WO2024135407A1 - アンモニア気化器 - Google Patents

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WO2024135407A1
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ammonia
shell
liquid ammonia
outlet
flow path
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PCT/JP2023/044034
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French (fr)
Inventor
忠 浅沼
隆仁 秋田
愛子 藤河
省吾 新田
祐貴 竹内
Original Assignee
株式会社Ｉｈｉプラント
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C9/00—Methods or apparatus for discharging liquefied or solidified gases from vessels not under pressure
    • F17C9/02—Methods or apparatus for discharging liquefied or solidified gases from vessels not under pressure with change of state, e.g. vaporisation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B43/00—Arrangements for separating or purifying gases or liquids; Arrangements for vaporising the residuum of liquid refrigerant, e.g. by heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation

Definitions

  • the present invention relates to an ammonia vaporizer.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2022-205752, filed on December 22, 2022, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • Patent Document 1 discloses a vaporizer that vaporizes liquefied ammonia, which contains ammonia as the main component and water as a high-boiling point component having a boiling point higher than that of the main component.
  • This vaporizer includes a shell, a supply unit, a plurality of heat transfer tubes, an outlet unit, a liquid outlet unit, and a heater.
  • the supply unit supplies liquefied gas into the shell.
  • the plurality of heat transfer tubes are arranged in the shell, and a first heating fluid having a temperature that vaporizes the main component of the liquefied gas is introduced into the shell.
  • the outlet unit discharges the main component vaporized in the shell from the shell.
  • the liquid outlet unit is arranged at the bottom of the shell, and discharges the liquefied gas accumulated in the shell from the shell.
  • the heater vaporizes the main component contained in the liquefied gas discharged from the shell through the liquid outlet unit by heat exchange with the second heating fluid.
  • the liquid ammonia becomes more concentrated with water (high boiling point component), and because its boiling point is higher, it tends to accumulate in the upper part of the liquid phase when the temperature increases. For this reason, even if the liquid ammonia that has accumulated in the shell is discharged from the bottom of the shell as in the above-mentioned conventional technology, there is a possibility that the liquid ammonia with a high water concentration cannot be efficiently discharged from inside the shell.
  • the present invention was made in consideration of the above circumstances, and aims to provide an ammonia vaporizer that can efficiently discharge liquid ammonia, which has a high water concentration due to the vaporization of ammonia, from within the shell.
  • the ammonia vaporizer according to the first aspect of the present invention comprises a shell into which liquid ammonia is introduced, a plurality of heat transfer tubes installed inside the shell and through which a heat transfer medium flows, and a liquid ammonia extraction section that extracts the liquid ammonia from the middle of the shell in the height direction.
  • the ammonia vaporizer of the first aspect may further include a mixer that mixes the liquid ammonia extracted from the liquid ammonia extraction section with the ammonia gas that has been vaporized inside the shell and discharged to the outside of the shell, and a heater that vaporizes the mixed fluid that has passed through the mixer.
  • the intermediate portion in the ammonia vaporizer of the first or second aspect, may be included within the range in the height direction in which the plurality of heat transfer tubes are arranged.
  • the liquid ammonia outlet may include a first outlet and a second outlet, the first outlet being provided at a first height in the intermediate section, and the second outlet being provided at a second height in the intermediate section that is different from the first height.
  • the ammonia vaporizer of the fourth aspect may be provided with a first opening/closing device that opens and closes a flow path communicating with the first outlet, and a second opening/closing device that opens and closes a flow path communicating with the second outlet.
  • the heat medium may be seawater.
  • liquid ammonia with a high water concentration due to vaporization of ammonia can be efficiently discharged from within the shell.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of an ammonia vaporizer according to an embodiment.
  • FIG. 2 is an internal configuration diagram of a vaporizer body according to one embodiment.
  • 3 is a cross-sectional view taken along line III-III shown in FIG. 2.
  • 1 is a graph showing the relationship between the boiling point/dew point of liquid ammonia and pressure.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of an ammonia vaporizer 1 according to one embodiment.
  • the ammonia vaporizer 1 vaporizes liquid ammonia 100 supplied from a low-temperature storage tank 2, and supplies the ammonia gas to a supply destination (e.g., a boiler of a thermal power plant).
  • the low-temperature storage tank 2 stores liquid ammonia 100 containing, for example, about 0.5 wt % water (a high boiling point component).
  • the low-temperature storage tank 2 is, for example, a large, double-shelled, above-ground low-temperature tank with a total height of about 50 meters.
  • a cold insulation material such as granular perlite is filled between an inner tank and an outer tank (not shown).
  • the low-temperature storage tank 2 may also be an underground low-temperature tank.
  • the low-temperature storage tank 2 stores liquid ammonia 100 transferred from an ammonia tanker via an receiving pipe (not shown).
  • the storage temperature of the liquid ammonia 100 is, for example, about -33°C to -34°C.
  • the ammonia vaporizer 1 comprises a vaporizer body 10 and a heater 11.
  • the vaporizer body 10 is connected to the low-temperature storage tank 2 via a liquid ammonia supply flow path 3.
  • the liquid ammonia supply flow path 3 supplies liquid ammonia 100 from the low-temperature storage tank 2 to the vaporizer body 10.
  • the liquid ammonia supply flow path 3 is provided with a valve 3a for opening and closing the flow path, a pump (not shown), and the like.
