かつ第８バルブ８８１が閉鎖された状態で、第６配管８６および第７配管８７を流れ、コンデンサ４に供給される。また、第１吸着塔３１によって不純物が吸着除去された気体状のアンモニアは、第８バルブ８８１が開放され、かつ第７バルブ８７１が閉鎖された状態で、第６配管８６および第８配管８８を流れ、第２吸着塔３２に供給される。すなわち、第１吸着塔３１と第２吸着塔３２とは、第６配管８６および第８配管８８を介して直列接続されている。

また、第２吸着塔３２の塔底部には、第９配管８９が接続されており、この第９配管８９の、第２吸着塔３２に接続されている側とは反対側の端部は、コンデンサ４に接続されている。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９バルブ８９１が設けられている。この第９配管８９には、第９バルブ８９１に対してアンモニアの流れ方向下流側に、第９配管８９から分岐する第１０配管９０が接続されている。この第１０配管９０には、第１０配管９０における流路を開放または閉鎖する第１０バルブ９０１が設けられている。さらに、この第１０配管９０の、第９配管８９に接続されている側とは反対側の端部は、第１吸着塔３１の塔頂部に接続されている。

第２吸着塔３２によって不純物が吸着除去された気体状のアンモニアは、第９バルブ８９１が開放され、かつ第１０バルブ９０１が閉鎖された状態で、第９配管８９を流れ、コンデンサ４に供給される。また、第２吸着塔３２によって不純物が吸着除去された気体状のアンモニアは、第９バルブ８９１が開放され、かつ第１０バルブ９０１が開放された状態で、第９配管８９および第１０配管９０を流れ、第１吸着塔３１に供給される。

以上のように構成された吸着ユニット３では、第１吸着塔３１と第２吸着塔３２との接続を、４つのパターンで変更可能である。

第１の接続パターンでは、第４バルブ８４１および第７バルブ８７１を開放させ、第５バルブ８５１、第８バルブ８８１、第９バルブ８９１、および第１０バルブ９０１を閉鎖させる。この第１の接続パターンでは、気化器２から導出され、流量調整器７１によって流量が調整された気体状のアンモニアは、第４配管８４を流れて第１吸着塔３１に供給される。そして、第１吸着塔３１から導出された精製後の気体状のアンモニアは、第６配管８６および第７配管８７を流れてコンデンサ４に供給される。このような第１の接続パターンでは、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３１のみで精製する。第１吸着塔３１で吸着除去している間に、使用済みの第２吸着塔３２で再度吸着除去動作が可能なように、使用済みの第２吸着塔３２を再生処理することができる。

第２の接続パターンでは、第５バルブ８５１および第９バルブ８９１を開放させ、第４バルブ８４１、第７バルブ８７１、第８バルブ８８１、および第１０バルブ９０１を閉鎖させる。この第２の接続パターンでは、気化器２から導出され、流量調整器７１によって流量が調整された気体状のアンモニアは、第５配管８５を流れて第２吸着塔３２に供給される。そして、第２吸着塔３２から導出された精製後の気体状のアンモニアは、第９配管８９を流れてコンデンサ４に供給される。このような第２の接続パターンでは、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３２のみで精製する。第２吸着塔３２で吸着除去している間に、使用済みの第１吸着塔３１で再度吸着除去動作が可能なように、使用済みの第１吸着塔３１を再生処理することができる。

第３の接続パターンでは、第４バルブ８４１、第８バルブ８８１、および第９バルブ８９１を開放させ、第５バルブ８５１、第７バルブ８７１、および第１０バルブ９０１を閉鎖させる。この第３の接続パターンでは、気化器２から導出され、流量調整器７１によって流量が調整された気体状のアンモニアは、第４配管８４を流れて第１吸着塔３１に供給される。第１吸着塔３１から導出された精製後の気体状のアンモニアは、第６配管８６および第８配管８８を流れて第２吸着塔３に供給される。そして、第２吸着塔３２から導出された精製後の気体状のアンモニアは、第９配管８９を流れてコンデンサ４に供給される。このような第３の接続パターンでは、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３１および第２吸着塔３２で精製する。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、直列接続された第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。

第４の接続パターンでは、第４バルブ８４１、第８バルブ８８１、第９バルブ８９１、および第１０バルブ９０１を開放させ、第５バルブ８５１および第７バルブ８７１を閉鎖させる。この第４の接続パターンでは、気化器２から導出され、流量調整器７１によって流量が調整された気体状のアンモニアは、第４配管８４を流れて第１吸着塔３１に供給される。第１吸着塔３１から導出された精製後の気体状のアンモニアは、第６配管８６および第８配管８８を流れて第２吸着塔３２に供給される。第２吸着塔３２から導出された精製後の気体状のアンモニアは、第９配管８９および第１０配管９０を流れて第１吸着塔３１に再度供給され、第１吸着塔３１および第２吸着塔３２による吸着除去動作が繰り返される。そして、開放されていた第１０バルブ９０１を閉鎖させた時点で、第２吸着塔３２から導出された気体状のアンモニアが、第９配管８９を流れてコンデンサ４に供給される。このような第４の接続パターンでは、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３１および第２吸着塔３２で繰り返し精製することができる。

第１吸着塔３１または第２吸着塔３２から導出された気体状のアンモニアは、コンデンサ４に供給される。コンデンサ４は、第１吸着塔３１または第２吸着塔３２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水素、窒素、酸素、アルゴン、一酸化炭素、二酸化炭素などの、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。

コンデンサ４としては、多管式コンデンサ、プレート式熱交換器などが挙げられるが、本実施形態では、コンデンサ４として多管式コンデンサを用いる。コンデンサ４は、第１吸着塔３１または第２吸着塔３２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１吸着塔３１または第２吸着塔３２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状のアンモニアを収率よく得ることができる。

また、コンデンサ４における凝縮条件としては、第１吸着塔３１または第２吸着塔３２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４は、第１吸着塔３１または第２吸着塔３２から導出された気体状のアンモニアを、−７７〜４０℃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１吸着塔３１または第２吸着塔３２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。コンデンサ４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、４０℃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。

また、コンデンサ４は、第１吸着塔３１または第２吸着塔３２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４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。

