JP6426251B1

JP6426251B1 - 蒸留装置の省エネルギーシステム

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Publication number: JP6426251B1
Application number: JP2017208855A
Authority: JP
Inventors: 洋志松尾
Original assignee: Kimura Chemical Plants Co Ltd
Current assignee: Kimura Chemical Plants Co Ltd
Priority date: 2017-10-30
Filing date: 2017-10-30
Publication date: 2018-11-21
Anticipated expiration: 2037-10-30
Also published as: JP2019081125A

Abstract

【課題】効率よく蒸留装置全体の熱バランスをとることが可能な蒸留装置の省エネルギーシステムを提供する。【解決手段】蒸留塔Ａ１とリボイラＡ２を備える蒸留部Ａと、塔頂ベーパを冷却して第１の凝縮液と第１のベーパに分離する分縮コンデンサＢと、分縮コンデンサ用循環冷却水を冷却して所定の熱量を系外に排出する循環冷却水クーラＣと、分縮コンデンサ用循環冷却水から回収した熱を電力により温度レベルを上げてリボイラに高温水として供給する第１のヒートポンプＤと、第１のベーパを冷却して、第２の凝縮液と第２のベーパとに分離する全縮コンデンサＥと、全縮コンデンサ用循環冷却水から回収した熱を電力により温度レベルを上げてリボイラに高温水として供給する第２のヒートポンプＦとを備え、昇温した分縮コンデンサ用循環冷却水を循環冷却水クーラで冷却することにより所定の熱量を系外に排出して、当該蒸留装置全体における熱バランスの調整を行う。【選択図】図１

Description

本発明は、蒸留装置の省エネルギーシステムに関し、詳しくは、ヒートポンプを用いた蒸留装置の省エネルギーシステムに関する。

蒸留装置における省エネルギー化の必要性は近年、益々増大しており、種々の提案が行われている。

そのような省エネルギー技術の１つとして、蒸留装置にヒートポンプを組み込んで、熱効率を向上させるようにした蒸留装置が提案されている（特許文献１参照）。

この特許文献１の蒸留塔は、濃縮部の一部または回収部の一部を含む第一の塔と、第一の塔が濃縮部の一部を含む場合には濃縮部の残部および回収部の全部を含み、第一の塔が回収部の一部を含む場合には回収部の残部と濃縮部の全部を含む、第二の塔とを有し、第二の塔が機械式ヒートポンプ式蒸留塔を構成する蒸留塔である。

このような蒸留塔の場合、塔内の塔頂と塔底の温度差が大きい場合であっても、蒸留塔を大幅に省エネルギー化することが可能になるという利点がある。

特開２０１５−１３４３２１号公報

しかしながら、上述の特許文献１の蒸留塔の場合、上記第一の塔と、上記第二の塔を有していることが前提となり、構造が複雑化し、適用用途が限られるという問題点がある。

また、一般に、蒸留装置にヒートポンプを組み込む場合、ヒートポンプを駆動するために使用される電力に基づいて蒸留装置に入力される熱量に相当する熱量が、余剰熱量となり、蒸留装置全体の熱バランスが成立しなくなるという問題点がある。

本発明は、上記課題を解決するものであり、ヒートポンプを用いて省エネルギー化を図るように構成された蒸留装置において、蒸留塔の構成に制約を受けることが基本的になく、かつ、効率よく蒸留装置全体の熱バランスをとることが可能で、安定した運転を行うことができる蒸留装置の省エネルギーシステム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、本発明の蒸留装置の省エネルギーシステムは、
ヒートポンプを用いた蒸留装置の省エネルギーシステムであって、
（ａ）低沸点成分を含む原料液の蒸留を行う蒸留塔と、前記蒸留塔の塔底液を再加熱するリボイラとを備えた蒸留部と、
（ｂ）前記蒸留塔の塔頂から取り出される、前記原料液よりも前記低沸点成分を高い割合で含む塔頂ベーパを、分縮コンデンサ用循環冷却水により冷却して、第１の凝縮液と、前記第１の凝縮液よりも前記低沸点成分を高い割合で含む第１のベーパとに分離する分縮コンデンサと、
（ｃ）前記分縮コンデンサで前記塔頂ベーパの冷却に用いられ、昇温した前記分縮コンデンサ用循環冷却水を冷却して、所定の熱量を系外に排出することができるように構成された循環冷却水クーラと、
（ｄ）前記循環冷却水クーラで冷却され、所定の熱量が系外に排出された後の前記分縮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第１のヒートポンプと、
（ｅ）前記分縮コンデンサで分離された前記第１のベーパを、全縮コンデンサ用循環冷却水により冷却して、第２の凝縮液と、前記第２の凝縮液よりも前記低沸点成分を高い割合で含む第２のベーパとに分離する全縮コンデンサと、
（ｆ）前記全縮コンデンサで前記第１のベーパの冷却に用いられ、昇温した前記全縮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第２のヒートポンプと
を備え、
前記分縮コンデンサで前記塔頂ベーパの冷却に用いられ、昇温した前記分縮コンデンサ用循環冷却水を、前記循環冷却水クーラで冷却して、所定の熱量を系外に排出することにより、前記第１のヒートポンプおよび前記第２のヒートポンプを駆動するために使用される電力に基づいて当該蒸留装置に入力される熱量に対応する所定の熱量が系外に排出され、当該蒸留装置全体における熱バランスの調整が行われるように構成されていること
を特徴としている。

