JP7459164B2

JP7459164B2 - アンモニア水溶液の蒸留装置

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Publication number: JP7459164B2
Application number: JP2022071364A
Authority: JP
Inventors: 隆彦立野; 卓西ノ原; 勇竹森
Original assignee: Kimura Chemical Plants Co Ltd
Current assignee: Kimura Chemical Plants Co Ltd
Priority date: 2022-04-25
Filing date: 2022-04-25
Publication date: 2024-04-01
Anticipated expiration: 2042-04-25
Also published as: JP2023161176A

Description

本発明は、アンモニア水溶液の蒸留装置に関し、詳しくは、消費エネルギーの抑制が図られたアンモニア水溶液の蒸留装置に関する。

近年、窒素の総量削減基本方針が策定され、アンモニアを含む排水も規制の対象となっている。

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、高濃度のアンモニア水（例えばアンモニア濃度２５ｗｔ％）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）の需要が高まっている。

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、蒸留装置における消費エネルギーの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蒸留装置として、特許文献１には、蒸留塔の塔頂ベーパを圧縮機で断熱圧縮して自己のヒータの加熱源として用いるようにした、ＭＶＲ（mechanical vapor recompression）式のアンモニア水溶液の蒸留装置が開示されている。

そして、このＭＶＲ式のアンモニア水溶液の蒸留装置によれば、高い省エネルギー性を備えたアンモニア水溶液の蒸留装置を実現することができるとされている。

特開２０１９－１４１８２０号公報

しかしながら、アンモニア水溶液の蒸留装置についての省エネルギーに対する要求は大きく、特許文献１のアンモニア水溶液の蒸留装置を超えるような省エネルギーを実現することが可能なアンモニア水溶液の蒸留装置が求められている。

本発明は、上記課題を解決するものであり、特許文献１に記載されているような、ＭＶＲ式のアンモニア水溶液の蒸留装置よりもさらに省エネルギー性に優れたアンモニア水溶液の蒸留装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、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、第１加熱媒体との間接熱交換により加熱して蒸気を発生させる第１リボイラと、
前記第１リボイラで間接加熱された前記第１蒸留塔の塔底液の一部を供給し、第２加熱媒体である第２リボイラ用循環高温水との間接熱交換により加熱して蒸気を発生させる第２リボイラと、
前記第１蒸留塔の塔頂から取り出されるベーパである第１塔頂ベーパを断熱圧縮することで昇温させた圧縮ベーパを、前記第１リボイラに前記第１加熱媒体として供給する圧縮機と、
前記圧縮機で断熱圧縮され、前記第１加熱媒体として前記第１リボイラに供給された前記圧縮ベーパのうち、前記第１リボイラにおいて凝縮せずに抜き出される分縮後のベーパの蒸留を行う第２蒸留塔と、
前記第２蒸留塔の塔頂から取り出されるベーパである第２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コンデンサで前記第２塔頂ベーパの冷却に用いられて昇温した前記第１コンデンサ用循環冷却水から熱を回収するとともに、回収した熱により、前記第２リボイラで前記第１蒸留塔の塔底液の加熱に使用されて温度が低下した前記第２リボイラ用循環高温水を、前記第２リボイラにおいて前記第２加熱媒体として用いることができる温度にまで昇温するヒートポンプと、
前記第１コンデンサから取り出される前記第１ベーパを冷却して、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
を備えていることを特徴としている。

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蒸留塔の操作圧が大気圧未満であり、
前記圧縮機により前記第１塔頂ベーパを断熱圧縮した前記圧縮ベーパの圧力が１０ｋＰａＡ以上大気圧以下であることが好ましい。