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４は、第１吸着塔３１または第２吸着塔３２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。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。

粗アンモニア中に含有される不純物を精密蒸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、蒸留塔で液体状のアンモニアを加熱蒸発させて気体状のアンモニアとし、一方、蒸留塔の塔頂部のコンデンサで精留塔からの気体状のアンモニアを凝縮させて液体状の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。

これに対して、コンデンサ４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、気体状のアンモニアを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４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。

コンデンサ４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４から導出し、コンデンサ４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４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。

コンデンサ４には、第１１バルブ９１１が設置された第１１配管９１と、第１２バルブ９２１が設置された第１２配管９２とが接続されている。なお、第１１配管９１は、コンデンサ４と回収タンク５との間に接続される。

コンデンサ４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１２バルブ９２１が開放された状態で、第１２配管９２を通って系外に排出される。また、コンデンサ４において、液相成分として得られた液体状のアンモニアは、第１１バルブ９１１が開放された状態で、第１１配管９１を通って回収タンク５に供給される。

回収タンク５は、コンデンサ４で液相成分として得られた液体状のアンモニアを貯留する。回収タンク５には、回収タンク５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１３配管９３が接続されている。この第１３配管９３には、第１３配管９３における流路を開放または閉鎖する第１３バルブ９３１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１１バルブ９１１を閉鎖させた状態で、第１３バルブ９３１を開放させることで、回収タンク５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。この回収タンク５における排出動作を実施することによって、回収タンク５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。

また、回収タンク５は、アンモニアを液体状態で貯留できるように、温度および圧力が一定条件で制御される。回収タンク５およびコンデンサ４には、第１４配管９４を介して冷却液送液装置７２が接続されている。第１４配管９４には、冷却液送液装置７２から送られる冷却液が流れ、この冷却液の冷却能力によって回収タンク５およびコンデンサ４が所定の温度に維持される。

回収タンク５には、第１５バルブ９５１が設けられた第１５配管９５を介して充填装置６が接続されている。回収タンク５に貯留された液体状のアンモニアは、第１５バルブ９５１が開放されることで、第１５配管９５を流れて充填装置６に供給される。このようにして充填装置６に供給されたアンモニアは、充填装置６によって製品充填容器などに充填される。

以上のように構成された本実施形態のアンモニア精製システム１００では、水、炭素数５未満の有機化合物、炭素数５以上の有機化合物に対する吸着能がそれぞれ異なる吸着剤層が積層された、第１吸着塔３１および第２吸着塔３２によって、粗アンモニアに含有される不純物を吸着除去するので、粗アンモニアに含有される不純物（主に水および有機化合物）を効率よく吸着除去することができる。そして、コンデンサ４は、第１吸着塔３１または第２吸着塔３２から導出された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、二酸化炭素などの、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、本実施形態のアンモニア精製システム１００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。

また、吸着ユニット３の第１吸着塔３１および第２吸着塔３２は、粗アンモニアの流れ方向上流側から下流側に向けて、第１吸着剤を含む塔頂吸着層３１１，３２１、第２吸着剤を含む第１中間吸着層３１２，３２２、第２吸着剤を含む第２中間吸着層３１３，３２３、および第３吸着剤を含む塔底吸着層３１４，３２４が、この順番に積層されている。塔頂吸着層３１１，３２１には、水に対して高い吸着能を有する第１吸着剤が含まれているので、第１吸着塔３１および第２吸着塔３２を流れる粗アンモニアは、まず塔頂吸着層３１１，３２１において水の大部分が吸着除去されることになる。これによって、塔頂吸着層３１１，３２１に対してアンモニアの流れ方向下流側に配置される第１中間吸着層３１２，３２２、第２中間吸着層３１３，３２３、および塔底吸着層３１４，３２４における、有機化合物に対する吸着能力が充分に発揮され、第１吸着塔３１および第２吸着塔３２による粗アンモニアからの不純物の吸着除去性を向上することができる。

本実施形態では、前述したように、第１吸着塔３１および第２吸着塔３２は、水、炭素数５未満の有機化合物、炭素数５以上の有機化合物に対する吸着能がそれぞれ異なる吸着剤層が積層された積層構造を有している。このように構成される第１吸着塔３１および第２吸着塔３２と同様の、アンモニアに含有される不純物に対する吸着除去能を発揮する吸着塔の構成として、第１吸着剤を含む塔頂吸着層と、該塔頂吸着層よりも粗アンモニアの流れ方向下流側に配置される、第２吸着剤および第３吸着剤が混合された混合層とを有する吸着塔が考えられる。

このような、塔頂吸着層と混合層とを有する吸着塔では、混合層を構成する第２吸着剤および第３吸着剤は、層内において均一に分散された状態で充填されていれば、吸着剤ごとに積層充填する必要はない。

また、第１吸着塔３１および第２吸着塔３２と同様の、アンモニアに含有される不純物に対する吸着除去能を発揮する構成として、第１吸着剤、第２吸着剤、および第３吸着剤が、それぞれ個別に充填された複数の吸着塔を直列接続させる構成も考えられる。この方法でも、不純物の吸着除去性については全く影響がない。複数の吸着塔を直列接続させる構成において、該複数の吸着塔を水平方向に直列配列すれば、設置面積が広くなるという問題点が生じるが、鉛直方向に直列配列すれば設置面積が広くなる問題点は生じない。複数の吸着塔を直列接続させるときには、吸着塔の大きさ、塔数の増加、接続配管の長さなどの設備費用を考慮して吸着塔の構成方式を選択すればよい。

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１５０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１５０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１５０は、吸着ユニット１５１の構成が、前述の吸着ユニット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。

吸着ユニット１５１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吸着除去して精製する。本実施形態では、吸着ユニット１５１は、第１吸着塔１５１１、第２吸着塔１５１２、および第３吸着塔１５１３を含んで構成される。

第１吸着塔１５１１、第２吸着塔１５１２および第３吸着塔１５１３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１５１１は、塔頂部から塔底部に向かって（アンモニアの流れ方向上流側から下流側に向かって）順番に、塔頂吸着層１５１１１、第１中間吸着層１５１１２、第２中間吸着層１５１１３、および塔底吸着層１５１１４が積層された積層構造を有する。

