特許ウォッチ

公開番号2025012658
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-24
出願番号2023115666
出願日2023-07-14
発明の名称アンモニア合成システム
出願人株式会社豊田中央研究所,トヨタ自動車株式会社,国立研究開発法人産業技術総合研究所
代理人個人,個人
主分類C01C 1/04 20060101AFI20250117BHJP(無機化学)
要約【課題】アンモニアを効率的に合成することができる技術を提供する。
【解決手段】アンモニアを合成するアンモニア合成システムであって、水素と窒素とを含む反応ガスからアンモニアを合成する合成反応を促進する触媒を収容した反応器と、反応器に供給される反応ガス中の窒素に対する水素の割合であるH₂/N₂比を制御する制御部と、を備え、制御部は、触媒の劣化度合に応じてH₂/N₂比を制御する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
アンモニアを合成するアンモニア合成システムであって、
水素と窒素とを含む反応ガスからアンモニアを合成する合成反応を促進する触媒を収容した反応器と、
前記反応器に供給される前記反応ガス中の窒素に対する水素の割合であるＨ
2
／Ｎ
2
比を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記触媒の劣化度合に応じてＨ
2
／Ｎ
2
比を制御する、アンモニア合成システム。
続きを表示（約 890 文字）【請求項２】
請求項１に記載のアンモニア合成システムであって、
前記制御部は、前記反応器から送出される反応後ガス中のアンモニア濃度と前記触媒の温度とのうち少なくとも一方を前記触媒の劣化度合の指標として、Ｈ
2
／Ｎ
2
比を制御する、アンモニア合成システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のアンモニア合成システムであって、
前記制御部は、
第１基準時点における前記アンモニア濃度が前記第１基準時点より前の比較時点における前記アンモニア濃度に所定割合を乗じた比較濃度以下である場合、もしくは、前記第１基準時点における前記触媒の温度が前記比較時点における前記触媒の温度に所定割合を乗じた比較温度以下である場合、Ｈ
2
／Ｎ
2
比を減少させる減少制御を実行し、
最後に前記減少制御を実行した後の第２基準時点における前記アンモニア濃度が前記第１基準時点における前記アンモニア濃度よりも高い場合、もしくは、前記第２基準時点における前記触媒の温度が前記第１基準時点における前記触媒の温度よりも高い場合、最後の前記減少制御を実行した後のＨ
2
／Ｎ
2
比を維持する維持制御を実行し、
前記第２基準時点における前記アンモニア濃度が前記第１基準時点における前記アンモニア濃度以下である場合、もしくは、前記第２基準時点における前記触媒の温度が前記第１基準時点における前記触媒の温度以下である場合、Ｈ
2
／Ｎ
2
比を最後の前記減少制御を実行する前のＨ
2
／Ｎ
2
比に戻す回帰制御を実行し、
前記維持制御もしくは前記回帰制御を実行した後の時点を新たな前記第１基準時点とみなして、再び前記第１基準時点における前記アンモニア濃度と前記比較濃度との比較および前記第１基準時点における前記触媒の温度と前記比較温度との比較を行う、アンモニア合成システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンモニア合成システムに関する。
続きを表示（約 2,900 文字）【背景技術】
【０００２】
従来から、触媒を収容した反応器に対して、窒素（Ｎ
2
）と水素（Ｈ
2
）とを含む反応ガスを供給することによりアンモニアを合成するアンモニア合成システムが知られている。そのようなアンモニア合成システムとして、例えば、特許文献１には、パージガスや冷却器を用いて中間生成ガスを冷却するアンモニア合成システムが開示されている。また、特許文献２には、アンモニア合成に用いる循環ガス中のアンモニアガスの濃度を３体積％以上にして、アンモニア合成を実行するアンモニア合成システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１８－２０３６０３号公報
特開２０２０－６６５７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
触媒に供給される反応ガス中の窒素に対する水素の割合（Ｈ
2
／Ｎ
2
比）は、アンモニア合成速度を決定するパラメータの１つである。アンモニア合成速度を促進するために適切なＨ
2
／Ｎ
2
比は、例えば、触媒の劣化度合に応じて変動する。しかし、特許文献１，２におけるアンモニア合成システムでは、Ｈ
