JP2026515519A - 復熱式熱交換反応器を用いるアンモニア分解プロセス - Google Patents

Abstract

本開示は、低エネルギー強度でアンモニアを分解するプラント及びプロセス、並びにプラントに関する。本プロセスは、アンモニアを含むガス状プロセスフロー（２０４）を供給することと、アンモニア分解器の上流にある予熱器（２０５）でプロセスフローを予熱することと、プロセスフローを供給物として反応器の反応ゾーンに供給することと、反応ゾーンにおいて供給物中に含まれるアンモニアの少なくとも一部を分解して、水素と窒素とを含む高温プロセス混合物を得ることと、反応器の燃焼ゾーンにおいて焼成することによって分解及び予熱のための熱デューティを提供することと、を含む。本プロセスは、触媒反応ゾーンから受け入れた高温プロセス混合物を分解反応器の内部復熱式熱交換器に通すことによって、高温プロセス混合物から反応ゾーンのプロセス供給物へ熱を復熱移動させることを含む。

Description

本開示は、水素製造の分野に関し、具体的には、アンモニアの分解によって水素を製造するように構成された方法及びプラントに関する。

水素は多くの化学製造プロセスにおいて重要な試薬である。更に、水素は、例えば、より環境に優しい／再生可能なエネルギーへの移行を支援する上で、貴重なエネルギーキャリアとして認められている。

国際公開第２０２１／２５７９４４（Ａ１）号は、アンモニアから純粋な水素を製造するための方法、及びＰＳＡ排ガスの膜分離と関連した圧力スイング吸着（pressure swing adsorption、ＰＳＡ）を介してアンモニア分解プロセスから水素を回収するためのプロセスを提供する。

そのプロセスは、液体アンモニアを加圧することと、１つ以上のプロセス高温流体（煙道ガス及び／又は分解ガス）との熱交換によって液体アンモニアを加熱することと、炉内で燃料を燃焼させて、触媒含有反応器管に必要なエネルギーを提供し、煙道ガスを形成することと、加熱されたアンモニアを分解ガスに分解することと、ＰＳＡ内で分解ガスを精製し、ＰＳＡテールガスを窒素リッチな残留ガスに分離し、膜分離器内で水素リッチな透過ガスをリサイクルすることと、を含む。

欧州特許第３９９５４４４号は、アンモニアを分解し、水素を生成させ、電力を発生させるための方法であって、供給アンモニア中の水の電気分解を含む、方法を開示している。その方法は、アンモニア合成触媒を使用して、低温（３００～７００℃）でアンモニア触媒を、蒸発、予熱、及び分解することを含む。

欧州特許出願公開第３０２８９９０（Ａ１）号は、固定床触媒中で７５％の水素と２５％の窒素とのガス混合物に分解することによって、アンモニアを転化するためのプロセスに関する。必要なエネルギーは、水素－窒素混合物の一部を燃やすことによって発生させ、発生した熱は、熱交換器表面を介して固定床に移動する。

既知のプロセス／方法は、天然ガスなどの化石炭化水素の蒸気改質による従来の水素の製造に勝る特定の利点を有することができるが、低減されたエネルギー強度で動作する方法／システムの必要性が依然として存在している。

本開示の態様は、具体的には、アンモニアを分解することによって水素を製造するためのプロセスを提供する。本開示は、好ましくは本明細書で提供される方法を実施するように構成された、アンモニアを分解することによる水素のプラント製造を更に提供する。

以下の明細書から明らかなように、本プロセス／プラントは、特にグリーン水素製造に適用され、化石燃料ではなく再生可能エネルギーから水素が生成される。本発明の目的は、低エネルギー強度でのアンモニア分解とも呼ばれるアンモニア解離による水素製造方法である。

本開示は、復熱式分解技術（heat recuperative cracking technology）を実装し、有利には、比較的低減されたエネルギー強度でのＮＨ_３分解を可能にする。

第１の態様によれば、本開示は、アンモニア分解による水素製造方法に関する。そのプロセスは、低エネルギー強度水素製造プロセスとして理解することができる。更なる態様によれば、好ましくは本明細書で提供される方法を実施するために構成された、アンモニアを復熱式接触分解（recuperative catalytic cracking）することによる水素のプラント製造が提供される。そのプロセスは、本明細書で提供されるプラントで実施することができる。

その方法は、アンモニアを含むガス状プロセスフローを供給すること、及びガス状プロセスフローを予熱することを含む。ガス状プロセスフローを供給することは、液体アンモニアを熱交換器気化器に供給すること、又はガス状アンモニアを直接供給することを含むことができる。本方法は、予熱されたガス状プロセスフローを供給物として復熱式分解反応器の反応ゾーンに供給することと、反応ゾーンにおいて供給物中に含まれるアンモニアの少なくとも一部を接触分解して、水素と窒素とを含む高温プロセスガス混合物のフローを得ることと、反応器の燃焼ゾーンにおいて酸化剤の存在下で燃料を焼成することによって、供給物を分解及び予熱するための熱デューティ（heat duty）を提供することと、を更に含み、そのプロセスは、反応ゾーンから受け入れた高温プロセスガス混合物を、反応器流出物として生成物混合物を排出するための反応器出口の上流にある分解反応器の復熱式熱交換器に通すことによって、反応ゾーンにおいて高温プロセスガス混合物からプロセス供給物へ熱を復熱移動させることを含む。

反応器の燃焼ゾーンは、プロセス流体と直接流体接続していないことが理解されるであろう。具体的には、反応ゾーン及び燃焼ゾーンは、反応器の内部復熱式熱交換器を通して熱交換する復熱式分解反応器の独立したゾーンとして理解することができる。

その方法は、有利には、反応器内の増加した熱統合を提供する。反応ゾーンを出るプロセスガスは、例えば、触媒管などの触媒床から出るプロセスガスは、分解反応に必要な熱の少なくとも一部を提供するための貴重な高品質熱源と考えることができる。具体的には、本プロセスは、触媒ゾーンを出る高温反応ガスから触媒ゾーンへと戻る熱移動から利益が得られる。移動した熱は、有利には、アンモニアの吸熱分解のためのデューティの一部に直接寄与することができる。この統合により、従来のプロセスと比較して、高価値のプロセス熱の損失を有利に軽減することができる。

本発明者らは、分解反応器内部でのプロセス熱の復熱（例えば、触媒反応器に組み込まれた熱交換器による）を有するプロセスが、必要なエネルギー入力がより少ないという利点を提供することを見出した。この利点により、内部プロセス熱の復熱を有しない分解反応器と比較して、エネルギー効率が５％（又はそれ以上）増加する可能性がある。本発明者らは、以下に詳述するように、更なる熱統合及び／又はプロセスフローリサイクルに応じて、その利点は、エネルギー効率を最大２５％増加させることさえ可能であることを見出した。