塔頂吸着層１５１１１は、第１吸着剤を含む層であり、第１吸着剤層としての機能を有する。第１吸着剤は、水に対して高い吸着能を有する多孔質吸着剤である。このような第１吸着剤としては、たとえば、活性炭などが挙げられる。

第１中間吸着層１５１１２は、第２吸着剤を含む層であり、第２吸着剤層としての機能を有する。第２吸着剤は、炭素数５未満の有機化合物（炭化水素、アルコール、エーテルなど）に対して高い吸着能を有する多孔質吸着剤である。このような第２吸着剤としては、たとえば、ＭＳ−３Ａ（細孔径３Åの多孔質合成ゼオライト）、ＭＳ−４Ａ（細孔径４Åの多孔質合成ゼオライト）、ＭＳ−５Ａ（細孔径５Åの多孔質合成ゼオライト）、ＭＳ−１３Ｘ（細孔径９Åの多孔質合成ゼオライト）などの親水性ゼオライト、ハイシリカ型（シリカ／アルミナ比が高い）ゼオライトなどの疎水性ゼオライト、シリカゲルなどが挙げられる。また、第２中間吸着層１５１１３は、第１中間吸着層１５１１２と同様に、第２吸着剤を含む層であり、第２吸着剤層としての機能を有する。ただし、第１中間吸着層１５１１２と第２中間吸着層１５１１３とは、第２吸着剤を含む層であることで同じであるけれども、互いに種類が異なる吸着剤を用いる。

塔底吸着層１５１１４は、第３吸着剤を含む層であり、第３吸着剤層としての機能を有する。第３吸着剤は、炭素数５以上の有機化合物（炭化水素など）および水に対して高い吸着能を有する多孔質吸着剤である。このような第３吸着剤としては、活性炭、ＭＳ−１３Ｘなどが挙げられる。

第２吸着塔１５１２は、塔頂部から塔底部に向かって（アンモニアの流れ方向上流側から下流側に向かって）順番に、塔頂吸着層１５１２１、第１中間吸着層１５１２２、第２中間吸着層１５１２３、および塔底吸着層１５１２４が積層された積層構造を有する。

塔頂吸着層１５１２１は、前述した第１吸着塔３１の塔頂吸着層３１１と同様に構成された、第１吸着剤を含む層であり、第１吸着剤層としての機能を有する。第１中間吸着層１５１２２は、前述した第１吸着塔３１の第１中間吸着層３１２と同様に構成された、第２吸着剤を含む層であり、第２吸着剤層としての機能を有する。第２中間吸着層１５１２３は、前述した第１吸着塔３１の第２中間吸着層３１３と同様に構成された、第２吸着剤を含む層であり、第２吸着剤層としての機能を有する。塔底吸着層１５１２４は、前述した第１吸着塔３１の塔底吸着層３１４と同様に構成された、第３吸着剤を含む層であり、第３吸着剤層としての機能を有する。

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れる第３配管８３には、第３配管８３から分岐する第１５Ａ配管１５２、第１５Ｂ配管１５３および第１５Ｃ配管１５４が接続される。

第１５Ａ配管１５２は、第３配管８３から分岐して第１吸着塔１５１１の塔頂部に接続される。この第１５Ａ配管１５２には、第１５Ａ配管１５２における流路を開放または閉鎖する第１５Ａバルブ１５２１が設けられている。第１５Ｂ配管１５３は、第３配管８３から分岐して第２吸着塔１５１２の塔頂部に接続される。この第１５Ｂ配管１５３には、第１５Ｂ配管１５３における流路を開放または閉鎖する第１５Ｂバルブ１５３１が設けられている。第１５Ｃ配管１５４は、第３配管８３から分岐して第３吸着塔１５１３の塔頂部に接続される。この第１５Ｃ配管１５４には、第１５Ｃ配管１５４における流路を開放または閉鎖する第１５Ｃバルブ１５４１が設けられている。

また、第１吸着塔１５１１の塔底部には、第１吸着塔１５１１から導出された気体状のアンモニアが流れる第１５Ｄ配管１５５が接続される。この第１５Ｄ配管１５５には、第１５Ｄ配管１５５における流路を開放または閉鎖する第１５Ｄバルブ１５５１が設けられている。第２吸着塔１５１２の塔底部には、第２吸着塔１５１２から導出された気体状のアンモニアが流れる第１５Ｅ配管１５６が接続される。この第１５Ｅ配管１５６には、第１５Ｅ配管１５６における流路を開放または閉鎖する第１５Ｅバルブ１５６１が設けられている。第３吸着塔１５１３の塔底部には、第３吸着塔１５１３から導出された気体状のアンモニアが流れる第１５Ｆ配管１５７が接続される。この第１５Ｆ配管１５７には、第１５Ｆ配管１５７における流路を開放または閉鎖する第１５Ｆバルブ１５７１が設けられている。

また、第１５Ｄ配管１５５には、第１５Ｄ配管１５５から分岐する第１５Ｇ配管１５８が接続される。この第１５Ｇ配管１５８は、第１５Ｄ配管１５５から分岐して第１５Ｂ配管１５３に接続され、第１吸着塔１５１１から導出された気体状のアンモニアを、第２吸着塔１５１２に導入するための流路となる。第１５Ｇ配管１５８には、第１５Ｇ配管１５８における流路を開放または閉鎖する第１５Ｇバルブ１５８１が設けられている。この第１５Ｇ配管１５８には、第１５Ｇ配管１５８から分岐する第１５Ｈ配管１５９が接続される。この第２５Ｈ配管１５９は、第１５Ｇ配管１５８から分岐して第１５Ｃ配管１５４に接続され、第１吸着塔１５１１から導出された気体状のアンモニアを、第３吸着塔１５１３に導入するための流路となる。第１５Ｈ配管１５９には、第１５Ｈ配管１５９における流路を開放または閉鎖する第１５Ｈバルブ１５９１が設けられている。