  • the heater 11 is connected to the vaporizer body 10 via an ammonia gas outlet flow path 12.
  • the ammonia gas outlet flow path 12 supplies the ammonia gas vaporized in the vaporizer body 10 to the heater 11.
  • the heater 11 is also connected to a supply destination (not shown) via an ammonia gas supply flow path 13.
  • the ammonia gas supply flow path 13 supplies the ammonia gas heated to a predetermined temperature by the heater 11 to the supply destination.
  • the vaporizer body 10 is connected to a first heat medium supply passage 14 and a first heat medium discharge passage 15.
  • the first heat medium supply passage 14 supplies the first heat medium that vaporizes the liquid ammonia 100 to the vaporizer body 10.
  • the first heat medium is seawater 200.
  • the first heat medium supply passage 14 is provided with a pump 14a that pumps up the seawater 200, a valve (not shown), and the like.
  • the first heat medium discharge flow path 15 discharges the seawater 200, which has been cooled by heat exchange with the liquid ammonia 100 inside the vaporizer body 10, into the sea.
  • the first heat medium discharge flow path 15 is provided with valves, pumps, etc. (not shown). Note that the first heat medium is not limited to seawater 200, and depending on the installation location of the ammonia vaporizer 1, water from a river, lake, etc. may be used instead of seawater 200.
  • the heater 11 is connected to a second heat medium supply flow path 16 and a second heat medium discharge flow path 17.
  • the second heat medium supply flow path 16 supplies the heater 11 with a second heat medium that heats the ammonia gas.
  • the second heat medium is, for example, steam generated in a boiler to which the second heat medium is supplied.
  • the second heat medium supply flow path 16 is provided with a valve or the like (not shown).
  • the second heat medium discharge flow path 17 discharges the condensate that has condensed by heat exchange with the ammonia gas inside the heater 11.
  • the second heat medium discharge flow path 17 is provided with a valve, etc. (not shown).
  • the second heat medium discharge flow path 17 is connected to a cooler (not shown). The cooler recovers heat from the condensate that has exchanged heat with the ammonia gas, cools the condensate, and transports the condensate to a specified location.
  • a bottom extraction flow passage 18 is connected to the vaporizer body 10.
  • the bottom extraction flow passage 18 extracts liquid ammonia 100 from the bottom of the vaporizer body 10.
  • the bottom extraction flow passage 18 is provided with a valve 18a for opening and closing the flow passage, and a pump (not shown), etc.
  • an intermediate extraction flow passage 19 is connected to the vaporizer body 10.
  • the intermediate extraction flow passage 19 extracts liquid ammonia 100 with a high concentration of water (high boiling point component) from the intermediate part in the height direction of the vaporizer body 10.
  • the intermediate extraction flow passage 19 is provided with valves 19a to 19c that open and close the flow passage, and a pump (not shown) that supplies the extracted liquid ammonia 100 (with a high water concentration) to the mixer 50 described below.
  • the mixer 50 mixes the ammonia gas discharged from the vaporizer body 10 with the liquid ammonia 100 extracted from the intermediate extraction flow path 19.
  • the mixer 50 forms a mixed fluid, for example, by spraying liquid ammonia 100 with a high water concentration onto the ammonia gas flowing through the ammonia gas discharge flow path 12.
  • the heater 11 raises the temperature of the mixed fluid that has passed through the mixer 50, completely vaporizing it.
  • FIG. 2 is a diagram showing the internal configuration of the vaporizer body 10 according to one embodiment.
  • the vaporizer body 10 includes a shell 20, tube sheets 21 and 22, and a plurality of heat transfer tubes 23.
  • the shell 20 is formed in a cylindrical shape extending in the horizontal direction.
  • the tube sheets 21 and 22 support the plurality of heat transfer tubes 23 and divide the inside of the shell 20 into three spaces.
  • a plurality of baffle plates may be provided between the tube sheets 21 and 22. In this case, the baffle plates do not divide the space inside the shell 20.
  • a first heat medium inlet 10A, a first heat medium outlet 10B, and a liquid ammonia vaporization chamber 10C are formed within the shell 20.
  • the space between the first heat medium inlet 10A and the liquid ammonia vaporization chamber 10C is partitioned by a tube plate 21.
  • the space between the liquid ammonia vaporization chamber 10C and the first heat medium outlet 10B is partitioned by a tube plate 22.
  • the tube plate 21 supports the first ends of the heat transfer tubes 23.
  • the openings at the first ends of the heat transfer tubes 23 are connected to the first heat medium inlet section 10A.
  • the tube plate 22 supports the second ends of the heat transfer tubes 23.
  • the openings at the second ends of the heat transfer tubes 23 are connected to the first heat medium outlet section 10B.
  • the multiple heat transfer tubes 23 are supported in parallel in the horizontal direction by the tube plates 21 and 22 and a baffle plate (not shown).
  • the shell 20 is formed with a first heat medium supply port 24 that communicates with the first heat medium inlet 10A.
  • the first heat medium supply passage 14 described above is connected to the first heat medium supply port 24.
  • the shell 20 is also formed with a first heat medium discharge port 25 that communicates with the first heat medium outlet 10B.
  • the first heat medium discharge passage 15 described above is connected to the first heat medium discharge port 25.
  • the first heat medium that flows out to the first heat medium outlet portion 10B is discharged from the first heat medium discharge port 25 through the first heat medium discharge flow path 15 to the outside of the shell 20.
