JPH0761860B2 - アンモニアガスの精製方法 - Google Patents

アンモニアガスの精製方法

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JPH0761860B2
JPH0761860B2 JP4200701A JP20070192A JPH0761860B2 JP H0761860 B2 JPH0761860 B2 JP H0761860B2 JP 4200701 A JP4200701 A JP 4200701A JP 20070192 A JP20070192 A JP 20070192A JP H0761860 B2 JPH0761860 B2 JP H0761860B2
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carbon dioxide
ammonia gas
solid
solid alkali
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晴夫 真部
峯男 吹春
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01CAMMONIA; CYANOGEN; COMPOUNDS THEREOF
    • C01C1/00Ammonia; Compounds thereof
    • C01C1/02Preparation, purification or separation of ammonia
    • C01C1/024Purification

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  • Organic Chemistry (AREA)
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  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】化学反応後のオフガスとして炭酸
ガスや水分を不純物として含有しているアンモニアガス
を精製する方法に関する。
【0002】
【従来技術】化学反応後のオフガスとして排出されるア
ンモニアガスには不純物として炭酸ガスや水分が含まれ
ている。従来、このようなアンモニアガスを液体アンモ
ニアとして回収する場合、オフガスを直接、圧縮・冷却
して液体アンモニアとして回収するようにしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】不純物として炭酸ガス
を含有しているアンモニアガスを直接液化すると、その
工程中で炭酸ガス一部のアンモニアガスとが反応して
カルバミン酸アンモンや水分が同伴する場合には炭酸ア
ンモンを生成し、圧縮機のシリンダを痛めたり、熱交換
器にスケーリングが発生するという問題がある。また、
得られた液体アンモニア中にも炭酸ガス化合物の不溶物
が混入しており、高純度の液体アンモニアを得ることが
できないという問題があった。本発明は、このような点
に着目し、アンモニアガスの不純物成分である炭酸ガス
を除去し、高純度のアンモニアガスを安定して得ること
のできるアンモニアガスの精製方法を提供することを目
的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに本発明は、炭酸ガスを不純物として含有しているア
ンモニアガスを冷却して、アンモニアガスと炭酸ガスと
を反応させてカルバミン酸アンモンを生成させ、このカ
ルバミン酸アンモンをフィルターで除去し、このフィル
ター通過後の炭酸ガスの残留しているアンモニアガス
を、運転時のガス圧等の条件下で固型アルカリに水分が
残留しない温度以上で、かつ、固型アルカ リの融点以下
の温度に保持した固型アルカリ槽を通過させることを特
徴としている。
【0005】
【作用】炭酸ガスを含有しているアンモニアガスが冷却
されることにより、アンモニアガスと炭酸ガスとが次の
反応式によって反応し、カルバミン酸アンモン(NH 2
OONH 4 )が生成される。 CO 2 + 2NH 3 → NH 2 COONH 4 + ΔH (但し、ΔHは発生熱量であり、25℃で−38.06 Kcal/mo
l である ) このカルバミン酸アンモンは、固型粒子の状態でガス中
に存在しており、フィルターを通すことで捕捉除去され
る。 このカルバミン酸アンモンが除去されたガスが、固
型アルカリ槽を通過することにより、そのガス中に残存
している炭酸ガスが、固型アルカリ槽内の固型アルカリ
と反応して捕捉除去される。これにより、炭酸ガスをほ
とんど含まないアンモニアガスが得られる。
【0006】一方、アンモニアガスを固型アルカリ槽に
通過させる前に冷却してアンモニアガスの一部と不純物
の炭酸ガスとを反応させることで、アンモニアガス中の
