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JP2013052370A - Ammonia separation device and ammonia separation method - Google Patents

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JP2013052370A
JP2013052370A JP2011193573A JP2011193573A JP2013052370A JP 2013052370 A JP2013052370 A JP 2013052370A JP 2011193573 A JP2011193573 A JP 2011193573A JP 2011193573 A JP2011193573 A JP 2011193573A JP 2013052370 A JP2013052370 A JP 2013052370A
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vapor
water vapor
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cooling
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一郎 大石
Naoki Hayakawa
直希 早川
Masahiro Taniguchi
正博 谷口
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Mitsubishi Chemical Engineering Corp
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Abstract

【課題】蒸留塔にて必要となる熱エネルギーを効率的に確保して省エネルギー化及びコストの削減を図ると同時に、アンモニア蒸気の割合が高められたアンモニア含有蒸気をアンモニア酸化処理手段へ搬送することが可能なアンモニア分離装置を提供する。
【解決手段】本発明のアンモニア分離装置は、アンモニア濃度が3重量%以下のアンモニア水溶液と水蒸気とが供給される蒸留塔と、前記蒸留塔の塔頂部下流側に配される少なくとも1つの蒸気圧縮機、蒸気発生熱交換器、及び気液分離器と、前記気液分離器にて分離した気体を導入して冷却・凝縮させる冷却・凝縮器と、前記冷却・凝縮器から気体を次工程のアンモニア処理手段に搬送する搬送管路と、前記蒸留塔の塔底部下流側に配される循環管路及び排出管路とを有する。
【選択図】図1
An object of the present invention is to efficiently secure the thermal energy required in a distillation column to save energy and reduce costs, and at the same time, to transport ammonia-containing vapor with an increased proportion of ammonia vapor to ammonia oxidation treatment means. Provided is an ammonia separation device capable of
An ammonia separation apparatus according to the present invention includes a distillation column to which an aqueous ammonia solution having an ammonia concentration of 3% by weight or less and steam are supplied, and at least one vapor compression disposed on the downstream side of the top of the distillation column. Machine, steam generating heat exchanger, gas-liquid separator, cooling / condenser for introducing and cooling and condensing gas separated in the gas-liquid separator, and gas from the cooling / condenser in the next step It has a conveyance line for conveying to the ammonia treatment means, and a circulation line and a discharge line arranged on the downstream side of the bottom of the distillation column.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、アンモニア濃度が3重量%以下のアンモニア水溶液からアンモニアを分離して、アンモニア濃度を所定値以下まで低減させた低濃度アンモニア水溶液を排出するアンモニア分離装置及びアンモニア分離方法に関する。   The present invention relates to an ammonia separation apparatus and an ammonia separation method for separating ammonia from an aqueous ammonia solution having an ammonia concentration of 3% by weight or less and discharging a low-concentration aqueous ammonia solution in which the ammonia concentration is reduced to a predetermined value or less.

半導体製造工場や化学工場などの各種工場から排出される排水には、アンモニアなどの有害物質が含まれていることから、河川や港湾などの水域における水質汚染を防ぐために排水には厳しい排出基準が定められている。このため、例えばアンモニアを含有する排水(アンモニア排水)を排出する工場では、排水の窒素規制対策が講じられている。   Wastewater discharged from various factories such as semiconductor manufacturing factories and chemical factories contains toxic substances such as ammonia, so there are strict discharge standards for wastewater to prevent water pollution in water areas such as rivers and harbors. It has been established. For this reason, for example, in a factory that discharges wastewater containing ammonia (ammonia wastewater), measures for nitrogen regulation of wastewater are taken.

通常、電子工業関係の工場から排出されるアンモニア排水のアンモニア濃度は3重量%以下であり、特に、そのアンモニア排水の多くは0.05〜1重量%程度のアンモニア濃度を示す。しかしながら、上述のようなアンモニアの排出基準を満たすためには、アンモニア濃度を例えば50ppm以下へと更に低い濃度に低減させて河川などに流すことが必要となる。   Usually, the ammonia concentration of ammonia waste water discharged from factories related to the electronics industry is 3% by weight or less, and in particular, most of the ammonia waste water shows an ammonia concentration of about 0.05 to 1% by weight. However, in order to satisfy the ammonia emission standards as described above, it is necessary to reduce the ammonia concentration to a lower concentration, for example, 50 ppm or less, and flow it to a river or the like.

従来、アンモニア濃度を、排出基準を満たすように所定値以下に低減させる場合、アンモニア水溶液を蒸留する方法が知られている。この蒸留方法では、アンモニア水溶液と水蒸気とを蒸留塔に供給し、その蒸留塔内部にてアンモニア水溶液からアンモニアを蒸発させることにより、アンモニア濃度を50ppm以下に低減させた低濃度アンモニア水溶液を塔底部から缶出させるとともに、塔頂部からアンモニア蒸気(アンモニアガス)と水蒸気を留出させる。また、蒸留塔の塔頂部から留出させたアンモニア蒸気は、その後、濃縮して回収処理されるか、窒素ガスなどに分解処理される。   Conventionally, a method of distilling an aqueous ammonia solution is known when the ammonia concentration is reduced to a predetermined value or less so as to satisfy the emission standard. In this distillation method, an aqueous ammonia solution and water vapor are supplied to a distillation column, and ammonia is evaporated from the aqueous ammonia solution inside the distillation column, whereby a low-concentration aqueous ammonia solution whose ammonia concentration is reduced to 50 ppm or less is obtained from the bottom of the column. While being removed, ammonia vapor (ammonia gas) and water vapor are distilled from the top of the tower. Further, the ammonia vapor distilled from the top of the distillation column is then concentrated and recovered, or decomposed into nitrogen gas or the like.

例えば、アンモニア蒸気からアンモニアを回収する場合は、吸収塔でアンモニア蒸気を水に吸収させ、これを蒸留塔で蒸留してアンモニア濃度を高め、蒸留塔の塔頂部から留出する高濃度アンモニア蒸気を凝縮して25%程度のアンモニア水溶液として回収することにより、そのアンモニア水溶液を再利用することが可能となる。   For example, when recovering ammonia from ammonia vapor, the ammonia vapor is absorbed by water in an absorption tower, and this is distilled in a distillation tower to increase the ammonia concentration, and high-concentration ammonia vapor distilled from the top of the distillation tower is removed. By condensing and recovering as an aqueous ammonia solution of about 25%, the aqueous ammonia solution can be reused.

しかし、例えば電子工業関係の工場から排出されるアンモニア排水には、アンモニアの他に様々な不純物が微量に含まれているため、アンモニア水溶液を再利用する場合にはそれらの不純物を除去する必要があるものの、上述のような蒸留塔を利用したアンモニアの分離方法では、微量の不純物を分離して純粋なアンモニア水溶液を回収することが困難であるという問題があった。更に、回収されたアンモニア水溶液を販売する場合、市況により引き取り先がなくなる場合もあり、回収したアンモニア水溶液の処分ができなくなるリスクもあった。   However, for example, ammonia wastewater discharged from factories related to the electronics industry contains trace amounts of various impurities in addition to ammonia. Therefore, when reusing an aqueous ammonia solution, it is necessary to remove these impurities. However, the ammonia separation method using the distillation tower as described above has a problem that it is difficult to recover a pure ammonia aqueous solution by separating a small amount of impurities. Furthermore, when the collected aqueous ammonia solution is sold, there is a risk that it may become impossible to dispose of the collected aqueous ammonia solution because there are cases in which the destination of collection is lost due to market conditions.

また、電子工業関係の工場から排出されるアンモニア排水におけるアンモニア濃度は、上述のように3重量%以下であるため、アンモニア排水に含まれるアンモニアの絶対量が少なく、アンモニア水溶液を回収して再利用するには、コストが高くなり、また、アンモニアの分離・回収工程における操業が不安定になる虞れもあった。このため、電子工業関係の工場から排出されるアンモニア排水を処理する場合、アンモニア水溶液を回収して再利用するよりも、アンモニアを分解処理して無害化する方がコストや安定操業の観点から有利な面があった。   In addition, the ammonia concentration in the ammonia wastewater discharged from factories related to the electronics industry is 3% by weight or less as described above, so the absolute amount of ammonia contained in the ammonia wastewater is small, and the aqueous ammonia solution is recovered and reused. Therefore, the cost is increased, and the operation in the ammonia separation / recovery process may become unstable. For this reason, when treating ammonia wastewater discharged from factories related to electronics industry, it is more advantageous from the viewpoint of cost and stable operation to decompose ammonia and make it harmless than to recover and reuse the aqueous ammonia solution. There was a serious aspect.

アンモニアを分解処理する場合、上述のようにアンモニア水溶液を蒸留塔に供給し、そ
の蒸留塔の塔頂部から留出させたアンモニア蒸気と、当該アンモニア蒸気に同伴する水蒸気とを、アンモニア処理手段に搬送する。このアンモニア処理手段では、アンモニア蒸気を直接燃焼法又は触媒燃焼法により燃焼させることにより、アンモニアが窒素ガスに酸化分解されて無害化される。
When ammonia is decomposed, the aqueous ammonia solution is supplied to the distillation tower as described above, and the ammonia vapor distilled from the top of the distillation tower and the water vapor accompanying the ammonia vapor are conveyed to the ammonia treatment means. To do. In this ammonia treatment means, ammonia is burned by direct combustion method or catalytic combustion method, whereby ammonia is oxidized and decomposed into nitrogen gas and rendered harmless.

このようなアンモニア水溶液を蒸留塔に供給し、その蒸留塔の塔頂部から留出させたアンモニア蒸気を直接燃焼法により燃焼させてアンモニアを酸化分解する処理方法が、例えば特許第3684538号公報(特許文献1)に開示されている。   A treatment method for supplying ammonia aqueous solution to a distillation column and burning ammonia vapor distilled from the top of the distillation column by a direct combustion method to oxidatively decompose ammonia is disclosed in, for example, Japanese Patent No. 3684538 (Patent No. Document 1).

この特許文献1に記載されているアンモニア排水の処理方法は、第1工程〜第3工程の3つの工程を有する。
先ず、第1工程では、アンモニア排水と水蒸気を蒸留塔に供給し、その蒸留塔の塔頂部からアンモニア蒸気と水蒸気を留出させて部分凝縮器に導入するとともに、蒸留塔の塔底部からアンモニア濃度を所定値以下まで低減させた廃水を排出する。
The method for treating ammonia waste water described in Patent Document 1 has three steps of a first step to a third step.
First, in the first step, ammonia waste water and water vapor are supplied to the distillation tower, ammonia vapor and water vapor are distilled from the top of the distillation tower and introduced into the partial condenser, and the ammonia concentration is introduced from the bottom of the distillation tower. Waste water with reduced to below a predetermined value is discharged.

また、部分凝縮器では、アンモニア蒸気と水蒸気を所定の温度まで冷却して、アンモニア蒸気及び水蒸気の一部を凝縮し、更に、凝縮した凝縮液を蒸留塔に戻すとともに、未凝縮のアンモニア蒸気及び水蒸気は凝縮液から分離されて第2工程に送られる。これにより、蒸留塔からの留出時よりもアンモニア蒸気の濃度(割合)が増大したアンモニア蒸気と水蒸気の混合蒸気を第2工程に送ることができる。   In the partial condenser, the ammonia vapor and water vapor are cooled to a predetermined temperature to condense a part of the ammonia vapor and water vapor, and the condensed condensate is returned to the distillation column, and uncondensed ammonia vapor and The water vapor is separated from the condensate and sent to the second step. Thereby, the mixed vapor | steam of ammonia vapor | steam and water vapor | steam which the density | concentration (ratio) of ammonia vapor | steam increased from the time of distillation from a distillation tower can be sent to a 2nd process.

第2工程では、第1工程から送られたアンモニア蒸気及び水蒸気を空気とともに、中性又は弱還元性の雰囲気下で、且つ理論火炎温度1100℃以上の条件において、アンモニアバーナーにより直接燃焼させることにより、アンモニアを酸化分解して酸化分解排ガスを発生させる。またこの場合、アンモニアの酸化分解により発生する高温ガスは、ガス熱交換器に送られて、アンモニアバーナーに供給される空気の予熱に利用される。   In the second step, the ammonia vapor and water vapor sent from the first step together with air are directly burned by an ammonia burner in a neutral or weakly reducing atmosphere and at a theoretical flame temperature of 1100 ° C. or higher. Then, oxidative decomposition of ammonia generates oxidative decomposition exhaust gas. In this case, the high-temperature gas generated by the oxidative decomposition of ammonia is sent to the gas heat exchanger and used for preheating the air supplied to the ammonia burner.

その後、第3工程では、第2工程で発生した酸化分解排ガスを水吸収塔の塔底部に吹き込むとともに、塔頂部に吸収水を導入することにより、酸化分解排ガスに含まれる未分解のアンモニアを含む水溶性成分を水に吸収するとともに酸化分解排ガスの熱を吸収水に伝えて、その後、排ガスを水吸収塔の塔頂部より排出する。また、酸化分解排ガスから熱を吸収した吸収水は、回収温水として、水吸収塔の塔底部から第1工程の蒸留塔に送られる。   Thereafter, in the third step, the oxidative decomposition exhaust gas generated in the second step is blown into the bottom of the water absorption tower, and the absorption water is introduced into the top of the tower, thereby containing undecomposed ammonia contained in the oxidative decomposition exhaust gas. The water-soluble component is absorbed by water and the heat of the oxidative decomposition exhaust gas is transmitted to the absorbed water, and then the exhaust gas is discharged from the top of the water absorption tower. The absorbed water that has absorbed heat from the oxidative decomposition exhaust gas is sent as recovered hot water from the bottom of the water absorption tower to the distillation tower in the first step.

更に特許文献1では、第1工程の部分凝縮器を、蒸気圧縮機を用いたヒートポンプ式の蒸発器に置き換えることにより、蒸留塔の塔頂部から留出したアンモニア蒸気と水蒸気を凝縮する際に生じる熱量を、水吸収塔から蒸留塔に送られる回収温水に与えて蒸発させ、更に、この蒸気を蒸気圧縮機にて圧縮加熱して蒸留塔に送ることができる。   Furthermore, in Patent Document 1, the partial condenser in the first step is replaced with a heat pump type evaporator using a vapor compressor, thereby condensing ammonia vapor and water vapor distilled from the top of the distillation column. The amount of heat can be applied to the recovered hot water sent from the water absorption tower to the distillation tower to evaporate it, and this steam can be compressed and heated by a steam compressor and sent to the distillation tower.

このような特許文献1の方法によれば、蒸留塔にてアンモニア排水からアンモニア蒸気を分離して、そのアンモニア蒸気を酸化分解するとともに、未分解のアンモニアを吸収水に吸収させて再度蒸留塔に戻して処理するため、アンモニアが大気中に放出されることを防止できる。また、特許文献1では、大規模の排水処理に、著しい省エネルギー効果を挙げることができるとしている。   According to such a method of Patent Document 1, the ammonia vapor is separated from the ammonia waste water in the distillation tower, the ammonia vapor is oxidatively decomposed, and the undecomposed ammonia is absorbed into the absorption water to be again put into the distillation tower. Since it returns and processes, it can prevent that ammonia is discharge | released in air | atmosphere. Moreover, in patent document 1, it is supposed that the remarkable energy saving effect can be given to a large-scale waste water treatment.

特許第3684538号公報Japanese Patent No. 3684538

前述の特許文献1のように、アンモニア排水を蒸留塔に供給し、蒸留塔の塔底部から低濃度のアンモニア水溶液を缶出させるとともに、蒸留塔の塔頂部からアンモニア蒸気を留出させ、更に、そのアンモニア蒸気を直接燃焼法により燃焼させてアンモニアを酸化分解する処理方法、又は、蒸留塔の塔頂部から留出させたアンモニア蒸気を触媒燃焼法により燃焼させてアンモニアを酸化分解する処理方法では、次のような問題があった。   As in the above-mentioned Patent Document 1, ammonia waste water is supplied to the distillation tower, and a low concentration aqueous ammonia solution is taken out from the bottom of the distillation tower, and ammonia vapor is distilled from the top of the distillation tower. In a treatment method in which ammonia vapor is burned by a direct combustion method and ammonia is oxidatively decomposed, or in a treatment method in which ammonia vapor distilled from the top of a distillation column is burned by a catalytic combustion method to oxidatively decompose ammonia, There were the following problems.

すなわち、特許文献1のように、蒸留塔の塔頂部から留出するアンモニア蒸気と水蒸気を凝縮器(部分凝縮器)にて所定の温度に冷却して凝縮する場合、その冷却温度を低下させるほど、凝縮液から分離する蒸気中のアンモニア蒸気の濃度を高めて、アンモニアの酸化分解処理を効率的に行うことができる。しかし、凝縮器で得られた凝縮液は蒸留塔に還流するため、凝縮器での冷却温度を低下させると、蒸留塔で加熱に要する熱量が増大するため、コストが増大するとともに、省エネルギー化の点からも問題があった。   That is, as in Patent Document 1, when ammonia vapor and water vapor distilled from the top of a distillation column are cooled to a predetermined temperature by a condenser (partial condenser) and condensed, the cooling temperature is lowered. The concentration of ammonia vapor in the vapor separated from the condensate can be increased to efficiently perform the oxidative decomposition treatment of ammonia. However, since the condensate obtained in the condenser is refluxed to the distillation column, lowering the cooling temperature in the condenser increases the amount of heat required for heating in the distillation column, which increases costs and saves energy. There was also a problem from a point.

また、凝縮器でアンモニア蒸気を過剰に冷却すると、アンモニア蒸気の濃度は高くなるものの、アンモニア蒸気の絶対量が少なくなる。その結果、アンモニア水溶液から分離したアンモニアを、蒸留を行う第1工程の系内から、アンモニアの酸化分解処理を行う第2工程に効率的に送ることができなくなる。   If the ammonia vapor is excessively cooled by the condenser, the concentration of ammonia vapor increases, but the absolute amount of ammonia vapor decreases. As a result, the ammonia separated from the aqueous ammonia solution cannot be efficiently sent from the system in the first step where distillation is performed to the second step where oxidative decomposition of ammonia is performed.

