JP2019122953A

JP2019122953A - アンモニア水溶液の蒸留装置

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Publication number: JP2019122953A
Application number: JP2018215421A
Authority: JP
Inventors: 洋一重; Yoichi Shige; 洋志松尾; Hiroshi Matsuo; 隆彦立野; Takahiko Tateno; 佐藤　輝幸; Teruyuki Sato; 輝幸佐藤
Original assignee: Kimura Chemical Plants Co Ltd
Current assignee: Kimura Chemical Plants Co Ltd
Priority date: 2018-01-12
Filing date: 2018-11-16
Publication date: 2019-07-25
Anticipated expiration: 2038-11-16
Also published as: JP6681964B2

Abstract

【課題】ヒートポンプを用いて省エネルギーを図るとともに、ヒートポンプに消費されるエネルギーを抑制して、さらに高い省エネルギー効果が得られるようにしたアンモニア水溶液の蒸留装置を提供する。【解決手段】操作圧を３０ｋＰａＡ以上大気圧以下とし、ヒートポンプＨＰにて温度レベルを上げてリボイラ１ａに供給する高温水の温度Ａを８０℃以上１００℃未満とし、ヒートポンプに送られて熱回収される第１コンデンサ用循環冷却水の温度Ｂを４５℃以上９０℃未満とし、かつ、第１コンデンサ用循環冷却水の温度Ｂが高温水の温度Ａよりも１０〜３５℃低い温度となるようにする。操作圧を４５ｋＰａＡ以上大気圧以下とし、高温水の温度Ａを９０℃以上１００℃未満とし、第１コンデンサ用循環冷却水の温度Ｂを６０℃以上９０℃未満とし、かつ、第１コンデンサ用循環冷却水の温度Ｂが高温水の温度Ａよりも１０℃〜３０℃低い温度となるようにする。【選択図】図１

Description

本発明は、蒸留装置に関し、詳しくは、ヒートポンプを用いたアンモニア水溶液の蒸留装置に関する。

近年、排水規制として、窒素の総量規制に関する法律が施行され、アンモニアを含む排水も規制の対象となる。

そこで、アンモニアを含む排水を蒸留して、アンモニアと水とを分離し、蒸留塔の塔頂ベーパから、２５ｗｔ％程度の高濃度のアンモニア水としてアンモニアを回収しながら、蒸留塔の塔底からは、アンモニア濃度が１０ｐｐｍ程度の排水を排出するようにしたアンモニアの蒸留装置（アンモニアの除去装置）が考えられている。

なお、蒸留塔の塔頂液中のアンモニア濃度を２５ｗｔ％程度とするのが好ましいのは、それ以上の濃度になると危険性が高くなったり、アンモニアの蒸気圧が極めて高くなって取り扱い性が低下したりすることによる。

ところで、上述のようなアンモニア水溶液の蒸留装置においては、熱エネルギーとして、通常は水蒸気（スチーム）が用いられているが、近年、蒸留塔における消費エネルギーを削減が強く求められるに至っている。

そして、エネルギー消費を抑えてアンモニアを効率よく回収するための回収装置（蒸留装置）として、例えば、特許文献１には、以下に説明するようなアンモニアの回収装置が提案されている。

すなわち、特許文献１に記載されているアンモニアの回収装置は、２重効用に接続される第１フラッシュ型蒸発器Ａ１と第２フラッシュ型蒸発器Ａ２を備えている。

蒸発器Ａ１は缶Ｂ１と加熱器Ｃ１とを備え、蒸発器Ａ２は缶Ｂ２と加熱器Ｃ２とを備えており、加熱器Ｃ１には外部蒸気が供給され、缶Ｂ１で生成されたアンモニア含有蒸気は加熱器Ｃ２の加熱源として利用されるように構成されている。
缶Ｂ２には外部から処理液が供給される管１３が接続され、缶Ｂ２で蒸発されなかったアンモニア含有処理液は、缶Ｂ１に供給されるように構成されている。
そして、缶Ｂ２には凝縮器２が接続され、加熱器Ｃ２にはアンモニア水を排出する管１９が接続され、管１９は凝縮器２に接続されており、缶Ｂ１にはアンモニアが除去された処理液を排出する管９が接続されている。

