JP6425480B2 - 凝縮器及びその洗浄方法、並びに凝縮器ユニット - Google Patents

Description

本発明は、凝縮器及びその洗浄方法、並びに凝縮器ユニットに関する。

各種プラントでは、反応や蒸留等で生じた高温の流体を、水などの冷媒と熱交換することによって冷却する凝縮器が用いられている。このような凝縮器では、高温の流体の冷却に伴って、流体に含まれる成分が固形物として析出し、伝熱効率の低下や閉塞等の現象が生じることが懸念される。このような現象を回避するために、凝縮器の定期的な洗浄を行って固形物を除去し、伝熱性能を回復するとともに閉塞の発生を防止している。

例えば、特許文献１では、石炭などのガス化による生成ガスを冷却する凝縮器において、高温側の流体の流通路を洗浄して、流通路内に析出した塩化アンモニウムを除去する方法が提案されている。この洗浄方法では、低温側の流通路内における低温流体の流通を停止するか、又は低温側の流通路内における低温流体の流量を絞る操作を一時的に行うことによって、高温側の流通路内における高温流体の温度を上げて、固形物を高温流体中に昇華、溶解、又は融解させて排除することが提案されている。

特開２０００−２４９４９４号公報

しかしながら、特許文献１のような洗浄方法では、凝縮器の内部に析出した固形物が、高温側の流体中に取り込まれてしまう。このため、この固形物を回収するためには、流体から単離する等の操作が必要となり煩雑となる。このため、析出した固形物を容易に回収することが可能な技術を確立することが求められている。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、一つの側面において、凝縮器の内部に析出した固形物を容易に回収することが可能な凝縮器の洗浄方法を提供することを目的とする。また、本発明は、別の側面において、洗浄によって内部に析出した固形物を容易に回収することが可能な凝縮器を提供することを目的とする。本発明は、さらに別の側面において、洗浄によって内部に析出した固形物を容易に回収することが可能であり、運転効率にも優れる凝縮器ユニットを提供することを目的とする。

本発明は、石炭の分解成分を含む流体を流通させる第１の流路と、流体よりも低い温度を有する冷媒を流通させる第２の流路と、を有する本体部を備え、流体と冷媒との熱交換によって流体の少なくとも一部を凝縮させる凝縮器の洗浄方法であって、流体及び冷媒の両方の流通を停止し、第２の流路に熱媒を流通させて、第１の流路の内部に付着した分解成分の固形物を融解し、第１の流路から固形物を除去する洗浄工程を有する、凝縮器の洗浄方法を提供する。

このような凝縮器の洗浄方法によれば、冷媒のみならず、冷媒よりも高い温度を有する流体の流通も停止して洗浄工程を行っているため、第１の流路の内部に付着した石炭の分解成分の固形物を融解して容易に回収することができる。回収した固形物が有価物であれば、運転コストを低減することも可能である。また、この洗浄方法によって、凝縮器の伝熱性能を容易に回復させることができる。

上記洗浄方法は、第１の凝縮器及び第２の凝縮器を含む複数の凝縮器を備えていれば、第１の凝縮器及び第２の凝縮器において、上記洗浄工程を順次行ってもよい。例えば、複数の凝縮器の洗浄工程を順番に行えば、一つの凝縮器が洗浄工程にある間に、別の凝縮器では流体と冷媒との熱交換によって流体の少なくとも一部を凝縮させる通常の運転を継続して行うことができる。これによって、洗浄に伴って通常運転が中断されることを回避して、機会損失を十分に低減することができる。

上記洗浄方法では、洗浄工程において、本体部の底部を加熱器で加熱することが好ましい。これによって、一旦融解した固形物が、本体部の底部に到達して温度低下し、再析出することを抑制することが可能となり、洗浄及び固形物の回収を一層効率的に行うことができる。

本発明では、また、石炭の分解成分を含む流体と冷媒との熱交換によって、流体の少なくとも一部を凝縮させる凝縮器であって、流体を流通させる第１の流路と、流体よりも低い温度を有する冷媒を流通させる第２の流路と、を有する本体部と、第１の流路における流体の流通を停止する停止部と、第２の流路において、冷媒の供給と第１の流路に付着した分解成分の固形物を融解する熱媒の供給とを切り替える切替部と、を備える凝縮器を提供する。