また、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０．０５ｗｔ％以上１０．０ｗｔ％以下であり、
前記第１リボイラで間接加熱され、前記第２リボイラに供給された、前記第１蒸留塔の塔底液の一部を前記第２リボイラで加熱し、蒸気を発生させた後の液である第２リボイラ被加熱液のアンモニア濃度が０．０１ｗｔ％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前記分縮後のベーパ（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前記分縮後のベーパ（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、アンモニア水溶液（原料液）の蒸留を行う第１蒸留塔と、第１蒸留塔の塔底液を、第１加熱媒体との間接熱交換により加熱して蒸気を発生させる第１リボイラと、第１リボイラで間接加熱された第１蒸留塔の塔底液の一部を、第２加熱媒体である第２リボイラ用循環高温水との間接熱交換により加熱して蒸気を発生させる第２リボイラと、第１蒸留塔の塔頂から取り出される第１塔頂ベーパを断熱圧縮することで昇温させた圧縮ベーパを、第１リボイラに第１加熱媒体として供給する圧縮機と、圧縮機で断熱圧縮され、加熱媒体として第１リボイラに供給された圧縮ベーパのうち、第１リボイラで凝縮せずに抜き出される分縮後のベーパの蒸留を行う第２蒸留塔と、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第１コンデンサと、第１コンデンサで第２塔頂ベーパの冷却に用いられて昇温した第１コンデンサ用循環冷却水から熱を回収するとともに、回収した熱により、第２リボイラで第１蒸留塔の塔底液の加熱に使用されて温度が低下した第２リボイラ用循環高温水を、第２リボイラにおいて前記第２加熱媒体として用いることができる温度にまで昇温するヒートポンプと、第１コンデンサから取り出される第１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ベーパとに分離する第２コンデンサとを備えており、各構成要素の稼働に、ボイラで発生させた蒸気を必要としないため、上述の特許文献１に記載されているＭＶＲ式のアンモニア水溶液の蒸留装置よりもさらに省エネルギー性に優れたアンモニア水溶液の蒸留装置を提供することが可能になる。

すなわち、特許文献１のＭＶＲ式のアンモニア水溶液の蒸留装置では、第１リボイラに圧縮機で圧縮された圧縮ベーパが供給されるとともに、ボイラで発生させた蒸気（補助蒸気）が供給されるように構成されているが、本発明にかかるアンモニア水溶液の蒸留装置では、この補助蒸気が不要になるため省エネルギーを図ることが可能になる。
また、ヒートポンプの加熱量を上げることにより、第１リボイラにおける分縮後のベーパのアンモニア濃度を下げること、還流液温度を上昇させることができ、結果として、圧縮機の断熱圧縮ヘッドを下げ、消費動力を低減することが可能になる。すなわち、ヒートポンプの加熱量を増加させることにより圧縮機の風量およびヘッドを下げ、消費動力を下げることが可能になる。
ただし、ヒートポンプのＣＯＰより蒸気圧縮機のＣＯＰの方が高く、それぞれの加熱量バランスには、最高効率点が存在する。したがって、最高効率点で運転が行われるようにヒートポンプによる加熱量と蒸気圧縮機による加熱量のバランスをとることにより、全体的なエネルギー消費量を大幅に削減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においては、第１蒸留塔の操作圧を大気圧未満とし、圧縮機により塔頂ベーパを断熱圧縮した圧縮ベーパの圧力を、１０ｋＰａＡ以上大気圧以下とすることにより、機器が圧力容器構造規格の対象から外れ、かつ冷却のためのチラー水を不要とすることが可能になり、好ましい。

また、第１蒸留塔に供給される原料液のアンモニア濃度が０．０５ｗｔ％以上１０．０ｗｔ％以下、第１リボイラで間接加熱され、第２リボイラに供給された、第１蒸留塔の塔底液の一部を第２リボイラで加熱し、蒸気を発生させた後の液である第２リボイラ被加熱液のアンモニア濃度が０．０１ｗｔ％以下となるようにした場合、アンモニア水を効率よく蒸留して、省エネルギーを図りつつ、アンモニアを蒸留することができる。
なお、上述の第２リボイラ被加熱液は、実質的に、本発明にかかるアンモニア水溶液の蒸留装置における缶出液に相当するものである。

