氨精制系統的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種能夠防止最終精制的氨的純度發生大的偏差的氨精制系統。在氨精制系統（100）中，控制單元（2）以下述方式控制原料貯存罐（1）：在原料貯存罐（1）中的液相相對于內部空間的全部容積的容積比為預先設定的閾值以上時，從液相導出粗氨，在所述容積比低于所述閾值時，從氣相導出粗氨。然后，吸附單元（4）通過吸附劑將從原料貯存罐（1）的氣相導出的氣體狀粗氨中所含有的雜質、或者從氣化器（3）導出的氣體狀氨中所含有的雜質吸附除去，導出氣體狀氨。
【專利說明】氨精制系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及對粗氨進行精制的氨精制系統。
【背景技術】
[0002]在半導體制造工序和液晶制造工序中，作為在氮化物被膜的制作等中使用的處理劑，使用高純度的氨。這樣的高純度的氨是通過對粗氨進行精制除去雜質而得到的。
[0003]粗氨中作為雜質含有氫氣、氮氣、氧氣、氬氣、一氧化碳、二氧化碳等低沸點氣體、烴等有機化合物、水分等，通常可獲得的粗氨的純度為98~99重量％左右。
[0004]作為粗氨中含有的烴等有機化合物，通常主要是碳原子數為I~4的烴，當制造用作氨的合成原料的氫氣時，若裂化氣中的油分的分離不充分、或者制造時受到由來自泵類的泵油導致的油污染，則有時也會混入沸點高的分子量大的烴類。另外，當氨中含有大量水分時，使用該氨制造的半導體等的功能有時會顯著降低，因此需要盡量減少氨中的水分。
[0005]根據半導體制造工序和液晶制造工序中使用氨的工序的種類的不同，氨中的雜質的影響方式不同。作為氨的純度，要求為99.9999重量％以上(各雜質濃度為IOOppb以下)，更優選為99.99999重量％左右。近年來，當用于制造氮化鎵那樣的發光體時，要求水分濃度低于30ppb。
[0006]作為除去粗氨中所含有的雜質的方法，已知有使用硅膠、合成沸石、活性炭等吸附劑來吸附除去雜質的方法 、蒸餾除去雜質的方法等。另外，還已知有組合吸附和蒸餾的方法。
[0007]例如，專利文獻I中公開了下述的氨精制系統，其具備:用于從液體狀粗氨中除去揮發性低的雜質的第I蒸餾塔、用于利用吸附劑將從第I蒸餾塔導出的氣體狀氨中所含有的雜質(主要為水分)吸附除去的吸附塔、和用于從吸附塔導出的氣體狀氨中除去揮發性高的雜質的第2蒸餾塔。
[0008]另外，專利文獻2中公開了下述氨的精制方法:其組合水分的吸附塔、烴的吸附塔和蒸餾塔而獲得高純度氨。另外，專利文獻3中公開了下述氨的精制方法:其通過用蒸餾塔除去沸點低的雜質后，用吸附塔從氣體狀的氨中除去水分，用催化部分離除去氧而獲得高
純度氨。
[0009]現有技術文獻
[0010]專利文獻
[0011]專利文獻1:日本特開2006-206410號公報
[0012]專利文獻2:日本特表2008-505830號公報
[0013]專利文獻3:日本特開2005-162546號公報
【發明內容】
[0014]發明要解決的課題
[0015]專利文獻I~3中公開的對氨進行精制的技術中，對于粗氨中所含有的雜質，通過吸附塔吸附除去、或通過催化部中的催化反應除去，進而用蒸餾塔蒸餾除去來對氨進行精制。但是專利文獻I~3中公開的對氨進行精制的技術中，沒有考慮到粗氨貯存時雜質濃度不均。
[0016]粗氨被貯存在貯存罐等中。通過貯存罐內的液體狀粗氨的填充量(貯存量),貯存罐中形成的氣相的雜質(特別是揮發性高的雜質)濃度不同。貯存罐內的液體狀粗氨的填充量越多，貯存罐中形成的氣相中，揮發性高的雜質濃度越增。在這樣的雜質濃度偏差大的狀態下，即使將從貯存罐導出的粗氨用吸附塔、蒸餾塔等進行精制，最終精制的氨的純度也會產生大的偏差。
[0017]因此，本發明的目的在于，提供能夠防止最終精制的氨的純度產生大的偏差的氨精制系統。
[0018]用于解決課題的手段
[0019]本發明涉及一種氨精制系統，其是對含有雜質的粗氨進行精制的氨精制系統，其特征在于，具備:
[0020]貯存部，其以形成氣相和液相的方式在內部空間貯存粗氨，并從氣相或液相導出該貯存的粗氨；
[0021]導出控制部，其計算出所述貯存部中液相的容積相對于所述內部空間的容積之比即容積比，在該容積比為預先設定的閾值以上時，控制所述貯存部以使得從液相導出一部分粗氨，在所述容積比 低于所述閾值時，控制所述貯存部以使得從氣相導出粗氨；
[0022]氣化部，其將一部分從所述貯存部的液相導出的液體狀粗氨氣化而導出氣體狀氨;和
[0023]吸附部，其通過吸附劑將從所述貯存部的氣相導出的氣體狀粗氨中所含有的雜質、或者從所述氣化部導出的氣體狀氨中所含有的雜質吸附除去，導出氣體狀氨。
[0024]另外，本發明的氨精制系統優選進一步具備部分冷凝部，其通過對從所述吸附部導出的氨進行部分冷凝而分離成氣相成分和液相成分，由此將揮發性高的雜質以氣相成分的形式分離除去，以液相成分的形式獲得經精制的液體狀氨。
[0025]另外，本發明的氨精制系統優選進一步具備蒸餾部，其通過對從所述吸附部導出的氨進行蒸餾而分離除去雜質，從而獲得經精制的液體狀氨。
[0026]另外，在本發明的氨精制系統中，所述吸附部優選具有多個吸附區域，該多個吸附區域中分別填充有選自活性炭、親水性沸石、疏水性沸石、硅膠、以及活性氧化鋁這五種吸附劑中的至少三種以上吸附劑。
[0027]發明效果
[0028]根據本發明，氨精制系統是對含有雜質的粗氨進行精制的系統，具備貯存部、導出控制部、氣化部和吸附部。貯存部以形成氣相和液相的方式在內部空間貯存粗氨，并從氣相或液相導出該貯存的粗氨。導出控制部控制貯存部中粗氨的導出動作。
[0029]導出控制部計算出作為貯存部中液相的容積相對于所述內部空間的容積之比的容積比，在該容積比為預先設定的閾值以上時，控制貯存部以使得從液相導出粗氨。另外，在所述容積比低于所述閾值時，控制貯存部以使得從氣相導出粗氨。換言之，導出控制部以下述方式構成:根據貯存部內部空間中液體狀粗氨的填充量(貯存量)，切換貯存部中粗氨的導出狀態(控制從氣相和液相中的哪一相導出粗氨的導出動作)。由此，能夠在雜質濃度偏差少的狀態下從貯存部導出粗氨。因此，能夠防止最終精制的氨的濃度發生大幅偏差。
[0030]另外，在本發明的氨精制系統中，氣化部將一部分從貯存部的液相導出的液體狀粗氨氣化而導出氣體狀氨。由此，粗氨中所含有的揮發性低的雜質(例如水分、碳原子數為6以上的烴等)殘留在液相中，從而能夠導出減少了揮發性低的雜質的氣體狀氨。然后，吸附部通過吸附劑吸附除去從貯存部的氣相導出的氣體狀粗氨中所含有的雜質、或者從氣化部導出的氣體狀氨中所含有的雜質，從而導出氣體狀氨。通過該吸附部，能夠高效地吸附除去粗氨中所含有的雜質(主要是水和有機化合物)。
[0031]另外，根據本發明，氨精制系統進一步具備部分冷凝部，該部分冷凝部通過對從吸附部導出的氨進行部分冷凝而分離成氣相成分和液相成分，由此分離除去揮發性高的雜質作為氣相成分，獲得精制的液體狀氨作為液相成分。由此，能夠將氫氣、氮氣、氧氣、気氣、一氧化碳、二氧化碳等揮發性高的雜質以氣相成分的形式分離除去，以液相成分的形式獲得精制的液體狀氨。所以，本發明的氨精制系統中，能夠不進行與回流相伴的蒸餾，通過簡化的方法精制氨，并且能夠抑制能量消耗、高效地精制氨。
[0032]另外，根據本發明，氨精制系統進一步具備蒸餾部。該蒸餾部通過對從所述吸附部導出的氨進行蒸餾，由此分離除去雜質而獲得精制的液體狀氨。