また、本発明においては、
前記循環冷却水クーラが、
前記分縮コンデンサで前記塔頂ベーパの冷却に用いられ、昇温した前記分縮コンデンサ用循環冷却水を、水を冷媒として間接的に冷却する間接型熱交換器と、
前記間接型熱交換器で、前記分縮コンデンサ用循環冷却水を間接的に冷却するのに用いられ、昇温した前記水を空気と接触させ、主として前記水の気化熱によって前記水を冷却するとともに、前記空気と蒸発した水とを外部に放出することにより、前記所定の熱量が系外に排出されるように構成されたクーリングタワーと
を備えたものであることが好ましい。

本発明の蒸留装置の省エネルギーシステムにおいては、前記原料液が、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ものである場合に特に有意義である。

本発明の蒸留装置の省エネルギーシステムは、上述のように構成されており、分縮コンデンサで塔頂ベーパの冷却に用いられ、昇温した分縮コンデンサ用循環冷却水を、循環冷却水クーラで冷却して、所定の熱量を系外に排出することにより、第１のヒートポンプおよび第２のヒートポンプを駆動するために使用される電力に基づいて当該蒸留装置に入力される熱量に対応する所定の熱量が系外に排出され、当該蒸留装置全体における熱バランスの調整が行われるように構成されているので、ヒートポンプを用いて省エネルギー化を図るように構成された蒸留装置において、上述の特許文献１の蒸留塔の場合のように、蒸留塔の構成に制約を受けるようなことがなく、かつ、効率よく蒸留装置全体の熱バランスをとることが可能で、安定した蒸留操作を継続して行うことが可能な蒸留装置の省エネルギーシステムを実現することが可能になる。

また、循環冷却水クーラとして、水を冷媒として用いる間接型熱交換器と、間接型熱交換器で用いられ昇温した水を空気と接触させ、主として水の気化熱により水を冷却するとともに、空気と蒸発した水とを外部に放出して所定の熱量が系外に排出されるように構成されたクーリングタワーとを備えたものを用いることにより、コストが増大することを抑制して、経済性に優れた蒸留装置の省エネルギーシステムを提供することが可能になる。

また、本発明の蒸留装置の省エネルギーシステムは、蒸留に供される原料液が、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ものである場合に、効率よく蒸留を行って、高濃度のアンモニア水溶液を得ることができて特に有意義である。

本発明の一実施形態にかかる蒸留装置の省エネルギーシステム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、この実施形態では、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を蒸留して、高濃度のアンモニア水溶液を得るために用いられる蒸留装置の省エネルギーシステムを例にとって説明する。

この蒸留装置の省エネルギーシステム１００は、ヒートポンプを用いた蒸留装置、詳しくは、低沸点成分であるアンモニアと、高沸点成分である水を含むアンモニア水溶液（原料液）を蒸留して、アンモニア濃度の高いアンモニア水溶液を得るための蒸留装置であって、ヒートポンプを用いて蒸留装置の省エネルギー化を図ることを目的とするシステムである。

