JP2005520670A

JP2005520670A - 混合流体の分離のための小型精留ユニットおよびそのような混合流体の分離のための精留プロセス

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Publication number: JP2005520670A
Application number: JP2003576065A
Authority: JP
Inventors: セイフディノフ、アルベルト、ファリトヴィッチ; ベケトフ、オレグ、イェゴロヴィッチ; ラドシュキン、ヴィクトール、セリヴェルストヴィッチ; ネステロフ、ゲナディ、アナトリエヴィッチ; トルストイ、アナトリー、セメノヴィッチ; イワノフ、ゲナディ、イワノビッチ
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-03-20
Filing date: 2002-03-20
Publication date: 2005-07-14
Also published as: WO2003078014A1; US7588666B2; US20050224333A1; CN100531842C; AU2002315975A1; BR0215661A; CN1622846A; CA2476204C; MXPA04008942A; KR20050014796A; CA2476204A1; EP1487553A1

Abstract

本発明は、伝熱のために流体熱媒体およびその蒸気を熱・相交換壁の両側で使用する、混合流体の分離のための小型精留ユニットに関する。熱・相交換プロセスの効率を高めるために、精留部および／または蒸発器部の熱・相交換管は、前記熱・相交換管の高さに沿って不規則な（変化する）伝熱量を管壁の内側と外側との間にもたらす手段を有する。これは精留塔の高さを３〜１０分の１に低減することを可能にする。

Description

本発明は、請求項１の前提部分に係る混合流体の分離のための小型精留ユニット、請求項３３の前提部分に係る精留ユニット用の小型蒸発ユニット、および請求項３４の前提部分に係る混合流体の分離のための精留プロセスに関する。

膜塔をはじめとする従来の精留塔の運転においては、蒸気と液体との間の熱・相交換ゾーンから還流装置で作られるウェット還流が塔の頂部に運ばれる。したがって、蒸気流Ｇおよび液体還流Ｌは塔の全ての高さレベルで一定である。液体還流Ｌの流量は通常、留出物サンプリングＰの流量をかなり超える（図１参照）。

本発明のものと同様に膜塔では、液体還流Lは、熱・相交換ゾーンの全ての高さレベルで直接形成される。液体還流は、塔の各高さレベルにおける熱交換壁内の温度勾配の形成によって得られ、それは薄膜として熱交換壁に沿って流下する。したがって、条件は、理想的な分離段の高さｈ₁における蒸気Ｇ１の強制凝縮に整えられる。この位置で蒸気Ｇ１の凝縮中に、混合物の不揮発性成分によって富化された液体還流Ｌ１の形成と、混合物の軽質成分によって富化された二次蒸気流Ｇ２の形成が同時に起きる（図２参照）。ベースミックスの軽質成分に対する所要留出物濃度が達成されるまで、このプロセスは塔の高さに沿って繰り返される。

本発明の目的は、熱・相交換プロセスの効率を高めることである。この目的は、請求項１の特徴を持つ小型精留ユニットによって、かつ請求項３３の特徴に係る精留ユニット用の小型蒸発ユニットによって達成される。最後に、この目的は、請求項３４の特徴に係るプロセスによって達成される。

本発明では、塔の高さに沿って、熱交換管壁の両側の間に不規則な温度勾配がある。したがって、熱交換管壁内および／または熱交換管壁の両側の少なくとも一方における蒸気相と液相との間に不規則な熱エネルギ伝達があり、その結果の一つが、蒸留液の特性に合致する塔の高さに沿った不規則な液体還流の形成である。

液体還流形成中の過度の放熱は、熱・相交換面の壁を通して、前記壁の前記熱・相交換面とは反対側の空間内にある外部沸騰熱媒体による集熱を犠牲にして、解放される。

本発明は、工業用充填塔の負荷に匹敵する高負荷の蒸気流の塔で、膜塔における理想的な分離段の低い値の高さを達成することを可能にする。実際の適用では、これは精留塔の高さを３〜１０分の１に低減し、従来の精留塔に比較して塔内の分割材の容量を５０〜１００分の１に低減することを可能にする。

熱・相交換管壁を通しての熱輸送は、塔ならびに熱・相交換管それぞれの高さに沿って非常に幅広く変化することを理解する必要がある。熱・相交換管の内側で混合流体の成分を蒸発または凝縮させて、前記熱・相交換管の周囲のシェル空隙内に熱搬送流体を提供することが好ましいが、前記混合流体を前記熱・相交換管の外側で蒸発および／または凝縮させ、かつ熱搬送流体を管状内部に導通させることが原則的に可能であり、かつ本発明の範囲内である。

