低沸点物质的回收装置以及回收方法与流程

本发明涉及从含有氨等低沸点物质的排水分离回收低沸点物质的回收装置以及回收方法。

背景技术：

作为对含氨排水进行分离除去的方法，已知汽提法。在使用该汽提法的通常的氨回收装置中，具备进行汽提的蒸馏塔，利用冷凝器对从该蒸馏塔的塔顶部排出的含氨蒸气进行分凝，冷凝水作为回流液而返回蒸馏塔的塔顶部，余下的浓缩后的含氨蒸气被供给至吸收塔，被水进行吸收从而作为回收氨水而被导出。

然而，这样的氨回收装置所使用的汽提法是向蒸馏塔的塔底部直接吹入水蒸气的方法，大量使用水蒸气，因此运行成本高而要求处理成本的削减。另一方面，在该方法中，产生与所投入的水蒸气大致等量的含氨的水蒸气，但为了使其成为流向蒸馏塔的塔顶部的回流液以及回收氨液，需要利用设置于塔顶部的热交换器(冷凝器)来进行冷却，能量被一次性使用。

为了消除这样的问题，提出了由蒸气压缩机对从蒸馏塔的塔顶部排出的蒸气进行压缩，利用重沸器进行热回收而减少水蒸气量(参照以下的专利文献1)。另外，提出了如下结构：向对从蒸馏塔的塔顶部排出的含氨蒸气进行分凝的冷凝器供给补给水，使补给水与含氨蒸气进行热交换而蒸发，将其引导至蒸气压缩机并进行压缩、升温并作为水蒸气而再利用(参照以下的专利文献2)。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002-28637号公报

专利文献2：日本特开2004-114029号公报

发明所要解决的课题

上述的专利文献1、2所公开的现有例有效利用从蒸馏塔的塔顶部排出的含氨蒸气的热量，来实现节能化，实现运行成本的减少。

然而，在这样的至少包括蒸馏塔、热交换器(重沸器或冷凝器：该重沸器或冷凝器与本申请的蒸发器相当)以及蒸气压缩机的现有例的结构中，若欲回收例如20wt％以上的高浓度氨，则产生以下那样的问题。即，若欲仅通过热交换器(与本申请的蒸发器相当)来提高到高浓度，则热交换器中的含氨蒸气的入口与出口的温度差变大，相应地蒸气压缩机的负荷变得过大而违反通过蒸气压缩机的使用来实现节能这一要求。需要说明的是，上述的问题不限定于包含氨的回收装置而广泛地共通于包含低沸点物质的回收装置。

于是，一直以来谋求能够以高浓度回收氨并且能够实现节能化的低沸点物质回收装置。

技术实现要素：

本申请发明是鉴于上述问题而想出的，其目的在于，提供能够以高浓度回收低沸点物质并且能够实现节能化的低沸点物质回收装置以及回收方法。

用于解决课题的方案

为了达到上述目的，技术方案1涉及一种低沸点物质回收装置，其特征在于，其具备：蒸馏塔，其使包含低沸点物质的原液与加热用水蒸气接触，使低沸点物质从所述原液分离并气化且作为包含低沸点物质的蒸气而从塔顶部排出，并且将从原液除去低沸点物质后的处理水贮存于塔底部；蒸发器，其通过使从所述蒸馏塔的塔顶部排出的包含低沸点物质的蒸气与水进行热交换，而使包含所述低沸点物质的蒸气分凝从而将包含所述低沸点物质的蒸气浓缩，并且使所述水蒸发并作为水蒸气而排出；压缩装置，其对从所述蒸发器排出的水蒸气进行压缩升温，将压缩升温后的该水蒸气向所述蒸馏塔引导并作为蒸馏塔中使用的加热用水蒸气而利用；以及浓缩塔，其导入由所述蒸发器分凝后的包含低沸点物质的蒸气，对该蒸气进行冷却而除去水分，由此进一步浓缩包含低沸点物质的蒸气。

根据上述结构，设置有蒸发器和配置于蒸发器之后的浓缩塔，对于从蒸馏塔排出的含氨蒸气，通过由蒸发器和浓缩塔进行的两个阶段的浓缩，能够生成规定的高浓度(例如20wt％以上)的包含低沸点物质的蒸气。根据这样的结构，与仅通过蒸发器浓缩至规定的高浓度(例如20wt％以上)的结构相比，能够防止压缩装置的负荷变得过大。其结果是，可得到能够实现节能化且能够生成高浓度(例如20wt％以上)的含低沸点物质的蒸气的回收装置。