図１に示すように、この実施形態にかかるヒートポンプを用いた蒸留装置の省エネルギーシステム１００は、
（ａ）原料液であるアンモニア水溶液の蒸留を行う蒸留塔Ａ１と、蒸留塔Ａ１の塔底液を再加熱するリボイラＡ２とを有する蒸留部Ａと、
（ｂ）蒸留塔Ａ１で分離された、原料液よりも低沸点成分を高い割合で含む塔頂ベーパを、冷却水（分縮コンデンサ用循環冷却水）により冷却して、第１の凝縮液と、第１の凝縮液よりも低沸点成分を高い割合で含む第１のベーパとに分離する分縮コンデンサＢと、
（ｃ）分縮コンデンサＢで塔頂ベーパの冷却に用いられ、昇温した分縮コンデンサ用循環冷却水を冷却して、所定の熱量を系外に排出することができるように構成された循環冷却水クーラ（この実施形態では、間接型熱交換器Ｃ１とクーリングタワーＣ２を組み合わせた構成のもの）Ｃと、
（ｄ）循環冷却水クーラＣにおいて冷却され、所定の熱量が系外に排出された後の分縮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リボイラＡ２に高温水として供給するように構成された第１のヒートポンプＤと、
（ｅ）分縮コンデンサＢにおいて分離された第１のベーパを、冷却水（全縮コンデンサ用循環冷却水）により冷却して、第２の凝縮液と、前記第２の凝縮液よりも高い割合で低沸点成分を含む第２のベーパ（不凝縮ガス）とに分離する全縮コンデンサＥと、
（ｆ）全縮コンデンサＥで第１のベーパの冷却に用いられ、昇温した全縮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リボイラＡ２に高温水として供給するように構成された第２のヒートポンプＦと
を備えている。

そして、この実施形態にかかる蒸留装置の省エネルギーシステム１００においては、分縮コンデンサＢで塔頂ベーパの冷却に用いられ、昇温した分縮コンデンサ用循環冷却水を、循環冷却水クーラＣで冷却して、所定の熱量を系外に排出することにより、第１のヒートポンプＤおよび第２のヒートポンプＦを駆動するために使用される電力に基づいて当該蒸留装置に入力される熱量に対応する所定の熱量が系外に排出され、当該蒸留装置全体における熱バランスの調整が行われるように構成されている。

以下に、この実施形態にかかる蒸留装置の省エネルギーシステム１００の構成、および、蒸留装置の省エネルギーシステム１００全体の熱バランスをとる方法についてさらに詳しく説明する。

上述のように、蒸留部Ａは、蒸留塔Ａ１とリボイラＡ２とを備えている。蒸留部Ａを構成する蒸留塔Ａ１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り、この実施形態では、充填塔を用いている。

本発明にかかる蒸留装置の省エネルギーシステム１００においては、蒸留部Ａを構成する蒸留塔Ａ１に、蒸留の対象となる原料液（ＮＨ₃水溶液）が供給される。この原料液（供給液）は、例えば、アンモニア濃度（ＮＨ₃濃度）が１〜３ｗｔ％のアンモニア水溶液である。

この実施形態では、蒸留塔Ａ１に、液温が２５℃で、ＮＨ₃濃度が１．７ｗｔ％の原料液が、７５６１ｋｇ／ｈの割合で蒸留塔Ａ１に供給されるように構成されている。

また、蒸留部Ａを構成するリボイラＡ２は、蒸留塔Ａ１の塔底液を再加熱する機能を果たすものであり、この実施形態では、間接型熱交換器が用いられている。そして、このリボイラＡ２には、第１のヒートポンプＤにおいて電力により温度レベルを上げた９０℃の高温水と、第２のヒートポンプＦにおいて電力により温度レベルを上げた９０℃高温水とが供給されるように構成されている。すなわち、第１のヒートポンプＤからの９０℃の高温水と、第２のヒートポンプＦの９０℃の高温の、両方の高温水の有する熱量を合計した熱量がリボイラＡ２に入力される。これによって、蒸留塔Ａ１への熱の供給が行われる。

分縮コンデンサＢは、上述のように、蒸留塔Ａ１で分離された蒸発ベーパ（塔頂ベーパ）を分縮コンデンサ用循環冷却水により冷却して、主として高沸点成分である水を凝縮させるものであり、間接型熱交換器が用いられている。
また、分縮コンデンサＢにおいては、高温の蒸発ベーパを凝縮させるため、３０〜４０℃の水が冷媒（分縮コンデンサ用循環冷却水）として用いられている。