更に、特許文献1において、第1工程の部分凝縮器を、蒸気圧縮機を用いたヒートポンプ式の蒸発器に置き換えた場合、上述のように、水吸収塔から蒸留塔に送られる回収温水を蒸発器で加熱して蒸発させることができるが、この場合、蒸発器でのアンモニア蒸気の凝縮温度が低いと(例えば特許文献1の表1におけるケース1のように部分凝縮温度を60℃に設定すると)、回収温水を蒸留塔への導入時に必要な所定の温度まで圧縮加熱するためには、多段の蒸気圧縮機が必要となる。その結果、蒸気圧縮機の設置費用が高額となり、また、蒸気圧縮機の運転動力費用も増大するという問題があった。   Furthermore, in Patent Document 1, when the partial condenser in the first step is replaced with a heat pump type evaporator using a vapor compressor, the recovered hot water sent from the water absorption tower to the distillation tower is evaporated as described above. In this case, if the condensation temperature of ammonia vapor in the evaporator is low (for example, if the partial condensation temperature is set to 60 ° C. as in case 1 in Table 1 of Patent Document 1, ) In order to compress and heat the recovered hot water to a predetermined temperature required when it is introduced into the distillation column, a multistage steam compressor is required. As a result, there is a problem that the installation cost of the steam compressor becomes high and the operating power cost of the steam compressor increases.

一方、凝縮器にて、凝縮温度をできるだけ高温にしてアンモニア蒸気と水蒸気を凝縮させる場合、凝縮液から分離したアンモニア蒸気の濃度は低く、アンモニア蒸気に同伴する水蒸気の濃度が高くなる。特に、電子工業関係の工場から排出される排水のように原水となるアンモニア水溶液のアンモニア濃度が3重量%以下と低い場合、凝縮温度を高くすると、アンモニア蒸気に同伴する水蒸気の濃度が著しく高くなる。   On the other hand, when condensing ammonia vapor and water vapor with the condenser as high as possible, the concentration of ammonia vapor separated from the condensate is low and the concentration of water vapor accompanying the ammonia vapor is high. In particular, when the ammonia concentration of the aqueous ammonia solution that is the raw water is as low as 3% by weight or less, such as waste water discharged from a factory related to the electronics industry, the concentration of water vapor accompanying the ammonia vapor is significantly increased when the condensation temperature is increased. .

通常、アンモニア処理手段にてアンモニア蒸気を酸化分解する際には、直接燃焼法を用いる場合でも触媒燃焼法を用いる場合でも、一般的に酸化分解処理前にアンモニア蒸気及び水蒸気を350℃以上550℃以下の予熱温度まで予備加熱することが必要となる。   Usually, when ammonia vapor is oxidatively decomposed by an ammonia treatment means, ammonia vapor and water vapor are generally 350 ° C. or higher and 550 ° C. before the oxidative decomposition treatment, regardless of whether the direct combustion method or the catalytic combustion method is used. Preheating to the following preheating temperature is required.

しかし、水蒸気の比熱は高いため、アンモニア蒸気に同伴する水蒸気の濃度が高くなると、アンモニア蒸気及び水蒸気を所定の温度に予備加熱するのに必要となる熱エネルギーが過大となり、予備加熱装置の設備費用が大きくなるとともに、加熱手段への負担が大きくなるために、ランニングコストの増大を招くという問題があった。   However, since the specific heat of water vapor is high, if the concentration of water vapor accompanying ammonia vapor increases, the thermal energy necessary to preheat ammonia vapor and water vapor to a predetermined temperature becomes excessive, and the equipment cost of the preheating device However, there is a problem in that the running cost increases because the burden on the heating means increases.

また一般に、アンモニア蒸気を直接燃焼法又は触媒燃焼法で酸化分解する場合、アンモニアの酸化分解後に発生するガス(窒素ガス等)の熱エネルギーを利用して、酸化分解処理前のアンモニア蒸気及び水蒸気を予熱することによって、省エネルギー化が図られている。   In general, when ammonia vapor is oxidatively decomposed by direct combustion or catalytic combustion, the heat energy of the gas (nitrogen gas, etc.) generated after oxidative decomposition of ammonia is used to convert ammonia vapor and water vapor before oxidative decomposition treatment. Energy saving is achieved by preheating.

しかし、上述のようにアンモニア蒸気に同伴する水蒸気の濃度が高い場合、アンモニアの酸化分解後に発生する排ガスの温度が高くならない。このため、その排ガスを用いてアンモニア蒸気及び水蒸気を350℃以上550℃以下の温度に加熱することが難しく、省
エネルギー効果が低いという欠点があった。
However, when the concentration of water vapor accompanying ammonia vapor is high as described above, the temperature of exhaust gas generated after oxidative decomposition of ammonia does not increase. For this reason, it was difficult to heat ammonia vapor and water vapor to a temperature of 350 ° C. or higher and 550 ° C. or lower using the exhaust gas, and there was a disadvantage that the energy saving effect was low.

更に、アンモニア蒸気を直接燃焼法で酸化分解する場合、上述のようにアンモニア蒸気に対する水蒸気の割合が大きくなると、酸化燃焼炉が大型化するとともに、燃焼用の燃料コストも高くなる。   Further, when the ammonia vapor is oxidatively decomposed by the direct combustion method, if the ratio of water vapor to ammonia vapor is increased as described above, the oxidation combustion furnace is increased in size and the fuel cost for combustion is increased.

一方、アンモニア蒸気を触媒燃焼法で酸化分解する場合には、アンモニアを触媒反応層内に導入して接触酸化を行うため、同触媒反応層にてアンモニアを触媒に所定の時間接触させる必要があるものの、アンモニア蒸気に対する水蒸気の割合が大きくなると、水蒸気の体積が大きくなる分だけアンモニアが触媒に接触する時間が短くなる。このため、触媒反応層の領域を拡大する必要があり、装置全体を大型化せざるを得なくなる。   On the other hand, when ammonia vapor is oxidatively decomposed by a catalytic combustion method, ammonia is introduced into the catalytic reaction layer to perform catalytic oxidation, and therefore it is necessary to contact ammonia with the catalyst for a predetermined time in the catalytic reaction layer. However, when the ratio of water vapor to ammonia vapor increases, the time for ammonia to contact the catalyst is shortened by the increase in the volume of water vapor. For this reason, it is necessary to enlarge the area | region of a catalyst reaction layer, and the whole apparatus must be enlarged.

本発明は上記従来の課題に鑑みてなされたものであって、その具体的な目的は、蒸留塔にて必要となる熱エネルギーを効率的に確保して省エネルギー化及びコストの削減を図ると同時に、次工程となるアンモニア酸化処理手段へ搬送するアンモニア含有蒸気中のアンモニア濃度を高めて、アンモニアを効率的に酸化分解するとともに酸化分解装置を小型化することが可能なアンモニア分離装置及びアンモニア分離方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and a specific purpose thereof is to efficiently secure the thermal energy required in the distillation tower and simultaneously save energy and reduce costs. Ammonia separation apparatus and ammonia separation method capable of efficiently oxidizing and decomposing ammonia and reducing the size of the oxidative decomposition apparatus by increasing the ammonia concentration in the ammonia-containing steam conveyed to the ammonia oxidation treatment means as the next step Is to provide.

上記目的を達成するために、本発明により提供されるアンモニア分離装置は、アンモニア濃度が3重量%以下のアンモニア水溶液及び水蒸気が供給される蒸留塔と、前記蒸留塔の塔頂部下流側に配される少なくとも1つの蒸気圧縮機、蒸気発生熱交換器、及び気液分離器と、前記気液分離器にて分離した気体を導入して冷却・凝縮させる冷却・凝縮器と、前記冷却・凝縮器から気体を次工程のアンモニア処理手段に搬送する搬送管路と、前記蒸留塔の塔底部下流側に配される循環管路及び排出管路とを有し、前記蒸留塔の前記塔頂部は、塔内部にて前記アンモニア水溶液から蒸発したアンモニア蒸気を前記水蒸気とともに留出させる蒸気留出部を備え、前記塔底部は、アンモニア濃度を所定値以下まで低減させた低濃度アンモニア水溶液を前記循環管路を介して前記蒸留塔に循環させるとともに前記排出管路を介して外部に排出する液体缶出部を備え、前記蒸気圧縮機は、前記塔頂部から留出させた前記アンモニア蒸気及び前記水蒸気を直接圧縮加熱する圧縮加熱部を有し、前記蒸気発生熱交換器は、前記蒸気圧縮機にて圧縮加熱された前記アンモニア蒸気及び前記水蒸気と、前記循環管路を介して前記蒸留塔に循環させる前記低濃度アンモニア水溶液との間で熱交換を行って、前記アンモニア蒸気及び前記水蒸気の一部を凝縮させるとともに、前記低濃度アンモニア水溶液を加熱して水蒸気を発生させる熱交換部を備え、前記気液分離器は、前記蒸気発生熱交換器にて凝縮した凝縮液から前記アンモニア蒸気及び当該アンモニア蒸気に同伴する前記水蒸気を分離する気液分離部を備え、前記冷却・凝縮器は、前記気液分離器にて分離した前記アンモニア蒸気及び前記水蒸気を所定の温度に冷却・凝縮させる冷却・凝縮部を備えてなることを最も主要な特徴とするものである。   In order to achieve the above object, an ammonia separation device provided by the present invention is arranged in a distillation column to which an aqueous ammonia solution having an ammonia concentration of 3% by weight or less and steam are supplied, and on the downstream side of the top of the distillation column. At least one steam compressor, a steam generating heat exchanger, a gas-liquid separator, a cooling / condenser that cools and condenses the gas separated by the gas-liquid separator, and the cooling / condenser From the bottom of the distillation tower, a circulation pipe and a discharge pipe arranged on the downstream side of the bottom of the distillation tower, and the top of the distillation tower is A vapor distillation part for distilling ammonia vapor evaporated from the aqueous ammonia solution together with the water vapor inside the tower is provided, and the bottom of the tower is a front of a low-concentration aqueous ammonia solution whose ammonia concentration is reduced to a predetermined value or less. A liquid can outlet that circulates to the distillation column via a circulation line and discharges to the outside via the discharge line; and the vapor compressor includes the ammonia vapor distilled from the top of the column and the A compression heating unit that directly compresses and heats the steam, and the steam generating heat exchanger includes the ammonia steam and the steam that are compressed and heated by the steam compressor, and the distillation column via the circulation line. Heat exchange is performed with the low-concentration ammonia aqueous solution to be circulated to condense a part of the ammonia vapor and the water vapor, and a heat exchange unit that generates water vapor by heating the low-concentration ammonia aqueous solution, The gas-liquid separator includes a gas-liquid separator that separates the ammonia vapor and the water vapor accompanying the ammonia vapor from the condensate condensed in the steam generating heat exchanger. The cooling / condenser has a cooling / condensing unit that cools and condenses the ammonia vapor and the water vapor separated by the gas-liquid separator to a predetermined temperature. It is.

本発明に係るアンモニア分離装置において、前記蒸気発生熱交換器は、流下式蒸気発生熱交換器により構成され、前記流下式蒸気発生熱交換器は、圧縮加熱された前記アンモニア蒸気及び前記水蒸気を導入する圧縮蒸気導入部と、前記熱交換部にて凝縮した凝縮液と未凝縮の前記アンモニア蒸気及び前記水蒸気とを前記気液分離器に向けて導出する第1導出部と、前記アンモニア蒸気及び前記水蒸気を前記冷却・凝縮器に向けて直接導出させる第2導出部とを有し、前記第1導出部は、前記圧縮蒸気導入部よりも下方に配され、前記第2導出部は、前記圧縮蒸気導入部よりも上方に配されていることが好ましい。
この場合、前記流下式蒸気発生熱交換器の前記第2導出部と前記冷却・凝縮器とを連通する管路上に流量調整弁が配されていることが特に好ましい。
In the ammonia separation apparatus according to the present invention, the steam generating heat exchanger is constituted by a falling steam generating heat exchanger, and the flowing steam generating heat exchanger introduces the compressed and heated ammonia steam and the steam. A compressed steam introducing section, a first deriving section for deriving the condensed liquid condensed in the heat exchange section, the uncondensed ammonia vapor and the water vapor toward the gas-liquid separator, the ammonia vapor and the A second derivation unit for direct deriving water vapor toward the cooling / condenser, the first derivation unit being disposed below the compressed steam introduction unit, and the second derivation unit comprising the compression unit It is preferable that it is disposed above the steam inlet.
In this case, it is particularly preferable that a flow rate adjusting valve is arranged on a pipe line that communicates the second lead-out portion of the flow-down steam generating heat exchanger with the cooling / condenser.

また本発明では、前記搬送管路上に、前記アンモニア蒸気及び前記水蒸気を吸引して前
記アンモニア処理手段に送る吸引装置が配され、前記冷却・凝縮器と前記吸引装置との間に圧力調整弁が配されていることが好ましい。
Further, in the present invention, a suction device that sucks the ammonia vapor and the water vapor and sends the ammonia vapor and the water vapor to the ammonia treatment means is disposed on the conveyance pipe line, and a pressure adjusting valve is provided between the cooling / condenser and the suction device. It is preferable that it is arranged.

更に本発明では、前記気液分離器にて分離した前記凝縮液を前記蒸留塔に還流させる還流管路が配され、前記還流管路上に還流ポンプ、流量計、及び流量調整弁が配されていることが好ましい。
この場合、前記還流管路上に還流冷却器が配されていることが特に好ましい。
Furthermore, in the present invention, a reflux line for refluxing the condensate separated by the gas-liquid separator to the distillation column is disposed, and a reflux pump, a flow meter, and a flow rate adjusting valve are disposed on the reflux line. Preferably it is.
In this case, it is particularly preferable that a reflux condenser is disposed on the reflux line.

このような本発明のアンモニア分離装置においては、2つ以上の前記蒸気圧縮機が直列的に配されていることが好ましく、また、2つ以上の前記蒸気圧縮機が並列的に配されていることが好ましい。   In such an ammonia separation apparatus of the present invention, it is preferable that two or more of the steam compressors are arranged in series, and two or more of the steam compressors are arranged in parallel. It is preferable.

次に、本発明により提供されるアンモニア分離方法は、アンモニア濃度が3重量%以下のアンモニア水溶液及び水蒸気を蒸留塔に供給し、前記蒸留塔の塔内部にて前記アンモニア水溶液から蒸発したアンモニア蒸気を前記水蒸気とともに塔頂部から留出させ、アンモニア濃度を所定値以下まで低減させた低濃度アンモニア水溶液を塔底部から缶出させること、前記塔頂部から留出させた前記アンモニア蒸気及び前記水蒸気を、少なくとも1つの蒸気圧縮機にて直接圧縮加熱して蒸気発生熱交換器に送ること、前記塔底部から缶出させた低濃度アンモニア水溶液を、循環管路を介して前記蒸留塔に循環させるとともに、排出管路を介して外部に排出すること、前記蒸気発生熱交換器により、圧縮加熱された前記アンモニア蒸気及び前記水蒸気と、前記蒸留塔に循環させる前記低濃度アンモニア水溶液との間で熱交換を行って、前記アンモニア蒸気及び前記水蒸気の一部を凝縮させるとともに、前記低濃度アンモニア水溶液を加熱して水蒸気を発生させること、前記蒸気発生熱交換器にて凝縮した凝縮液から前記アンモニア蒸気及び当該アンモニア蒸気に同伴する前記水蒸気を、気液分離器により分離すること、分離した前記アンモニア蒸気及び前記水蒸気を、冷却・凝縮器により所定の温度に冷却・凝縮させること、及び、冷却・凝縮させた前記アンモニア蒸気及び前記水蒸気を、前記冷却・凝縮器から搬送管路を介して、次工程のアンモニア処理手段に搬送することを含んでなることを最も主要な特徴とするものである。   Next, in the ammonia separation method provided by the present invention, an ammonia aqueous solution having an ammonia concentration of 3% by weight or less and water vapor are supplied to a distillation tower, and the ammonia vapor evaporated from the ammonia aqueous solution inside the distillation tower is removed. Distilling from the top of the tower together with the water vapor, allowing the low-concentration aqueous ammonia solution whose ammonia concentration has been reduced to a predetermined value or less to be taken out from the bottom of the tower, the ammonia vapor distilled from the top of the tower and the water vapor at least Direct compression heating with a single steam compressor and sending it to a steam generating heat exchanger, and a low-concentration aqueous ammonia solution taken out from the bottom of the tower is circulated to the distillation tower via a circulation line and discharged. Discharging to the outside through a pipe line, the ammonia vapor and the water vapor compressed and heated by the steam generating heat exchanger Heat exchange with the low-concentration aqueous ammonia solution circulated in the distillation column to condense a part of the ammonia vapor and the water vapor, and heat the low-concentration aqueous ammonia solution to generate water vapor; The ammonia vapor and the water vapor accompanying the ammonia vapor are separated from the condensate condensed in the steam generating heat exchanger by a gas-liquid separator, and the separated ammonia vapor and the water vapor are cooled / condensed. And cooling and condensing the ammonia vapor and the water vapor that have been cooled and condensed from the cooling / condenser to the ammonia treatment means in the next step via a conveyance pipeline. The main feature is that it contains.

このような本発明のアンモニア分離方法は、前記蒸気発生熱交換器として流下式蒸気発生熱交換器を使用し、圧縮加熱された前記アンモニア蒸気及び前記水蒸気を圧縮蒸気導入部から導入すること、及び、前記流下式蒸気発生熱交換器にて、前記アンモニア蒸気及び前記水蒸気の一部を凝縮させた凝縮液と未凝縮の前記アンモニア蒸気及び前記水蒸気とを、前記圧縮蒸気導入部よりも下方に配した第1導出部から前記気液分離器に向けて導出するとともに、前記アンモニア蒸気及び前記水蒸気を、前記圧縮蒸気導入部よりも上方に配した第2導出部から導出させ、前記冷却・凝縮器に直接導入することを含んでいることが好ましい。   Such an ammonia separation method of the present invention uses a falling steam generating heat exchanger as the steam generating heat exchanger, introduces the compressed and heated ammonia vapor and the water vapor from a compressed steam introducing section, and In the downflow-type steam generating heat exchanger, a condensate obtained by condensing the ammonia vapor and a part of the water vapor and the uncondensed ammonia vapor and the water vapor are disposed below the compressed steam introduction part. The ammonia vapor and the water vapor are led out from the second lead-out portion disposed above the compressed steam introduction portion, and the cooling / condenser is led out from the first lead-out portion toward the gas-liquid separator. It is preferable to include direct introduction into

この場合、本発明のアンモニア分離方法は、前記蒸気発生熱交換器から前記冷却・凝縮器に直接導入する前記アンモニア蒸気及び前記水蒸気の流量を、流量調整弁により制御することを含んでいることが特に好ましい。   In this case, the ammonia separation method of the present invention includes controlling the flow rates of the ammonia vapor and the water vapor directly introduced from the steam generation heat exchanger to the cooling / condenser by a flow rate adjusting valve. Particularly preferred.

