(57)【要約】      （修正有）【課題】工場設備全体の熱エネルギーを効率的に向上させ得る蒸留設備を提供する。【解決手段】蒸留設備１は、原料に含まれた成分を各留分に分離する蒸留塔２と、蒸留塔２の塔頂部２ｂから取り出された気体状の軽質留分を液化させて液体状の軽質留分を得る還流凝縮器１２を有し、液化した軽質留分の一部を蒸留塔２に戻す還流設備３と、還流凝縮器１２に冷却水を供給する冷却水供給装置４と、を備えている。冷却水供給装置４は、還流設備３の近傍に配置されると共に、アンモニアとを含む冷媒溶液のアンモニア濃度に対応して冷媒溶液の蒸発時に冷却水から奪う熱量が決定され、還流凝縮器１２に冷却された冷却水を供給する蒸発冷却部１７と、熱供給源Ｓの近傍に配置されると共に、熱供給源Ｓから供給される水蒸気を利用して所定の濃度を有する冷媒溶液を蒸発冷却部１７に供給する冷媒溶液供給部１６と、を有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料に含まれた成分の沸点差を利用して各留分に分離する蒸留塔と、
前記蒸留塔の塔頂部から取り出された気体状の軽質留分を液化させて液体状の軽質留分を得る凝縮部を有し、液化した前記軽質留分の一部を前記蒸留塔に戻す還流部と、
前記凝縮部に冷却水を供給する冷却水供給部と、
を備え、
前記冷却水供給部は、
前記還流部の近傍に配置されると共に、水よりも蒸気圧が大きい冷媒を含む冷媒溶液の前記冷媒の濃度に対応して前記冷媒溶液の蒸発時に前記冷却水から奪う熱量が決定され、前記凝縮部に冷却された前記冷却水を供給する蒸発冷却部と、
熱供給源の近傍に配置されると共に、前記熱供給源から供給される熱媒体を利用して所定の濃度を有する冷媒溶液を前記蒸発冷却部に供給する冷媒溶液供給部と、を有する蒸留設備。
【請求項２】
前記塔頂部の内部圧力を制御する圧力制御部を更に備え、
前記圧力制御部は、前記塔頂部の内部圧力を取得し、前記内部圧力の値を利用して前記蒸留塔に戻される液化した前記軽質留分の温度を算出し、前記軽質留分の温度を利用して前記冷却水の温度を算出し、前記冷却水の温度を利用して前記冷媒溶液の循環量を算出する、請求項１に記載の蒸留設備。
【請求項３】
前記熱媒体は、０．１ＭＰａ以上０．２ＭＰａ以下であり１００℃以上１６０℃以下の水蒸気である、請求項１又は２に記載の蒸留設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸留設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、スチーム利用したスチームタービンが記載されている。スチームタービンは、スチームインレットから吸入したスチームにより内部のタービンを回転させ、その回転力を、カップリングに連結された出力軸から出力する。また、特許文献２には、蒸気タービンの急速起動装置が記載されている。この急速起動装置は、原子炉内水位低下による原子炉の安全上、急速起動により原子炉内に給水するためのものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２１４１０号公報
【特許文献２】実開昭５４−０６４８４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、工場等からの排熱を熱源として再利用し、工場設備全体のエネルギー効率を向上させる技術が検討されている。例えば、工場から排出される排熱の形態には、蒸気として熱が排出される形態があり、温度や圧力といった熱力学的なポテンシャルが低い場合には、エネルギーを回収する熱源として再利用し難い状況であった。また、近年では回転機器の動力源としてスチームタービンから信頼性の高いモータータービンへ変更されることがあり、温度や圧力といった熱力学的なポテンシャルの低いスチームが外部へ排出されるケースに拍車をかけ、工場設備全体の熱エネルギーを効率的に利用することが難しかった。
【０００５】