このような凝縮器によれば、冷媒の供給のみならず、第１の流路を流通する流体の供給も停止して洗浄を行うことが可能であるため、第１の流路の内部に付着した石炭の分解成分の固形物を融解して容易に回収することができる。回収した固形物が有価物であれば、運転コストを低減することも可能である。また、上述のような洗浄を行うことが可能であることから、凝縮器の伝熱性能を容易に回復することができる。

上記凝縮器は、本体部の底部を加熱する加熱器を備えることが好ましい。これによって、一旦融解した固形物が、底部に到達して温度低下し、再析出することを抑制することが可能となり、洗浄及び固形物の回収を一層効率的に行うことができる。

本発明ではまた、上記凝縮器を複数備える凝縮器ユニットを提供する。このような凝縮器ユニットは、上述の特徴を有する凝縮器を複数備えることから、第１の流路の内部に付着した石炭の分解成分の固形物を融解して容易に回収することができる。そして、複数の凝縮器の洗浄を順次行うように設定すれば、一つの凝縮器を洗浄している間に、別の凝縮器では流体と冷媒との熱交換を行って、流体の少なくとも一部を凝縮する通常の運転を継続して行うことできる。これによって、洗浄に伴って通常の運転が中断されることを回避して、機会損失を十分に低減することができる。

本発明の凝縮器の洗浄方法によれば、凝縮器の内部に析出した固形物を容易に回収することができる。本発明の凝縮器によれば、洗浄によって内部に析出した固形物を容易に回収することができる。本発明の凝縮器ユニットによれば、洗浄によって内部に析出した固形物を容易に回収することが可能であり、運転効率にも優れる凝縮器ユニットを提供することができる。

図１（Ａ）は、本発明の一実施形態に係る凝縮器の内部構造を示す図である。図１（Ｂ）は、本発明の一実施形態に係る凝縮器の本体の底部を模式的に示す図である。 図２（Ａ）は、本発明の一実施形態に係る凝縮器の内部構造を示す図である。図２（Ｂ）は、本発明の一実施形態に係る凝縮器の本体の底部を模式的に示す図である。 図３は、本発明の一実施形態に係る凝縮器を複数備える凝縮器ユニットを示す図である。 図４は、本発明の一実施形態に係る凝縮器が適用される装置の一例を示す図である。

以下、図面を適宜参照しながら本発明の一実施形態を詳細に説明する。図１（Ａ）は、本実施形態に係る凝縮器１０の内部構造を示す図である。図１（Ｂ）は、本実施形態に係る凝縮器１０の本体部１０Ａの底部１０ａを模式的に示す図である。

凝縮器１０は、本体部（凝縮器本体）１０Ａと、本体部１０Ａの底部１０ａを加熱する加熱器５０とを備える。本体部１０Ａは、石炭の分解成分を含む流体を流通させる第１の流路３０と、冷媒を流通させる第２の流路４０とを備える。すなわち、凝縮器１０では、石炭の分解成分を含む流体はシェル側を流通し、冷媒がチューブ側を流通する。第１の流路３０に供給される流体は、第２の流路４０を流通する冷媒よりも高い温度を有する。この流体は、第１の流路３０を流通する間、第２の流路を流通する冷媒と熱交換して、冷却される。

第１の流路３０を流通する石炭の分解成分を含む流体は、例えば凝縮性の成分を含有するガスである。石炭の分解成分としては、油分が挙げられ、具体的には、芳香族化合物及びその誘導体などが挙げられる。芳香族化合物としては、ナフタリン及びアントラセン等が例示される。冷媒としては、工業用水等の冷却水が挙げられる。