上述のように構成されたアンモニアの回収装置によれば、アンモニアを効率良く回収でき、かつ、エネルギー消費を抑えることができるとされている。

特開２０１１−１５３０４３号公報

しかしながら、上述の特許文献１のアンモニアの回収装置には、さらなる省エネルギーの余地があり、これまで以上の省エネルギーを実現することができるアンモニアの回収装置が期待されているのが実情である。

本発明は、ヒートポンプを用いて省エネルギーを図るとともに、ヒートポンプに消費されるエネルギーを抑制して、さらに高い省エネルギー効果が得られるようにしたアンモニア水溶液の蒸留装置（回収装置）を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のアンモニア水溶液の蒸留装置は、
アンモニアを所定の割合で含むアンモニア水溶液である原料液の蒸留を行う第１蒸留塔と、
前記第１蒸留塔の塔底液を再加熱するリボイラと、
前記第１蒸留塔の塔頂から取り出される第１塔頂ベーパを、第１コンデンサ用循環冷却水により冷却して、第１凝縮液と、前記第１凝縮液よりもアンモニアを高い割合で含む第１ベーパとに分離する第１コンデンサと、
前記第１コンデンサにおいて前記第１塔頂ベーパの冷却に用いられ、昇温した前記第１コンデンサ用循環冷却水から熱回収を行うとともに、回収した熱を電力により温度レベルを上げて前記リボイラに高温水として供給するように構成されたヒートポンプと、
前記第１コンデンサにおける不凝縮ガスである前記第１ベーパを、下記第２凝縮液と気液接触させて蒸留する第２蒸留塔と、
前記第２蒸留塔の塔頂から取り出される第２塔頂ベーパを、第２コンデンサ用循環冷却水により冷却して、第２凝縮液と、前記第２凝縮液よりもアンモニアを高い割合で含む第２ベーパとに分離する第２コンデンサと、
前記第１コンデンサにおける凝縮液を、前記第１蒸留塔用の還流液として前記第１蒸留塔に還流させる第１還流路と、
前記第２コンデンサにおける凝縮液を、前記第２蒸留塔用の還流液として前記第２蒸留塔に還流させる第２還流路と、
を備え、
操作圧が３０ｋＰａＡ以上大気圧以下であり、
前記ヒートポンプにて温度レベルを上げて前記リボイラに供給する前記高温水の温度Ａが８０℃以上１００℃未満であり、
前記ヒートポンプに送られて熱回収される、前記第１コンデンサ用循環冷却水の温度Ｂが４５℃以上９０℃未満であり、かつ、
前記第１コンデンサ用循環冷却水の温度Ｂが前記高温水の温度Ａよりも１０〜３５℃低い温度であること
を特徴としている。

操作圧が４５ｋＰａＡ以上大気圧以下であり、
前記高温水の温度Ａが９０℃以上１００℃未満であり、
前記第１コンデンサ用循環冷却水の温度Ｂが６０℃以上９０℃未満であり、かつ、
前記第１コンデンサ用循環冷却水の温度Ｂが前記高温水の温度Ａよりも１０〜３０℃低い温度であること
が好ましい。

また、本発明のアンモニア水溶液の蒸留装置においては、前記第１蒸留塔に供給される前記原料液のアンモニア濃度が０．１ｗｔ％以上２０．０ｗｔ％以下で、前記第１蒸留塔の塔底から排出される排出液のアンモニア濃度が０．１ｗｔ％以下であることが好ましい。

また、前記第２コンデンサにおける不凝縮ガスである前記第２ベーパのアンモニア濃度が３０ｗｔ％以上であることが好ましい。

また、前記第２コンデンサにおける不凝縮ガスである前記第２ベーパに含まれるアンモニアを水に吸収させて、アンモニア濃度が３０ｗｔ％未満のアンモニア水を回収するアンモニア吸収装置を備えていることが好ましい。

