JP2004506169A

JP2004506169A - 蒸気／液体を分割供給する改善型アンモニア水吸収システム発生器

Info

Publication number: JP2004506169A
Application number: JP2002518045A
Authority: JP
Inventors: キロル，ランス，ディー．; サルキシャン，ポール
Original assignee: ロッキー・リサーチ
Priority date: 2000-08-03
Filing date: 2001-07-30
Publication date: 2004-02-26
Also published as: CA2417851A1; AU2001279094A1; US6427478B1; EP1305557A1; IL153952A0; KR20030023731A; SA01220377A; CN1446304A; MXPA03000919A; WO2002012801A1

Abstract

吸収器アセンブリー、発生器アセンブリー、凝縮器および蒸発器を含むアンモニア水吸収装置であって、吸収器アセンブリーが吸収器およびＧＡＸ吸収器熱交換器を含み、高濃度液体吸収溶液（２４）がＧＡＸ吸収器熱交換器中で部分的に蒸発して２相の蒸気／液体混合物を形成し、装置が、吸収器アセンブリーからの分離した蒸気（５１）および液体（５４、２２）流を発生器アセンブリーに導いて、蒸気流（５１）をその組成物が蒸気流と実質上等しい位置で発生器アセンブリーに導入する配管を含む装置。

Description

【０００１】
（発明の背景）
アンモニア水吸収システムは主要な構成要素として吸収器、発生器、凝縮器、蒸発器を組み込む。上記システムは従来技術で良く知られており、例えば、米国特許第５，３６７，８８４号、第５，５４８，９７１号および第５，４９０，３９３号に開示されている。これらのアンモニア水吸収システムはヒートポンプ、冷却装置、チラー、加熱器具、チラーヒーターとして設計し運転することができる。
【０００２】
アンモニア水吸収システムの発生器は蒸留カラムとして動作し、構成要素としてボイラー、分離（ｓｔｒｉｐｐｉｎｇ）セクションまたは分離器、および精留セクションを含む。システムの吸収器からの、アンモニアに富む液体を含む発生器への供給組成物は、１つまたは複数の供給点または入り口点で発生器に導入される。ボイラーは熱の投入と同時に液体および蒸気の向流を製造するように設計される。主要な熱はボイラーの有限の長さと高さにわたって導入され、熱の投入領域ではアンモニアの濃度が大きく変化する。あるシステムではボイラーはリボイラーと置き換えられ、熱は主エネルギー源から投入されるが、カラムの底に近い液体から平衡して分離する蒸気からのもの以外大きなアンモニアの分離はない。したがってリボイラーは単に蒸気を発生器カラムへ送り返す。
【０００３】