また、分縮コンデンサＢで使用された分縮コンデンサ用循環冷却水は、蒸発ベーパの凝縮熱により昇温している。そして、昇温した分縮コンデンサ用循環冷却水は、蒸留装置全体の熱バランスを調整するために、上述の循環冷却水クーラＣにおいて冷却され、所定の熱量が系外に排出された後、第２のヒートポンプＦに送られて熱回収に供されるように構成されている。
なお、蒸留装置全体の熱バランスについては、各部の構成を説明した後、詳しく説明する。

また、蒸留塔Ａ１の塔頂からの蒸発ベーパ（塔頂ベーパ）は、アンモニアを供給液よりも高い割合で含むベーパであり、分縮コンデンサＢに送られて、冷却水（分縮コンデンサ用循環冷却水）により冷却され、第１の凝縮液と、第１の凝縮液よりも低沸点成分を高い割合で含む第１のベーパとに分離される。そして、分縮コンデンサＢで冷却されて凝縮した高沸点成分である水を高い割合で含む、ＮＨ₃濃度の低い第１の凝縮液は、還流液として蒸留塔Ａ１の塔頂に戻される。

具体的に数値を挙げて説明すると、
（１）蒸留塔Ａ１で分離された、アンモニアを供給液よりも高い割合で含み、圧力が４６．７ｋＰａＡ（絶対圧で４６．７ｋＰａ）で、温度が７５℃、ＮＨ₃濃度が１８．４ｗｔ％の蒸発ベーパ（塔頂ベーパ）が、７４５ｋｇ／ｈの割合で、分縮コンデンサＢに送られて冷却され、
（２）ＮＨ₃濃度が２．２ｗｔ％、温度が７０℃の第１の凝縮液が、３６７ｋｇ／ｈの割合で還流液として蒸留塔Ａ１の塔頂に戻され、
（３）分縮コンデンサＢで凝縮しなかった、ＮＨ₃濃度が３４．０ｗｔ％、温度が７０℃の第１のベーパが、３７８ｋｇ／ｈの割合で全縮コンデンサＥに送られる。

また、循環冷却水クーラＣは、上述したように、分縮コンデンサＢで用いられ、昇温した分縮コンデンサ用循環冷却水を冷却する機能を果たすものである。この実施形態において、循環冷却水クーラＣは、間接型熱交換器Ｃ１とクーリングタワーＣ２とを備えている。

詳しくは、この実施形態において、循環冷却水クーラＣは、分縮コンデンサＢで塔頂ベーパの冷却に用いられ、昇温した分縮コンデンサ用循環冷却水を、水を冷媒として間接的に冷却する間接型熱交換器Ｃ１と、間接型熱交換器Ｃ１で、分縮コンデンサ用循環冷却水を間接的に冷却するのに用いられ、昇温した水を空気と接触させ、主として水の気化熱によって水を冷却するとともに、空気と蒸発した水とを外部に放出することにより、所定の熱量が系外に排出されるように構成されたクーリングタワーＣ２とを備えている。

本実施形態の蒸留装置の省エネルギーシステム１００において、循環冷却水クーラＣは、図１に示すように、分縮コンデンサＢで用いられ、３９℃に昇温した分縮コンデンサ用循環冷却水を冷却して、所定の熱量を系外に排出する機能を果たす。
そして、循環冷却水クーラＣにおいて冷却され、所定の熱量が系外に排出された後の、３５℃の分縮コンデンサ用循環冷却水は、第１のヒートポンプＤに送られて熱回収に供されるように構成されている。なお、蒸留装置全体の熱バランスについては後述する。

また、循環冷却水クーラＣを構成する間接型熱交換器Ｃ１で用いられ、例えば３５℃にまで昇温した循環冷却水クーラ用の冷却水（循環冷却水クーラ用冷却水）は、クーリングタワーＣ２において３２℃に冷却され、再び循環冷却水クーラＣを構成する間接型熱交換器Ｃ１に戻るように構成されている。

すなわち、分縮コンデンサＢで用いられ、蒸発ベーパ（塔頂ベーパ）の凝縮熱で昇温した分縮コンデンサ用循環冷却水は、循環冷却水クーラＣによって冷却され、循環冷却水クーラＣで用いられた冷却水（循環冷却水クーラ用冷却水）はクーリングタワーＣ２において、蒸発潜熱が奪われることで冷却され、所定の熱量が蒸留装置の系外に排出されることになる。