[0033]另外，根據本發明，吸附部具有多個吸附區域，該多個吸附區域分別填充有選自活性炭、親水性沸石、疏水性沸石、硅膠、以及活性氧化鋁這五種吸附劑中的至少三種以上吸附劑。由此，吸附部能夠高效地吸附除去從貯存部的氣相導出的氣體狀粗氨中所含有的雜質、或者從氣化部導出的氣體狀氨中所含有的雜質。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0034]本發明的目的、特點和優點通過下述詳細的說明和附圖而變得更加明確。
[0035]圖1為表示本發明的第I實施方式的氨精制系統100的構成的圖。
[0036]圖2為表示本發明的第2實施方式的氨精制系統200的構成的圖。
[0037]圖3為表示本發明的第3實施方式的氨精制系統300的構成的圖。
【具體實施方式】
[0038]下面參考附圖對本發明優選的實施方式進行詳細說明。
[0039]圖1為表示本發明的第I實施方式的氨精制系統100的構成的圖。本實施方式的氨精制系統100是對含有雜質的液體狀粗氨進行精制的系統。氨精制系統100通過包含作為貯存部的原料貯存罐1、作為導出控制部的控制單元2、作為氣化部的氣化器3、作為吸附部的吸附單元4、作為部分冷凝部的冷凝器5、以及回收罐61而構成。
[0040]原料貯存罐I為貯存粗氨的容器。本實施方式中，原料貯存容器I中貯存的粗氨的純度為99重量％以上、優選純度為99.0~99.9重量％。
[0041]原料貯存罐I只要是具有耐壓性和耐腐蝕性的保溫容器就沒有特別限制。該原料貯存罐I將粗氨以液體狀氨的形式貯存，并被控制成規定的溫度和壓力。原料貯存罐I具有圓柱狀的內部空間，在該內部空間中貯存有液體狀粗氨的狀態下，在原料貯存罐I的上部形成有氣相，在下部形成有液相。另外，原料貯存罐I中，為了使一部分在原料貯存罐I內貯存的液體狀粗氨氣化來使氣相中的氨濃度升高，設有對液體狀粗氨進行加熱的加熱裝置11。
[0042]在原料貯存罐I上連接有排氣配管70，該排氣配管70連通原料貯存罐I與外部，成為用于將分配在氣相中的揮發性高的雜質(例如氫氣、氮氣、氧氣、気氣、一氧化碳、二氧化碳等)排出到外部的流路。在該排氣配管70上設有開放或封閉排氣配管70中的流路的排氣閥門701。本實施方式的氨精制系統100以能夠實施下述排出動作的方式構成:通過開放排氣閥門701，從貯存在原料貯存罐I內的粗氨中排出除去揮發性高的雜質。具體而言，液體狀粗氨在原料貯存罐I內貯存0.5~3天后，使排氣閥門701開放10~300分鐘。由此，能夠經由排氣配管70將分配到在原料貯存罐I中形成的氣相中的粗氨中揮發性高的雜質排出。
[0043]另外，本實施方式中，原料貯存罐I以能夠將貯存的粗氨從氣相和液相中的任一相中導出的方式構成。
[0044]在原料貯存罐I的下部(形成有液相的部分)連接有成為導出液體狀粗氨的配管的第I配管71。第I配管71的與原料貯存罐I連接側的相反側的端部與氣化器3連接。另外，在第I配管71上設有開放或封閉第I配管71中的流路的第I排氣閥門711。貯存在原料貯存罐I中的粗氨在開放第I排氣閥門711的狀態下，從在原料貯存罐I中形成的液相中以液體狀粗氨的形式導出。這樣從原料貯存罐I導出的液體狀粗氨流過第I配管71，供給至氣化器3。從原料貯存罐I導出的液體狀粗氨通過氣化器3氣化，以氣體狀氨的形式供給至流量調節器63。這樣通過氣化器3氣化而成的氣體狀氨通過流量調節器63對流量進行調節，供給至吸附單元4。
[0045]另外，在原料貯存罐I的上部(形成有氣相的部分)連接有成為導出氣體狀粗氨的配管的第2配管72。第2配管72的與原料貯存罐I連接側的相反側的端部與流量調節器63連接。另外，在第2配管72上設有開放或封閉第2配管72中的流路的第2排氣閥門721。
[0046]貯存在原料貯存罐I中的粗氨在開放第2排氣閥門721的狀態下，從在原料貯存罐I中形成的氣相中以氣體狀粗氨的形式導出。這樣從原料貯存罐I導出的氣體狀粗氨流過第2配管72，供給至流量調節器63。然后，氣體狀粗氨通過流量調節器63對流量進行調節，供給至吸附單元4。
[0047]控制單元2控制原料貯存罐I中的粗氨的導出動作。該控制單元2計算出原料貯存罐I中液相的容積相對于內部空間的容積之比即容積比，在該容積比為預先設定的閾值以上時，控制原料貯存罐I的粗氨的導出動作以使得從原料貯存罐I中形成的液相導出液體狀粗氨。另外，該控制單元2在所述容積比低于預先設定的所述閾值時，控制原料貯存罐I的粗氨的導出動作以使得從原料貯存罐I中形成的氣相導出氣體狀粗氨。
[0048]本實施方式中，控制單元2具有檢測部21和導出切換控制部22。檢測部21例如通過液面傳感器等實現，檢測出貯存在原料貯存罐I內的液體狀粗氨在內部空間中的液面高度。只要預先已知內部空間大小的尺寸，就能夠利用液面高度計算出所述容積比。特別是在與底面平行的截面為恒定的內部空間中，液面高度相對于內部空間的高度之比與所述容積比相同，因此易于計算出容積比。
[0049]本實施方式中，原料貯存罐I中形成的內部空間為圓柱狀，因此是與圓形的底面平行的截面為恒定的內部空間。所以，液面高度相對于內部空間的高度之比與所述容積比相同。于是，導出切換控制部22利用原料貯存罐I的內部空間的高度值和通過檢測部21檢測出的液面高度值計算出液面高度相對于內部空間高度之比((液面高度/內部空間高度)，以下稱為“高度比”)作為相當于所述容積比的值。
[0050]進而，導出切換控制部22在上述高度比為預先設定的閾值(本實施方式中閾值=1/2)以上時，控制原料貯存罐I的粗氨的導出動作以使得從原料貯存罐I中形成的液相導出液體狀粗氨。另外，導出切換控制部22在所述高度比低于預先設定的所述閾值時，控制原料貯存罐I的粗氨的導出動作以使得從原料貯存罐I中形成的氣相導出氣體狀粗氨。
[0051]換言之，在原料貯存罐I內檢測部21檢測出液體狀粗氨填充到原料貯存罐I的高度的1/2 (相當于所述閾值)以上的高度位置時，本實施方式的氨精制系統100按照如下方式構成:導出切換控制部22開放第I閥門711，同時封閉第2閥門721，液體狀粗氨從原料貯存罐I中形成的液相流經第I配管71而導出。另外，在原料貯存罐I內檢測部21檢測出液體狀粗氨填充到低于原料貯存罐I的高度的1/2 (相當于所述閾值)的高度位置時，氨精制系統100按下述方式構成:導出切換控制部22開放第2閥門721，同時封閉第I閥門711，氣體狀粗氨從原料貯存罐I中形成的氣相流經第2配管72而導出。
[0052]根據原料貯存罐I內液體狀粗氨的填充量(貯存量),原料貯存罐I中形成的氣相雜質(特別是揮發性高的雜質)濃度不同。原料貯存罐I內的液體狀粗氨的填充量越多，在原料貯存罐I中形成的氣相中揮發性高的雜質的濃度變得越高。另外，原料貯存罐I內的液體狀粗氨的填充量越少，在原料貯存罐I中形成的液相中揮發性低的雜質(例如水、碳原子數大的有機化合物)的濃度變得越高。即，從原料貯存罐I中形成的液相導出液體狀粗氨時，隨著原料貯 存罐I內液體狀粗氨的填充量減少，揮發性低的雜質濃度高的粗氨從原料貯存罐I的液相導出。
[0053]于是，如前所述，本實施方式的氨精制系統100按如下所述構成:根據原料貯存罐I內的液體狀粗氨的填充量，切換粗氨的導出狀態(控制從氣相和液相中的哪一相導出粗氨的導出動作)。由此，能夠在雜質濃度的偏差少的狀態下從原料貯存罐I導出粗氨。所以，能夠防止最終精制的氨的純度發生大的偏差。
[0054]氣化器3將一部分從原料忙存罐I的液相導出的液體狀粗氨氣化。即，氣化器3對液體狀粗氨進行加熱，以規定的氣化率氣化而分離成氣相成分和液相成分，導出氣體狀的氨。氣化器3對一部分液體狀粗氨進行氣化，因此粗氨中所含有的揮發性低的雜質(例如水分、碳原子數為6以上的烴等)在液相中殘留，從而能夠導出減少了揮發性低的雜質的氣體狀氨。