さらに、本発明の場合、熱交換は熱・相交換管壁の両側の間でのみ発生するわけではないことを指摘することが重要である。熱交換は、混合成分の間および／または混合流体の蒸気相と液相との間でも発生し得る。

最後に、混合流体の成分の質量交換は、蒸気コア流内で、すなわち熱・相交換管壁の表面から幾らかの距離を置いて発生することがあり、および／または混合流体の成分間の質量交換は、前記熱・相交換管壁の表面で蒸気相と液薄膜流体との間で発生することがあることを指摘することが重要である。

本発明の際立った利点の一つは、それが非常に幅広い、ほとんど無制限の範囲の混合流体の高効率の精留をもたらすことである。特に、分離しようとする混合流体の成分の沸点温度と縮合および蒸発のエネルギが相互に相関する必要が無い。特に、蒸気相と液相との間で動作する、それ自体混合流体である熱搬送流体の使用は、非常に広範囲の熱・相交換管壁の両側の間の伝熱を前記熱・相交換管の高さに沿って変化させる、高効率の改善策を提供する。熱・相交換管壁の温度はその高さに沿って一定であるが、熱・相交換管の高さに沿った不規則な伝熱プロファイルの形成を支持するために、この温度は熱・相交換管の高さに沿って幅広く変化することが好ましい。また、熱・相交換管壁の高さに沿った特定の還流プロファイルの形成は、各蒸留段における、すなわち熱・相交換管の様々な高さレベルにおける蒸気と液体の間の平衡を安定化させる。還流は熱・相交換管の高さに沿って不規則であること、つまり一定でないことが好ましい。

図７によると、塔１０は管板３および４を持つシェル１から成り、それらの間に熱・相交換管２が固定される。塔１０の精留部１２の底部には、熱媒体を供給するチョーク７（入口／出口管）、および熱媒体凝縮物を戻すチョーク６（入口管）がある。塔の頂部には、熱媒体の蒸気相を運び出し、かつ熱媒体凝縮物を戻すジェット５（入口／出口管）がある。

塔は次のように動作する。チョーク７を通して、塔のシェル空隙１００に熱媒体が充填される。精留部１２（カラムの一部）用の熱媒体は、精留対象の混合物の初期混合物沸点からより低い沸点のその留出物の沸点までの範囲内の沸点（Ｔ_B1）を持つ任意の液体または混合流体とすることができる。後述するストリッピング部（カラムの一部）用の熱媒体は、分割対象混合物の初期沸点から残滓のより高い沸点の成分の沸点までの範囲内の沸点（Ｔ_B2）を持つ任意の液体または混合流体とすることができる。

熱媒体は蒸留液の蒸気の凝縮熱の作用により沸騰し、熱・相交換管２の内壁面上で、またはシェル１を介する外部源からの入熱のおかげで、前記凝縮が発生する。熱媒体蒸気はシェル空隙１００を上昇し、戻り凝縮器（図示せず）につながる取付管またはジェット５に配分される。戻り凝縮器から熱搬送留出物は取付管または５を通して、および／またはチョークまたは取付管６を通して塔のシェル空隙に戻る。したがって、塔からの熱媒体の漏れが防止される。熱・相交換管２の様々な高さにおける熱勾配には、チョークまたは取付管７を通して塔内の沸騰熱媒体の液位制御が設けられる。したがって、静水力学的流体塔の高さによる沸点の差のおかげで、かつ蒸気および液体の両方の温度差ならびに熱・相交換管２の高さに沿ったそれらの分布のおかげで、勾配が提供される。

管壁の内面で、上記の通り液体還流が形成される。前記液体還流は、薄膜として管の壁を流れる。蒸留液の蒸気は、管２の頂部へ上昇する。管２の高さに沿って、熱・相交換プロセスが上昇する蒸気流と流下する液体還流の膜との間で発生する。液体の留出物の清浄な蒸気相は、凝縮および冷却用の出口である管の頂部から流出する。液体還流は、熱・相交換管２の底部で塔から取り出され、目標留分として取り出されるか、あるいは塔のより低い区画または塔のストリッピング部に移送される。