  • the first heat medium supply port 24 and the first heat medium discharge port 25 may be provided on the side wall portion of the shell 20, or on the bottom or top of the shell 20, as long as the function of supplying and discharging the first heat medium can be ensured.
  • the upper part of the shell 20 is provided with an ammonia gas outlet 26 and a liquid ammonia supply port 27.
  • the ammonia gas outlet 26 and the liquid ammonia supply port 27 are connected to the liquid ammonia vaporization chamber 10C.
  • the liquid ammonia supply port 27 is connected to the liquid ammonia supply flow path 3 described above.
  • the liquid ammonia supply port 27 is located in the center of the shell 20 in the longitudinal direction.
  • the liquid ammonia supply port 27 is connected to a distributor 30 located inside the shell 20.
  • the distributor 30 is located above the heat transfer tubes 23 and extends parallel to the heat transfer tubes 23.
  • the distributor 30 distributes the liquid ammonia 100 supplied from the liquid ammonia supply port 27 in the longitudinal direction of the shell 20.
  • Examples of the distributor 30 include pipes or trays with numerous holes or notches formed therein.
  • a pair of ammonia gas outlets 26 are provided on either side of the liquid ammonia supply port 27 at positions that do not overlap with the distributor 30 in a plan view.
  • the pair of ammonia gas outlets 26 includes a first ammonia gas outlet 26a disposed on the first heat medium inlet 10A (tube plate 21) side and a second ammonia gas outlet 26b disposed on the first heat medium outlet 10B (tube plate 22) side.
  • the first ammonia gas outlet 26a is connected to the first branch pipe 12a of the ammonia gas outlet flow passage 12.
  • the second ammonia gas outlet 26b is connected to the second branch pipe 12b of the ammonia gas outlet flow passage 12.
  • the first branch pipe 12a and the second branch pipe 12b join together upstream (nearby) of the mixer 50 shown in FIG. 1.
  • a drain collection section 28 is provided at the bottom of the shell 20 so as to protrude downward.
  • the drain collection section 28 is connected to the liquid ammonia vaporization chamber 10C.
  • the drain collection section 28 is connected to the bottom extraction flow path 18 described above.
  • a liquid ammonia extraction section 40 that extracts the liquid ammonia 100 in the liquid ammonia vaporization chamber 10C is provided in the middle of the height of the shell 20.
  • the liquid ammonia extraction section 40 has a first extraction outlet 41 provided at a first height and a second extraction outlet 42 provided at a second height different from the first height.
  • the first extraction outlet 41 and the second extraction outlet 42 are disposed at different positions from each other in the longitudinal direction (horizontal direction) of the shell 20.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III shown in FIG. 3, the liquid ammonia withdrawal section 40 is provided in the middle part in the height direction of the shell 20.
  • the middle part in the height direction of the shell 20 refers to a part of the shell 20 excluding the upper part of the shell 20 where the liquid ammonia supply port 27 is provided and the bottom part of the shell 20 where the drain recovery section 28 is connected.
  • the intermediate portion in the height direction of the shell 20 where the liquid ammonia extraction section 40 is provided is included in the range A in the height direction in which the multiple heat transfer tubes 23 are arranged.
  • the first height at which the first outlet 41 is provided is the same height as the center position C1 of the range A in which the multiple heat transfer tubes 23 are arranged.
  • the second height at which the second outlet 42 is provided is lower than the first height, and is 1/4 the height from the bottom of the range A in which the multiple heat transfer tubes 23 are arranged.
  • the first outlet 41 and the second outlet 42 are located below the center position C2 of the shell 20.
  • the first outlet 41 is connected to the first communication flow path 19A of the intermediate outlet flow path 19.
  • the first communication flow path 19A is provided with a valve 19a that opens and closes the flow path.
  • the second outlet 42 is connected to the second communication flow path 19B of the intermediate outlet flow path 19.
  • the second communication flow path 19B is provided with a valve 19b that opens and closes the flow path.
  • the first communication flow path 19A and the first communication flow path 19A join upstream of a pump (not shown) provided in the intermediate outlet flow path 19.
  • Either valve 19a or valve 19b is open when ammonia vaporizer 1 is in operation.
  • a level gauge (not shown) that measures the liquid level of liquid ammonia 100 in liquid ammonia vaporization chamber 10C is connected to shell 20. Based on the level gauge, an operator opens valve 19a or valve 19b that corresponds to the liquid level of liquid ammonia 100, and extracts liquid ammonia 100 from the upper liquid phase.
  • a control device may be provided that automatically opens and closes valves 19a and 19b based on the measurement results of the level gauge.
  • Fig. 4 is a graph showing the relationship between the boiling point/dew point and pressure of liquid ammonia 100.
  • the vertical axis represents the boiling point/dew point in units of °C.
  • the horizontal axis represents the pressure in units of kPaG based on atmospheric pressure.
  • the temperature of the seawater 200 varies between, for example, 17° C. in winter and 35° C. in summer.
  • the inlet pressure of the vaporizer body 10 is 400 kPaG and the connecting pressure with the boiler is 350 kPaG, the temperature of the liquid ammonia 100 will be between the boiling point curve and the dew point curve in both winter and summer, and the liquid ammonia 100 will be in a gas-liquid mixed phase state.
  • seawater 200 is used as the first heat medium, a portion of the liquid ammonia 100 will not vaporize within the vaporizer body 10, and the concentration of water (high boiling point component) will gradually increase due to the vaporization of ammonia (main component, low boiling point component).
