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JP2004524953A - 吸着によってガスを処理する方法および対応する装置 - Google Patents

吸着によってガスを処理する方法および対応する装置 Download PDF

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Abstract

本発明は、連続的に、高いサイクル圧での吸着フェーズ、および吸着の再加圧をもって終了する再生フェーズからなるフェーズシフトしたサイクルにそれぞれ従う、2つの吸着塔のみを使用する方法に関する。前記方法は、前記工程を開始している吸着塔を制御するバルブの切り換え時間よりも非常に長い予定時間間隔にわたって吸着フェーズにある吸着塔を並列させ、及び/又は全ガス流束と第1のガス流との温度差が予定温度閾値よりも大きい限り並列させる工程を含む。本発明は、蒸留前の空気の精製に適用することができる。

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸着によってガスを処理する方法に関し、2つの吸着塔のみを使用するタイプであり、2つの吸着塔の各々は、連続的に、高いサイクル圧での吸着フェーズと、再加圧されている吸着塔で終了する、減圧を伴う再生フェーズとからなる、同一であるがシフトしたサイクルに従い、前記方法は、吸着塔を並列させ、その間に第1のガス流を吸着フェーズを終了しつつある少なくとも1つの吸着塔によって処理するとともに処理すべき第2のガス流を吸着フェーズを開始している少なくとも1つの他の吸着塔によって処理することによって、処理された全ガス流を得る工程を含む。
【0002】
本発明は、特に蒸留用の空気の精製に適用することができる。
このような処理方法は、例えば、この処理ガスの予定されている下流の処理に関して不純物と考えられる1以上の成分がないガスを得るために普通のものである。それらは少なくとも2つの吸着塔を含む処理プラントによって実施される。例えば、空気は蒸留できるようにするために徹底的に水およびCOを除去して精製しなければならない。一般に空気蒸留ユニットには単一の空気流が供給される。この主要な空気流は単一の圧力レベルで精製され、これは少なくとも2塔の吸着剤で行われ、1つは吸着モードにあり、その間もう1つは再生モードにある。
【0003】
これら2塔によるサイクルの間に、吸着フェーズにある2塔を並列させて、蒸留ユニットに向かう空気の連続性を与える。しかしながら、ちょうど再生した塔を、精製空気を生成するための吸着モードに戻すとき、この塔出口で精製空気に熱ピークが現れるということに注目することは重要である。この温度の上昇は、吸着塔による窒素の吸着が原因であることが認められており、ますます顕著になればなるほど吸着塔がさらされる圧力がより高くなる。この温度変化は、下流にある要素(それが空気蒸留ユニットの主要熱交換器であれ過給機であれ)の運転に不利な影響を与える。特にこの問題は、加圧した液体酸素を高圧空気の液化によって気化する“ポンプ”法と呼ばれる方法で解決されなければならない。
【0004】
EP−A−0146646およびUS−A−4981499は、少なくとも4つの吸着塔を用い、吸着によってガスを処理する方法を示している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的の1つは、この熱ピークの有害な結果を制限することにあり、実施するのが簡単であり、先行技術の関連する処理プラントの構造的修正をほとんど含まない方法を提案する。
【0006】
【課題を解決するための手段】
このために、本発明の主題は上記したタイプの方法であり、並列工程を、前記工程を確立している吸着塔を制御するバルブの切り換え時間より非常に長い予定時間間隔にわたって維持し、及び/又は全ガス流と少なくとも1つの前記ガス流との温度差が予定温度閾値よりも大きい限り維持することを特徴とする。
【0007】
本発明の他の特徴によれば、
前記予定時間間隔は少なくとも1分である。
前記予定時間間隔は少なくとも2分である。
第1の流量を、並列工程の間に少なくとも部分的に変化させる。
第2の流量を、並列工程の間に少なくとも部分的に変化させる。