温度勾配の追加的調整の目的で、戻り凝縮器は、このために使用される当業界で公知の手段を備えた圧力調整器（図示せず）を装備することができる。シェル空隙１００内の圧力の増加または減少は、熱媒体の沸点、および熱媒体の蒸気と液体との間の温度勾配の両方を変化させる。

図８に示す塔の代替的構成は、上記図７の構成と類似するが、次の点で相違する。第一に、シェル空隙の頂部が異なる。蒸気出口のゾーンおよび熱媒体凝縮物の戻り部の下方に、分配トレー８がある。第二に、熱・相交換管２は、その高さに沿って壁厚が変化する。各々の特定の場合に、壁厚の変化は、図３、４、５、または６の例によって示したように、液体還流形成の所望のプロファイルによって決定される。例えば図８には、熱・相交換管２の壁厚が底端に向かって増加するバージョンが示されている。

塔は次のように稼動する。沸騰熱媒体の蒸気はシェル空隙１００を上昇し、取付管またはジェット５を通して戻り、凝縮器内に移送される。留出凝縮物は前記取付管５を通して戻り、前記分配トレー８上に落下する。したがって、凝縮物は取付管５内およびトレー８上の向流蒸気によって加温され始める。一層の凝縮物９が前記分配トレー８の床と管２との間の間隙を通り、管２の外面上を薄膜として下方に流れる。流下する凝縮物の膜も、熱媒体の蒸気の上昇流によって加温される。塔の高さに沿って不規則な熱・相交換管２の壁の熱伝導は、温度勾配の発生をもたらす。前バージョンで説明したように、再び（水平方向の）温度勾配が達成される。熱媒体の凝縮物は、取付管またはチョーク６を通して戻ることもできる。先のバージョンと同様に、塔の管２の内側との熱・相交換が発生する。

図９および９ａに係る実施形態は、熱・相交換管２がその高さに沿って一定壁厚を持つ点が前の実施形態とは異なる。また、これらの管２の外面には、それらの高さに沿って可変断面を有するリブ１５がある。このバージョンの温度勾配は、それらの高さに沿ったリブの不規則なプロファイルによって供給される熱伝導勾配のおかげで達成される。リブの不規則なプロファイルの幾つかの例を図１０に示す。
ａ）リブの幅が底部に向かって増加する。
ｂ）リブの幅が底部に向かって減少する。
ｃ）リブの幅が中央部に向かって減少する。
ｄ）リブの幅が底部に向かって不均等に増加する。
ｅ）リブの幅が底部に向かって不均一に減少する。
ｆ）スロットの異なる幅および深さのおかげで、リブの熱伝導が高さに沿って不均一である。
ｇ）リブ表面に不均一に設けられた様々な直径の穴によって、リブの熱伝導が高さによって不均一である。塔の動作は上記のバージョンと同様である。

図１１に係る第４の実施形態は、不規則な温度勾配を達成するリブの代わりに、熱・相交換管２に対して距離を置いて同軸的に取り付けられた外管１６Ａが適用される点が、前の実施形態とは異なる。したがって管１６Ａは穴１１が穿孔され、その個数は高さと共に不均一に分布する。熱・相交換管２の高さに沿った温度勾配の不均一性は、熱・相交換管２の外面の高さに沿った不規則な熱対流状態のおかげで達成される。例えば図１１に、穿孔度が上から下に増加するバージョンを示す。塔の動作は上記のバージョンと同様である。

図１２に係る第５の実施形態は、熱・相交換管２が、高さに応じて不規則な内部断面（オープンフロー領域）を有する同軸装着管１６Ｂによって間隔を置いて取り囲まれる点が、前の実施形態とは異なる。管１６Ｂの下部および上部には、熱・相交換管２への熱媒体のアクセス用、および頂部からのその蒸気の取出し用の穴がある。熱・相交換管２の高さに沿った温度勾配の不規則性は、管の外面からの高さに沿って不規則な熱対流状態のおかげで達成される。この不規則性は（特に）、管２の表面の周囲の管１６Ｂとの可変間隙を流れる熱媒体の蒸気の速度勾配のおかげで達成される。例えば図１２に、オープンフロー領域が上から下に減少するバージョンを示す。