好ましい実施形態では、ガス状プロセス供給物の予熱は、反応器流出物から当該ガス状供給物への熱移動を含み、それにより行われる。熱移動は、供給物を予熱するためのデューティの一部又は全部をも提供することができる。反応器流出物からの廃熱を使用して予熱することにより、更なる熱統合が提供され、それにより外部熱の必要性が低減される。このように、熱統合の増加により、燃焼ゾーンでの焼成によって提供される高温デューティの効率が改善される。同時に、供給物を予熱するための反応器流出物からの熱交換により、有利には、その後の精製のために反応混合物は冷却される。予備冷却は、更に有利には、更なる下流冷却の必要性を低減及び軽減することができる。代替的に、又は更に、供給物を予熱するための熱デューティの一部は、反応器の燃焼ゾーンを出る煙道ガスの熱を使用して提供することができる。

別の又は更なる好ましい実施形態では、プロセスは、酸化剤（例えば、空気）を予熱して、焼成用の予熱された酸化剤フローを得ることを更に含む。予熱器は、空気予熱器（air preheater、ＡＰＨ）であることができる。非常に好ましい変形例では、酸化剤を予熱することは、焼成由来の煙道ガスオフフローからの熱交換を含む。煙道ガスからの熱を使用して酸化剤を予熱することは、更なる熱統合を提供し、外部熱の使用を低減することができる。アンモニア供給物を予熱するために、及び反応を起こすために必要な高温デューティは、焼成ヒーター（fired heater）によってシステムに移動させることができる。

いくつかの変形例では、（例えば、燃焼ゾーンの下流にある反応器の対流セクションにおける）煙道ガスフローは、酸化剤を予熱するためのデューティ（熱要件）をカバーすることができ、外部熱デューティの必要性は排除される。任意選択で、酸化剤を予熱するためのデューティの一部又は全部を、例えば、電気空気予熱器（electric air preheater、ｅ－ＡＰＨ）によって電気的に提供することができる。有利には、電気エネルギーは、再生可能であることができる。本発明者らは、空気は８００℃という高温まで加熱することができ、熱流束プロファイルへの影響は無視できるか又は全くないことを見出した。したがって、燃焼空気の予熱に再生可能な電気を使用することによって、燃料消費を低減することができる。

好ましくは、酸化剤は１０００℃を超えて予熱される。予熱器（例えば、ＡＰＨ）で高温を、好ましくは、最大１０００℃を実現することによって、高温流における余分なデューティを排除し、全体的なエネルギー効率を向上させることができる。

有利には、プロセスのための全ての顕熱は、燃料の焼成によって提供することができる。

焼成のための燃料は、アンモニア、水素、及び水素と窒素との混合物のうちの１つ以上を含むことができるか、又は本質的にそれらからなることができる。アンモニア、窒素、及び／又は水素と窒素との混合物のうちの１つ以上を焼成することにより、炭化水素燃料の必要性を低減又は排除し、ＣＯ_２排出を低減又は排除することさえできる。煙道ガス中のＮＯｘ排出を低減するために、ＤｅＮＯｘユニット（例えば、接触還元（ＳＣＲ））を設けることができる。

そのプロセスは、典型的には、反応混合物（例えば、水／ＮＨ３）から不純物を除去するための、及び／又は水素濃度を増加させるための１つ以上の工程を含む。

変形例では、プロセスは、反応器流出物からアンモニアスリップを除去して、精製された反応器流出物及びアンモニア富化オフフローを得ることを含む。ＮＨ_３スリップ除去ゾーンは、ＮＨ_３を除去するための任意の好適な技術（例えば、水洗、吸着、膜、例えば、活性アルミナ、極低温などを使用することによる温度スイング吸着（temperature swing adsorption、ＴＳＡ））を含むことができる。残留する未転化アンモニアは、分解装置に戻してリサイクルするか、又は焼成して必要なデューティを回収することができる。アンモニアスリップ除去後、プロセスガス流は、１００～２０００ｐｐｍ、好ましくは１００ｐｐｍ未満のアンモニアを含む可能性がある。

プロセスは、好ましくはアンモニアスリップ除去の下流で、反応器流出物を更に精製することを含むことができる。
更なる精製は、要求される用途に応じた純度の水素生成物フローと、窒素及び水素を含有し、燃焼用の燃料として使用され得る少なくとも１つのガス流とを提供することができる。最終生成物は、燃料電池に好適な高純度Ｈ_２（例えば、９９．９％以上の純度）であり得るが、その用途に限定されない。

更なる精製は、圧力スイング吸着ユニット、膜ユニット、極低温蒸留ユニット、又はそれらの組み合わせを含むが、これらに限定されない、任意の既知の技術によって提供され得る。

いくつかの実施形態では、プロセスは、予熱された供給物中のアンモニアの一部、好ましくは最大１０％を、分解反応器の上流にある予備改質器で分解することを更に含む。発明者らは、予熱された供給物中のアンモニアの一部を、分解反応器の上流にある予備改質器で予備分解することにより、システム内の余分な高温デューティを利用することによって代替の熱統合スキームが実現されることを見出した。

いくつかの実施形態では、プロセスは、アンモニアスリップの除去の前に、比較的冷却された流出物フローを更に冷却することを含む。流出物を更に冷却することにより、焼成からの熱デューティを更に回収することができる。好ましい変形例では、燃焼反応の熱の少なくとも一部は、熱交換器ネットワークからなる熱回収システムで回収され、少なくとも１つの熱交換器は、分解ユニットの流出物を冷却するために沸騰水を使用する。

典型的には、そのプロセスはまた、予熱の前に、貯蔵から処理圧力まで液体アンモニアをポンピングし気化させることも含む。代替的に、ガス状アンモニア供給物を直接供給することができる。好ましい変形例では、気化のための熱はまた、燃料の焼成に由来する熱デューティによっても供給される。例えば、気化のためのデューティは、（例えば、対流セクション内の熱交換器における）煙道ガスからの熱移動によって供給され得る。