第2の流量を、第1の流量の変化と反対の仕方で変化させる。
前記ガスが空気であり、前記処理が水とCOを除去してこの空気を精製することである。
オプションで乾燥している及び/又は脱炭酸される空気からの少なくとも1つのガスと、空気よりも酸素に富んだ流体とを含むガス再加圧混合物によって、吸着塔を再加圧する。
【0008】
およそ7バールの最大圧力での吸着の場合に、並列工程を少なくとも1分間及び/又はおよそ20℃の温度閾値で保つ。
およそ7バールの最大圧力での吸着の場合に、並列工程を少なくとも2分間及び/又はおよそ20℃の温度閾値で保つ。
およそ7バールの最大圧力での吸着の場合に、並列工程を少なくとも2分間及び/又はおよそ15℃の温度閾値で保つ。
およそ7バールの最大圧力での吸着の場合に、並列工程を少なくとも5分間及び/又はおよそ15℃の温度閾値で保つ。
およそ7バールの最大圧力での吸着の場合に、並列工程を少なくとも5分間及び/又はおよそ10℃の温度閾値で保つ。
およそ7バールの最大圧力での吸着の場合に、並列工程を少なくとも10分間及び/又はおよそ10℃の温度閾値で保つ。
およそ7ないし36バール、特におよそ20ないし36バールでの吸着の場合に、並列工程を少なくとも2分間及び/又はおよそ30℃の温度閾値で保つ。
およそ7ないし36バール、特におよそ20ないし36バールでの吸着の場合に、並列工程を少なくとも5分間及び/又はおよそ30℃の温度閾値で保つ。
およそ7ないし36バール、特におよそ20ないし36バールでの吸着の場合に、並列工程を少なくとも5分間及び/又はおよそ25℃の温度閾値で保つ。
およそ7ないし36バール、特におよそ20ないし36バールでの吸着の場合に、並列工程を少なくとも10分間及び/又はおよそ25℃の温度閾値で保つ。
およそ7ないし36バール、特におよそ20ないし36バールでの吸着の場合に、並列工程を少なくとも10分間及び/又はおよそ20℃の温度閾値で保つ。
およそ7ないし36バール、特におよそ20ないし36バールでの吸着の場合に、並列工程を少なくとも15分間及び/又はおよそ15℃の温度閾値で保つ。
吸着塔は、時間間隔Tで、T/2(含む)ないしT(含まない)の時間間隔をもつ吸着フェーズを有する、同一のフェーズシフトしたサイクルに従う。
本発明の主題はまた、上記に定義したような方法を実施するための、吸着によってガスを処理するプラントであって、ガス供給ラインと;処理ガス放出ラインと;ちょうど2つの吸着塔(各々は連続的に、高いサイクル圧での吸着フェーズと、再加圧されている吸着塔で終了する、減圧を伴う再生フェーズとからなる、同一であるがシフトしたサイクルに従い、前記方法は、吸着塔を並列させ、その間に処理すべき第1のガス流を吸着フェーズを終了しつつある少なくとも1つの吸着塔によって処理するとともに処理すべき第2のガス流を吸着フェーズを開始している少なくとも1つの他の吸着塔によって処理することによって処理された全ガス流を得る工程を含む)と;吸着塔を、供給ラインに、放出ラインに、相互に、および可能であれば酸素に富んだ流体を送るラインに連結させる手段とを具備するタイプであり、前記プラントは連結手段を作動させる流量調節装置を具備し、前記連結手段が、前記並列工程を、前記工程を確立している吸着塔を制御するバルブの切り換え時間より非常に長い予定時間間隔にわたって保持する、及び/又は全ガス流と少なくとも1つの前記ガス流との温度差が予定温度閾値よりも大きい限り保持するようにすることを特徴とする。
【0009】
前記プラントのもう1つの特徴によれば、調節装置は、全ガス流と第1のガス流との間、及び/又は全ガス流と第2のガス流との間の温度差を感知するための示差温度センサーを具備する。
【0010】
各々の吸着塔は塔を具備し、各々はモレキュラーシーブだけ又はモレキュラーシーブと共にアルミナを含み、空気中に含まれる水とCOを吸着することができる。
【0011】
本発明は、単に例として示され、添付の図面を参照してなされる以下の詳細な説明を読めば容易に理解できるであろう。
【0012】
【発明の実施の形態】