そこで、本発明は、工場設備全体の熱エネルギーを効率的に利用し得る蒸留設備を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面に係る蒸留設備は、原料に含まれた成分の沸点差を利用して各留分に分離する蒸留塔と、蒸留塔の塔頂部から取り出された気体状の軽質留分を液化させて液体状の軽質留分を得る凝縮部を有し、液化した軽質留分の一部を蒸留塔に戻す還流部と、凝縮部に冷却水を供給する冷却水供給部と、を備え、冷却水供給部は、還流部の近傍に配置されると共に、水よりも蒸気圧が大きい冷媒を含む冷媒溶液の冷媒の濃度に対応して冷媒溶液の蒸発時に冷却水から奪う熱量が決定され、凝縮部に冷却された冷却水を供給する蒸発冷却部と、熱供給源の近傍に配置されると共に、熱供給源から供給される熱媒体を利用して所定の濃度を有する冷媒溶液を蒸発冷却部に供給する冷媒溶液供給部と、を有する。
【０００７】
この蒸留設備は、還流部を有し、還流部の凝縮部において気体状の軽質留分を冷却して液体状の軽質留分を得ている。ここで、気体状の軽質留分の冷却には、冷却水を利用している。そして、この冷却水は、水よりも蒸気圧が大きい冷媒を含む冷媒溶液を用いた冷却水供給部から供給される。冷媒の蒸気圧は水よりも大きいので、従来は利用が難しかった低圧・低温の排熱源を冷却水の形成に利用することが可能になる。従って、比較的低圧・低温の水蒸気を熱源として利用することが可能になり工場設備全体の熱エネルギーを効率的に利用することができる。また、冷却水供給部の蒸発冷却部が還流部の近傍に配置されているので、蒸発冷却部から還流部までの輸送配管を短くすることが可能になる。従って、大気温度等の外部環境が冷却水に及ぼす影響を抑制できる。さらに、冷媒溶液のアンモニア濃度が冷却水から奪う熱量に対応しているので、冷却水供給部の冷却能力は大気温度の影響を受け難い。従って、水温が安定した冷却水を容易に得ることが可能になる。
【０００８】
また、蒸留設備は、塔頂部の内部圧力を制御する圧力制御部を更に備え、圧力制御部は、塔頂部の内部圧力を取得し、内部圧力の値を利用して蒸留塔に戻される液化した軽質留分の温度を算出し、軽質留分の温度を利用して冷却水の温度を算出し、冷却水の温度を利用して冷媒溶液の循環量を算出する。この圧力制御部によれば、塔頂圧力が変動した場合であっても、所定の塔頂圧力に制御するために必要な冷媒溶液の循環量を算出することが可能である。従って、塔頂圧力を容易に制御することができる。
【０００９】
また、熱媒体は、０．１ＭＰａ以上０．２ＭＰａ以下であり１００℃以上１６０℃以下の水蒸気である。このような熱媒体は、従来は利用していなかったエネルギー範囲の熱媒体である。従って、従来は廃棄していた熱媒体を回収熱源として利用可能であるので、蒸留設備を含む工場全体のエネルギー効率を高めることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、工場設備全体の熱エネルギーを効率的に利用し得る蒸留設備が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る蒸留設備を模式的に示す図である。
【図２】図２は、冷却水供給装置の動作を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１３】
図１に示されるように、蒸留設備１は、蒸留塔２と、還流設備（還流部）３と、冷却水供給装置（冷却水供給部）４と、圧力制御装置（圧力制御部）６と、を備えている。
【００１４】
蒸留塔２は、原料に含まれた成分の沸点差を利用して各留分に分離するものであり、具体的には、加熱によって原油等の原料を沸騰させ沸点の差を利用して原油といった原料を連続的に軽質分から重質分まで所定各留分に分離するものである。蒸留塔２は、円筒状の塔本体部２ａと、塔本体部２ａの上端に設けられた塔頂部２ｂと、塔本体部２ａの下端に設けられた塔底部２ｃとを有している。
【００１５】