2
／Ｎ
2
比の制御について何ら考慮しておらず、改善の余地があった。
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、アンモニアを効率的に合成することができるアンモニア合成システム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】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【０００７】
（１）本発明の一形態によれば、アンモニア合成システムが提供される。このアンモニア合成システムは、水素と窒素とを含む反応ガスからアンモニアを合成する合成反応を促進する触媒を収容した反応器と、前記反応器に供給される前記反応ガス中の窒素に対する水素の割合であるＨ
2
／Ｎ
2
比を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記触媒の劣化度合に応じてＨ
2
／Ｎ
2
比を制御する。
【０００８】
アンモニアの合成に適した反応ガス中のＨ
2
／Ｎ
2
比は、触媒が劣化するほど小さくなる傾向にある。この構成によれば、そのような触媒の劣化度合に応じて反応ガス中のＨ
2
／Ｎ
2
比を制御することができる。したがって、触媒の劣化度合を考慮せずに調整されたＨ
2
／Ｎ
2
比の反応ガスが反応器に供給される形態と比べて、アンモニアを効率的に合成することができる。すなわち、触媒の劣化とともに反応ガス中のＨ
2
／Ｎ
2
比を触媒の活性がより促進される好適な値に近付けることから、アンモニアの製造に必要な投入エネルギーを低減することができる。
【０００９】
（２）上記形態のアンモニア合成システムにおいて、前記制御部は、前記反応器から送出される反応後ガス中のアンモニア濃度と前記触媒の温度とのうち少なくとも一方を前記触媒の劣化度合の指標として、Ｈ
2
／Ｎ
2
比を制御してもよい。
例えば、あるＨ
2
／Ｎ
2
比の反応ガスを劣化していない触媒に供給している際の反応後ガス中のアンモニア濃度と比べて、同じＨ
2
／Ｎ
2
比の反応ガスを触媒に供給している際の反応後ガス中のアンモニア濃度が低い場合、その触媒は劣化しているとみなすことができる。また、アンモニア合成反応は発熱反応であることから、あるＨ
2
／Ｎ
2
比の反応ガスを劣化していない触媒に供給している際の触媒の温度と比べて、同じＨ
2
／Ｎ
2
比の反応ガスを触媒に供給している際の触媒の温度が低い場合、その触媒は劣化しているとみなすことができる。したがって、この構成によれば、反応後ガス中のアンモニア濃度や触媒の温度を触媒劣化の指標として用いることから、精度良く触媒の劣化度合を把握しながらＨ
2
／Ｎ
2
比を制御することができる。その結果、触媒の劣化に応じたＨ
2
／Ｎ
2
比の反応ガスが反応器に供給できることから、一層効率的にアンモニアを合成することができる。
【００１０】
（３）上記形態のアンモニア合成システムにおいて、前記制御部は、第１基準時点における前記アンモニア濃度が前記第１基準時点より前の比較時点における前記アンモニア濃度に所定割合を乗じた比較濃度以下である場合、もしくは、前記第１基準時点における前記触媒の温度が前記比較時点における前記触媒の温度に所定割合を乗じた比較温度以下である場合、Ｈ
2
／Ｎ
2
比を減少させる減少制御を実行し、最後に前記減少制御を実行した後の第２基準時点における前記アンモニア濃度が前記第１基準時点における前記アンモニア濃度よりも高い場合、もしくは、前記第２基準時点における前記触媒の温度が前記第１基準時点における前記触媒の温度よりも高い場合、最後の前記減少制御を実行した後のＨ
2
／Ｎ
2
比を維持する維持制御を実行し、前記第２基準時点における前記アンモニア濃度が前記第１基準時点における前記アンモニア濃度以下である場合、もしくは、前記第２基準時点における前記触媒の温度が前記第１基準時点における前記触媒の温度以下である場合、Ｈ
2
／Ｎ
2
比を最後の前記減少制御を実行する前のＨ
2
／Ｎ
2
比に戻す回帰制御を実行し、前記維持制御もしくは前記回帰制御を実行した後の時点を新たな前記第１基準時点とみなして、再び前記第１基準時点における前記アンモニア濃度と前記比較濃度との比較および前記第１基準時点における前記触媒の温度と前記比較温度との比較を行ってもよい。
この構成によれば、反応後ガス中のアンモニア濃度や触媒の温度に応じて、減少制御や回帰制御、維持制御を実行させることによって、反応ガス中のＨ
2
／Ｎ
2
比をアンモニアの合成に好適な値に近付けることができる。したがって一層効率的にアンモニアを合成することができる。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許