また、本発明のアンモニア水溶液の蒸留装置においては、上述のコンデンサにおける分縮後のベーパ（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。

また、第２コンデンサにおける分縮後のベーパ（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ることにより、上記第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分縮後のベーパ（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アンモニア水溶液の蒸留装置（以下単に「蒸留装置」ともいう）を例にとって説明する。

図１に示すように、本実施形態にかかるアンモニア水溶液の蒸留装置１００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（アンモニア（ＮＨ₃）１．０ｗｔ％、２５℃）の蒸留を行う第１蒸留塔１を備えている。

また、第１蒸留塔１の塔底液を、第１加熱媒体との間接熱交換により加熱する第１リボイラＲ１と、第１リボイラＲ１で間接加熱された第１蒸留塔１の塔底液の一部を、第２加熱媒体である第２リボイラ用循環高温水との間接熱交換により加熱し、蒸気を発生させる第２リボイラＲ２とを備えている。

さらに、第１蒸留塔の塔頂から取り出される第１塔頂ベーパを断熱圧縮することで昇温させた圧縮ベーパを、第１リボイラＲ１に第１加熱媒体として供給する圧縮機２０を備えている。なお、本実施形態では、２台の圧縮機２０（２０ａ）および２０（２０ｂ）を直列に接続した構成とされている。

また、アンモニア水溶液の蒸留装置１００は、圧縮機２０で断熱圧縮され、第１加熱媒体として第１リボイラＲ１に供給された圧縮ベーパのうち、第１リボイラＲ１において凝縮せずに抜き出される分縮後のベーパの蒸留を行う第２蒸留塔２を備えている。

さらに、本実施形態にかかるアンモニア水溶液の蒸留装置１００は、第２蒸留塔２の塔頂から取り出される第２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第１コンデンサＣ１を備えている。

また、第１コンデンサＣ１で第２塔頂ベーパの冷却に用いられて昇温した第１コンデンサ用循環冷却水から熱を回収するとともに、回収した熱により、第２リボイラＲ２で第１蒸留塔１の塔底液の加熱に使用されて温度が低下した第２リボイラ用循環高温水を、第２リボイラＲ２において第２加熱媒体として用いることができる温度（すなわち、第２リボイラＲ２において第１蒸留塔１の塔底液を所定の温度にまで加熱することができる温度）にまで昇温するヒートポンプＨＰを備えている。図１では１台のヒートポンプＨＰを示しているが、本実施形態では、複数台のヒートポンプを並列に接続して用いている。

また、本実施形態にかかるアンモニア水溶液の蒸留装置１００は、第１コンデンサＣ１から取り出される第１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ベーパとに分離する第２コンデンサＣ２とを備えている。

また、本実施形態にかかるアンモニア水溶液の蒸留装置１００は、第２コンデンサＣ２における分縮後のベーパである第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、本実施形態にかかるアンモニア水溶液の蒸留装置１００について、さらに詳しく説明する。

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１．０ｗｔ％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ものであり、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、上述の第１リボイラＲ１は、複数の管１３を両端管板１４によって本体胴１５と連結することにより形成されており、本体胴１５の内部において各管１３の管内（チューブ側）と管外（シェル側）が隔離され、かつ、チューブ側（管内）には、上部から第１蒸留塔１の塔底液が供給され、シェル側（管外）には、圧縮機２０で断熱圧縮された圧縮ベーパが第１加熱媒体として供給され、第１蒸留塔１の塔底液が間接加熱により加熱されるように構成されている。

すなわち、第１リボイラＲ１においては、第１蒸留塔１の塔底液を加熱するための第１加熱媒体として、上述の圧縮機２０において、第１蒸留塔１の塔頂から取り出される第１塔頂ベーパ（本実施形態では、温度８４℃、圧力４５９ｍｍＨｇ（６１．２ｋＰａ））を断熱圧縮することで所定の温度にまで昇温させた圧縮ベーパ（本実施形態では、温度９８℃、圧力７６０ｍｍＨｇ（１０１ｋＰａ））が用いられる。