[0055]本實施方式中，氣化器3對于從原料貯存罐I的液相導出的液體狀粗氨以90~95體積％的氣化率進行氣化，分離成氣相成分和液相成分。在這種情況下，從原料貯存罐I導出的液體狀粗氨的90~95體積％成為氣相成分，5~10體積％成分液相成分。
[0056]在氣化器3上連接有設有第3閥門731的第3配管73、和設有第4閥門741的第4配管74。此外，第3配管73是從氣化器3導出的氣體狀氨向吸附單元4流動的配管，與流量調節器63連接。在氣化器3中，作為液相成分從氨中分離除去的揮發性低的雜質在開放第4閥門741的狀態下，流經第4配管74而排出到系統外部。另外，在氣化器3中，作為氣相成分獲得的氣體狀氨在開放第3閥門731的狀態下，流經第3配管73供給至流量調節器63。[0057]在流量調節器63上連接有第5配管75，該第5配管成為從原料貯存罐I的氣相導出的氣體狀粗氨、或者從氣化器3導出的氣體狀氨向吸附單元4流動的流路。在該第5配管75上連接有從第5配管75分支出來的第6配管76、第7配管77以及第8配管78。
[0058]第6配管76從第5配管75分支出來而與后述的第I吸附塔41的塔頂部連接。在該第6配管76上設有開放或封閉第6配管76中的流路的第6閥門761。第7配管77從第5配管75分支出來而與后述的第2吸附塔42的塔頂部連接。在該第7配管77上設有開放或封閉第7配管77中的流路的第7閥門771。第8配管78從第5配管75分支出來而與后述的第3吸附塔43的塔頂部連接。在該第8配管78上設有開放或封閉第8配管78中的流路的第8閥門781。
[0059]通過流量調節器63調節了流量的氣體狀氨在開放第6閥門761、且封閉第7閥門771和第8閥門781的狀態下，流過第5配管75和第6配管76，供給至第I吸附塔41。另外，通過流量調節器63調節了流量的氣體狀氨在開放第7閥門771、且封閉第6閥門761和第8閥門781的狀態下，流過第5配管75和第7配管77，供給至第2吸附塔42。另外，通過流量調節器63調節了流量的氣體狀氨在開放第8閥門781、且封閉第6閥門761和第7閥門771的狀態下，流過第5配管75和第8配管78，供給至第3吸附塔43。
[0060]吸附單元4將從原料貯存罐I的氣相導出的氣體狀粗氨中所含有的雜質、或者從氣化部導出的氣體狀氨中所含有的雜質吸附除去來精制。吸附單元4含有作為吸附部分的第I吸附塔41、第2吸附塔42、以及第3吸附塔43而構成。
[0061]第I吸附塔41只要填充有能夠吸附除去經由流量調節器63供給的氣體狀氨中所含有的雜質的吸附劑，則可以為任何構成。本實施方式中，第I吸附塔41具有下述結構:從塔頂部向塔底部(從氨的流動方向上游側向下游側)依次設有塔頂吸附區域411、塔中間吸附區域412、以及塔底吸附區域413。
[0062]塔頂吸附區域411、塔中間吸附區域412、以及塔底吸附區域413是選自活性炭、親水性沸石、疏水性沸石、硅膠、以及活性氧化鋁這五種吸附劑中的至少三種吸附劑分別填充而成的區域。作為親水性沸石，可以舉出MS-3A (細孔徑為3 A的多孔質合成沸石)、MS-4A(細孔徑為4 A的多孔質合成沸石)、MS-5A (細孔徑為5 A的多孔質合成沸石)、MS-13X (細孔徑為9 A的多孔質合成沸石)等，作為疏水性沸石，可以舉出高硅型(二氧化硅/氧化鋁比聞)沸石等。
[0063]塔頂吸附區域411主要是吸附除去水的吸附區域，是填充有選自對水具有高吸附能力的活性炭、MS-13X、活性氧化鋁中的一種或多種多孔質吸附劑而成的吸附區域。塔中間吸附區域412主要是吸附除去碳原子數低于5的有機化合物的吸附區域，是填充有選自對碳原子數低于5的有機化合物具有高吸附能力的疏水性沸石、親水性沸石、硅膠中的一種或多種多孔質吸附劑而成的吸附區域。塔底吸附區域413主要是吸附除去碳原子數為5以上的有機化合物和水的吸附區域，是填充有選自對碳原子數為5以上的有機化合物和水具有高吸附能力的活性炭、 MS-13X中的一種或多種多孔質吸附劑而成的吸附區域。
[0064]第2吸附塔42具有下述結構:從塔頂部向塔底部(從氨的流動方向上游側向下游偵D依次設有塔頂吸附區域421、塔中間吸附區域422、以及塔底吸附區域423。在第2吸附塔42中，塔頂吸附區域421與第I吸附塔41的塔頂吸附區域411同樣地構成，塔中間吸附區域422與第I吸附塔41的塔中間吸附區域412同樣地構成，塔底吸附區域423與第I吸附塔41的塔底吸附區域413同樣地構成。
[0065]第3吸附塔43具有下述結構:從塔頂部向塔底部(從氨的流動方向上游側向下游偵D依次設有塔頂吸附區域431、塔中間吸附區域432、以及塔底吸附區域433。在第3吸附塔43中，塔頂吸附區域431與第I吸附塔41的塔頂吸附區域411同樣地構成，塔中間吸附區域432與第I吸附塔41的塔中間吸附區域412同樣地構成，塔底吸附區域433與第I吸附塔41的塔底吸附區域413同樣地構成。
[0066]第I吸附塔41、第2吸附塔42以及第3吸附塔43中使用的吸附劑能夠通過加熱、減壓、加熱以及減壓中的任一種處理，使吸附的雜質(水分和烴等有機化合物)脫離而再生。例如在通過加熱處理使吸附在吸附劑上的雜質脫離時，在200~350°C的溫度下加熱即可。
[0067]另外，在本實施方式的氨精制系統100中，第I吸附塔41、第2吸附塔42以及第3吸附塔43的溫度控制成O~60°C，壓力控制成0.1~1.0MPa。在第I吸附塔41、第2吸附塔42以及第3吸附塔43的溫度低于0°C時，有可能需要將在雜質的吸附除去時生成的吸附熱除去的冷卻，從而能量效率降低。在第I吸附塔41、第2吸附塔42以及第3吸附塔43的溫度超過60°C時，吸附劑對雜質的吸附能力有可能降低。另外，在第I吸附塔41、第2吸附塔42以及第3吸附塔43的壓力低于0.1MPa時，吸附劑對雜質的吸附能力有可能降低，在壓力超過1.0MPa時，為了維持一定壓力而需要大量的能量，從而能量效率有可能降低。
[0068]另外，第I吸附塔41、第2吸附塔42以及第3吸附塔43中的線速度(Iinearvelocity)優選為0.1~ 10.0m/秒。在線速度低于0.1m/秒時，吸附除去雜質需要長時間，因而不優選，在線速度超過10.0m/秒時，在吸附除去雜質時生成的吸附熱無法充分除去，吸附劑對雜質的吸附能力有可能降低。此外，所述線速度是下述值:每單位時間將氣體狀氨供給至第I吸附塔41、第2吸附塔42以及第3吸附塔43的量換算成NTP中的氣體體積，并除以各吸附塔的空塔截面積而求得。
[0069]另外，在本實施方式的氨精制系統100中，優選對從第I吸附塔41、第2吸附塔42以及第3吸附塔43導出的氨中所含有的雜質濃度進行分析。作為對氨中所含有的雜質濃度進行分析的裝置，可以舉出氣相色譜分析裝置(GC-PDD:脈沖放電型檢測器)。作為該氣相色譜分析裝置的具體例，例如可以舉出GL Sciences株式會社制的GC-4000。可以基于由氣相色譜分析裝置得到的分析結果，設定后述冷凝器5中的部分冷凝條件(設定冷凝率等)。
[0070]在第I吸附塔41的塔底部連接有從第I吸附塔41導出的氣體狀氨流過的第9配管79。在該第9配管79上設有開放或封閉第9配管79中的流路的第9閥門791。在第2吸附塔42的塔底部連接有從第2吸附塔42導出的氣體狀氨流過的第10配管80。在該第10配管80上設有開放或封閉第10配管80中的流路的第10閥門801。在第3吸附塔43的塔底部連接有從第3吸附塔43導出的氣體狀氨流過的第11配管81。在該第11配管81上設有開放或封閉第11配管81中的流路的第11閥門811。
