專利名稱：復(fù)合設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及復(fù)合設(shè)備。
背景技術(shù)：
近年的地球溫室化正越來越發(fā)展成深刻的事態(tài)。其主要原因可以認(rèn)為是進(jìn)入20 世紀(jì)，從作為能源大量使用的石油、天然氣等的化石燃料釋放出的大氣中的二氧化碳(CO2)寸。另一方面，由于能源需求的增大，曾經(jīng)被認(rèn)為取之不盡的化石燃料的枯竭正變得更加明確，價(jià)格以遠(yuǎn)超出預(yù)想的速度繼續(xù)高漲?？梢灶A(yù)想在不久的將來，人類已難以對(duì)化石燃料能源有所期待。作為替代石油、天然氣等的化石燃料能源的替代能源，現(xiàn)在正在研究煤能、生物能、核能和太陽能等自然能源。作為替代能源，利用煤能的場(chǎng)合，可認(rèn)為通過煤的燃燒而釋放出大量的二氧化碳成為問題。對(duì)此，曾提出了在燃燒時(shí)回收二氧化碳，并儲(chǔ)存在地中的方案，雖然進(jìn)行了較多的研究，但關(guān)于長(zhǎng)期的穩(wěn)定的儲(chǔ)存，尚有不切實(shí)性，并且適合于儲(chǔ)存的場(chǎng)所也偏在。此外，可認(rèn)為二氧化碳的回收、輸送、向地中的投入耗費(fèi)較多的成本也成為問題。另外，煤燃燒還有可能引起由硫氧化物(SOx)、煙霧等的發(fā)生導(dǎo)致的環(huán)境問題，這也成為問題。作為替代能源的生物能，尤其是以乙醇為主的生物燃料，近年來非常地顯露頭角。 然而，來自植物的乙醇的生成和濃縮需要大量的能量，有時(shí)在能量效率上不利。此外，作為用于生物燃料的原料，利用玉米、大豆、甘蔗等的場(chǎng)合，由于它們當(dāng)然地也有作為食品和飼料的用途，因此會(huì)使食品和飼料的價(jià)格高漲。所以，除巴西等特別的地區(qū)以外，不能夠?qū)⑸锬茏鳛閷?shí)質(zhì)的能源考慮。作為替代能源的核能的利用，對(duì)于來自原子能發(fā)電站的放射性廢物的處理，不能說已找到充分的解決對(duì)策。而且，基于對(duì)核擴(kuò)散的恐懼的反對(duì)意見也較多，因此不能期待世界性的大進(jìn)展?？梢灶A(yù)想由于在長(zhǎng)期中伴隨原子反應(yīng)堆老朽化，廢反應(yīng)堆增多，作為替代能源的核能的份額會(huì)減少。如上所述，煤能、生物能、核能中的任一種都不能說已解決了持續(xù)性和導(dǎo)致地球溫室化的二氧化碳發(fā)生的問題。因此作為理想的能源有太陽能。

發(fā)明內(nèi)容
雖然太陽能是非常有力的替代能源，但為了將其在社會(huì)活動(dòng)中充分利用，成問題的是⑴太陽能的能量密度低；以及⑵太陽能的儲(chǔ)存和輸送較困難。然而，通過解決⑵ 的有關(guān)太陽能的儲(chǔ)存和輸送的課題，能夠確保、能夠利用沙漠等的廣大的用地，由此能量密度低便不成為問題。為了解決上述課題，必須將太陽能轉(zhuǎn)換為儲(chǔ)存和輸送容易的化學(xué)能。雖然考慮了種種的物質(zhì)，但考慮到操作性、安全性、既有的基本設(shè)施的利用、作為能源的應(yīng)用性，可以認(rèn)
5為氨最適合。該氨的制造方法包括使用制氫設(shè)備取得太陽能，并且利用取得的太陽能的一部分由水制造氫；使用制氮設(shè)備由空氣制造氮；使用儲(chǔ)氫設(shè)備儲(chǔ)存由制氫設(shè)備制造的氫； 使用氨合成設(shè)備，由制造的氫和制造的氮連續(xù)地合成氨。


以下參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明圖1是表示制氨設(shè)備的一例的圖。圖2是表示拋物面反射器(parabolic dish)型聚光裝置的一例的圖。圖3是表示太陽塔(solar tower)型聚光裝置的一例的圖。圖4是表示拋物面槽(parabolic trough)型聚光裝置的一例的圖。圖5是表示制氫設(shè)備的一例的圖。圖6是表示儲(chǔ)氫設(shè)備的一例的圖。圖7是表示儲(chǔ)氫設(shè)備的另一例的圖。圖8是表示制氮設(shè)備的一例的圖。圖9是表示通過深冷分離而制造氮的制氮設(shè)備的一例的圖。圖10是表示氨合成設(shè)備的一例的圖。圖11是表示氨合成設(shè)備的另一例的圖。圖12是表示聚光量的一例的圖。圖13是表示進(jìn)行氨制造量的計(jì)算和氨制造量的控制的控制裝置的一例的圖。圖14是表示進(jìn)行氨制造量的計(jì)算和氨制造量的控制的處理流程的圖。圖15是表示用于表示氫設(shè)備的物質(zhì)收支的工藝流程的一例的圖。圖16是表示圖15所示的工藝流程的物質(zhì)收支的圖。圖17表示向氨合成設(shè)備400供給合成氣體的復(fù)合設(shè)備的一例。
具體實(shí)施例方式關(guān)于太陽能的儲(chǔ)存和輸送，作為能夠由水、空氣和太陽能制造、并且儲(chǔ)存和輸送容易的液體燃料，可考慮氨(NH3)。另外，現(xiàn)在世界的氨生產(chǎn)量每年約1. 5億噸，主要在肥料用途中大量使用。從這樣地在市場(chǎng)上大量地使用的業(yè)績(jī)來看，也可認(rèn)為氨具有充分的社會(huì)接受性。氨的物理特性接近于LPG，在常溫下，在8個(gè)大氣壓左右下簡(jiǎn)單地液化，并且，關(guān)于其儲(chǔ)存和輸送，有充分的業(yè)績(jī)，不會(huì)成為特別的問題。另外，氨被定義為不燃性物質(zhì)，難以著火，即使著火，燃燒速度也慢，可燃范圍也窄，因此可認(rèn)為其操作性不會(huì)成為特別的問題。氨的能量密度是汽油的一半左右，與甲醇大致相同，但在理論混合比下的放熱量， 與汽油同等，作為燃料也可充分用于移動(dòng)體。此外，由罐車等送到遠(yuǎn)距離地的火力發(fā)電站， 能夠代替天然氣、煤而燃燒，該場(chǎng)合下的效率，在理論上可以認(rèn)為超過天然氣、汽油。在氨的燃燒方面，能夠進(jìn)行由下述的式1表示的燃燒反應(yīng)。2NH3+3/202 — N2+3H20+ (放熱量)(式 1)即，在氨的燃燒中，不生成二氧化碳，因此，沒有地球溫室化的問題。以下參照附圖對(duì)實(shí)施方式進(jìn)行說明。
用圖1說明利用太陽能合成氨的制氨設(shè)備的一例。如圖1所示，制氨設(shè)備10具有制氫設(shè)備100、儲(chǔ)氫設(shè)備200、制氮設(shè)備300和氨合成設(shè)備400。制氫設(shè)備100是取得太陽能，并且利用取得的太陽能由水制造氫的設(shè)備。由于制氫設(shè)備100將太陽能作為用于制氫的能源使用，因此在輻射太陽能的白天進(jìn)行制氫的運(yùn)行，在沒有太陽能輻射的夜間停止制氫的運(yùn)行。制氮設(shè)備300是用于由空氣制造成為氨合成設(shè)備400的合成氣體的一部分的氮的設(shè)備。制氮設(shè)備300不直接利用太陽能，而如后述那樣地通過來自外部的電力或氫燃燒來制造氮，因此通過來自外部的電力或氫的供給，能夠不分晝夜地進(jìn)行連續(xù)運(yùn)行。氨合成設(shè)備400是由氫和氮合成氨的設(shè)備。氨合成設(shè)備400不分晝夜地連續(xù)地合成氨。儲(chǔ)氫設(shè)備200，是用于儲(chǔ)存由制氫設(shè)備100所制造的氫，并且對(duì)氨合成設(shè)備400連續(xù)地供給氫、以及根據(jù)情況對(duì)制氮制備300連續(xù)地供給氫的設(shè)備。這樣，雖然制氫設(shè)備100在夜間停止制氫，但氨合成設(shè)備400不分晝夜地連續(xù)地合成氨。使氨合成設(shè)備400相應(yīng)于制氫設(shè)備100間歇地運(yùn)行的場(chǎng)合，會(huì)產(chǎn)生由氨合成設(shè)備 400的開動(dòng)工序和停止工序所導(dǎo)致的能量損失，因此，儲(chǔ)氫設(shè)備200儲(chǔ)存在白天由制氫設(shè)備 100所制造的氫的至少一部分，即使在夜間也對(duì)氨合成設(shè)備400供給儲(chǔ)存的氫，由此制氨設(shè)備10能夠利用氨合成設(shè)備400連續(xù)地合成氨。