また、第１５Ｅ配管１５６には、第１５Ｅ配管１５６から分岐する第１５Ｉ配管１６０および第１５Ｊ配管１６１が接続される。第１５Ｉ配管１６０は、第１５Ｅ配管１５６から分岐して第１５Ａ配管１５２に接続され、第２吸着塔１５１２から導出された気体状のアンモニアを、第１吸着塔１５１１に導入するための流路となる。第１５Ｉ配管１６０には、第１５Ｉ配管１６０における流路を開放または閉鎖する第１５Ｉバルブ１６０１が設けられている。第１５Ｊ配管１６１は、第１５Ｅ配管１５６から分岐して第１５Ｃ配管１５４に接続され、第２吸着塔１５１２から導出された気体状のアンモニアを、第３吸着塔１５１３に導入するための流路となる。第１５Ｊ配管１６１には、第１５Ｊ配管１６１における流路を開放または閉鎖する第１５Ｊバルブ１６１１が設けられている。

また、第１５Ｆ配管１５７には、第１５Ｆ配管１５７から分岐する第１５Ｋ配管１６２が接続される。この第１５Ｋ配管１６２は、第１５Ｆ配管１５７から分岐して第１５Ａ配管１５２に接続され、第３吸着塔１５１３から導出された気体状のアンモニアを、第１吸着塔１５１１に導入するための流路となる。第１５Ｋ配管１６２には、第１５Ｋ配管１６２における流路を開放または閉鎖する第１５Ｋバルブ１６２１が設けられている。この第１５Ｋ配管１６２には、第１５Ｋ配管１６２から分岐する第１５Ｌ配管１６３が接続される。この第１５Ｌ配管１６３は、第１５Ｋ配管１６２から分岐して第１５Ｂ配管１５３に接続され、第３吸着塔１５１３から導出された気体状のアンモニアを、第２吸着塔１５１２に導入するための流路となる。第１５Ｌ配管１６３には、第１５Ｌ配管１６３における流路を開放または閉鎖する第１５Ｌバルブ１６３１が設けられている。

また、第１５Ｄ配管１５５、第１５Ｅ配管１５６および第１５Ｆ配管１５７において、気体状のアンモニアの流れ方向下流側端部には、第１５Ｍ配管１６４が接続される。この第１５Ｍ配管１６４には、第１吸着塔１５１１、第２吸着塔１５１２および第３吸着塔１５１３のいずれか１つの吸着塔から導出された気体状のアンモニアが供給される。そして、第１５Ｍ配管１６４には、第１５Ｍ配管１６４から分岐してコンデンサ４に接続される第１５Ｎ配管１６５が設けられる。

以上のように構成されるアンモニア精製システム１５０では、第１吸着塔１５１１、第２吸着塔１５１２および第３吸着塔１５１３の接続について、以下の６つの接続パターンがある。

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１５１１、第２吸着塔１５１２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１５Ａバルブ１５２１、第１５Ｅバルブ１５６１および第１５Ｇバルブ１５８１を開放させ、第１５Ｂバルブ１５３１、第１５Ｃバルブ１５４１、第１５Ｄバルブ１５５１、第１５Ｆバルブ１５７１、第１５Ｈバルブ１５９１、第１５Ｉバルブ１６０１、第１５Ｊバルブ１６１１、第１５Ｋバルブ１６２１および第１５Ｌバルブ１６３１を閉鎖させる。

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１５Ａ配管１５２を流れて第１吸着塔１５１１に導入され、第１吸着塔１５１１から導出された気体状のアンモニアは、第１５Ｄ配管１５５および第１５Ｇ配管１５８を流過して第２吸着塔１５１２に導入され、第２吸着塔１５１２から導出された気体状のアンモニアは、第１５Ｅ配管１５６を流過して第１５Ｍ配管１６４に供給され、この第１５Ｍ配管１６４からコンデンサ４に気体状のアンモニアが導入される。

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１５１１および第２吸着塔１５１２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１５１３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１５１３を再生処理することができる。

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１５１１、第３吸着塔１５１３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１５Ａバルブ１５２１、第１５Ｆバルブ１５７１および第１５Ｈバルブ１５９１を開放させ、第１５Ｂバルブ１５３１、第１５Ｃバルブ１５４１、第１５Ｄバルブ１５５１、第１５Ｅバルブ１５６１、第１５Ｇバルブ１５８１、第１５Ｉバルブ１６０１、第１５Ｊバルブ１６１１、第１５Ｋバルブ１６２１および第１５Ｌバルブ１６３１を閉鎖させる。

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１５Ａ配管１５２を流れて第１吸着塔１５１１に導入され、第１吸着塔１５１１から導出された気体状のアンモニアは、第１５Ｄ配管１５５、第１５Ｇ配管１５８および第１５Ｈ配管１５９を流れて第３吸着塔１５１３に導入され、第３吸着塔１５１３から導出された気体状のアンモニアは、第１５Ｆ配管１５７を流過して第１５Ｍ配管１６４に供給され、この第１５Ｍ配管１６４からコンデンサ４に気体状のアンモニアが導入される。

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１５１１および第３吸着塔１５１３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１５１２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１５１２を再生処理することができる。

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１５１２、第１吸着塔１５１１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１５Ｂバルブ１５３１、第１５Ｄバルブ１５５１および第１５Ｉバルブ１６０１を開放させ、第１５Ａバルブ１５２１、第１５Ｃバルブ１５４１、第１５Ｅバルブ１５６１、第１５Ｆバルブ１５７１、第１５Ｇバルブ１５８１、第１５Ｈバルブ１５９１、第１５Ｊバルブ１６１１、第１５Ｋバルブ１６２１および第１５Ｌバルブ１６３１を閉鎖させる。

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１５Ｂ配管１５３を流れて第２吸着塔１５１２に導入され、第２吸着塔１５１２から導出された気体状のアンモニアは、第１５Ｅ配管１５６および第１５Ｉ配管１６０を流れて第１吸着塔１５１１に導入され、第１吸着塔１５１１から導出された気体状のアンモニアは、第１５Ｄ配管１５５を流れて第１５Ｍ配管１６４に供給され、この第１５Ｍ配管１６４からコンデンサ４に気体状のアンモニアが導入される。