  • Liquid ammonia 100 with a high concentration of water has a high boiling point and is therefore difficult to vaporize. For this reason, it is desirable to discharge liquid ammonia 100 with a high water concentration from within the shell 20. Liquid ammonia 100 with a high water concentration and high boiling point is more likely to remain in the upper part of the liquid phase (near the liquid surface) shown in Figure 2 when the temperature becomes high. Therefore, as shown in Figures 2 and 3, by providing liquid ammonia extraction section 40 at the middle part of the shell 20 in the height direction rather than at the bottom of the shell 20, liquid ammonia 100 with a high water concentration can be efficiently discharged from within the shell 20.
  • the liquid ammonia 100 discharged from the shell 20 contains about 5 wt% water (high boiling point component). As shown in FIG. 1, the liquid ammonia 100 passes through the intermediate extraction flow path 19, is pressurized by a pump (not shown), and is then supplied to the mixer 50. The mixer 50 sprays the liquid ammonia 100, which has a high water concentration, into the ammonia gas flowing through the ammonia gas discharge flow path 12 to generate a mixed fluid. The heater 11 completely vaporizes the mixed fluid that has passed through the mixer 50 and supplies it to the destination.
  • the ammonia vaporizer 1 includes a shell 20 into which liquid ammonia 100 is introduced, a plurality of heat transfer tubes 23 installed inside the shell 20 and through which a heat medium flows, and a liquid ammonia extraction section 40 that extracts the liquid ammonia 100 from the middle of the height of the shell 20.
  • the liquid ammonia 100 which has a high water concentration due to the evaporation of ammonia, can be efficiently discharged from inside the shell 20.
  • this embodiment includes a mixer 50 that mixes the liquid ammonia 100 extracted from the liquid ammonia extraction section 40 with the ammonia gas that has been vaporized inside the shell 20 and discharged to the outside of the shell 20, and a heater 11 that vaporizes the mixed fluid that has passed through the mixer 50.
  • a mixer 50 that mixes the liquid ammonia 100 extracted from the liquid ammonia extraction section 40 with the ammonia gas that has been vaporized inside the shell 20 and discharged to the outside of the shell 20, and a heater 11 that vaporizes the mixed fluid that has passed through the mixer 50.
  • the intermediate portion where the liquid ammonia extraction section 40 is provided is included within the range A in the height direction in which the multiple heat transfer tubes 23 are arranged. This configuration makes it easier to extract liquid ammonia 100 with a high water concentration from the upper part of the liquid phase of liquid ammonia 100.