[0071]另外，在第9配管79上連接有從第9配管79上分支出來的第12配管82。該第12配管82從第9配管79分支出來并與第7配管77連接，成為用于將從第I吸附塔41導出的氣體狀氨導入到第2吸附塔42中的流路。在第12配管82上設有開放或封閉第12配管82中的流路的第12閥門821。在第12配管82上連接有從第12配管82上分支出來的第13配管83。該第13配管83從第12配管82分支出來并與第8配管78連接，成為用于將從第I吸附塔41導出的氣體狀氨導入到第3吸附塔43中的流路。在第13配管83上設有開放或封閉第13配管83中的流路的第13閥門831。
[0072]另外，在第10配管80上連接有從第10配管80上分支出來的第14配管84和第15配管85。第14配管84從第10配管80分支出來并與第6配管76連接，成為用于將從第2吸附塔42導出的氣體狀氨導入到第I吸附塔41中的流路。在第14配管84上設有開放或封閉第14配管84中的流路的第14閥門841。第15配管85從第10配管80分支出來并與第8配管78連接，成為將從第2吸附塔42導出的氣體狀氨導入到第3吸附塔43中的流路。在第15配管85上設有開放或封閉第15配管85中的流路的第15閥門851。
[0073]另外，在第11配管81上連接有從第11配管81上分支出來的第16配管86。該第16配管86從第11配管81分支出來并與第6配管76連接，成為用于將從第3吸附塔43導出的氣體狀氨導入到第I吸附塔41中的流路。在第16配管86上設有開放或封閉第16配管86中的流路的第16閥門861。在第16配管86上連接有從第16配管86上分支出來的第17配管87。該第17配管87從第17配管87分支出來并與第7配管77連接，成為用于將從第3吸附塔43導出的氣體狀氨導入到第2吸附塔42中的流路。在第17配管87上設有開放或封閉第17配管87中的流路的第17閥門871。
[0074]另外，第9配管79、第10配管80以及第11配管81中，在氣體狀氨的流動方向下游側端部上連接有第18配管88。對于該第18配管88供給從第I吸附塔41、第2吸附塔42以及第3吸附塔43中的任一吸附塔導出的氣體狀氨。然后，在第18配管88上設有從第18配管88分支出來而與冷凝器5連接的第19配管89。
[0075]在如上所述構成的氨精制系統100中，關于第I吸附塔41、第2吸附塔42以及第3吸附塔43的連接，有以下6種連接模式。
[0076]第I連接模式是使經流量調節器63調節了流量的氣體狀氨依次通過第I吸附塔41、第2吸附塔42的連接模 式。第I連接模式中，開放第6閥門761、第10閥門801以及第12閥門821，封閉第7閥門771、第8閥門781、第9閥門791、第11閥門811、第13閥門831、第14閥門841、第15閥門851、第16閥門861以及第17閥門871。
[0077]由此，從流量調節器63導出的氣體狀氨流過第6配管76而導入至第I吸附塔41中，從第I吸附塔41導出的氣體狀氨流過第9配管79和第12配管82導入至第2吸附塔42，從第2吸附塔42導出的氣體狀氨流過第10配管80而供給至第18配管88，氣體狀氨從該第18配管88導入到冷凝器5。
[0078]這樣的第I連接模式中，能夠用第I吸附塔41和第2吸附塔42吸附除去氣體狀氨中所含有的雜質，因此能夠提高對雜質的吸附除去能力。此外，第I連接模式中，沒有實施第3吸附塔43的吸附除去動作，因此能夠對該第3吸附塔43進行再生處理。
[0079]第2連接模式是使從流量調節器63導出的氣體狀氨依次通過第I吸附塔41、第3吸附塔43的連接模式。第2連接模式中，開放第6閥門761、第11閥門811以及第13閥門831，封閉第7閥門771、第8閥門781、第9閥門791、第10閥門801、第12閥門821、第14閥門841、第15閥門851、第16閥門861以及第17閥門871。
[0080]由此，從流量調節器63導出的氣體狀氨流過第6配管76而導入至第I吸附塔41，從第I吸附塔41導出的氣體狀氨流過第9配管79、第12配管82以及第13配管83導入至第3吸附塔43，從第3吸附 塔43導出的氣體狀氨流過第11配管81而供給至第18配管88，氣體狀氨從該第18配管88導入到冷凝器5。[0081]這樣的第2連接模式中，能夠用第I吸附塔41和第3吸附塔43吸附除去氣體狀氨中所含有的雜質，因此能夠提高對雜質的吸附除去能力。此外，第2連接模式中，沒有實施第2吸附塔42中的吸附除去動作，因此能夠對該第2吸附塔42進行再生處理。
[0082]第3連接模式是使從流量調節器63導出的氣體狀氨依次通過第2吸附塔42、第I吸附塔41的連接模式。第3連接模式中，開放第7閥門771、第9閥門791以及第14閥門841，封閉第6閥門761、第8閥門781、第10閥門801、第11閥門811、第12閥門821、第13閥門831、第15閥門851、第16閥門861以及第17閥門871。
[0083]由此，從流量調節器63導出的氣體狀氨流過第7配管77導入至第2吸附塔42，從第2吸附塔42導出的氣體狀氨流過第10配管80和第14配管84導入至第I吸附塔41，從第I吸附塔41導出的氣體狀氨流過第9配管79供給至第18配管88，氣體狀氨從該第18配管88導入到冷凝器5。
[0084]這樣的第3連接模式中，能夠用第I吸附塔41和第2吸附塔42吸附除去氣體狀氨中所含有的雜質，因此能夠提高對雜質的吸附除去能力。此外，第3連接模式中，沒有實施第3吸附塔43中的吸附除去動作，因此能夠對該第3吸附塔43進行再生處理。
[0085]第4連接模式是使從流量調節器63導出的氣體狀氨依次通過第2吸附塔42、第3吸附塔43的連接模式。第4連接模式中，開放第7閥門771、第11閥門811以及第15閥門851，封閉第6閥門761、第8閥門781、第9閥門791、第10閥門810、第12閥門821、第13閥門831、第14閥門841、第16閥門861以及第17閥門871。
[0086]由此，從流量調節器63導出的氣體狀氨流過第7配管77導入至第2吸附塔42，從第2吸附塔42導出的氣體狀氨流過第10配管80和第15配管85導入至第3吸附塔43，從第3吸附塔43導出的氣體狀氨流過第11配管81供給至第18配管88，氣體狀氨從該第18配管88導入到冷凝器5。
[0087]這樣的第4連接模式中，能夠用第2吸附塔42和第3吸附塔43吸附除去氣體狀氨中所含有的雜質，因此能夠提高對雜質的吸附除去能力。此外，第4連接模式中，沒有實施第I吸附塔41中的吸附除去動作，因此能夠對該第I吸附塔41進行再生處理。
[0088]第5連接模式是使從流量調節器63導出的氣體狀氨依次通過第3吸附塔43、第I吸附塔41的連接模式。第5連接模式中，開放第8閥門781、第9閥門791以及第16閥門861，封閉第6閥門761、第7閥門771、第10閥門801、第11閥門811、第12閥門821、第13閥門831、第14閥門841、第15閥門851以及第17閥門871。
[0089]由此，從流量調節器63導出的氣體狀氨流過第8配管78導入至第3吸附塔43，從第3吸附塔43導出的氣體狀氨流過第11配管81和第16配管86導入至第I吸附塔41，從第I吸附塔41導出的氣體狀氨流過第9配管79供給至第18配管88，氣體狀氨從該第18配管88導入到冷凝器5。
[0090]這樣的第5連接模式中，能夠用第I吸附塔41和第3吸附塔43吸附除去氣體狀氨中所含有的雜質，因此能夠提高對雜質的吸附除去能力。此外，第5連接模式中，沒有實施第2吸附塔42中的吸附除去動作，因此能夠對該第2吸附塔42進行再生處理。
[0091]第6連接模式是使從流量調節器63導出的氣體狀氨依次通過第3吸附塔43、第2吸附塔42的連接模式。第6連接模式中，開放第8閥門781、第10閥門801以及第17閥門871，封閉第6閥門761、 第7閥門771、第9閥門791、第11閥門811、第12閥門821、第13閥門831、第14閥門841、第15閥門851以及第16閥門861。