通過氨合成設(shè)備的連續(xù)運(yùn)行，能夠降低如在白天工作而在夜間停止那樣的氨合成設(shè)備的間歇運(yùn)行所產(chǎn)生的能量損失。以下，依次說明制氨設(shè)備10具有的各設(shè)備的詳細(xì)情況。<制氫設(shè)備100>制氫設(shè)備100是取得太陽能，并且利用取得的太陽能的一部分制造氫的設(shè)備。<制氫設(shè)備100 (太陽能的取得)>作為取得太陽能的方法，除了簡(jiǎn)單地接收太陽光的方法以外，為了提高其能量密度，還有進(jìn)行聚光的方法。例如可以利用下述(Al) (??； )的聚光裝置。(Al)拋物面反射器型圖2是表示拋物面反射器型聚光裝置的一例的圖。圖2中表示的拋物面反射器型聚光裝置，具有使太陽光20反射而進(jìn)行聚光的碟狀反射部141和接受聚光光的受光部142， 在受光部142取得太陽熱能。由受光部142得到的太陽熱能，由于溫度高，因此可以直接驅(qū)動(dòng)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，也可以隨意地利用如熔融金屬鈉之類的熔融堿金屬、熔融鹽、油、水蒸氣等的熱介質(zhì)使之移動(dòng)到需要的場(chǎng)所。拋物面反射器型聚光裝置，適于規(guī)模比較小的設(shè)備，作為太陽熱能為IOkW 數(shù)百kW左右時(shí)可優(yōu)選使用。一般地，拋物面反射器型聚光裝置的聚光度高，由此能夠得到2000°C以上的高溫?zé)嵩?，但成本比后述的類型的聚光裝置高。(A2)太陽塔型圖3是表示太陽塔型聚光裝置的一例的圖。圖3所示的太陽塔型聚光裝置150， 具有使太陽光20反射而進(jìn)行聚光的多個(gè)反射部151和接受聚光光的受光部153，在受光部 153取得太陽熱能。受光部153配置在受光塔152的上部。相應(yīng)于太陽的運(yùn)動(dòng)，以朝向受光部153的方式控制反射部151。由受光部153得到的太陽熱能，能夠隨意地利用熱介質(zhì)使之移動(dòng)到需要的部位。太陽塔型聚光裝置適于IOMW 數(shù)百M(fèi)W的大規(guī)模的設(shè)備。一般地，太陽塔型聚光裝置，聚光度大，能夠得到1000°C以上的高溫?zé)嵩?。但塔的建設(shè)費(fèi)較高。
(A3)拋物面槽型圖4是表示拋物面槽型聚光裝置的一例的圖。圖4中表示的拋物面槽型聚光裝置， 具有使太陽光20反射而進(jìn)行聚光的槽型反射部161和接受聚光光的受光部162，在受光部 162取得太陽熱能。由受光部162得到的太陽熱能，通過隨意地使熱介質(zhì)經(jīng)由熱介質(zhì)流路 163流通，而能夠移動(dòng)到需要的場(chǎng)所，拋物面槽型聚光裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且成本低，適于大規(guī)模的設(shè)備。一般地，適于數(shù)百M(fèi)W，但聚光度低，得到的熱源是400 600°C的低溫?zé)嵩?。如上述那樣，聚光裝置各具特征。因此，在制氫設(shè)備100中能夠利用這些聚光裝置中的任一種或者它們的組合。具體地講，能夠采用聚光度大的聚光裝置(例如拋物面反射器型聚光裝置和/或太陽塔型聚光裝置)得到用于高溫?zé)嵩吹奶枱崮?，并且可采用聚光度小的聚光裝置(例如拋物面槽型聚光裝置)得到其他的太陽熱能，例如用于低溫?zé)嵩?、?dòng)力的太陽熱能。例如，能夠使采用聚光度大的聚光裝置得到的太陽熱能，為采用聚光度大的聚光裝置和聚光度小的聚光裝置得到的太陽熱能的合計(jì)的1/2以下，例如1/3 1/2的范圍。這樣，限制一般成本高的聚光度大的聚光裝置的比例，對(duì)于聚光設(shè)備總體的成本而言有時(shí)是優(yōu)選的。<制氫設(shè)備100 (氫制造法)>作為利用取得的太陽能的一部分由水制造氫的方法，可以利用多種方法。具體地， 例如有下述的(Bi) (B6)的水的分解方法。在(Bi) (B4)的方法中，焦點(diǎn)在于使水的分解反應(yīng)所需要的溫度降低，在(B5)的方法中，焦點(diǎn)在于提高光能的利用率。(Bi)直接熱分解法是最基本的方法，根據(jù)下述的式2所示的反應(yīng)，在高溫下直接地將水分解成氫和氧。H2O — H2+1/20J2000°C 以上)(式 2)該反應(yīng)本來需要數(shù)千攝氏度的溫度，但通過利用催化劑，能夠在2000°C左右的溫度下實(shí)現(xiàn)。(B2)金屬氧化還原法存在為了降低上述(Bi)中所需的高溫，介在第3物質(zhì)而分解水的方法。其代表性的例子是介在鋅的方法，該場(chǎng)合的反應(yīng)式如以下所述。Ζη+Η20 — Zn0+H2 (約 400 °C ) (式 3)ZnO — Zn+l/202 (約 1700°C ) (式 4)總反應(yīng)H2O — H2+l/202在該方法中，需要高溫的熱源(約1700°C )和低溫的熱源(約400°C )這兩種熱源。(B3) I-S(碘-硫)法作為比上述(B2)的方法進(jìn)一步降低反應(yīng)溫度的方法，有I-S循環(huán)法。I-S法是通過利用直到850°C左右的熱將使原料水和碘(I)與硫( 的化合物反應(yīng)而得到的氫碘酸、硫酸熱分解來制造氫和氧的方法。反應(yīng)如下。H2SO4 — H20+S02+l/202 (約 850 °C ) (式 5)2H20+S02+I2 — H2S04+2HI (約 130°C )(式 6)
2HI — H2+I2 (約 400 °C )(式 7)總反應(yīng)H2O — H2+1/2 在該方法中，需要高溫的熱源(850°C )和低溫的熱源)這兩種熱源。(B4) UT-3 循環(huán)法作為比上述(B2)的方法進(jìn)一步降低反應(yīng)溫度的方法，有UT-3循環(huán)法。反應(yīng)如下。CaBr2 (s) +H2O (g) — CaO (s) +2HBr (g) (700 750 °C )(式 8)CaO (s) +Br2 (g) — CaBr2 (s) +1/2 (g) (500 600°C )(式 9)Fe3O4 (s) +8HBr (g) — FeBr2 (g) +4H20 (g) +Br2 (g) (200 300°C )(式 10)3Fe304 (s) +4H20 (g) — Fe3O4 (s) +6HBr (g) +H2 (g) (550 600°C )(式 11)如果將式8 11所示的4個(gè)反應(yīng)相加，則留有水分解成氫和氧的反應(yīng)，其他的化合物在循環(huán)中循環(huán)。反應(yīng)分別在式8 11所示的溫度下進(jìn)行，因此為了使循環(huán)進(jìn)行，具有最高750°C的熱能即可。如上所述，利用熱由水制造氫的上述(Bi) (B4)的反應(yīng)，任一反應(yīng)都在至少其一部分中需要比較高的溫度的熱源。該比較高的溫度的熱源，能夠?qū)⑷〉玫奶枱崮苤苯拥刈鳛闊嵩蠢枚峁?，該?chǎng)合下，可以采用聚光度大的聚光裝置，例如拋物面反射器型聚光裝置和/或太陽塔型聚光裝置得到需要的太陽熱能的至少一部分。(B5)利用光催化劑進(jìn)行的水分解是不利用熱能而利用光能，光電化學(xué)性地分解水的方法。當(dāng)在室溫附近對(duì)與水接觸的光催化劑照射太陽光時(shí)，分解水而產(chǎn)生氫和氧。作為代表性的光催化劑有氧化鈦。然而，氧化鈦的場(chǎng)合，太陽光之中只有紫外區(qū)的光有助于該反應(yīng)，不能夠利用占太陽光的大部分的可見光、近紅外光，因此效率極低。于是，進(jìn)行了各種各樣的光催化劑的研究，例如，通過混合氮原子、硫原子等的雜質(zhì)，甚至可見光區(qū)的光也能夠利用的光催化劑等。另外，也盛行下述的研究將成為色素、太陽能電池材料的接受光而發(fā)生電動(dòng)勢(shì)的材料與光催化劑組合，來提高水分解的效率。另一方面，光催化劑不需要高溫?zé)嵩?