  • the liquid ammonia extraction section 40 includes a first outlet 41 provided at a first height in the middle section, and a second outlet 42 provided at a second height different from the first height in the middle section.
  • this embodiment includes a valve 19a (first opening/closing device) that opens and closes a first communication flow path 19A (flow path) that communicates with the first outlet 41, and a valve 19b (second opening/closing device) that opens and closes a second communication flow path 19B (flow path) that communicates with the second outlet 42.
  • a valve 19a first opening/closing device
  • a valve 19b second opening/closing device
  • the first heat medium (heat medium) is seawater 200.
  • the first heat medium that vaporizes the liquid ammonia 100 can be secured in large quantities at low cost.
  • liquid ammonia with a high water concentration due to vaporization of ammonia can be efficiently discharged from within the shell.

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Abstract

アンモニア気化器（１）は、液体アンモニア（１００）が導入されるシェル（２０）と、シェル（２０）の内部に設置され、熱媒体が流通する複数の伝熱管（２３）と、シェル（２０）の高さ方向の中間部から、液体アンモニア（１００）を抜き出す液体アンモニア抜出部（４０）と、を備える。

Description

アンモニア気化器
　本発明は、アンモニア気化器に関するものである。
　本願は、２０２２年１２月２２日に、日本に出願された特願２０２２－２０５７５２号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　下記特許文献１には、主成分であるアンモニアと、主成分の沸点よりも高い沸点を有する高沸点成分である水とが含まれる液化アンモニアを気化させる気化器が開示されている。この気化器は、シェルと、供給部と、複数の伝熱管と、導出部と、液流出部と、加熱器と、を備えている。供給部は、シェル内に液化ガスを供給する。複数の伝熱管は、シェル内に配置され、液化ガスの主成分を気化させる温度を有する第１加熱流体が導入される。導出部は、シェル内で気化した主成分をシェルから導出させる。液流出部は、シェルの底部に配置され、シェル内に溜まった液化ガスをシェルから流出させる。加熱器は、液流出部を通してシェルから導出された液化ガスに含まれる主成分を、第２加熱流体との熱交換により気化させる。
日本国特開２０２２－６１５２号公報
　アンモニア（主成分，低沸点成分）の気化によって、水（高沸点成分）の濃度が高くなった液体アンモニアは、沸点が高くなるため、温度が高くなると、液相上部に滞留し易くなる。このため、上記従来技術のように、シェルの底部からシェル内に溜まった液体アンモニアを排出させても、水分濃度が高い液体アンモニアをシェル内から効率よく排出できない可能性があった。
　本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、アンモニアの気化によって水分濃度が高くなった液体アンモニアをシェル内から効率よく排出することができるアンモニア気化器を提供することを目的とする。
　本発明の第１の態様に係るアンモニア気化器は、液体アンモニアが導入されるシェルと、前記シェルの内部に設置され、熱媒体が流通する複数の伝熱管と、前記シェルの高さ方向の中間部から、前記液体アンモニアを抜き出す液体アンモニア抜出部と、を備える。
　また、本発明の第２の態様では、第１の態様のアンモニア気化器において、前記シェルの内部で気化し、前記シェルの外部に排出されたアンモニアガスに、前記液体アンモニア抜出部から抜き出した前記液体アンモニアを混合させる混合器と、前記混合器を通過した混合流体を気化させる加熱器と、を備えてもよい。
　また、本発明の第３の態様では、第１または第２の態様のアンモニア気化器において、前記中間部は、前記複数の伝熱管が配置される高さ方向の範囲内に含まれてもよい。
　また、本発明の第４の態様では、第１から第３態様のいずれか一つのアンモニア気化器において、前記液体アンモニア抜出部は、第１抜出口および第２抜出口を備え、前記第１抜出口は、前記中間部において、第１の高さに設けられ、前記第２抜出口は、前記中間部において、前記第１の高さと異なる第２の高さに設けられてもよい。
　また、本発明の第５の態様では、第４態様のアンモニア気化器において、前記第１抜出口に連通する流路を開閉する第１開閉装置と、前記第２抜出口に連通する流路を開閉する第２開閉装置と、を備えてもよい。
　また、本発明の第６の態様では、第１から第５態様のいずれか一つのアンモニア気化器において、前記熱媒体は、海水であってもよい。