図１（Ａ）は、石炭の分解成分を含む流体（以下、「高温流体」という。）と冷媒とを熱交換させて、該流体の少なくとも一部を凝縮させる、凝縮器１０の通常の運転状態を示している。すなわち、高温流体１２ａは、第１の流路３０の入口から供給され第１の流路３０内を流通する。冷媒２０ａは、第２の流路４０の入口から供給され第２の流路４０内を流通する。高温流体１２ａは、第１の流路３０内を流通しながら冷却される。その結果、高温流体１２ａに含まれる凝縮性の成分（例えば、芳香族化合物などの石炭の分解成分）が凝縮する。

凝縮して得られた凝縮液１６ａは、本体部１０Ａの底部１０ａに連結された配管１６から、本体部１０Ａの外部に排出される。一方、高温流体１２ａに含まれる非凝縮性成分（ガス）１７ａは、本体部１０Ａの上部に設けられた排出口から排出される。このような非凝縮性成分１７ａは、別途設けられた処理設備に供給されて処理されてもよい。非凝縮性成分１７ａは、水素や軽質の油分（炭化水素）が挙げられる。本体部１０Ａの下部から供給された冷媒２０ａは、高温流体１２ａとの熱交換によって加熱された後、本体部１０Ａの上部から、排出液２１ａとして本体部１０Ａの外部に排出される。

凝縮器１０は、底部１０ａに当接する加熱器５０を備える。加熱器５０は、高温スチーム又は熱媒油などの熱媒が流通する管体で構成されている。加熱器５０は、このような管体のものに限定されず、底部を加熱できる構造であればよい。加熱器５０は、例えば、ジャケット構造としてもよい。図１（Ａ）のような通常の運転状態でも、凝縮液１６ａの回収を効率的に行う観点から、高温流体１２ａの冷却の妨げにならない程度に、加熱器５０による底部１０ａの加熱を行ってもよい。

高温流体１２ａに含まれる石炭の分解成分には、融点が比較的高いものも含まれる。このような成分は、本体部１０Ａで熱交換によって冷却された際に、第１の流路３０の内部において固形物として析出する。凝縮器１０の場合、当該固形物は、管状である第２の流路４０の外周面（第１の流路３０側の表面）に付着する。このため、長期間に亘って運転を継続して行うと、固形物の付着量が増加して伝熱性能が低下する。そこで、以下に説明するような洗浄工程を行う。

洗浄工程では、第１の流路３０の高温流体１２ａの供給と、第２の流路４０の冷媒２０ａの供給を停止して、第１の流路３０及び第２の流路４０における高温流体１２ａ及び冷媒２０ａの流通を停止する。停止後に、第２の流路４０に滞留している冷媒２０ａは、ドレン弁等から排出してもよい。続いて、図２（Ａ）に示すように、熱媒６０ａを第２の流路４０に供給する。熱媒６０ａとしては、高温のスチーム等を例示することができる。熱媒６０ａによって、第２の流路４０が加熱され、第２の流路４０の表面（外壁面）に付着していた固形物を融解することができる。

固形物の融解液７０ａは、本体部１０Ａの底部１０ａに流下し、底部１０ａに連結された配管１６から回収することができる。このとき、第１の流路３０には、高温流体が流通していないことから、固形物、すなわち石炭の分解成分の一部を、融解液７０ａとして容易に回収することができる。回収された成分は、例えば有価物として取引することができる。このようにして回収される成分としては、芳香族化合物が挙げられ、例えば、ナフタリン及びアントラセン等を例示できる。

一方、第２の流路４０を流通した熱媒は、固形物との熱交換によって冷却され、本体部１０Ａから排出液６２ａとして排出される。洗浄工程では、底部１０ａに設けられた加熱器５０によって、底部１０ａを加熱することが好ましい。加熱器５０を流通させる熱媒は、第２の流路４０に供給される熱媒と同じであってもよく、異なっていてもよい。加熱器５０によって底部１０ａを加熱することによって、第１の流路３０の内部を流下してきた融解液７０ａが冷却されて凝固することを抑制できる。したがって、融解液７０ａとして得られた石炭の分解成分の一部を、一層容易に回収することができる。また、融解液７０ａの排出が円滑に行われることになるため、凝縮器１０の洗浄を一層効率的に行うことができる。