塔本体部２ａは、その内部に所定間隔で上下方向に配置された複数のトレイ（不図示）と、蒸留塔２に原油を供給する供給口７と、塔本体部取出口９と、を有している。トレイでは、下部より上昇してくる原油蒸気とトレイ上の液とが接触し、物質移動および熱交換が行われる。そして、塔頂部２ｂ、塔底部２ｃ又は所定の温度のトレイから液を抜き出すことにより、目的の性状の油が得られる。供給口７は、塔本体部２ａの上下方向における略中央に配置されている。塔頂部取出口８からは、例えば、ＬＰＧやナフサといった軽質留分が取り出される。また、塔本体部取出口９からは、例えは灯油留分や軽油留分が取り出される。また、塔底部取出口１１からは、残渣油である重質留分が取り出される。
【００１６】
還流設備３は、蒸留塔２の塔頂部取出口８から取り出された軽質留分を凝縮し、一部を還流分として蒸留塔２内に戻し、残りを生成物として次工程の処理装置（不図示）へ送り出す。還流設備３は、蒸気として蒸留塔２の塔頂部２ｂから取り出された軽質留分を凝縮する還流凝縮器（凝縮部）１２と、塔頂部取出口８から還流凝縮器１２へ軽質留分を導く導入配管１３と、還流凝縮器１２で液化された軽質留分を蒸留塔２又は次工程の処理装置へ送り出す導出配管１４とを有している。
【００１７】
還流凝縮器１２は、蒸気として塔頂部２ｂから取り出された軽質留分を冷却して、凝縮（液化）させる熱交換器である。本実施形態の還流凝縮器１２は、いわゆる水冷凝縮器である。還流凝縮器１２では、冷却水が流通する冷却管の周囲に、気体状の軽質留分が導入され、軽質留分と冷却水との間で熱交換が行われる。従って、還流凝縮器１２には所定温度の冷却水が所定の流量だけ供給されている。
【００１８】
冷却水供給装置４は、いわゆる吸収冷凍機の冷凍サイクルを利用して還流凝縮器１２に供給するための冷却水を冷却するものである。図２に示されるように、冷却水供給装置４は、再生器Ｇ、凝縮器Ｃ、蒸発器Ｅ、及び吸収器Ａの合計４個の熱交換器を有している。これら熱交換器はそれぞれ輸送配管Ｌ１〜Ｌ５で接続され、内部には冷媒及び吸収液を含む冷媒溶液が収容されている。冷却水供給装置４は、吸収液が水であり冷媒がアンモニアである冷媒溶液を用いている。再生器Ｇ及び凝縮器Ｃは、それらの内部が高圧状態である。一方、蒸発器Ｅ及び吸収器Ａは、それらの内部が再生器Ｇ及び凝縮器Ｃの内部圧力よりも低圧である。
【００１９】
ここで、本実施形態の冷却水供給装置４は、冷媒溶液供給部１６と、蒸発冷却部１７とを有している。冷媒溶液供給部１６は、熱供給源Ｓから供給される水蒸気を利用して所定の濃度を有する冷媒溶液Ｍ３を蒸発冷却部１７に供給するものである。すなわち、冷媒溶液供給部１６は、吸収冷凍機を構成する再生器Ｇと凝縮器Ｃとを含んで構成されている。
【００２０】
一方、蒸発冷却部１７は、熱供給源Ｓの近傍に配置されると共に、熱供給源Ｓから供給される水蒸気を利用して所定の濃度を有する冷媒溶液Ｍ３を蒸発冷却部１７に供給するものである。換言すると、蒸発冷却部１７は、還流設備３の近傍に配置されると共に、冷媒溶液Ｍ３のアンモニア濃度に対応して冷媒溶液Ｍ３の蒸発時に冷却水から奪う熱量が決定され、還流凝縮器１２に冷却された冷却水を供給するものである。従って、蒸発冷却部１７は、吸収冷凍機を構成する蒸発器Ｅと吸収器Ａとを含んで構成されている。
【００２１】
冷却水供給装置４の冷凍サイクルを説明する。まず、再生器Ｇに８０℃〜１５０℃程度の熱媒体を投入する。この熱媒体には、熱供給源Ｓから再生器Ｇに投入される水蒸気が用いられる。この熱により、圧力が１．０ＭＰａ〜１．５ＭＰａとされた再生器Ｇ内において冷媒溶液中のアンモニアが蒸発し、冷媒蒸気Ｍ２と冷媒濃度の薄い冷媒弱溶液Ｍ１とが生成される。冷媒蒸気Ｍ２は、輸送配管Ｌ１を通じて凝縮器Ｃに送られる。凝縮器Ｃの内部では、冷媒蒸気Ｍ２が冷却水によって冷却され、冷媒蒸気Ｍ２が液化して冷媒溶液Ｍ３に変化する。例えば、凝縮器Ｃの内部は４０℃〜８０℃程度、１．０ＭＰａ〜１．５ＭＰａの環境に設定されている。そして、冷媒溶液Ｍ３は、輸送配管Ｌ２を通じて高圧側の凝縮器Ｃから低圧側の蒸発器Ｅに送られる。
【００２２】