更なる態様によれば、アンモニアを復熱分解することによる水素の製造プロセス、好ましくは本明細書に記載のプロセスを実施するためのプラントが提供される。

プラントは、少なくとも分解反応器と、分解反応器の上流に位置する予熱器とを含む。分解反応器は、触媒反応ゾーンと、燃焼ゾーンと、内部復熱式熱交換器とを備える。予熱器は、供給物を好適な温度で反応ゾーンに供給するために、分解反応器のプロセス入口の上流に位置している。反応ゾーンは、予熱された供給物中に含まれるアンモニアの少なくとも一部の転化を触媒するための触媒を含有する。この転化は、水素と窒素とを含む高温のプロセスガス混合物のフローをもたらす。プロセスガス混合物は、未反応アンモニア（スリップとも呼ばれる）及び水のうちの１つ以上を更に含むことができる。燃焼ゾーンは、燃焼器と煙道ガス導管とを備え、触媒反応ゾーンと熱的に接触して、酸化剤の存在下で燃料を焼成することによって分解プロセスのための熱デューティを提供する。復熱式熱移動ゾーンは、触媒ゾーンと流体接続される。復熱式熱移動ゾーンは、プロセス混合物を放出する前に、高温プロセス混合物のフローからの熱の復熱移動によって反応ゾーンで供給物を加熱するように構成される。反応器流出物とも呼ばれる比較的冷却されたプロセス混合物は、プロセス出口で放出される。

好ましい実施形態では、予熱器は、アンモニア分解反応器に入る前に、好適なプロセス流からガス状アンモニア供給物に熱を移動させるように構成された熱交換器において、アンモニア供給物を好適な温度に予熱する。

別の又は更なる好ましい実施形態では、復熱式反応器は、燃焼室からの煙道ガスフローから熱を回収するために対流セクションに接続された燃焼室又は火室を含む焼成プロセスヒーターの一部として含まれるものとして理解することができる。燃焼室は、アンモニアを水素に接触転化するために反応ゾーンに熱を供給する。

いくつかの好ましい実施形態では、プラントは、好ましくは燃焼に由来する煙道ガスからの熱を使用して、燃焼前に酸化剤のフローを予熱するように構成された酸化剤予熱器を更に備える。

有利には、プラントは、運転中、プロセスのための全ての顕熱が、プロセス及び煙道ガス流からの熱回収によって提供されるように構成することができる。

所望の生成物純度に応じて、プラントは、反応器流出物を精製するための処理セクションを更に備えることができる。上で考察したように、処理セクションは、アンモニアスリップ除去器及び更なる精製セクションのうちの１つ以上を、好ましくはアンモニアスリップ除去器の下流に備えることができる。

いくつかの実施形態では、プラントは、分解反応器と予熱器との間に流体接続され、予熱された供給物中のアンモニアの一部を、好ましくは最大１０％を分解するように構成された予備改質器のうちの１つ以上と、
処理セクションの上流にある比較的冷却された流出物フローの温度を更に低下させるように構成された冷却器であって、当該冷却器が、沸騰水に対して動作する少なくとも１つの熱交換器を備える、冷却器と、貯蔵からの液体アンモニアを処理圧力に気化させるための１つ以上のポンプ及び気化器と、を備える。

本開示の装置、システム、及び方法のこれら及び他の特徴、態様、及び利点は、以下の説明、添付の特許請求の範囲、及び添付の図面からよりよく理解されるであろう。
水素製造のための従来のアンモニア分解反応プロセスのブロック図を示している。 本開示による復熱式アンモニア分解プロセスのブロック図を示している。 本開示による復熱式アンモニア分解プロセスのブロック図を示している。 アンモニア分解反応器の断面図を示している。 ３つの異なる例示的な復熱式アンモニア分解反応器の断面図を示している。 ２つの更なる例示的な復熱式アンモニア分解反応器の断面図を示している。 更に２つの更なる例示的な復熱式アンモニア分解反応器の断面図を示している。 なお更に更なる例示的な復熱式アンモニア分解反応器の断面図を示している。 アンモニア分解反応器で使用するための例示的な触媒管の断面図を示している。

特定の実施形態を説明するために使用される用語は、本発明を限定することを意図していない。本明細書で使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は、文脈が明確に別段の指示をしない限り、複数形も含むことを意図している。「及び／又は」という用語は、関連する列挙された項目のうちの１つ以上の任意の及び全ての組み合わせを含む。「含む（comprises）」及び／又は「含んでいる（comprising）」という用語は、記載した特徴の存在を特定するが、１つ以上の他の特徴の存在又は追加を排除しないことが理解されるであろう。方法の特定の工程が別の工程に続いて言及される場合、別段の指定がない限り、それは当該別の工程に直接続くことができ、又は１つ以上の中間工程が特定の工程を実行する前に実行されてもよいことが更に理解されるであろう。同様に、構造又は構成要素間の接続が説明されるとき、この接続は、別段の指定がない限り、直接に確立され得るか、又は中間構造若しくは構成要素を介して確立され得ることが理解されるであろう。

本明細書で使用される場合、２つの流体間の復熱式熱交換は、流路を分離する壁を横切る熱交換に関連するものとして理解することができる。対照的に、復熱式熱交換器は、高温流体と低温流体とが交互に通過する単一の流路を有する。

以下、本発明の実施形態を示している添付の図面を参照して、本発明をより詳細に説明する。図面において、システム、構成要素、層、及び領域の絶対的及び相対的な大きさは、明確にするために誇張され得る。実施形態は、本発明の可能な限り理想化された実施形態及び中間構造の概略図及び／又は断面図を参照して説明され得る。説明及び図面において、同様の番号は、全体を通して同様の要素を指す。相対的な用語並びにそれらの派生語は、そのときに説明されるような、又は考察中の図面に示されるような方向を指すと解釈されるべきである。これらの相対的な用語は、説明の便宜上のものであり、別段の記載がない限り、システムが特定の向きで構築又は動作されることを必要としない。

アンモニア分解は、吸熱反応である。水素への十分に高い転化率を達成するには、高い出口温度、典型的には少なくとも５５０℃の出口温度が必要である。アンモニア分解又は分解（decomposition）反応は、以下のように説明することができる。

従来のアンモニア分解（分解（decomposition）又は解離又は脱水素化としても知られる）プロセススキームでは、水素を得るために必要とされる総入力エネルギー（すなわち、化学エネルギー、熱エネルギー、電気エネルギーの合計）の低位発熱量（Lower Heating Value、ＬＨＶ）に基づいて計算すると、生成される水素１ｋｇ当たり最大４０～４５ｋＷｈ／ｋｇ Ｈ_２のエネルギー強度が得られる。３３．３２ｋＷｈ／ｋｇ Ｈ_２の理論ＬＨＶで、（ＮＨ_３からＨ_２への）従来の経路のエネルギー効率は、約７４．０～８３．３％である。従来のスキームは、プロセスにおける過剰なエネルギー使用をもたらし、これは、主に、送出蒸気（export steam）の生成につながり、それによって、総熱エネルギー効率が改善される（ＮＨ_３からＨ_２及び送出蒸気へ）。