また、第１のヒートポンプＤは、上述のように、分縮コンデンサＢにおいて用いられ、循環冷却水クーラＣにおいて、所定の熱量が系外に排出された後の分縮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リボイラＡ２に高温水として供給する機能を果たす。

具体的には、図１に示すように、第１のヒートポンプＤにおいて、循環冷却水クーラＣで所定の熱量が系外に排出された後の３５℃の分縮コンデンサ用循環冷却水からの熱回収が行われ、３０℃の分縮コンデンサ用循環冷却水が分縮コンデンサＢに供給されるとともに、回収した熱と電力により温度レベルを上げた９０℃の高温水が、蒸留部Ａの熱源としてリボイラＡ２に供給されるように構成されている。

また、リボイラＡ２で用いられた後の８５℃の温水は、第１のヒートポンプＤに戻され、上述のようにして温度レベルを上げた９０℃の高温水が、再びリボイラＡ２に供給されるように構成されている。

なお、本実施形態の蒸留装置の省エネルギーシステム１００においては、第２のヒートポンプＦからも、温度レベルを上げた９０℃の高温水がリボイラＡ２に供給されるように構成されているが、これについては第２のヒートポンプＦを説明する際にあわせて説明する。

この実施形態にかかる蒸留装置の省エネルギーシステム１００における第１のヒートポンプＤは、上述のような条件で用いられるように構成されているので、高い成績効率（ＣＯＰ）で熱回収を行うことが可能になる。

一方、分縮コンデンサＢで凝縮しなかった、低沸点成分であるアンモニアを高い割合で含む不凝縮ガスである第１のベーパは、上述の全縮コンデンサＥに送られる。

具体的には、上述のように、ＮＨ₃濃度が３４．０ｗｔ％、温度が７０℃の第１のベーパが、３７８ｋｇ／ｈの割合で、分縮コンデンサＢから、全縮コンデンサＥに送られる。
なお、分縮コンデンサＢで凝縮した水を高い割合で含む第１の凝縮液が還流液として蒸留塔Ａ１の塔頂に戻されることは上述の通りである。

また、全縮コンデンサＥは、分縮コンデンサＢで凝縮しなかった低沸点成分を高い割合で含む第１のベーパを冷却して凝縮させることを目的とするものであり、この全縮コンデンサＥにおいて、５℃の冷却水（全縮コンデンサ用循環冷却水）によって冷却されることで、分縮コンデンサＢで凝縮しなかった第１のベーパの一部が凝縮した第２の凝縮液と、全縮コンデンサＥにおいても凝縮しない第２のベーパ（不凝縮ガス）とに分離されることになる。

なお、この全縮コンデンサＥには間接型熱交換器が用いられており、後述する第２のヒートポンプＦで熱回収された後の、温度が５℃の全縮コンデンサ用循環冷却水が冷却媒体として供給されるように構成されている。

そして、全縮コンデンサＥにおける凝縮液（第２の凝縮液）は、低沸点成分を高い割合で含む液として系外に抜き出され、留出液として回収される一方、還流比を調整するために、留出液の一部を留出液抜き出し液として抜き出し、蒸留塔Ａ１に戻すことができるように構成されている。

また、全縮コンデンサＥにおいて用いられ、上述の第２のベーパの凝縮熱によって１０℃に昇温した全縮コンデンサ用循環冷却水は、第２のヒートポンプＦに送られて熱回収に供される。

具体的には、全縮コンデンサＥに、温度が５℃の全縮コンデンサ用循環冷却水が、第２のヒートポンプＦから冷却用媒体として供給されることにより、分縮コンデンサＢで凝縮しなかった不凝縮ガスの一部が凝縮して、温度が１１．６℃で、ＮＨ₃濃度が２５．１ｗｔ％のアンモニア水（留出液）（第２の凝縮液）が、３３１．７ｋｇ／ｈの割合で回収される。
また、同時に、アンモニア（ＮＨ₃）を９７．８ｗｔ％（残：水（２．２ｗｔ％））の割合で含む不凝縮ガス（第２のベーパ）が、４６．３ｋｇ／ｈの割合で回収される。

なお、主成分がアンモニア（ＮＨ₃）である不凝縮ガス（第２のベーパ）は、例えば、水と接触させてＮＨ₃を水に溶解させることにより高濃度のアンモニア水として回収することができる。