炭酸ガス濃度が減少しており、これによって固型アルカ
リ槽内での炭酸ガスと固型アルカリとの反応による水分
の発生が減少して固型アルカリの潮解が低減する。
た、固型アルカリ槽は、運転時のガス圧等の条件下で固
型アルカリに水分が残留しない温度以上で、かつ、固型
アルカリの融点以下の温度に保持されているため、この
アンモニアガスの精製運転時の条件下で炭酸ガスと固型
アルカリとの反応で生成された水分が固型アルカリ槽の
熱によって固型アルカリに残留することなく分離し、固
型アルカリが潮解性によって解けることがより確実に抑
止される。また、固型アルカリ槽の温度は固型アルカリ
の融点以下なので、固型アルカリが融解することはな
い。
【0007】
【実施例】図面は本発明方法の示すフローチャートを示
す。このアンモニアガス精製方法は、化学反応後のオフ
ガスとして排出されるアンモニアガスから不純物として
含有されている炭酸ガスを除去するものであり、含有し
ている炭酸ガスとアンモニアガスを反応させて反応生成
物を除去する不純物除去工程(A)と、ガス状不純物を除
去する脱炭工程(B)とで構成されている。
【0008】不純物除去工程(A)は、供給されて来た不
純物含有アンモニア(粗ガス)を液化しない程度の温度に
冷却する冷却工程(1)と、この冷却後の粗ガスをフィル
ターに通過させることにより反応生成物を除去する濾過
工程(2)とで構成してある。冷却工程(1)で粗ガスを液
化しない程度の温度、例えば運転圧がほぼ大気圧であれ
ば0℃まで冷却すると、次の反応式により、ガス中にカ
ルバミン酸アンモンの固型粒子が生成される CO2 + 2NH3 → NH2COONH4 + ΔH (但し、ΔHは発生熱量であり、25℃で−38.06 Kcal/mo
l である。)
【0009】この反応式は、発熱反応であるため、低温
ほど平衡的には右へ移行するが、必要以上冷却すると、
アンモニア液化が発生したり、冷凍機の所要動力が大き
くなったり、カルバミン酸アンモンの生成速度が遅くな
り冷却器からフィルターまでに大きなガス貯溜部を必要
とする等の問題が出てくる。そこで、本実施例ではガス
温度を0℃程度の低温となるように、冷凍機(3)を使用
した冷却器(4)で粗ガスを冷却している。
【0010】濾過工程(2)では、フィルター材料をケー
シングに充填した濾過槽(5)に冷却した粗ガスを通過さ
せることにより、粗ガス中のカルバミン酸アンモンを捕
捉除去する。なお、濾過槽(5)に充填するフィルター材
料としては、グラスウールやフッ素樹脂等の高分子材料
で形成したネットあるいは不織布等のカルバミン酸アン
モンの生成成長を確保するため適度な空間を有するもの
が望ましい。
【0011】そして、カルバミン酸アンモンは59℃で
分解するので、濾過槽(5)にヒータで80〜100℃に
加熱した空気を供給してフィルター材料を再生するため
の再生装置(6)が付設してある。この再生装置(6)は外
気を送風するファン(7)と、この外気を加熱するための
ヒータ(8)とで構成してある。また再生後、フィルター
材料が熱い間に粗ガスが流通すると、カルバミン酸アン
モンが分解することになるから、フィルター材料を冷却
するための予冷装置(9)が濾過槽()に付設してある。
この予冷装置(9)は液体窒素ボンベ(10)からの液体窒
素を気化器(11)で気化させ、この気化窒素を濾過槽
()に供給してフィルター材料を予冷するとともに、濾
過槽内をパージする。濾過槽()から排出される再生ガ
ス及び予冷ガスは除害装置(12)に案内され、再生ガス
中に含まれるアンモニアガス成分は除害装置で捕集中和
処理される。
【0012】濾過槽()でカルバミン酸アンモンの形で
炭酸ガスを除去された粗ガスは、脱炭工程(B)に送り込
まれ、ここで粗ガス中に残存している炭酸ガスを除去さ
れる。脱炭工程(B)は予熱器(13)と脱炭装置としての
炭酸ガス吸着槽(14)とで構成してあり、予熱器(13)
では粗ガスを少なくとも60℃以上の温度に保持して炭
酸ガスとアンモニアガスとをフリーの状態にして吸着槽
(14)に送り込むようにしてある。
【0013】吸着槽(14)の内部には水酸化ナトリウム
酸化カリウム等の固型アルカリが粒状で充填してあ
る。水酸化ナトリウムや水酸化カリウムは潮解性が強い
ことから短時間のうちに周囲の水分を補集して解ける。
このため、粒状の水酸化ナトリウムや水酸化カリウム間
付着塊状化が起こってガス通過路の閉塞がみられる。
これは、次の反応によって生成した水分を捕集するため
に起こるものと考えられる。 2NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2
【0014】そこで、吸着槽(14)の外側あるいは吸着槽
(14)内に電熱ヒータを付設して、 の運転時のガス圧等
の条件下で吸着槽(14)内の固型アルカリに水分が残留し
ない温度以上で、かつ、固型アルカリの融点(例えば、
水酸化ナトリウムでは328℃であり、水酸化カリウム