従来の焼成アンモニア分解反応器は、筐体内の触媒反応器及び燃焼ユニットからなる。燃焼ユニットにおいて、燃料は、酸化剤（空気）と反応して高温の煙道ガスを形成する。触媒反応器において、アンモニア供給物は、加熱され、水素－窒素流出物に転化される。燃焼ユニットからの熱及び高温の煙道ガスは、筐体を介して反応器に移動される。燃焼ユニットから移動される熱量は、アンモニアを加熱するために、及びアンモニア分解反応のために必要とされる熱量に等しい。

図１は、従来技術のアンモニア分解プロセスを例示しており、貯蔵された液体アンモニア１０１は、アンモニア分解反応器１０７に入る前に、蒸発器１０３内で気化され、好適な温度１０５で予熱される。生成物ガスは、Ｈ_２とＮ_２との混合物であり、いくらかの未反応アンモニア、残留水、及びいくらかの他の微量汚染物質を含有する。水素及び窒素生成物ガスは、アンモニアスリップ除去ユニット１１１に入る前に冷却される１０９。アンモニアスリップ除去後に、残りのアンモニアは反応器に戻してリサイクルすることができる。水素は、様々な精製手段１１３によって、最終の所望の純度で生成物ガスから回収され得る。反応及びプロセスに必要な高温デューティは、反応器１０７の燃焼室又は焼成ボックスによってシステムに移動され、好適な燃料ガスが、燃焼空気予熱器１１５で予熱された酸化剤、好ましくは空気とともに、燃焼される。煙道ガスは、対流セクション１１９を流れ、燃焼反応の熱の一部を回収することができる。

アンモニア分解プロセスは、少なくとも以下のユニット、すなわち、アンモニア貯蔵タンク１０１と、アンモニア気化１０３と、少なくとも供給物予熱器１０５と、触媒反応器、燃焼システム、燃焼反応の熱の少なくとも一部が回収される対流セクション１１９に接続されている燃焼室又は焼成ボックスからなる復熱式分解ユニット１０７と、少なくとも１つの熱交換器が分解ユニット１０７の流出物を冷却するために沸騰水を使用する熱交換器ネットワークからなる熱回収システム１０９と、を含む。

復熱式アンモニア分解プロセスは、任意選択で、アンモニア除去ユニット１１１を更に含み、未転化アンモニアは、プロセスガスから分離され、圧縮後に分解ユニット１０７の上流に戻される。次いで、プロセスガスは、圧力スイング吸着ユニット若しくは膜ユニット若しくは極低温蒸留ユニット、又は上記３つのオプションのいずれかの組み合わせであり得る精製１１３で更に精製され、所望の純度の水素生成物と、窒素及び水素を含有する少なくとも１つのガス流とを提供し、分解ユニット１０７の燃焼システムのための燃料として使用することができ、ＮＨ_３供給原料の一部、水素、若しくは分解ユニット運転のために必要とされるエネルギーを補完するために利用可能な任意の燃料から成るトリム燃料又は補充燃料を補完する。燃焼空気は、任意選択で、例えば、対流セクション１１９内の燃焼ガスに対して、予熱１１５の後に供給される。

図１に示したような最先端のアンモニア分解プロセスの設計では、生成物の一部又は燃料の一部又はこれらの混合物及び場合により補完的なトリム燃料を燃焼させることによって加熱される触媒反応器が利用される。アンモニア分解反応は吸熱性であり、高温及び低圧で有利であり、プロセスの経済性の観点からは、通常、高い一回通過転化率を達成するために、５５０℃超、最も好ましくは６５０℃超の触媒出口温度が求められる。したがって、６５０℃を超える高温において、転化されたプロセスガスを収集し、蒸気の形態で顕熱を回収するために、それを沸騰水で冷却するシステムを提供することは、最先端の設計の態様である。転化されたガス顕熱を回収するこの方法は、熱交換のためのコンパクトな装置、比較的単純な材料、及びそのようなボイラー装置における高い熱流束による低い表面積を提供するという利点を有する。なお更なる利点は、蒸気を、供給物を間接的に予熱するか、又は供給原料を気化させるために使用してもよく、かつ／又は圧縮機及びポンプを同伴するために回転機器で使用してもよく、あるいは電力を生成するために蒸気タービンで使用することさえでき、あるいは更に隣接するユニットに送出できる点である。そのような最先端の分解プロセスの欠点は、アンモニアの水素への転化効率である。蒸気がエネルギーキャリアとして考慮される場合、プロセスの全体的な熱効率は比較的高い可能性があるが、アンモニア供給原料中に含有されるかなりの量のエネルギーは、脱炭用途のための貯蔵可能な輸送可能媒体として更に利用するための所望の生成物である水素の形態では得られない。更なる欠点は、最先端の熱回収に必要な蒸気システムが、比較的嵩張り、メンテナンスを必要とし、分解装置を構築し、維持するための資本投資のかなりの部分を占める可能性があるパイプ及び容器（ボイラー及び蒸気ドラム）のネットワークからなる点である。なお更なる欠点は、蒸気システムが、特に、隣接するプロセスユニットへの更なる送出のために生成される蒸気について、ボイラーシステム仕様を達成するために様々なプロセス及び化学物質で処理される必要があるかなりの量の真水を必要とする点である。

本発明の目的に沿って、本方法は、低エネルギー強度でのアンモニア分解とも呼ばれるアンモニア解離による水素生成を有利に実現する。提案する技術は、復熱式分解技術を実装することによって、低減されたエネルギー強度のＮＨ_３分解を提供する。

本開示は、少なくとも以下の要素、すなわち、供給物予熱器と、触媒ゾーン／反応器、反応器流出物流から反応器入口流へ熱を交換するための復熱式熱交換器、及び筐体内の燃焼ユニットを含む復熱式接触分解ユニットとを含む復熱式アンモニア分解プロセスに関する。

予熱されたガス状アンモニア供給物２０６は、復熱式分解反応器の反応ゾーンに送られ、反応ゾーンにおいて供給物中に含まれるアンモニアの少なくとも一部を接触分解して、水素と窒素とを含む高温プロセスガス混合物のフローを得ることと、反応器の燃焼ゾーンにおいて酸化剤の存在下で燃料を焼成することによって、供給物を分解及び予熱するための熱デューティを提供することと、を更に含み、そのプロセスは、反応ゾーンから受け入れた高温プロセスガス混合物を、反応器流出物２０８として生成物混合物を排出するための反応器出口の上流にある分解反応器の復熱式熱交換器に通すことによる、反応ゾーンにおける高温プロセスガス混合物からのプロセス供給物への熱の復熱移動を含む。反応器流出物は、熱交換器２０５において使用されて、アンモニア供給物２０４を予熱し、予熱された供給物２０４及び比較的冷却された反応器流出物２１０を得ることができる。