本発明のアンモニア水溶液の蒸留装置は、上述のように構成されており、操作圧が３０ｋＰａＡ以上大気圧以下、ヒートポンプにおいて温度レベルを上げてリボイラに供給する高温水の温度Ａが８０℃以上１００℃未満、ヒートポンプに送られて熱回収される第１コンデンサ用循環冷却水の温度Ｂが４５℃以上９０℃未満であり、かつ、第１コンデンサ用循環冷却水の温度Ｂが高温水の温度Ａよりも１０〜３５℃低い温度とされていることから、ヒートポンプを効率よく稼働させて、熱エネルギーの消費を抑制し、十分な省エネルギー効果を実現することが可能になる。

すなわち、本発明によれば、ヒートポンプにおいて上昇させるべき温度レベル幅が１０〜３５℃であり、通常のヒートポンプにおいて上昇させるべき温度レベル幅（通常は４０〜８５℃）よりも小さい範囲でも使用が可能となるため、通常のヒートポンプを用いる場合に比べて、高い成績効率（ＣＯＰ）で熱回収を行うことが可能になり、省エネルギー性を向上させることができる。

本発明のアンモニア水溶液の蒸溜装置においては、第１コンデンサ用循環冷却水の温度Ｂを高温水の温度Ａにできるだけ近づけるため、第１コンデンサを、第１蒸留塔の塔頂ベーパ（第１塔頂ベーパ）の一部のみを凝縮させる分縮とすることで、第１コンデンサの凝縮温度を、第１蒸留塔の塔頂ベーパ（第１塔頂ベーパ）のすべてを凝縮させる全縮とする場合よりも高く保つことができるようにしている。そして、その結果として、第１コンデンサ用循環冷却水の温度Ｂを、８０℃以上１００℃未満という高温水の温度Ａに近い温度、すなわち、４５℃以上９０℃未満という温度に設定することができるようになる。

また、操作圧を４５ｋＰａＡ以上大気圧以下とし、前記高温水の温度Ａを９０℃以上１００度未満とし、第１コンデンサ用循環冷却水の温度Ｂを６０℃以上９０℃以下とし、かつ、第１コンデンサ用循環冷却水の温度Ｂを高温水の温度Ａよりも１０℃〜３０℃低い温度とすることにより、さらに高い成績効率（ＣＯＰ）で熱回収を行うことが可能になり、本発明をより実効あらしめることができる。

また、本発明のアンモニア水溶液の蒸留装置においては、第１蒸留塔に供給される原料液のアンモニア濃度を０．１ｗｔ％以上２０．０ｗｔ％以下の範囲とし、第１蒸留塔の塔底から排出される排出液のアンモニア濃度を０．１ｗｔ％以下とする場合において、効率のよい蒸留を行って、省エネルギー効果を確保しつつ、アンモニアを分離、回収することが可能になる。

また、本発明のアンモニア水溶液の蒸留装置は、第２コンデンサにおける不凝縮ガスである第２ベーパのアンモニア濃度を３０ｗｔ％以上となるようにすることで、効率のよい蒸留を行うことが可能になる。

すなわち、第２コンデンサにおける不凝縮ガスである第２ベーパのアンモニア濃度が高くなることを許容する、言い換えると、第２コンデンサにおいて、凝縮液として高濃度のアンモニア水を得ることをせず、実質的にすべてのアンモニアが不凝縮ガスとして第２コンデンサから外部に排出されることを許容することにより、第２コンデンサ用の冷却水として、通常の工業用水を用いることが可能になり、低温の冷却水（チルド水）を用いる必要をなくして、エネルギーの消費を抑制することが可能になる。

また、必要があれば、後述のように、第２コンデンサの下流側に、簡単なアンモニアガスの吸収装置を設けることで、容易に高濃度のアンモニア水を回収ことが可能なアンモニア水溶液の蒸留装置を実現することができる。

また、前記第２コンデンサにおける不凝縮ガスである前記第２ベーパに含まれるアンモニアを水に吸収させて、アンモニア濃度が３０ｗｔ％未満のアンモニア水とするアンモニア吸収装置を備えることにより、第２コンデンサにおいて、低温の冷却水を用いて高濃度のアンモニア水を凝縮させることを必要とせずに、十分な省エネルギー効果を実現しつつ、高濃度のアンモニア水を回収することが可能になる。