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１５１１および第２吸着塔１５１２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１５１３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１５１３を再生処理することができる。

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１５１２、第３吸着塔１５１３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１５Ｂバルブ１５３１、第１５Ｆバルブ１５７１および第１５Ｊバルブ１６１１を開放させ、第１５Ａバルブ１５２１、第１５Ｃバルブ１５４１、第１５Ｄバルブ１５５１、第１５Ｅバルブ１５６１、第１５Ｇバルブ１５８１、第１５Ｈバルブ１５９１、第１５Ｉバルブ１６０１、第１５Ｋバルブ１６２１および第１５Ｌバルブ１６３１を閉鎖させる。

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１５Ｂ配管１５３を流れて第２吸着塔１５１２に導入され、第２吸着塔１５１２から導出された気体状のアンモニアは、第１５Ｅ配管１５６および第１５Ｊ配管１６１を流過して第３吸着塔１５１３に導入され、第３吸着塔１５１３から導出された気体状のアンモニアは、第１５Ｆ配管１５７を流れて第１５Ｍ配管１６４に供給され、この第１５Ｍ配管１６４からコンデンサ４に気体状のアンモニアが導入される。

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１５１２および第３吸着塔１５１３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１５１１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１５１１を再生処理することができる。

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１５１３、第１吸着塔１５１１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１５Ｃバルブ１５４１、第１５Ｄバルブ１５５１および第１５Ｋバルブ１６２１を開放させ、第１５Ａバルブ１５２１、第１５Ｂバルブ１５３１、第１５Ｅバルブ１５６１、第１５Ｆバルブ１５７１、第１５Ｇバルブ１５８１、第１５Ｈバルブ１５９１、第１５Ｉバルブ１６０１、第１５Ｊバルブ１６１１および第１５Ｌバルブ１６３１を閉鎖させる。

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１５Ｃ配管１５４を流れて第３吸着塔１５１３に導入され、第３吸着塔１５１３から導出された気体状のアンモニアは、第１５Ｆ配管１５７および第１５Ｋ配管１６２を流れて第１吸着塔１５１１に導入され、第１吸着塔１５１１から導出された気体状のアンモニアは、第１５Ｄ配管１５５を流過して第１５Ｍ配管１６４に供給され、この第１５Ｍ配管１６４からコンデンサ４に気体状のアンモニアが導入される。

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１５１１および第３吸着塔１５１３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１５１２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１５１２を再生処理することができる。

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１５１３、第２吸着塔１５１２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１５Ｃバルブ１５４１、第１５Ｅバルブ１５６１および第１５Ｌバルブ１６３１を開放させ、第１５Ａバルブ１５２１、第１５Ｂバルブ１５３１、第１５Ｄバルブ１５５１、第１５Ｆバルブ１５７１、第１５Ｇバルブ１５８１、第１５Ｈバルブ１５９１、第１５Ｉバルブ１６０１、第１５Ｊバルブ１６１１および第１５Ｋバルブ１６２１を閉鎖させる。

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１５Ｃ配管１５４を流れて第３吸着塔１５１３に導入され、第３吸着塔１５１３から導出された気体状のアンモニアは、第１５Ｆ配管１５７、第１５Ｋ配管１６２および第１５Ｌ配管１６３を流れて第２吸着塔１５１２に導入され、第２吸着塔１５１２から導出された気体状のアンモニアは、第１５Ｅ配管１５６を流過して第１５Ｍ配管１６４に供給され、この第１５Ｍ配管１６４からコンデンサ４に気体状のアンモニアが導入される。

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１５１２および第３吸着塔１５１３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１５１１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１５１１を再生処理することができる。

図３は、本発明の第３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、吸着ユニット２０１の構成が、前述の吸着ユニット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。

吸着ユニット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吸着除去して精製する。本実施形態では、吸着ユニット２０１は、第１吸着塔２０１１、第２吸着塔２０１２、第３吸着塔２０１３および第４吸着塔２０１４を含んで構成される。

第１吸着塔２０１１および第３吸着塔２０１３は、第２０配管２０２に並列に接続されている。第２０配管２０２には、第２０配管２０２における流路を開放または閉鎖する第２１バルブ２０２１および第２２バルブ２０２２が設けられている。第２０配管２０２において、第２１バルブ２０２１は、第１吸着塔２０１１の上流側（すなわち、第１吸着塔２０１１の塔頂部側）に配置され、第２２バルブ２０２２は、第３吸着塔２０１３の上流側（すなわち、第３吸着塔２０１３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２０１１への供給時には、第２１バルブ２０２１が開放され、第２２バルブ２０２２が閉鎖されて、気化器２から第１吸着塔２０１１に向けて第２０配管２０２内を気体状のアンモニアが流れる。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２０１３への供給時には、第２２バルブ２０２２が開放され、第２１バルブ２０２１が閉鎖されて、気化器２から第３吸着塔２０１３に向けて第２０配管２０２内を気体状のアンモニアが流れる。

このように、吸着ユニット２０１が、並列接続される第１吸着塔２０１１および第３吸着塔２０１３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２０１１および第３吸着塔２０１３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、たとえば、第１吸着塔２０１１で吸着除去している間に、使用済みの第３吸着塔２０１３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２０１３を再生処理することができる。

第２吸着塔２０１２は、第２１配管２０３を介して第１吸着塔２０１１と直列に接続されている。すなわち、第２１配管２０３において、一端部は第１吸着塔２０１１の塔底部に接続され、他端部は第２吸着塔２０１２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２０１１に導入された気体状のアンモニアは、第２３バルブ２０３１が開放された状態で、第２１配管２０３を流れて第２吸着塔２０１２に導入される。このように、吸着ユニット２０１が、直列接続される第１吸着塔２０１１および第２吸着塔２０１２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。

第２吸着塔２０１２から導出された気体状のアンモニアは、第２４バルブ２０４１が開放された状態で、第２２配管２０４を流れて、コンデンサ４に供給される。

第４吸着塔２０１４は、第２３配管２０５を介して第３吸着塔２０１３と直列に接続されている。すなわち、第２３配管２０５において、一端部は第３吸着塔２０１３の塔底部に接続され、他端部は第４吸着塔２０１４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２０１３に導入された気体状のアンモニアは、第２５バルブ２０５１が開放された状態で、第２３配管２０５を流れて第４吸着塔２０１４に導入される。このように、吸着ユニット２０１が、直列接続される第３吸着塔２０１３および第４吸着塔２０１４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２０１３および第４吸着塔２０１４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。