この塔の動作は上記のバージョンと同様である。

図１３に係る塔の第６の実施形態は、図８に示した構成と類似しており、沸騰熱媒体が外部チャンバ６１１を利用する点がそれと異なる。熱媒体用チャンバの高さは管板４より低いことが好ましい。チャンバ６１１内の熱媒体は、例えばジャケットを通して外部熱源（図示せず）からチャンバの壁を通しての入熱のおかげで沸騰する。チャンバ６１１は、取付管またはチョーク６を介して管板４に接合され、さらに取付管６１０によってシェル１の底部に接合される。管板４には、熱媒体凝縮物を通過させるチャネル７Ｂがある。熱媒体蒸気は、取付管またはチョーク６を通して塔のシェル空隙１００に進み、熱媒体凝縮物はチャネル７Ｂおよび取付管６１０を通してチャンバ内に戻る。塔の動作は上記のバージョンと同様である。管２の壁厚は、図８と同様に、底部から上部に減少する。

熱・相交換管２の不規則な壁厚、不規則なリブ、不均一に穿孔された外部ケーシングおよび／または可変断面の外部ケーシングを組み合せたバージョンを構成することも可能である。

図１４を参照すると、本発明に係る蒸留システムは次の主要ユニット、すなわち予熱器３０２、予熱器３０４、蒸発器３０６、炉キャビティ３０７、精留塔３０８、凝縮器３１０、分離器３１１、戻り凝縮器３２６から成る。

「西シベリアのＶｅｒｋｈ−Ｔａｒｓｋｏｙｅ油田の油の蒸留」
塔は次のように稼動する。油は標準技術に従って蒸留用に事前に準備される。原油は１２５０ｋｇ／時の消費量でタンクからポンプで汲み出され、管路３０１を通してシェルアンドチューブ予熱器３０２のシェル空隙に移動する。原油温度は１０℃である。塔３０８から管路３１３を介して、温度が２５０℃のディーゼル燃料が予熱器３０２のチューブ内に送り込まれる。５０℃の温度に冷却されると、ディーゼル燃料は逆に原油を６０℃の温度まで加熱する。非凝縮バージンガスを含む加熱された油の蒸気相は、予熱器３０２の頂部から管路３１７を通して凝縮器３１０に直接移送される。別の可能なバージョンでは、予熱器３０２のチューブに油を送り込み、ディーゼル燃料を予熱器３０２のシェル空隙に送り込む。

加熱された油の流体相は、管路３０３を通してシェルアンドチューブ予熱器３０４のシェル空隙に供給される。３６０℃の温度のブラックオイルは、蒸発器３０６のストリッピング部から管路３１５を通して予熱器３０４のチューブ内に供給される。９５℃の温度まで冷却されると、逆流するブラックオイルは原油を１２９℃の温度まで加熱する。また、原油を予熱器３０４の前記チューブ内に供給し、ブラックオイルを前記シェル空隙内に供給することも可能である。

加熱された油は、管路３０５を通して蒸発器３０６の初期部のシェル空隙３４１に進む。蒸発器で油は、炉キャビティ３０７から加熱管３４０を通して逆流（向流）する高温燃焼ガスによって加熱される。蒸発器３０６の最終部分で、油は３６０℃まで加熱される。油の供給制御は、同時に塔３０８のストリッピング部である蒸発器３０６の最終部の加熱温度によって行なわれる。蒸発器３０６からの軽質炭化水素蒸気は、塔３０８に流入する。蒸発器３０６のストリッピング部によって３６０℃に加熱されたブラックオイル留分は、冷却のために前記予熱器３０４に移送される。蒸発器から燃焼排ガスは煙突３３７の管路３２１を通して放出される。

熱・相交換管２を持つ塔３０８で、熱・相交換のプロセスが行なわれ、その結果、軽質炭化水素蒸気がディーゼル燃料留分の液体相とガソリン留分の蒸気相に分離される。塔３０８の熱・相交換部の高さは１．５メートルである。ディーゼル燃料は２２０〜２７０℃の温度範囲で分解トレー３２０から塔外に除去され、冷却のために前記予熱器３０２に進む。１１０〜１２０℃の温度範囲を有するガソリン留分蒸気は、凝縮器３１０内に送り出される。塔３０８のシェル空隙１００で、熱媒体は沸騰して、上記の通り（図７〜１３）、熱・相交換処理管の高効率をもたらす。熱媒体として、例えばアルコールと水の混合体が使用される。管路３２２を通して塔３０８の底部のジャケット３２３に、管路３２１からの炉ガスの一部が供給され、その熱をシェル空隙１００内の熱媒体に伝達する。追加入熱の量は、弁３４２によって調整される。次いで、燃焼排ガスがジャケット３２３から管路３２４および３２１を通して煙突３３７に移送される。シェル空隙１００の頂部で、管路３２５を通して熱媒体蒸気が戻り凝縮器３２６に移送される。熱媒体凝縮物は、管路３２５を通しておよび／または管路３２７を通して塔内に戻る。管路３２７には弁３２８を設けることができる。塔３０８内の熱媒体は、管路３３９を通したタンク３３８内へのその流出入によって調整される。戻り凝縮器３２６は圧力調整器３４３を介して大気と連通する。調整器３４３は、大気圧または昇圧下でシェル空隙１００内に一定圧力をもたらす。前記調整器３４３による前記圧力変動により、塔３０８内の熱媒体の温度変化がもたらされる。