本発明の一実施形態にかかるアンモニア水溶液の蒸留装置の構成を示すフローシートである。

以下に本発明の実施形態を示して、本発明の特徴とするところをさらに詳しく説明する。

なお、本実施形態では、アンモニアを主成分とする低沸点成分と、水を主成分とする高沸点成分を含む原料液（アンモニア水溶液）を蒸留してアンモニアを分離するための蒸留装置であって、第２コンデンサにおける不凝縮ガス（第２ベーパ）に含まれるアンモニアを水に吸収させて、高濃度のアンモニア水として回収するアンモニア吸収装置を備えている蒸留装置（以下単に「蒸留装置」ともいう）を例にとって説明する。

本実施形態にかかるアンモニア水溶液の蒸留装置１００は、ヒートポンプを用いて省エネルギー性の向上を図った蒸留装置である。

図１に示すように、本実施形態にかかる蒸留装置１００は、第１蒸留塔１と、リボイラ１ａと、第１蒸留塔１の塔頂からの塔頂ベーパ（第１塔頂ベーパ）を冷却する第１コンデンサ１１とを備えている。

また、本実施形態にかかる蒸留装置１００は、第１コンデンサ用循環冷却水から熱回収を行うヒートポンプＨＰと、第１コンデンサ１１における不凝縮ガス（第１ベーパ）の蒸留を行う第２蒸留塔２と、第２蒸留塔２の塔頂から取り出される塔頂ベーパ（第２塔頂ベーパ）を冷却する第２コンデンサ２２とを備えている。

そして、第２蒸留塔２は、第１コンデンサ１１における不凝縮ガス（第１ベーパ）を、第２コンデンサ２２の凝縮液（第２凝縮液）と気液接触させて蒸留を行うように構成されている。

さらに、本実施形態にかかる蒸留装置１００は、第１コンデンサ１１の凝縮液を、第１蒸留塔１に還流させる第１還流路３１と、第２コンデンサ２２の凝縮液を、第２蒸留塔２に還流させる第２還流路３２とを備えている。

また、本実施形態にかかる蒸留装置１００は、第２コンデンサ２２における不凝縮ガスである第２ベーパに含まれるアンモニアを水に吸収させて、アンモニア濃度が２５ｗｔ％以下のアンモニア水とするアンモニア吸収装置５０を備えている。以下、詳しく説明する。

本発明の蒸留装置１００が備える第１蒸留塔１は、アンモニアを所定の割合で含むアンモニア水溶液である原料液の蒸留を行う蒸留塔である。第１蒸留塔１としては、例えば、棚段塔、充填塔など種々の構成のものを用いることが可能である。本実施形態では充填塔を用いている。

また、リボイラ１ａは、第１蒸留塔１の塔底液を再加熱するものであり、再加熱された塔底液は第１蒸留塔１に戻される。なお、リボイラ１ａは、後述のヒートポンプＨＰからの９５℃の高温水を用いた間接型熱交換器であって、このリボイラ１ａで加熱されることによりベーパを発生させる。

第１蒸留塔１ではリボイラ１ａで発生したベーパと、予熱器４１を通過して昇温した原料液（供給液）と、第１コンデンサ１１で凝縮した凝縮液である還流液とを気液接触させることで、アンモニアの蒸留を行い、アンモニアが除去された缶出液が系外に排出される一方、原料液よりも高い割合でアンモニアを含む、塔頂ベーパ（第１塔頂ベーパ）が第１コンデンサ１１に供給される。

また、本実施形態にかかる蒸留装置１００が備える第１コンデンサ１１は、第１蒸留塔１の塔頂から取り出される塔頂ベーパ（第１塔頂ベーパ）を、第１コンデンサ用循環冷却水により冷却して、第１凝縮液と、第１凝縮液よりもアンモニアを高い割合で含む第１ベーパとに分離するものである。そして、凝縮液は第１蒸留塔１の塔頂へ還流液として還流される。

すなわち、第１コンデンサ１１では、主として高沸点成分(水)が凝縮し、凝縮液は、還流液として、第１蒸留塔１の塔頂に戻される。

さらに、本実施形態にかかる蒸留装置１００は、ヒートポンプＨＰを備えており、このヒートポンプＨＰは、第１コンデンサ１１で塔頂ベーパ（第１塔頂ベーパ）の冷却に用いられ、昇温した第１コンデンサ用循環冷却水（本実施形態では７５℃）から熱回収を行うとともに、回収した熱を電力により温度レベルを上げてリボイラ１ａに高温水（本実施形態では９５℃）として供給することができるように構成されている。