第４吸着塔２０１４から導出された気体状のアンモニアは、第２６バルブ２０６１が開放された状態で、第２４配管２０６を流れて、コンデンサ４に供給される。

アンモニア精製システム２００の吸着ユニット２０１における第１吸着塔２０１１は、塔頂部から塔底部に向かって（アンモニアの流れ方向上流側から下流側に向かって）順番に、塔頂吸着層２０１１１、第１中間吸着層２０１１２、第２中間吸着層２０１１３、第３中間吸着層２０１１４、および塔底吸着層２０１１５が積層された積層構造を有する。

塔頂吸着層２０１１１は、前述した吸着ユニット３における第１吸着塔３１の塔頂吸着層３１１と同様に構成された、第１吸着剤を含む層であり、第１吸着剤層としての機能を有する。第１中間吸着層２０１１２は、前述した第１吸着塔３１の第１中間吸着層３１２と同様に構成された、第２吸着剤を含む層であり、第２吸着剤層としての機能を有する。第２中間吸着層２０１１３は、前述した第１吸着塔３１の第２中間吸着層３１３と同様に構成された、第２吸着剤を含む層であり、第２吸着剤層としての機能を有する。第３中間吸着層２０１１４は、前述した第１吸着塔３１の第１中間吸着層３１２および第２中間吸着層３１３と同様に構成された、第２吸着剤を含む層であり、第２吸着剤層としての機能を有する。ただし、第１中間吸着層２０１１２と、第２中間吸着層２０１１３と、第３中間吸着層２０１１４とは、第２吸着剤を含む層であることで同じであるけれども、互いに種類が異なる吸着剤を用いる。塔底吸着層２０１１５は、前述した第１吸着塔３１の塔底吸着層３１４と同様に構成された、第３吸着剤を含む層であり、第３吸着剤層としての機能を有する。

第１吸着塔２０１１における積層構造について、具体例を挙げて説明する。第１の具体例では、塔頂吸着層２０１１１は、第１吸着剤として活性炭（ＧＧ、クラレケミカル株式会社製）を含む層であり、第１中間吸着層２０１１２は、第２吸着剤としてシリカゲル（シルビードＮ、水澤化学工業株式会社製）を含む層であり、第２中間吸着層２０１１３は、第２吸着剤として親水性ゼオライト（ＭＳ−３Ａ、東ソー株式会社製）を含む層であり、第３中間吸着層２０１１４は、第２吸着剤として疎水性ゼオライト（ＨＳＺ−３００、シリカ／アルミナ比＝１０、東ソー株式会社製）を含む層であり、塔底吸着層２０１１５は、第３吸着剤として活性炭（ＧＧ、クラレケミカル株式会社製）を含む層である。

第２の具体例では、塔頂吸着層２０１１１は、第１吸着剤として活性炭（ＧＧ、クラレケミカル株式会社製）を含む層であり、第１中間吸着層２０１１２は、第２吸着剤として親水性ゼオライト（ＭＳ−３Ａ、東ソー株式会社製）を含む層であり、第２中間吸着層２０１１３は、第２吸着剤としてシリカゲル（シルビードＮ、水澤化学工業株式会社製）を含む層であり、第３中間吸着層２０１１４は、第２吸着剤として疎水性ゼオライト（ＨｉＳｉｖ、ユニオン昭和株式会社製）を含む層であり、塔底吸着層２０１１５は、第３吸着剤としてＭＳ−１３Ｘ（東ソー株式会社製）を含む層である。

以上のように構成された本実施形態のアンモニア精製システム２００では、水、炭素数５未満の有機化合物、炭素数５以上の有機化合物に対する吸着能がそれぞれ異なる吸着剤層が積層された、第１吸着塔２０１１、第２吸着塔２０１２、第３吸着塔２０１３、および第４吸着塔２０１４によって、粗アンモニアに含有される不純物を吸着除去するので、粗アンモニアに含有される不純物（主に水および有機化合物）を効率よく吸着除去することができる。そして、コンデンサ４は、第２吸着塔２０１２または第４吸着塔２０１４から導出された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、二酸化炭素などの、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、本実施形態のアンモニア精製システム２００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４は、本発明の第４実施形態に係るアンモニア精製システム３００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３００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３００は、原料貯留タンク１Ａの構成が、前述の原料貯留タンク１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。

アンモニア精製システム３００に備えられる原料貯留タンク１Ａは、粗アンモニアを液体状のアンモニアとして貯留し、所定の温度および圧力になるように制御されている。原料貯留タンク１Ａは、円柱状の内部空間を有し、その内部空間に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１Ａ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１Ａは、貯留された粗アンモニアを、吸着ユニット３に向けて導出する。なお、アンモニア精製システム３００には、前述の気化器２は備えられていない。原料貯留タンク１Ａから吸着ユニット３に粗アンモニアが導出される際には、揮発性の低い不純物（たとえば、水分、炭素数６を超える炭化水素など）の多くが液相に残されて、原料貯留タンク１Ａに形成される気相から気体状の粗アンモニアとして導出される。原料貯留タンク１Ａには、原料貯留タンク１Ａ内に貯留される液体状の粗アンモニアの一部を気化させ、気相におけるアンモニア濃度を上昇させるために、液体状の粗アンモニアを加熱する加熱装置３０２が設けられている。

原料貯留タンク１Ａの上部（気相が形成された部分）には、気体状アンモニア導出配管３０１が接続されている。気体状アンモニア導出配管３０１の、原料貯留タンク１Ａと接続される側とは反対側の端部は、流量調整器７１に接続されている。また、気体状アンモニア導出配管３０１には、気体状アンモニア導出配管３０１における流路を開放または閉鎖する開閉バルブ３０１１が設けられている。