図３は、本発明の一実施形態に係る凝縮器を複数備える凝縮器ユニット１００を示す図である。凝縮器ユニット１００は、２基の凝縮器１０，１０を備える。すなわち、凝縮器ユニット１００は、本体部１０Ａ，１０Ｂと、本体部１０Ａ，１０Ｂの第１の流路３０に高温流体を供給する配管１２と、第１の流路３０からの流体を排出する配管１６と、第１の流路３０からの未凝縮ガスを排出する配管１７と、本体部１０Ａ，１０Ｂの第２の流路４０に冷媒を供給する配管２０と、第２の流路４０を流通した流体を排出する配管２１と、本体部１０Ａ，１０Ｂの第２の流路４０に熱媒を供給する配管６０と、第２の流路４０を流通した排出液６２ａを排出する配管６２とを備える。

配管１２には、高温流体の供給先を切り替える弁１２Ａ，１２Ｂが設けられている。配管２０には、冷媒の供給先を切り替える弁２０Ａ，２０Ｂが設けられている。配管２０には、本体部１０Ａ，１０Ｂと、弁２０Ａ，２０Ｂとの間に、洗浄工程の開始前に、第２の流路４０内に滞留する冷媒を排出し、且つ、洗浄工程時に第２の流路４０に供給された熱媒６０ａを排出する配管６２がそれぞれ設けられている。配管６２には、弁６２Ａ，６２Ｂが設けられている。弁６２Ａ，６２Ｂを開放することによって、洗浄工程の開始前に第２の流路４０に滞留する冷媒を排出すること、及び、洗浄工程時に第２の流路４０に供給された熱媒６０ａを排出することができる。配管２１には、冷媒の排出元を切り替える弁２１Ａ，２１Ｂが設けられている。配管６０には、熱媒の供給先を切り替える弁６０Ａ，６０Ｂが設けられている。配管１７には、未凝縮ガスの排出元を切り替える弁１７Ａ，１７Ｂが設けられている。

凝縮器ユニット１００は、２基の凝縮器１０を備えることから、一方の凝縮器１０を洗浄しても、他方の凝縮器１０は通常運転を継続することができる。例えば、図３のハッチングされた弁１２Ｂ，６０Ａ，１７Ｂ，２１Ｂ，６２Ａ，２０Ｂを閉止状態とし、白抜きの弁を１２Ａ，６０Ｂ，１７Ａ，２１Ａ，６２Ｂ，２０Ａを開放状態とすることによって、本体部１０Ｂ側の凝縮器１０を洗浄しながら、本体部１０Ａ側の凝縮器１０にて通常運転を継続することができる。

本体部１０Ａを備える凝縮器１０で通常運転を継続しつつ、本体部１０Ｂを備える凝縮器１０を洗浄する方法を以下に説明する。本体部１０Ａの第１の流路３０には、配管１２から高温流体が供給される。この高温流体は、本体部１０Ａにおいて、冷媒との熱交換によって冷却され、凝縮液とガス状の非凝縮性成分とに分離される。凝縮液は、配管１６から本体部１０Ａの外部に排出される。一方、非凝縮性成分は、配管１７から本体部１０Ａの外部に排出される。本体部１０Ａの第２の流路４０には、配管２０から冷媒が供給される。冷媒は、本体部１０Ａにおいて、高温流体との熱交換によって加熱され、配管２１から本体部１０Ａの外部に排出される。

一方、本体部１０Ｂでは、以下のとおり洗浄工程を行う。すなわち、弁１２Ｂを閉止して配管１２から第１の流路３０への高温流体の供給を停止するとともに、弁２０Ｂを閉止して配管２０から第２の流路４０への冷媒の供給を停止する。次に、弁６２Ｂを開放して、第２の流路４０内に滞留している冷媒を排出する。このとき、弁２１Ｂと本体部１０Ｂとの間に設けられた図示しないベント配管を開放して、第２の流路４０内に滞留する冷媒を排出してもよい。