[0092]由此，從流量調節器63導出的氣體狀氨流過第8配管78導入至第3吸附塔43，從第3吸附塔43導出的氣體狀氨流過第11配管81、第16配管86以及第17配管87導入至第2吸附塔42，從第2吸附塔42導出的氣體狀氨流過第10配管80供給至第18配管88，氣體狀氨從該第18配管88導入到冷凝器5。
[0093]這樣的第6連接模式中，能夠用第2吸附塔42和第3吸附塔43吸附除去氣體狀氨中所含有的雜質，因此能夠提高對雜質的吸附除去能力。此外，第6連接模式中，沒有實施第I吸附塔41中的吸附除去動作，因此能夠對該第I吸附塔41進行再生處理。
[0094]從第I吸附塔41、第2吸附塔42、或者第3吸附塔43導出的氣體狀氨供給至冷凝器5。冷凝器5通過將從第I吸附塔41、第2吸附塔42、或者第3吸附塔43導出的氣體狀氨部分冷凝而分離成氣相成分和液相成分，由此將氨中所含有的氫氣、氮氣、氧氣、気氣、一氧化碳、二氧化碳等揮發性高的雜質以氣相成分的形式分離除去，以液相成分的形式獲得經精制的液體狀氨。
[0095]作為冷凝器5，可以舉出多管式冷凝器、平板式熱交換器等，本實施方式中，采用多管式冷凝器作為冷凝器5。冷凝器5將從第I吸附塔41、第2吸附塔42或第3吸附塔43導出的氣體狀氨的70~99體積％冷凝而分離成氣相成分和液相成分。在該情況下，按照從第I吸附塔41、第2吸附塔42或第3吸附塔43導出的氣體狀氨的一部分即I~30體積％成為氣相成分的方式進行冷凝而分離成氣相成分和液相成分。由此，能夠將吸附除去后的氣體狀氨中所含有的揮發性高的雜質以氣相成分的形式分離除去，以液相成分的形式高收率地得到精制后的液體狀氨。
[0096]另外，作為冷凝器5中的冷凝條件，只要是從第I吸附塔41、第2吸附塔42或第3吸附塔43導出的氣體狀氨的一部分成為液體的條件，就沒有限定，溫度、壓力和時間適當設定即可。本實施方式中，冷凝器5優選按照下述方式構成:將從第I吸附塔41、第2吸附塔42或第3吸附塔43導出的氣體狀氨在-77~40°C的溫度下進行冷凝而分離成氣相成分和液相成分。由此，能夠將從第I吸附塔41、第2吸附塔42或第3吸附塔43導出的氣體狀氨高效地冷凝而得到精制后的液體狀氨，同時能夠提高該液體狀氨的純度。冷凝器5中對氣體狀氨進行冷凝時的溫度低于_77°C時，由于冷卻需要很多的能量，因而不優選；當超過40°C時，由于氨的一部分冷凝而得到的液體狀氨中含有的雜質濃度增高，因此不優選。
[0097]另外，冷凝器5優選按照下述方式構成:將從第I吸附塔41、第2吸附塔42或第3吸附塔43導出的氣體狀氨在0.007~2.0MPa的壓力下進行冷凝而分離成氣相成分和液相成分。當冷凝器5中對氣體狀氨進行冷凝時的壓力低于0.007MPa時，使氨冷凝的溫度降低，因此冷卻需要很多的能量，因而不優選；當超過2.0MPa時，由于使氨冷凝的溫度增高，因此氨的一部分冷凝而得到的液體狀氨中含有的雜質濃度增高，因而不優選。
[0098]本實施方式的氨精制系統100中，冷凝器5由于將從第I吸附塔41、第2吸附塔42或第3吸附塔43導出的氣體狀氨的一部分冷凝而分離成氣相成分和液相成分，因此能夠將揮發性高的雜質以氣相成分的形式分離除去，以液相成分的形式得到精制后的液體狀氨。因此，即使不像以往技術那樣設置蒸餾部，也能夠通過簡化的系統對氨進行精制。
[0099]通過精密蒸餾將粗氨中所含有的雜質分離除去時，邊實施回流邊進行蒸餾，因此重復下述操作:用蒸餾塔使液體狀氨加熱蒸發而形成氣體狀氨，另一方面，用蒸餾塔的塔頂部的冷凝器使來自精餾塔的氣體狀氨冷凝而形成液體狀氨。所以，在精餾操作時在該操作中投入大量能量。
[0100]相對于此，在通過冷凝器5的部分冷凝將氨中所含有的雜質分離除去時，僅使氣體狀氨冷凝I次，因此其所需的能量很少即可。這樣可知，與利用精餾的氨的精制方法相t匕，利用冷凝器5中的部分冷凝的精制方法不僅可短時間地獲得高純度的氨，而且能量方面也有很大價值。
[0101]為了獲得高純度的氨，需要按照下述方式進行冷凝器5的運行:通過冷凝器5的部分冷凝而以液相成分的形式獲得的液體狀氨快速地從冷凝器5導出，在冷凝器5的內部僅存在未冷凝的氣相成分。
[0102]在冷凝器5上連接有設置有第20閥門901的第20配管90、和設置有第21閥門911的第21配管91。此外，第20配管90連接在冷凝器5與回收罐61之間。
[0103]冷凝器5中，以氣相成分的形式從氨分離除去的揮發性高的雜質在開放第21閥門911的狀態下，通過第21配管91排出到體系外。另外，冷凝器5中，以液相成分的形式獲得的液體狀氨在開放第20閥門901的狀態下，通過第20配管90供給至回收罐61。
[0104]回收罐61用于貯存在冷凝器5中作為液相成分獲得的液體狀氨。在回收罐61上連接有第22配管92，該第22配管92連通回收罐61與外部，成為用于將氣相成分排出到外部的流路。在該第22配管92上設有開放或封閉第22配管92中的流路的第22閥門921。本實施方式的氨精制系統100以能夠實施下述排出動作的方式構成:在封閉第20閥門901的狀態下開放第22閥門921，由此從貯存在回收罐61內的液體狀氨中排出除去揮發性高的雜質。通過實施該回收罐61中的排出動作，能夠更加提高貯存在回收罐61內的液體狀氨的純度。
[0105]另外，回收罐61在一定條件下控制溫度和壓力，以使得能夠以液體狀態貯存氨。在回收罐61和冷凝器5上經由第23配管93連接有冷卻液送液裝置64。在第23配管93中流過從冷卻液送液裝置送過來的冷卻液，通過該冷卻液的冷卻能力將回收罐61和冷凝器5維持在規定的溫度。
[0106]在回收罐61上經由設有第24閥門941的第24配管94連接有填充裝置62。貯存在回收罐61中的液體狀氨通過開放第24閥門941而流過第24配管94供給至填充裝置62。這樣供給至填充裝置62的氨通過填充裝置62填充在制品填充容器等中。
[0107]如上所述構成的本實施方式的氨精制系統100按照根據原料罐I內的液體狀粗氨的填充量來切換粗氨的導出狀態的方式構成，因此，能以雜質濃度的偏差少的狀態從原料貯存罐I導出粗氨。由此，能夠防止最終精制的氨的純度產生大的偏差。
[0108]此外，本實施方式的氨精制系統100中，通過填充有吸附劑的第I吸附塔41、第2吸附塔42及第3吸附塔43，吸附除去粗氨中所含有的雜質，因此能夠高效地吸附除去粗氨中所含有的雜質(主要是水和有機化合物)。然后，冷凝器5將從第I吸附塔41、第2吸附塔42或第3吸附塔43導出的氨部分冷凝而分離成氣相成分和液相成分，因此能夠將氫氣、氮氣、氧氣、氬氣、一氧化碳、二氧化碳等揮發性高的雜質以氣相成分的形式分離除去，以液相成分的形式獲得經精制的液體狀氨。所以，本實`施方式的氨精制系統100中，能夠不像現有技術那樣進行伴隨回流的蒸餾，通過簡化的方法精制氨，并且能夠抑制能量消耗、高效地精制氨。[0109]圖2為表示本發明的第2實施方式的氨精制系統200的構成的圖。本實施方式的氨精制系統200與前述的氨精制系統100類似，關于對應的部分附加相同的參照符號并省略說明。氨精制系統200中，代替氨精制系統100具備的冷凝器5，具備作為蒸餾部發揮功能的第1蒸餾塔202和第2蒸餾塔203，進一步具備分析部201和全冷凝器204。另外，氨精制系統200具備吸附單元4A，該吸附單元4A的構成與前述吸附單元4的構成不同。對于氨精制系統200中的其它構成，與氨精制系統100相同。