また、本発明のアンモニア分離方法は、前記搬送管路上に配された吸引装置により、前記アンモニア蒸気及び前記水蒸気を吸引して前記アンモニア処理手段に送ること、及び、前記冷却・凝縮器と前記吸引装置との間に配された圧力調整弁により、前記冷却・凝縮器内の圧力を調整することを含んでいることが好ましい。   In the ammonia separation method of the present invention, the ammonia vapor and the water vapor are sucked and sent to the ammonia treatment means by the suction device arranged on the transport pipe, and the cooling / condenser and the suction are drawn. Preferably, the method includes adjusting the pressure in the cooling / condenser by a pressure adjusting valve disposed between the apparatus and the apparatus.

更に、本発明のアンモニア分離方法は、前記気液分離器にて分離した前記凝縮液を、還流管路を介して前記蒸留塔に還流させること、及び前記蒸留塔に還流させる前記凝縮液の流量を、流量調整弁により制御することを含んでいることが好ましい。
この場合、前記蒸留塔に還流させる前記凝縮液を、還流冷却器により冷却することを含んでいることが特に好ましい。
Further, in the ammonia separation method of the present invention, the condensate separated by the gas-liquid separator is refluxed to the distillation column via a reflux pipe, and the flow rate of the condensate to be refluxed to the distillation column. Is preferably controlled by a flow regulating valve.
In this case, it is particularly preferable to include cooling the condensate to be refluxed to the distillation column with a reflux condenser.

本発明に係るアンモニア分離装置は、上述のように、蒸留塔の塔頂部下流側に蒸気圧縮機、蒸気発生熱交換器、及び気液分離器が配されており、蒸気圧縮機は、蒸留塔の塔頂部から留出したアンモニア蒸気及び水蒸気を直接圧縮加熱する。また、蒸気圧縮機の下流側に配された蒸気発生熱交換器は、その圧縮加熱されたアンモニア蒸気及び水蒸気と、蒸留塔の塔底部から循環管路を介して蒸留塔に循環させる低濃度アンモニア水溶液との間で熱交換を行い、アンモニア蒸気及び水蒸気の一部を凝縮させるとともに、低濃度アンモニア水溶液を加熱して水蒸気を発生させる。   In the ammonia separation apparatus according to the present invention, as described above, the steam compressor, the steam generating heat exchanger, and the gas-liquid separator are arranged on the downstream side of the top of the distillation tower. The ammonia vapor and water vapor distilled from the top of the column are directly compressed and heated. In addition, the steam generating heat exchanger arranged downstream of the steam compressor is composed of the compressed and heated ammonia vapor and water vapor, and low-concentration ammonia that is circulated from the bottom of the distillation tower to the distillation tower via a circulation line. Heat exchange is performed with the aqueous solution to condense a part of the ammonia vapor and water vapor, and heat the low concentration aqueous ammonia solution to generate water vapor.

このように、本発明では、蒸留塔の塔頂部から留出させたアンモニア蒸気及び水蒸気の温度を蒸気圧縮機にて上昇させ、更に、そのアンモニア蒸気及び水蒸気の熱エネルギーを蒸気発生熱交換器にて有効に利用して、蒸留塔の塔底部から缶出させて循環させる低濃度アンモニア水溶液を確実に蒸発させ、その発生した水蒸気を蒸留塔に導入している。   Thus, in the present invention, the temperature of the ammonia vapor and water vapor distilled from the top of the distillation column is raised by the vapor compressor, and further, the thermal energy of the ammonia vapor and water vapor is transferred to the steam generating heat exchanger. Thus, the low-concentration ammonia aqueous solution which is taken out from the bottom of the distillation tower and circulated is reliably evaporated, and the generated water vapor is introduced into the distillation tower.

すなわち、本発明のアンモニア分離装置では、装置内で熱エネルギーを効率的に利用して蒸留塔に供給する水蒸気を発生させているため、装置全体の熱効率が高められて省エネルギー効果が得られるとともに、アンモニアの処理に要するコストを従来よりも大幅に削減できる。   That is, in the ammonia separation apparatus of the present invention, since the steam supplied to the distillation tower is generated efficiently using the thermal energy in the apparatus, the thermal efficiency of the entire apparatus is increased and an energy saving effect is obtained. The cost required for the treatment of ammonia can be greatly reduced as compared with the prior art.

また本発明では、気液分離器にて分離したアンモニア蒸気及び水蒸気を冷却・凝縮器で所定の温度に冷却・凝縮させることにより、アンモニア蒸気の濃度を高め、且つ水蒸気の濃度を低くしてから、搬送管路を介して次工程のアンモニア処理手段に搬送する。   In the present invention, the ammonia vapor and water vapor separated by the gas-liquid separator are cooled and condensed to a predetermined temperature by a cooling / condenser, thereby increasing the ammonia vapor concentration and lowering the water vapor concentration. Then, it is conveyed to the ammonia treatment means in the next step through the conveyance pipeline.

このように、アンモニア蒸気に同伴する比熱の高い水蒸気の濃度を低くすることにより、アンモニア処理手段にてアンモニア蒸気及び水蒸気を予備加熱するために必要となる熱量を少なくできるため、予備加熱装置の設備費用やランニングコストを低減できる。   Thus, by reducing the concentration of water vapor with high specific heat accompanying the ammonia vapor, the amount of heat required for preheating ammonia vapor and water vapor in the ammonia treatment means can be reduced. Costs and running costs can be reduced.

またこの場合、水蒸気の濃度を低くしたことにより、アンモニア蒸気の酸化分解により生じるガス(窒素ガス等)の温度が高くなるため、そのガスの熱エネルギーを利用して酸化分解処理前のアンモニア蒸気及び水蒸気を効率的に予備加熱でき、更なる省エネルギー化を図ることができる。   In this case, since the temperature of the gas (nitrogen gas, etc.) generated by the oxidative decomposition of the ammonia vapor is increased by lowering the concentration of the water vapor, the ammonia vapor before the oxidative decomposition treatment and the thermal energy of the gas are used. Steam can be efficiently preheated, and further energy saving can be achieved.

しかも、アンモニア蒸気を触媒燃焼法で酸化分解する場合には、アンモニア蒸気に対する水蒸気の割合を上述のように低下させることにより、アンモニアを触媒反応層にて触媒に効率的に接触させることができるため、触媒反応層の領域を縮小して、触媒燃焼装置全体を容易に小型化することができる。   Moreover, when ammonia vapor is oxidatively decomposed by catalytic combustion, ammonia can be efficiently brought into contact with the catalyst in the catalytic reaction layer by reducing the ratio of water vapor to ammonia vapor as described above. By reducing the area of the catalytic reaction layer, the entire catalytic combustion apparatus can be easily downsized.

このような本発明のアンモニア分離装置において、蒸気発生熱交換器は、流下式蒸気発生熱交換器により構成されている。また、流下式蒸気発生熱交換器は、圧縮加熱されたアンモニア蒸気及び水蒸気を導入する圧縮蒸気導入部と、熱交換部にて凝縮した凝縮液と未凝縮のアンモニア蒸気及び水蒸気とを気液分離器に向けて導出する第1導出部と、アンモニア蒸気及び水蒸気を冷却・凝縮器に向けて直接導出させる第2導出部とを有しており、第1導出部は、圧縮蒸気導入部よりも下方に配され、且つ、第2導出部は、圧縮蒸気導入部よりも上方に配されている。これにより、流下式蒸気発生熱交換器の上部に未凝縮のアンモニア蒸気が滞留する場合に、その未凝縮のアンモニア蒸気を第2導出部から冷却・凝縮器に円滑に送ることができるため、流下式蒸気発生熱交換器内で滞留する未凝縮のアンモニア蒸気によって水蒸気の凝縮が妨げられることを効果的に防止できる。   In such an ammonia separation apparatus of the present invention, the steam generating heat exchanger is constituted by a falling steam generating heat exchanger. In addition, the downflow type steam generating heat exchanger gas-liquid-separates the compressed steam introducing part for introducing compressed and heated ammonia vapor and water vapor, and the condensed liquid and uncondensed ammonia vapor and water vapor condensed in the heat exchanging part. And a second derivation unit for deriving ammonia vapor and water vapor directly to the cooling / condenser, the first derivation unit being more than the compressed steam introduction unit. The second derivation unit is disposed below the compressed steam introduction unit. As a result, when uncondensed ammonia vapor stays in the upper part of the downflow-type steam generating heat exchanger, the uncondensed ammonia vapor can be smoothly sent from the second outlet to the cooling / condenser. It is possible to effectively prevent the condensation of water vapor from being hindered by uncondensed ammonia vapor staying in the steam generating heat exchanger.

この場合、流下式蒸気発生熱交換器の第2導出部と前記冷却・凝縮器とを連通する管路上に流量調整弁が配されていることにより、流下式蒸気発生熱交換器から冷却・凝縮器に送られるアンモニア蒸気の流量を容易に制御でき、流下式蒸気発生熱交換器の状況に応じて、未凝縮のアンモニア蒸気を冷却・凝縮器に流すか否かを選択することが可能となる。   In this case, the flow rate adjusting valve is arranged on the pipe connecting the second derivation section of the flow-down type steam generation heat exchanger and the cooling / condenser, so that the cooling / condensation is performed from the flow-down type steam generation heat exchanger. The flow rate of ammonia vapor sent to the condenser can be easily controlled, and it is possible to select whether or not to flow uncondensed ammonia vapor to the cooling / condenser according to the situation of the falling steam generating heat exchanger .

また、本発明のアンモニア分離装置において、搬送管路上には、アンモニア蒸気及び水蒸気を吸引してアンモニア処理手段に送る吸引装置が配され、冷却・凝縮器と吸引装置との間に圧力調整弁が配されている。これにより、冷却・凝縮器内におけるアンモニア蒸気と水蒸気の合計圧力を容易に制御することが可能となり、例えば冷却・凝縮器を内部圧力が大気圧未満の状態で運転させることも、或いは、内部圧力が大気圧を超える状態で運転させることも可能となる。特に、冷却・凝縮器を大気圧以下の圧力下で運転させることにより、装置の設備費用を安価に抑えることができる。   Further, in the ammonia separation device of the present invention, a suction device for sucking ammonia vapor and water vapor and sending it to the ammonia treatment means is disposed on the transport pipe, and a pressure regulating valve is provided between the cooling / condenser and the suction device. It is arranged. This makes it possible to easily control the total pressure of ammonia vapor and water vapor in the cooling / condenser. For example, the cooling / condenser can be operated with the internal pressure being less than atmospheric pressure, or the internal pressure It is also possible to operate in a state where the pressure exceeds atmospheric pressure. In particular, by operating the cooling / condenser under a pressure lower than atmospheric pressure, the equipment cost of the apparatus can be reduced at a low cost.

更に、本発明のアンモニア分離装置においては、気液分離器にて分離した凝縮液を蒸留塔に還流させる還流管路が、気液分離器と蒸留塔との間に配されており、その還流管路上に還流ポンプ、流量計、及び流量調整弁が順次配されている。これにより、アンモニア蒸気及び水蒸気を凝縮させた凝縮液の流量を制御しながら蒸留塔に還流させて、その凝縮液を蒸留塔で有効に利用することができる。また、還流ポンプの出口側における凝縮液の圧力を容易に高く維持することができる。   Furthermore, in the ammonia separation apparatus of the present invention, a reflux line for refluxing the condensate separated by the gas-liquid separator to the distillation column is arranged between the gas-liquid separator and the distillation column, and the reflux A reflux pump, a flow meter, and a flow rate adjustment valve are sequentially arranged on the pipeline. Thereby, it is made to recirculate | reflux to a distillation column, controlling the flow volume of the condensate which condensed ammonia vapor | steam and water vapor | steam, and the condensate can be used effectively in a distillation column. In addition, the pressure of the condensate on the outlet side of the reflux pump can be easily maintained high.

特に、本発明では、アンモニア蒸気及び水蒸気を冷却する冷却・凝縮器が気液分離器の下流側に配されているため、気液分離器にて分離される凝縮液は過剰に冷却されることなく蒸留塔に戻すことができる。このため、凝縮液を蒸留塔に還流させても、蒸留塔の加熱に要するコストが増大することを防止して、省エネルギー効果を得ることができる。   In particular, in the present invention, since the cooling / condenser for cooling ammonia vapor and water vapor is arranged on the downstream side of the gas-liquid separator, the condensate separated in the gas-liquid separator is excessively cooled. And return to the distillation column. For this reason, even if the condensate is refluxed to the distillation column, it is possible to prevent an increase in cost required for heating the distillation column and to obtain an energy saving effect.

この場合、還流管路上に還流冷却器が更に配されていることにより、気液分離器にて分離して蒸留塔に還流させる凝縮液(還流液)が蒸留塔の塔頂部の温度よりも高くなることを防止できる。例えば、気液分離器から蒸留塔に還流させる還流液が蒸留塔の塔頂部の温度よりも高い場合、還流管路上に配した還流ポンプの出口側にて断熱膨張(いわゆる沸騰)が生じ、異音や配管振動を起こす虞れがある。これに対して、本発明では、上述のように還流冷却器を設置することにより、蒸留塔に還流させる還流液の温度を蒸留塔の塔頂部の温度以下に冷却することができるため、流量調整弁により還流ポンプの出口側における還流液の圧力を高く維持できることと相俟って、還流ポンプの出口側にて断熱膨張(沸騰)が生じることを防止して異音や配管振動の発生を防ぐことができる。   In this case, by further providing a reflux condenser on the reflux line, the condensate (reflux) that is separated by the gas-liquid separator and refluxed to the distillation column is higher than the temperature at the top of the distillation column. Can be prevented. For example, when the reflux liquid refluxed from the gas-liquid separator to the distillation tower is higher than the temperature at the top of the distillation tower, adiabatic expansion (so-called boiling) occurs on the outlet side of the reflux pump arranged on the reflux pipe, and the difference is different. There is a risk of causing noise and vibration of piping. On the other hand, in the present invention, by setting the reflux condenser as described above, the temperature of the reflux liquid refluxed to the distillation column can be cooled below the temperature at the top of the distillation column, so the flow rate adjustment Combined with the fact that the pressure of the reflux liquid at the outlet side of the reflux pump can be kept high by the valve, it prevents adiabatic expansion (boiling) from occurring at the outlet side of the reflux pump and prevents the generation of abnormal noise and piping vibration. be able to.

更にまた、本発明のアンモニア分離装置においては、2つ以上の蒸気圧縮機を直列的に配置することができる。これにより、蒸留塔の塔頂部から留出したアンモニア蒸気及び水蒸気の温度を、直列配置した複数の蒸気圧縮機により連続的に圧縮加熱することができる。このため、アンモニア蒸気及び水蒸気をより高い温度まで容易に圧縮加熱することができる。また、アンモニア蒸気及び水蒸気を所定の温度に圧縮加熱する場合でも、アンモニア蒸気及び水蒸気を所定の温度まで安定して確実に上昇させることができる。   Furthermore, in the ammonia separation apparatus of the present invention, two or more steam compressors can be arranged in series. Thereby, the temperature of the ammonia vapor | steam and water vapor | steam distilled from the tower top part of the distillation tower can be continuously compression-heated with the some steam compressor arrange | positioned in series. For this reason, it is possible to easily compress and heat ammonia vapor and water vapor to a higher temperature. Further, even when ammonia vapor and water vapor are compressed and heated to a predetermined temperature, the ammonia vapor and water vapor can be stably raised to a predetermined temperature.

また本発明では、2つ以上の蒸気圧縮機を並列的に配置することができる。これにより、蒸留塔の塔頂部からアンモニア蒸気を多く留出させても、アンモニア蒸気を各蒸気圧縮機に分配して効率的に圧縮加熱することができる。このため、アンモニア分離装置における単位時間当たりの処理量を増大させることが可能となる。   In the present invention, two or more steam compressors can be arranged in parallel. As a result, even if a large amount of ammonia vapor is distilled off from the top of the distillation column, the ammonia vapor can be distributed to the respective vapor compressors for efficient compression heating. For this reason, it becomes possible to increase the throughput per unit time in the ammonia separator.

次に、本発明に係るアンモニア分離方法は、上述のように、蒸留塔の塔頂部から留出させたアンモニア蒸気及び水蒸気の温度を蒸気圧縮機にて上昇させ、更に、そのアンモニア
蒸気及び水蒸気の熱エネルギーを蒸気発生熱交換器にて有効に利用して、蒸留塔の塔底部から缶出させて循環させる低濃度アンモニア水溶液を確実に蒸発させ、その発生した水蒸気を蒸留塔に導入している。
Next, in the ammonia separation method according to the present invention, as described above, the temperature of the ammonia vapor and water vapor distilled from the top of the distillation column is raised by a vapor compressor, and the ammonia vapor and water vapor The heat energy is effectively used in the steam generating heat exchanger, and the low-concentration ammonia aqueous solution that is taken out from the bottom of the distillation tower and circulated is reliably evaporated, and the generated water vapor is introduced into the distillation tower. .

本発明では、このように熱エネルギーを効率的に利用して蒸留塔に供給する水蒸気を発生させているため、装置全体の熱効率が高められて省エネルギー効果が得られるとともに、アンモニアの処理に要するコストを従来よりも大幅に削減できる。   In the present invention, since the steam supplied to the distillation column is generated by efficiently using the thermal energy in this way, the thermal efficiency of the entire apparatus is increased, an energy saving effect is obtained, and the cost required for the treatment of ammonia. Can be greatly reduced compared to the conventional case.

また本発明のアンモニア分離方法では、気液分離器にて分離したアンモニア蒸気及び水蒸気を冷却・凝縮器で所定の温度に冷却・凝縮させることにより、アンモニア蒸気の濃度を高め、且つ水蒸気の濃度を低くしてから、搬送管路を介して次工程のアンモニア処理手段に搬送する。   In the ammonia separation method of the present invention, the ammonia vapor and water vapor separated by the gas-liquid separator are cooled and condensed to a predetermined temperature by a cooling / condenser, thereby increasing the concentration of ammonia vapor and reducing the concentration of water vapor. After being lowered, it is transported to the ammonia treatment means in the next step via the transport pipeline.

これにより、アンモニア処理手段にてアンモニア蒸気及び水蒸気を予備加熱するために必要となる熱量を少なくできるため、予備加熱装置の設備費用やランニングコストを低減できる。また、アンモニアを触媒反応層にて触媒に効率的に接触させることができるため、触媒反応層の領域を縮小して、触媒燃焼装置全体を容易に小型化することができる。   Thereby, since the calorie | heat amount required in order to preheat ammonia vapor | steam and water vapor | steam in an ammonia process means can be decreased, the installation expense and running cost of a preheating apparatus can be reduced. Further, since ammonia can be efficiently brought into contact with the catalyst in the catalyst reaction layer, the area of the catalyst reaction layer can be reduced and the entire catalytic combustion apparatus can be easily downsized.

