[发明专利]氨合成系统和氨的制造方法

说明书

本发明的氨合成系统具备：由氮和氢合成氨的氨合成反应部(10)、对从氨合成反应部(10)排出的含氨气体进行冷却的氨冷却器(20)、将利用氨冷却器(20)液化后的氨和循环气体进行分离的气液分离器(30)、以及供给氮气和氢气的氨合成用气体供给部(40)，循环气体被供给至氨合成反应部，向氨合成部供给的循环气体中氨气的浓度为3体积％以上。本发明的氨制造方法中，使用氨气的浓度为3体积％以上的循环气体，使用氨合成催化剂，在10MPa以下的反应压力条件下使氮和氢反应而制造氨。根据本发明，能够提供减少了制造氨所需的能量的氨合成系统和氨制造方法。

技术领域

本发明涉及由氮气和氢气合成氨的氨合成系统和氨的制造方法。

背景技术

农业生产中被广泛使用的硫酸铵、尿素等氮肥是以氨为主原料制造的。因此，氨作为非常重要的化学原料，其制造方法一直被研究。

作为最广泛使用的氨制造技术，可列举哈伯法(Haber-Bosch process)。哈伯法是通过使作为原料的氮和氢与以铁为主成分的催化剂在高温高压下接触而制造氨的方法。

作为哈伯法以外的合成方法，研究了使用将钌负载于各种载体而成的负载金属催化剂的合成方法。

近年来，为了进一步削减氨的制造成本，推进了氨合成工艺的节能化。例如，专利文献1所记载的氨合成系统中，在以液体形式取出制品氨时，使用水冷式或气冷式冷却器，将含有未反应气体的氨气冷却至30～50℃的温度。由此，无需将制品氨的一部分用作冷却器制冷剂，因而在能够削减冷却成本的同时，还能够实现氨合成运行效率的提高。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016-56039号公报

发明内容

发明所要解决的课题

然而，为了使用水冷式或气冷式冷却器从含有未反应气体的氨气中以液体形式取出制品氨，有必要提高冷却时的氨气压力。专利文献1的第0021段中记载了：氨合成的反应压力为7～25MPa，更优选为10～20MPa。但实际上，为了提高以液体形式取出制品氨的效率，有必要为超过10MPa的反应压力(参照专利文献1的第0033段，在实施例中为13.8MPa)。因此，专利文献1所记载的氨合成系统中，存在如下问题：虽然能够减少为了将氨气冷却所需的能量，但是为了提高氨合成的反应压力所需的能量反而增加，氨的制造所需的总能量没怎么减少。其中，为了将氨气冷却所需的能量例如是将氨气冷却的冷却器的驱动能量。此外，为了提高氨合成的反应压力所需的能量例如是用于对气体进行压缩的气体压缩器的驱动能量。

因此，本发明的目的在于，提供能够确保氨的生产能力并减少氨的制造所需能量的氨合成系统和氨的制造方法。

用于解决课题的方法

为了解决上述课题，本发明人等进行了深入研究，结果发现，通过将氨合成时的反应压力设为规定值以下并且将氨合成所使用的循环气体中的氨气浓度设为规定值以上，能够解决上述课题，从而完成了本发明。即，本发明如下。

[1]一种氨合成系统，具备：具有1个或2个以上氨合成反应器的氨合成反应部，所述氨合成反应器使用氨合成催化剂，在10MPa以下的反应压力条件下由氮和氢合成氨；氨冷却器，对从氨合成反应部排出的、含有通过氨合成反应部合成的氨气的含氨气体进行冷却；气液分离器，将由通过氨冷却器冷却后的含氨气体生成的液化氨、以及含有未反应的氮气和氢气及氨气的循环气体进行分离；以及氨合成用气体供给部，供给加入至含氨气体和循环气体中的至少一方气体的氮气和氢气，循环气体或加入了由氨合成用气体供给部供给的氮气和氢气的循环气体被供给至氨合成反应部，供给至氨合成反应部的循环气体中氨气的浓度为3体积％以上。

[2]根据上述[1]所述的氨合成系统，在氨冷却器中对含氨气体进行冷却时的冷却温度为-40～15℃。