JP2019000807A - 化学プラント、及び液体材料の蒸留方法 - Google Patents
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Abstract
Description
また、ボイラは、燃料として、石炭、石油、天然ガス等の化石燃料を使用する。このため、大量の化石燃料を使用すると、大量のCO2が発生し、環境に悪影響を及ぼす可能性があった。
また、蒸気の量が少なくなることで、ボイラの燃料(石炭、石油、天然ガス等の化石燃料)、及び蒸気となる水の量を少なくすることが可能となるので、CO2を削減できるとともに、ランニングコストを低減することができる。
これにより、高圧段圧縮機を通過する冷媒流量が減少するので、搬送動力の減少によって冷凍サイクルの成績係数(COP:Coefficient of Performance)を向上させることができる。
また、上記構成とされた熱源水回収ラインを有することで、熱源水を循環させることができる。
そして、蒸気、及び高温の熱源水を用いて、蒸発部で液体材料を蒸発させることで、ボイラの蒸気のみで液体材料を蒸発させる場合と比較して、蒸気の量を少なくすることが可能となる。
これにより、高圧段圧縮機を通過する冷媒流量が減少するので、搬送動力の減少によって冷凍サイクルの成績係数(COP:Coefficient of Performance)を向上させることができる。
このように、蒸気の量を少なくすることで、ボイラの燃料(石炭、石油、天然ガス等の化石燃料)、及び蒸気となる水の量を少なくすることが可能となるので、CO2を削減でき、かつランニングコストを低減することができる。
図1及び図2を参照して、本発明の実施形態に係る化学プラント1について説明する。図2において、T1は凝縮器66の入口側(第1の凝縮部71の入口側)における熱源水の温度(以下、「温度T1」という)、T2は凝縮器66の出口側(第2の凝縮部72の出口側)における熱源水の温度(以下、「温度T2」という)をそれぞれ示している。図1及び図2において、同一構成部分には同一符号を付す。
化学プラント本体2は、液体材料供給部4と、予熱部5と、蒸発部7と、蒸気供給ライン8と、ボイラ9と、凝縮部11と、を有する。予熱部5、蒸発部7、及び凝縮部11は、液体材料の蒸留を行う際に使用する。
予熱部5は、蒸気供給ライン本体8Aから供給される蒸気(ボイラ9が生成する蒸気)を用いて、液体材料を所定温度まで加熱する。所定温度とされた液体材料は、蒸発部7に供給される。
蒸発部7は、分岐ライン8Bから供給される蒸気(ボイラ9が生成する蒸気)を用いて、液体材料を加熱することで、液体材料を蒸発させる。蒸発した液体材料は、凝縮部11に供給される。
分岐ライン51Bを流れる冷媒は、蒸発器68の前段において、第1の凝縮部71を通過した冷媒と合流し、蒸発器68内に供給される。
ライン64の入口側には、第1の冷却水供給ライン21を通じて、化学プラント1の凝縮部11から回収した冷却水(温度が上昇した冷却水)が導入される。この温度が上昇した冷却水は、ライン64を流れる際に蒸発器68内を通過する膨張した液冷媒を蒸発させる。蒸発した冷媒は、ライン64の出口側から導出され、低圧段圧縮機61に供給される。
ライン65の一端には、熱源水回収ライン44を介することで、化学プラント本体2を構成する予熱部5で使用され、温度が低下した熱源水が導入される。この熱源水は、第1の凝縮部71を通過した後に、第2の凝縮部72を通過し、その後、第1の熱源水供給ライン41に導出される。
第1の凝縮部71には、熱源水回収ライン44を介することで、温度T1とされた熱源水が導入される。第1の凝縮部71では、熱源水と抽気された冷媒とを熱交換させることで、圧縮された中間圧の冷媒を凝縮させる。
このとき、温度T1とされた熱源水は、圧縮された中間圧の冷媒により加温され、第2の凝縮部72に供給される。温度T1としては、例えば、60℃とすることが可能である。