更にこの場合、アンモニア蒸気の酸化分解により生じるガスの温度を高くできるため、そのガスの熱エネルギーを利用して酸化分解処理前のアンモニア蒸気及び水蒸気を効率的に予備加熱でき、更なる省エネルギー化を図ることができる。   Furthermore, in this case, since the temperature of the gas generated by the oxidative decomposition of ammonia vapor can be increased, the ammonia vapor and water vapor before the oxidative decomposition treatment can be efficiently preheated using the thermal energy of the gas, thereby further saving energy. Can be planned.

このような本発明のアンモニア分離方法では、蒸気発生熱交換器として流下式蒸気発生熱交換器を使用し、圧縮加熱されたアンモニア蒸気及び水蒸気を圧縮蒸気導入部から導入し、更に、アンモニア蒸気及び水蒸気の一部を凝縮させた凝縮液と未凝縮のアンモニア蒸気及び水蒸気とを、圧縮蒸気導入部よりも下方に配した第1導出部から気液分離器に向けて導出するとともに、アンモニア蒸気及び水蒸気を、圧縮蒸気導入部よりも上方に配した第2導出部から導出させて冷却・凝縮器に直接導入することができる。これによって、流下式蒸気発生熱交換器の上部に未凝縮のアンモニア蒸気が滞留する場合に、その未凝縮のアンモニア蒸気を第2導出部から冷却・凝縮器に円滑に送ることができる。このため、流下式蒸気発生熱交換器内で滞留する未凝縮のアンモニア蒸気によって水蒸気の凝縮が妨げられることを効果的に防止できる。   In such an ammonia separation method of the present invention, a falling steam generating heat exchanger is used as the steam generating heat exchanger, the compressed and heated ammonia vapor and steam are introduced from the compressed steam introducing section, and further, the ammonia vapor and The condensate obtained by condensing a part of the water vapor and uncondensed ammonia vapor and water vapor are led out from the first lead-out part arranged below the compressed steam introduction part toward the gas-liquid separator, and the ammonia vapor and The water vapor can be led out from the second lead-out portion disposed above the compressed steam introduction portion and directly introduced into the cooling / condenser. As a result, when uncondensed ammonia vapor stays in the upper part of the flow-down type steam generating heat exchanger, the uncondensed ammonia vapor can be smoothly sent from the second outlet to the cooling / condenser. For this reason, it is possible to effectively prevent the condensation of water vapor from being hindered by uncondensed ammonia vapor staying in the flow-down type steam generating heat exchanger.

この場合、蒸気発生熱交換器から冷却・凝縮器に直接導入するアンモニア蒸気及び水蒸気の流量を、流量調整弁により制御することができ、それによって、流下式蒸気発生熱交換器の状況に応じて、未凝縮のアンモニア蒸気を冷却・凝縮器に流すか否かを選択することが可能となる。   In this case, the flow rate of ammonia vapor and water vapor introduced directly from the steam generating heat exchanger to the cooling / condenser can be controlled by the flow rate adjusting valve, and depending on the situation of the downflow type steam generating heat exchanger. It is possible to select whether or not to flow uncondensed ammonia vapor to the cooling / condenser.

また、本発明のアンモニア分離方法においては、搬送管路上に配された吸引装置により、アンモニア蒸気及び水蒸気を吸引してアンモニア処理手段に送るとともに、冷却・凝縮器と吸引装置との間に配された圧力調整弁により、冷却・凝縮器内におけるアンモニア蒸気と水蒸気の合計圧力を容易に調整することができる。これにより、例えば冷却・凝縮器を内部圧力が大気圧未満の状態で運転させることも、或いは、内部圧力が大気圧を超える状態で運転させることもできる。特に、冷却・凝縮器を大気圧以下の圧力下で運転させることにより、装置の設備費用を安価に抑えることができる。   Further, in the ammonia separation method of the present invention, ammonia vapor and water vapor are sucked and sent to the ammonia treatment means by the suction device arranged on the conveying pipe, and are arranged between the cooling / condenser and the suction device. The total pressure of ammonia vapor and water vapor in the cooling / condenser can be easily adjusted by the pressure regulating valve. Thereby, for example, the cooling / condenser can be operated in a state where the internal pressure is less than atmospheric pressure, or can be operated in a state where the internal pressure exceeds atmospheric pressure. In particular, by operating the cooling / condenser under a pressure lower than atmospheric pressure, the equipment cost of the apparatus can be reduced at a low cost.

更に、本発明のアンモニア分離方法においては、気液分離器にて分離した凝縮液を、還流管路を介して蒸留塔に還流させるとともに、その蒸留塔に還流させる凝縮液の流量を流量調整弁により制御することができる。これにより、アンモニア蒸気及び水蒸気を凝縮させた凝縮液の流量を制御しながら蒸留塔に還流させて、その凝縮液を蒸留塔で有効に利用
することができる。また、還流ポンプの出口側における凝縮液の圧力を容易に高く維持することもできる。
Furthermore, in the ammonia separation method of the present invention, the condensate separated by the gas-liquid separator is refluxed to the distillation column via the reflux line, and the flow rate of the condensate to be refluxed to the distillation column is controlled by a flow rate adjusting valve. Can be controlled. Thereby, it is made to recirculate | reflux to a distillation column, controlling the flow volume of the condensate which condensed ammonia vapor | steam and water vapor | steam, and the condensate can be used effectively in a distillation column. In addition, the pressure of the condensate on the outlet side of the reflux pump can be easily maintained high.

特に、本発明では、アンモニア蒸気及び水蒸気を冷却する冷却・凝縮器が気液分離器の下流側に配されているため、気液分離器にて分離される凝縮液は過剰に冷却されることなく蒸留塔に戻すことができる。このため、凝縮液を蒸留塔に還流させても、蒸留塔の加熱に要するコストが増大することを防止して、省エネルギー効果を得ることができる。   In particular, in the present invention, since the cooling / condenser for cooling ammonia vapor and water vapor is arranged on the downstream side of the gas-liquid separator, the condensate separated in the gas-liquid separator is excessively cooled. And return to the distillation column. For this reason, even if the condensate is refluxed to the distillation column, it is possible to prevent an increase in cost required for heating the distillation column and to obtain an energy saving effect.

この場合、本発明では、蒸留塔に還流させる凝縮液を還流冷却器により冷却して、その凝縮液の温度を蒸留塔の塔頂部の温度以下にすることができる。これにより、流量調整弁により還流ポンプの出口側における還流液の圧力を高く維持できることと相俟って、還流ポンプの出口側にて断熱膨張(沸騰)が生じることを防止して異音や配管振動の発生を防ぐことができる。   In this case, in the present invention, the condensate to be refluxed to the distillation column can be cooled by a reflux condenser so that the temperature of the condensate can be made equal to or lower than the temperature at the top of the distillation column. This prevents the adiabatic expansion (boiling) from occurring on the outlet side of the reflux pump in combination with the fact that the flow rate adjustment valve can maintain the pressure of the reflux liquid at the outlet side of the reflux pump to be high. Generation of vibration can be prevented.

本発明に係るアンモニア分離装置を説明するフロー図である。It is a flowchart explaining the ammonia separation apparatus which concerns on this invention. 本発明の変形例に係るアンモニア分離装置を説明するフロー図である。It is a flowchart explaining the ammonia separation apparatus which concerns on the modification of this invention. 本発明の別の変形例に係るアンモニア分離装置を説明するフロー図である。It is a flowchart explaining the ammonia separation apparatus which concerns on another modification of this invention.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下で説明する実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明と実質的に同一な構成を有し、かつ、同様な作用効果を奏しさえすれば、多様な変更が可能である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to the embodiments described below, and various modifications can be made as long as it has substantially the same configuration as the present invention and has the same effects. Is possible.

図1に示した本実施形態に係るアンモニア分離装置1は、電子工業関係の工場などで用いられたアンモニア濃度が3重量%以下のアンモニア水溶液(アンモニア排水)からアンモニアを蒸発させて分離することにより、低濃度のアンモニア水溶液を排出するとともに、分離したアンモニアの蒸気を次工程のアンモニア処理手段に搬送する装置である。   The ammonia separation apparatus 1 according to the present embodiment shown in FIG. 1 is configured by evaporating and separating ammonia from an aqueous ammonia solution (ammonia wastewater) having an ammonia concentration of 3% by weight or less used in an electronics industry factory or the like. The apparatus discharges a low-concentration aqueous ammonia solution and transports the separated ammonia vapor to the ammonia treatment means in the next step.

本実施形態のアンモニア分離装置1は、主要な構成要素として、アンモニア水溶液と水蒸気とが供給される蒸留塔2と、蒸留塔2の塔頂部下流側に配される蒸気圧縮機3と、蒸気圧縮機3の下流側に配される蒸気発生熱交換器4と、蒸気発生熱交換器4にて凝縮した凝縮液と未凝縮のアンモニア蒸気及び水蒸気とを分離する気液分離器5と、気液分離器5にて分離したアンモニア蒸気及び水蒸気を導入して冷却・凝縮させる冷却・凝縮器(冷却コンデンサー)6とを有している。   The ammonia separation device 1 of the present embodiment includes, as main components, a distillation column 2 to which an aqueous ammonia solution and water vapor are supplied, a vapor compressor 3 disposed on the downstream side of the top of the distillation column 2, and vapor compression. A steam generating heat exchanger 4 disposed on the downstream side of the machine 3, a gas / liquid separator 5 that separates the condensed liquid condensed by the steam generating heat exchanger 4 from uncondensed ammonia vapor and water vapor, It has a cooling / condenser (cooling condenser) 6 for introducing and cooling and condensing ammonia vapor and water vapor separated by the separator 5.

以下、これらの構成要素について詳細に説明する。
蒸留塔2は、塔内圧が、設備費用が安価となる負圧(例えば、塔内圧が60kPa)の状態から正圧(例えば、塔内圧が130kPa)の状態の範囲で運転することが可能に構成されており、円柱状の形態を有するとともに、塔内部には、気液接触のための充填物又は複数の棚段(トレー)が配されている。
Hereinafter, these components will be described in detail.
The distillation column 2 can be operated in a range from a negative pressure (for example, the internal pressure of the column is 60 kPa) to a positive pressure (for example, the internal pressure of the column is 130 kPa) where the equipment cost is low. In addition, it has a cylindrical shape, and a packing for gas-liquid contact or a plurality of shelves (tray) are arranged inside the tower.

また、この蒸留塔2の塔頂部近傍には、アンモニアを3重量%以下の濃度で含有するアンモニア水溶液(原水)を塔内部に供給する原水供給部が配され、塔底部には、水蒸気が別々に供給される第1及び第2水蒸気供給部が配されている。この場合、原水供給部は、蒸留塔2の塔頂温度を高くする目的で、原水となるアンモニア水溶液を蒸留塔2の塔頂段に供給可能に配されており、これによって、蒸留塔2の塔頂部から留出して蒸気圧縮機3内に導入されるアンモニア蒸気及び水蒸気の温度を高くでき、更にそれによって、蒸気圧縮機3で圧縮加熱されるアンモニア蒸気及び水蒸気の温度をより効率的に高くすることができる。   In the vicinity of the top of the distillation column 2, a raw water supply unit for supplying an aqueous ammonia solution (raw water) containing ammonia at a concentration of 3% by weight or less to the inside of the column is arranged, and water vapor is separately provided at the bottom of the column. The 1st and 2nd steam supply parts supplied to are arranged. In this case, the raw water supply unit is disposed so as to be able to supply an aqueous ammonia solution as raw water to the top of the distillation tower 2 for the purpose of raising the top temperature of the distillation tower 2. The temperature of ammonia vapor and water vapor distilled from the top of the column and introduced into the vapor compressor 3 can be increased, and further, the temperature of ammonia vapor and water vapor heated by the vapor compressor 3 can be increased more efficiently. can do.

蒸留塔2の原水供給部には、原水供給管路31が接続されており、この原水供給管路31には、予熱用熱交換器7が配されている。この予熱用熱交換器7は、原水と、後述する排出管路33を介して外部に排出される低濃度のアンモニア水溶液(処理液)との間で熱交換を行って、原水を所定の温度に予備加熱することができる。   The raw water supply pipe 31 is connected to the raw water supply section of the distillation tower 2, and the preheat heat exchanger 7 is arranged in the raw water supply pipe 31. The preheating heat exchanger 7 performs heat exchange between the raw water and a low-concentration aqueous ammonia solution (treatment liquid) discharged to the outside through a discharge pipe 33 described later, so that the raw water is heated to a predetermined temperature. Can be preheated.

更に、蒸留塔2の塔頂部には、塔内部でアンモニア水溶液から蒸発したアンモニア蒸気を水蒸気とともに留出させる蒸気留出部が配されており、この蒸気留出部は、第1接続管路21を介して、蒸気圧縮機3に直接接続されている。また、第1接続管路21には給水部8が接続されている。この給水部8は、第1接続管路21内に水を噴射することにより補給可能に構成されており、また、第1接続管路21内に補給する水の補給量を調整することも可能である。   Further, a vapor distilling portion for distilling ammonia vapor evaporated from the aqueous ammonia solution inside the tower together with water vapor is disposed at the top of the distillation column 2, and the vapor distilling portion is connected to the first connecting pipe 21. Is directly connected to the steam compressor 3. In addition, the water supply unit 8 is connected to the first connection pipeline 21. The water supply unit 8 is configured to be replenished by injecting water into the first connection pipeline 21, and it is also possible to adjust the replenishment amount of water to be replenished into the first connection pipeline 21. It is.

蒸留塔2の塔底部には、蒸留によりアンモニア濃度を所定値以下まで低減させた低濃度アンモニア水溶液を缶出させる液体缶出部が配されており、この液体缶出部には、蒸留塔2から缶出する低濃度アンモニア水溶液を、蒸気発生熱交換器4を通して蒸留塔2に循環させる循環管路32が接続されている。   The bottom of the distillation column 2 is provided with a liquid can outlet for discharging a low-concentration aqueous ammonia solution whose ammonia concentration has been reduced to a predetermined value or lower by distillation. A circulation line 32 is connected to circulate the low-concentration aqueous ammonia solution discharged from the water to the distillation column 2 through the steam generating heat exchanger 4.

また、この循環管路32上には、低濃度アンモニア水溶液を循環管路32に流通させるための循環ポンプ9が配されており、循環ポンプ9と蒸気発生熱交換器4との間には、低濃度アンモニア水溶液を外部に排出する排出管路33が接続されている。   A circulation pump 9 for circulating a low-concentration aqueous ammonia solution to the circulation line 32 is disposed on the circulation line 32, and between the circulation pump 9 and the steam generating heat exchanger 4, A discharge pipe 33 for discharging the low concentration aqueous ammonia solution to the outside is connected.

更に排出管路33上には、排出管路33を流通する低濃度アンモニア水溶液の流量を測定する第1流量計11aと、同排出管路33を流通する低濃度アンモニア水溶液の流量を調整する第1流量調整弁11bとが配されている。この第1流量調整弁11bの開閉は、蒸留塔2の液面レベルを測定する不図示の液面レベルセンサの測定値と第1流量計11aの測定値とに基づいて制御されており、この第1流量調整弁11bを調整して排出管路33を流れる低濃度アンモニア水溶液の流量を制御することにより、蒸留塔2の液面レベルを一定に保持する液面管理が行われる。   Further, on the discharge pipe 33, a first flow meter 11 a that measures the flow rate of the low-concentration aqueous ammonia solution flowing through the discharge pipe 33 and a first flow meter that adjusts the flow rate of the low-concentration aqueous ammonia solution flowing through the discharge pipe 33. 1 flow rate adjustment valve 11b is arranged. The opening and closing of the first flow rate adjusting valve 11b is controlled based on the measured value of a liquid level sensor (not shown) that measures the liquid level of the distillation column 2 and the measured value of the first flow meter 11a. By adjusting the first flow rate adjusting valve 11b and controlling the flow rate of the low-concentration aqueous ammonia solution flowing through the discharge pipe 33, the liquid level management for keeping the liquid level of the distillation column 2 constant is performed.

この場合、第1流量調整弁11bは、手動式の調整弁として構成されていても、又は自動調整弁として構成されていても良いが、例えば上述の液面レベルセンサの測定値及び第1流量計11aの測定値と連動させた自動調整弁として構成されていることが好ましい。   In this case, the first flow rate adjustment valve 11b may be configured as a manual type adjustment valve or an automatic adjustment valve. For example, the measurement value and the first flow rate of the above-described liquid level sensor are used. It is preferable to be configured as an automatic adjustment valve interlocked with the measured value of the total 11a.

また、循環管路32は、低濃度アンモニア水溶液と蒸気発生熱交換器4で発生した水蒸気とを蒸留塔2内部に導入するために、蒸留塔2に配した第1水蒸気供給部に接続されている。また、蒸留塔2に配した第2水蒸気供給部には、例えば運転スタート時などの非定常時に、水蒸気を蒸留塔2の塔底部の液中に直接吹き込むことが可能なように水蒸気補給部10が接続されている。   The circulation line 32 is connected to a first water vapor supply unit disposed in the distillation column 2 in order to introduce the low-concentration aqueous ammonia solution and the water vapor generated in the steam generation heat exchanger 4 into the distillation column 2. Yes. Further, the second water vapor supply unit disposed in the distillation column 2 is supplied with a water vapor replenishment unit 10 so that water vapor can be directly blown into the liquid at the bottom of the distillation column 2 at an unsteady time such as at the start of operation. Is connected.

蒸気圧縮機3は、蒸留塔2の塔頂部から留出させたアンモニア蒸気及び水蒸気を吸い込んで圧縮加熱し、その圧縮加熱したアンモニア蒸気及び水蒸気を吐出させる圧縮加熱部を有している。   The vapor compressor 3 has a compression heating unit that sucks ammonia vapor and water vapor distilled from the top of the distillation column 2 and compresses and heats them, and discharges the compressed and heated ammonia vapor and water vapor.

この蒸気圧縮機3は、蒸留塔2が、上述のように塔内圧が負圧状態から正圧状態の範囲で運転可能に構成されている場合には、アンモニア蒸気及び水蒸気を、過熱状態も含めて、93℃以上113℃以下の範囲に、好適には96℃以上111℃以下の範囲に圧縮加熱するように構成されている。このような範囲でアンモニア蒸気及び水蒸気を圧縮加熱するように蒸気圧縮機3を設計し、運転させることは、設備投資額及びランニングコスト面で効率が良く、有利となる。   When the distillation column 2 is configured to be operable in a range from a negative pressure state to a positive pressure state as described above, the vapor compressor 3 includes ammonia vapor and water vapor, including an overheated state. The compression heating is performed in the range of 93 ° C. to 113 ° C., preferably in the range of 96 ° C. to 111 ° C. Designing and operating the vapor compressor 3 so as to compress and heat ammonia vapor and water vapor within such a range is efficient and advantageous in terms of capital investment and running cost.