では360.4℃である。)以下となる温度(例えば10
0℃程度)に保持されるように加熱する。この場合、固
型アルカリと炭酸ガスとの反応は発熱反応であるからこ
の点を考慮した吸着槽(14)の温度コントロールが必要に
なる。なお、加熱源としてはスチームを使用してもよ
い。
【0015】吸着槽(14)をアンモニアガス中に1%の炭
酸ガスを含んだ試料ガスを常温(20〜21℃)で粒状水
酸化ナトリウム中に空間速度1000〜5000h-1
通過させたところ、吸着槽(14)内の水酸化ナトリウムの
理論固定炭酸ガス量に対して4〜5%に相当する炭酸ガ
ス量を含むガスを通過させた時点で吸着槽(14)でのガス
通過圧損が急上昇した。
【0016】そこで、水酸化ナトリウム層を100℃に
保持し、アンモニアガス中に1%の炭酸ガスを含んだ常
温の試料ガスを空間速度1000〜5000h-1で通過
させた。この結果、吸着層(14)での圧損の上昇もなく、
出口での炭酸ガス濃度をガスクロマトグラフィで確認し
たところその濃度は10ppm 以下になっていた。また、
吸着槽(14)からの取出ガスをシリカゲルを重点させた塔
の重量変化を測定したところ炭酸ガスと固体アルカリと
の反応の際に生成する水分に相当する重量の増加が計測
されたことからも固体アルカリ槽で形成される生成水分
は固体アルカリ槽に蓄積されずにガス槽に保持されてい
ることが確認できた。
【0017】一方、アンモニアガス中に1%の炭酸ガス
を含んだ試料ガスを0℃に冷却し、5分の滞留時間に相
当する空間を付設した濾過槽(5)に冷却した試料ガスを
通し、濾過槽出口での炭酸ガス濃度をガスクロマトグラ
フィで確認したところその炭酸ガス量は130ppm にな
っていた。
【0018】
【発明の効果】炭酸ガスを含有するアンモニアガスを固
型アルカリ槽に通過させる前に冷却し てアンモニアガス
の一部と炭酸ガスとを反応させてカルバミン酸アンモン
を生成させ、このカルバミン酸アンモンをフィルターで
除去するので、固型アルカリ槽へ送られるアンモニアガ
ス中の炭酸ガス濃度は減少しており、固型アルカリ槽内
で固型アルカリと炭酸ガスとが反応して生成される水分
が減少する。これにより、炭酸ガスと固型アルカリとの
反応で生成された水分によって固型アルカリが潮解し、
固型アルカリ粒子間で付着塊状化が起こってガス通過路
の閉塞が生じることが抑止され、固型アルカリ槽での圧
損の発生をなくして固型アルカリを全量有効利用でき、
固型アルカリの交換等のメンテナンス周期を長くできて
メンテナンスの手間を低減できる。 しかも、冷却による
アンモニアガスと炭酸ガスとの反応でカルバミン酸アン
モンを生成させて除去することで炭酸ガスをほぼ完全に
除去するものに比し、この炭酸ガスの除去が粗い分だけ
カルバミン酸アンモンの生成でアンモニアガスが消費さ
れることが低減できる。
【0019】また、固型アルカリ槽を運転時のガス圧等
の条件下で固型アルカリに水分が残留しない温度以上
で、かつ、固型アルカリの融点以下の温度に保持するの
で、固型アルカリが水分で潮解して固型アルカリ粒子間
で付着塊状化が起こることをより確実に抑止できる。ま
た、固型アルカリ槽の温度は固型アルカリの融点以下な
ので、固型アルカリが熱によって融解することもない。
これにより、固型アルカリが解けてガス通過路が閉塞す
ることをより確実に防止できる。しかも、メンテナンス
周期をより長くできてメンテナンスの手間をより低減で
きる。
【0020】尚、処理前のアンモニアガス中に水分が含
まれていても、冷却の際にアンモニアガスと炭酸ガスと
水分とが反応して固型粒子状の炭酸アンモンとなってカ
ルバミン酸アンモンと同様にフィルターで除去される。
従って、固型アルカリ槽へ到達する水分の濃度は低く抑
えられる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法の示すフローチャートを示す。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭酸ガスを不純物として含有しているア
    ンモニアガスを冷却して、アンモニアガスと炭酸ガスと
    を反応させてカルバミン酸アンモンを生成させ、このカ
    ルバミン酸アンモンをフィルターで除去し、このフィル
    ター通過後の炭酸ガスの残留しているアンモニアガス
    を、運転時のガス圧等の条件下で固型アルカリに水分が
    残留しない温度以上で、かつ、固型アルカリの融点以下
    の温度に保持した固型アルカリ槽を通過させることを特
    徴とするアンモニアガスの精製方法。
  2. 【請求項2】 前記固型アルカリ槽を60℃〜360℃
    程度の温度範囲に保持することを特徴とする請求項1に
    記載のアンモニアガスの精製方法。
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