なお、蒸留塔Ａ１の塔底からは、ＮＨ₃濃度０．１ｗｔ％、温度３５℃の缶出液が７１８３ｋｇ／ｈの割合で排出される。

また、第２のヒートポンプＦは、全縮コンデンサＥで用いられ、昇温した全縮コンデンサ用循環冷却水（例えば１０℃）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、９０℃の高温水としてリボイラＡ２に供給することで、熱エネルギーを循環再利用することができるように構成されている。

なお、リボイラＡ２には、上述のように第１のヒートポンプＤからの９０℃の高温水と、第２のヒートポンプＦらの９０℃の高温水が供給され、かつ、リボイラＡ２において用いられた後の８５℃の温水が、適宜分配されて第１のヒートポンプＤと、第２のヒートポンプＦに送られて温度レベルが上げられた後、９０℃の高温水として再びリボイラＡ２に供給される。これによって、蒸留塔Ａ１への熱の供給が継続的に行われる。

次に、第１のヒートポンプＤおよび第２のヒートポンプＦを蒸留装置に導入した場合の熱バランスについて説明する。

ヒートポンプを蒸留装置に導入した場合、概念的にみると、その熱バランスは、概略以下のようになる。
「リボイラでの加熱量」＝「コンデンサでの凝縮熱量」 …（１）

ここで、ヒートポンプを用いた蒸留装置では、下記のような熱収支となる。
「コンデンサでの凝縮熱」＋「ヒートポンプにおける消費動力」
＝「温水によるリボイラへの供給熱量（リボイラでの加熱量）」…（２）

したがって、上記式（１）と式（２）から明らかなように、ヒートポンプの消費動力分が、余剰な熱量となり、蒸留装置全体の熱バランスが成立しなくなる。
すなわち、ヒートポンプを用いた蒸留装置においては「余剰熱量」である、ヒートポンプの消費動力に相当する熱量を、なんらかの方法で、系外に除去することが必要になる。

そして、本発明では、分縮コンデンサにおいて用いられ、凝縮熱が入力された分縮コンデンサ用循環冷却水から所定の熱量を除去するようにしている。
これにより、以下の式（３）の条件を満足すること、すなわち熱バランスをとることが可能になる。
「コンデンサにおける凝縮熱」−「余剰熱量」
＝「温水によるリボイラへの供給熱量」 …（３）

そして、本発明では、分縮コンデンサＢで用いられた分縮コンデンサ用循環冷却水を第１のヒートポンプＤに供給するためのラインに、循環冷却水クーラＣを導入することで、第１のヒートポンプＤ、および、第２のヒートポンプＦにおける消費動力の合計量に相当する余剰熱量の除去を行い、蒸留装置全体での熱バランスを調整するようにしている。

すなわち、本発明では、第２のヒートポンプＦにおける消費動力による余剰熱量についても、上述の循環冷却水クーラＣにて、対応する熱量を系外に排出して、蒸留装置全体としての熱量の調整を行うようにしている。

さらに言えば、本発明では、第１のヒートポンプＤにおける消費動力に基づく余剰熱量と、第２のヒートポンプＦにおける消費動力に基づく余剰熱量の両方を、循環冷却水クーラＣにて系外に排出するようにしている。
具体的には、上記実施形態においては、第１のヒートポンプＤにおける消費動力が約１８０ｋＷ、第２のヒートポンプＦにおける消費動力が約３５０ｋＷで、合計の消費動力が５３０ｋＷであるのに対して、分縮コンデンサ用循環冷却水を第１のヒートポンプＤに供給するためのラインに設けた循環冷却水クーラＣにおいて約５３０ｋＷの熱量（余剰熱量に相当する熱量）を系外に排出することで、蒸留装置全体における熱バランスを調整するようにしている。

ここで、全縮コンデンサ用循環冷却水を第２のヒートポンプＦに供給するためのライン（全縮コンデンサ用循環冷却水ライン）で第２のヒートポンプＦにおける消費動力に基づく余剰熱量を除去しようとすると、低温の（５〜１０℃の）チラー水が必要となり、多くの電力を消費して製造されるチラー水を用いることは、ランニングコストの増加につながる。

そのため、本発明では、全縮コンデンサ用循環冷却水を第２のヒートポンプＦに供給するためのラインで上述の余剰熱量を除去することはせずに、分縮コンデンサ用循環冷却水ライン設けた循環冷却水クーラＣにて、第１のヒートポンプＤによる余剰熱量だけではなく、第２のヒートポンプＦによる余剰熱量の除去も行うようにしている。