また、この蒸気圧縮機3は、蒸気圧縮機3の回転数を調整すること、及び蒸気圧縮機3の上流側にて給水部8から噴射される水の供給量(噴射量)を調整することなどによって、アンモニア蒸気及び水蒸気の圧縮加熱温度と蒸気圧力とを任意に設定することができる。蒸気圧縮機3にて圧縮加熱されたアンモニア蒸気及び水蒸気は、蒸気圧縮機3と蒸気発生熱交換器4とを接続する第2接続管路22を介して、蒸気発生熱交換器4に送られる。   Moreover, this steam compressor 3 adjusts the rotation speed of the steam compressor 3, and adjusts the supply amount (injection amount) of the water injected from the water supply part 8 in the upstream of the steam compressor 3. The compression heating temperature and vapor pressure of ammonia vapor and water vapor can be arbitrarily set. Ammonia vapor and water vapor compressed and heated by the vapor compressor 3 are sent to the vapor generation heat exchanger 4 through a second connection line 22 that connects the vapor compressor 3 and the vapor generation heat exchanger 4. .

蒸気発生熱交換器4は、縦型の流下式蒸気発生熱交換器として構成されており、蒸気圧縮機3にて圧縮加熱されたアンモニア蒸気及び水蒸気と、循環管路32を介して蒸留塔2に循環させる低濃度アンモニア水溶液との間で熱交換を行って、アンモニア蒸気及び水蒸気の一部を凝縮させるとともに、低濃度アンモニア水溶液を加熱して水蒸気を発生させる熱交換部を備えている。   The steam generating heat exchanger 4 is configured as a vertical downflow steam generating heat exchanger, and the ammonia vapor and steam compressed and heated by the steam compressor 3 and the distillation column 2 through the circulation line 32. A heat exchanging unit is provided that exchanges heat with a low-concentration ammonia aqueous solution to be circulated to condense a part of the ammonia vapor and water vapor, and heats the low-concentration aqueous ammonia solution to generate water vapor.

特に、蒸気発生熱交換器4は、流下方式の多管式熱交換器として構成されていることが好ましい。このような流下方式の多管式熱交換器を用いることにより、蒸留塔2に循環させる低濃度アンモニア水溶液の循環量を少なくできるため、循環ポンプ9の動力が小さくて済み、省エネルギー的である。なお、本発明において、蒸気発生熱交換器4の構成は特に限定されるものではなく、例えば、蒸気発生熱交換器の構造を横型にすることも可能であり、また、強制循環方式の熱交換器を用いることも可能である。   In particular, the steam generating heat exchanger 4 is preferably configured as a multi-pipe heat exchanger with a flow-down method. By using such a down flow type multi-tube heat exchanger, the circulation amount of the low-concentration ammonia aqueous solution to be circulated in the distillation column 2 can be reduced, so that the power of the circulation pump 9 can be small and energy saving. In the present invention, the configuration of the steam generating heat exchanger 4 is not particularly limited. For example, the structure of the steam generating heat exchanger can be a horizontal type, and the forced circulation type heat exchange is also possible. It is also possible to use a vessel.

この場合、流下式蒸気発生熱交換器4における胴側の凝縮液温度は、圧縮加熱されたアンモニア蒸気及び水蒸気の温度と同じで、93℃以上113℃以下に、好適には96℃以上111℃以下に設定されている。   In this case, the temperature of the condensate on the cylinder side in the downflow-type steam generating heat exchanger 4 is the same as that of the compressed and heated ammonia vapor and water vapor, and is 93 ° C or higher and 113 ° C or lower, preferably 96 ° C or higher and 111 ° C or lower. It is set as follows.

この蒸気発生熱交換器4は、蒸気圧縮機3にて圧縮加熱されたアンモニア蒸気及び水蒸気を導入する圧縮蒸気導入部と、熱交換部にて凝縮した凝縮液と未凝縮のアンモニア蒸気及び水蒸気とを気液分離器5に向けて導出する第1導出部と、熱交換部の上方に未凝縮のアンモニア蒸気が滞留する場合にその未凝縮のアンモニア蒸気及びそれに同伴する水蒸気を冷却・凝縮器6に向けて導出する第2導出部とを有している。   The steam generating heat exchanger 4 includes a compressed steam introducing unit that introduces ammonia vapor and water vapor compressed and heated by the vapor compressor 3, a condensed liquid condensed in the heat exchange unit, uncondensed ammonia vapor and water vapor, The first deriving unit for deriving the gas toward the gas-liquid separator 5, and when the uncondensed ammonia vapor stays above the heat exchange unit, the uncondensed ammonia vapor and the accompanying water vapor are cooled and condensed by the condenser 6 And a second derivation unit that derives toward.

特に、本実施形態の蒸気発生熱交換器4では、圧縮加熱されたアンモニア蒸気及び水蒸気を、熱交換部の上方側から下方側に向けて流通させて効率的に凝縮させるために、圧縮蒸気導入部は、蒸気発生熱交換器4の上部に配されており、第1導出部は、蒸気発生熱交換器4の下部に配されている。また、第2導出部は、熱交換部の上方に滞留するアンモニア蒸気を導出して冷却・凝縮器6に円滑に送るために、圧縮蒸気導入部よりも上方に配されている。   In particular, in the steam generating heat exchanger 4 of the present embodiment, compressed steam is introduced in order to efficiently condense and heat the compressed and heated ammonia vapor and water vapor from the upper side to the lower side of the heat exchange unit. The part is arranged at the upper part of the steam generating heat exchanger 4, and the first derivation part is arranged at the lower part of the steam generating heat exchanger 4. The second lead-out part is arranged above the compressed steam introduction part in order to lead out ammonia vapor staying above the heat exchange part and smoothly send it to the cooling / condenser 6.

蒸気発生熱交換器4の第1導出部には、蒸気発生熱交換器4と気液分離器5とを連通する第3接続管路23が接続されており、蒸気発生熱交換器4にて凝縮した凝縮液と未凝縮のアンモニア蒸気及び水蒸気とを気液分離器5に直接送ることができる。   Connected to the first derivation section of the steam generating heat exchanger 4 is a third connection line 23 that communicates the steam generating heat exchanger 4 and the gas-liquid separator 5. The condensed condensate and uncondensed ammonia vapor and water vapor can be sent directly to the gas-liquid separator 5.

この場合、第3接続管路23は、例えば蒸気発生熱交換器4にて凝縮した凝縮液で第3接続管路23内が満たされてしまうと、蒸気発生熱交換器4で凝縮しなかったアンモニア蒸気及び水蒸気を気液分離器5に円滑に送ることができず、蒸気発生熱交換器4の働きが不安定となることが考えられる。更に、気液分離器5内へアンモニア蒸気及び水蒸気を導入する際に、第3接続管路23の出口側で凝縮液に脈動(波立ち)が生じて、アンモニア蒸気及び水蒸気の導入が不規則になり、気液分離器5内でミストが発生し易くなることが考えられる。   In this case, the third connection pipe 23 is not condensed in the steam generation heat exchanger 4 when the inside of the third connection pipe 23 is filled with, for example, a condensate condensed in the steam generation heat exchanger 4. It is conceivable that ammonia vapor and water vapor cannot be smoothly sent to the gas-liquid separator 5 and the operation of the steam generating heat exchanger 4 becomes unstable. Further, when ammonia vapor and water vapor are introduced into the gas-liquid separator 5, pulsation (ripple) is generated in the condensate on the outlet side of the third connection line 23, and the introduction of ammonia vapor and water vapor is irregular. Therefore, it is conceivable that mist is easily generated in the gas-liquid separator 5.

このような不具合の発生を防止するために、本実施形態では、第3接続管路23が、凝
縮液で満水状態にならずに、凝縮液と未凝縮のアンモニア蒸気及び水蒸気とを円滑に流通させることが可能な口径サイズを有している。
In order to prevent the occurrence of such a problem, in the present embodiment, the third connection pipe line 23 smoothly circulates the condensate, uncondensed ammonia vapor, and water vapor without being full of condensate. It has an aperture size that can be adjusted.

例えば、本実施形態の第3接続管路23は、蒸気圧縮機3から蒸気発生熱交換器4に導入されたアンモニア蒸気及び水蒸気が全て凝縮し、その凝縮した凝縮液が第3接続管路23に流れることを想定した場合に、第3接続管路23内を流れる凝縮液の液面上部に、第3接続管路23の全断面積に対して5%以上の空間部、好適には15%以上の余裕のある空間部が形成されるような口径サイズを有していることが好ましい。   For example, in the third connection line 23 of the present embodiment, ammonia vapor and water vapor introduced from the steam compressor 3 to the steam generating heat exchanger 4 are all condensed, and the condensed condensate is the third connection line 23. In the upper part of the liquid level of the condensate flowing in the third connection pipe 23, a space part of 5% or more with respect to the total cross-sectional area of the third connection pipe 23, preferably 15 It is preferable that the aperture size is such that a space having a margin of at least% is formed.

また、蒸気発生熱交換器4の第2導出部には、蒸気発生熱交換器4と冷却・凝縮器6とを連通する第4接続管路24が接続されており、この第4接続管路24上には、蒸気発生熱交換器4から冷却・凝縮器6に流れるアンモニア蒸気及び水蒸気の流量を測定する第2流量計12aと、当該アンモニア蒸気及び水蒸気の流量を調整する第2流量調整弁12bとが配されている。   Further, a fourth connection pipe 24 that connects the steam generation heat exchanger 4 and the cooling / condenser 6 is connected to the second lead-out portion of the steam generation heat exchanger 4, and this fourth connection pipe 24, a second flow meter 12a for measuring the flow rate of ammonia vapor and water vapor flowing from the steam generating heat exchanger 4 to the cooling / condenser 6, and a second flow rate adjusting valve for adjusting the flow rate of the ammonia vapor and water vapor. 12b.

この第2流量調整弁12bが配されていることにより、蒸気発生熱交換器4の状況に応じて、アンモニア蒸気及び水蒸気を、第4接続管路24を介して冷却・凝縮器6に流すか否かを選択することが可能となる。   By providing the second flow rate adjusting valve 12b, whether ammonia vapor and water vapor are allowed to flow to the cooling / condenser 6 via the fourth connection line 24 depending on the situation of the steam generating heat exchanger 4. It is possible to select whether or not.

この場合、第2流量調整弁12bは、手動式の調整弁として構成されていても、又は自動調整弁として構成されていても良いが、例えば冷却・凝縮器6の導出部から導出されるアンモニア蒸気の温度及び第2流量計12aの測定値と連動させた自動調整弁として構成されていることが好ましい。   In this case, the second flow rate adjustment valve 12b may be configured as a manual adjustment valve or an automatic adjustment valve. For example, ammonia derived from the deriving unit of the cooling / condenser 6 may be used. It is preferably configured as an automatic adjustment valve linked with the temperature of the steam and the measured value of the second flow meter 12a.

また、蒸気発生熱交換器4は、蒸留塔2の塔底部から缶出させた低濃度アンモニア水溶液を内部に導入する液体導入部と、熱交換部を通過した低濃度アンモニア水溶液及び熱交換部にて発生させた水蒸気を蒸留塔2に向けて導出する第3導出部とを有している。   Further, the steam generating heat exchanger 4 includes a liquid introduction part for introducing a low-concentration aqueous ammonia solution extracted from the bottom of the distillation column 2 into the inside, and a low-concentration aqueous ammonia solution and a heat exchange part that have passed through the heat exchange part. And a third derivation unit for deriving the water vapor generated toward the distillation column 2.

気液分離器5は、蒸気発生熱交換器4にて凝縮した凝縮液から、蒸気発生熱交換器4では凝縮しなかったアンモニア蒸気及び水蒸気を分離する気液分離部を備えている。この気液分離器5には、気液分離部で分離した凝縮液を蒸留塔2に還流させる還流管路34と、気液分離器5で分離したアンモニア蒸気及び水蒸気を冷却・凝縮器6に送る第5接続管路25とが接続されている。   The gas-liquid separator 5 includes a gas-liquid separator that separates ammonia vapor and water vapor not condensed in the steam generating heat exchanger 4 from the condensate condensed in the steam generating heat exchanger 4. In this gas-liquid separator 5, the reflux line 34 for refluxing the condensate separated in the gas-liquid separator to the distillation column 2, and the ammonia vapor and water vapor separated in the gas-liquid separator 5 are supplied to the cooling / condenser 6. The fifth connecting pipe 25 to be sent is connected.

還流管路34上には、凝縮液を蒸留塔2に送るための還流ポンプ13と、還流ポンプ13の下流側に配され、還流管路34を流通して蒸留塔2に戻る凝縮液(還流液)の流量を測定する第3流量計16aと、その凝縮液(還流液)の流量を調整する第3流量調整弁16bとが配されている。   On the reflux line 34, a reflux pump 13 for sending the condensate to the distillation column 2 and a condensate (reflux) that is arranged downstream of the reflux pump 13 and returns to the distillation column 2 through the reflux line 34. A third flow meter 16a for measuring the flow rate of the liquid) and a third flow rate adjusting valve 16b for adjusting the flow rate of the condensate (reflux liquid) are arranged.

第3流量調整弁16bの開閉は、気液分離器5内の液面レベルを測定する不図示の液面レベルセンサの測定値と第3流量計16aの測定値とに基づいて制御されており、この第3流量調整弁16bを調整して還流液の流量を制御することにより、気液分離器5内の液面レベルを制御でき、且つ、還流ポンプ13の出口側の圧力を高く維持して還流液の沸騰を防止することができる。   The opening and closing of the third flow rate adjustment valve 16b is controlled based on the measured value of a liquid level sensor (not shown) that measures the liquid level in the gas-liquid separator 5 and the measured value of the third flow meter 16a. By adjusting the third flow rate adjusting valve 16b to control the flow rate of the reflux liquid, the liquid level in the gas-liquid separator 5 can be controlled, and the pressure on the outlet side of the reflux pump 13 is kept high. Thus, boiling of the reflux liquid can be prevented.

この場合、第3流量調整弁16bは、手動式の調整弁として構成されていても、又は自動調整弁として構成されていても良いが、例えば上述の気液分離器5内の液面レベルを測定する液面レベルセンサの測定値及び第3流量計16aの測定値と連動させた自動調整弁として構成されていることが好ましい。   In this case, the third flow rate adjustment valve 16b may be configured as a manual type adjustment valve or an automatic adjustment valve. For example, the liquid level in the gas-liquid separator 5 described above is set. It is preferably configured as an automatic adjustment valve that is linked to the measured value of the liquid level sensor to be measured and the measured value of the third flow meter 16a.

更に本実施形態では、還流管路34上の還流ポンプ13と第3流量計16aとの間に、還流液を冷却する還流冷却器17が配されている。この還流冷却器17は、多管式で構成されていても、又はプレート式で構成されていても良い。また、還流冷却器17は、冷媒を導入する冷媒導入部と、冷媒を導出する冷媒導出部と、冷媒導入部に配され、冷媒の導入量を調整する図示しない流量調整弁とを備えている。この場合、冷媒の導入量を調整する図示しない流量調整弁は、手動式の調整弁として構成されていても、又は自動調整弁として構成されていても良い。また、冷媒は特に限定されるものではなく、冷水や冷風を用いることができる。   Further, in the present embodiment, a reflux cooler 17 for cooling the reflux liquid is disposed between the reflux pump 13 on the reflux line 34 and the third flow meter 16a. The reflux cooler 17 may be a multi-tube type or a plate type. The reflux cooler 17 includes a refrigerant introduction unit that introduces a refrigerant, a refrigerant extraction unit that derives the refrigerant, and a flow rate adjustment valve (not shown) that is arranged in the refrigerant introduction unit and adjusts the introduction amount of the refrigerant. . In this case, a flow rate adjustment valve (not shown) for adjusting the amount of refrigerant introduced may be configured as a manual adjustment valve or an automatic adjustment valve. The refrigerant is not particularly limited, and cold water or cold air can be used.

また、この還流冷却器17には、還流冷却器17の導出口側に配されて還流液の温度を測定する図示しない還流液温度計と、蒸留塔2の塔頂部の温度を測定する図示しない塔頂部温度計とが接続されている。これにより、還流冷却器17では、両温度計により測定された還流液の温度と塔頂部の温度とを比較して、還流冷却器17にて還流液の冷却を行うか否かを判断するとともに、蒸留塔2に戻される還流液の温度が所定の温度よりも高い場合には、その還流液の温度が蒸留塔2の塔頂部の温度よりも所定温度(具体的には2〜5℃程度)だけ低くなるように、図示しない流量調整弁で冷媒の導入量が調整されて還流液が所定の温度まで冷却される。   The reflux cooler 17 includes a reflux liquid thermometer (not shown) that is disposed on the outlet side of the reflux cooler 17 and measures the temperature of the reflux liquid, and a temperature of the top of the distillation column 2 that is not shown. A tower top thermometer is connected. Thereby, the reflux cooler 17 compares the temperature of the reflux liquid measured by both thermometers with the temperature at the top of the tower, and determines whether or not the reflux liquid is cooled by the reflux cooler 17. When the temperature of the reflux liquid returned to the distillation column 2 is higher than a predetermined temperature, the temperature of the reflux liquid is a predetermined temperature (specifically, about 2 to 5 ° C.) than the temperature at the top of the distillation column 2. The amount of refrigerant introduced is adjusted by a flow rate adjustment valve (not shown) so that the reflux liquid is cooled to a predetermined temperature.

なお、蒸留塔2に戻される還流液の温度を測定する還流液温度計は、還流冷却器17の導出口側ではなく、還流冷却器17の導入口側に配されていても良い。更に、本実施形態においては、還流冷却器17自体の設置を省略することも可能であり、蒸留塔に供給するアンモニア水溶液の濃度やアンモニア分離装置1の運転方法等に応じて、還流冷却器17を設置するか否かを任意に選択することができる。   Note that the reflux liquid thermometer for measuring the temperature of the reflux liquid returned to the distillation column 2 may be arranged on the inlet side of the reflux condenser 17 instead of the outlet side of the reflux condenser 17. Furthermore, in this embodiment, it is possible to omit the installation of the reflux cooler 17 itself. Depending on the concentration of the aqueous ammonia solution supplied to the distillation tower, the operation method of the ammonia separation device 1, etc., the reflux cooler 17 It can be arbitrarily selected whether or not to install.