作为“低沸点物质”，可以应用氨、甲醇等醇类、丙酮等酮类、乙酸甲酯等酯类等。

作为“水”，可以应用纯水、软水、离子交换水等。

技术方案2以技术方案1所述的低沸点物质回收装置为基础，其特征在于，所述低沸点物质的回收装置具备预热器，该预热器设置于将贮存于所述蒸馏塔的塔底部的处理水向外部排出的排出线路的中途，使在所述蒸发器中使用的水预先与所述处理水热交换而对在所述蒸发器中使用的水进行加热。

根据上述结构，通过对在蒸发器中使用的水进行预热，能够实现蒸发器中的热交换时的节能化。

技术方案3以技术方案1所述的低沸点物质回收装置为基础，其特征在于，所述低沸点物质的回收装置具备：热交换器，其设置于将贮存于所述浓缩塔的塔底部的贮存液向塔顶部引导的循环线路的中途，使在循环线路中流动的所述贮存液与冷却水进行热交换，从而对贮存液进行冷却；温度传感器，其检测贮存于所述浓缩塔的塔底部的贮存液的温度；以及控制阀，其根据所述温度传感器的检测结果来调整通过所述热交换器的冷却水的流量。

根据上述结构，根据温度传感器的检测结果来控制控制阀的开度，调整通过热交换器的冷却水的流量。由此，通过将贮存于浓缩塔的塔底部的贮存液(含低沸点物质的蒸气的冷凝液)冷却至规定温度并雾状喷射，能够生成规定的高浓度(例如20wt％以上)的含氨蒸气。

技术方案4以技术方案1所述的低沸点物质回收装置为基础，其特征在于，所述压缩装置通过多个蒸气压缩机并联连接而构成。

技术方案5以技术方案1至4中任一项所记载的低沸点物质的回收装置为基础，其特征在于，所述低沸点物质为氨。

技术方案6涉及低沸点物质的回收方法，其特征在于，包括：第一工序，向蒸馏塔吹入加热用水蒸气，使包含低沸点物质的原液与加热用水蒸气接触，使低沸点物质从所述原液分离并气化且作为包含低沸点物质的蒸气而从蒸馏塔的塔顶部排出，并且将从原液除去低沸点物质后的处理水贮存于蒸馏塔的塔底部；第二工序，通过使从所述蒸馏塔的塔顶部排出的包含低沸点物质的蒸气与水进行热交换，而使包含所述低沸点物质的蒸气分凝从而将包含所述低沸点物质的蒸气浓缩，并且使所述水蒸发并作为水蒸气而排出；第三工序，对从所述蒸发器排出的水蒸气进行压缩升温，将压缩升温后的该水蒸气向所述蒸馏塔引导并作为蒸馏塔中使用的加热用水蒸气而利用；以及第四工序，导入由所述蒸发器分凝后的包含低沸点物质的蒸气，对该蒸气进行冷却而除去水分，由此进一步浓缩包含低沸点物质的蒸气。

根据上述结构，可构成能够以高浓度回收低沸点物质并且能够实现节能化的低沸点物质的回收方法。

发明效果

根据本发明，能够以高浓度回收低沸点物质，并且能够实现节能化。

附图说明

图1是实施方式的氨回收装置的整体结构图。

图2是蒸发器附近的放大图。

图3是浓缩塔附近的放大图。

附图标记说明：

1：氨回收装置；

2：蒸馏塔；

3：蒸发器；

4：压缩装置；

5：浓缩塔；

6：第一吸收塔；

7：第二吸收塔；

18、19：蒸气压缩机。

具体实施方式

以下，基于实施方式来详细叙述本发明。需要说明的是，在以下的实施方式中，作为低沸点物质回收装置，例示以含氨排水为原液且从该从含氨排水分离除去氨并进行回收的氨回收装置来进行说明。作为低沸点物质，除了氨以外，也可以应用于甲醇等醇类、丙酮等酮类、乙酸甲酯等酯类。

(实施方式)