いくつかの実施形態では、例えば、図２及び図３に示したように、システムは、アンモニア貯蔵タンク２０１、アンモニア気化２０３、更なる冷却フロー２１２をもたらす熱回収システム２０９（例えば、沸騰水に対して動作するボイラーを含む）、燃焼の熱の少なくとも一部が回収される筐体に接続された対流セクション２１９、アンモニアスリップ除去２１１、及び所望の純度で水素出力２１８を提供するための精製システム２１３のうちの１つ以上を更に含む。

触媒反応器２０７の触媒反応ゾーン及び内部復熱式熱交換器の全ての区画は、アンモニア分解反応が起こるための好適なプロセス条件を保証する加圧環境内に含まれる。触媒ゾーン／触媒反応器を含む分解ユニットのこれらの態様及び更なる態様は、図４～図９を参照して説明する。

いくつかの実施形態では、例えば、図２に示したように、貯蔵された液体アンモニア（流れ２０２）は、分解反応器２０７に入る前に、タンク２０１から所望の動作圧力までポンプで送られ、気化される２０３。好ましい変形例では、アンモニアは無水アンモニアである。

液体アンモニアを気化させる１つの方法は、例えば、対流セクションにおける熱回収によって、又は分解反応器の下流にあるプロセスガスとの熱交換によって、燃焼ゾーンに配備されている高温デューティ全体に必要な気化ユニットを含める方法である。別の方法は、ヒートポンプによって、すなわち、電力、及び低レベルの熱源を使用することによって支援される供給物の気化を含み得る。

復熱式アンモニア分解ユニット２０７は、燃焼ゾーン又は燃焼室と、燃焼熱が触媒反応器に移動されるように設計されている触媒反応器と、反応器触媒出口流２０８から反応器入口流２０６に熱を交換するための、触媒ゾーンと流体接続している復熱式熱交換器と、を備える。アンモニア分解器は、２つのセクション、すなわち、放射セクション及び対流セクションを含む焼成ヒーターを備え得る。放射セクションは、燃料の燃焼によって必要な高温デューティを生成する主要な装置である少なくとも１つのバーナーと、いくつかの触媒管とを含む。一方、対流セクション２１９は、熱を回収するためのいくつかの熱交換器を備える。触媒出口での反応器温度は、最大６５０～８００℃に達することができる。

触媒管の触媒セクションを出るプロセスガスは、反応に必要な熱を提供するための貴重な高エネルギー熱源と考えることができる。内部熱交換による復熱式触媒転化は、外部熱供給を減少させることができる。本開示による技術は、有利には、反応器流出物からの熱及び燃焼ガスからの熱を使用して、アンモニア供給物を気化させ、かつアンモニア供給物を予熱するために必要な熱を反応器入口条件に提供することができる。反応器は、アンモニアを水素と窒素ガスとの混合物へ触媒転化させ、反応器が位置している燃焼室内で、燃料、例えば、オフガス、アンモニア供給原料の一部及び／又は水素を燃やすことによって必要なエネルギーを提供する。

アンモニアは、篩に腐食を引き起こすため、Ｈ_２精製ユニット２１３の上流の前処理工程において任意選択で分離することができる。残留アンモニアスリップを除去する１つの方法は、水洗浄によるものである。別の方法は、ゼオライト、活性炭、又は任意の他の好適な固体吸着剤を利用することによる吸着を含む。吸着剤を再生するために再生ユニットを含めることもできる。更なる選択肢としては、活性アルミナを使用する温度スイング吸着（ＴＳＡ）が挙げられ得る。これらの技術は、低レベルのアンモニア流に対して効率的に作用する。アンモニアスリップ除去ユニット２１１の後、プロセスガス流２３２は、１００～２０００ｐｐｍ、好ましくは１００ｐｐｍ未満のアンモニアを含む可能性がある。スリップ除去２１１からのオフフロー２１４は、更なる分解のためにリサイクルすることができる。

高温Ｃｒ－Ｎｉ鋼は、アンモニアに曝される間に窒化腐食を受けやすい。これらの鋼については、水素の存在が窒化腐食を低減することができる。反応器の窒化による腐食の危険性を抑制するために、１～５％の少量の水素を反応器へのアンモニア供給物に戻してリサイクルすることができる。

次いで、プロセスガスは、圧力スイング吸着ユニット又は膜ユニット又は極低温蒸留ユニット、又は上記選択肢のいずれかの組み合わせであってもよい精製２１３で更に精製することができ、必要な用途に応じた純度の水素生成物２１８と、窒素及び水素を含有する少なくとも１つのガス流２２０とが提供される。流れ２２０は、ＮＨ_３供給原料の一部、水素、又は分解ユニット運転に必要なエネルギーの補充に利用可能な任意の燃料からなるトリム燃料又は補充燃料を補完する、分解ユニット２０７の燃焼システムのための燃料として使用され得る。燃焼酸化剤（例えば、空気）は、任意選択で、例えば、対流セクション２１９内の煙道ガスフロー２２８に対して、予熱２１５の後に供給される。

いくつかの実施形態では、生成物フロー２１８の一部（示されていない）は、分解反応器への供給物に戻してリサイクルすることができる。腐食を軽減するために、供給物中のＨ２の体積濃度は、≦約５％、好ましくは１～５％の範囲であることができる。

図３は、予熱された供給物２０６中のアンモニアの一部、好ましくは最大１０％を、分解反応器の上流にある予備改質器２２１において分解することを更に含む実施形態を示している。形成された部分的に予備改質されたフロー２３２は、プロセス供給物として分解反応器に供給される。

図４～８に最もよく見られるように、触媒ゾーン及び復熱式熱交換器は、触媒ゾーン及び復熱式熱交換器を組み合わせて提供する第１及び第２のチャネルを含む触媒反応器４０７ｄとして概念的に解釈することができる。フローは、破線矢印で示されている。図示しているように、触媒反応器は、酸化剤の存在下で燃料を焼成するための少なくとも１つのバーナーを更に備える筐体４０７ｄ（例えば、燃焼室）内に収容されているとみなすことができる。触媒反応器は、アンモニア分解反応が起こる、触媒を含む触媒ゾーンを有する。

選択される触媒は、ニッケル系構造化触媒であってもよく、コバルト、ルテニウム、及び混合金属酸化物などであるがこれらに限定されない他の金属を含有してもよい。触媒は、任意の形状として、好ましくはプロセスガスの復熱式触媒転化のための分解反応器中に置かれた大きな表面積の巨視的構造上のウォッシュコートとして提供されてもよく、低い圧力降下で大きな処理量の運転を提供する。