，具有每單位面積的設(shè)備成本非常廉價(jià)的可能性，因此在用地面積充裕的場(chǎng)合具有成為主流技術(shù)的可能性。(B6)水的電解法通過電解水能夠制造氫。作為水的電解法，例如有堿水電解法和固體高分子電解質(zhì)水電解法。作為堿水電解法，例如可以使用KOH水溶液。在固體高分子電解質(zhì)水電解法中，例如，氟樹脂系離子交換膜可用于電解質(zhì)。<制氫設(shè)備(設(shè)備說明)>在圖5中對(duì)作為制氫設(shè)備100的一例的制氫設(shè)備100A進(jìn)行說明。制氫設(shè)備100A具有反應(yīng)裝置130、聚光設(shè)備150A、160A、熱交換器170。反應(yīng)裝置 130是用于采用上述(Bi) (B4)、(B6)所示的方法的任一種由水制造氫的裝置。雖然沒有圖示，但反應(yīng)裝置130也可以是直接接受太陽光采用上述(B5)所示的方法由水制造氫的裝置。另外，反應(yīng)裝置130具有用于進(jìn)行施行上述(Bi) (BQ的任一種方法的蒸餾、分解、回收、混合、加壓、熱交換等操作的功能的多個(gè)設(shè)備。反應(yīng)裝置130也可以具有除去伴隨制氫反應(yīng)的物質(zhì)的功能。例如，在I-S法的場(chǎng)合，根據(jù)式7，具有碘化氫(HI)、 碘(I2)與氫伴隨的情況。另外，在UT-3法的場(chǎng)合，根據(jù)式11，具有溴化氫(HBr)伴隨的情況。該場(chǎng)合下，這些伴隨的氣體必須在與合成氨催化劑接觸前進(jìn)行精制除去，因此也可以在反應(yīng)裝置130中進(jìn)行精制除去。聚光設(shè)備150A是聚光度高的聚光設(shè)備，例如，相當(dāng)于采用圖3說明的太陽塔型聚光裝置150。采用聚光設(shè)備150A聚集的太陽熱能，例如也可以作為用于實(shí)現(xiàn)(B2) (B4) 所示的750°C以上的反應(yīng)溫度的高溫?zé)嵩词褂谩＞酃庠O(shè)備160A是聚光度低的聚光設(shè)備，例如相當(dāng)于采用圖4說明的拋物面槽型聚光裝置160。聚光設(shè)備160A，例如也可以作為用于實(shí)現(xiàn)(B2) (B4)所示的低于750°C的低溫的反應(yīng)溫度的高溫?zé)嵩词褂?。這樣，通過利用聚光度小的聚光裝置，例如拋物面槽型聚光裝置進(jìn)行太陽熱能的取得，對(duì)于聚光設(shè)備總體的成本而言有時(shí)是優(yōu)選的。另外，在圖5中示出了兩種聚光設(shè)備，但也可以只采用聚光設(shè)備 150A實(shí)現(xiàn)氫生成反應(yīng)的全部的反應(yīng)溫度。這樣，制氫設(shè)備100A利用取得的太陽能的一部分由水制造氫和氧。氧可以在別的用途中利用或者排放到大氣中。所制造的氫從反應(yīng)裝置130進(jìn)入管路101中。管路101中的氫通過熱交器170冷卻，進(jìn)入管路102中。在該冷卻處理中，可以進(jìn)行利用蒸氣的熱和/ 或動(dòng)力回收，也可以利用冷卻水(CW)冷卻到用于儲(chǔ)氫設(shè)備200的壓縮機(jī)(后述)的規(guī)定溫度。管路102中的氫被加壓輸送到儲(chǔ)氫設(shè)備200中。再者，制氫設(shè)備100A也可以如圖5所示具有發(fā)電單元190。發(fā)電單元190具有熱交換器191、蒸氣輪機(jī)192、發(fā)電機(jī)194、冷凝器196和泵198。熱交換器191，通過將高溫的熱介質(zhì)與水進(jìn)行熱交換而發(fā)生蒸氣。蒸氣輪機(jī)192是利用從熱交換器191排出蒸氣進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的渦輪機(jī)。發(fā)電機(jī)194與蒸氣輪機(jī)192連接并且由進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子回收動(dòng)力進(jìn)行發(fā)電。 冷凝器196將從蒸氣輪機(jī)192排出的蒸氣冷卻，恢復(fù)成水，水由泵198再次送入熱交換器 191中。再者，在上述例中，利用熱交換器191生成蒸氣，但也可以不是與熱介質(zhì)的熱交換， 而為在由150或160所示的聚光裝置中直接生成蒸氣的構(gòu)成。采用(B6)所示的水電解法的場(chǎng)合，反應(yīng)裝置130作為進(jìn)行水電解的裝置發(fā)揮功能。用于水電解的電由發(fā)電機(jī)194向反應(yīng)裝置130供給。<儲(chǔ)氫設(shè)備>儲(chǔ)氫設(shè)備200是儲(chǔ)存由制氫設(shè)備100所制造的氫，并且向制氮設(shè)備300和氨合成設(shè)備400供給氫的設(shè)備。通過儲(chǔ)存在白天由制氫設(shè)備100所制造的氫的至少一部分，在夜間也向制氮設(shè)備300和氨合成設(shè)備400供給儲(chǔ)存的氫，儲(chǔ)氫設(shè)備200能夠使制氮設(shè)備和氨合成設(shè)備400連續(xù)運(yùn)行。圖6表示作為儲(chǔ)氫設(shè)備200的一例的儲(chǔ)氫設(shè)備200A。儲(chǔ)氫設(shè)備200A具有壓縮機(jī) 210、熱交換器220、氫罐對(duì)0、壓縮單元250A和壓力控制裝置^0A。與制氫設(shè)備100連接的管路102，與壓縮機(jī)210的入口連接。壓縮機(jī)210的出口壓力，也可以根據(jù)向制氮設(shè)備300的燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器(后述) 的供給壓力和/或向氨合成設(shè)備400的反應(yīng)器(后述)的合成氣體供給壓力來確定。這樣， 通過在氫罐MO的入口側(cè)提高壓力，而減輕制氮設(shè)備300的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器近前的加壓或氨合成設(shè)備400的反應(yīng)器近前的加壓所需要的能量，同時(shí)儲(chǔ)存于氫罐240中的氣體密度提高，由此能夠減小氫罐MO的容量。熱交換220將通過壓縮機(jī)210的加壓而加熱了的氫冷卻。氫罐M0，儲(chǔ)存用于向即使在夜間也連續(xù)運(yùn)行的氨合成設(shè)備400供給的充分量的氫。氫罐MOA上安裝有壓力計(jì)(PI) 232，壓力計(jì)232檢測(cè)罐的壓力。雖然圖6中表示出一個(gè)氫罐M0，但儲(chǔ)氫設(shè)備200，為了相應(yīng)于氨合成設(shè)備400的氨制造量保存夜間運(yùn)行所需要的氫量，也可以具有多個(gè)罐。氫罐MO中儲(chǔ)存的氫被送入管路201中。管路201中的氫被輸送到制氮設(shè)備300或氨合成設(shè)備400中。管路203是對(duì)氫罐240進(jìn)行旁通的管路。對(duì)氫罐240供給制造的氫的一部分的場(chǎng)合，其他的氫，繞過氫罐240而向制氮設(shè)備300或氨合成設(shè)備400供給。壓力控制裝置^OA,為與采用圖13在后面敘述的控制裝置相同的裝置構(gòu)成。壓力控制裝置^K)A，在管路201的壓力降低的場(chǎng)合，通過利用壓力控制裝置^OA將氫罐240中儲(chǔ)存的氫進(jìn)行加壓，從而維持管路201的壓力。再者，氫罐MO的壓力，由于制氫設(shè)備100 運(yùn)行期間供給所制造的氫，因此能夠維持壓力，但制氫設(shè)備100停止的期間不供給氫并且對(duì)氨合成設(shè)備400供給氫，因此氫罐MO的壓力降低。因此，壓力控制裝置^OA監(jiān)視管路201的壓力，在管路201的壓力降低的場(chǎng)合，進(jìn)行控制以使壓縮單元250A工作，維持管路201的壓力。另外，氫罐MO的壓力，隨著向制氮設(shè)備300和氨合成設(shè)備400的氫供給量而慢慢地降低。因此，壓縮單元250A，能夠與管路201的壓力相對(duì)應(yīng)地改變壓縮比為好。