冷却・凝縮器6は、気液分離器5で分離したアンモニア蒸気及び水蒸気を所定の温度に冷却して凝縮させる冷却・凝縮部を備えている。本実施形態において、冷却・凝縮器6は、冷媒を導入する冷媒導入部6a及び冷媒を導出する冷媒導出部6bを備えた管型熱交換器により構成されており、冷媒導入部6aには、冷媒の導入量を調整する第4流量調整弁6cが設けられている。   The cooling / condenser 6 includes a cooling / condensing unit that cools and condenses ammonia vapor and water vapor separated by the gas-liquid separator 5 to a predetermined temperature. In the present embodiment, the cooling / condenser 6 is configured by a tubular heat exchanger having a refrigerant introduction portion 6a for introducing a refrigerant and a refrigerant derivation portion 6b for deriving the refrigerant. In the refrigerant introduction portion 6a, A fourth flow rate adjustment valve 6c that adjusts the amount of refrigerant introduced is provided.

この場合、管型熱交換器は、縦型でも横型でも良く、また、アンモニア蒸気の冷却は、胴側で行っても良いし、管内側で行っても良い。更に、冷媒の媒体は特に限定されるものではなく、冷水や冷風を用いることができる。また、冷却・凝縮部は、例えば気液分離器5の上部に大きな空間部を確保して、その空間部に冷却・凝縮管を配置することによって、冷却・凝縮器6の代替として構成されていても良い。   In this case, the tube heat exchanger may be a vertical type or a horizontal type, and ammonia vapor may be cooled on the barrel side or inside the tube. Furthermore, the medium of the refrigerant is not particularly limited, and cold water or cold air can be used. The cooling / condensing unit is configured as an alternative to the cooling / condensing unit 6 by, for example, securing a large space in the upper portion of the gas-liquid separator 5 and arranging a cooling / condensing tube in the space. May be.

また、冷却・凝縮器6には、冷却・凝縮部で冷却したアンモニア蒸気とそのアンモニア蒸気に同伴する水蒸気とを次工程のアンモニア処理手段に搬送する搬送管路35と、冷却・凝縮部におけるアンモニア蒸気及び水蒸気の凝縮により生成された凝縮液を気液分離器5に戻す第6接続管路26とが接続されている。   The cooling / condenser 6 includes a transport line 35 for transporting ammonia vapor cooled in the cooling / condensing unit and water vapor accompanying the ammonia vapor to the ammonia processing means in the next process, and ammonia in the cooling / condensing unit. A sixth connection pipe 26 is connected to return the condensate produced by the condensation of steam and water vapor to the gas-liquid separator 5.

更に、搬送管路35上には、アンモニア蒸気とそれに同伴する水蒸気とを吸引してアンモニア処理手段に送る吸引装置14と、冷却・凝縮器6及び吸引装置14間に配された圧力調整弁15とが配されている。   Furthermore, a suction device 14 that sucks ammonia vapor and water vapor accompanying the ammonia vapor and sends it to the ammonia treatment means on the transport line 35, and a pressure adjustment valve 15 disposed between the cooling / condenser 6 and the suction device 14. And are arranged.

このように吸引装置14及び圧力調整弁15が冷却・凝縮器6の下流側に配されていることにより、冷却・凝縮器6にて冷却されたアンモニア蒸気を次工程のアンモニア処理手段に確実に送ることができる。また、冷却・凝縮器6内におけるアンモニア蒸気と水蒸気の合計圧力を容易に制御することが可能となり、例えば冷却・凝縮器6をその内部圧力が常圧の状態で運転させるだけでなく、大気圧未満の状態で運転させることも、或いは、内
部圧力が大気圧を超える状態で運転させることも可能となる。
As described above, the suction device 14 and the pressure regulating valve 15 are arranged on the downstream side of the cooling / condenser 6, so that the ammonia vapor cooled by the cooling / condenser 6 can be reliably supplied to the ammonia treatment means in the next step. Can send. Further, the total pressure of ammonia vapor and water vapor in the cooling / condenser 6 can be easily controlled. For example, the cooling / condenser 6 is operated not only at an internal pressure but also at atmospheric pressure. It is also possible to operate in a state of less than or to operate in a state where the internal pressure exceeds atmospheric pressure.

本実施形態では、アンモニア分解装置の設備費用を安価に抑えるために、吸引装置14を稼動させて、冷却・凝縮器6を大気圧以下の圧力下で運転させる。なお、冷却・凝縮器6を常圧下で運転させる場合には、圧力調整弁15の設置を省略することも可能である。   In the present embodiment, the suction device 14 is operated and the cooling / condenser 6 is operated under a pressure equal to or lower than atmospheric pressure in order to keep the equipment cost of the ammonia decomposing apparatus low. In the case where the cooling / condenser 6 is operated under normal pressure, the installation of the pressure regulating valve 15 can be omitted.

本実施形態のアンモニア分離装置1では、このように気液分離器5の下流側に冷却・凝縮器6を配置して、気液分離器5にて凝縮液から分離したアンモニア蒸気を所定の温度に冷却するため、搬送管路35を介して次工程のアンモニア処理手段に搬送する気体(アンモニア含有蒸気)中におけるアンモニア蒸気の割合を確実に高くすることができる(言い換えると、水蒸気の割合を低くすることができる)。   In the ammonia separation device 1 of the present embodiment, the cooling / condenser 6 is arranged on the downstream side of the gas-liquid separator 5 in this way, and the ammonia vapor separated from the condensate by the gas-liquid separator 5 has a predetermined temperature. Therefore, the proportion of ammonia vapor in the gas (ammonia-containing vapor) conveyed to the ammonia treatment means in the next process via the conveyance pipeline 35 can be reliably increased (in other words, the proportion of water vapor is decreased). can do).

この場合、冷却・凝縮器6では、後述するように、アンモニア処理手段に搬送するアンモニア含有蒸気全体に対するアンモニア蒸気のモル分率が50%以上となるように、気液分離器5から送られたアンモニア蒸気及び水蒸気を、例えば冷却・凝縮器6の出口を大気圧とする場合は83℃以下に冷却することが好ましい。   In this case, as will be described later, the cooling / condenser 6 is sent from the gas-liquid separator 5 so that the molar fraction of ammonia vapor to the whole ammonia-containing vapor conveyed to the ammonia treatment means is 50% or more. It is preferable to cool the ammonia vapor and water vapor to 83 ° C. or lower when the outlet of the cooling / condenser 6 is at atmospheric pressure, for example.

次に、上述のような構成を有する本実施形態のアンモニア分離装置1を用いて、蒸留塔2内でアンモニア濃度が3重量%以下のアンモニア水溶液からアンモニアを蒸発させた後、排出管路33を介して低濃度のアンモニア水溶液を排出するとともに、搬送管路35を介してアンモニア蒸気を次工程のアンモニア処理手段に搬送する方法について説明する。   Next, ammonia is evaporated from an aqueous ammonia solution having an ammonia concentration of 3 wt% or less in the distillation tower 2 using the ammonia separation device 1 of the present embodiment having the above-described configuration, and then the discharge pipe 33 is connected. A method for discharging a low-concentration aqueous ammonia solution and conveying ammonia vapor to the ammonia treatment means in the next step through the conveyance pipe 35 will be described.

本実施形態に係るアンモニア分離方法は、アンモニアを含有するアンモニア水溶液(原水)におけるアンモニア濃度が3重量%以下の場合に、設備投資額及びランニングコストの面で有利なアンモニアの分離方法であり、アンモニアの絶対量が少ないために、アンモニアをリサイクル目的で回収するよりも、酸化処理により無害化処理する方がコストの面でも安定操業の面でもメリットが得られる場合に好適に用いられる。   The ammonia separation method according to this embodiment is an ammonia separation method that is advantageous in terms of capital investment and running cost when the ammonia concentration in an ammonia aqueous solution (raw water) containing ammonia is 3% by weight or less. Since the absolute amount of NO is small, it is preferably used when the detoxification treatment by the oxidation treatment is more advantageous in terms of cost and stable operation than the recovery of ammonia for the purpose of recycling.

また、本実施形態に係る分離方法は、アンモニアと水のように同じ温度にて相互の蒸気圧の差が大きい物質を分離する場合に好適に適用される。この場合、分離される物質の混合原液は、水溶液であっても溶剤液体であっても良い。   In addition, the separation method according to the present embodiment is suitably applied to the case of separating substances having a large difference in vapor pressure at the same temperature, such as ammonia and water. In this case, the mixed stock solution of the substances to be separated may be an aqueous solution or a solvent liquid.

本実施形態に係るアンモニア分離方法では、先ず、工場などから排水されるアンモニア濃度が3重量%以下(例えば、0.05〜1重量%程度)のアンモニア水溶液(原水)を、予熱用熱交換器7にて予備加熱した後、蒸留塔2の塔頂部近傍に配された原水供給部から蒸留塔2内部に供給する。また同時に、循環管路32を介して水蒸気を蒸留塔2の塔底部に供給する。   In the ammonia separation method according to this embodiment, first, an aqueous ammonia solution (raw water) having a concentration of ammonia of 3% by weight or less (for example, about 0.05 to 1% by weight) discharged from a factory or the like is used as a heat exchanger for preheating. After preheating at 7, the raw water is supplied to the inside of the distillation column 2 from the raw water supply unit arranged near the top of the distillation column 2. At the same time, water vapor is supplied to the bottom of the distillation column 2 through the circulation line 32.

塔底部への水蒸気の供給は、例えば運転スタート時などの非定常時には、水蒸気補給部10から蒸留塔2の塔底部の液中に直接行われる。また、定常時には、水蒸気補給部10を使用せずに、蒸留塔2の塔底部から缶出させた低濃度アンモニア水溶液を循環管路32を介して蒸気発生熱交換器4に送り、蒸気発生熱交換器4にて低濃度アンモニア水溶液を加熱して水蒸気を発生させ、その発生させた水蒸気を、低濃度アンモニア水溶液とともに循環管路32を介して蒸留塔2の塔底部に循環させることにより、塔底部へ水蒸気が供給される。   The supply of water vapor to the bottom of the column is performed directly from the water vapor replenishment unit 10 into the liquid at the bottom of the distillation column 2 at an unsteady time such as at the start of operation. In a steady state, the low-concentration aqueous ammonia solution taken out from the bottom of the distillation column 2 is sent to the steam generating heat exchanger 4 through the circulation line 32 without using the steam replenishing unit 10, By heating the low-concentration aqueous ammonia solution in the exchanger 4 to generate water vapor, and circulating the generated water vapor together with the low-concentration aqueous ammonia solution through the circulation line 32 to the bottom of the distillation column 2, Water vapor is supplied to the bottom.

アンモニア水溶液(原水)と水蒸気とが供給された蒸留塔2の内部では、塔頂部側から流下する原水及び還流管路34から流入する還流液と塔底部から上昇する水蒸気とが向流的に接触することによりアンモニアを蒸発させて、そのアンモニア蒸気を水蒸気とともに塔頂部の蒸気留出部から第1接続管路21に留出させる。また、アンモニアを蒸発させる
ことにより、アンモニア水溶液のアンモニア濃度を所定の排水許容濃度(例えば、50ppm以下)まで低減させ、その低濃度のアンモニア水溶液を塔底部の液体缶出部から循環管路32に缶出させる。
In the distillation column 2 to which an aqueous ammonia solution (raw water) and water vapor are supplied, the raw water flowing down from the top of the column and the reflux liquid flowing in from the reflux line 34 and the water vapor rising from the bottom of the column come into countercurrent contact. As a result, the ammonia is evaporated, and the ammonia vapor is distilled together with the water vapor from the vapor distillation portion at the top of the tower to the first connecting pipe 21. Further, by evaporating the ammonia, the ammonia concentration of the aqueous ammonia solution is reduced to a predetermined allowable drainage concentration (for example, 50 ppm or less), and the low-concentration aqueous ammonia solution is transferred from the liquid outlet at the bottom of the tower to the circulation line 32. Take out.

このとき、本実施形態の蒸留塔2では、原水と水蒸気の供給量などを制御して、塔頂部における内部温度が85℃以上104℃以下となるように、好ましくは90℃以上100℃未満となるようにしてアンモニアの蒸発が行われる。また、蒸留塔2の塔頂部から留出するアンモニア蒸気と水蒸気の混合蒸気(アンモニア含有蒸気)におけるアンモニア濃度は1モル%以上33モル%以下となる。   At this time, in the distillation column 2 of the present embodiment, the supply amount of raw water and steam is controlled, and the internal temperature at the top of the column is 85 ° C. or higher and 104 ° C. or lower, preferably 90 ° C. or higher and lower than 100 ° C. In this way, ammonia is evaporated. Further, the ammonia concentration in the mixed vapor of ammonia vapor and water vapor (ammonia-containing vapor) distilled from the top of the distillation column 2 is 1 mol% or more and 33 mol% or less.

この場合、塔底部の内部温度は、塔頂部と塔底部の間に挿入される充填物又はトレーの圧力損失により、塔頂部の内部温度よりも高くしなければならないため、87℃以上107℃以下、好ましくは91℃以上105℃以下に制御される。   In this case, the internal temperature at the bottom of the column must be higher than the internal temperature at the top of the column due to the pressure loss of the packing or tray inserted between the column top and the bottom of the column. The temperature is preferably controlled to 91 ° C. or higher and 105 ° C. or lower.

また、蒸留塔2の塔底部から缶出させた排水許容濃度のアンモニア水溶液は、上述のように、循環管路32を介して蒸気発生熱交換器4に送られるとともに、蒸留塔2の液面レベルを一定に保持するように蒸留塔2の液面レベルに応じて第1流量調整弁11bの開閉量が制御されることによって、当該アンモニア水溶液の一部が排出管路33を介して外部に排出される。なお、排出管路33を通る低濃度アンモニア水溶液は、外部に排出される前に予熱用熱交換器7に導入されて、原水の予備加熱に用いられる。   Further, the ammonia aqueous solution having an allowable drainage concentration removed from the bottom of the distillation column 2 is sent to the steam generating heat exchanger 4 through the circulation line 32 as described above, and the liquid level of the distillation column 2 is also measured. By controlling the opening / closing amount of the first flow rate adjustment valve 11b in accordance with the liquid level of the distillation column 2 so as to keep the level constant, a part of the ammonia aqueous solution is externally passed through the discharge pipe 33. Discharged. Note that the low-concentration aqueous ammonia solution passing through the discharge pipe 33 is introduced into the preheating heat exchanger 7 before being discharged to the outside and used for preheating raw water.

一方、蒸留塔2の塔頂部から第1接続管路21に留出したアンモニア蒸気とそのアンモニア蒸気に同伴する水蒸気は、蒸気圧縮機3内に直接導入されて圧縮加熱される。このとき、蒸気圧縮機3は、蒸気圧縮機3の回転数を調整することや、蒸気圧縮機3の上流側にて噴射される水の供給量を調整することなどによって、アンモニア蒸気と水蒸気とを93℃以上113℃以下に、好ましくは96℃以上111℃以下に圧縮加熱する。   On the other hand, the ammonia vapor distilled from the top of the distillation column 2 to the first connection pipe 21 and the water vapor accompanying the ammonia vapor are directly introduced into the vapor compressor 3 and compressed and heated. At this time, the steam compressor 3 adjusts the rotation speed of the steam compressor 3 or adjusts the supply amount of water to be injected on the upstream side of the steam compressor 3. Is heated to 93 ° C to 113 ° C, preferably 96 ° C to 111 ° C.

このように圧縮加熱が行われることにより、アンモニア蒸気と水蒸気の混合蒸気(アンモニア含有蒸気)における水蒸気の割合は蒸留塔2からの留出時と同じであるが、続く蒸気発生熱交換器4にて、アンモニア蒸気と水蒸気の混合蒸気は蒸留塔2の塔頂部の温度より高い温度で凝縮することとなる。このように圧縮加熱された高い温度にてアンモニア蒸気と水蒸気を凝縮する場合、水蒸気が主に凝縮するため、凝縮液中のアンモニア濃度が低められて大半のアンモニアがアンモニア蒸気として存在し、それにより、その後、この混合蒸気を後段の冷却・凝縮器6にて冷却することにより、水蒸気を主として凝縮させ、相当分のアンモニア蒸気を蒸気として残し、もって高濃度のアンモニアを凝縮液から分離することが可能となる。   By performing the compression heating in this way, the ratio of water vapor in the mixed vapor of ammonia vapor and water vapor (ammonia-containing vapor) is the same as that when distilling from the distillation column 2, but the subsequent steam generating heat exchanger 4 Thus, the mixed vapor of ammonia vapor and water vapor is condensed at a temperature higher than the temperature at the top of the distillation column 2. When ammonia vapor and water vapor are condensed at a high temperature thus compressed and heated, the water vapor mainly condenses, so the ammonia concentration in the condensate is lowered and most of the ammonia exists as ammonia vapor, thereby Thereafter, the mixed vapor is cooled by the subsequent cooling / condenser 6 to mainly condense the water vapor, leaving a considerable amount of ammonia vapor as the vapor, thereby separating the high-concentration ammonia from the condensate. It becomes possible.

この蒸気圧縮機3で圧縮加熱されたアンモニア含有蒸気は、第2接続管路22を介して流下式蒸気発生熱交換器4に送られる。蒸気発生熱交換器4では、蒸気圧縮機3で圧縮加熱されたアンモニア含有蒸気と、循環管路32を介して蒸留塔2に循環させる低濃度アンモニア水溶液との間で熱交換が行われて、アンモニア含有蒸気の一部を凝縮させるとともに、上述のように低濃度アンモニア水溶液を加熱して水蒸気を発生させる。このとき、蒸気発生熱交換器4において凝縮された凝縮液の温度は、圧縮加熱された状態のアンモニア含有蒸気と略同じ温度(すなわち、93℃以上113℃以下に、好ましくは96℃以上111℃以下)となる。   The ammonia-containing steam compressed and heated by the steam compressor 3 is sent to the flow-down steam generating heat exchanger 4 through the second connection pipe 22. In the steam generating heat exchanger 4, heat exchange is performed between the ammonia-containing steam compressed and heated by the steam compressor 3 and the low-concentration aqueous ammonia solution circulated to the distillation tower 2 through the circulation line 32. While condensing a part of the ammonia-containing vapor, the low-concentration aqueous ammonia solution is heated as described above to generate water vapor. At this time, the temperature of the condensate condensed in the steam generating heat exchanger 4 is substantially the same as that of the ammonia-containing steam in a compressed and heated state (that is, 93 ° C to 113 ° C, preferably 96 ° C to 111 ° C). The following.