管路３０９を通して塔３０８の頂部からのガソリン留分は、凝縮器３１０に供給される。ガソリン留分の凝縮および３０〜５０℃までの冷却はそこで行なわれる。冷却されたガソリンは凝縮器３１０から分離器３１１に進む。

分離器３１１で、先に進むガソリン留分からのバージンガスおよび水凝縮物の分離が行なわれる。分離器３１１の底部から水凝縮物が、３ｋｇ／時の消費量で管路３３４を通して炉キャビティ３０７に移送される。炉キャビティで、水凝縮物はコイル管３３５内を通過する。そこで水凝縮物は蒸散し、初期水凝縮物を維持しながら、残留炭化水素の燃焼制御のために炉内に蒸気として送られる。分離器３１１の頂部からのバージンガスは、耐火装置３３０を備える管路３２９を介してバーナ３３１に供給され、炉キャビティ３０７内で燃焼される。バージンガス消費量は４８ｋｇ／時である。水およびガスから分離されたガソリンは、分離器３１１から管路３１２を通して、４１４ｋｇ／時の消費量でタンク内に汲み出される。

冷却されたディーゼル燃料は予熱器３０２から管路３１４を通して、４５４ｋｇ／時の消費量でタンク内に汲み出される。冷却されたブラックオイルは予熱器３０４から管路３１６を通して、３３１ｋｇ／時の消費量でタンク内に汲み出される。

炉キャビティ３０７は燃焼バーナ３３２およびガスバーナ３３１を有し、作動のためにバージンガスを使用する。燃焼バーナは塔を作動状態にするように意図されており、その後の運転中は停止される。このバーナは、塔の運転中に得られるディーゼル燃料またはブラックオイルで稼動する。図１４に、塔から管路３３３を通して取り出したディーゼル燃料で稼動するバージョンを示す。その他に、炉キャビティは、バージンガスの燃焼プロセスの安全性を提供するアラートバーナ（図示せず）を設けることができる。炉キャビティからの燃焼排ガスは、加熱および油の蒸発のために、蒸発器３０６の加熱管に供給される。余剰熱を持つ燃焼排ガスの一部は煙突３３７を通して除去される。蒸発器の運転に必要な燃焼排ガスの量は、シャッタ３３６によって調整される。塔から放出される燃焼排ガスの残留熱は、当業界で公知の方法によって回収することができる。

「西シベリアのＶｅｒｋｈ−Ｔａｒｓｋｏｙｅ油田のガス凝縮物の蒸留」
塔の構成は図１４ａの通りであり、塔は次のように動作する。ガス凝縮物はタンク（図１４ａには図示せず）から管路３０１を通してシェルアンドチューブ予熱器３０２のシェル空隙内に１０００ｋｇ／時の消費量で汲み出される。２２０〜２４０℃の温度の炉燃料が、蒸発器３０６から管路３１５を通して予熱器３０２のチューブ内に供給される。４０℃で冷却されると、炉燃料は逆流するガス凝縮物を３１℃まで加熱する。凝縮不能なバージンガスを含む加熱されたガス凝縮物の蒸気相は、予熱器３０２の頂部から管路３１７を通して凝縮器３１０に直接移送される。また、ガス凝縮物を予熱器３０２のチューブ内に供給し、炉燃料をシェル空隙内に供給することも可能である。

加熱されたガス凝縮物は管路３０５を通して、蒸発器３０６の初期部のシェル空隙３４１内に進む。蒸発器でガス凝縮物は、炉キャビティ３０７から加熱管３４０内を逆流する高温燃焼ガスによって加熱される。蒸発器３０６の最終部で、ガス凝縮物は温度２２０〜２４０℃に加熱される。ガス凝縮物の供給制御は、同時に塔８のストリッピング部である蒸発器６の最終部の加熱温度により実行される。蒸発器３０６からの軽質炭化水素蒸気は塔３０８内に進み、蒸発器３０６のストリッピング部によって２２０〜２４０℃に加熱された炉燃料留分は、冷却のために予熱器３０２に移送される。燃焼排ガスは蒸発器から管路３２１を通して煙突３３７に移送される。