圖6所示的壓縮單元250A，為了改變壓縮比而具有多級(jí)構(gòu)成的壓縮機(jī)。例如，在管路201發(fā)生壓力降低的場(chǎng)合，關(guān)閉控制閥252和控制閥 255，開放控制閥251和控制閥256，起動(dòng)壓縮機(jī)253，由壓縮機(jī)253加壓了的氫被供給到管路201中。在壓力進(jìn)一步降低的場(chǎng)合，關(guān)閉控制閥252和控制閥256，開放控制閥251和控制閥255，起動(dòng)壓縮機(jī)253和壓縮機(jī)257，由壓縮機(jī)253和壓縮機(jī)257加壓了的氫被供給到管路201中。壓縮機(jī)253和壓縮機(jī)257也可以通過變換控制根據(jù)壓力控制轉(zhuǎn)速。如果通過變換控制能夠根據(jù)管路201的壓力而改變壓縮機(jī)的排出壓力，則壓縮單元250A也可以只具有一個(gè)壓縮機(jī)。這樣，通過壓縮單元250A，管路201的壓力被維持為一定。圖7表示作為儲(chǔ)氫設(shè)備200的另一例的儲(chǔ)氫設(shè)備200B。儲(chǔ)氫設(shè)備200B具有氫罐 M0、壓縮單元250B和壓力控制裝置^0B。儲(chǔ)氫設(shè)備200B與儲(chǔ)氫設(shè)備200A的不同點(diǎn)是壓縮單元250B具有對(duì)來自制氫設(shè)備 100的由管路102所供給的氫進(jìn)行加壓的功能、和為了防止夜間時(shí)管路201的壓力降低，對(duì)由氫罐240供給的氫進(jìn)行加壓的功能這兩種功能，不需要圖6中表示的壓縮機(jī)210。壓縮單元250B的設(shè)備構(gòu)成，與圖6所示的壓縮單元250A相同。制氫設(shè)備100運(yùn)行中，壓力控制裝置^OB開放控制閥212和控制閥214，并且關(guān)閉控制閥216。壓力控制裝置^OB再關(guān)閉控制閥252和控制閥256，并且開放控制閥251和控制閥255，起動(dòng)壓縮機(jī)253和壓縮機(jī)257。這樣，壓縮單元250B將由制氫設(shè)備100制造的氫加壓輸送到氫罐240和制氮設(shè)備300以及氨合成設(shè)備400中。制氫設(shè)備100停止中，壓力控制裝置^OB開放控制閥216并且關(guān)閉控制閥212和控制閥214，使壓縮單元250B運(yùn)行，將氫罐MO的氫加壓輸送到氫罐240和制氮設(shè)備300以及氨合成設(shè)備400中。制氫設(shè)備100停止時(shí)的壓縮單元250B的運(yùn)行，與上述的壓縮單元250A相同。這樣，由于壓縮單元250B具有對(duì)由管路102所供給的制造的氫進(jìn)行加壓的功能和對(duì)由氫罐240所供給的氫進(jìn)行加壓的功能，因此可不需要圖6所示的壓縮機(jī)210?！粗频O(shè)備(氮制造法)>制氮設(shè)備300是由空氣制造成為氨合成設(shè)備400的合成氣體的一部分的氮，含有
11儲(chǔ)存氮的一部分的功能的設(shè)備。制氮設(shè)備300采用下述的(Cl)或(C2)的方法由空氣制造氮。(Cl)深冷分離在深冷分離法中，一邊冷卻空氣一邊進(jìn)行壓縮，形成液態(tài)空氣，利用氧與氮的沸點(diǎn)之差，從液態(tài)空氣中分離氮。深冷分離法，雖然能夠得到高純度的氮，但需要大規(guī)模的設(shè)備和比較多的能量。(C2)通過燃燒除去氧利用空氣使制造的氫(H2)燃燒，使空氣中的氧消耗，由此也能夠制造氮?dú)?。再者?由于氫的燃燒反應(yīng)是放熱反應(yīng)，因此也能夠利用反應(yīng)熱產(chǎn)生氨制造設(shè)備10所需要的電力寸?！粗频O(shè)備(通過氫燃燒來制造氮的設(shè)備)>圖8表示通過氫燃燒來制造氮的制氮設(shè)備的一例。制氮設(shè)備300A具有氫燃燒裝置 310A。制氮設(shè)備300A也可以具有氫控制裝置320A、控制閥340、控制閥342、熱交換器350、 氣體精制裝置360、儲(chǔ)氮設(shè)備380A。這樣，制氮設(shè)備300A將制造的氫和空氣燃燒來制造氮，并且將通過燃燒而發(fā)出的電力供給至氨合成設(shè)備400和制氫設(shè)備100中的至少一個(gè)設(shè)備。氫控制裝置320A，利用控制閥340、342分成向氫燃燒裝置310A供給由管路210供給的氫的管路302、和與氨合成設(shè)備400連接的管路303。氫燃燒裝置310A具有空氣壓縮機(jī)311、燃燒器312、燃?xì)廨啓C(jī)313、排熱回收鍋爐 314、蒸氣輪機(jī)315、冷凝器316、泵318、發(fā)電機(jī)319。空氣壓縮機(jī)311，將空氣壓縮成依照燃燒器312的壓力條件的規(guī)定壓力。為了進(jìn)行氫的燃燒反應(yīng)，燃燒器312使由管路302供給的氫、和由空氣壓縮機(jī)311壓縮的空氣進(jìn)行燃燒。再者，制氮設(shè)備300A能夠得到在儲(chǔ)氫設(shè)備200中儲(chǔ)存的氫，因此即使是制氫設(shè)備100停止時(shí)，氫燃燒裝置310A也能夠連續(xù)運(yùn)行。因此，不會(huì)產(chǎn)生與氫燃燒裝置310A的起動(dòng)工序和停止工序相伴的能量損失。以下示出氫氣的燃燒為化學(xué)計(jì)量比(理論配比)的情況的化學(xué)式。H2+2. 4 空氣一H2O+1. 88N2+0. 023Ar+0. 0007( (式 12)這樣，利用氫燃燒裝置310A，能夠制造合成氨的氣體的氮，并在下游的氨合成設(shè)備 400中將由管路303所供給的氫氣混合，能夠制造具有所希望的化學(xué)計(jì)量比的氫與氮的合成氣體。另外，氫在空氣中的燃燒極限為4 75(體積％ )。氫與氮的混合比例，只要是在氫的燃燒極限范圍內(nèi)，就可以自由地變更。因此，也可以將氫氣相對(duì)于空氣的混合比提高到作為燃燒極限的上限值的75體積％來進(jìn)行氫燃燒。例如，根據(jù)燃燒后的排氣中的氮含量和氫含量由管路303供給氫氣，使合成氨的氣體的混合比為氫氮=3 1。而且，通過預(yù)先由管路302向氫燃燒裝置310A供給氫氣以使燃燒后的排氣中的氫氮為3 1，可不需要由管路303追加供給氫氣。該場(chǎng)合下也如下式13所示，導(dǎo)入氣體中的氫濃度為73. 4體積％，是氫的可燃區(qū)域。6. 63H2+2. 4 空氣一H2O+1. 88N2+5. 63H2+0. 023Ar+0. 0007( (式 13)另一方面，雖然在式12和式13中沒有表示，但通過氫燃燒反應(yīng)而產(chǎn)生氮氧化物 (NOx)。在氨合成中，含氧化合物會(huì)使催化劑中毒，因此利用后述的氣體精制裝置360除去N0X。通過使氫相對(duì)于氧的量比化學(xué)計(jì)量比大，能夠減少NOx在燃燒氣體中的濃度。因此， 根據(jù)后述的NOJ余去設(shè)備的設(shè)備能力，使氫相對(duì)于氧的量比化學(xué)計(jì)量比大而進(jìn)行燃燒，換言之，優(yōu)選相比于化學(xué)計(jì)量比以氫過剩的狀態(tài)進(jìn)行燃燒。再者，氫控制裝置320A，利用控制閥340、342，以某個(gè)氫過剩率供給在氫燃燒裝置 310A中燃燒的氫，使氫燃燒。上述氫過剩率，也可以根據(jù)燃燒氣體中的氧濃度、氮氧化物濃度和發(fā)電效率中的至少一項(xiàng)來確定。燃燒氣體中的氧濃度、氮氧化物濃度，可以利用定期地檢測(cè)出的數(shù)據(jù)設(shè)定在氫控制裝置320中，也可以采用在后述的氣體精制裝置360中檢測(cè)出的檢測(cè)值。另外，氫控制裝置320A能夠由發(fā)電機(jī)319的發(fā)電量和管路302中的氫流量得到發(fā)電效率。燃燒器312中的燃燒溫度，例如為1100 1500°C。當(dāng)要提高燃?xì)廨啓C(jī)313的發(fā)電效率時(shí)，燃燒器312的壓力變高，因此所供給的空氣的壓縮比例如為11 23。因此，對(duì)燃燒器312供給的管路302的氫供給壓力，考慮配管的壓力損失，比11 23個(gè)大氣壓大。