すなわち、本発明にかかる蒸留装置１００において、ヒートポンプＨＰは、例えば、第１コンデンサ１１で用いられた４５℃以上９０℃未満の温度Ｂの第１コンデンサ用循環冷却水から熱を回収し、電力により温度レベルを１０℃以上３５℃以下の範囲で上昇させ、８０℃以上１００℃未満の温度Ａでリボイラ１ａに供給することで熱エネルギーを循環再利用するものである。

なお、本実施形態にかかる蒸留装置１００は、第１コンデンサ１１で塔頂ベーパ（第１塔頂ベーパ）の冷却に用いられ、昇温した第１コンデンサ用循環冷却水側（冷水側）と、電力により熱エネルギーレベルを上げてリボイラ１ａに供給される高温水側（温水側）との温度差を、従来用いられているヒートポンプの場合よりも小さくすることで、高ＣＯＰで熱回収を行うことができるようにしたことを、いくつかの特徴を有する構成のうちでも、大きな特徴を有する構成としている。

具体的には、第１コンデンサ１１で塔頂ベーパ（第１塔頂ベーパ）の冷却に用いられ、昇温した温度が７５℃の第１コンデンサ用循環冷却水がヒートポンプＨＰにおいて熱回収され、温度が７０℃に低下した第１コンデンサ用循環冷却水が第１コンデンサ１１に循環供給されるように構成されている。

一方、ヒートポンプＨＰにおいて、電力により温度レベルが９５℃に上げられた高温水側循環水（高温水）は、リボイラ１ａに供給され、リボイラ１ａで用いられて温度が９０℃に低下した高温水側循環水は、ヒートポンプＨＰに戻されて、温度レベルが９５℃に上げられた後、再びリボイラ１ａに供給されるように構成されている。

さらに、本実施形態の蒸留装置１００は、第１コンデンサ１１における不凝縮ガスである第１ベーパを、蒸留する第２蒸留塔２を備えているとともに、第２蒸留塔２における塔頂ベーパである第２塔頂ベーパを冷却する第２コンデンサ２２を備えている。

第２蒸留塔２は、第１コンデンサ１１における不凝縮ガスである第１ベーパを第２コンデンサ２２で凝縮した第２凝縮液と気液接触させて蒸留し、さらにアンモニア濃度の高い第２蒸留塔２の塔頂ベーパを第２塔頂ベーパとして取り出す蒸留塔である。第２蒸留塔２としては、例えば、棚段塔、充填塔など種々の構成のものを用いることが可能である。本実施形態では充填塔を用いている。

すなわち、第２蒸留塔２では、アンモニア濃度の高い、第１コンデンサ１１の不凝縮ガスが蒸留されることにより、アンモニアガスが選択的に第２コンデンサ２２に抜き出される。その結果、第１コンデンサ１１内の温度を高く保ち、冷媒である第１コンデンサ用循環冷却水の温度を、例えば、７０〜７５℃と高くすることが可能になり、上述のように、第１コンデンサ用循環冷却水側と、リボイラ１ａに供給される高温水側との温度差を小さくして、高ＣＯＰで熱回収を行うことが可能になる。

この第２コンデンサ２２は、第２コンデンサ用循環冷却水により第２蒸留塔２の塔頂ベーパ（第２塔頂ベーパ）を冷却して、第２凝縮液と、第２凝縮液よりもアンモニアを高い割合で含む第２ベーパ（不凝縮ガス）とに分離するものである。この第２コンデンサ２２は、第１コンデンサ１１より低温のベーパを凝縮させ、第２蒸留塔２に供給することで、第１コンデンサ１１を高温に保つ機能を果たす。

また、第２コンデンサ２２において水分を凝縮させる（ただし、凝縮液は１２ｗｔ％程度のアンモニアを含む）ことで、不凝縮ガスのアンモニア濃度を高めることができる。

また、本実施形態の蒸留装置１００は、第１コンデンサ１１における凝縮液を、第１蒸留塔１用の還流液として第１蒸留塔１に還流させることができるように第１還流路３１を備えている。