蒸気発生熱交換器4にて凝縮した凝縮液と、蒸気発生熱交換器4にて凝縮しなかった未凝縮のアンモニア含有蒸気とは、第3接続管路23を介して気液分離器5に送られる。このとき、第3接続管路23は、前述のように所定の口径サイズを有しているため、第3接続管路23内を凝縮液で満水状態にすることなく、凝縮液とアンモニア含有蒸気とを気液
分離器5に向けて円滑に流通させることができる。
The condensate condensed in the steam generating heat exchanger 4 and the uncondensed ammonia-containing steam that has not been condensed in the steam generating heat exchanger 4 are supplied to the gas-liquid separator 5 via the third connection line 23. Sent. At this time, since the third connecting pipe 23 has a predetermined size as described above, the condensate and the ammonia-containing vapor are not filled with the condensate in the third connecting pipe 23. Can be smoothly circulated toward the gas-liquid separator 5.

また本実施形態では、例えば蒸気発生熱交換器4にて熱交換を行う際に、アンモニア蒸気の分子量が水蒸気よりも小さいために蒸気圧縮機3の上部に未凝縮のアンモニア蒸気が滞留する場合、蒸気発生熱交換器4の働きが不安定になる虞れがある。そのため、蒸気圧縮機3の上部に未凝縮のアンモニア蒸気が滞留する場合には、第4接続管路24上に配された第2流量調整弁12bを開いて、その滞留している未凝縮のアンモニア蒸気と、そのアンモニア蒸気に同伴する水蒸気とを、第4接続管路24を介して冷却・凝縮器6に流通させる。なお、蒸気圧縮機3の上部にアンモニア蒸気が滞留しない場合には、第2流量調整弁12bを閉じて、蒸気圧縮機3から冷却・凝縮器6へのアンモニア蒸気の流通を停止させても良い。   In the present embodiment, for example, when heat exchange is performed in the steam generation heat exchanger 4, when the uncondensed ammonia vapor stays in the upper part of the vapor compressor 3 because the molecular weight of the ammonia vapor is smaller than that of the water vapor, There exists a possibility that the operation | movement of the steam generation heat exchanger 4 may become unstable. Therefore, when uncondensed ammonia vapor stays in the upper part of the steam compressor 3, the second flow rate adjustment valve 12b arranged on the fourth connection pipe 24 is opened, and the staying uncondensed uncondensed water is opened. The ammonia vapor and the water vapor accompanying the ammonia vapor are circulated to the cooling / condenser 6 via the fourth connection pipe 24. When ammonia vapor does not stay in the upper part of the vapor compressor 3, the second flow rate adjustment valve 12b may be closed to stop the flow of ammonia vapor from the vapor compressor 3 to the cooling / condenser 6. .

次に、凝縮液とアンモニア含有蒸気とが導入された気液分離器5では、凝縮液とアンモニア含有蒸気とを分離し、その分離したアンモニア含有蒸気を、第5接続管路25を介して冷却・凝縮器6に流通させる。   Next, in the gas-liquid separator 5 into which the condensate and the ammonia-containing vapor are introduced, the condensate and the ammonia-containing vapor are separated, and the separated ammonia-containing vapor is cooled via the fifth connection line 25.・ Distribute to the condenser 6.

また同時に、分離した凝縮液を還流管路34に導出し、還流ポンプ13によって、還流冷却器17及び第3流量調整弁16bを介して蒸留塔2の塔頂部に還流させる。この場合、気液分離器5は冷却・凝縮器6よりも上流側に配されているため、蒸留塔2に還流させる凝縮液は、冷却・凝縮器6による冷却の一部しか受けておらず、高い熱エネルギーを有している。このため、気液分離器5にて分離した凝縮液を蒸留塔2に還流させても、蒸留塔2の内部温度が低下することを防ぎ、省エネルギー化を図ることができる。   At the same time, the separated condensate is led out to the reflux line 34 and is refluxed by the reflux pump 13 to the top of the distillation column 2 via the reflux cooler 17 and the third flow rate adjusting valve 16b. In this case, since the gas-liquid separator 5 is arranged upstream of the cooling / condenser 6, the condensate to be refluxed to the distillation column 2 receives only a part of the cooling by the cooling / condenser 6. Have high thermal energy. For this reason, even if the condensate separated by the gas-liquid separator 5 is refluxed to the distillation column 2, the internal temperature of the distillation column 2 can be prevented from decreasing and energy saving can be achieved.

また本実施形態において、気液分離器5から蒸留塔2に還流させる凝縮液(還流液)には、蒸気発生熱交換器4にて凝縮して気液分離器5にて分離された凝縮液だけでなく、後述するように冷却・凝縮器6にて凝縮した凝縮液が含まれているものの、その還流液の温度は、蒸留塔2の塔頂部の温度よりも若干高くなる場合がある。このように還流管路34を流通する還流液の温度が蒸留塔2の塔頂部の温度よりも高い場合には、還流ポンプ13の出口側にて断熱膨張(沸騰)が生じ、ガラガラという異音や配管振動を起こす虞れがある。   In this embodiment, the condensate (reflux) to be refluxed from the gas-liquid separator 5 to the distillation column 2 is condensed by the steam generating heat exchanger 4 and separated by the gas-liquid separator 5. In addition to the condensate condensed in the cooling / condenser 6 as described later, the temperature of the reflux liquid may be slightly higher than the temperature at the top of the distillation column 2. In this way, when the temperature of the reflux liquid flowing through the reflux pipe 34 is higher than the temperature at the top of the distillation column 2, adiabatic expansion (boiling) occurs on the outlet side of the reflux pump 13, and an abnormal noise called rattling is generated. And there is a risk of pipe vibration.

しかし、本実施形態のように、還流管路34上の還流ポンプ13の下流側に還流冷却器17及び第3流量調整弁16bを設置し、還流冷却器17にて還流液を蒸留塔2の塔頂部の温度よりも低い温度まで冷却するとともに、第3流量調整弁16bにて還流液の流量を調整して還流ポンプ13の出口側における圧力を高くすることにより、還流ポンプ13の出口側にて沸騰が生じることを確実に防止して、異音や配管振動を発生させることなく、還流液を蒸留塔2の塔頂部に円滑に還流させることができる。特に本実施形態においては、アンモニア分離装置を安全に運転させるために、還流液は、還流冷却器17にて、蒸留塔2の塔頂部の温度よりも2〜5℃程度低い温度に冷却される。   However, as in the present embodiment, the reflux condenser 17 and the third flow rate adjustment valve 16b are installed on the reflux pipe 34 on the downstream side of the reflux pump 13, and the reflux liquid is supplied to the distillation tower 2 by the reflux condenser 17. While cooling to a temperature lower than the temperature at the top of the tower, the flow rate of the reflux liquid is adjusted by the third flow rate adjusting valve 16b to increase the pressure on the outlet side of the reflux pump 13, thereby bringing the outlet side of the reflux pump 13 to the outlet side. Therefore, the reflux liquid can be smoothly refluxed to the top of the distillation column 2 without causing abnormal noise or piping vibration. In particular, in this embodiment, in order to safely operate the ammonia separation apparatus, the reflux liquid is cooled to a temperature lower by about 2 to 5 ° C. than the temperature at the top of the distillation column 2 by the reflux cooler 17. .

そして、気液分離器5からアンモニア蒸気及び水蒸気が送られるとともに、蒸気発生熱交換器4からもアンモニア蒸気及び水蒸気が送られた冷却・凝縮器6では、これらのアンモニア蒸気及び水蒸気を所定の温度に、例えば83℃以下に冷却して凝縮させる。これにより、アンモニア蒸気に同伴する水蒸気量を少なくして、搬送管路35を介して次工程のアンモニア処理手段に搬送されるアンモニア含有蒸気のアンモニア濃度を高めることができる。   In the cooling / condenser 6 to which ammonia vapor and water vapor are sent from the gas-liquid separator 5 and ammonia vapor and water vapor are also sent from the steam generating heat exchanger 4, these ammonia vapor and water vapor are supplied to a predetermined temperature. For example, it is cooled to 83 ° C. or lower and condensed. Thereby, the amount of water vapor accompanying the ammonia vapor can be reduced, and the ammonia concentration of the ammonia-containing vapor conveyed to the ammonia treatment means in the next process via the conveyance pipeline 35 can be increased.

この場合、気液分離器5及び蒸気発生熱交換器4から冷却・凝縮器6に導入されるアンモニア蒸気及び水蒸気の温度は、蒸気圧縮機3に圧縮加熱された温度である93℃以上であり、例えば、この93℃以上のアンモニア蒸気に同伴する水蒸気は、混合蒸気全体のお
よそ75モル%程度以上と大量となる。
In this case, the temperature of ammonia vapor and water vapor introduced from the gas-liquid separator 5 and the steam generating heat exchanger 4 to the cooling / condenser 6 is 93 ° C. or higher, which is the temperature compressed and heated by the vapor compressor 3. For example, the water vapor accompanying the ammonia vapor at 93 ° C. or higher becomes a large amount of about 75 mol% or more of the entire mixed vapor.

一方、本実施形態では、上述のように冷却・凝縮器6にてアンモニア蒸気及び水蒸気を83℃以下に冷却することによって、水蒸気が積極的に結露するため、冷却されたアンモニア蒸気とそのアンモニア蒸気に同伴する水蒸気との混合蒸気において、アンモニア蒸気の割合を50モル%以上に高めることができる。   On the other hand, in the present embodiment, the ammonia vapor and the water vapor are cooled to 83 ° C. or lower by the cooling / condenser 6 as described above, so that the water vapor is actively condensed. Therefore, the cooled ammonia vapor and the ammonia vapor are cooled. In the mixed steam with water vapor accompanying the water vapor, the proportion of ammonia vapor can be increased to 50 mol% or more.

なお、冷却・凝縮器6にてアンモニア蒸気をより低い温度に冷却するほど、冷却後のアンモニア蒸気に同伴する水蒸気量をより少なくすることができるものの、アンモニア蒸気を冷却し過ぎると、次工程に搬出されるアンモニア蒸気の絶対量が少なくなり、アンモニア分離装置1の系外にアンモニアを効率的に出すことができなくなる虞れがあるため、冷却・凝縮器6で冷却する冷却温度は、所定の温度以上に(例えば70℃以上に)設定することが好ましい。   In addition, although the amount of water vapor accompanying the ammonia vapor after cooling can be reduced as the ammonia vapor is cooled to a lower temperature by the cooling / condenser 6, if the ammonia vapor is cooled excessively, the next step is performed. Since the absolute amount of the ammonia vapor to be carried out decreases and ammonia may not be efficiently taken out of the system of the ammonia separation device 1, the cooling temperature cooled by the cooling / condenser 6 is set to a predetermined value. It is preferable to set it above the temperature (for example, above 70 ° C.).

この冷却・凝縮器6にて冷却されたアンモニア蒸気は、搬送管路35上に配された吸引装置14によって吸引されることにより、当該アンモニア蒸気に同伴する水蒸気と共にアンモニア処理手段に向けて搬送される。またこのとき、冷却・凝縮器6と吸引装置14との間に設置された圧力調整弁15を制御することにより、冷却・凝縮器6内を例えば大気圧以下の所定の圧力状態に容易に保持することができる。   The ammonia vapor cooled by the cooling / condenser 6 is sucked by the suction device 14 disposed on the transport pipe 35 and is transported toward the ammonia processing means together with water vapor accompanying the ammonia vapor. The At this time, by controlling the pressure regulating valve 15 installed between the cooling / condenser 6 and the suction device 14, the inside of the cooling / condenser 6 is easily maintained at a predetermined pressure state, for example, lower than atmospheric pressure. can do.

一方、冷却・凝縮器6にて凝縮した凝縮液は、第6接続管路26を介して、気液分離器5に戻される。この場合、冷却・凝縮器6では、気液分離器5にて凝縮液から分離されたアンモニア蒸気及び水蒸気を冷却して凝縮しているため、冷却・凝縮器6にて凝縮する凝縮液の量は、気液分離器5にて分離される凝縮液に比べて少ない。このため、冷却・凝縮器6にて凝縮した凝縮液を気液分離器5に戻しても、気液分離器5内の凝縮液の温度を大きく低下させることはない。   On the other hand, the condensate condensed in the cooling / condenser 6 is returned to the gas-liquid separator 5 via the sixth connection pipe 26. In this case, the cooling / condenser 6 cools and condenses the ammonia vapor and water vapor separated from the condensate in the gas-liquid separator 5, and therefore the amount of condensate condensed in the cooling / condenser 6. Is less than the condensate separated by the gas-liquid separator 5. For this reason, even if the condensate condensed in the cooling / condenser 6 is returned to the gas-liquid separator 5, the temperature of the condensate in the gas-liquid separator 5 is not greatly reduced.

そして、冷却・凝縮器6から搬送管路35を介してアンモニア処理手段に搬送されたアンモニア蒸気は、アンモニア処理手段によって窒素ガスなどに酸化分解されて、外部に排気される。なお、本実施形態において、アンモニア処理手段は特に限定されるものではないが、例えば触媒燃焼法又は直接燃焼法を用いることにより、アンモニアを好適に酸化分解することができる。   Then, the ammonia vapor transported from the cooling / condenser 6 to the ammonia processing means via the transport pipeline 35 is oxidized and decomposed into nitrogen gas or the like by the ammonia processing means and exhausted to the outside. In the present embodiment, the ammonia treatment means is not particularly limited. For example, ammonia can be suitably oxidatively decomposed by using a catalytic combustion method or a direct combustion method.

触媒燃焼法を利用してアンモニアを酸化分解処理する場合、アンモニア分離装置1から搬送されたアンモニア蒸気とそのアンモニア蒸気に同伴する水蒸気とを、アンモニアの濃度が爆発下限界濃度の25%以下となるように空気で希釈し、更に、その希釈したアンモニア蒸気を電気ヒーターによって350℃〜550℃の温度に加熱する。   When ammonia is oxidatively decomposed using the catalytic combustion method, the ammonia concentration of the ammonia vapor conveyed from the ammonia separator 1 and the water vapor accompanying the ammonia vapor is 25% or less of the lower explosion limit concentration. Then, the diluted ammonia vapor is heated to a temperature of 350 ° C. to 550 ° C. by an electric heater.

その後、加熱したアンモニア蒸気を触媒反応層に導入して触媒に接触させることにより、アンモニアを触媒酸化処理する。この場合、触媒酸化により生じた高温ガスは、外部に排気される前に、アンモニア蒸気の電気ヒーターによる加熱の前段に行なわれる予備加熱に利用される。   Thereafter, heated ammonia vapor is introduced into the catalytic reaction layer and brought into contact with the catalyst, whereby the ammonia is subjected to catalytic oxidation. In this case, the high-temperature gas generated by catalytic oxidation is used for preheating performed before the heating of the ammonia vapor by the electric heater before being exhausted to the outside.

一方、直接燃焼法を利用してアンモニアを酸化分解処理する場合には、触媒燃焼法と同様に、アンモニアの濃度が爆発下限界濃度の25%以下となるように空気で希釈することが多い。なお、直接燃焼法を用いる場合は、NOx対策として、1000℃以上の高温でアンモニアの燃焼処理が行われる。   On the other hand, when ammonia is oxidatively decomposed using the direct combustion method, it is often diluted with air so that the ammonia concentration becomes 25% or less of the lower explosion limit concentration, as in the catalytic combustion method. When the direct combustion method is used, ammonia combustion treatment is performed at a high temperature of 1000 ° C. or higher as a countermeasure against NOx.

なお、触媒燃焼法は、例えば、処理するアンモニア蒸気ライン中に触媒毒などが無い場合は、直接燃焼法よりも運転が容易であり、また、NOxの発生量が少なく、且つ、処理
温度も低いことから安全上も有利である。更に、触媒燃焼法は、直接燃焼法よりも、装置の設備費、ランニングコスト、及び設備設置面積を小さくできるという利点も得られる。
The catalytic combustion method, for example, is easier to operate than the direct combustion method when there is no catalyst poison in the ammonia vapor line to be processed, and the amount of NOx generated is small, and the processing temperature is also low. Therefore, it is advantageous in terms of safety. Furthermore, the catalytic combustion method has the advantage that the equipment cost, running cost, and equipment installation area of the apparatus can be reduced as compared with the direct combustion method.

以上のように、本実施形態のアンモニア分離方法によれば、蒸留塔2の塔頂部から留出させたアンモニア蒸気と水蒸気を、蒸気圧縮機3にて圧縮加熱した後、その圧縮加熱したアンモニア蒸気及び水蒸気の熱を利用して、蒸留塔2の塔底部から缶出させた低濃度アンモニア水溶液を蒸発させて、再び蒸留塔2に循環させている。   As described above, according to the ammonia separation method of the present embodiment, the ammonia vapor and water vapor distilled from the top of the distillation column 2 are compressed and heated by the vapor compressor 3 and then the compressed and heated ammonia vapor. And the low-concentration aqueous ammonia solution taken out from the bottom of the distillation column 2 is evaporated using the heat of the water vapor and circulated through the distillation column 2 again.

このようにアンモニア分離装置1全体で熱エネルギーを効率的に利用しながら蒸留塔2内でアンモニア水溶液(原水)からアンモニアを蒸発させて分離できるため、高い省エネルギー効果が得られるとともに、アンモニアの処理に要するコスト(ランニングコスト等)を従来よりも大幅に削減できる。   In this way, ammonia can be separated from the aqueous ammonia solution (raw water) by evaporating and separating it from the aqueous ammonia solution (raw water) in the distillation tower 2 while efficiently using the heat energy in the entire ammonia separation device 1. Costs required (running costs, etc.) can be greatly reduced compared to the prior art.

更に本実施形態では、気液分離器5にて分離したアンモニア蒸気及び水蒸気を冷却・凝縮器6にて冷却・凝縮させている。これにより、アンモニア処理手段に搬送されるアンモニア蒸気とそのアンモニア蒸気に同伴する水蒸気との混合蒸気において、アンモニア蒸気の割合を50モル%以上に高めると同時に、水蒸気の割合を低下させることができる。これにより、アンモニア処理手段にてアンモニア蒸気及び水蒸気を予備加熱するために必要となる熱量を少なくできるため、予備加熱装置の設備費用やランニングコストを低減できる。   Furthermore, in this embodiment, the ammonia vapor and water vapor separated by the gas-liquid separator 5 are cooled and condensed by the cooling / condenser 6. Thereby, in the mixed vapor | steam of the ammonia vapor | steam conveyed by the ammonia treatment means and the water vapor accompanying the ammonia vapor | steam, the ratio of water vapor | steam can be reduced simultaneously with raising the ratio of ammonia vapor | steam to 50 mol% or more. Thereby, since the calorie | heat amount required in order to preheat ammonia vapor | steam and water vapor | steam in an ammonia process means can be decreased, the installation expense and running cost of a preheating apparatus can be reduced.