このとき、第1の凝縮部71を経由した熱源水は、圧縮された高温高圧のガス冷媒により加温され、温度T2の熱源水として第1の熱源水供給ライン41に導出される。温度T2としては、例えば、160℃とすることが可能である。
これにより、高圧段圧縮機62を通過する冷媒流量が減少するので、搬送動力の減少によって冷凍サイクルの成績係数(COP:Coefficient of Performance)を向上させることができる。
蒸発器68では、低圧段膨張弁54により膨張させられた液冷媒と第1のバッファタンク18から供給された冷却水とを熱交換させることで、液冷媒を蒸発させる。蒸発させた液冷媒は、低圧段圧縮機61に供給される。
第1の冷却水供給ライン21は、他端が蒸発器68内に配置されたライン64の入口側と接続されている。第1の冷却水供給ライン21は、ライン64を介することで、第1のバッファタンク18内に貯留された冷却水を蒸発器68に供給する。
凝縮部11では、第2の冷却水供給ライン27を介することで供給された冷却水を用いて、液体材料の凝縮処理を行う。そして、液体材料の凝縮に寄与し、温度が上昇した冷却水は、冷却水回収ライン16内に導出される。
蒸発部7では、第1の熱源水供給ライン41から供給された熱源水と、ボイラ9が生成した蒸気と、を用いて予熱された液体材料を蒸発させる。
化学プラント1の可動初期段階には、ボイラ9により生成された蒸気のみを用いて液体材料の予熱を行う。
このように、液体材料の予熱に使用されることで温度が低下した熱源水を凝縮器66に供給することで、凝縮器66により、再度、熱源水の温度を高温にすることができる。
高温の熱源水は、第1の熱源水供給ライン41を介することで蒸発部7に供給される。高温とされた熱源水の温度T2は、例えば、160℃とすることが可能である。
このような構成とされた凝縮器66を用いることで、段階的に冷媒を凝縮させることが可能(段階的に熱源水を加温することが可能)となるので、ヒートポンプ14の効率を高めることが可能となる。これにより、化学プラント1全体の効率を高めることができる。
このとき、蒸発器68から導出された冷却水を第2のバッファタンク26内に貯留し、第2のバッファタンク26内に貯留された冷却水を凝縮部11に供給するとよい。
凝縮器66では、低圧段圧縮機61または高圧段圧縮機62を通過した冷媒と熱源水とを熱交換させて温度T2となるように熱源水を加温する。温度T2とされた熱源水は、第1の熱源水供給ライン41を介することで、蒸発部7に供給される。
Claims (14)
- 蒸気を生成するボイラ、該蒸気により、液体材料を蒸発させる蒸発部、及び前記蒸発した前記液体材料を冷却水で冷却して凝縮させる凝縮部を含む化学プラント本体と、
冷媒が循環する循環ライン、該循環ラインに設けられ、前記凝縮部で使用された前記冷却水と前記冷媒とを熱交換させる蒸発器、前記循環ラインに設けられ、前記蒸発器を通過した前記冷媒を圧縮する圧縮機、該圧縮機を通過した前記冷媒と熱源水とを熱交換させる凝縮器、及び該凝縮器を通過した前記熱源水を前記蒸発部に供給する第1の熱源水供給ラインを含むヒートポンプシステムと、
を備える化学プラント。 - 前記圧縮機は、低圧段圧縮機と、該低圧段圧縮機よりも高い圧力となるように前記冷媒を圧縮する高圧段圧縮機と、を含み、
前記低圧段圧縮機、及び前記高圧段圧縮機は、直列接続されており、
前記凝縮器は、互いに分離され、かつカスケード接続された複数の凝縮部を含む請求項1記載の化学プラント。 - 前記ヒートポンプシステムは、前記化学プラント本体の前記凝縮部から回収した前記冷却水を貯留する第1のバッファタンクと、
前記第1のバッファタンク及び前記蒸発器と接続され、前記第1のバッファタンク内に貯留された前記冷却水を前記蒸発器に供給する第1の冷却水供給ラインと、
を備える請求項1または2記載の化学プラント。 - 前記ヒートポンプシステムは、前記蒸発器と接続され、該蒸発器を通過した前記冷却水を貯留する第2のバッファタンクと、