氫燃燒裝置310A是復(fù)合循環(huán)(combined cycle)發(fā)電裝置。燃?xì)廨啓C(jī)313是利用來自燃燒器 312的高溫高壓的燃燒氣體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的渦輪機(jī)。排熱回收鍋爐314，是通過使來自燃?xì)廨啓C(jī) 313的高溫排氣與水進(jìn)行熱交換而發(fā)生蒸氣的鍋爐。蒸氣輪機(jī)315是利用由排熱回收鍋爐 314進(jìn)行了熱交換的蒸氣進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的渦輪機(jī)。發(fā)電機(jī)319由燃?xì)廨啓C(jī)313和蒸氣輪機(jī)315 獲得動(dòng)力，利用旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子進(jìn)行發(fā)電。冷凝器316將從蒸氣輪機(jī)排出的蒸氣冷卻，變成水， 水由泵318再次送入到排熱回收鍋爐314中。這樣，在制造氮?dú)獾耐瑫r(shí)由發(fā)電機(jī)319發(fā)生的電力能夠作為儲(chǔ)氫設(shè)備200和氨合成設(shè)備400中的至少一個(gè)設(shè)備的電力使用。另外，由熱交換器350回收的熱，能夠作為制氫設(shè)備100、儲(chǔ)氫設(shè)備200、制氮設(shè)備300、氨合成設(shè)備400中的至少一個(gè)設(shè)備的熱源使用。 因此，不只是制造氮，還通過利用氫燃燒所帶來的能量，不從外部接受電或減少來自外部的電，能夠不分晝夜地使氨制造設(shè)備10連續(xù)運(yùn)行。再者，制氮設(shè)備300A使獲得氨合成所需的氮量的制造的氫進(jìn)行燃燒。制氮設(shè)備 300A使獲得由氨合成設(shè)備400和制氫設(shè)備100中的至少一個(gè)設(shè)備所需要的電力確定的電力的量的制造的氫燃燒。其結(jié)果，制氮設(shè)備300A能夠供給作為合成氨的氣體的原料的氮，并且，不從外部接受電或減少來自外部的電，能夠不分晝夜地使氨制造設(shè)備10連續(xù)運(yùn)行。在需電較多時(shí)，制氮量有時(shí)超過合成氨所需要的氮量，在這樣的場(chǎng)合，儲(chǔ)氮設(shè)備380A作為緩沖設(shè)備儲(chǔ)存氮，進(jìn)一步過剩的氮，利用氫控制裝置320A控制控制閥344，經(jīng)由管路305，以在氨制造設(shè)備10以外進(jìn)行利用為目的向外部供給。這樣，通過設(shè)置儲(chǔ)氮設(shè)備380A，儲(chǔ)存過剩地制造的氮，不論氮的需求如何都能夠形成減少氫燃燒裝置310A的發(fā)電量即氮制造量的自由度。例如在氨制造設(shè)備10中的電的需求變動(dòng)、氫燃燒裝置310A的發(fā)電電力的需求暫時(shí)地減少時(shí)，通過儲(chǔ)存氮能夠緩沖，作為設(shè)備能夠順利工作。或者，能夠使用白天的太陽熱發(fā)電、深夜電那樣的效率更好的、或更價(jià)廉的其他的電力供給設(shè)備。另外，通過由管路305 向外部供給進(jìn)一步過剩的氮?dú)?，制氮設(shè)備300不僅有制造合成氨的氣體的功能，還能夠作為單純地制造氮的裝置發(fā)揮功能。來自熱交換器350的排氣被供給到管路304中。氫控制裝置320A是控制向管路 303的氫供給量和向管路302的氫供給量的裝置。氫控制裝置320A利用控制閥340控制向燃燒器312的供給氫量。氫控制裝置320A通過控制送向管路302的氫量，能夠控制氫燃燒中的氫相對(duì)于氮的混合比。在氨合成中，含氧化合物會(huì)使催化劑中毒，因此空氣中含有的C02、由氫燃燒而產(chǎn)生的水以及NOx必須除去到規(guī)定的濃度。因此，氣體精制裝置360，是根據(jù)氨合成設(shè)備400 的入口條件除去通過氫氣燃燒反應(yīng)而制造的氫和氮以外的副產(chǎn)物的設(shè)備。作為氣體精制裝置360，也可以具有水(H2O)除去設(shè)備、二氧化碳(CO2)除去設(shè)備、 氧(O2)除去設(shè)備、NOx除去設(shè)備、過氧化氫(H2O2)除去設(shè)備。作為水除去設(shè)備，有填充了沸石的干燥器。作為二氧化碳(CO2)除去設(shè)備，有使用碳酸鉀水溶液進(jìn)行反應(yīng)吸收的方法(下式)OK2C03+C02 — 2KHC03(低溫下的吸收反應(yīng))(式 14)K2C03+C02 — 2KHC03(高溫下的再生反應(yīng))(式 15)作為氧(O2)除去設(shè)備，有與H2的Pd或Pt的催化反應(yīng)、分離膜、PSAPressure Swing Adsorption)法。作為NOx除去設(shè)備，有使用氨的除去方法。氣體精制裝置360，也可以連續(xù)檢測(cè)燃燒氣體中的氧濃度、氮氧化物濃度，將檢測(cè)值通知給氫控制裝置320A。<制氮設(shè)備(通過深冷分離而制造氮的設(shè)備)>圖9表示通過深冷分離而制造氮的制氮設(shè)備的一例。制氮設(shè)備300B與制氮設(shè)備 300A相比，不同之處在于還具有深冷分離設(shè)備370，沒有氣體精制裝置360，但其他的裝置與制氮設(shè)備300A相同。氫燃燒裝置310B不制造氮而作為發(fā)電設(shè)備設(shè)置，由氫燃燒裝置310B 發(fā)出的電向深冷分離設(shè)備370、儲(chǔ)氫設(shè)備200、氨合成設(shè)備400中的至少一個(gè)設(shè)備供給。再者，制氮設(shè)備300B，使獲得由深冷分離設(shè)備370、氨合成設(shè)備400和制氫設(shè)備100中的至少一個(gè)設(shè)備所需要的電力確定的電力的量的制造的氫燃燒。氫控制裝置320B能夠根據(jù)向管路303供給的氫量，控制由深冷分離設(shè)備370制造的、向管路304供給的氮量。制氮設(shè)備300B能夠得到在儲(chǔ)氫設(shè)備200中儲(chǔ)存的氫，因此即使是制氫設(shè)備100停止時(shí)，氫燃燒裝置310B也能夠連續(xù)運(yùn)行。因此，制氮設(shè)備300B，具有向深冷分離設(shè)備370、氨合成設(shè)備400和儲(chǔ)氫設(shè)備200 中的至少一個(gè)設(shè)備供給將制造的氫和空氣燃燒而發(fā)生的電力的發(fā)電設(shè)備，不需要來自外部的供電，而能夠使氨制造設(shè)備10和深冷分離設(shè)備370連續(xù)運(yùn)行。因此，能夠減輕與深冷分離設(shè)備370的開動(dòng)工序和停止工序相伴的能量損失。制氮設(shè)備300B也可以具有儲(chǔ)氮設(shè)備 380B。通過具有儲(chǔ)氮設(shè)備，能夠采用效率更好的、或更廉價(jià)的其他的電力制造氮并儲(chǔ)存起來。例如，氨制造設(shè)備10具有圖5所示的發(fā)電單元190的場(chǎng)合，能夠利用由白天的剩余的太陽熱發(fā)生的電力，在深冷分離設(shè)備370中制備氮，并儲(chǔ)存在儲(chǔ)氮設(shè)備380B中。另外，在能夠從外部供電的場(chǎng)合，也可以利用深液電大量地制造氮并儲(chǔ)存起來。對(duì)于制氮設(shè)備300B中的與制氮設(shè)備300A相同的其他的裝置，省略其說明。通過深冷分離而制造的氮，在從導(dǎo)入的空氣進(jìn)入深冷分離中的冷箱之前，脫除水和二氧化碳，并且將該空氣液化后，被分離成氧和氮。在此制造的氮?dú)庵械暮趸衔餅闃O低的濃度，因此可不需要?dú)怏w精制裝置360。另外，副產(chǎn)的氧，除了氨制造設(shè)備10以外也能夠進(jìn)行利用。<氨合成設(shè)備(氨合成方法)>是由氫和氮合成氨的設(shè)備。