また、触媒燃焼法を利用してアンモニアを酸化分解処理する場合には、アンモニア蒸気の割合を高めたことにより、アンモニアを触媒反応層にて触媒に効率的に接触させることができるため、触媒反応層の領域を縮小して、触媒燃焼装置全体を容易に小型化することができる。更にこの場合、アンモニア蒸気の酸化分解により生じるガスの温度を高くできるため、そのガスの熱エネルギーを利用して酸化分解処理前のアンモニア蒸気及び水蒸気を効率的に予備加熱でき、更なる省エネルギー化を図ることができる。   In addition, when oxidizing and decomposing ammonia using the catalytic combustion method, the ammonia reaction can be efficiently brought into contact with the catalyst in the catalytic reaction layer by increasing the proportion of ammonia vapor. By reducing the area of the layer, the entire catalytic combustion apparatus can be easily downsized. Furthermore, in this case, since the temperature of the gas generated by the oxidative decomposition of ammonia vapor can be increased, the ammonia vapor and water vapor before the oxidative decomposition treatment can be efficiently preheated using the thermal energy of the gas, thereby further saving energy. Can be planned.

なお、上述の実施形態においては、蒸留塔2の塔頂部と蒸気発生熱交換器4との間に、1つの蒸気圧縮機3が設置されている場合について説明している。しかし、本発明では、蒸留塔2の塔頂部と蒸気発生熱交換器4との間に、複数の蒸気圧縮機3を直列的に及び/又は並列的に設置することも可能である。   In addition, in the above-mentioned embodiment, the case where the one steam compressor 3 is installed between the tower top part of the distillation column 2 and the steam generation heat exchanger 4 is demonstrated. However, in the present invention, it is also possible to install a plurality of steam compressors 3 in series and / or in parallel between the top of the distillation column 2 and the steam generating heat exchanger 4.

例えば図2に示したように、蒸留塔2の塔頂部と蒸気発生熱交換器4との間に、2つ又はそれ以上の蒸気圧縮機3を直列的に設置することにより、蒸留塔2の塔頂部から留出させたアンモニア蒸気及び水蒸気を、より高い温度に安定して圧縮加熱することができる。   For example, as shown in FIG. 2, by installing two or more steam compressors 3 in series between the top of the distillation column 2 and the steam generating heat exchanger 4, The ammonia vapor and water vapor distilled from the top of the column can be stably compressed and heated to a higher temperature.

更に、例えば図3に示したように、蒸留塔2の塔頂部と蒸気発生熱交換器4との間に、2つ又はそれ以上の蒸気圧縮機3を並列的に設置することにより、より大量のアンモニア蒸気を同時に圧縮加熱することができるため、アンモニア分離装置1における単位時間当たりの処理量を増大させることが可能となる。また、アンモニア分離装置1の運転中に蒸気圧縮機3を1つずつ休ませることも可能となるため、蒸気圧縮機3のメンテナンスが行い易くなる。   Further, for example, as shown in FIG. 3, by installing two or more steam compressors 3 in parallel between the top of the distillation column 2 and the steam generating heat exchanger 4, a larger amount can be obtained. Since the ammonia vapor can be compressed and heated at the same time, the throughput per unit time in the ammonia separator 1 can be increased. In addition, since it is possible to rest the vapor compressors 3 one by one during the operation of the ammonia separation device 1, maintenance of the vapor compressor 3 is facilitated.

1 アンモニア分離装置
2 蒸留塔
3 蒸気圧縮機
4 蒸気発生熱交換器
5 気液分離器
6 冷却・凝縮器(冷却コンデンサー)
6a 冷媒導入部
6b 冷媒導出部
6c 第4流量調整弁
7 予熱用熱交換器
8 給水部
9 循環ポンプ
10 水蒸気補給部
11a 第1流量計
11b 第1流量調整弁
12a 第2流量計
12b 第2流量調整弁
13 還流ポンプ
14 吸引装置
15 圧力調整弁
16a 第3流量計
16b 第3流量調整弁
17 還流冷却器
21 第1接続管路
22 第2接続管路
23 第3接続管路
24 第4接続管路
25 第5接続管路
26 第6接続管路
31 原水供給管路
32 循環管路
33 排出管路
34 還流管路
35 搬送管路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ammonia separation device 2 Distillation tower 3 Steam compressor 4 Steam generating heat exchanger 5 Gas-liquid separator 6 Cooling and condenser (cooling condenser)
6a Refrigerant introduction part 6b Refrigerant lead-out part 6c 4th flow regulating valve 7 Preheating heat exchanger 8 Water supply part 9 Circulating pump 10 Steam supply part 11a 1st flow meter 11b 1st flow adjustment valve 12a 2nd flow meter 12b 2nd flow rate Regulating valve 13 Reflux pump 14 Suction device 15 Pressure regulating valve 16a Third flow meter 16b Third flow regulating valve 17 Reflux cooler 21 First connecting pipe 22 Second connecting pipe 23 Third connecting pipe 24 Fourth connecting pipe Route 25 Fifth connection pipeline 26 Sixth connection pipeline 31 Raw water supply pipeline 32 Circulation pipeline 33 Discharge pipeline 34 Reflux pipeline 35 Conveyance pipeline

Claims (14)

アンモニア濃度が3重量%以下のアンモニア水溶液及び水蒸気が供給される蒸留塔と、前記蒸留塔の塔頂部下流側に配される少なくとも1つの蒸気圧縮機、蒸気発生熱交換器、及び気液分離器と、前記気液分離器にて分離した気体を導入して冷却・凝縮させる冷却・凝縮器と、前記冷却・凝縮器から気体を次工程のアンモニア処理手段に搬送する搬送管路と、前記蒸留塔の塔底部下流側に配される循環管路及び排出管路とを有し、
前記蒸留塔の前記塔頂部は、塔内部にて前記アンモニア水溶液から蒸発したアンモニア蒸気を前記水蒸気とともに留出させる蒸気留出部を備え、前記塔底部は、アンモニア濃度を所定値以下まで低減させた低濃度アンモニア水溶液を前記循環管路を介して前記蒸留塔に循環させるとともに前記排出管路を介して外部に排出する液体缶出部を備え、
前記蒸気圧縮機は、前記塔頂部から留出させた前記アンモニア蒸気及び前記水蒸気を直接圧縮加熱する圧縮加熱部を有し、
前記蒸気発生熱交換器は、前記蒸気圧縮機にて圧縮加熱された前記アンモニア蒸気及び前記水蒸気と、前記循環管路を介して前記蒸留塔に循環させる前記低濃度アンモニア水溶液との間で熱交換を行って、前記アンモニア蒸気及び前記水蒸気の一部を凝縮させるとともに、前記低濃度アンモニア水溶液を加熱して水蒸気を発生させる熱交換部を備え、
前記気液分離器は、前記蒸気発生熱交換器にて凝縮した凝縮液から前記アンモニア蒸気及び当該アンモニア蒸気に同伴する前記水蒸気を分離する気液分離部を備え、
前記冷却・凝縮器は、前記気液分離器にて分離した前記アンモニア蒸気及び前記水蒸気を所定の温度に冷却・凝縮させる冷却・凝縮部を備えてなる、
ことを特徴とするアンモニア分離装置。
A distillation column to which an aqueous ammonia solution having an ammonia concentration of 3% by weight or less and steam are supplied, and at least one steam compressor, a steam generating heat exchanger, and a gas-liquid separator disposed downstream of the top of the distillation column A cooling / condenser that introduces and cools / condenses the gas separated by the gas / liquid separator, a transport line that transports the gas from the cooling / condenser to the ammonia treatment means in the next step, and the distillation A circulation line and a discharge line arranged on the downstream side of the bottom of the tower,
The top of the distillation column is provided with a vapor distilling portion for distilling ammonia vapor evaporated from the aqueous ammonia solution together with the water vapor inside the tower, and the bottom of the column reduces the ammonia concentration to a predetermined value or less. A low-concentration aqueous ammonia solution is circulated to the distillation tower via the circulation line and includes a liquid can outlet for discharging to the outside via the discharge line,
The vapor compressor has a compression heating unit that directly compresses and heats the ammonia vapor and the water vapor distilled from the top of the tower,
The steam generating heat exchanger exchanges heat between the ammonia vapor and the water vapor that are compressed and heated by the vapor compressor and the low-concentration aqueous ammonia solution that is circulated to the distillation column via the circulation line. And a heat exchange unit for condensing a part of the ammonia vapor and the water vapor and generating the water vapor by heating the low concentration aqueous ammonia solution,
The gas-liquid separator includes a gas-liquid separator that separates the ammonia vapor and the water vapor accompanying the ammonia vapor from the condensate condensed in the steam generating heat exchanger,
The cooling / condensing device includes a cooling / condensing unit that cools and condenses the ammonia vapor and the water vapor separated by the gas-liquid separator to a predetermined temperature.
An ammonia separator characterized by that.
前記蒸気発生熱交換器は、流下式蒸気発生熱交換器により構成され、
前記流下式蒸気発生熱交換器は、圧縮加熱された前記アンモニア蒸気及び前記水蒸気を導入する圧縮蒸気導入部と、前記熱交換部にて凝縮した凝縮液と未凝縮の前記アンモニア蒸気及び前記水蒸気とを前記気液分離器に向けて導出する第1導出部と、前記アンモニア蒸気及び前記水蒸気を前記冷却・凝縮器に向けて直接導出させる第2導出部とを有し、
前記第1導出部は、前記圧縮蒸気導入部よりも下方に配され、
前記第2導出部は、前記圧縮蒸気導入部よりも上方に配されてなる、
請求項1記載のアンモニア分離装置。
The steam generating heat exchanger is constituted by a falling steam generating heat exchanger,
The downflow-type steam generating heat exchanger includes a compressed steam introduction unit that introduces the compressed and heated ammonia vapor and the water vapor, a condensate condensed in the heat exchange unit, an uncondensed ammonia vapor and the water vapor, A first deriving unit for deriving the gas toward the gas-liquid separator, and a second deriving unit for directly deriving the ammonia vapor and the water vapor toward the cooling / condenser,
The first derivation unit is disposed below the compressed steam introduction unit,
The second derivation unit is arranged above the compressed steam introduction unit,
The ammonia separator according to claim 1.
前記流下式蒸気発生熱交換器の前記第2導出部と前記冷却・凝縮器とを連通する管路上に流量調整弁が配されてなる請求項2記載のアンモニア分離装置。   The ammonia separation device according to claim 2, wherein a flow rate adjusting valve is disposed on a pipe line that communicates the second lead-out portion of the flow-down steam generating heat exchanger with the cooling / condenser. 前記搬送管路上に、前記アンモニア蒸気及び前記水蒸気を吸引して前記アンモニア処理手段に送る吸引装置が配され、
前記冷却・凝縮器と前記吸引装置との間に圧力調整弁が配されてなる、
請求項1〜3のいずれかに記載のアンモニア分離装置。
A suction device that sucks the ammonia vapor and the water vapor and sends the ammonia vapor and the water vapor to the ammonia processing means is disposed on the conveyance pipe line,
A pressure regulating valve is disposed between the cooling / condenser and the suction device.
The ammonia separator according to any one of claims 1 to 3.
前記気液分離器にて分離した前記凝縮液を前記蒸留塔に還流させる還流管路が配され、
前記還流管路上に還流ポンプ、流量計、及び流量調整弁が配されてなる、
請求項1〜4のいずれかに記載のアンモニア分離装置。
A reflux pipe for refluxing the condensate separated by the gas-liquid separator to the distillation column;
A reflux pump, a flow meter, and a flow rate adjustment valve are arranged on the reflux line.
The ammonia separator according to any one of claims 1 to 4.
前記還流管路上に還流冷却器が配されてなる請求項5記載のアンモニア分離装置。   6. The ammonia separator according to claim 5, wherein a reflux condenser is disposed on the reflux pipe line. 2つ以上の前記蒸気圧縮機が直列的に配されてなる請求項1〜6のいずれかに記載のアンモニア分離装置。   The ammonia separation device according to any one of claims 1 to 6, wherein two or more steam compressors are arranged in series. 2つ以上の前記蒸気圧縮機が並列的に配されてなる請求項1〜7のいずれかに記載のア
ンモニア分離装置。
The ammonia separator according to any one of claims 1 to 7, wherein two or more steam compressors are arranged in parallel.
アンモニア濃度が3重量%以下のアンモニア水溶液及び水蒸気を蒸留塔に供給し、前記蒸留塔の塔内部にて前記アンモニア水溶液から蒸発したアンモニア蒸気を前記水蒸気とともに塔頂部から留出させ、アンモニア濃度を所定値以下まで低減させた低濃度アンモニア水溶液を塔底部から缶出させること、
前記塔頂部から留出させた前記アンモニア蒸気及び前記水蒸気を、少なくとも1つの蒸気圧縮機にて直接圧縮加熱して蒸気発生熱交換器に送ること、
前記塔底部から缶出させた低濃度アンモニア水溶液を、循環管路を介して前記蒸留塔に循環させるとともに、排出管路を介して外部に排出すること、
前記蒸気発生熱交換器により、圧縮加熱された前記アンモニア蒸気及び前記水蒸気と、前記蒸留塔に循環させる前記低濃度アンモニア水溶液との間で熱交換を行って、前記アンモニア蒸気及び前記水蒸気の一部を凝縮させるとともに、前記低濃度アンモニア水溶液を加熱して水蒸気を発生させること、
前記蒸気発生熱交換器にて凝縮した凝縮液から前記アンモニア蒸気及び当該アンモニア蒸気に同伴する前記水蒸気を、気液分離器により分離すること、
分離した前記アンモニア蒸気及び前記水蒸気を、冷却・凝縮器により所定の温度に冷却・凝縮させること、及び、
冷却・凝縮させた前記アンモニア蒸気及び前記水蒸気を、前記冷却・凝縮器から搬送管路を介して、次工程のアンモニア処理手段に搬送すること
を含んでなることを特徴とするアンモニア分離方法。
An ammonia aqueous solution having an ammonia concentration of 3% by weight or less and water vapor are supplied to the distillation tower, and the ammonia vapor evaporated from the aqueous ammonia solution is distilled from the top of the tower together with the water vapor inside the distillation tower. Taking out a low-concentration aqueous ammonia solution reduced to below the value from the bottom of the tower,
The ammonia vapor and the water vapor distilled from the top of the tower are directly compressed and heated by at least one steam compressor and sent to a steam generating heat exchanger;
Circulating the low concentration aqueous ammonia solution from the bottom of the column to the distillation column via a circulation line and discharging it to the outside via a discharge line;
Heat exchange is performed between the ammonia vapor and the water vapor compressed and heated by the steam generation heat exchanger and the low-concentration aqueous ammonia solution circulated in the distillation column, and a part of the ammonia vapor and the water vapor And condensing and heating the low-concentration aqueous ammonia solution to generate water vapor,
Separating the ammonia vapor and the water vapor accompanying the ammonia vapor from the condensate condensed in the steam generating heat exchanger by a gas-liquid separator;
Cooling and condensing the separated ammonia vapor and water vapor to a predetermined temperature by a cooling and condenser; and
A method for separating ammonia, comprising transporting the cooled and condensed ammonia vapor and the water vapor from the cooler / condenser to an ammonia treatment means in the next step through a transport pipeline.
前記蒸気発生熱交換器として流下式蒸気発生熱交換器を使用し、圧縮加熱された前記アンモニア蒸気及び前記水蒸気を圧縮蒸気導入部から導入すること、及び、
前記流下式蒸気発生熱交換器にて、前記アンモニア蒸気及び前記水蒸気の一部を凝縮させた凝縮液と未凝縮の前記アンモニア蒸気及び前記水蒸気とを、前記圧縮蒸気導入部よりも下方に配した第1導出部から前記気液分離器に向けて導出するとともに、前記アンモニア蒸気及び前記水蒸気を、前記圧縮蒸気導入部よりも上方に配した第2導出部から導出させ、前記冷却・凝縮器に直接導入すること
を含んでなる請求項9記載のアンモニア分離方法。
Using a falling steam generating heat exchanger as the steam generating heat exchanger, introducing the compressed and heated ammonia vapor and the water vapor from a compressed steam introducing section; and
In the downflow-type steam generating heat exchanger, a condensate obtained by condensing a part of the ammonia vapor and the water vapor and the uncondensed ammonia vapor and the water vapor are disposed below the compressed steam introduction part. Deriving from the first deriving unit toward the gas-liquid separator, and deriving the ammonia vapor and the water vapor from a second deriving unit disposed above the compressed steam introducing unit, to the cooling / condenser The ammonia separation method according to claim 9, comprising direct introduction.
前記蒸気発生熱交換器から前記冷却・凝縮器に直接導入する前記アンモニア蒸気及び前記水蒸気の流量を、流量調整弁により制御することを含んでなる請求項10記載のアンモニア分離方法。   The ammonia separation method according to claim 10, further comprising controlling flow rates of the ammonia vapor and the water vapor directly introduced from the steam generation heat exchanger into the cooling / condenser by a flow rate adjusting valve. 前記搬送管路上に配された吸引装置により、前記アンモニア蒸気及び前記水蒸気を吸引して前記アンモニア処理手段に送ること、及び、
前記冷却・凝縮器と前記吸引装置との間に配された圧力調整弁により、前記冷却・凝縮器内の圧力を調整すること
を含んでなる請求項9〜11のいずれかに記載のアンモニア分離方法。
Sucking the ammonia vapor and the water vapor and sending them to the ammonia treatment means by a suction device disposed on the transport pipe; and
The ammonia separation according to any one of claims 9 to 11, comprising adjusting a pressure in the cooling / condenser by a pressure regulating valve arranged between the cooling / condenser and the suction device. Method.
前記気液分離器にて分離した前記凝縮液を、還流管路を介して前記蒸留塔に還流させること、及び
前記蒸留塔に還流させる前記凝縮液の流量を、流量調整弁により制御すること
を含んでなる請求項9〜12のいずれかに記載のアンモニア分離方法。
The condensate separated by the gas-liquid separator is refluxed to the distillation column via a reflux line, and the flow rate of the condensate to be refluxed to the distillation column is controlled by a flow rate adjusting valve. The ammonia separation method according to any one of claims 9 to 12, comprising:
前記蒸留塔に還流させる前記凝縮液を、還流冷却器により冷却することを含んでなる請求項13記載のアンモニア分離方法。   The ammonia separation method according to claim 13, comprising cooling the condensate refluxed to the distillation column by a reflux condenser.
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