前記第2のバッファタンク及び前記化学プラント本体の前記凝縮部と接続され、前記第2のバッファタンク内に貯留された前記冷却水を前記化学プラント本体の前記凝縮部に供給する第2の冷却水供給ラインと、
を備える請求項1から3のうち一項記載の化学プラント。 - 前記化学プラント本体は、前記蒸発部の前段に設けられた予熱部を備えており、
前記ヒートポンプシステムは、前記蒸発部及び前記予熱部と接続され、該蒸発部を通過した少なくとも一部の前記熱源水を前記予熱部に供給する第2の熱源水供給ラインと、
前記予熱部及び前記凝縮器と接続され、該予熱部を通過した前記熱源水を前記凝縮器に供給する熱源水回収ラインと、
を備える請求項1から4のうち一項記載の化学プラント。 - 前記ヒートポンプシステムは、前記化学プラント本体の前記凝縮部から回収した前記冷却水を貯留する第1のバッファタンク、及び前記第2のバッファタンクと接続され、前記第1のバッファタンク内に貯留された前記冷却水を前記第2のバッファタンク内に導入する接続ラインと、
前記接続ラインに設けられたバルブと、
前記第2の冷却水供給ラインに設けられ、該第2の冷却水供給ラインを流れる前記冷却水の温度を検出する温度検出部と、
前記温度検出部が検出する温度が所定温度となるように、前記バルブの開閉状態を制御する制御部と、
を備える請求項4記載の化学プラント。 - 液体材料の蒸留方法であって、
化学プラント本体の蒸発部において、ボイラにより生成された蒸気を用いて、前記液体材料を蒸発させる蒸発工程と、
前記蒸発工程の後に、前記化学プラント本体の凝縮部において、冷却水を用いて、蒸発した前記液体材料を冷却して、該液体材料を凝縮させる凝縮工程と、
前記液体材料の冷却により温度が上昇した前記冷却水をヒートポンプの蒸発器に供給し、該蒸発器で該冷却水と前記ヒートポンプ内を循環する冷媒とを熱交換させ、その後、前記ヒートポンプの凝縮器において、熱源水と前記蒸発器を通過後に圧縮機で圧縮された前記冷媒とを熱交換させて前記熱源水を加温する熱源水加温工程と、
を備え、
前記蒸発工程では、前記蒸気、及び加温された前記熱源水を用いて、前記液体材料を蒸発させる液体材料の蒸留方法。 - 前記圧縮機は、低圧段圧縮機と、該低圧段圧縮機よりも高い圧力となるように前記冷媒を圧縮する高圧段圧縮機と、を含み、
前記低圧段圧縮機、及び前記高圧段圧縮機は、直列接続されており、
前記凝縮器は、互いに分離され、かつカスケード接続された複数の凝縮部を含む請求項7記載の液体材料の蒸留方法。 - 前記凝縮工程で温度が上昇した前記冷却水は、第1のバッファタンク内に貯留され、前記第1のバッファタンク内に貯留された前記冷却水を前記蒸発器に供給する請求項7または8記載の液体材料の蒸留方法。
- 前記蒸発工程の前に、前記ボイラにより生成された蒸気を用いて、前記液体材料を予熱する予熱工程を含み、
前記予熱工程では、前記蒸気、及び前記蒸発工程で温度が低下した前記熱源水を用いて、前記液体材料を予熱する請求項7ないし9のうち一項記載の液体材料の蒸留方法。 - 前記液体材料の予熱に使用されることで温度が低下した前記熱源水を前記凝縮器に供給する請求項10記載の液体材料の蒸留方法。
- 前記液体材料の予熱に使用され、かつ前記凝縮器の入口側に導入される熱源水の温度と、前記凝縮器の出口側から導出される加温された熱源水の温度と、の差が10℃以上である請求項11記載の液体材料の蒸留方法。
- 前記蒸発器から供給され、かつ第2のバッファタンクに貯留された前記冷却水を前記化学プラント本体の前記凝縮部に供給する請求項7ないし請求項12のうち、いずれか1項記載の液体材料の蒸留方法。
- 前記凝縮工程で温度が上昇した前記冷却水は、第1のバッファタンク内に貯留され、
前記化学プラント本体の前記凝縮部に供給する前記冷却水の温度が所定温度よりも低い場合、前記冷却水の温度が前記所定温度となるように、前記第2のバッファタンク内に前記第1のバッファタンク内に貯留された前記冷却水を導入させる請求項13記載の液体材料の蒸留方法。
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