蒸発器Ｅに送られた冷媒溶液Ｍ３は、蒸発器Ｅの内部で蒸発して冷媒蒸気Ｍ４に変化する。例えば、蒸発器Ｅの内部は３℃〜１０℃程度、０．１ＭＰａ〜０．５ＭＰａの環境に設定されている。このとき、蒸発器Ｅの冷却配管ＬＷには１０℃〜３０℃、一例として２０℃の冷却水が送り込まれる。冷却水は、冷却配管ＬＷを流通する間に、冷媒溶液Ｍ３の蒸発潜熱分のエネルギーを奪われて冷却される。この冷却された水は、還流凝縮器１２に供給される。一方、蒸発器Ｅ内の冷媒蒸気Ｍ４は、輸送配管Ｌ３を通じて吸収器Ａに送り込まれる。この吸収器Ａには、更に再生器Ｇから冷媒弱溶液Ｍ１が送り込まれる。従って、吸収器Ａの内部で、冷媒蒸気Ｍ４と冷媒弱溶液Ｍ１とが混ざり合い、冷媒濃度の高い冷媒強溶液Ｍ５が生成される。冷媒強溶液Ｍ５は、ポンプを通じて再生器Ｇに送り込まれる。
【００２３】
図１に示されるように、圧力制御装置６は、蒸留塔２内の内部圧力を制御する濃度を制御するものである。例えば、圧力制御装置６は、蒸留塔２の内部圧力が高くなった場合には、還流設備３から蒸留塔２へ供給される液体状の軽質留分の温度を低下させるために、例えば、以下の制御方法がある。
【００２４】
具体的には、圧力制御装置６は、塔頂部２ｂに設けられた圧力センサＰを利用して塔頂部２ｂの内部圧力を取得する。続いて、圧力制御装置６は、得られた内部圧力の値が、予め設定された規定範囲内であるか、規定範囲外であるかを判断する。内部圧力が規定範囲外であった場合には、還流凝縮器１２から蒸留塔２に投入される液体状の軽質留分の温度を調整して内部圧力を制御する。ここで、液体状の軽質留分の温度は、還流凝縮器１２に供給される冷却水の温度により制御される。そして、冷却水の温度は、冷却水供給装置４の蒸発器Ｅに送り込まれる冷媒溶液の循環量により制御される。従って、圧力制御装置６は、蒸留塔２の内部に送り込むべき液体状の軽質留分の温度から還流凝縮器１２に供給される冷却水の温度を算出する。そして、所定の冷却水温度となるように再生器Ｇに供給される排熱量の量を調整することで、冷媒溶液の循環量を制御する。
【００２５】
ここで、従来は、蒸留塔の温度を制御する場合には、還流凝縮器に供給される冷却水の水量を調整することで対応していた。しかし、冷却水の温度は外気温等に左右されるため制御可能な温度範囲には限界があった。一方、蒸留設備１によれば、冷却水供給装置４を適用し、冷却水供給装置４の冷凍機内で循環する冷媒溶液の循環量を調整することにより冷却水自体の温度を自在に制御することが可能である。従って、蒸留塔２の塔頂部２ｂの圧力制御が容易になる。
【００２６】
ところで、従来、低圧水蒸気を回収することができてもその回収した低圧水蒸気を熱源として再利用することが難しかった。本実施形態の蒸留設備１は、還流設備３を有し、還流設備３の還流凝縮器１２において気体状の軽質留分を冷却して液体状の軽質留分を得ている。ここで、気体状の軽質留分の冷却には、冷却水を利用している。そして、この冷却水は、アンモニアを含む冷媒溶液を用いた冷却水供給装置４から供給される。アンモニアの蒸気圧は水よりも大きいので、従来は利用が難しかった低圧・低温に属する熱エネルギー範囲の排熱源、例えば０．１ＭＰａ以上０．２ＭＰａ以下であり１００℃以上１６０℃以下の水蒸気を冷却水の形成に利用することが可能になる。従って、比較的低圧・低温の水蒸気を熱源として利用することが可能になり、低圧水蒸気を排出する設備と蒸留設備１とを含む全体の生産設備において熱エネルギーの有効利用が図られる。
【００２７】
また、冷却水供給装置４の蒸発器（蒸発冷却部）Ｅが還流設備３の近傍に配置されているので、蒸発器Ｅから還流設備３までの輸送配管Ｌ２を短くすることが可能になる。より詳細には、本実施形態の冷却水供給装置４では、吸収冷凍機をなす再生器Ｇ、凝縮器Ｃ、蒸発器Ｅ、及び吸収器Ａにおいて、再生器Ｇ及び凝縮器Ｃを冷媒溶液供給部１６とし、蒸発器Ｅ及び吸収器Ａを蒸発冷却部１７としている。そして、冷媒溶液供給部１６は、熱媒体を排出する熱供給源Ｓの近傍に配置されている。一方、蒸発冷却部１７を構成する蒸発器Ｅは、還流凝縮器１２の近傍に配置されている。この配置によれば、蒸発器Ｅと還流凝縮器１２との間の距離が短くなり、冷却水が流動する冷却配管ＬＷを短くすることができる。従って、冷却水が冷却配管ＬＷを流通する間に外部から熱が流入して冷却水の温度が上昇することが抑制され、大気温度等の外部環境が冷却水に及ぼす影響を抑制できる。また、冷媒溶液Ｍ３のアンモニア濃度が冷却水から奪う熱量に対応しているので、冷却水供給装置４の冷却能力は大気温度の影響を受け難い。従って、水温が安定した冷却水を容易に得ることが可能になる。