なお、第１塔頂ベーパが減圧（４５９ｍｍＨｇ）（６１．２ｋＰａ）になるのは、圧縮機２０による圧縮の際に、圧縮機２０の入口側（吸込側）である第１蒸留塔１側が、圧縮機２０の吸引作用により、負圧になることによる。

一方、圧縮機２０の出口側（吐出側）である第１リボイラＲ１側は、圧縮機２０の圧縮作用と、真空ポンプ６０（図１）の吸引作用により、所定の圧力（本実施形態では７６０ｍｍＨｇ（１０１ｋＰａ））に調整されるように構成されている。

また、第１リボイラＲ１の加熱側流路（シェル側）に、第１加熱媒体として供給された温度９８℃、圧力７６０ｍｍＨｇ（１０１ｋＰａ）の圧縮ベーパは、一部が凝縮し、温度が９３℃の還流液として、第１蒸留塔１の塔頂に戻される。

一方、第１加熱媒体として第１リボイラＲ１に供給された圧縮ベーパのうち、第１リボイラＲ１において凝縮せずに抜き出される分縮後のベーパは、第２蒸留塔２に送られて、蒸留が行われる。

また、第２リボイラＲ２は、第１リボイラＲ１と同様に構成されており、複数の管２３を両端管板２４によって本体胴２５と連結することにより形成されており、本体胴２５の内部において各管２３の管内（チューブ側）と管外（シェル側）が隔離され、かつ、チューブ側（管内）には、上部から第１蒸留塔１の塔底液が供給され、シェル側（管外）には、下部から、ヒートポンプＨＰで温度レベルを上げた第２リボイラ用循環高温水（９６℃）が、第２加熱媒体として供給され、第１蒸留塔１の塔底液が間接加熱により加熱されることで、蒸気が発生するように構成されている。

第２リボイラＲ２の加熱側流路（シェル側）に供給され、第１蒸留塔１の塔底液の加熱に用いられた第２リボイラ用循環高温水（９１℃）（温度が低下した第２加熱媒体）は、ヒートポンプＨＰに戻され、温度レベルを上げた後、再び第２加熱媒体として第２リボイラＲ２の加熱側流路（シェル側）に供給される。

第１蒸留塔１では第１リボイラＲ１と、第２リボイラＲ２で発生させたベーパと、第１蒸留塔の塔頂から供給される還流液とを気液接触させることで、アンモニアの蒸留が行われ、アンモニアが除去された塔底液と、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）とに分離される。

そして、第１蒸留塔１の塔頂から抜き出される、温度８４℃、圧力４５９ｍｍＨｇ（６１．２ｋＰａ）の第１塔頂ベーパは、圧縮機２０に供給される。

第１蒸留塔１の塔頂から圧縮機２０に供給された温度８４℃、圧力４５９ｍｍＨｇ（６１．２ｋＰａ）の第１塔頂ベーパは、圧縮機２０で断熱圧縮され、温度９８℃、圧力７６０ｍｍＨｇ（１０１ｋＰａ）の圧縮ベーパとなる。
このときの圧縮機２０の動力は２９１ｋＷとなる。

また、本実施形態にかかるアンモニア水溶液の蒸留装置１００においては、圧縮機２０で断熱圧縮され、第１加熱媒体として第１リボイラＲ１に供給された圧縮ベーパのうち、第１リボイラＲ１において凝縮せずに抜き出される分縮後のベーパが第２蒸留塔２に送られて蒸留が行われる。

そして、第２蒸留塔２の塔頂から抜き出された第２塔頂ベーパ（アンモニア濃度３０ｗｔ％）は第１コンデンサＣ１に送られて、５２．７℃の第１コンデンサ用循環冷却水により冷却されることで、第１凝縮液と、凝縮せず第１凝縮液よりも高い割合でアンモニアを含む第１ベーパ（アンモニア濃度８１．４ｗｔ％）とに分離される。