塔３０８の熱・相交換管２で、熱・相交換のプロセスが行なわれ、それによって軽質炭化水素蒸気が流体相、ディーゼル燃料のマイルド留分、およびガソリン留分の蒸気相に分離される。塔の熱・相交換部の高さは１．５メートルである。ディーゼル燃料の軽質留分は蒸発器３０６に戻り、その後の冷却のために炉燃料留分の組成でそこから管路３１５を通して予熱器３０２に移送され、１０５〜１１５℃の温度を有するガソリン留分蒸気は凝縮器３１０に供給される。塔３０８は前述のように動作する。

塔３０８の頂部からのガソリン留分蒸気は、管路３０９を通して凝縮器３１０に供給される。３０〜５０℃までのガソリン留分の凝縮および冷却が行なわれる。凝縮器３１０からの冷却ガソリンは分離器３１１に進む。

分離器では、先に進むガソリン留分からのバージンガスおよび水凝縮物の分離が行なわれる。分離器３１１の底部から、水凝縮物が２．５ｋｇ／時の消費量で管路３３４を通して炉キャビティ３０７内に移送される。炉キャビティで、水凝縮物はコイル管３３５内を通過する。そこで水凝縮物は蒸散し、初期水凝縮物内に維持された炭化水素残渣の燃焼を制御するために、蒸気として炉キャビティ内に供給される。分離器３１１の頂部からのバージンガスは、耐火装置３３０を備える管路３２９を介してバーナ３３１に供給され、炉キャビティ３０７で燃焼される。バージンガスの消費量は５８ｋｇ／時である。水およびガスから解放されたガソリンは、８２６．５ｋｇ／時の消費量で、分離器３１１から管路３１２を介してタンク内に汲み出される。

冷却された炉燃料は予熱器３０２から管路３１４を通して、１０３ｋｇ／字の消費量でタンクに汲み出される。炉キャビティ３０７は前述のように動作する。

図１５に、精留塔３０８の構成バージョン（図１４および１４ａにおける部分Ｉの図）を示す。
ａ）精留塔の高さに沿って最大限の温度勾配を形成するために、二つまたはそれ以上の区画から構成され、各区画には異なる沸点を持つ熱媒体がある。
ｂ）中間留分を選択するために、精留塔は、底部に留分の除去のためのトレーを有する二つまたはそれ以上の区画から構成することができる。
ｃ）精留プロセスのための最も効果的な状態を生じるために、塔の各々の後続区画における熱・相交換管の共通フロー領域が、塔の蒸気相および流体相の流量に比例して減少する。

図１４および１４ａに示す塔の蒸発器は、シェルアンドチューブ熱交換器を表わす（図１６参照）。シェル４０１の突合せ端部には、管板４０２および４０３が配置され、そこに加熱管４０４が固定される。加熱管は、シェル４０１の上部に余剰のシェル空隙が形成されるように配置される。精留塔と接続するように意図された開口部４０５が、蒸発器の外周部において管板４０２の近傍に形成されている。管板４０２に近いシェル４０１の底部に、ストリッピング残渣を除去するための排出管４０７が配置される。管板４０３に近い反対側には、原料を蒸発器に供給する供給管４０６がある。供給管４０６は、シェル４０１の基部、または媒体（図示せず）の蒸気−液体境界層上のどちらにも配置することができる。蒸発器は次のように動作する。原料、例えば油が供給管４０６を通して蒸発器内に供給され、シェル空隙内に充填され、加熱管を覆う。蒸発器内の上部には、蒸気の通過用の空間がある。蒸発器に非加熱原料を供給する場合、供給管は基部に配置される。蒸気相を維持する加熱原料の場合、供給管４０６は媒体の蒸気−液体境界層にある。油は加熱管４０４に沿って開口部４０５に向かう方向に進む。炉キャビティ（図１６には示さず）から、高温燃焼排ガスが加熱管内を反対方向に進み、次いで蒸発器の反対側から煙突捕集器（図１６には示さず）に移送される。こうして、蒸発器で油と燃焼排ガスとの間の逆流（向流）熱交換が実現される。油がその移動中に静かに加熱されるときに、軽質炭化水素はそこから蒸散される。蒸発器の端部で（図１６の右側で）、油は選択される留分の最高温度まで過熱されるので、管板４０２の領域ではブラックオイルだけが液体の形で残る。したがって、蒸発器の最終部は同時に塔のストリッピング部である。この後、ブラックオイルは直ちに蒸発器から排出管４０７に放出される。油の最高温度の滞留時間は数分を超えないので、加熱管４０４の表面における炭素の生成は排除される。油の沸点の平滑な変化および均一な上昇により、軽質炭化水素留分の効果的な抽出が促進される。蒸発器のプロセスの最初に油から蒸発した軽質炭化水素留分蒸気は、蒸発器の自由空間を平行に、この塔の油面の方向に移動する。したがって、途中でそれらはより高温で沸騰する留分の蒸気と出会う。蒸気の相互作用の結果、蒸気相のストリッピングが発生する。蒸発器の最後に蒸気は開口部４０５に上昇し、さらに精留塔内に進む。