[0110]吸附單元4A將從流量調節器63導出的氣體狀氨中所含有的雜質吸附除去而進行精制。本實施方式中，吸附單元4A包含第1吸附塔41A、第2吸附塔42A、以及第3吸附塔43A而構成。
[0111]第1吸附塔41A只要填充有能夠將經由流量調節器63供給的氣體狀氨中所含有的雜質吸附除去的吸附劑，則可以為任何構成。本實施方式中，第1吸附塔41A具有下述結構:從塔頂部向塔底部(從氨的流動方向上游側向下游側)依次設有塔頂吸附區域411A和塔底吸附區域412A。
[0112]塔頂吸附區域411A和塔底吸附區域412A是選自活性炭、親水性沸石、疏水性沸石、硅膠、以及活性氧化鋁這五種吸附劑中的至少兩種吸附劑分別填充而成的區域。
[0113]塔頂吸附區域411A主要是吸附除去水的吸附區域，是填充有選自對水具有高吸附能力的活性炭、MS-13X、活性氧化鋁中的一種或多種多孔質吸附劑而成的吸附區域。塔底吸附區域412A主要是吸附除去有機化合物和水的吸附區域，是填充有選自對碳原子數低于5的有機化合物具有高吸附能力的疏水性沸石、親水性沸石、硅膠、對碳原子數為5以上的有機化合物和水具有高吸附能力的活性炭、MS-13X中的一種或多種多孔質吸附劑而成的吸附區域。
[0114]第2吸附塔42A具有下述結構:從塔頂部向塔底部(從氨的流動方向上游側向下游偵D依次設有塔頂吸附區域421A和塔底吸附區域422A。在第2吸附塔42A中，塔頂吸附區域421A與第1吸附塔41A的塔頂吸附區域411A同樣地構成，塔底吸附區域422A與第I吸附塔41A的塔底吸附區域412A同樣地構成。
[0115]第3吸附塔43A具有下述結構:從塔頂部向塔底部(從氨的流動方向上游側向下游偵D依次設有塔頂吸附區域431A和塔底吸附區域432A。在第3吸附塔43A中，塔頂吸附區域431A與第1吸附塔41A的塔頂吸附區域411A同樣地構成，塔底吸附區域432A與第1吸附塔41A的塔底吸附區域412A同樣地構成。
[0116]另外，在本實施方式的氨精制系統200中，在供給從第I吸附塔41A、第2吸附塔42A以及第3吸附塔43A中的任一個吸收塔導出的氣體狀氨的第18配管88上，設有從第18配管88分支出來而與分析部201連接的第30配管210、和從第18配管88分支出來而與第I蒸餾塔202連接的第19配管89。
[0117]流過第18配管88的氨通過開放第30閥門2101而流過第30配管導入到分析部201。
[0118]分析部201對從吸附單元4A導出的氣體狀氨中所含有的雜質濃度進行分析。分析部201包含氣相色譜分析裝置(GC-PDD:脈沖放電型檢測器)和光腔衰蕩光譜分析裝置(CRDS)。作為氣相色譜分 析裝置，例如可以舉出GL Sciences株式會社制的GC-4000，作為光腔衰蕩光譜分析裝置，例如可以舉出Tiger Optics公司制的MTO-LP-H2O。[0119]本實施方式中，對于從吸附單元4A導出的氣體狀氨，用氣相色譜分析裝置對揮發性高的有機化合物(例如甲烷)濃度進行分析，用光腔衰蕩光譜分析裝置對水分濃度進行分析。氨精制系統200中，基于由分析部201得到的分析結果，控制氨的流路對于第I蒸餾塔202和第2蒸餾塔203的開關動作。
[0120]第I蒸餾塔202將從吸附單元4A導出的氣體狀氨中所含有的、沸點比氨低的低沸點雜質蒸餾除去。第I蒸餾塔202從下面起依次形成底部空間部2025、下部蒸餾部2024、中央空間部2023、上部蒸餾部2022、上部空間部2021，在底部空間部2025中設有重沸器，在上部空間部2021中設有冷凝器。從外部向重沸器中供給例如加熱水等加熱介質來支持試樣的重沸，從外部向冷凝器中供給例如冷卻水等制冷劑來支持試樣的冷凝。
[0121]導入至第I蒸餾塔202的中央空間部2023中的氣體狀氨沿上部蒸餾部2022上升，與流下的回流液進行氣液接觸而進行精餾。即，上升的氣相中所含有的氨在回流液中溶解液化，溶解在回流液中的沸點比氨低的低沸點雜質被氣化。此時，除去低沸點雜質而冷凝精制的氨流下到底部空間部2025后，將向上部蒸餾部2022的上部回流的一部分除去，從底部空間部2025導出。另一方面，低沸點雜質上升到上部空間2021而成為濃縮氣體，被冷凝器冷卻處理而連續地作為廢氣排出。
[0122]第2蒸餾塔203將從吸附單元4A或第I蒸餾塔202導出的氨中所含有的、沸點比氨高的高沸點雜質蒸餾除去。第2蒸餾塔203與第I蒸餾塔202具有相同的結構，形成底部空間部2035、下部蒸餾部2034、中央空間部2033、上部蒸餾部2032、上部空間部2031，在底部空間部2035中設有重沸器，在上部空間部2031中設有冷凝器。
[0123]導入至第2蒸餾塔203的中央空間部2033中的氨邊與沿下部蒸餾部2034上升的氨氣進行氣液接觸，邊移動到底部空間部2035。此處被重沸而氣化的氨邊與流下的溶液進行氣液接觸，邊經由下部蒸餾部2034、中央空間部2033以及上部蒸餾部2032而被精制。此時，經蒸餾精制的氨到達上部空間部2031后，被冷凝器冷卻處理而從上部空間部2031導出。另一方面，高沸點雜質流下到底部空間部2035而成為濃縮液，從底部空間部2035作為廢液排出。
[0124]全冷凝器204將通過第I蒸餾塔202和第2蒸餾塔203蒸餾精制而得到的氨冷凝而作為液體狀氨回收，回收的液體狀氨貯存在回收罐61中。
[0125]另外，本實施方式的氨精制系統200具備形成從吸附單元4A導出的氨流過的流路的以下配管:設有第31閥門2111的第31配管211、設有第32閥門2121的第32配管212、設有第33閥門2131的第33配管213、設有第34閥門2141的第34配管214、以及設有第35閥門2151的第35配管215。
[0126]第31配管211的一個端部與第19配管89連接，第19配管89從供給由吸附單元4A導出的氣體狀氨的第18配管88分支出來，第31配管211的另一端部與第I蒸餾塔202連接。第32配管212連接在第I蒸餾塔202與第2蒸餾塔203之間。第33配管213連接在第2蒸餾塔203與 全冷凝器204之間。第34配管214從第31配管211分支出來并與第32配管212連接。第35配管215在第32配管212上，在與連接第34配管214的連接部相比氨流動方向下游側，從第32配管212分支出來并與第33配管213連接。
[0127]此外，第31閥門2111在第31配管211上，設在與從第31配管211向第34配管214分支的分支部相比氨流動方向的下游側。第32閥門2121在第32配管212上，設在與從第32配管212向第35配管215分支的分支部相比氨流動方向的下游側。第33閥門2131在第33配管213上，設在與連接第35配管215的連接部相比氨流動方向的上游側。第34閥門2141設置第34配管214上。第35閥門2151設在第35配管215上。
[0128]本實施方式的氨精制系統200中，基于由分析部201得到的分析結果，控制氨流路相對于第I蒸餾塔202和第2蒸餾塔203的開關動作。下面列舉4種控制模式進行具體說明。
[0129]第I控制模式是通過分析部201獲得低沸點雜質和高沸點雜質的濃度低于規定值的分析結果時的控制模式。第I控制模式中，由分析部201得到的分析結果為顯示出低沸點雜質的濃度低于規定值(例如甲烷的濃度為30ppb)、且高沸點雜質的濃度低于規定值(例如水分的濃度為30ppb)的分析結果時，開放第34閥門2141和第35閥門2151，封閉第31閥門2111、第32閥門2121和第33閥門2131。
[0130]這樣，基于由分析部201得到的分析結果來控制流路的開關動作的氨精制系統200對于從吸附單元4A導出的氨，不進行第I蒸餾塔202和第2蒸餾塔203中的蒸餾除去的精制動作，使從吸附單元4A導出的氨通過第34配管214、第32配管212、第35配管215以及第33配管213而導入至全冷凝器204，作為液體狀氨回收。