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氨的合成由下面表示的反應(yīng)式表示，是放熱反應(yīng)。N2+3H2 — 2NH3 (約 400 °C )(式 16)如式16所示是體積減少的反應(yīng)，因此優(yōu)選反應(yīng)壓力在化學(xué)平衡上為高壓。即使合成氨的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，由于壓縮工序的必要性，氨的合成也需要?jiǎng)恿Α?lt;氨合成設(shè)備(設(shè)備說明)>圖10表示氨合成設(shè)備的一例。氨合成設(shè)備400A具有合成氣體壓縮機(jī)420、合成氣體熱交換器430、反應(yīng)器440、液化設(shè)備450和氨合成控制裝置460。管路303上設(shè)置有檢測(cè)流經(jīng)管路303的氫流量的流量計(jì)(FI) 461。管路304上設(shè)置有檢測(cè)流經(jīng)管路304的氮流量的流量計(jì)462。管路406上設(shè)置有檢測(cè)流經(jīng)管路406的氨流量的流量計(jì)463。氨合成控制裝置460，基于由流量計(jì)461得到的氫流量、和由流量計(jì)462得到的氮流量，基于式16表示的化學(xué)計(jì)量比來控制各設(shè)備，以使由流量計(jì)463得到成為設(shè)定值的規(guī)定的氨制造量。再者，氨合成控制裝置460，成為設(shè)定值的規(guī)定的氨制造量也可以從后述的控制裝置900接收信號(hào)。由管路303、304供給的合成氣體，利用合成氣體壓縮機(jī)420升壓到反應(yīng)器440的反應(yīng)壓力。然后，合成氣體由合成氣體壓縮機(jī)420排出而被供給到管路401中。管路403 向合成氣體熱交換器430的低溫側(cè)供給。合成氣體壓縮機(jī)420，是用于將含有氫和氮的合成氣體加壓到合成氨的反應(yīng)的反應(yīng)壓力的壓縮機(jī)。合成氣體壓縮機(jī)是多級(jí)構(gòu)成的離心壓縮機(jī)或多級(jí)構(gòu)成的軸流式壓縮機(jī)。 圖10中合成氣體壓縮機(jī)420由兩個(gè)壓縮機(jī)構(gòu)成，但不限于該構(gòu)成。合成氣體熱交換器430是將通過合成氣體的放熱反應(yīng)而高溫化了的氨氣送入高溫側(cè)，將合成氣體送入低溫側(cè)的熱交換器。這樣，通過利用高溫化了的氨氣作為熱介質(zhì)，就不需要從外部供給將合成氣體加熱到反應(yīng)溫度的能量。反應(yīng)器440是填充有規(guī)定的催化劑，并且進(jìn)行由式16所示的氨合成反應(yīng)的設(shè)備。在反應(yīng)器440中合成的氨被供給到管路403中。供給到管路403中的氨，由合成氣體熱交換器430低溫化，被供給到管路404中。管路404與液化設(shè)備450連接。液化設(shè)備450將生成的氨液化，并取出到管路406中，使未反應(yīng)的合成氣體返回到管路405中，與新的合成氣體一起由合成氣體壓縮機(jī)420加壓，并送入到反應(yīng)器440中。由液化設(shè)備450液化的氨，從管路406儲(chǔ)存于沒有圖示的儲(chǔ)氨設(shè)備中，陸運(yùn)和/或船運(yùn)出廠。圖11表示氨合成設(shè)備的另一例。氨合成設(shè)備400B，除了管路303的連接端頭處在合成氣體壓縮機(jī)420的后級(jí)段側(cè)以外，具有與利用圖10說明的氨合成設(shè)備400A相同的構(gòu)成。因此，對(duì)于與氨合成設(shè)備400A相同的構(gòu)成，省略說明。供給到管路304中的氮，向合成氣體壓縮機(jī)420的一級(jí)壓縮機(jī)的入口供給。供給到管路303中的氫，向合成氣體壓縮機(jī)420的二級(jí)壓縮機(jī)的入口供給。由管路304供給的氮，由于是燃?xì)廨啓C(jī)313的排氣壓力，因此為低壓。由管路303 供給的氫，由于由被壓縮儲(chǔ)存的氫罐202供給，因此為高壓。因此，如果來自管路304的氮被供給至壓縮機(jī)的第1級(jí)，來自管路303的氫被供給至壓縮機(jī)的第2級(jí)或其以后的級(jí)段即可。再者，圖11是例舉合成氣體壓縮機(jī)420為多級(jí)構(gòu)成的圖，合成氣體壓縮機(jī)不限于圖11 中說明的合成氣體壓縮機(jī)420。這樣，通過將由管路304供給的氮的3倍摩爾數(shù)的氫由管路303送入到壓縮機(jī)的后級(jí)段的入口側(cè)，與將混合后的合成氣體送入壓縮機(jī)的第一級(jí)并進(jìn)行加壓的情況相比，能夠大幅度地減少合成氣體壓縮機(jī)420所需要的動(dòng)力。如上所述，在制氨設(shè)備中，合成氣體的壓縮動(dòng)力在每單位氨的需要能量中占有較大的比例，因此合成氣體壓縮機(jī)420所需要的動(dòng)力的降低能夠減少每單位氨的需要能量?！窗焙铣稍O(shè)備的控制〉由于制氫設(shè)備100的制氫量根據(jù)日照量而不同，因此制氨設(shè)備10也可以根據(jù)日照
量控制氨的生產(chǎn)量。圖12是表示日照的聚光量的一例的圖。聚光量曲線801表示夏天的聚光量。聚光量曲線803表示冬天的聚光量。聚光量曲線802表示春天或秋天的聚光量。如圖所示， 夏天從日出到日落的時(shí)間長(zhǎng)，因此聚光量大。另一方面，冬天從日出到日落的時(shí)間短，因此聚光量小。聚光量小時(shí)，有時(shí)相對(duì)于目標(biāo)制氨量不能夠充分地得到氫。另外，聚光量大時(shí)， 可制造過剩的氫。因此，優(yōu)選制氨設(shè)備10根據(jù)聚光量控制氨的制造量。利用圖13來說明進(jìn)行氨制造量的算出和氨制造量的控制的控制裝置的一例?？刂蒲b置900具有存儲(chǔ)部911、處理部912、通信部913、外部存儲(chǔ)裝置914、驅(qū)動(dòng)裝置915和總線919。再者，雖然沒有圖示，但控制裝置900通過通信部913與制氨設(shè)備10的儀表化設(shè)備類、以及壓力控制裝置260A或壓力控制裝置^0B、氫控制裝置320A或氫控制裝置320B、以及氨合成控制裝置460連接?？刂蒲b置900，在存儲(chǔ)部911存儲(chǔ)日照量信息、氫罐殘存量、天氣預(yù)報(bào)信息。日照量信息和天氣預(yù)報(bào)信息能夠通過通信部913由預(yù)測(cè)日照量和天氣預(yù)報(bào)的外部系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)接收。控制裝置900利用由氫罐的壓力計(jì)232取得的壓力信息取得氫罐殘存量。日照量信息是記錄每個(gè)季節(jié)變化的從日出到日落的時(shí)間、和根據(jù)天氣預(yù)報(bào)確定的單位時(shí)間的日照量，采用記錄預(yù)測(cè)聚光量和氫制造量用的信息。換言之，日照量信息是包含例如如圖12所示記錄季節(jié)和時(shí)間的變動(dòng)的日照量的信息。控制裝置900還存儲(chǔ)用于算出氨制造量，并且使氨合成設(shè)備按算出的氨制造量制造氨的程序?？刂蒲b置900的處理部912，通過執(zhí)行上述程序?qū)崿F(xiàn)氨制造量算出功能?？刂蒲b置900利用氨制造量算出功能，將算出的氨制造量作為設(shè)定值，傳輸?shù)桨焙铣煽刂蒲b置 460，由此能夠控制氨合成設(shè)備400的氨制造量。這樣，控制裝置900基于太陽的日照量信息算出1天能夠制造的氫量，并且算出以算出的制氫量為原料的氨制造量，由此按算出的氨制造量使氨合成設(shè)備400制造氨。利用圖13、圖14來說明利用控制裝置900算出氨制造量和控制氨制造量的處理流程的一例?？刂蒲b置900的處理部912，使用由日照量信息得到的日照量，算出氫制造量 (S701)。氫制造量基于由日照量得到的熱能算出。處理部912由算出的氫制造量算出由儲(chǔ)氫設(shè)備200向制氮設(shè)備300和氨合成設(shè)備400供給的單位時(shí)間的氫流量670 。接著，處理部912確定向制氮設(shè)備300和氨合成設(shè)備400供給的氫流量(S703)。雖然氫燃燒反應(yīng)為了制氮和發(fā)電而進(jìn)行，但基于氮制造量或發(fā)電的某一方支配性的量確定氫流量。氫燃燒裝置310的發(fā)電效率高，氨合成設(shè)備400的耗電效果大的場(chǎng)合等，以少的氫量就滿足規(guī)定的發(fā)電量，另一面在不能得到充分的合成氣體用的氮量的場(chǎng)合，為了制造氮，確定送往制氮設(shè)備300的氫流量。另外，電力需求多的場(chǎng)合，為了以合成氣體所需的氮量以上來制造氮，并