生成物ガスは、Ｈ_２とＮ_２との３：１のモル比の混合物であり、いくらかの未反応アンモニア、残留水、及びいくらかの他の微量汚染物質を含有している。分解は、４００℃を超え、例えば、最大約１２００℃の範囲の温度で実施することができる。例えば、４００～８５０℃の範囲である。圧力は１～１００ｂａｒｇであることができる。

触媒ゾーン４０７ｂは、入口から供給され、かつ触媒ゾーンと（例えば、管状壁を横切って）熱交換する第２のチャネルに開口し、更なる処理及び／又は復熱のためにプラントの下流処理セクションに反応器流出物２０８として生成物混合物を排出するための出口にて開口する第１のチャネル（例えば、導管又はプレートによって結合されている）とみなすことができる。

高温煙道ガス（流れ２２８）を含む燃焼ユニットは、反応器２０７内のアンモニア流と並流フロー、向流フロー、又は直交フロー方向であることができる。例えば、図５～図８に示したように、多くの方向が可能である

復熱式熱交換器内の反応ゾーンから受け入れた高温プロセス混合物（フロー４０８ａ）は、（例えば、図５Ｂ～図Ｃ、図６Ｂ、図７Ａ～図７Ｂ、及び図８に示したような）単一のパスを有することができるか、又は２つ以上のパス（例えば、図４、図５Ａ、及び図６Ａに示したような１つ以上の戻りパス）を有することができる。

高温煙道ガスを含む燃焼ユニットは、単一のパスを有することができるか、又は２つ以上のパスを有することができる。更に、高温煙道ガスのパスは、図８に示したように、反応器内のアンモニア供給と並流又は向流方向であることができる内部燃料及び／又は酸化剤管を含有し得る（煙道ガスとの熱交換）。複数のパス及び／又は内部燃料／酸化剤管を設けることにより、分解装置の熱効率を改善することができる。

反応導管は、供給物、触媒、及び生成物ガス流のための反応器入口を含み、燃焼室と熱交換（放射及び／又は対流）する。触媒導管は、内管を指し、流体を移動させるためのキャリアとして使用される中空の細長い本体を特徴とすることができる。導管の形状（断面）は、様々な形状であってよく（円形管、楕円形管など）、これにより、必要な反応デューティの一部を回収することができ、より高い復熱を達成することができる。この概念は、特定の革新的なジオメトリー及び機械的特性を適用することによって、反応器出口の上流での熱回収を最大化する。

内部熱移動効率は、放射セクションと接触している触媒導管において任意の熱移動促進技術（例えば、熱増強ツール及び／又はタービュレータ）を使用することによって更に改善され得る。反応器のシステムの熱水力性能は、熱交換器反応器の管セクションに沿って乱流を作り出し又は維持するのを助ける任意の手段を使用することによって、改善できる。例えば、これは、各特定のプロセスのジオメトリー、サイズ、及び必要性に適合するタービュレータによって達成することができる。熱移動増強ツールは、限定するものではないが、縦フィン、ねじれテープ、管内部のコイル状ロッド、又は導管及び／又は触媒管に沿って外側に延びている（例えば、溶接された）コイルワイヤであり得る。そのような構成の例を図４及び図９に示す。

液体及びガスを加熱するために必要なデューティ及び気化デューティをカバーするために、焼成プロセスヒーターを使用することができる。焼成ヒーターの内部では、好適な燃料ガス（流れ２２２）が燃焼され、対流セクション２１９の煙道ガス（流れ２３０）は必要なデューティを含む。焼成ヒーター内部のプロセス流は、高温の燃焼燃料ガスによる放射及び対流熱移動によって加熱される。典型的な焼成ヒーターは、
－ 放射セクションと、
－ 熱回収のための対流セクションと、
－ バーナーと、
－ 焼成ヒーターの対流セクションにおける熱交換を最適化するために、燃焼に使用される周囲空気を高温に加熱することができる燃焼空気予熱（ＡＰＨ）と、
－ 内部管と、
－ スタックと、を備える。

燃料ガスは、Ｈ２／Ｎ２混合物、純粋な水素、アンモニア、炭化水素など、又は燃料混合物であることができる。プロセスオフガス、水素又はＨ２／Ｎ２混合物の燃焼は、ＣＯ２排出削減に寄与する。

いくつかの実施形態では、触媒は、復熱式熱交換器と燃焼器との間に位置する。代替の構成も可能である。図５、図６、図７及び図８は、触媒管の可能な構成及びフローパターンを示している。

いくつかの実施形態では、触媒反応器は、酸化剤及び燃料混合及び燃焼器を含む同心管アセンブリに接続された、アンモニア供給及び触媒システムを収容する同心管のアセンブリを備える管状構成で配列され得る。そのようなシステムは、単一の管状反応器として構成されてもよく、又は大量のガスを処理するための多管式アセンブリとして構成されてもよい。

参照により本明細書に組み込まれる国際公開第２０２１１９８２４２号を参照されたい。国際公開第２０２１１９８２４２号は、制御された熱を、本開示のために使用することができる吸熱反応プロセスに提供するための燃焼ヒーターを開示している。燃焼ヒーターは、第１の燃料を燃やすことにより高温のバーナー排気ガスフローをもたらす一体型バーナーを備える。酸化剤と混合されたバーナー排気ガスは、煙道ガス流路に沿って煙道ガス出口に流れる。バーナーからの火炎の直接到達範囲外の位置にある燃焼室には、複数のノズルを有する二次燃料導管が設けられており、そこから第２の燃料が、当該煙道ガス流路に沿ったフローに送られる。結果として生じる第２の燃料の燃焼は、制御された熱を、燃焼室と熱交換する反応導管内で作動する吸熱反応に提供するために使用することができる。

代替的に又は追加的に、反応器はまた、プレート型熱交換反応器として、又はプレート／管交換器の変形としても構成され得る。詳細については、参照により本明細書に組み込まれる国際公開第２０１８１０４５２６号を参照されたい。

更に別の構成では、触媒反応は、触媒が装填されている多管式反応器で実施され得る。触媒管は、燃焼ガスが炉室を通って流れ、煙道ガス（高温源）と管中で分解されているプロセス流体（低温シンク）との間で熱交換が起こるように、炉室内部に位置し得る。

蒸気改質器などの多管式反応器に好適であり、本文脈においてはアンモニア分解のための触媒反応器としても好適な触媒管の設計を記載している国際公開第２０１８０７７９６９（Ａ１）号（参照により本明細書に組み込まれる）を参照する。図９は、アンモニア分解反応器で使用するための例示的な触媒管の断面図を示している。触媒管壁は、燃焼器と熱交換する。燃焼ゾーン（例えば、工業プロセスヒーター）は、複数の（例えば、束の）触媒管を備え得ることに留意されたい。