　上記本発明の一態様によれば、アンモニアの気化によって水分濃度が高くなった液体アンモニアをシェル内から効率よく排出することができる。
一実施形態に係るアンモニア気化器の全体構成図である。 一実施形態に係る気化器本体の内部構成図である。 図２に示すＩＩＩ－ＩＩＩ断面図である。 液体アンモニアの沸点／露点と圧力との関係を示すグラフである。
　以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
　図１は、一実施形態に係るアンモニア気化器１の全体構成図である。
アンモニア気化器１は、低温貯蔵タンク２から供給された液体アンモニア１００を気化させ、そのアンモニアガスを供給先（例えば、火力発電所のボイラ）に供給する。低温貯蔵タンク２には、例えば、水（高沸点成分）を０．５ｗｔ％程度含む液体アンモニア１００が貯蔵されている。
　低温貯蔵タンク２は、例えば、全高が５０メートル程ある大型の二重殻地上低温タンクである。低温貯蔵タンク２において、図示しない内槽と外槽との間に粒状のパーライト等の保冷材が充填されている。なお、低温貯蔵タンク２は、地下式低温タンクであっても構わない。低温貯蔵タンク２は、アンモニアタンカーから受け入れ配管（図示省略）を介して移送された液体アンモニア１００を貯蔵する。液体アンモニア１００の貯蔵温度は、例えば、－３３℃～－３４℃程である。
　アンモニア気化器１は、気化器本体１０と、加熱器１１と、を備えている。気化器本体１０は、液体アンモニア供給流路３を介して低温貯蔵タンク２と接続されている。液体アンモニア供給流路３は、低温貯蔵タンク２の液体アンモニア１００を気化器本体１０に供給する。液体アンモニア供給流路３には、流路を開閉するバルブ３ａや、図示しないポンプ等が設けられている。
　加熱器１１は、アンモニアガス導出流路１２を介して気化器本体１０と接続されている。アンモニアガス導出流路１２は、気化器本体１０で気化したアンモニアガスを加熱器１１に供給する。また、加熱器１１は、アンモニアガス供給流路１３を介して図示しない供給先と接続されている。アンモニアガス供給流路１３は、加熱器１１で所定温度まで昇温したアンモニアガスを供給先に供給する。
　気化器本体１０には、第１熱媒体供給流路１４と、第１熱媒体排出流路１５とが接続されている。第１熱媒体供給流路１４は、液体アンモニア１００を気化させる第１熱媒体を気化器本体１０に供給する。本実施形態の第１熱媒体は、海水２００である。第１熱媒体供給流路１４には、海水２００を汲み上げるポンプ１４ａや、図示しないバルブ等が設けられている。
　第１熱媒体排出流路１５は、気化器本体１０内で液体アンモニア１００との熱交換によって低温となった海水２００を海に放出する。第１熱媒体排出流路１５には、図示しないバルブやポンプ等が設けられている。なお、第１熱媒体は、海水２００に限定されず、アンモニア気化器１の設置場所によっては、海水２００の代わりに河川や湖等の水を使用する場合もある。
　加熱器１１には、第２熱媒体供給流路１６と、第２熱媒体排出流路１７とが接続されている。第２熱媒体供給流路１６は、アンモニアガスを昇温させる第２熱媒体を加熱器１１に供給する。本実施形態の第２熱媒体は、例えば、供給先のボイラで生成した水蒸気である。第２熱媒体供給流路１６には、図示しないバルブ等が設けられている。
　第２熱媒体排出流路１７は、加熱器１１内でアンモニアガスとの熱交換によって凝縮した凝縮液を排出する。第２熱媒体排出流路１７には、図示しないバルブ等が設けられている。第２熱媒体排出流路１７は、図示しない冷却器と接続されている。冷却器は、アンモニアガスと熱交換した凝縮液から熱回収すると共に凝縮液を冷却し、その凝縮液を所定の場所に移送する。
　気化器本体１０には、底部抜出流路１８が接続されている。底部抜出流路１８は、気化器本体１０の底部から液体アンモニア１００を抜き出す。底部抜出流路１８には、流路を開閉するバルブ１８ａと、図示しないポンプ等が設けられている。
　また、気化器本体１０には、中間部抜出流路１９が接続されている。中間部抜出流路１９は、気化器本体１０の高さ方向の中間部から水（高沸点成分）の濃度が高くなった液体アンモニア１００を抜き出す。中間部抜出流路１９には、流路を開閉するバルブ１９ａ～１９ｃと、後述する混合器５０に、抜き出した（水分濃度が高くなった）液体アンモニア１００を供給する図示しないポンプ等が設けられている。
　混合器５０は、気化器本体１０から排出されたアンモニアガスに、中間部抜出流路１９から抜き出した液体アンモニア１００を混合させる。混合器５０は、例えば、アンモニアガス導出流路１２を流通するアンモニアガスに、水分濃度が高くなった液体アンモニア１００をスプレーすることで混合流体を形成する。加熱器１１は、混合器５０を通過した混合流体を昇温させ、完全に気化させる。
　図２は、一実施形態に係る気化器本体１０の内部構成図である。
　図２に示すように、気化器本体１０は、シェル２０と、管板２１，２２と、複数の伝熱管２３と、を備えている。シェル２０は、水平方向に延びる円筒状に形成されている。管板２１，２２は、複数の伝熱管２３を支持すると共に、シェル２０内を３つの空間に仕切っている。なお、管板２１，２２の間には、図示しない複数のバッフルプレートが設けられていてもよい。この場合、バッフルプレートはシェル２０内の空間を仕切らない。
　シェル２０内には、第１熱媒体入口部１０Ａと、第１熱媒体出口部１０Ｂと、液体アンモニア気化室１０Ｃと、が形成されている。第１熱媒体入口部１０Ａと液体アンモニア気化室１０Ｃとの間の空間は、管板２１によって仕切られている。液体アンモニア気化室１０Ｃと第１熱媒体出口部１０Ｂとの間の空間は、管板２２によって仕切られている。
　管板２１は、伝熱管２３の第１端部を支持している。伝熱管２３の第１端部の開口は、第１熱媒体入口部１０Ａに連通している。管板２２は、伝熱管２３の第２端部を支持している。伝熱管２３の第２端部の開口は、第１熱媒体出口部１０Ｂに連通している。複数の伝熱管２３は、管板２１，２２及び図示しないバッフルプレートによって水平方向に平行に支持されている。