続いて、弁６０Ｂを開放して、配管６０から第２の流路４０に熱媒を供給する。この熱媒によって、本体部１０Ｂの第１の流路３０を加熱し、管状である第２の流路４０の外周面に付着した分解成分の固形物を融解する。これによって、管状である第２の流路４０の外周面に付着した分解成分の固形物を第１の流路３０から除去することができる。固形物の融解液７０ａは、本体部１０Ｂの底部に連結された配管１６から本体部１０Ｂの外部に排出される。このように、融解液７０ａは、高温流体と分離して回収することができる。このようにして、洗浄工程を行うことができる。

洗浄工程が終了したら、弁６０Ｂを閉止して配管６０からの熱媒の供給を停止し、本体部１０Ｂ側の凝縮器１０を待機状態としてもよい。所定期間経過後、本体部１０Ａ側の凝縮器１０の洗浄操作を行う必要性が生じたら、本体部１０Ｂ側の凝縮器１０の通常運転を開始して、本体部１０Ａ側の凝縮器１０の洗浄を行う。本体部１０Ａ側の凝縮器１０の洗浄操作は、本体部１０Ｂ側の凝縮器１０と同様にして行うことができる。なお、本体部１０Ｂ側の凝縮器１０の洗浄操作が終了したら、待機状態とせずに、本体部１０Ｂ側の凝縮器１０の通常運転を開始してもよい。この場合、２基の凝縮器１０，１０（本体部１０Ａ，１０Ｂ）が並列で運転されることとなる。

凝縮器１０は、本体部１０Ａ（１０Ｂ）と、第２の流路４０に、冷媒と熱媒とを切り替えて供給可能とする切替部８０と、第１の流路３０への高温流体の供給を停止する停止部８２とを備える。切替部８０は、第２の流路４０への熱媒の供給の開始と停止とを操作する弁６０Ａ（６０Ｂ）と、第２の流路４０への冷媒の供給の開始と停止とを操作する弁２０Ａ（２０Ｂ）と、を備える。停止部８２は、第１の流路３０への高温流体の供給の開始と停止とを操作する弁１２Ａ（１２Ｂ）を備える。凝縮器１０は、切替部８０及び停止部８２によって、第２の流路４０への冷媒の供給と熱媒の供給を切り替えるとともに、第１の流路３０への高温流体の供給を停止することができる。これによって、凝縮器１０の洗浄を容易に行うことができる。

図４は、凝縮器１０が適用される装置の一例を示す図である。図４に示す装置２００としては、石炭からコークスを製造する際に副生するコールタールを原料として用いて、石炭の粘結補助剤を製造する装置が挙げられる。このような原料には、低沸点物が含まれていることから、装置２００によって原料中の低沸点物を除去して、低沸点物が低減された粘結補助剤を製造する。このような低沸点物には、石炭の分解成分として、比較的高い融点を有する、例えばナフタリン等の芳香族化合物が含まれている。

原料であるコールタールは、配管１３を流通し、熱交換器５，６にて加熱された後、蒸留塔４に導入される。熱交換器５では、蒸留塔４から抜き出されたタールと熱交換し、熱交換器６では、配管１８を流通する水蒸気などの熱源と熱交換する。これらの熱交換によって、コールタールは、例えば１７０〜２００℃に加熱される。加熱されたコールタールは、蒸留塔４に導入された後、蒸留塔４内に設置された棚段を流下する。コールタールが棚断を流下する間に、コールタールに含まれる水分と低沸点物の一部が蒸発する。このようにして、コールタールは低沸点留分と高沸点留分とに分離される。

低沸点留分は、塔頂に連結された配管１２を流通して、例えば１５０〜２００℃の温度で凝縮器１０に導入される。凝縮器１０において、低沸点留分は、配管２０を流通して凝縮器１０に導入される冷媒と熱交換して、例えば８０〜９０℃に冷却される。これによって、低沸点留分に含まれる凝縮性の成分が凝縮して凝縮液となり、配管１６から排出される。一方、低沸点留分に含まれる軽質ガスなどの非凝縮性の成分は、配管１７から排出される。

凝縮器１０の内部には、低沸点留分の冷却に伴って、石炭の分解成分の一部が凝固して析出する。本実施形態では、凝縮器１０の洗浄操作を行うことによって、析出した石炭の分解成分を容易に除去して回収することができる。装置２００において、凝縮器１０を複数設けて、凝縮器ユニットとしてもよい。これによって、複数の凝縮器１０のうちの１基の洗浄を行う間も、別の凝縮器を用いて装置２００の運転を継続して行うことができる。