また、第２コンデンサ２２における凝縮液を、第２蒸留塔２用の還流液として第２蒸留塔２に還流させることができるように第２還流路３２を備えている。

さらに説明すると、本実施形態の蒸留装置１００においては、操作圧が３０ｋＰａＡ以上大気圧以下であり、ヒートポンプＨＰにて温度レベルを上げてリボイラ１ａに供給する高温水の温度Ａが８０℃以上１００℃未満となるように構成されている。

また、ヒートポンプＨＰに送られて熱回収される第１コンデンサ用循環冷却水の温度Ｂが４５℃以上９０℃未満となるように構成されている。

さらに、ヒートポンプＨＰに送られて熱回収されるべき第１コンデンサ用循環冷却水の温度Ｂが上述の高温水の温度Ａよりも１０〜３５℃低い温度となるように構成されている。

本実施形態にかかる蒸留装置１００は、上述のように構成されており、操作圧が３０ｋＰａＡ以上大気圧以下であり、ヒートポンプＨＰにおいて温度レベルを上げてリボイラ１ａに供給する高温水の温度Ａが８０℃以上１００℃未満、ヒートポンプＨＰに送られて熱回収される第１コンデンサ用循環冷却水の温度Ｂが４５℃以上９０℃未満であり、かつ、ヒートポンプＨＰに送られて熱回収されるべき第１コンデンサ用循環冷却水の温度Ｂが温度Ａよりも１０〜３５℃低い温度とされていることから、ヒートポンプＨＰを効率よく稼働させることが可能になり、装置全体としてのバランスを保ちつつ、高い成績効率（ＣＯＰ）で熱回収を行って、省エネルギー性を向上させることができる。

すなわち、本実施形態にかかる蒸留装置１００によれば、ヒートポンプＨＰにおいて上昇させるべき温度レベルが１０〜３５℃であり、通常のヒートポンプを用いる場合に比べて、ヒートポンプで上昇させるべき温度レベルの幅が小さいため、ヒートポンプＨＰにおけるエネルギーの消費量を抑えて、高い成績効率（ＣＯＰ）で熱回収を行うことができる。

また、本実施形態にかかる蒸留装置１００においては、第１蒸留塔１に供給される原料液を、アンモニア濃度が０．１ｗｔ％以上２０．０ｗｔ％以下の範囲にあるアンモニア水溶液とし、第１蒸留塔１の塔底から排出される排出液のアンモニア濃度が０．１ｗｔ％（１０００ｐｐｍ）以下となるようにしている。

このような状況において、本実施形態の蒸留装置１００を適用することにより、効率のよい蒸留を行って省エネルギーを図りつつ、アンモニアを確実に分離、回収することが可能になる。

また、本実施形態にかかる蒸留装置１００においては、第２コンデンサ２２における不凝縮ガスである第２ベーパのアンモニア濃度が３０ｗｔ％以上となるよう構成している。このように、第２コンデンサ２２における不凝縮ガスである第２ベーパのアンモニア濃度が高くなることを許容すること、言い換えると、第２コンデンサ２２において、凝縮液として高濃度のアンモニア水を回収することをせず、実質的にすべてのアンモニアが不凝縮ガスとして第２コンデンサ２２から外部に排出されることを許容することにより、以下に説明するような効果を得ることが可能になる。

第２コンデンサ２２用の冷却水として、通常の工業用水を用いることが可能になり、低温の冷却水（チルド水）を用いる必要がないため、エネルギーの消費を抑制することができる。

一方、必要がある場合には、後述するように、第２コンデンサ２２の下流側に、アンモニアガスの吸収装置を設けることで、容易に高濃度のアンモニア水を回収ことができる。

なお、本実施形態にかかるアンモニア水溶液の蒸留装置１００は、全体として上述のような構成を備えているので、「操作圧が３０ｋＰａＡ以上大気圧以下であり、リボイラ１ａに供給する高温水の温度Ａが８０℃以上１００℃未満、ヒートポンプＨＰに送られて熱回収される第１コンデンサ用循環冷却水の温度Ｂが４５℃以上９０℃未満であり、かつ、温度Ｂが温度Ａよりも１０〜３５℃低い温度である」という、本発明の特徴的な条件で装置を稼働させることが可能になり、全体的なバランスを破綻させることなく、省エネルギーを図ることができる。