16進(jìn)行發(fā)電，確定送往制氮設(shè)備300的氫流量。
再者，氫流量能夠利用以下的式算出。Ha=對(duì)制氮設(shè) & 300和氨合成設(shè)備400的氫供給量
Hg=合成氣體的氫流量
He=發(fā)電用的氫流量
Hn=制氮用的氫流量
Ng=合成氣體中的氮流量
a ==規(guī)定的系·(由制氨所需要的電力確定的系數(shù))
b ==制氮所需要的氫相對(duì)于氮的比例
Ha=Hg+He(式 21)
Ha=Hg+Hn(式2
He=aXHg(式 23)
Hn=bXNg(式
Ng=1/3X Hg(式 25)發(fā)電目的的氫流量確定的場(chǎng)合，由利用式21和式23得到的下式沈求出合成氣體的氫流量(Hg)。Hg = Ha/(1+a)(式?jīng)?出于制氮目的，氫流量確定的場(chǎng)合，由利用式22、式M和式25得到的下式27求出合成氣體的氫流量(Hg)。Hg = Ha/ (l+b/3)(式 27)處理部912由算出的Hg求出Ng(S704)，再由Hg和Ng算出氨制造量(S705)?？刂蒲b置900通過將這樣地算出的氨制造量作為設(shè)定值傳輸?shù)桨焙铣煽刂蒲b置460，能夠控制氨合成設(shè)備400的氨制造量。通過以日照量信息為基礎(chǔ)算出氫制造量和氨制造量并進(jìn)行控制，將只在日照時(shí)產(chǎn)生的氫水準(zhǔn)化，算出送到氨合成設(shè)備400的氫量，由此避免間歇運(yùn)行導(dǎo)致的能量損失，從而能夠高效率地利用太陽能來制造氨。<供給氨的合成氣體的復(fù)合設(shè)備>利用圖17表示對(duì)氨合成設(shè)備400供給合成氣體的復(fù)合設(shè)備的一例。復(fù)合設(shè)備30 是對(duì)氨合成設(shè)備400供給合成氣體的設(shè)備。復(fù)合設(shè)備30包括利用圖5 9說明了的制氫設(shè)備100A、儲(chǔ)氫設(shè)備200A或儲(chǔ)氫設(shè)備200B、制氮設(shè)備300A或制氮設(shè)備300B，對(duì)氨合成設(shè)備400供給含有氫和氮的合成氣體。 制氫設(shè)備100A、儲(chǔ)氫設(shè)備200A或儲(chǔ)氫設(shè)備200B、制氮設(shè)備300A或制氮設(shè)備300B已經(jīng)作了說明，因此在此省略說明。復(fù)合設(shè)備30，在具有儲(chǔ)氫設(shè)備200B的情況下，能夠利用壓縮單元250B的多功能性省略圖6所示的壓縮機(jī)210。另外，如利用圖6和圖7所說明的那樣，儲(chǔ)存在氫罐MO中的氫，相應(yīng)于燃燒器312的運(yùn)行壓力而升壓。因此，能夠減小氫罐240所需的容量，此外，如利用圖11所說明的那樣，通過氫供給到合成氣體壓縮機(jī)420的后級(jí)段，能夠使氨合成設(shè)備 400中的合成氣體壓縮機(jī)420的壓縮動(dòng)力降低。〈氨設(shè)備的物料平衡〉
利用圖15說明用于表示氨設(shè)備的物料平衡的工藝流程圖。管路201、303、304、305和406如由圖5 10說明的那樣。電力291是由制氮設(shè)備300向儲(chǔ)氫設(shè)備200供給的電力。電力391是通過深冷分離制氮設(shè)備300消耗的電力。 電力491是由制氮設(shè)備300向氨合成設(shè)備400供給的電力。利用圖16，對(duì)圖15所示的氨設(shè)備中的物料平衡的一例進(jìn)行說明。在以下表示的三個(gè)實(shí)例中，計(jì)算物料平衡。實(shí)例A)通過氫燃燒而制造氮，并且采用制氮設(shè)備和氨合成設(shè)備M小時(shí)地使用由氫燃燒所發(fā)生的電。實(shí)例B)通過氫燃燒而制造氮，并且采用制氮設(shè)備和氨合成設(shè)備只在夜間使用由氫燃燒所發(fā)生的電。白天由圖5的發(fā)電單元190發(fā)電，由發(fā)電單元190向制氮設(shè)備和氨合成設(shè)備供給所需要的電力。實(shí)例C)通過深冷分離而制造氮，并且采用制氮設(shè)備和氨合成設(shè)備只在夜間使用由氫燃燒所發(fā)生的電。計(jì)算物料平衡的計(jì)算條件如下。氨制造量2，500t/d合成氣體中的氮量1，860, OOONmVd合成氣體中的氫量5，570, OOONmVd氫燃燒氣體發(fā)電效率0. 3圖16表示在上述實(shí)例和計(jì)算條件下得到的物料平衡的表801。由表801清楚地表明，在將氨制造量設(shè)為一定的場(chǎng)合，管路201中所示的需要的氫流量按實(shí)例C、實(shí)例A、實(shí)例 B的順序變少。對(duì)由制氮設(shè)備300供給所有的夜間的需要電力的實(shí)例B和實(shí)例C進(jìn)行比較可知，相比于深冷分離，通過氫燃燒而制造氮，需要的氫量少。該結(jié)果是基于幾個(gè)假定而計(jì)算出的結(jié)果，實(shí)際的設(shè)備中的選擇，除該計(jì)算以外，還考慮例如設(shè)備的建設(shè)成本、維護(hù)性，可否從外部供給電力、占地面積等許多的因素來確定。在此記載的全部的例子和條件是企圖讀者理解本發(fā)明的記載，應(yīng)該解釋為不限定本發(fā)明。本發(fā)明的實(shí)施例雖然已有詳細(xì)描述，但應(yīng)該理解的是不脫離本發(fā)明的范圍而可以進(jìn)行種種的變更、置換和代替。
權(quán)利要求
1.一種氨制造方法，包括取得太陽能，并且利用取得的太陽能的一部分采用制氫設(shè)備制造氫；采用制氮設(shè)備由空氣制造氮；采用儲(chǔ)氫設(shè)備儲(chǔ)存由所述制氫設(shè)備制造的氫；采用氨合成設(shè)備由所述制造的氫和所述制造的氮連續(xù)地合成氨。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氨制造方法，包括采用所述儲(chǔ)氮設(shè)備儲(chǔ)存由所述制氮設(shè)備制造的氮。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氨制造方法，包括將使所述制造的氫和空氣燃燒而產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)換成電能，將所得到的電力向所述制氮設(shè)備、所述氨合成設(shè)備和所述制氫設(shè)備中的至少一個(gè)設(shè)備供給。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氨制造方法，包括在所述制氮設(shè)備中將所述制造的氫和空氣燃燒而制造氮，并且將通過所述燃燒而產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)換成電能，將所得到的電力向所述氨合成設(shè)備和所述制氫設(shè)備中的至少一個(gè)設(shè)備供給。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氨制造方法，包括在所述制氮設(shè)備中使空氣和氫在相比于化學(xué)計(jì)量比氫過剩的條件下燃燒，所述氫過剩的比率根據(jù)燃燒氣體中的氧濃度、氮氧化物濃度和發(fā)電效率中的至少一項(xiàng)來確定。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氨制造方法，包括在所述制氮設(shè)備中使得到氨合成所需要的氮量的量的所述制造的氫燃燒。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氨制造方法，包括在所述制氮設(shè)備中使得到由所述氨合成設(shè)備和所述制氫設(shè)備中的至少一個(gè)設(shè)備所需要的電力確定的電力的量的所述制造的氫燃
