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公開番号2025126135
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-28
出願番号2025010893
出願日2025-01-24
発明の名称アンモニアの分離方法
出願人三菱ケミカル株式会社
代理人弁理士法人 HARAKENZO WORLD PATENT & TRADEMARK
主分類B01D 71/02 20060101AFI20250821BHJP(物理的または化学的方法または装置一般)
要約【課題】高温高圧の条件下において、水素ガス、窒素ガス、及びアンモニアガスを含む複数の成分からなる混合ガスからアンモニアガスを高い透過度でゼオライト膜を透過させることによりアンモニアガスを分離できる方法を提供する。
【解決手段】水素と、窒素と、アンモニアと、を含む混合ガスをゼオライト膜に供給しアンモニアを分離する方法において、前記ゼオライト膜に供給する前記混合ガスの圧力が0.8MPaA以上20MPaA以下であり、かつ分離温度が100℃以上500℃以下であり、前記ゼオライト膜のアンモニア/窒素透過係数比が100以上であり、かつアンモニア/水素透過係数比が70以上であることを特徴とする、アンモニアの分離方法。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
水素と、窒素と、アンモニアと、を含む混合ガスをゼオライト膜に供給しアンモニアを分離する方法において、
前記ゼオライト膜に供給する前記混合ガスの圧力が０．８ＭＰａＡ以上２０ＭＰａＡ以下であり、かつ分離温度が１００℃以上５００℃以下であり、
前記ゼオライト膜のアンモニア／窒素透過係数比が１００以上であり、かつアンモニア／水素透過係数比が７０以上であることを特徴とする、アンモニアの分離方法。
続きを表示（約 530 文字）【請求項２】
前記ゼオライト膜が搭載されている分離装置内の前記混合ガスのガス線速が０．５ｃｍ／ｓｅｃ以上１０ｍ／ｓｅｃ以下であることを特徴とする、請求項１に記載のアンモニアの分離方法。
【請求項３】
前記混合ガス中のアンモニアガス濃度が５０体積％未満であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のアンモニアの分離方法。
【請求項４】
前記ゼオライト膜がアルミノ珪酸塩ゼオライト膜であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のアンモニアの分離方法。
【請求項５】
前記ゼオライト膜のアンモニア透過度が８．５×１０
－８
ｍｏｌ／（ｍ
２
・ｓ・Ｐａ）以上であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のアンモニアの分離方法。
【請求項６】
前記ゼオライト膜を構成するゼオライトのフレームワーク密度が１４．３Ｔ／ｎｍ
３
以上であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のアンモニアの分離方法。
【請求項７】
前記ゼオライト膜を構成するゼオライトの構造がＭＦＩ又はＲＨＯであることを特徴とする、請求項１又は２に記載のアンモニアの分離方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゼオライト膜を用いて、高温、高圧条件下において、アンモニアガスと、水素ガスおよび窒素ガスとを含む複数の成分からなる混合ガスからアンモニアガスを選択的に透過させてアンモニアガスを分離する方法に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、気体（ガス）の混合物の分離方法として、高分子膜やゼオライト膜などの膜を用いた膜分離、濃縮方法が提案されている。
高分子膜は、例えば、平膜や中空糸膜などへの加工性に優れる特徴を持つ一方で、膨潤しやすく、耐熱性が低いという技術的課題が残されている。また、高分子膜は、圧力により変形しやすく、それにより分離性能が低下するため、特に本発明の課題の一つとなる高温、高圧条件下でのアンモニアガスの分離においては、実用的ではない。
【０００３】
これに対し、ゼオライト膜はサブナノメートルの規則的な細孔を有し、分子ふるいとしての機能をもつため、選択的に特定の分子を透過させることができるばかりでなく、高分子膜よりも広い温度範囲での分離、濃縮が可能な高耐久性分離膜として期待されている。
【０００４】
水素ガスおよび窒素ガスを含むガスからアンモニアガスを分離する膜分離方法は、例えば、近年ではアンモニア製造プロセスへの適用が期待されている（非特許文献１）。
アンモニア生成反応は平衡反応であり、熱力学的には高圧、低温条件下での反応が好ましいとされるが、触媒の反応速度を確保するために、一般には高温、高圧の製造条件が強いられる。また、生成する混合ガス中には未反応の水素ガスと窒素ガスとがアンモニアガスと共存するために、生成物となるアンモニアガスを生成混合ガスから回収する工程では、－２０℃～－５℃程度に混合ガスを冷却してアンモニアを凝縮分離する必要がある（非特許文献２、３）。商業機プラントレベルの温度、圧力では、生成混合ガス中に含まれるアンモニアガス濃度は低濃度となってしまうため、生成混合ガスからのアンモニア冷却分離工程において、多くの未反応ガスも含めた冷却をする必要があり、多大なエネルギーを消費する特徴がある。
【０００５】
このようなエネルギー多消費型のプロセスを回避する為に、精製工程時の冷却凝縮分離法を、無機膜を用いた分離方法に代替して効率的に高濃度のアンモニアガスを回収するプロセスが提案されている（特許文献１、２）。
【０００６】
また、近年、高活性触媒の開発により、触媒反応の温度や圧力を下げることでアンモニア合成工程にかかるエネルギーを低減する研究が進められている。一方で、圧力の低下はアンモニア冷却分離工程における負荷を高くすることから、より効率的なアンモニア分離方法として高性能な膜の開発が求められている（非特許文献１）。
【０００７】
更に、特許文献３は、膜を反応器内に設置し、アンモニアガスを生成させながら同時に生成するアンモニアガスを回収する、反応分離型アンモニア製造プロセスについて報告している。このプロセスでは、原料ガスのアンモニアガスへの転化率が向上し、製造時の回収ガスの反応器へのリサイクル量を低減させることが期待されている。
【０００８】
このようにアンモニア製造プロセスに適用する分離方法として、例えば、ゼオライト膜を用いて、水素ガス、窒素ガスおよびアンモニアガスの混合ガスからアンモニアガスを選択的に透過させる方法が挙げられる。
【０００９】
特許文献２には、酸素８員環を有する特定のゼオライトを用いてアンモニアガスと水素ガスおよび／または窒素ガスの混合ガスからアンモニアガスを分離する効率的なアンモニア分離方法が提案されている。
【００１０】
また、非特許文献４には、シリカライト膜を用いたアンモニア分離についての記載があり、１００℃以下の低温でアンモニアが選択的に透過することが報告されている。同様に、非特許文献５においては、シリカライトをナノシート状にした膜で、非常に高いアンモニア透過性を持つことが報告されている。
（【００１１】以降は省略されています）

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