図1は空気蒸留ユニットのうちの精製プラント1を示す。このプラント1は、ライン3を経由して主要熱交換ライン、その後に空気蒸留装置に供給するために、3ないし36バールの圧力に圧縮されライン2によって運ばれる大気の流れに含まれる不純物、特に水およびCOを除去するのに適している。後段の要素は書き込み過ぎにならないように図1には示していない。空気蒸留ユニットは、例えば液体酸素を生成する二重の空気蒸留カラムであってもよく、この液体酸素は、ポンピング後に、圧縮空気の一部の凝縮によって熱交換ライン中で気化する。
【0013】
プラント1は、2つの実質的に同一の吸着塔R1とR2を含む。各々の吸着塔R1、R2はそれぞれ塔4,5を含み、各々はある材料、例えばモレキュラーシーブと共にオプションとしてアルミナを含み、空気中に含まれる水およびCOを吸着することができる。
【0014】
プラント1はさらにいくつかの数の連結ラインおよびバルブを含む。これらの配置はプラント1において実施される方法の説明の間に明らかになるであろう。
【0015】
この方法は、図2および図3に示されているサイクルの繰り返しによって得られ、吸着塔R1は図2に示すサイクルに従い、吸着塔R2は並列して同一であるが時間シフトした図3に示すサイクルに従う。
【0016】
図2および図3において、時間tをx軸にプロットし、絶対圧Pをy軸にプロットしており、矢印によって示された線は、ガスの流れの動きおよび行先、さらに吸着塔R1およびR2中の流れの方向をそれぞれ示す。矢印がyを増加させる方向(図において上向き)にあるとき、流れは吸着塔の中で並流と呼ばれる。上向きの矢印が吸着塔中の圧力を示す線の下に位置している場合、流れは吸着塔の入口端を経由して吸着塔に入る。上向きの矢印が圧力を示すラインの上に位置している場合、流れは吸着塔の出口端を経由して吸着塔を出て、入口端および出口端はそれぞれ、処理すべきガスおよび生成フェーズにおいて抽出されたガスの入口端および出口端である。矢印がyを減少させる方向(図において下向き)にあるとき、流れは吸着塔において向流と呼ばれる。下向きの矢印が吸着塔の圧力を示す線の下に位置する場合、流れは吸着塔の入口端を経由して吸着塔を出る。下向きの矢印が圧力を示す線の上に位置する場合、流れは吸着塔の出口端を経由して吸着塔に入り、入口端および出口端は常に、処理すべきガスおよび生成フェーズにおいて抽出されたガスの入口端および出口端である。
【0017】
時間開始点が図2および3において同じであることは注目すべきである。従って、両方の図を全く同一の与えられた瞬間について同時に読むことができる。サイクルの説明は主に図3に基づくが、図2は1サイクルの半分の期間だけの同一のサイクルオフセットを示していることが理解できる。
【0018】
図3のサイクル(この期間Tは、吸着圧が実質的に6バールである場合に、例として360分である)は4つの連続的な工程IないしIVを含む。
【0019】
工程Iの間、すなわちt=0ないしt1=5分までの間、吸着塔R1は吸着フェーズにあり、一方で主吸着塔R2は再生フェーズにある。
【0020】
ライン2の空気は開いたバルブ10を通して吸着塔R1に取り入れられる。精製空気、すなわち乾燥および脱炭酸した空気はその後に開いたバルブ11を経由してライン3に返送される。
【0021】
この間に吸着塔R2は、バルブ12を開けることによって大気圧と実質的に等しい圧力に戻り、従ってライン6を経由して吸着塔R2を排気する。バルブ12はt1=5分になるまで、すなわち吸着塔R2の塔5内部の圧力が実質的に大気圧と等しくなるまで開けたままにする。
【0022】
次にバルブ12を閉じ、ライン7によって運ばれた蒸留ユニットからの廃窒素は、例えば二重カラムの低圧カラムの頂点から入り、開いたバルブ13を経由して吸着塔R2に供給される。
【0023】
この廃窒素は、再生方向に、すなわち吸着方向と反対方向に、吸着塔R2を流れ、それによって先の吸着フェーズの間に飽和したこの吸着塔を再生させる。廃窒素は最初に加熱し、その後は加熱しない。
【0024】
脱着した水およびCOを運ぶ廃窒素は、次に開いたバルブ14を経由し放出ライン8に向けて吸着塔R2に送られる。
【0025】
このバルブ14は、t2=155分になるまで開けたままにしておき、バルブ13と共に閉じたとき、吸着塔R2を再加圧することができる。このR2の再加圧は、t2からt3=170分までであり、吸着塔R2の塔5内部の圧力を下流の要素で保持される値と実質的に等しい値に導くことにある。それは様々な考えられ得る操作上の調整によって、特に2つの吸着塔R1およびR2の出口を連結するバルブ15を開けることによって、そして可能であればR2の出口端に連結されたバルブ15Bを開けて部分的にR2に酸素に富んだ流体、例えばライン102を経由して空気蒸留ユニットから来る酸素を送り込むことによって行われる。