概念として、煙道ガスは、アンモニア分解触媒及び反応器流出物と直接流体接触しないことが理解されるであろう。

移動される復熱により、燃焼ユニットから移動される必要な熱量は、アンモニアを加熱するために及びアンモニア分解反応のために必要な熱量よりも少ない。これにより、焼成の最小化、ひいては必要な燃料の低減を達成することができる。

水素は、様々な手段によって、最終的な所望の純度で生成物ガスから回収され得る。例えば、圧力スイング吸着（ＰＳＡ）、膜、電気化学圧縮機は、Ｎ２及び残留ＮＨ３及び汚染物質から水素を分離することができる。ＰＳＡを使用する際には、残留ＰＳＡオフガスを焼成することができる。膜又は電気化学圧縮機の場合、Ｎ２に富む保持物を燃料として使用することができる。純粋なＨ２、Ｈ２生成物の一部及び／又はＨ２／Ｎ２混合物及び／又はＮＨ３は、アンモニア分解器の燃焼ゾーンにおいて、補助燃料として使用することもできる。

ＮＨ３スリップ除去ユニットは、ＮＨ３を除去するための任意の好適な技術（例えば、水洗、吸収、吸着、膜、ＴＳＡ、極低温など）を備えることができる。残留する未転化アンモニアは、分解器に戻してリサイクルすることができるか、又は焼成させて必要なデューティを回収することができる。下流のＨ２精製ユニットは、ＰＳＡユニット又は吸収などを備えていてもよく、そこで高純度Ｈ２が得られる。最終生成物は、燃料電池に好適な高純度Ｈ２（例えば、９９．９％以上の純度）であることができるが、その用途に限定されない。

説明した図２の代替オプションを図３に示している。この場合、プロセスガスの一部（流れ２０６）は、予備改質器２２１で転化され、生成物ガスの混合物を有する未反応アンモニア（流れ２３２）は、復熱式アンモニア分解反応器２０７に進む。この方法は、システム内の余分な高温デューティを利用することによって、代替の熱統合スキームを達成する。

以下の実施例では、接触アンモニア分解反応器が、２０ｂａｒｇ及び５００℃～８５０℃で動作するアンモニア分解システムに言及する。

従来のプロセススキームは、無水液体アンモニアを気化させることと、反応器に入る前に煙道ガスとの熱交換によって供給物を加熱することと、焼成ヒーター中で燃料を燃焼させて触媒含有反応器管に必要なエネルギーを提供して、アンモニアを水素／窒素混合物に分解することと、水素分離のための精製システムと、を含む。燃料は、オフガス、純粋な水素生成物の一部、及び／又は水素補充燃料を含む。このスキームは、１つ以上のプロセス高温流体と、反応器に入るガス状供給アンモニアとの間の熱統合を含む第２の場合と比較される。復熱式スキームは、アンモニア分解反応器内部の熱統合を指し、反応器の触媒ゾーンを出る高温プロセスガスと、触媒ゾーンの上流及び／又は触媒ゾーン内で転化されるプロセスガスとの間で熱交換が起こる。復熱式スキームの場合は、反応器の内部熱の復熱だけでなく、上述のシステムの熱統合も含む。この提案されたプロセススキームによって、外部からのエネルギー入力を最小限に抑えるために、システム内の最適な熱統合を達成することが可能である。

各場合の例におけるエネルギー効率の差を上記の表にまとめる。総エネルギー効率は、消費された総ｋＷｈ ＮＨ_３供給物（ＬＨＶ）及び輸出されたＨ_２１ｋｇ当たりの電力消費量（ｋＷｈ）として定義される。全ての場合において、同じプロセス条件が考慮され、熱と物質のバランスは、４．４ｋｇ／ｈの水素生成に基づく。

いくつかの実施形態では、分解反応器は、燃焼からの熱及び水素と窒素との混合物からの熱を受け入れる、分解触媒を収容する管のアセンブリ、若しくはプレートのアセンブリ、又は管とプレートとのアセンブリを備え得ることが理解されるであろう。

触媒反応器管／プレートは、各プロセスの必要性に応じて、ジオメトリー及び構造を変えることができる。例えば、管は、円形、楕円形、長方形、円筒形、又はそれらの組み合わせを含むがこれらに限定されない断面形状を有することができる。

任意選択で、例えば、直列に接続されたそれぞれの導管（例えば、触媒管）によって、復熱式触媒反応器内に、複数の、例えば、２つ、３つ、又はそれ以上のガスのパスが存在し得る。

いくつかの変形例では、触媒管は、回収され得る熱を最大化にするために、並列及び／又は直列の複数のチャネル、例えば、３つのチャネルを備えることができる。

更に更なる実施形態では、触媒管と並んで熱移動増強のために熱移動増強ツールを使用して、焼成ヒーターの放射セクションから触媒管に移動させることができる熱を最大化する。これらは、限定されるものではないが、触媒管に沿った外側の、縦フィン、ねじれテープ、コイル配線溶接機などであり得る。

明確さ及び簡潔な説明の目的のために、特徴は、同一又は別個の実施形態の一部として本明細書に説明されるが、本発明の範囲は、説明される特徴の全て又はいくつかの組み合わせを有する実施形態を含み得ることが理解されるであろう。当然ながら、上記の実施形態又はプロセスのいずれか一つは、設計及び利点を見出し、適合させる際に更なる改善を提供するために、１つ以上の他の実施形態又はプロセスと組み合わせてもよいことを理解されたい。

添付の特許請求の範囲を解釈する際に、「備える（comprising）」という単語は、所与の請求項に列挙されたもの以外の要素又は行為の存在を排除せず、要素に先行する「ａ」又は「ａｎ」という単語は、複数のそのような要素の存在を除外せず、請求項における任意の参照符号は、それらの範囲を限定するものではなく、いくつかの「手段」は、同じ又は異なる項目又は実装された構造若しくは機能によって表されてもよく、開示されたデバイス又はその部分のいずれも、別段の具体的な記載がない限り、一緒に組み合わされてもよく、又は更なる部分に分離されてもよい、ことを理解すべきである。１つの請求項が別の請求項を参照する場合、これは、それらのそれぞれの特徴の組み合わせによって達成される相乗的利点を示し得る。しかしながら、ある特定の手段が互いに異なる請求項に記載されているという単なる事実が、これらの手段の組み合わせが有利に使用できないことを示唆しているわけではない。したがって、本実施形態は、請求項の全ての機能する組み合わせを含んでいてもよく、各請求項は、文脈によって明確に除外されない限り、原則として、任意の先行する請求項を参照することができる。

Claims (15)