分離セクションは最も高い（最も冷たい）供給点より下方にある発生器カラムの全てのセクションを含む。分離セクションでは、熱は蒸留カラムの底を出る溶液から回収され、回収された熱はボイラーの上方のカラム部分に戻される。分離セクションは３つの部分を含む。即ち、加熱溶液脱着器（ＳＨＤ）、断熱脱着器または発生器−吸収器熱交換（ＧＡＸ）脱着器のいずれか、およびボイラーである。ＳＨＤは低濃度溶液、即ち発生器カラムの底からの溶液から、低濃度溶液が吸収器に向かう前に熱を抽出する分離セクションの部分である。分離セクションの断熱脱着器は熱の投入がなく、通常、最も冷たい供給点とＳＨＤの間に位置する。ＧＡＸ脱着器は、発生器カラムの底からの低濃度液体または第２の流体伝熱によって吸収器から熱を受け取る。通常、ＧＡＸアンモニア水吸収システムの発生器はＧＡＸ脱着器または断熱脱着器のいずれかを有するが、両方ともではない。システムが高濃度液体ＧＡＸを用いる場合には断熱セクションが使用され、一方、低濃度液体ＧＡＸまたは第２流体ＧＡＸにはＧＡＸ脱着器が使用される。発生器の追加の構成要素は、最も高い（最も冷たい）供給点の上方の発生器のセクションになる精留器である。上述した上記発生器は図に示されており、以下でさらに詳細に説明する。
【０００４】
システム吸収器から発生器カラムへの供給物は比較的アンモニア含有量の高い溶液を含む濃厚液体である。上記濃厚液体は通常４０％から５０％のアンモニアを有するが、ある運転条件下では２０％程度まで低くなることもある。上記濃厚液体は、発生器から吸収器に向かう低濃度液体と対照的であり、これは定格条件で約１％〜約１５％、通常約３％〜約５％のアンモニアを有する水に富んだ組成物を含む。従来の高濃度液体ＧＡＸ吸収サイクルでは、熱は高濃度液体の一部をＧＡＸ吸収器の熱交換器を通過させ、溶液をそれが２相混合物になるようにその沸点以上に加熱することによって回収される。ＧＡＸ熱交換器を通過しない高濃度液体の部分は、精留器の底部またはその近くで、沸点温度またはそれ以下の温度で単相液体として発生器内に導入される。発生器への第２の供給流はＧＡＸ吸収器を通過した高濃度液体の部分である。液体と蒸気を含む第２の供給流は、第１の単相液体供給よりも低い位置で発生器中に導入される。従って、従来の高濃度液体ＧＡＸは液体と蒸気に分離されず、共通点で一緒に発生器へ導入される。
【０００５】
（発明の概要）
本発明の発生器は、ＧＡＸ吸収器からの濃厚な高濃度液体の第２の供給を液体と蒸気部分に分離し、分離した蒸気と液体部分をカラムに沿った異なる点で発生器中に導入することによって改善される。
【０００６】
（好ましい実施形態の詳細な説明）
図１の実施形態では、発生器１０はそれがアンモニア水吸収装置において通常配置され使用されるように、縦型の垂直な位置で示される単一シェル内の４つの異なるセクションを含む。発生器カラムの分離セクションは組合せボイラー、ＳＨＤ、および断熱セクションを含み、第１の供給投入２２近くのレベルＣの下方の発生器の最も熱いセクションに位置する。したがって分離セクションは最も高い（最も冷たい）供給点の下方の発生器カラムの全てのセクションを含み、一方精留器は最も高い供給点の上方の発生器のセクションである。カラムの最も冷たいセクションはレベルＣの上方に位置する精留器１８である。導管２１は精留器からの冷媒蒸気を吸収装置の凝縮器へ導く。発生器カラムの下方部分にはカラムの最低端からレベルＡに延在するボイラーセクション１２がある。ボイラーの上方にはカラムの長さに沿ってレベルＡとＢの間に位置するＳＨＤセクション１４があり、位置Ｂは第２の供給２４が導入されるレベルである。ＳＨＤセクション１４の上方に位置して、カラムの長さに沿ってレベルＢとレベルＣの間に延在する断熱脱着器セクション１６があり、レベルＣは第１の供給投入２２に相当する。発生器１０の上方部分にはレベルＣと発生器カラムの上端の間に延在する精留器１８がある。発生器１０はシェルに沿って縦に積み重ねた異なるセクションから作られた、単一のまたは共通のシェルとして図示されているが、発生器は異なるセクションを含む１つまたは複数のシェルから構成してもよい。