【0026】
工程Iは吸着塔R2の圧力が6バールという所望の値に達したときに開始する。
工程IIの間、すなわちt3からt4=180分までの間、吸着塔R1は、工程Iと同じく吸着モードにある。
【0027】
しかしながら、ライン2からの空気は、開いたバルブ16によって吸着塔R2にももたらされる。すなわち精製空気は開いたバルブ17を経由してライン3に送られる。
【0028】
従って、工程IIの間、吸着塔R1およびR2は、並列して空気を精製するために両方とも吸着フェーズである。
【0029】
しかしながら、吸着塔R2を出る精製空気の流れは、上記したように吸着塔R1の出口での温度よりも非常に高温である。従って、R1を出る流れとR2を出る流れとからなる、ライン3によって送られる全体の空気流は、実質的に混合の法則に従って、R1を出る流れとR2を出る流れとの中間の温度にある。
【0030】
吸着塔を吸着フェーズで並列させるこの工程IIは、この工程を確立している吸着塔R1およびR2を制御するバルブの切り換え時間(数秒または数十秒かかる)よりも非常に長い予定時間にわたって行うか、及び/又は全ガス流の間の中ほどの温度があらかじめ設定した温度(R1に入る空気の温度に、この例ではおよそ10℃の温度許容閾値を加えたものと実質的に等しい)を下回るまで行う。
【0031】
工程IIIの間、すなわちt4からt7=345分までの間、吸着塔R2を吸着フェーズに保ち、一方で吸着塔R1は再生フェーズにある。
【0032】
工程Iの間のR2と同様にして、R1を連続的に、
バルブ10および11を閉じ、R2に関するバルブ12と同様の機能をもつバルブ18を開けることによって、t4からt5=185分まで減圧し、
バルブ18を閉め、R2に関するバルブ13および14とそれぞれ同様の機能をもつバルブ19および20を開けることによって、t5からt6=335分まで廃窒素を流し、
バルブ15を開け、可能であればR2に関するバルブ15Bと同様の機能をもつバルブ15Aを開けることによってt6からt7=350分まで再加圧する。
工程IIIの終わりに、吸着塔R1は再生される。
【0033】
工程IVの間、すなわちt7からt8=360分までの間、吸着塔R1およびR2は並列してライン2によって送られる空気を精製し、これらの吸着塔の両方が工程IIと同じく吸着フェーズにある。
【0034】
工程IVは上記した予定時間間隔にわたって続くか、及び/又はライン3によって送られる全ガス流の温度が上記したのと同じ設定温度(今回はR2に入り、同一の温度許容閾値をもつ空気の温度と実質的に等しい)を上回るまで続く。
【0035】
すなわち、2つの吸着塔を吸着フェーズで長く並列にすることで、熱流と冷流を混合することによって温度を制御した精製空気流を得ることができる。ライン3における熱ピーク強度が減少し、上記に示した下流での障害を防止するかまたは少なくとも十分に制限する。
【0036】
数値的な例によれば、吸着の開始時点での温度の急上昇を、30バールの空気圧では70℃から15℃まで減少させ、6バールの空気圧では30℃から10℃まで減少させることができた。
【0037】
本発明による方法は、バルブの適切な調節によって簡単に実施することができる。さらに、熱流の温度をいっそう減少させる効果をもつ酸素に富んだ空気を再加圧することによって、前記方法のパラメーターを少し修正する(これもまた簡単に実施できる)ことになることは注目すべきである。
【0038】
サイクルの他の例を以下の表に要約し、サイクルの並列工程のパラメーターを詳細に示した。
【0039】
【表1】
Figure 2004524953
変形例として図4に示したように、プラント1は、バルブ10、11、15、16および17と連結した調節装置22を具備する。この装置22はこれらのバルブのそれぞれを通過する空気の流量を調節することができる。
【0040】
吸着塔を並列させる工程の間、装置22は、反対の仕方で2つの吸着塔の対応するバルブを作動させて、供給ライン2によって送られる流れが2つの吸着塔R1およびR2の間で非対称的に分配されるようにするか、及び/又はこれらの吸着塔のそれぞれを出る流れが時間とともに変化する割合をもつようにする。