高沸点留分は、塔底部に連結された配管１５から抜き出され、ポンプ１１を経由して熱交換器５に導入される。熱交換器５で、原料のコールタールと熱交換して冷却された後、粘結補助剤として回収される。装置２００では、粘結補助剤のみならず、低沸点留分に含まれる石炭の分解成分も回収することができる。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、高温流体が本体部のシェル側を、冷媒が本体部のチューブ側を、それぞれ流通するように構成されているが、別の幾つかの実施形態では、高温流体がチューブ側を、冷媒がシェル側を、それぞれ流通するように構成されていてもよい。また、凝縮器ユニットに備えられる凝縮器の数は、２基に限定されるものではなく、３基以上であってもよい。さらに、凝縮器１０の適用例は、装置２００に限定されるものではない。凝縮器１０は、石炭の分解成分を含む流体を冷却して、少なくともその一部を凝縮させる凝縮器として、特に制限なく適用することができる。

本発明によれば、凝縮器の内部に析出した固形物を容易に回収することが可能な凝縮器及びその洗浄方法、並びに凝縮器ユニットを提供することができる。

４…蒸留塔、５，６…熱交換器、１０…凝縮器、１０Ａ，１０Ｂ…本体部、１０ａ…底部、１１…ポンプ、１２ａ…高温流体、１２，１３，１５，１６，１７，１８，２０，２１，６０，６２…配管、１２Ａ，１２Ｂ，１７Ａ，１７Ｂ，２０Ａ，２０Ｂ，２１Ａ，２１Ｂ，６０Ａ，６０Ｂ，６２Ａ，６２Ｂ…弁、１６ａ…凝縮液、１７ａ…非凝縮性成分、２０ａ…冷媒、２１ａ…排出液、３０…第１の流路、４０…第２の流路、５０…加熱器、６０ａ…熱媒、６２ａ…排出液、７０ａ…融解液、８０…切替部、８２…停止部、１００…凝縮器ユニット、２００…装置。

Claims (6)

1. 石炭の分解成分を含む流体を流通させる第１の流路と、前記流体よりも低い温度を有する冷媒を流通させる第２の流路と、を有する本体部を備え、前記流体と前記冷媒との熱交換によって前記流体の少なくとも一部を凝縮させ、凝縮液を前記第１の流路の途中に設けた配管から取り出す凝縮器の洗浄方法であって、
   前記流体と前記冷媒との流通を停止し、前記第２の流路に熱媒を流通させて、前記第１の流路の内部に付着した前記分解成分の固形物を融解して前記第１の流路から除去し、前記固形物を石炭の分解成分を含む融解液として前記配管から回収する洗浄工程を有する、凝縮器の洗浄方法。
2. 第１の凝縮器及び第２の凝縮器を含む複数の凝縮器を備えており、
   前記第１の凝縮器と前記第２の凝縮器とにおいて、前記洗浄工程を順次行う、請求項１に記載の洗浄方法。
3. 前記洗浄工程において、前記本体部の底部を加熱器で加熱する、請求項１又は２に記載の洗浄方法。
4. 石炭の分解成分を含む流体と冷媒との熱交換によって、前記流体の少なくとも一部を凝縮させる凝縮器であって、
   前記流体を流通させる第１の流路と、前記流体よりも低い温度を有する前記冷媒を流通させる第２の流路と、を有する本体部と、
   前記第１の流路における前記流体の流通を停止する停止部と、
   前記第２の流路において、前記冷媒の供給と、前記第１の流路に付着した前記分解成分の固形物を融解する熱媒の供給と、を切り替える切替部と、
   前記第１の流路の途中に設けられ、前記固形物を石炭の分解成分を含む融解液として回収する配管と、を備える凝縮器。
5. 前記本体部の底部を加熱する加熱器を備える請求項４に記載の凝縮器。
6. 請求項４又は５に記載の凝縮器を複数備える凝縮器ユニット。

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