図１７に、断面方向の有孔仕切り４０８を蒸気空間に導入した点で相違する蒸発器の構成バージョンを示す。

これらの仕切りは油の沸騰床に浸漬されたような状態にる。油から蒸散する炭化水素蒸気は有孔仕切りを通過して乱流化される。有孔仕切りにおける炭化水素蒸気の通過は、それらの表面およびそれらの間の空間の両方におけるストリッピングの効率の向上させる。

蒸発器内に位置する加熱された油の量はわずかである。例えば、年１０，０００トンの生産量の塔の蒸発器容量は、油４００リットルである。蒸発器および膜柱内に位置する炭化水素の容量はわずかであるので、火災および爆発安全基準に抵触することなく、塔、蒸発器、および炉キャビティを一体化した小型の単一ブロックに統合することができる。図１４および１４ａに示された塔の構成は、処理済み原料に基づき年１０万〜１５万トンまでの出力を持つ高性能小型精留複合体を可能にする。

図１８に、生産性に制限を持たない塔のプロセスの流れ図を示す。塔の際立った特徴は膜ストリッピング蒸発器３０６ａである。加熱された油は管路３０５を通して蒸発器３０６ａの上部に供給され、加熱管３４０ａの内壁を薄膜として流下する。炉３０７からの炉ガスは、分配捕集器３４４を通してシェル空隙３４１ａ内に供給され、管路３２１を通して蒸発器から放出される。膜はその流下中に加熱される。軽質炭化水素の留分はそこから蒸散し、精留塔３０８に進む。液体状に残っているブラックオイル留分はストリッピング部内に流れ、管路３１５を通して予熱器３０４に移送される。蒸発器のストリッピング部は加熱ジャケット３４７を有する。燃焼排ガスの一部は管路３４５を通して炉キャビティ３０７から加熱ジャケット３４７に移送される。燃焼排ガスはジャケット３４７を通過し、管路３４５ａを通して移送される。ストリッピング部の温度は、シャッタ３４８によるガスの消費によって調整される。蒸発器の詳細な構成および作業手順は後述する。それとは別に、塔は上記の塔（図１４参照）と同様に動作する。

膜蒸発器の使用は、前のバージョンの蒸発器（図１６参照）に比較して、加熱される油の容量を５０〜１００分の１に低下することを可能にする。膜塔との組合せにより、火災および爆発安全基準に抵触することなく塔、蒸発器、および炉キャビティを一体化された小型の単一ブロックに結合することができる。

図１８で導入される塔の構成は、生産性に対する制限なく、任意の原料（油、ガス凝縮物、もしくはそれらの混合物、または他の液体混合物）の処理に対して高性能小型精留複合体を形成することを可能にする。

図１９に、膜ストリッピング蒸発器の構成を示す。

蒸発器は、管板５０３および５０４を備えた縦型シェル１から成り、その間に加熱管２が固定される。シェル１の底部に、窓５０７付きの分配捕集器５０６が配置される。捕集器５０６は燃焼排ガスの入力用の供給管５０５を有する。窓５０７の上に、穴５０８を持つ下部仕切り５０９、およびより小径の同軸加熱管２が配置される。シェル１の頂部には、窓５０７ａ付きの捕集器５０６ａが配置される。捕集器５０６ａは、燃焼排ガスを放出する排出管５１０を有する。窓５０７ａの下に、穴５０８ａを持つ上部仕切り５０９ａおよび前記同軸加熱管２が配置される。最上部では、精留塔との接続のためにアダプタ５１１が管板５０３に取り付けられる。アダプタ５１１は、原料を供給するための管接続部５１２およびデフレクタ５１３を有する。下部管板５０４には、ジャケット５１６付き立方体５１４が取り付けられる。立方体の基部には、ストリッピング残渣を吐き出すための管接続部５１５がある。ジャケット５１６は、燃焼排ガスの入力用の管接続部５１７、および出力用の管接続部５１８がある。