【0041】
これらのバルブを調節するための多くの調整を考えることができる。例として、これらの調整の1つの詳細は以下のようになる。R2とR1を並列させる工程の間、すなわち上記番号付けによれば工程IIの間、装置22はバルブ16のゆっくりとした連続的な開放を制御し、一方ではバルブ10のゆっくりとした連続的な閉鎖を制御する。従って、並列工程の開始時間で実質的に最大量であるR1による流出量は継続的に減少し、一方で、それに伴って、並列工程の開始時間で実質的にゼロであるR2による流出量は同様に継続的に増加する。
【0042】
好ましくは、図4に示すように、前記装置22は示差温度センサーを具備する。このセンサーは、放出ライン3、吸着塔R1の入口端、および吸着塔R2の入口端のガスの温度をそれぞれ測定する3つのアーム22A、22Bおよび22Cを具備する。
【0043】
このセンサーは、調節装置22に各々のアームの間での温度差を与え、前記装置が本発明の方法に従って自動化された仕方でバルブ10、11、15,16および17を制御するようにする。
【0044】
変形例(示していない)として、吸着器を再加圧するときに酸素に富んだ流体を提供することができるバルブ15Aおよび15Bも調節装置22と連結し、それらの動作をこの装置22によって制御し考慮するようにする。
【0045】
もちろん、プラントが運転中にある間、サイクルのパラメーターを変化させてもよい。
【0046】
さらに、吸着塔を並列させる時間間隔は時間、及び/又は設備の負荷とともに変化してもよいし、及び/又はちょうど再加圧された吸着塔に応じて異なっていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明による精製プラントの模式図である。
【図2】図2は本発明の方法による一組の吸着塔のうちの1つの吸着塔のサイクル図である。
【図3】図3は図2に示した図と類似した図であるが、当該一組の吸着塔のもう一方のサイクル図である。
【図4】図4は図1に類似した図であるが、本発明による変形例のプラントの図である。

Claims (22)

  1. 吸着によってガスを処理する方法であって、2つの吸着塔のみを使用するタイプであり、各々の吸着塔は、連続的に、高いサイクル圧での吸着フェーズと、再加圧されている吸着塔で終了する、減圧を伴う再生フェーズとからなる、同一であるがシフトしたサイクルに従い、前記方法は、吸着塔を並列させ、その間に第1のガス流を吸着フェーズを終了しつつある少なくとも1つの吸着塔(R1)によって処理するとともに処理すべき第2のガス流を吸着フェーズを開始している少なくとも1つの他の吸着塔(R2)によって処理することによって処理された全ガス流を得る工程を含み、前記並列工程を、前記工程を確立している吸着塔を制御するバルブの切り換え時間より非常に長い予定時間間隔にわたって維持する、及び/又は全ガス流と少なくとも1つの前記ガス流との温度差が予定温度閾値よりも大きい限り維持することを特徴とする方法。
  2. 前記予定時間間隔は少なくとも1分であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 前記予定時間間隔は少なくとも2分であることを特徴する請求項1に記載の方法。
  4. 第1の流量を並列工程の間に少なくとも部分的に変化させることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか記載の方法。
  5. 第2の流量を並列工程の間に少なくとも部分的に変化させることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか記載の方法。
  6. 第2の流量を第1の流量の変化と反対の仕方で変化させることを特徴とする請求項4および5に記載の方法。
  7. 前記ガスが空気であり、前記処理が水とCOを除去してこの空気を精製することであることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか記載の方法。
  8. オプションで乾燥している及び/又は脱炭酸される空気からの少なくとも1つのガスと、空気よりも酸素に富んだ流体とを含むガス再加圧混合物によって、吸着塔を再加圧することを特徴とする請求項7に記載の方法。