　シェル２０には、第１熱媒体入口部１０Ａに連通する第１熱媒体供給口２４が形成されている。第１熱媒体供給口２４には、上述した第１熱媒体供給流路１４が接続されている。また、シェル２０には、第１熱媒体出口部１０Ｂに連通する第１熱媒体排出口２５が形成されている。第１熱媒体排出口２５には、上述した第１熱媒体排出流路１５が接続されている。
　第１熱媒体供給口２４から第１熱媒体入口部１０Ａに供給された第１熱媒体（海水２００）は、複数の伝熱管２３を通る過程で、液体アンモニア気化室１０Ｃ内の液体アンモニア１００と熱交換し、第１熱媒体出口部１０Ｂに流出する。第１熱媒体出口部１０Ｂに流出した第１熱媒体は、第１熱媒体排出口２５から第１熱媒体排出流路１５を介して、シェル２０外に排出される。なお、第１熱媒体供給口２４及び第１熱媒体排出口２５は、第１熱媒体を供給及び排出する機能を確保できれば、シェル２０の側壁部に設けられてもよいし、シェル２０の底部または上部に設けられてもよい。
　シェル２０の上部には、アンモニアガス導出口２６と、液体アンモニア供給口２７と、が設けられている。アンモニアガス導出口２６及び液体アンモニア供給口２７は、液体アンモニア気化室１０Ｃに連通する。液体アンモニア供給口２７には、上述した液体アンモニア供給流路３が接続されている。液体アンモニア供給口２７は、シェル２０の長手方向の中央部に配置されている。液体アンモニア供給口２７は、シェル２０の内部に配置されたディストリビューター３０と接続されている。
　ディストリビューター３０は、複数の伝熱管２３の上方に位置すると共に、複数の伝熱管２３と平行に延びる。ディストリビューター３０は、液体アンモニア供給口２７から供給される液体アンモニア１００をシェル２０の長手方向に分配する。ディストリビューター３０としては、例えば、多数の孔や切り欠きが形成された配管またはトレイ等を例示できる。一対のアンモニアガス導出口２６が、液体アンモニア供給口２７の両側であって、ディストリビューター３０と平面視で重ならない位置に設けられている。
　一対のアンモニアガス導出口２６は、第１熱媒体入口部１０Ａ（管板２１）側に配置された第１アンモニアガス導出口２６ａと、第１熱媒体出口部１０Ｂ（管板２２）側に配置された第２アンモニアガス導出口２６ｂとを有する。第１アンモニアガス導出口２６ａには、アンモニアガス導出流路１２の第１枝管１２ａが接続されている。また、第２アンモニアガス導出口２６ｂには、アンモニアガス導出流路１２の第２枝管１２ｂが接続されている。なお、第１枝管１２ａ及び第２枝管１２ｂは、図１に示す混合器５０の上流側（手前側）で合流している。
　シェル２０の底部には、ドレン回収部２８が下方に突出するよう設けられている。ドレン回収部２８は、液体アンモニア気化室１０Ｃに連通している。ドレン回収部２８には、上述した底部抜出流路１８が接続されている。
　シェル２０の高さ方向の中間部には、液体アンモニア気化室１０Ｃ内の液体アンモニア１００を抜き出す液体アンモニア抜出部４０が設けられている。液体アンモニア抜出部４０は、第１の高さに設けられた第１抜出口４１と、第１の高さと異なる第２の高さに設けられた第２抜出口４２と、を備える。第１抜出口４１と第２抜出口４２は、シェル２０の長手方向（水平方向）において、互いに異なる位置に配置されている。
　図３は、図２に示すＩＩＩ－ＩＩＩ断面図である。
　図３に示すように、液体アンモニア抜出部４０は、シェル２０の高さ方向の中間部に設けられている。なお、シェル２０の高さ方向の中間部とは、シェル２０のうち、液体アンモニア供給口２７が設けられるシェル２０の上部や、ドレン回収部２８が連設されるシェル２０の底部を除く部分である。
　液体アンモニア抜出部４０が設けられるシェル２０の高さ方向の中間部は、複数の伝熱管２３が配置される高さ方向の範囲Ａに含まれる。具体的に、第１抜出口４１が設けられる第１の高さは、複数の伝熱管２３が配置される範囲Ａの中心位置Ｃ１と同じ高さである。また、第２抜出口４２が設けられる第２の高さは、第１の高さよりも下方であって、複数の伝熱管２３が配置される範囲Ａの下から１／４の高さである。なお、第１抜出口４１及び第２抜出口４２は、シェル２０の中心位置Ｃ２に対しては下方に位置している。
　第１抜出口４１には、中間部抜出流路１９の第１連通流路１９Ａが接続されている。第１連通流路１９Ａには、流路を開閉するバルブ１９ａが設けられている。また、第２抜出口４２には、中間部抜出流路１９の第２連通流路１９Ｂが接続されている。第２連通流路１９Ｂには、流路を開閉するバルブ１９ｂが設けられている。なお、第１連通流路１９Ａ及び第１連通流路１９Ａは、中間部抜出流路１９に設けられた図示しないポンプの上流側で合流している。
　バルブ１９ａ及びバルブ１９ｂのいずれか一方は、アンモニア気化器１の運転時に、開放されている。シェル２０には、液体アンモニア気化室１０Ｃ内の液体アンモニア１００の液面レベルを測定する図示しない液面計が接続されている。作業者は、液面計に基づいて、液体アンモニア１００の液面レベルに対応するバルブ１９ａまたはバルブ１９ｂを開け、液相上部から液体アンモニア１００を抜き出す。なお、液面計の計測結果に基づいて、自動でバルブ１９ａ及びバルブ１９ｂを開閉する制御装置を設けても構わない。
　図４は、液体アンモニア１００の沸点／露点と圧力との関係を示すグラフである。なお、図４において縦軸は、沸点／露点であり、単位は［℃］である。また、図４において横軸は、圧力であり、単位は大気圧基準の［ｋＰａＧ］である。
　図４に示すように、海水２００の温度は、例えば、冬季で１７［℃］～夏季で３５［℃］の間で変化する。
　仮に、気化器本体１０の入口圧力を４００［ｋＰａＧ］とし、ボイラとの取合圧力を３５０［ｋＰａＧ］とした場合、冬季及び夏季のいずれも、液体アンモニア１００の温度は、沸点曲線と露点曲線の間になり、液体アンモニア１００は気液混相状態となる。つまり、海水２００を第１熱媒体とした場合、気化器本体１０内では、液体アンモニア１００の一部が気化せず、アンモニア（主成分，低沸点成分）の気化によって、水（高沸点成分）の濃度が徐々に高くなっていく。
　水（高沸点成分）の濃度が高くなった液体アンモニア１００は、沸点が高くなるため、気化し難くなる。このため、水分濃度が高くなった液体アンモニア１００は、シェル２０内から排出することが望ましい。水分濃度が高くなり、沸点が高くなった液体アンモニア１００は、温度が高くなると、図２に示す液相上部（液面付近）に滞留し易くなる。したがって、図２及び図３に示すように、液体アンモニア抜出部４０を、シェル２０の底部ではなく、シェル２０の高さ方向の中間部に設けることで、水分濃度が高くなった液体アンモニア１００をシェル２０内から効率よく排出することができる。