【０００７】
ボイラーセクション１２はボイラーセクションの長さに沿って延在する火炎管１３を備えるバーナー１５によって加熱され、バーナーからの排気ガスは火炎管の端１７で排出される。バーナーは主エネルギー源からボイラーに熱を提供する。ボイラーセクションからの熱は低濃度液体を使用して配管２０を経由してＳＨＤセクション１４に導かれる。ＳＨＤセクション１４の長さに沿って延在する熱交換器２５は低濃度液体からの顕熱を送達する。
【０００８】
図１に図示した本発明の実施形態では、２つの供給流が発生器カラムに沿った３つの液体供給点に導入される。第１の供給流２２は第１の供給入り口２２において単相の流体（第１の液体供給）として液体の沸点またはそのわずかに低い温度でカラムに導入される非ＧＡＳ化高濃度力液を含む。供給は前述のように通常４０％〜５０％のアンモニアを有する濃厚液体で、吸収器から供給投入２２に導かれる。この液体は、それがＧＡＸ吸収器の発生器熱交換器を通過していない濃厚液体の部分なので、本明細書では「ＧＡＸされない」液体と呼ぶ。第１の液体供給を導入する第１の供給入り口２２は、精留器と断熱セクションの間の合流点またはその近くのレベルＣ、断熱脱着セクション１６の上端またはその近くにある。吸収器からのＧＡＸ流である第２の供給２４は、分離器素子または装置５５によって気相流５１と液相流５４（第２の液体供給流）とに分離される。第２の供給２４は、ＧＡＸ吸収器の発生器熱交換器を通過した濃厚液体の「ＧＡＸした」部分である。濃厚液体が発生器熱交換器を通過すると、それは溶液の沸点以上の温度に加熱され、それによってそれは２相の液体／蒸気混合物になる。気相流５１は第１の供給入り口２２の下方の断熱脱着器１６に導入され、２相の混合物の液相流５４はレベルＢに導入されて断熱セクションと加熱溶液脱着器セクションの合流点またはその近くの加熱溶液脱着器セクション１４の上端で分配される。上記供給を分離することは、各供給種（蒸気と液体）を供給組成物と内部組成物が最も密に調和する発生器のレベルに導入するために提供される。第２供給の蒸気と液体は互いに平衡している。従って、発生器カラムへの適切な注入距離は、１理論蒸留段である。定義上、理論段の上端から出る蒸気は段の底から出る液体と平衡している。
【０００９】
上述の供給流分割は分離効率および全体的な発生器の性能を改善する。本発明の他の利点と同じく、これらは当業者には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】
発生器カラムに沿った異なる位置に導入される、液体と蒸気に分離された濃厚なＧＡＸ液体の第２供給を有する本発明のアンモニア水発生器の側面断面図である。本発明の発生器と合体する吸収器アセンブリー、凝縮器、および蒸発器を含む、本発明のアンモニア水吸収装置の他の主要な構成要素は図に示されていない。