また、本実施形態にかかる蒸留装置１００は、上述のように、第２コンデンサ２２における不凝縮ガスである第２ベーパに含まれるアンモニアを水に吸収させて、アンモニア濃度が３０ｗｔ％未満のアンモニア水とするアンモニア吸収装置５０を備えている。

なお、アンモニア吸収装置５０は、吸収塔５１と、１０℃の水を供給する水供給ライン５２と、吸収塔５１内に設けられ、第２コンデンサ２２における不凝縮ガスと上記１０℃の水とを向流接触させる充填部５３と、水供給ライン５２から供給された水がアンモニアを吸収することにより生成したアンモニア水を冷却するクーラ５４と、チラーユニット５５とを備えている。

上述のように、アンモニア吸収装置５０を備え、第２コンデンサ２２の不凝縮ガスからアンモニアを吸収してアンモニアを回収するように構成した場合、例えば、第２コンデンサ２２で、温度の低い水（チルド水）を用いて冷却し、アンモニア水を凝縮させて回収するようにした場合に比べて、
（ａ）第１コンデンサ用循環冷却水の温度Ｂを高くして、ヒートポンプＨＰへの負荷を減らすことが可能になるばかりでなく、
（ｂ）第２コンデンサ２２において、低温の冷却水（チルド水）を用いて高濃度のアンモニア水を凝縮させることを不要にして、省エネルギー性に優れ、効率よく高濃度のアンモニア水を回収することが可能なアンモニア水溶液の蒸留装置を実現することが可能になる。

次に、本実施形態にかかるアンモニア水溶液の蒸留装置１００を用いてアンモニア水溶液の蒸留を行った場合の運転結果の一例について説明する。

本実施形態にかかる蒸留装置１００を用いてアンモニア水溶液の蒸留を行うに当たっては、原料液として、温度：２５℃、アンモニア濃度：１．０ｗｔ％のアンモニア水溶液を、予熱器４１、リボイラ１ａを経て、１５００ｋｇ／ｈｒの割合で第１蒸留塔１に供給した。
ここで、第１蒸留塔１に供給される原料液中のアンモニア量は１時間当たり１５ｋｇとなる。

一方、第１蒸留塔１の塔底液として、温度：２８℃、アンモニア濃度：７ｐｐｍの水（アンモニアが分離された処理液）を１４８３．５ｋｇ／ｈｒの割合で系外に排出した。

また、第２コンデンサの不凝縮ガス（第２ベーパ）を、アンモニア吸収装置５０に送って水に吸収させ、温度：１０℃、アンモニア濃度：２５．０ｗｔ％の高濃度のアンモニア水溶液を６０ｋｇ／ｈｒの割合で回収した。

アンモニア吸収装置５０においてアンモニア水溶液として回収したアンモニア量は１時間当たり１５ｋｇ（６０ｋｇ／ｈｒ×０．２５＝１５ｋｇ／ｈｒ）となる。したがって、第１蒸留塔１に供給される原料液中のアンモニアのほぼ全量が回収されることになる。

また、本実施形態におけるアンモニア水溶液の蒸留装置１００全体の消費エネルギー、すなわち、電力消費量は、６０ｋＷ程度であった。

これに対し、従来の昇温幅の大きいヒートポンプを用い、第１コンデンサにおいて塔頂ベーパ（第１塔頂ベーパ）の冷却に用いられて昇温した３５℃の循環冷却水から熱回収を行い、回収した熱を電力により温度レベルを上げて９５℃の高温水をリボイラに供給するように構成されたアンモニア水溶液の蒸留装置（参考例の蒸留装置）の場合、装置全体の消費エネルギー、すなわち、電力消費量は、１２５ｋＷ程度となる。

したがって、本実施形態にかかるアンモニア水溶液の蒸留装置１００を用いることにより、上述の従来のヒートポンプを用いた参考例の蒸留装置の場合に比べて、電力消費量を約半分にまで低減することが可能になり、省エネルギーの見地から、本発明が大きな意義を有するものであることがわかる。