图1是实施方式的氨回收装置的整体结构图。氨回收装置(与本申请发明的低沸点物质回收装置相当)1具备：蒸馏塔2，其被吹入加热用水蒸气，且进行汽提；蒸发器3，其使从蒸馏塔2的塔顶部排出的含氨蒸气与水进行热交换而使水蒸发；压缩装置4，其对从蒸发器3排出的水蒸气进行压缩升温，使其成为加热用水蒸气而向蒸馏塔2排出；浓缩塔5，其导入被蒸发器3浓缩后的含氨蒸气，对该蒸气进行冷却而除去水分来将含氨蒸气的浓度提高至高浓度(例如20wt％以上)；第一吸收塔6，其使来自浓缩塔5的含氨蒸气吸收水分，生成规定浓度的回收氨水；以及第二吸收塔7，其防止第一吸收塔内的未冷凝的含氨蒸气被排出至外部。在此，说明本实施方式1的氨回收装置1的特征的简要情况，设置有蒸发器3和配置于蒸发器3之后的浓缩塔5，对于从蒸馏塔2排出的含氨蒸气，通过由蒸发器3及浓缩塔5进行的两个阶段的浓缩，能够回收规定的高浓度(例如20wt％以上)的氨水。

以下，包括上述的特征结构在内地说明氨回收装置1的具体结构。蒸馏塔2可以使用多级的蒸馏塔2，另外，不限定于此，也可以使用不是多级的蒸馏塔2。即，蒸馏塔2可以使用板式塔、填充塔。经由原液供给管l1而向该蒸馏塔2的塔顶部供给原液(含氨排水)。需要说明的是，也可以预先对原液进行ph调整。

经由加热用蒸气供给管l3而向蒸馏塔2的塔底部供给来自蒸气喷射器10的加热用水蒸气。蒸馏塔2的塔底部经由管l4而与热回收槽11连接，该塔底部的贮存液(低浓度氨水)经由管l2而被供给至热回收槽11。蒸气喷射器10是进行蒸气的吸引、压缩的蒸气压缩机构，在蒸气吸入侧10a连接有供从锅炉等高压蒸气源(未图示)供给的蒸气流通的蒸气供给管l5以及从热回收槽11延伸的蒸气再利用管l6。根据这样的结构，热回收槽11内的贮存液闪蒸蒸发并被蒸气喷射器10吸引、压缩，与来自蒸气供给管l5的蒸气混合并作为加热用蒸气而被吹入蒸馏塔2的塔底部。像这样热回收槽11内的贮存液闪蒸蒸发并作为加热用蒸气的一部分而被再利用，从而进行热量的回收。

需要说明的是，热回收槽11的底部连接有排出处理水(例如30ppm以下的低浓度氨水)的排出管l7，在该排出管l7上设置有处理水排出用泵p1、以及三个热交换器h1、h2、h3。热交换器h1是使水与处理水进行热交换而对水进行加热的水加热器。由该热交换器h1加热后的水经由水供给管l8而供给至蒸发器3的底部。热交换器h2是使原液与处理水进行热交换而对原液进行预热的原液预热器。由该热交换器h2预热后的原液经由原液供给管l1而被供给至蒸馏塔2的塔顶部。热交换器h3是使冷却水与处理水进行热交换而对处理水进行冷却的冷却器。由该热交换器h3冷却后的处理水经由排出管l7而被排出至系统外。

热交换器h1、h2、h3在排出管l7上位于比处理水排出用泵p1靠下游侧的位置，且以如下的顺序设置。即，在排出管l7上，热交换器h1设置在比热交换器h2靠上游侧的位置。通过以这样的顺序设置，从处理水向水给予的热量最大，因此能够在对水进行加热的蒸发器3中实现节能化。另外，由于设置热交换器h3的理由是为了冷却处理水，因此热交换器h3设置在比热交换器h1、h2靠下游侧的位置。

蒸发器3由水平管型蒸发罐12构成，具备喷洒器13以及间接式加热器14。需要说明的是，不限定于水平管型，也可以使用例如薄膜流下(纵管)式等的蒸发罐。如图2所示，间接式加热器14具备由一个或多个水平导热管构成的导热管组15和左右一对集管件16a、16b。另外，蒸发罐12的底部成为贮存经由管l8而供给来的水的贮存部17。贮存部17的贮存液(水)构成为进行如下循环：借助循环泵p2而经由管l9被供给至在蒸发罐12内的上部设置的喷洒器13，从该喷洒器13朝向导热管组15的外表面喷洒后，向蒸发罐12内的下部的贮存部17流下。