第１コンデンサＣ１で、第２塔頂ベーパの冷却に用いられて温度が５７．７℃に上昇した第１コンデンサ用循環冷却水が有する熱がヒートポンプＨＰにおいて回収され、温度が５２．７℃に低下した第１コンデンサ用循環冷却水として、再び第１コンデンサＣ１に供給される。

一方、ヒートポンプＨＰでは、電力により温度レベルを上げた９６℃の第２リボイラ用循環高温水が、第２リボイラＲ２に供給されて第２加熱媒体として使用される。

一方、第２リボイラＲ２で使用されて温度が９１℃に低下した第２リボイラ用循環高温水（温度が低下した第２加熱媒体）はヒートポンプＨＰに戻されて、９６℃にまで昇温され、第２リボイラＲ２に戻されて、再び第２加熱媒体として使用されることになる。

さらに、第１コンデンサＣ１で凝縮しなかった８１．４ｗｔ％のアンモニアを含む第１ベーパ（分縮後のベーパ）は、第２コンデンサＣ２に送られ、冷却水により冷却されて、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ベーパとに分離される。第２凝縮液は、第１コンデンサＣ１に戻される。

第２コンデンサＣ２における分縮後のベーパである第２ベーパ（アンモニア濃度８５ｗｔ％、圧力７４８ｍｍＨｇ（９９．７ｋＰａ））は、アンモニア吸収装置５０に送られて、濃度２５ｗｔ％のアンモニア水として回収される。

なお、アンモニア吸収装置５０は、吸収塔５１と、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Ｃ２における分縮後のベーパ（第２ベーパ）と上記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冷却器５４とを備えている。

このように、アンモニア吸収装置５０を備え、第２コンデンサＣ２の分縮後のベーパである第２ベーパ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Ｃ２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Ｃ２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あたっては、原料液として、温度：２５℃、アンモニア（ＮＨ₃）濃度：１．０ｗｔ％のアンモニア水溶液を、５００００ｋｇ／ｈｒの割合で、予熱器４１を経て、第１蒸留塔１に供給した。ここで、第１蒸留塔１に供給される原料中のアンモニア量は１時間当たり５００ｋｇとなる。

一方、第１リボイラＲ１で加熱され、第２リボイラＲ２に供給された、第１蒸留塔の塔底液の一部を第２リボイラＲ２で加熱し、蒸気を発生させた後の液である第２リボイラ被加熱液が、第２循環ポンプ（図１）を介して、予熱器４１に送られ、原料液と熱交換された後、系外に排出される。

この第２リボイラ被加熱液は、アンモニア濃度が１０ｐｐｍ以下であり、４９４１２ｋｇ／ｈｒの割合で系外に排出される。

なお、第２リボイラ被加熱液は、本実施形態にかかるアンモニア水溶液の蒸留装置の缶出液（釜残）に相当するものである。

また、アンモニア吸収装置５０においては、第２コンデンサＣ２の分縮後のベーパ（第２ベーパ）（アンモニア８５ｗｔ％、７４８ｍｍＨｇ(９９．７ｋＰａ)）が５８８ｋｇ／ｈｒの割合で供給され、アンモニア濃度：２５．０ｗｔ％の高濃度のアンモニア水溶液が２０００ｋｇ／ｈｒの割合で回収された。

アンモニア吸収装置５０において回収した２５ｗｔ％アンモニア水溶液のアンモニア量は１時間当たり５００ｋｇ／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。

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の消費エネルギーについて検討する。

本実施形態にかかるアンモニア水溶液の蒸留装置１００における圧縮機２０およびヒートポンプＨＰの消費エネルギー、および上記消費エネルギーを一次エネルギーに換算した値を下記の表１に示す。

また、表１に、特許文献１に記載されているＭＶＲ式のアンモニア水溶液の蒸留装置における圧縮機の消費エネルギー、補助蒸気を電力（消費エネルギー）に換算した値、および上記消費エネルギーを一次エネルギーに換算した値を併せて示す。第1蒸留塔の理論段数は同じとして計算している。