原料貯留タンク１Ａに貯留された粗アンモニアは、開閉バルブ３０１１が開放された状態で、原料貯留タンク１Ａに形成される気相から気体状の粗アンモニアとして導出される。このようにして原料貯留タンク１Ａから導出された気体状の粗アンモニアは、気体状アンモニア導出配管３０１を流れて、流量調整器７１に供給される。そして、気体状の粗アンモニアは、流量調整器７１によって流量が調整されて、第１吸着塔３１および第２吸着塔３２を有する吸着ユニット３に供給されることになる。吸着ユニット３に供給された気体状の粗アンモニアは、第１吸着塔３１および第２吸着塔３２によって不純物が吸着除去されて精製される。さらに、第１吸着塔３１および第２吸着塔３２において精製された気体状のアンモニアは、コンデンサ４において分縮されて揮発性の高い不純物が分離除去される。

以上のように構成された本実施形態のアンモニア精製システム３００では、水、炭素数５未満の有機化合物、炭素数５以上の有機化合物に対する吸着能がそれぞれ異なる吸着剤層が積層された、第１吸着塔３１および第２吸着塔３２によって、気体状の粗アンモニアに含有される不純物を吸着除去するので、粗アンモニアに含有される不純物（主に水および有機化合物）を効率よく吸着除去することができる。そして、コンデンサ４は、第１吸着塔３１または第２吸着塔３２から導出された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、二酸化炭素などの、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、本実施形態のアンモニア精製システム３００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５は、本発明の第５実施形態に係るアンモニア精製システム４００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４００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４００は、原料貯留タンク１Ｂの構成が、前述の原料貯留タンク１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。

アンモニア精製システム４００に備えられる原料貯留タンク１Ｂは、粗アンモニアを液体状のアンモニアとして貯留し、所定の温度および圧力になるように制御されている。原料貯留タンク１Ｂは、円柱状の内部空間を有し、その内部空間に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１Ｂ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。また、原料貯留タンク１Ｂには、原料貯留タンク１Ｂ内に貯留される液体状の粗アンモニアの一部を気化させ、気相におけるアンモニア濃度を上昇させるために、液体状の粗アンモニアを加熱する加熱装置４０３が設けられている。

本実施形態では、原料貯留タンク１Ｂは、貯留された粗アンモニアを、気相および液相のいずれの相からも導出可能に構成されている。

原料貯留タンク１Ｂ内における液体状の粗アンモニアの充填量（貯留量）によって、原料貯留タンク１Ｂに形成される気相の不純物（特に揮発性の高い不純物）濃度が異なる。原料貯留タンク１Ｂ内における液体状の粗アンモニアの充填量が多いほど、原料貯留タンク１Ｂに形成される気相において、揮発性の高い不純物濃度が高くなる。また、原料貯留タンク１Ｂ内における液体状の粗アンモニアの充填量が少ないほど、原料貯留タンク１Ｂに形成される液相において、揮発性の低い不純物（たとえば、水、炭素数が大きい有機化合物）の濃度が高くなる。すなわち、原料貯留タンク１Ｂに形成される液相から液体状の粗アンモニアを導出する場合、原料貯留タンク１Ｂ内における液体状の粗アンモニアの充填量が減少するにつれて、揮発性の低い不純物濃度が高い粗アンモニアが原料貯留タンク１Ｂの液相から導出されることになる。

したがって、本実施形態のアンモニア精製システム４００は、原料貯留タンク１Ｂ内における液体状の粗アンモニアの充填量に応じて、粗アンモニアの導出状態（気相および液相のいずれの相から粗アンモニアを導出させるかの導出動作の制御）を切替えるように構成されている。アンモニア精製システム４００は、原料貯留タンク１Ｂ内における、内部空間の容積に対する液相の容積の比である容積比を算出し、該容積比が予め定める閾値以上である場合に、原料貯留タンク１Ｂに形成される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、前記閾値未満である場合に、原料貯留タンク１Ｂに形成される気相から気体状の粗アンモニアを導出するように構成されている。

具体的には、アンモニア精製システム４００では、原料貯留タンク１Ｂ内に貯留される液体状の粗アンモニアの、内部空間における液面高さが検出される。内部空間の大きさの寸法が予めわかっていれば、液面高さを用いて前記容積比を算出することができる。特に、底面に平行な断面が一定の内部空間では、内部空間の高さに対する液面高さの比が、前記容積比と同じになるので、容積比の算出が容易となる。

本実施形態では、原料貯留タンク１Ｂに形成される内部空間は、円柱状であるので、円形の底面に平行な断面が一定の内部空間である。したがって、内部空間の高さに対する液面高さの比が、前記容積比と同じになる。そこで、アンモニア精製システム４００は、原料貯留タンク１Ｂの内部空間の高さの値と、液面高さの値を用いて、内部空間の高さに対する液面高さの比（（液面高さ／内部空間の高さ）、以下「高さ比」という）を、前記容積比に相当する値として算出する。

さらに、アンモニア精製システム４００では、前記高さ比が予め定める閾値（本実施形態では、閾値＝１／２）以上である場合に、原料貯留タンク１Ｂに形成される液相から液体状の粗アンモニアを導出するように、原料貯留タンク１Ｂの粗アンモニアの導出動作が制御される。また、アンモニア精製システム４００では、前記高さ比が予め定める閾値未満である場合に、原料貯留タンク１Ｂに形成される気相から気体状の粗アンモニアを導出するように、原料貯留タンク１Ｂの粗アンモニアの導出動作が制御される。

換言すると、本実施形態のアンモニア精製システム４００は、原料貯留タンク１Ｂ内において、原料貯留タンク１Ｂの高さの１／２（前記閾値に相当）以上の高さ位置まで、液体状の粗アンモニアが充填されていることが検出された場合には、原料貯留タンク１Ｂに形成される液相から液体状の粗アンモニアが導出されるように構成されている。また、アンモニア精製システム４００は、原料貯留タンク１Ｂ内において、原料貯留タンク１Ｂの高さの１／２（前記閾値に相当）未満の高さ位置まで、液体状の粗アンモニアが充填されていることが検出された場合には、原料貯留タンク１Ｂに形成される気相から気体状の粗アンモニアが導出されるように構成されている。