集管件16b经由蒸气供给管l10而与蒸馏塔2的塔顶部连接，从蒸馏塔2的塔顶部排出的塔顶蒸气(含氨蒸气)穿过蒸气供给管l10而被引导至集管件16b，然后在导热管组15内流通。在此，蒸发器3形成为比塔顶蒸气的压力低的压力，因此由喷洒器13喷洒出的循环液(水)在导热管组15的表面进行薄膜蒸发，由此产生水蒸气。该水蒸气被供给至压缩装置4。在此，更加详细地说明在蒸发器3中使水蒸气化的原理，在蒸发器3中，存在被加热后的水的导热管外侧的压力比成为加热源的塔顶蒸气(导热管内侧)的压力低，因此水会蒸发。需要说明的是，该压力差由压缩装置4(具体而言是蒸气压缩机18、19)产生。这是因为，与压缩装置4的吸入侧连接的蒸发器导热管外侧的压力低，与压缩装置4的排出侧连接的蒸馏塔2内以及塔顶蒸气的压力高。另外，蒸馏塔2内的压力也因从蒸气喷射器10供给的蒸气而上升，成为蒸发器3内的水蒸发的一个原因。

另外，在导热管组15内流通并冷凝后的冷凝水(低浓度氨水)被贮存至集管件16a，通过冷凝水泵p3的驱动经由管l11作为回流液而返回蒸馏塔2的塔顶部。余下的剩余蒸气(浓缩后的含氨蒸气)经由管l12而被排出至浓缩塔5的塔顶部。

压缩装置4具备两台蒸气压缩机18、19，这些蒸气压缩机18、19构成为并联地连接蒸馏塔2的塔底部和蒸发罐10的上部。即，蒸气压缩机18的入口侧18a经由管l15而与蒸发罐12的上部连接，蒸气压缩机18的出口侧18b经由管l15而与蒸馏塔2的塔底部连接。蒸气压缩机19的入口侧19a经由从管l5分支的分支管l17而与蒸发罐10的上部连接，蒸气压缩机19的出口侧19b经由管l18而与蒸馏塔2的塔底部连接。

在此，作为蒸气压缩机18、19，使用最大压差大的罗茨式蒸气压缩机。但是，在本发明中，不限定于罗茨式蒸气压缩机，也可以使用涡轮式蒸气压缩机、螺旋式蒸气压缩机、翼式蒸气压缩机以及其他蒸气压缩机中的任一方。另外，压缩装置4虽然在本实施方式中由两台蒸气压缩机18、19构成，但也可以由一台蒸气压缩机或者三台以上的蒸气压缩机构成。

浓缩塔5由喷雾式的洗涤器构成。贮存于浓缩塔5的塔底部的贮存液(冷凝液)在喷雾管(与本申请发明的循环线路相当)l20流动，被引导至塔顶部，被朝向塔顶部内喷雾。在该喷雾管l20的中途设置有循环泵p4以及热交换器h4。在喷雾管l20流动的贮存液在热交换器h4中与冷却水进行热交换而被冷却。需要说明的是，如图3所示，在供冷却水流动的管l21设置有控制阀v1，由对贮存于浓缩塔5的塔底部的贮存液的温度进行检测的温度传感器t控制开度。即，根据温度传感器t的检测结果来控制控制阀v1开度，调整通过热交换器h4的冷却水的流量。由此，通过将贮存液(冷凝液)冷却至规定温度并进行喷雾，能够生成规定的高浓度(例如20wt％以上)的含氨蒸气。

另外，喷雾管l20如图2所示那样在中途分支，该分支的分支管l22与蒸馏塔2的塔顶部连接。在分支管l22的中途设有控制阀v2。另外，如图2所示，在浓缩塔5设有对贮存液的液面进行检测的液位传感器s1。液位传感器s具有检测上限设定位置的位置开关s1a和检测下限设定位置的位置开关s1b。由该液位传感器s1控制控制阀v2的开度，使贮存液维持为规定液面，并且使超过规定液面的贮存液回流至蒸馏塔2的塔顶部。

第一吸收塔6由与浓缩塔5同样的喷雾式的洗涤器构成，在供第一吸收塔6的贮存液循环的喷雾管l23设有循环泵p5以及热交换器h5。在热交换器h5中，在喷雾管l23流动的贮存液与冷却水进行热交换，贮存液被冷却。通过向经由管l24而从浓缩塔5导入的高浓度(例如20wt％以上)的含氨蒸气雾状喷射冷却后的贮存液，从而将含氨蒸气冷凝、回收，由此生成回收氨水。需要说明的是，喷雾管l23在中途分支，回收氨水经由该分支的分支管l25而被排出至系统外。