本実施形態にかか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、消費電力は、圧縮機２０において２９１ｋＷ、ヒートポンプＨＰにおいて３２１ｋＷであり、合計では６１２ｋＷとなった。
圧縮機２０の消費電力を一次エネルギーに換算すると、２９１ｋＷ×２．６６＝７７４ｋＷ、ヒートポンプＨＰの消費電力を一次エネルギーに換算すると、３２１ｋＷ×２．６６＝８５４ｋＷとなり、合計では７７４ｋＷ＋８５４ｋＷ＝１６２８ｋＷとなる。

一方、上述の特許文献１のＭＶＲ式のアンモニア水溶液の蒸留装置を用いて、本実施形態の場合と同様の条件、すなわち、同じ量の原料液を蒸留して、同じ量のアンモニアを回収するようにした場合、特許文献１の蒸留装置では、本発明の蒸留装置で用いているヒートポンプを用いることなく、リボイラに補助蒸気を供給するようにしているので、エネルギーの消費量は、表１に示すように、蒸気加熱量（補助蒸気使用量）が７２５ｋＷ、圧縮機（ＭＶＲ）の消費電力が５１２ｋＷとなる。そして、圧縮機（ＭＶＲ）の消費電力５１２ｋＷを一次エネルギーに換算すると、５１２ｋＷ×２．６６＝１３６２ｋＷとなる。

したがって、一次エネルギーである補助蒸気使用量７２５ｋＷと、圧縮機（ＭＶＲ）の消費電力の一次エネルギー換算量１３６２ｋＷを合計すると２０８７ｋＷとなり、これが特許文献１の蒸留装置のエネルギー使用量となる。

本実施形態にかかる蒸留装置と、特許文献１のＭＶＲ式のアンモニア水溶液の蒸留装置のエネルギー消費量を一次エネルギーで比較すると、ＭＶＲ式のアンモニア水溶液の蒸留装置の場合には２０８７ｋＷの一次エネルギーを要していたものが、本実施形態にかかるアンモニア水溶液の蒸留装置では１６２８ｋＷの一次エネルギーで足りることが分かる。

すなわち、本実施形態にかかるアンモニア水溶液の蒸留装置によれば、従来のＭＶＲ式のアンモニア水溶液の蒸留装置に比べて、消費エネルギーを７８％に抑えることが可能になる（（１６２８ｋＷ／２０８７ｋＷ）×１００＝７８％）。

なお、特許文献１のＭＶＲ式のアンモニア水溶液の蒸留装置では、リボイラでの補助蒸気の使用量を少なくしようとすると、圧縮機の負荷が大きくなる傾向があり、上述の計算でも、圧縮機の消費エネルギーが５１２ｋＷと、本実施形態にかかるアンモニア水溶液の蒸留装置における圧縮機２０の消費エネルギー２９１ｋＷに比べて大きくなっている。
これに対し、本発明においては、ヒートポンプによって第２リボイラＲ２を加熱する熱量を、特許文献１のＭＶＲ式アンモニア水溶液の蒸留装置で必要となる補助蒸気の熱量と比較して多くすることにより、圧縮機の負荷（圧縮比）が小さくなるようにしている。補助蒸気の熱量は７２５ｋＷであるのに対して、ヒートポンプの消費動力が３２１ｋＷであり、加熱量は１４５２ｋＷ（ＣＯＰ４．５２）となる。