このように、原料貯留タンク１Ｂ内における液体状の粗アンモニアの充填量に応じて、粗アンモニアの導出状態を切替えるように構成することによって、不純物濃度のばらつきが少ない状態で、粗アンモニアを原料貯留タンク１Ｂから導出することができる。これによって、最終的に精製される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。

原料貯留タンク１Ｂの下部（液相が形成された部分）には、液体状アンモニア導出配管４０１が接続されている。液体状アンモニア導出配管４０１の、原料貯留タンク１Ｂと接続される側とは反対側の端部は、気化器２に接続されている。また、液体状アンモニア導出配管４０１には、液体状アンモニア導出配管４０１における流路を開放または閉鎖する開閉バルブ４０１１が設けられている。原料貯留タンク１Ｂに貯留された粗アンモニアは、開閉バルブ４０１１が開放された状態で、原料貯留タンク１Ｂに形成される液相から液体状の粗アンモニアとして導出される。このようにして原料貯留タンク１Ｂから導出された液体状の粗アンモニアは、液体状アンモニア導出配管４０１を流れて、気化器２に供給される。原料貯留タンク１Ｂから導出された液体状の粗アンモニアは、気化器２によって気化されて、気体状のアンモニアとして流量調整器７１に供給される。このようにして気化器２によって気化された気体状のアンモニアは、流量調整器７１によって流量が調整されて、第１吸着塔３１および第２吸着塔３２を有する吸着ユニット３に供給されることになる。

また、原料貯留タンク１Ｂの上部（気相が形成された部分）には、気体状アンモニア導出配管４０２が接続されている。気体状アンモニア導出配管４０２の、原料貯留タンク１Ｂと接続される側とは反対側の端部は、流量調整器７１に接続されている。また、気体状アンモニア導出配管４０２には、気体状アンモニア導出配管４０２における流路を開放または閉鎖する開閉バルブ４０２１が設けられている。

原料貯留タンク１Ｂに貯留された粗アンモニアは、開閉バルブ４０２１が開放された状態で、原料貯留タンク１Ｂに形成される気相から気体状の粗アンモニアとして導出される。このようにして原料貯留タンク１Ｂから導出された気体状の粗アンモニアは、気体状アンモニア導出配管４０２を流れて、流量調整器７１に供給される。そして、気体状の粗アンモニアは、流量調整器７１によって流量が調整されて、第１吸着塔３１および第２吸着塔３２を有する吸着ユニット３に供給されることになる。

本実施形態のアンモニア精製システム４００において、吸着ユニット３に供給された気体状のアンモニアは、第１吸着塔３１および第２吸着塔３２によって不純物が吸着除去されて精製される。さらに、第１吸着塔３１および第２吸着塔３２において精製された気体状のアンモニアは、コンデンサ４において分縮されて揮発性の高い不純物が分離除去される。

以上のように構成された本実施形態のアンモニア精製システム４００では、水、炭素数５未満の有機化合物、炭素数５以上の有機化合物に対する吸着能がそれぞれ異なる吸着剤層が積層された、第１吸着塔３１および第２吸着塔３２によって、気体状の粗アンモニアに含有される不純物を吸着除去するので、粗アンモニアに含有される不純物（主に水および有機化合物）を効率よく吸着除去することができる。そして、コンデンサ４は、第１吸着塔３１または第２吸着塔３２から導出された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、二酸化炭素などの、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、本実施形態のアンモニア精製システム４００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。

１，１Ａ，１Ｂ 原料貯留タンク
２ 気化器
３，１５１，２０１ 吸着ユニット
４ コンデンサ
５ 回収タンク
６ 充填装置
３１，１５１１，２０１１ 第１吸着塔
３２，１５１２，２０１２ 第２吸着塔
１００，１５０，２００，３００，４００ アンモニア精製システム
１５１３，２０１３ 第３吸着塔
２０１４ 第４吸着塔
３１１，３２１，１５１１１，１５１２１，１５１３１，２０１１１，２０１２１，２０１３１，２０１４１ 塔頂吸着層
３１２，３２２，１５１１２，１５１２２，１５１３２，２０１１２，２０１２２，２０１３２，２０１４２ 第１中間吸着層
３１３，３２３，１５１１３，１５１２３，１５１３３，２０１１３，２０１２３，２０１３３，２０１４３ 第２中間吸着層
３１４，３２４，１５１１４，１５１２４，１５１３４，２０１１５，２０１２５，２０１３５，２０１４５ 塔底吸着層
２０１１４，２０１２４，２０１３４，２０１４４ 第３中間吸着層

Claims (5)

1. 不純物が含有される粗アンモニアを精製するアンモニア精製システムにおいて、
   粗アンモニアを貯留し、その貯留された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粗アンモニアに含有される不純物を、活性炭、親水性ゼオライト、疎水性ゼオライト、シリカゲル、および活性アルミナから選ばれた吸着剤によって吸着除去して精製し、精製されたアンモニアを導出する吸着手段であって、
   第１吸着剤を含む第１吸着剤層と、
   前記第１吸着剤と種類が異なる第２吸着剤を含む複数の第２吸着剤層と、
   前記第２吸着剤と種類が異なる第３吸着剤を含む第３吸着剤層とが、粗アンモニアの流れ方向に積層された吸着部を、１または複数有する吸着手段と、
   前記吸着手段から導出された、精製された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、を備えることを特徴とするアンモニア精製システム。
2. 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をさらに備え、
   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、前記吸着部によって吸着除去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。
3. 前記第１吸着剤は、水に対して高い吸着能を有する吸着剤であり、
   前記第２吸着剤は、炭素数５未満の有機化合物に対して高い吸着能を有する吸着剤であり、
   前記第３吸着剤は、炭素数５以上の有機化合物および水に対して高い吸着能を有する吸着剤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。
4. 前記吸着部は、粗アンモニアの流れ方向上流側から下流側に向けて、前記第１吸着剤層、前記複数の第２吸着剤層、および前記第３吸着剤層がこの順番に積層されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のアンモニア精製システム。
5. 前記吸着手段は、前記吸着部を複数有し、
   複数の吸着部は、直列または並列に接続されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のアンモニア精製システム。

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