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的氨制造方法，包括采用所述制氮設(shè)備從所述儲(chǔ)氫設(shè)備得到所述制造的氫。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氨制造方法，包括在所述儲(chǔ)氫設(shè)備中以基于所述制氮設(shè)備中的氫和空氣的燃燒壓力和/或所述氨合成的反應(yīng)壓力的壓力儲(chǔ)存所述氫。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氨制造方法，包括基于太陽的日照量信息算出一天能夠制造的氫量，并且基于所述算出的制氫量算出氨制造量，所述氨的連續(xù)合成，是以所述算出的氨制造量制造氨。
11.一種氨合成氣體制造方法，包括取得太陽能，并且利用取得的太陽能的一部分采用制氫設(shè)備制造氫；采用制氮設(shè)備由空氣制造氮；采用儲(chǔ)氫設(shè)備儲(chǔ)存由所述制氫設(shè)備制造的氫；向氨合成設(shè)備供給所述制造的氫和所述制造的氮。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的氨合成氣體制造方法，包括采用所述儲(chǔ)氮設(shè)備儲(chǔ)存由所述制氮設(shè)備制造的氮。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的氨合成氣體制造方法，包括所述制氮設(shè)備將所述制造的氫和空氣燃燒而制造氮，并且將通過所述燃燒而產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)換成電能，將所得到的電力向所述氨合成設(shè)備和所述制氫設(shè)備中的至少一個(gè)設(shè)備供給。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的氨合成氣體制造方法，包括所述儲(chǔ)氫設(shè)備以基于所述制氮設(shè)備中的氫和空氣的燃燒壓力和/或所述氨合成的反應(yīng)壓力的壓力儲(chǔ)存所述氫。
15.一種氨制造設(shè)備，其利用太陽能制造氨，該氨制造設(shè)備具備 取得太陽能，并且利用取得的太陽能的一部分制造氫的制氫設(shè)備； 由空氣制造氮的制氮設(shè)備；儲(chǔ)存由所述制氫設(shè)備制造的氫的儲(chǔ)氫設(shè)備；和由所述制造的氫和所述制造的氮連續(xù)地合成氨的氨合成設(shè)備。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的氨合成設(shè)備，具備儲(chǔ)存由所述制氮設(shè)備制造的氮的儲(chǔ)氮設(shè)備。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的氨制造設(shè)備，具備將使所述制造的氫和空氣燃燒而產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)換成電能，并將所得到的電力向所述制氮設(shè)備、所述氨合成設(shè)備和所述制氫設(shè)備中的至少一個(gè)設(shè)備供給的發(fā)電設(shè)備。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的氨制造設(shè)備，其中，所述制氮設(shè)備將所述制造的氫和空氣燃燒而制造氮，并且將通過所述燃燒而產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)換成電能，將所得到的電力向所述氨合成設(shè)備和所述制氫設(shè)備中的至少一個(gè)設(shè)備供給。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的氨制造設(shè)備，其中，所述制氮設(shè)備使空氣和氫在相比于化學(xué)計(jì)量比氫過剩的條件下燃燒，所述氫過剩的比率根據(jù)燃燒氣體中的氧濃度、氮氧化物濃度和發(fā)電效率中的至少一項(xiàng)來確定。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的氨制造設(shè)備，其中，在所述制氮設(shè)備中，使得到氨合成所需要的氮量的量的所述制造的氫燃燒。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的氨制造設(shè)備，其中，所述制氮設(shè)備使得到由所述氨合成設(shè)備和所述制氫設(shè)備中的至少一個(gè)設(shè)備所需要的電力確定的電力的量的所述制造的氫燃燒。
22.根據(jù)權(quán)利要求20或21所述的氨制造設(shè)備，其中，所述制氮設(shè)備從所述儲(chǔ)氫設(shè)備得到所述制造的氫。
23.根據(jù)權(quán)利要求17所述的氨制造設(shè)備，其中，所述儲(chǔ)氫設(shè)備以基于所述制氮設(shè)備中的氫和空氣的燃燒壓力和/或所述氨合成的反應(yīng)壓力的壓力儲(chǔ)存所述氫。
24.根據(jù)權(quán)利要求15所述的氨制造設(shè)備，具備控制裝置，所述控制裝置基于太陽的日照量信息算出一天能夠制造的氫量，基于所述算出的制氫量算出氨制造量，并且以所述算出的氨制造量使所述氨合成設(shè)備制造氨。
25.—種復(fù)合設(shè)備，是向由氫和氮連續(xù)地合成氨的氨合成設(shè)備連續(xù)地供給氫和氮的復(fù)合設(shè)備，其具備取得太陽能，并且利用取得的太陽能的一部分制造氫的制氫設(shè)備；由空氣制造氮，并且將所述氮向所述氨合成設(shè)備供給的制氮設(shè)備；和儲(chǔ)存由所述制氫設(shè)備制造的氫，并且將所述制造的氫向所述氨合成設(shè)備供給的儲(chǔ)氫設(shè)備。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的復(fù)合設(shè)備，具備儲(chǔ)存由所述制氮設(shè)備制造的氮的儲(chǔ)氮設(shè)備。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的復(fù)合設(shè)備，其中，所述制氮設(shè)備將所述制造的氫和空氣燃燒而制造氮，并且將通過所述燃燒而產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)換成電能，將所得到的電力向所述氨合成設(shè)備和所述制氫設(shè)備中的至少一個(gè)設(shè)備供給。
28.根據(jù)權(quán)利要求25所述的復(fù)合設(shè)備，其中，所述儲(chǔ)氫設(shè)備以基于所述制氮設(shè)備中的氫和空氣的燃燒壓力和/或所述氨合成的反應(yīng)壓力的壓力儲(chǔ)存所述氫。
全文摘要
本發(fā)明提供一種復(fù)合型設(shè)備，其具有取得太陽能、并且利用取得的太陽能的一部分制造氫的制氫設(shè)備；儲(chǔ)存由制氫設(shè)備制造的氫的儲(chǔ)氫設(shè)備；和由空氣制造氮的制氮設(shè)備，并將制造的氫和氮向合成設(shè)備連續(xù)地供給。
文檔編號(hào)C01C1/04GK102428029SQ20108001975
公開日2012年4月25日 申請(qǐng)日期2010年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月5日
發(fā)明者中村德彥, 中西治通, 佐藤彰倫, 小畑充生, 杉浦繁貴, 竹島伸一, 飯?zhí)镪柦?申請(qǐng)人:中村德彥, 中西治通, 佐藤彰倫, 小畑充生, 杉浦繁貴, 竹島伸一, 飯?zhí)镪柦?br>