[0131]第2控制模式是通過分析部201獲得低沸點雜質的濃度為規定值以上、且高沸點雜質的濃度低于規定值的分析結果時的控制模式。第2控制模式中，由分析部201得到的分析結果為顯示出低沸點雜質的濃度為規定值(例如甲烷的濃度為30ppb)以上、且高沸點雜質的濃度低于規定值(例如水分的濃度為30ppb)的分析結果時，開放第31閥門2111和第35閥門2151，封閉第32閥門2121、第33閥門2131和第34閥門2141。
[0132]這樣，基于由分析部201得到的分析結果，控制流路的開關動作的氨精制系統200對于從吸附單元4A導出的氨，進行第I蒸餾塔202中的蒸餾除去的精制動作，不進行第2蒸餾塔203中的蒸餾除去的精制動作，使從吸附單元4A導出的氨通過第31配管211、第32配管212、第35配管215以及第33配管213而導入至全冷凝器204，作為液體狀氨回收。
[0133]第3控制模式是由分析部201獲得低沸點雜質的濃度低于規定值、且高沸點雜質的濃度為規定值以上的分析結果時的控制模式。第3控制模式中，由分析部201得到的分析結果為顯示出低沸點雜質的濃度低于規定值(例如甲烷的濃度為30ppb)、且高沸點雜質的濃度為規定值(例如水分的濃度為30ppb)以上的分析結果時，開放第34閥門2141、第32閥門2121和第33閥門2131，封閉第31閥門2111和第35閥門2151。
[0134]這樣，基于由分析部201得到的分析結果，控制流路的開關動作的氨精制系統200對于從吸附單元4A導出的氨，進行第2蒸餾塔203中的蒸餾除去的精制動作，不進行第I蒸餾塔202中的蒸餾除去的精制動作，使從吸附單元4A導出的氨通過第34配管214、第32配管212、以及第33配管213導入至全冷凝器204，作為液體狀氨回收。
[0135]第4控制模式是通過分析部201獲得低沸點雜質和高沸點雜質的濃度為規定值以上的分析結果時的控制模式。第4控制模式中，由分析部201得到的分析結果為顯示出低沸點雜質的濃度為規定值(例如甲烷的濃度為30ppb)以上、且高沸點雜質的濃度為規定值(例如水分的濃度為30ppb)以上的分析結果時，開放第31閥門2111、第32閥門2121和第33閥門2131，封閉第34閥門2141和第35閥門2151。
[0136]這樣，基于由分析部201得到的分析結果，控制流路的開關動作的氨精制系統200對于從吸附單元4A導出的氨進行第I蒸餾塔202和第2蒸餾塔203中的蒸餾除去的精制動作，使從吸附單元4A導出的氨通過第31配管211、第32配管212、以及第33配管213導入至全冷凝器204，作為液體狀氨回收。
[0137] 按以上方式構成的本實施方式的氨精制系統200中，能夠用分析部201對從吸附單元4A導出的氨中所含有的雜質濃度進行分析，根據其分析結果，進行第I蒸餾塔202和第2蒸餾塔203中的蒸餾除去的精制動作，因此能夠省略不需要的蒸餾除去的精制動作，由此，能夠抑制能量消耗、高效地精制粗氨。
[0138]圖3為表示本發明的第3實施方式的氨精制系統300的構成的圖。本實施方式的氨精制系統300與前述的氨精制系統100類似，關于對應的部分附加相同的參照符號并省略說明。氨精制系統300的吸附單元301的構成與前述吸附單元4的構成不同，除此之外，與氨精制系統100相同。
[0139]吸附單元301將從流量調節器63導出的氣體狀氨中所含有的雜質吸附除去而進行精制。本實施方式中，吸附單元301通過包含第I吸附塔3011、第2吸附塔3012、以及第3吸附塔3013而構成。
[0140]第I吸附塔3011具有下述層疊結構:從塔頂部向塔底部(從氨的流動方向上游側向下游側)依次設有塔頂吸附區域30111、第I中間吸附層30112、第2中間吸附層30113、以及塔底吸附層30114。
[0141]塔頂吸附層30111是含有第I吸附劑的層，具有作為第I吸附劑層的功能。第I吸附劑是對水具有高吸附能力的多孔質吸附劑。作為這樣的第I吸附劑，例如可以舉出活性炭、MS-13X (細孔徑為9 A的多孔質合成沸石)以及活性氧化鋁等。
[0142]第I中間吸附層30112是含有第2吸附劑的層，具有作為第2吸附劑層的功能。第2吸附劑是對碳原子數低于5的有機化合物(烴、醇、醚等)具有高吸附能力的多孔質吸附劑。作為這樣的第2吸附劑，例如可以舉出MS-3A(細孔徑為3 A的多孔質合成沸石)、MS-4A(細孔徑為4 A的多孔質合成沸石)、MS-5A (細孔徑為5 A的多孔質合成沸石)、MS-13X (細孔徑為9 A的多孔質合成沸石)等親水性沸石、高硅型(二氧化硅/氧化鋁比高)沸石等疏水性沸石、硅膠等。另外，第2中間吸附層30113與第I中間吸附層30112同樣地是含有第2吸附劑的層，具有作為第2吸附劑層的功能。其中，第I中間吸附層30112與第2中間吸附層30113雖然同是含有第2吸附劑的層，但使用種類互不相同的吸附劑。
[0143]塔底吸附層30114是含有第3吸附劑的層，具有作為第3吸附劑層的功能。第3吸附劑是對碳原子數為5以上的有機化合物(烴等)和水具有高吸附能力的多孔質吸附劑。作為這樣的第3吸附劑，例如可以舉出活性炭、MS-13X等。
[0144]對于第I吸附塔3011中的層疊結構，列舉具體例進行說明。第I具體例中，塔頂吸附層30111是含有活性炭(GG, Kuraray Chemical株式會社制)作為第I吸附劑的層，第I中間吸附層30112是含有親水性沸石(MS-3A，東曹株式會社制)作為第2吸附劑的層，第2中間吸附層30113是含有硅膠(SILBEAD，水澤化學工業株式會社制)作為第2吸附劑的層，塔底吸附層30114是含有活性炭(GG, Kuraray Chemical株式會社制)作為第3吸附劑的層。
[0145]第2具體例中，塔頂吸附層30111是含有活性炭(GG,Kuraray Chemical株式會社制)作為第I吸附劑的層，第I中間吸附層30112是含有親水性沸石(MS-3A，東曹株式會社制)作為第2吸附劑的層，第2中間吸附層30113是含有硅膠(SILBEAD，水澤化學工業株式會社制)作為第2吸附劑的層，塔底吸附層30114是含有MS-13X (SA-600A，東曹株式會社制)作為第3吸附劑的層。
[0146]第3具體例中，塔頂吸附層30111是含有活性炭(GG, Kuraray Chemical株式會社制)作為第I吸附劑的層，第I中間吸附層30112是含有親水性沸石(MS-4A，東曹株式會社制)作為第2吸附劑的層，第2中間吸附層30113是含有疏水性沸石(HSZ-300，二氧化硅/氧化鋁比=10，東曹株式會社制)作為第2吸附劑的層，塔底吸附層30114是含有MS-13X(SA-600A,東曹株式會社制)作為第3吸附劑的層。
[0147]第4具體例中，塔頂吸附層30111是含有活性炭(GG, Kuraray Chemical株式會社制)作為第I吸附劑的層，第I中間吸附層30112是含有親水性沸石(MS-4A，東曹株式會社制)作為第2吸附劑的層，第2中間吸附層30113是含有疏水性沸石(HSZ-300，二氧化硅/氧化鋁比=10，東曹株式會社制)作為第2吸附劑的層，塔底吸附層30114是含有MS-13X(SA-600A,東曹株式會社制)和活性炭(GG, Kuraray Chemical株式會社制)的層疊體作為第3吸附劑的層。