　シェル２０内から排出された液体アンモニア１００は、水（高沸点成分）を５ｗｔ％程度含む。液体アンモニア１００は、図１に示すように、中間部抜出流路１９を通り、図示しないポンプによって昇圧された後、混合器５０に供給される。混合器５０は、アンモニアガス導出流路１２を流通するアンモニアガスに、水分濃度が高くなった液体アンモニア１００をスプレーし、混合流体を生成する。加熱器１１は、混合器５０を通過した混合流体を完全に気化させ、供給先に供給する。
　上述したように、本実施形態に係るアンモニア気化器１は、液体アンモニア１００が導入されるシェル２０と、シェル２０の内部に設置され、熱媒体が流通する複数の伝熱管２３と、シェル２０の高さ方向の中間部から、液体アンモニア１００を抜き出す液体アンモニア抜出部４０と、を備える。この構成によれば、アンモニアの気化によって水分濃度が高くなった液体アンモニア１００をシェル２０内から効率よく排出することができる。
　また、本実施形態では、シェル２０の内部で気化し、シェル２０の外部に排出されたアンモニアガスに、液体アンモニア抜出部４０から抜き出した液体アンモニア１００を混合させる混合器５０と、混合器５０を通過した混合流体を気化させる加熱器１１と、を備える。この構成によれば、シェル２０から排出し、水分濃度が高くなった液体アンモニア１００を気化させて、供給先に供給することができる。
　また、本実施形態では、液体アンモニア抜出部４０が設けられる中間部は、複数の伝熱管２３が配置される高さ方向の範囲Ａ内に含まれる。この構成によれば、液体アンモニア１００の液相上部から、水分濃度が高くなった液体アンモニア１００を抜き出し易くなる。
　また、本実施形態では、液体アンモニア抜出部４０は、中間部において、第１の高さに設けられた第１抜出口４１と、中間部において、第１の高さと異なる第２の高さに設けられた第２抜出口４２と、を備える。この構成によれば、シェル２０内において高さの異なる２箇所から、水分濃度が高くなった液体アンモニア１００を抜き出すことができる。
　また、本実施形態では、第１抜出口４１に連通する第１連通流路１９Ａ（流路）を開閉するバルブ１９ａ（第１開閉装置）と、第２抜出口４２に連通する第２連通流路１９Ｂ（流路）を開閉するバルブ１９ｂ（第２開閉装置）と、を備える。この構成によれば、シェル２０内の液体アンモニア１００の水面レベルに応じて、液体アンモニア１００の抜出位置を変更できる。
　また、本実施形態では、第１熱媒体（熱媒体）は、海水２００である。この構成によれば、液体アンモニア１００を気化する第１熱媒体を、低廉で大量に確保できる。
　以上、本発明の好ましい実施形態を記載し説明してきたが、これらは本発明の例示的なものであり、限定するものとして考慮されるべきではないことを理解すべきである。追加、省略、置換、およびその他の変更は、本発明の範囲から逸脱することなく行うことができる。従って、本発明は、前述の説明によって限定されていると見なされるべきではなく、特許請求の範囲によって制限されている。
　本発明の一態様によれば、アンモニアの気化によって水分濃度が高くなった液体アンモニアをシェル内から効率よく排出することができる。
　１…アンモニア気化器、２…低温貯蔵タンク、３…液体アンモニア供給流路、３ａ…バルブ、１０…気化器本体、１０Ａ…第１熱媒体入口部、１０Ｂ…第１熱媒体出口部、１０Ｃ…液体アンモニア気化室、１１…加熱器、１２…アンモニアガス導出流路、１２ａ…第１枝管、１２ｂ…第２枝管、１３…アンモニアガス供給流路、１４…第１熱媒体供給流路、１４ａ…ポンプ、１５…第１熱媒体排出流路、１６…第２熱媒体供給流路、１７…第２熱媒体排出流路、１８…底部抜出流路、１８ａ…バルブ、１９…中間部抜出流路、１９ａ…バルブ（第１開閉装置）、１９Ａ…第１連通流路、１９ｂ…バルブ（第２開閉装置）、１９Ｂ…第２連通流路、１９ｃ…バルブ、２０…シェル、２１…管板、２２…管板、２３…伝熱管、２４…第１熱媒体供給口、２５…第１熱媒体排出口、２６…アンモニアガス導出口、２６ａ…第１アンモニアガス導出口、２６ｂ…第２アンモニアガス導出口、２７…液体アンモニア供給口、２８…ドレン回収部、３０…ディストリビューター、４０…液体アンモニア抜出部、４１…第１抜出口、４２…第２抜出口、５０…混合器、１００…液体アンモニア、２００…海水（熱媒体）、Ａ…範囲、Ｃ１…中心位置、Ｃ２…中心位置

Claims (6)

  1. 　液体アンモニアが導入されるシェルと、
    　前記シェルの内部に設置され、熱媒体が流通する複数の伝熱管と、
    　前記シェルの高さ方向の中間部から、前記液体アンモニアを抜き出す液体アンモニア抜出部と、を備える、
    　アンモニア気化器。
  2. 　前記シェルの内部で気化し、前記シェルの外部に排出されたアンモニアガスに、前記液体アンモニア抜出部から抜き出した前記液体アンモニアを混合させる混合器と、
    　前記混合器を通過した混合流体を気化させる加熱器と、を備える、
    　請求項１に記載のアンモニア気化器。
  3. 　前記中間部は、前記複数の伝熱管が配置される高さ方向の範囲内に含まれる、
    　請求項１に記載のアンモニア気化器。
  4. 　前記液体アンモニア抜出部は、第１抜出口および第２抜出口を備え、
    　前記第１抜出口は、前記中間部において、第１の高さに設けられ、
    　前記第２抜出口は、前記中間部において、前記第１の高さと異なる第２の高さに設けられる、
    　請求項１に記載のアンモニア気化器。
  5. 　前記第１抜出口に連通する流路を開閉する第１開閉装置と、
    　前記第２抜出口に連通する流路を開閉する第２開閉装置と、を備える、
    　請求項４に記載のアンモニア気化器。
  6. 　前記熱媒体は、海水である、
    　請求項１～５のいずれか一項に記載のアンモニア気化器。
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