  9. およそ7バールの最大圧力での吸着の場合に、並列工程を少なくとも1分間及び/又はおよそ20℃の温度閾値で保つことを特徴とする請求項7または8に記載の方法。
  10. およそ7バールの最大圧力での吸着の場合に、並列工程を少なくとも2分間及び/又はおよそ20℃の温度閾値で保つことを特徴とする請求項7または8に記載の方法。
  11. およそ7バールの最大圧力での吸着の場合に、並列工程を少なくとも2分間及び/又はおよそ15℃の温度閾値で保つことを特徴とする請求項7または8に記載の方法。
  12. およそ7バールの最大圧力での吸着の場合に、並列工程を少なくとも5分間及び/又はおよそ15℃の温度閾値で保つことを特徴とする請求項7または8に記載の方法。
  13. およそ7バールの最大圧力での吸着の場合に、並列工程を少なくとも5分間及び/又はおよそ10℃の温度閾値で保つことを特徴とする請求項7または8に記載の方法。
  14. およそ7バールの最大圧力での吸着の場合に、並列工程を少なくとも10分間及び/又はおよそ10℃の温度閾値で保つことを特徴とする請求項7または8に記載の方法。
  15. およそ7ないし36バール、特におよそ20ないし36バールでの吸着の場合に、並列工程を少なくとも2分間及び/又はおよそ30℃の温度閾値で保つことを特徴とする請求項7または8に記載の方法。
  16. およそ7ないし36バール、特におよそ20ないし36バールでの吸着の場合に、並列工程を少なくとも5分間及び/又はおよそ30℃の温度閾値で保つことを特徴とする請求項7または8に記載の方法。
  17. およそ7ないし36バール、特におよそ20ないし36バールでの吸着の場合に、並列工程を少なくとも5分間及び/又はおよそ25℃の温度閾値で保つことを特徴とする請求項7または8に記載の方法。
  18. およそ7ないし36バール、特におよそ20ないし36バールでの吸着の場合に、並列工程を少なくとも10分間及び/又はおよそ25℃の温度閾値で保つことを特徴とする請求項7または8に記載の方法。
  19. およそ7ないし36バール、特におよそ20ないし36バールでの吸着の場合に、並列工程を少なくとも10分間及び/又はおよそ20℃の温度閾値で保つことを特徴とする請求項7または8に記載の方法。
  20. およそ7ないし36バール、特におよそ20ないし36バールでの吸着の場合に、並列工程を少なくとも15分間及び/又はおよそ15℃の温度閾値で保つことを特徴とする請求項7または8に記載の方法。
  21. 請求項1ないし20のいずれかひとつに記載の方法を実施するための、吸着によってガスを処理するプラントであって、ガス供給ライン(2)と;処理ガス放出ライン(3)と;ちょうど2つの吸着塔(R1、R2)(各々は連続的に、高いサイクル圧での吸着フェーズと、再加圧されている吸着塔で終了する、減圧を伴う再生フェーズとからなる、同一であるがシフトしたサイクルに従い、前記方法は、吸着塔を並列させ、その間に処理すべき第1のガス流を吸着フェーズを終了しつつある少なくとも1つの吸着塔によって処理するとともに処理すべき第2のガス流を吸着フェーズを開始している少なくとも1つの他の吸着塔によって処理することによって処理された全ガス流を得る工程を含む)と;吸着塔を、供給ラインに、放出ラインに、相互に、および可能であれば酸素に富んだ流体を送るラインに連結する手段(10、11、15、16、17、15A、15B)とを具備するタイプであり、前記プラントは連結手段を作動させる流量調節装置(22)を具備し、前記連結手段が、前記並列工程を、前記工程を開始している吸着塔を制御するバルブの切り換え時間よりも非常に長い予定時間間隔にわたって保持する、及び/又は全ガス流と少なくとも1つの前記ガス流との温度差が予定温度閾値よりも大きい限り保持するようにすることを特徴とするプラント。
  22. 調節装置(22)が、全ガス流と第1の流れの間、及び/又は全ガス流と第2の流れの間の温度差を検知するための示差温度センサー(22A、22B、22C)を具備することを特徴とする請求項21に記載のプラント。
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