[0148]第2吸附塔3012具有下述層疊結構:從塔頂部向塔底部(從氨的流動方向上游側向下游側)依次設有塔頂吸附層30121、第I中間吸附層30122、第2中間吸附層30123、以及塔底吸附層30124。塔頂吸附層30121是含有與前述第I吸附塔3011的塔頂吸附層30111同樣構成的第I吸附劑的層，具有作為第I吸附劑層的功能。第I中間吸附層30122是含有與前述第1吸附塔3011的第I中間吸附層30112同樣構成的第2吸附劑的層，具有作為第2吸附劑層的功能。第2中間吸附層30123是含有與前述第I吸附塔3011的第2中間吸附層30113同樣構成的第2吸附劑的層，具有作為第2吸附劑層的功能。塔底吸附層30124是含有與前述第I吸附塔3011的塔底吸附層30114同樣構成的第3吸附劑的層，具有作為第3吸附劑層的功能。
[0149]第3吸附塔3013具有下述層疊結構:從塔頂部向塔底部(從氨的流動方向上游側向下游側)依次設有塔頂吸附層30131、第I中間吸附層30132、第2中間吸附層30133、以及塔底吸附層30134。塔頂吸附層30131是含有與前述第I吸附塔3011的塔頂吸附層30111同樣構成的第I吸附劑的層，具有作為第I吸附劑層的功能。第I中間吸附層30132是含有與前述第I吸附塔3011的第I中間吸附層30112同樣構成的第2吸附劑的層，具有作為第2吸附劑層的功能。第2中間吸附層30133是含有與前述第I吸附塔3011的第2中間吸附層30113同樣構成的第2吸附劑的層，具有作為第2吸附劑層的功能。塔底吸附層30134是含有與前述第I吸附塔3011的塔底吸附層30114同樣構成的第3吸附劑的層，具有作為第3吸附劑層的功能。
[0150]按以上方式構成的本實施方式的氨精制系統300中，通過層疊有對水、碳原子數低于5的有機化合物、碳原子數為5以上的有機化合物的吸附能力分別不同的吸附劑層的第I吸附塔3011、第2吸附塔3012、以及第3吸附塔3013，吸附除去粗氨中所含有的雜質，因此能夠高效地吸附除去粗氨中所含有的雜質(主要是水和有機化合物)。并且，冷凝器5將從第I吸附塔3011、第2吸附塔3012、以及第3吸附塔3013導出的氨部分冷凝而分離成氣相成分和液相成分，因此能夠將氫氣、氮氣、氧氣、氬氣、一氧化碳、二氧化碳等揮發性高的雜質以氣相成分的形式分離除去，以液相成分的形式獲得經精制的液體狀氨。所以，本實施方式的氨精制系統300中，能夠不像以往技術那樣進行伴隨回流的蒸餾，通過簡化的方法精制氨，并且能夠抑制能量消耗、高效地精制氨。[0151]另外，吸附單元301的第I吸附塔3011、第2吸附塔3012、以及第3吸附塔3013從粗氨的流動方向上游側向下游側依次層疊有:含有第I吸附劑的塔頂吸附層30111、30121、30131，含有第2吸附劑的第I中間吸附層30112、30122、30132，含有第2吸附劑的第2中間吸附層30113、30123、30133，以及含有第3吸附劑的塔底吸附層30114、30124、30134。塔頂吸附層30111、30121、30131中含有對水具有高吸附能力的第I吸附劑，因此流過第I吸附塔3011、第2吸附塔3012、以及第3吸附塔3013的粗氨首先在塔頂吸附層30111、30121,30131中吸附除去大部分水。由此能夠充分地發揮相對于塔頂吸附層30111、30121、30131配置在氨的流動方向下游側的第I中間吸附層30112、30122、30132、第2中間吸附層30113、30123、30133、以及塔底吸附層30114、30124、30134對于有機化合物的吸附能力，能夠提高利用第I吸附塔3011、第2吸附塔3012、以及第3吸附塔3013從粗氨中吸附除去雜質的吸附除去性。
[0152]本實施方式中，如上所述，第I吸附塔3011、第2吸附塔3012、以及第3吸附塔3013具有將對水、碳原子數低于5的有機化合物、碳原子數為5以上的有機化合物的吸附能力分別不同的吸附劑層層疊而成的層疊結構。作為與這樣構成的第I吸附塔3011、第2吸附塔3012、以及第3吸附塔3013同樣的、發揮對于氨中所含有的雜質的吸附除去能力的吸附塔的構成，可以考慮下述吸附塔，其具有含有第I吸附劑的塔頂吸附層、和配置在與該塔頂吸附層相比粗氨的流動方向的下游側且混合有第2吸附劑和第3吸附劑的混合層。
[0153]這樣的具有塔頂吸附層和混合層的吸附塔中，構成混合層的第2吸附劑和第3吸附劑只要在層內以均勻分散的狀態填充即可，不需要對于每種吸附劑進行層疊填充。
[0154]另外，作為與第I吸附塔3011、第2吸附塔3012、以及第3吸附塔3013同樣的、發揮對于氨中所含有的雜質的吸附除去能力的構成，也可以考慮使分別個別地填充有第I吸附劑、第2吸附劑以及第3吸附劑的多個吸附塔串聯連接的構成。該方法對于雜質的吸附除去性完全沒有影響。在使多個吸附塔串聯連接的構成中，將該多個吸附塔在水平方向串聯排列時，會產生設置面積變寬的問題，在垂直方向串聯排列時，不會產生設置面積變寬的問題。在使多個吸附塔串聯連接時，可以考慮吸附塔的大小、塔數增加、連接配管的長度等的設備費用來選擇吸附塔的構成方式。
[0155]本發明在不脫離其精神或主要特征的情況下可通過其他各種方式實施。因此，上文所述的實施方式從所有方式來看僅是例示，本發明的范圍示于權利要求書，不受說明書內容的任何限制。進而，屬于權利要求書的變形或變更也全部在本發明的范圍內。
[0156]符號說明
[0157]I原料貯存罐
[0158]2控制單元
[0159]3氣化器
[0160]4，4A，301 吸附單元
[0161]5冷凝器
[0162]21檢測部[0163]22導出切換控制部
[0164]41，41A，3011第 1 吸附塔
[0165]42，42A，3012第 2 吸附塔
[0166]43，43A，3013第 3 吸附塔
[0167]61回收罐
[0168]62填充裝置
[0169]100，200，300氨精制系統
[0170]201分析部
[0171]202第1蒸餾塔
[0172]203第2蒸餾塔
[0173]204全冷凝器
【權利要求】
1.一種氨精制系統，其對含有雜質的粗氨進行精制，其特征在于，具備: 貯存部，其以形成氣相和液相的方式在內部空間貯存粗氨，并從氣相或液相導出該貯存的粗氨； 導出控制部，其計算出所述貯存部中的液相的容積相對于所述內部空間的容積之比即容積比，在該容積比為預先設定的閾值以上時，控制所述貯存部以使得從液相導出一部分粗氨，在所述容積比低于所述閾值時，控制所述貯存部以使得從氣相導出粗氨； 氣化部，其將一部分從所述貯存部的液相導出的液體狀粗氨氣化而導出氣體狀氨；和 吸附部，其通過吸附劑將從所述貯存部的氣相導出的氣體狀粗氨中所含有的雜質、或者從所述氣化部導出的氣體狀氨中所含有的雜質吸附除去，導出氣體狀氨。
2.根據權利要求1所述的氨精制系統，其特征在于，進一步具備部分冷凝部，該部分冷凝部通過對從所述吸附部導出的氨進行部分冷凝而分離成氣相成分和液相成分，由此將揮發性高的雜質以氣相成分的形式分離除去，以液相成分的形式獲得經精制的液體狀氨。
3.根據權利要求1所述的氨精制系統，其特征在于，進一步具備蒸餾部，該蒸餾部通過對從所述吸附部導出的氨進行蒸餾而分離除去雜質，從而獲得經精制的液體狀氨。
4.根據權利要求1~3中任一項所述的氨精制系統，其特征在于，所述吸附部具有多個吸附區域，該多個吸附區域中分別填充有選自活性炭、親水性沸石、疏水性沸石、硅膠、以及活性氧化鋁這五種吸附劑 中的至少三種以上吸附劑。
【文檔編號】C01C1/02GK103619756SQ201280011738
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2012年12月19日 優先權日:2012年6月21日
【發明者】田井慎一, 森本茂, 津野修司 申請人:住友精化株式會社