JP7459164B2 - アンモニア水溶液の蒸留装置 - Google Patents
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Description
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。
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。
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、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。
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。
このときの圧縮機20の動力は291kWとなる。
(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。
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。
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。
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 (5)
- 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。
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