【００２８】
更に、凝縮器Ｃと蒸発器Ｅとの間の輸送配管Ｌ２には、所定濃度の冷媒溶液Ｍ３が流通している。すなわち、熱供給源Ｓから供給された熱エネルギーが溶液の濃度差に変換されて輸送されていることになる。そうすると、輸送配管Ｌ２が長い場合であっても、大気温度などの影響を受け難くなり、効率よく熱エネルギーを輸送することが可能になる。また、冷却水供給装置４を構成する再生器Ｇ、凝縮器Ｃ、蒸発器Ｅ、及び吸収器Ａのそれぞれを接続する輸送配管Ｌ１〜Ｌ５について断熱施工が不要であり、且つ、作動媒質である冷媒溶液の輸送量が少ないので、輸送配管Ｌ１〜Ｌ５の小型化及び輸送動力の低減が可能になる。
【００２９】
また、蒸留塔２にあっては、塔頂部２ｂの内部圧力を０．０５ＭＰａ〜０．１５ＭＰａといった比較的低い圧力に設定することが望まれる。これは、蒸留塔２に供給される熱量に対して蒸留塔２内の内部圧力を低圧化することにより、軽質留分を蒸発しやすくするためである。しかし、蒸留塔２に供給される原料等により塔頂部２ｂの内部圧力は変動するおそれがある。
【００３０】
そこで、蒸留設備１は、塔頂部２ｂの内部圧力を制御する圧力制御装置６を更に備え、圧力制御装置６は、塔頂部２ｂの内部圧力を取得し、内部圧力の値を利用して蒸留塔２に戻される液化した軽質留分の温度を算出し、軽質留分の温度を利用して冷却水の温度を算出する。この圧力制御装置６によれば、塔頂部２ｂの内部圧力が変動した場合であっても、所定の内部圧力に制御するために必要な冷媒溶液の循環量を調整し、冷却水温度を自在に変更できる。従って、冷却水の温度が外気温等に影響を受けていたが、従来と比較して、塔頂部２ｂの内部圧力を容易に制御することができる。
【００３１】
要するに、本実施形態の蒸留設備１によれば、冷却水供給装置４が、従来利用され難かった水蒸気として排出された排熱を利用して冷却水を生成し、当該冷却水を利用して塔頂部２ｂから取り出された気体状の軽質留分を冷却する。冷却により液化された軽質留分は、蒸留塔２に送り込まれる。従って、エアフィンクーラー（空冷式熱交換器）やクーリングタワー（冷却塔）から供給される水を利用して気体状の軽質留分を冷却する従来の方式と比較すると、外気温等の影響を抑制でき、蒸留塔２の圧力制御が容易となる。この低温化された液体状の軽質留分によれば、蒸留塔２の内部が低圧化される。蒸留塔２の内部の低圧化によれば、蒸留塔２に付帯される加熱装置の負荷を低減することが可能になり、蒸留設備１の運転に要するエネルギー量を低減することができる。従って、一層の省エネルギー化を図ることができる。
【００３２】
本発明は、前述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
【００３３】
例えば、熱供給源から供給される熱媒体は、上述した水蒸気に限定されるものではなく、例えば温水（１００℃）を利用してもよい。
【００３４】
また、冷媒には、臭化リチウムやフロンを利用してもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１…蒸留設備、２…蒸留塔、２ａ…塔本体部、２ｂ…塔頂部、２ｃ…塔底部、３…還流設備（還流部）、４…冷却水供給装置（冷却水供給部）、６…圧力制御装置（圧力制御部）、７…供給口、８…塔頂部取出口、９…塔本体部取出口、１１…塔底部取出口、１２…還流凝縮器（凝縮部）、１６…冷媒溶液供給部、１７…蒸発冷却部、Ａ…吸収器、Ｃ…凝縮器、Ｅ…蒸発器（蒸発冷却部）、Ｇ…再生器、Ｓ…熱供給源、Ｐ…圧力センサ。
【図１】
2015192933.tif 000003
【図２】
2015192933.tif 000004