なお、上記実施形態で説明し、あるいは、図１に示した、原料液、塔底液、第１および第２凝縮液、第１および第２ベーパなどに関する各種の量や、温度、アンモニア濃度、消費エネルギー（ｋＷ）、圧力などの値は、あくまでも例示であって、本発明は、それらの値が上記実施形態の値とは異なる値となる場合を排除するものではない。

本発明は、さらにその他の点においても上記実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲内において、応用、変形を加えることが可能である。

１第１蒸留塔
２第２蒸留塔
１ａリボイラ
１１第１コンデンサ
２２第２コンデンサ
３１第１コンデンサの凝縮液を第１蒸留塔に還流させる第１還流路
３２第２コンデンサの凝縮液を第２蒸留塔に還流させる第２還流路
４１予熱器
５０アンモニア吸収装置
５１吸収塔
５２水供給ライン
５３充填部
５４クーラ
５５チラーユニット
１００アンモニア水溶液の蒸留装置
ＨＰヒートポンプ

Claims

アンモニアを所定の割合で含むアンモニア水溶液である原料液の蒸留を行う第１蒸留塔と、
前記第１蒸留塔の塔底液を再加熱するリボイラと、
前記第１蒸留塔の塔頂から取り出される第１塔頂ベーパを、第１コンデンサ用循環冷却水により冷却して、第１凝縮液と、前記第１凝縮液よりもアンモニアを高い割合で含む第１ベーパとに分離する第１コンデンサと、
前記第１コンデンサにおいて前記第１塔頂ベーパの冷却に用いられ、昇温した前記第１コンデンサ用循環冷却水から熱回収を行うとともに、回収した熱を電力により温度レベルを上げて前記リボイラに高温水として供給するように構成されたヒートポンプと、
前記第１コンデンサにおける不凝縮ガスである前記第１ベーパを、下記第２凝縮液と気液接触させて蒸留する第２蒸留塔と、
前記第２蒸留塔の塔頂から取り出される第２塔頂ベーパを、第２コンデンサ用循環冷却水により冷却して、第２凝縮液と、前記第２凝縮液よりもアンモニアを高い割合で含む第２ベーパとに分離する第２コンデンサと、
前記第１コンデンサにおける凝縮液を、前記第１蒸留塔用の還流液として前記第１蒸留塔に還流させる第１還流路と、
前記第２コンデンサにおける凝縮液を、前記第２蒸留塔用の還流液として前記第２蒸留塔に還流させる第２還流路と、
を備え、
操作圧が３０ｋＰａＡ以上大気圧以下であり、
前記ヒートポンプにて温度レベルを上げて前記リボイラに供給する前記高温水の温度Ａが８０℃以上１００℃未満であり、
前記ヒートポンプに送られて熱回収される前記第１コンデンサ用循環冷却水の温度Ｂが４５℃以上９０℃未満であり、かつ、
前記第１コンデンサ用循環冷却水の温度Ｂが前記高温水の温度Ａよりも１０〜３５℃低い温度であること
を特徴とするアンモニア水溶液の蒸留装置。
操作圧が４５ｋＰａＡ以上大気圧以下であり、
前記高温水の温度Ａが９０℃以上１００℃未満であり、
前記第１コンデンサ用循環冷却水の温度Ｂが６０℃以上９０℃未満であり、かつ、
前記第１コンデンサ用循環冷却水の温度Ｂが前記高温水の温度Ａよりも１０℃〜３０℃低い温度であること
を特徴とする請求項１記載のアンモニア水溶液の蒸留装置。
前記第１蒸留塔に供給される前記原料液のアンモニア濃度が０．１ｗｔ％以上２０．０ｗｔ％以下で、前記第１蒸留塔の塔底から排出される排出液のアンモニア濃度が０．１ｗｔ％以下であることを特徴とする請求項１または２記載のアンモニア水溶液の蒸留装置。
前記第２コンデンサにおける不凝縮ガスである前記第２ベーパのアンモニア濃度が３０ｗｔ％以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のアンモニア水溶液の蒸留装置。
前記第２コンデンサにおける不凝縮ガスである前記第２ベーパに含まれるアンモニアを水に吸収させて、アンモニア濃度が３０ｗｔ％未満のアンモニア水を回収するアンモニア吸収装置を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のアンモニア水溶液の蒸留装置。