上述のように、第１のヒートポンプＤおよび第２のヒートポンプＦの余剰熱量を、一般の冷却水で除去可能な温度レベルである第１のヒートポンプＤへの分縮コンデンサ用循環冷却水ラインに設けた循環冷却水クーラＣにおいて集中的に行うことにより、蒸留装置全体での熱バランスの調整を効率よく行うことが可能になり、ランニングコストの最小化を実現することが可能になる。

なお、上記実施形態で示した、原料液、第１および第２の凝縮液、第１および第２のベーパについて記載した、各種の量や、温度、圧力、熱量などの値は、あくまで例示であって、本発明においては、それらの値は上記実施形態の値に限定されるものではなく、他の値とすることも可能である。

また、上記実施形態では、蒸留に供される原料液が、アンモニア（ＮＨ₃）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アンモニア水である場合について説明したが、本発明は、低沸点成分が他の物質である場合、例えば、メタノールやエタノールのようなアルコール類、アセトン、ヘキサン、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒドなどのアルコール類以外の有機化合物、フッ酸、硝酸、塩酸などである場合などにも適用することが可能である。

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。

１００蒸留装置の省エネルギーシステム
Ａ蒸留部
Ａ１蒸留塔
Ａ２リボイラ
Ｂ分縮コンデンサ
Ｃ循環冷却水クーラ
Ｃ１間接型熱交換器
Ｃ２クーリングタワー
Ｄ第１のヒートポンプ
Ｅ全縮コンデンサ
Ｆ第２のヒートポンプ

Claims

ヒートポンプを用いた蒸留装置の省エネルギーシステムであって、
（ａ）低沸点成分を含む原料液の蒸留を行う蒸留塔と、前記蒸留塔の塔底液を再加熱するリボイラとを備えた蒸留部と、
（ｂ）前記蒸留塔の塔頂から取り出される、前記原料液よりも前記低沸点成分を高い割合で含む塔頂ベーパを、分縮コンデンサ用循環冷却水により冷却して、第１の凝縮液と、前記第１の凝縮液よりも前記低沸点成分を高い割合で含む第１のベーパとに分離する分縮コンデンサと、
（ｃ）前記分縮コンデンサで前記塔頂ベーパの冷却に用いられ、昇温した前記分縮コンデンサ用循環冷却水を冷却して、所定の熱量を系外に排出することができるように構成された循環冷却水クーラと、
（ｄ）前記循環冷却水クーラで冷却され、所定の熱量が系外に排出された後の前記分縮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第１のヒートポンプと、
（ｅ）前記分縮コンデンサで分離された前記第１のベーパを、全縮コンデンサ用循環冷却水により冷却して、第２の凝縮液と、前記第２の凝縮液よりも前記低沸点成分を高い割合で含む第２のベーパとに分離する全縮コンデンサと、
（ｆ）前記全縮コンデンサで前記第１のベーパの冷却に用いられ、昇温した前記全縮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第２のヒートポンプと
を備え、
前記分縮コンデンサで前記塔頂ベーパの冷却に用いられ、昇温した前記分縮コンデンサ用循環冷却水を、前記循環冷却水クーラで冷却して、所定の熱量を系外に排出することにより、前記第１のヒートポンプおよび前記第２のヒートポンプを駆動するために使用される電力に基づいて当該蒸留装置に入力される熱量に対応する所定の熱量が系外に排出され、当該蒸留装置全体における熱バランスの調整が行われるように構成されていること
を特徴とする蒸留装置の省エネルギーシステム。
前記循環冷却水クーラが、
前記分縮コンデンサで前記塔頂ベーパの冷却に用いられ、昇温した前記分縮コンデンサ用循環冷却水を、水を冷媒として間接的に冷却する間接型熱交換器と、
前記間接型熱交換器で、前記分縮コンデンサ用循環冷却水を間接的に冷却するのに用いられ、昇温した前記水を空気と接触させ、主として前記水の気化熱によって前記水を冷却するとともに、前記空気と蒸発した水とを外部に放出することにより、前記所定の熱量が系外に排出されるように構成されたクーリングタワーと
を備えたものであることを特徴とする請求項１記載の蒸留装置の省エネルギーシステム。
前記原料液が、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ものであることを特徴とする請求項１または２記載の蒸留装置の省エネルギーシステム。