第二吸收塔7由与第一吸收塔6同样的喷雾式的洗涤器构成，经由管l30向第二吸收塔7的塔底部供给水，贮存于塔底部的水通过循环泵p6的驱动经由喷雾管l31而从塔顶部雾状喷射。在第一吸收塔6与第二吸收塔7之间，设有将第一吸收塔6内的未冷凝含氨蒸气向第二吸收塔7的塔顶部引导的管l32和使第二吸收塔7内的冷凝水返回第一吸收塔6的管l33。另外，在第二吸收塔7的塔顶部设有将除去氨后的蒸气排出的排气管l34。

需要说明的是，在图1～图3中，l40是冷却水供给管，l41是从冷却水供给管l40分支的管，l21是从冷却水供给管l40分支的管，在冷却水供给管l40上设有热交换器h5，在管l41上设有热交换器h2，在管l21上设有热交换器h4。

接下来，说明上述结构的氨回收装置1的处理动作。蒸馏塔2被吹入加热用水蒸气而进行汽提。即，在蒸馏塔2中，使原液与加热用水蒸气接触，从原液分离氨并使之气化而作为包含氨的蒸气从塔顶部排出，并且将从原液除去氨后的低浓度氨水(例如30ppm以下)作为处理水而贮存于塔底部。

从蒸馏塔2的塔顶部排出的含氨蒸气经由蒸气供给管l10而被引导至集管件16b，然后在导热管组15内流通，由此，由喷洒器13喷洒出的循环液(水)在导热管组15的表面进行薄膜蒸发，产生水蒸气。该水蒸气被供给至蒸气压缩机18、19。另一方面，在导热管组15内流通并冷凝后的冷凝水(低浓度氨水)被贮存于集管件16a，经由管l11作为回流液而返回蒸馏塔2的塔顶部，余下的剩余蒸气(浓缩后的含氨蒸气)经由管l12而被供给至浓缩塔5。

在蒸气压缩机18、19中，对被供给的水蒸气进行压缩升温将其作为加热用水蒸气而投入蒸馏塔2的塔底部。由此，能够削减从加热用蒸气供给管l3供给的加热用水蒸气，能够实现节能化。

另一方面，在浓缩塔5中，根据温度传感器t的检测结果来控制控制阀v1的开度，调整通过热交换器h4的冷却水的流量。由此，从浓缩塔5的塔顶部雾状喷射被冷却至规定温度的贮存液(冷凝液)，使含氨蒸气分凝，从而生成规定的高浓度(例如20wt％以上)的含氨蒸气。需要说明的是，冷凝液全部作为回流液而返回蒸馏塔2的塔顶部。这样，在浓缩塔5中，导入由蒸发器3分凝后的含氨蒸气，除去水分而进一步浓缩包含氨的蒸气，根据这样的结构，与仅通过蒸发器3浓缩至规定的高浓度(例如20wt％以上)的结构相比，能够防止蒸气压缩机18、19的负荷变得过大。其结果是，能够实现节能化，且能够生成高浓度(例如20wt％以上)的含氨蒸气。

接下来，在第一吸收塔6中，经由喷雾管l23而从塔顶部雾状喷射塔底部的贮存液，根据这样的结构，从浓缩塔5经由管l24而被导入的含氨蒸气被冷凝，生成含有高浓度的氨的氨回收水(回收氨水)。在第二吸收塔7中，经由管l32引导在第一吸收塔6中略微残留的未冷凝的氨气体、且从系统外供给的水经由喷雾管l31从塔顶部雾状喷射，根据这样的结构，未冷凝的氨气体被吸收。吸收氨后的水恢复为第一吸收塔6的冷凝液。其结果是，能够防止未冷凝氨气体被排出至外部。需要说明的是，除去氨后的气体从排气管l34排出。

(其他事项)

(1)在上述实施方式中，以向蒸发器3、第二吸收塔7供给“水”的结构进行了说明，但该“水”具体而言可以应用纯水、软水、离子交换水等。

(2)另外，作为参考，在采用将蒸馏塔的蒸气直接压缩而用作蒸馏塔热源的结构的情况下(例如专利文献1等)，通过直接压缩蒸馏塔的蒸气，存在含有物质所引起的腐蚀的危险、密封部处的腐蚀、泄漏的可能性。与此相对，在如本发明这样利用蒸发器使水蒸发并直接用于蒸馏塔的结构的情况下，直接用于蒸馏塔的蒸气(水蒸气)不包含含有物质，因此能够防止含有物质所引起的腐蚀、泄漏的发生。

产业上的可利用性

本发明能够应用于从含有氨等低沸点物质的排水分离回收低沸点物质的回收装置以及回收方法。