Claims

吸収器アセンブリー、発生器アセンブリー、凝縮器および蒸発器を含むアンモニア水吸収装置であって、前記吸収器アセンブリー（１０）が吸収器およびＧＡＸ吸収器熱交換器を含み、高濃度液体吸収溶液が前記ＧＡＸ吸収器熱交換器中で部分的に蒸発して２相の蒸気／液体混合物を形成し、前記装置が、前記吸収器アセンブリーからの分離した蒸気および液体流を前記発生器アセンブリーに導くために配管することを特長とし、前記配管が蒸気流（５１）をその中の組成物が前記蒸気流と実質上等しい位置で発生器アセンブリーに導入する装置。
前記発生器アセンブリー（１０）がボイラーセクション（１２）、加熱溶液脱着器セクション（１４）、断熱脱着器セクション（１６）、および精留器セクション（１８）を含み、前記配管が前記蒸気流（５１）を前記断熱脱着器セクション（１０）に導入し、前記液体流（５、４）を前記加熱溶液脱着器セクション（１４）に導入することを特徴とする請求項１に記載の装置。
前記発生器アセンブリーが、ボイラーセクション（１２）、加熱溶液脱着器セクション（１４）、断熱脱着器セクション（１６）、および精留器セクション（１８）を含み、前記配管が、前記蒸気流（５１）を前記断熱脱着器セクション（１６）に導入し、前記液体流（５４）を前記断熱脱着器セクションと前記加熱溶液脱着器セクションの間の合流点（Ｃ）またはその近くで前記発生器アセンブリーに導入することを特徴とする請求項１に記載の装置。
さらに２相の混合物の気相と液相を分離する分離素子（５５）を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
前記高濃度液体吸収溶液が約４０重量％〜５０重量％のアンモニアを含む請求項４に記載の装置。
前記吸収器アセンブリーからの第１の液体流（２２）を導く第１の配管および前記吸収器アセンブリーからの２相の蒸気／液体混合物（２４）を前記発生器アセンブリー（１０）に導く第２の配管を含み、前記第１の配管が、第１の液体流（２２）を前記発生器内の組成物が前記第１の液体流と実質上等しい位置で発生器アセンブリーカラムに導入することを特徴とし、前記２相の蒸気／液体混合物を蒸気流（５１）と第２の液体流（５４）に分離する分離器（５５）を含み、前記第２の配管が、第２の液体流をその中の組成物が前記第２の液体流と実質上等しい位置で発生器アセンブリーカラムに導入し、蒸気流をその中の組成物が前記蒸気流と実質上等しい位置で発生器カラムに導入する請求項１に記載の装置。
前記発生器アセンブリーが、ボイラーセクション（１２）、加熱溶液脱着器セクション（１４）、断熱脱着器セクション（１６）、および精留器セクション（１８）を含み、前記蒸気流が前記断熱脱着器セクション（１６）に導入され、前記第２の液体流が前記加熱溶液脱着器セクションに導入される請求項６に記載の装置。
前記第１の液体流が、前記発生器カラムに沿って前記断熱脱着器セクションと前記加熱溶液脱着器セクションの間の合流点（Ｃ）またはその近くで導入される請求項７に記載の装置。
吸収器アセンブリー、発生器アセンブリー、凝縮器および蒸発器を含むアンモニア水吸収装置を運転する方法であって、前記吸収器アセンブリーが吸収器およびＧＡＸ吸収器熱交換器を含み、高濃度液体吸収溶液が前記ＧＡＸ吸収器熱交換器中で部分的に蒸発して２相の蒸気／液体混合物を形成し、前記方法が、前記吸収器アセンブリーからの分離した蒸気および液体流を前記発生器アセンブリーに導入し、蒸気流をその中の組成物が蒸気流と実質上等しい位置で発生器アセンブリーに導入することを特徴とする方法。
前記発生器アセンブリーが、ボイラーセクション（１２）、加熱溶液脱着器セクション（１４）、断熱脱着器セクション（１０）、および精留器セクション（１８）を含み、前記蒸気流が、前記断熱脱着器セクションに導入され、前記液体流が前記加熱溶液脱着器セクションに導入される請求項９に記載の方法。
前記発生器アセンブリーが、ボイラーセクション（１２）、加熱溶液脱着器セクション（１４）、断熱脱着器セクション（１６）、および精留器セクション（１８）を含み、前記蒸気流が前記断熱脱着器セクションに導入され、前記液体流（５４）が断熱脱着器セクション（１６）と前記加熱溶液脱着器セクション（１４）の間の合流点（Ｂ）またはその近くで前記発生器アセンブリーに導入される請求項９に記載の方法。
前記装置がさらに前記吸収器アセンブリーからの第１の液体流と第２の配管相蒸気／液体混合物を前記吸収器アセンブリーから前記発生器アセンブリーに導く第１の配管とを含み、それによって第１の液体流が、前記カラム内の組成物が前記第１の液体流と実質上等しい前記発生器カラムに沿った第１の位置で前記発生器アセンブリーに導入され、前記方法がさらに、前記２相の蒸気／液体混合物を蒸気流と第２の液体流とに分離すること、および第２の液体流をその中の組成物が第２の液体流と等しい位置で発生器アセンブリーに導入すること、および蒸気流をその中の組成物が蒸気流と等しい位置で発生器アセンブリーに導入することとを特徴とする請求項９に記載の方法。
前記発生器アセンブリーが、ボイラーセクション（１２）、加熱溶液脱着器セクション（１４）、断熱脱着器セクション（１６）、および精留器セクション（１８）を含み、前記蒸気流が前記断熱脱着器セクションに導入され、前記第２の液体流が前記加熱溶液脱着器セクションに導入される請求項１２に記載の方法。
前記第１の液体流が、前記発生器カラムに沿って断熱脱着器セクション（１６）と精留器セクション（１８）の間の合流点（Ｃ）またはその近くで導入される請求項１３に記載の方法。