1. アンモニア分解を含む水素製造プロセスであって、前記プロセスは、
   好ましくは、熱交換器気化器で液体アンモニアを気化させることによって又はガス状アンモニアを直接供給することによって、アンモニアを含むガス状プロセスフローを供給することと、
   アンモニア分解反応器の上流にある予熱器で前記ガス状プロセスフローを予熱することと、
   前記予熱されたガス状プロセスフローを前記アンモニア分解反応器の反応ゾーンへの供給物として供給することと、
   前記反応ゾーンにおいて前記供給物中に含まれる前記アンモニアの少なくとも一部を接触分解して、水素と窒素とを含む高温プロセス混合物のフローを得ることと、
   前記反応器の燃焼ゾーンにおいて酸化剤の存在下で燃料を焼成することによって、前記分解及び前記予熱のための熱デューティを提供することと、を含み、
   前記プロセスは、
   触媒反応ゾーンから受け入れた前記高温プロセス混合物を前記分解反応器の内部復熱式熱交換器に通すことによって、前記反応ゾーンにおいて前記高温プロセス混合物からプロセス供給物へ熱を復熱移動させることを含み、
   任意選択で、前記焼成のための前記燃料は、アンモニア、水素、及び水素と窒素との混合物のうちの１つ以上を含む、プロセス。
2. 前記ガス状プロセス供給物を予熱することが、反応器流出物からガス状供給物への熱移動を含む、請求項１に記載のプロセス。
3. 前記焼成の前に前記酸化剤を予熱することを更に含み、前記予熱することが、前記焼成からの煙道ガスオフフローからの熱の熱移動を含み、任意選択で、前記酸化剤は、１０００℃を超える温度に加熱される、請求項１又は２に記載のプロセス。
4. 前記気化のための、前記ガス状プロセスフローの前記予熱のための、及び酸化剤フローを予熱するための前記デューティが、前記燃料を焼成することからの残留熱によって供給される、請求項２及び３に記載のプロセス。
5. 前記反応器流出物からアンモニアスリップを除去して、精製された反応器流出物及びアンモニア富化オフフローを得ることを更に含み、前記オフフローからのアンモニアが、処理及び／又は焼成のために前記反応器に戻されてリサイクルされる、請求項１～４のいずれか一項に記載のプロセス。
6. 前記反応器流出物を、好ましくはアンモニアスリップ除去の下流で精製することを更に含み、前記精製は、所望の純度の水素富化生成物フローと、少なくとも窒素及び水素を含むオフフローとをもたらし、オフフローは、焼成のために反応器に戻されてリサイクルされる、請求項１～５いずれか一項に記載のプロセス。
7. 前記アンモニアスリップ除去の前に、沸騰水に対して動作する少なくとも１つの熱交換器を備える復熱式熱回収システムにおいて、比較的冷却された流出物フローを更に冷却することを含む、請求項１～６のいずれか一項に記載のプロセス。
8. アンモニアを分解することによる水素の製造プロセスを、好ましくは請求項１～７のいずれか一項に記載のプロセスを実施するためのプラントであって、前記プラントが、少なくとも、
   反応ゾーン、燃焼ゾーン、及び復熱式熱交換器を備える復熱式分解反応器と、
   アンモニアを含むガス状プロセス供給物を予熱するための、前記反応ゾーンの上流に位置する予熱器と、を備え、
   前記反応ゾーンは、前記供給物中に含まれる前記アンモニアの少なくとも一部の転化を触媒して、水素と窒素とを含む高温プロセス混合物のフローを得るための触媒を含有し、
   前記燃焼ゾーンは、酸化剤の存在下で燃料を焼成することによって前記製造プロセスのための熱デューティを提供するために、前記反応ゾーンと熱的に接触しており、
   復熱式熱移動ゾーンは、前記反応ゾーンの出力に流体接続され、前記復熱式熱移動ゾーンは、前記プロセス混合物を反応器流出物として前記反応器から放出する前に、前記高温プロセス混合物の前記フローからの熱の復熱移動によって前記反応ゾーンにおいて前記供給物を加熱するように構成されている、プラント。
9. 前記予熱器が、使用時に、前記ガス状プロセス供給物を予熱し、比較的冷却された流出物フローを得るために、前記反応器流出物からガス状供給物に熱を移動させるように構成された熱交換器である、請求項８に記載のプラント。
10. 燃焼室と、前記燃焼室からの煙道ガスオフフローから熱を回収するための対流セクションとを含む焼成プロセスヒーターを備え、それによって、前記燃焼ゾーン、前記反応ゾーン、及び触媒ゾーンと流体接続している前記復熱式熱交換器が、前記燃焼室内に収容されている、請求項８又は９に記載のプラント。
11. 前記焼成からの煙道ガスオフフローからの熱を使用して、前記焼成前に、前記酸化剤のフローを予熱するように構成された酸化剤予熱器を更に備え、任意選択で、前記予熱器、前記酸化剤予熱器、並びに液体アンモニアを気化させるための熱交換器気化器が、前記燃料の焼成からの残留熱から必要な熱デューティを受け入れるように接続されている、請求項８～１０のいずれか一項に記載のプラント。
12. 前記流出物を精製するための処理セクションを更に含み、前記処理セクションが、
    精製された流出物及びアンモニア富化オフフローを得るアンモニアスリップ除去器
    及び
    精製器、好ましくは、水素富化生成物フローと、水素を含む窒素富化オフフローとをもたらす、前記アンモニアスリップ除去器の下流にある精製器のうちの一つ以上を備え、
    処理システムは、１つ以上のアンモニア富化オフフロー及び前記窒素富化オフフローを、更なる処理及び／又は焼成のために前記分解反応器に戻してリサイクルするように構成されており、任意選択で、前記プラントは、前記処理セクションの上流にある前記比較的冷却された流出物フローの温度を更に低下させるように構成された冷却器を更に備え、前記冷却器は、沸騰水に対して動作する少なくとも１つの熱交換器を備える、請求項８～１１のいずれか一項に記載のプラント。
13. 前記分解反応器と前記予熱器との間に流体接続され、前記予熱された供給物中の前記アンモニアの一部、好ましくは最大１０％を分解するように構成された予備改質器を更に備える、請求項８～１２のいずれか一項に記載のプラント。
14. 貯蔵からの液体アンモニアを処理圧力まで気化させるための１つ以上のポンプ及び熱交換器気化器を更に備え、前記気化のための熱が、前記燃料を焼成することからの前記熱デューティによって供給される、請求項８～１３のいずれか一項に記載のプラント。
15. 前記形成された水素生成物の一部を前記反応器への前記供給物に戻してリサイクルするように構成されたリサイクルループを更に含み、任意選択で、前記供給物中の水素のレベルは、好ましくは１～５体積％の範囲である、請求項８～１４のいずれか一項に記載のプラント。