すなわち、圧縮機２０により第１塔頂ベーパを圧縮した、温度の高い圧縮ベーパを第１加熱媒体として用いて第１リボイラＲ１における加熱を行い、かつ、ヒートポンプＨＰにより、第１コンデンサ用循環冷却水からの熱回収を行うとともに、温度レベルを上げた第２リボイラ用循環高温水（第２加熱媒体）を用いて、第２リボイラＲ２の加熱を行うようにした本発明のアンモニア水溶液の蒸留装置（言い換えると、ＭＶＲとヒートポンプを組み合わせた蒸留装置）によれば、従来の、ヒートポンプを用いずにＭＶＲのみを用いたアンモニア水溶液の蒸留装置の場合のように補助蒸気を必要としないため、エネルギー消費を大幅に削減することが可能になるとともに、二酸化炭素排出量の抑制にも資することが可能になる。

なお、本発明のアンモニア水溶液の蒸留装置においては、圧縮機（ＭＶＲ）の負荷と、ヒートポンプの負荷を適切に配分することにより、種々の条件下で、十分な省エネルギー効果を得ることができるものと考えられる。

上記実施形態で説明し、あるいは、図１に示した、原料液、蒸留塔の塔底液、第１および第２塔頂ベーパ、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、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。

また、上記実施形態では、第１リボイラＲ１および第２リボイラＲ２として、いわゆるシェル＆チューブ式の熱交換器を用いたが、本発明において採用することが可能なリボイラの構造はこれに限られるものではなく、例えばプレート式熱交換器など公知の種々の構造のものを用い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。

１第１蒸留塔
２第２蒸留塔
Ｒ１第１リボイラ
Ｒ２第２リボイラ
Ｃ１第１コンデンサ
Ｃ２第２コンデンサ
１３第１リボイラを構成する複数の管
１４第１リボイラを構成する両端管板
１５第１リボイラを構成する本体胴
２０（２０ａ）（２０ｂ）圧縮機
２３第２リボイラを構成する複数の管
２４第２リボイラを構成する両端管板
２５第２リボイラを構成する本体胴
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冷却器
６０真空ポンプ
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、第１加熱媒体との間接熱交換により加熱して蒸気を発生させる第１リボイラと、
前記第１リボイラで加熱された前記第１蒸留塔の塔底液の一部を供給し、第２加熱媒体である第２リボイラ用循環高温水との間接熱交換により加熱して蒸気を発生させる第２リボイラと、
前記第１蒸留塔の塔頂から取り出されるベーパである第１塔頂ベーパを断熱圧縮することで昇温させた圧縮ベーパを、前記第１リボイラに前記第１加熱媒体として供給する圧縮機と、
前記圧縮機で断熱圧縮され、前記第１加熱媒体として前記第１リボイラに供給された前記圧縮ベーパのうち、前記第１リボイラにおいて凝縮せずに抜き出される分縮後のベーパの蒸留を行う第２蒸留塔と、
前記第２蒸留塔の塔頂から取り出されるベーパである第２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コンデンサで前記第２塔頂ベーパの冷却に用いられて昇温した前記第１コンデンサ用循環冷却水から熱を回収するとともに、回収した熱により、前記第２リボイラで前記第１蒸留塔の塔底液の加熱に使用されて温度が低下した前記第２リボイラ用循環高温水を、前記第２リボイラにおいて前記第２加熱媒体として用いることができる温度にまで昇温するヒートポンプと、
前記第１コンデンサから取り出される前記第１ベーパを冷却して、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
を備えていることを特徴とするアンモニア水溶液の蒸留装置。
前記第１蒸留塔の操作圧が大気圧未満であり、
前記圧縮機により前記第１塔頂ベーパを断熱圧縮した前記圧縮ベーパの圧力が１０ｋＰａＡ以上大気圧以下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０．０５ｗｔ％以上１０．０ｗｔ％以下であり、
前記第１リボイラで加熱され、前記第２リボイラに供給された、前記第１蒸留塔の塔底液の一部を前記第２リボイラで加熱し、蒸気を発生させた後の液である第２リボイラ被加熱液のアンモニア濃度が０．０１ｗｔ％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コンデンサから取り出される前記第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３記載のアンモニア水溶液の蒸留装置。
前記第２コンデンサから取り出される前記第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３記載のアンモニア水溶液の蒸留装置。