蒸発器は次のように動作する。原料、例えば油が、管板５０３の管接続部５１２を通して供給される。デフレクタ５１３は、表面における油の分配を行う。油は薄膜として加熱管２の内面を下方に流れる。炉キャビティからの燃焼排ガスは、供給管５０５から捕集器５０６に供給され、窓５０７を通してシェル１のシェル空隙内に均一に供給される。穴５０８を通して燃焼排ガスは、加熱管２の外面を加熱するために、仕切り５０９を通過して上昇する。穴５０８は、加熱管２に沿ったガスの均等な移動を達成する。この結果、蒸発器の高さに沿って均等な垂直温度勾配が得られる。穴５０８ａおよび窓５０７ａを通して、冷却された燃焼排ガスはシェル１のシェル空隙から捕集器５０６ａ内に移送される。それらはさらに排出管５１０を通して移送される。逆流（向流）熱交換の結果、油の油膜が加熱され、軽質炭化水素の留分がそこから蒸散する。炭化水素蒸気は管２に沿って上昇し、流れる液体の膜と相互作用する。その結果、それらの間で熱・相交換が行なわれる。油のストリッピングが発生する。より高温で沸騰する留分から精製された炭化水素蒸気は加熱管の頂部から出て行く。アダプタ５１１から蒸気は精留塔内に進む。加熱管２の底部で、油膜は選択される留分の最高温度まで加熱され、ブラックオイルだけが液体相のままである。膜はボックス５１４内を流れ、そこからブラックオイル留分は管接続部５１５を通して除去される。燃焼排ガスの一部は管接続部５１７を通してジャケット５１６内に供給され、ボックス５１４を加熱する。ジャケットから燃焼排ガスは管接続部５１８を通して除去される。

油および燃焼排ガスの供給は、加熱管の底部で、選択される留分の最高温度まで膜の加熱が達成されるように実行される。加熱温度は、ボックス内のブラックオイルの温度を介して検査される。臨界温度における蒸発器内の油の滞留時間は１分を超えない。

図２０に、別のバージョンの膜ストリッピング蒸発器を示す。

その構成および動作は上記と同様である。分配捕集器５０６からの燃焼排ガスの入力ゾーンで、加熱管２は距離を置いて同軸ソケット５１９によって取り囲まれる。したがって、加熱管２とソケット５１９との間に環状間隙がある。ソケット５１９は加熱管の底部を高温炉ガスから保護し、こうして管２の下部の内面でブラックオイルが焼灼する危険性を回避する。仕切り５０９および５０９ａの間の加熱管２は同軸装着拘束管５２０内部に配置され、こうして燃焼排ガスから加熱管２の表面への伝熱のより高い効率が達成される。伝熱効率をさらに高めるために、加熱管２は縦方向または横方向フィンを持つことができる（図示せず）。

図２１に、第三バージョンの膜ストリッピング蒸発器を示す。

その構成および動作は、上記と同様である。ソケット５１０と加熱管２との間の環状間隙には、ベースミクスチャの分解温度からストリッピング残渣の分解温度までの範囲内の分解温度を越えない融点を持つ断熱材またはリキデーティングスタッフ（ｌｉｑｕｉｄａｔｉｎｇ−ｓｔｕｆｆ）５２１が充填される。炉ガスの消費および温度が急激に変化する場合、間隙内の溶融物質が融解し始めている。合金の有用時間内に、管の底部の温度は安定し、したがってブラックオイル膜の焼灼がプロセスの制御時間防止される。下部管板５０４の真下に追加トレー５２２が配置されている。ブラックオイル膜はトレー内に流れ、次いでその縁から立方体５１４の基部内に流れる。このトレーを導入することによって、油の最大加熱温度の追加制御が可能になる。

流体の相分布を示す図である。流体の高さレベルごとの相分布を示す図である。減少する熱勾配（底部から頂部へ）を持つ熱・相交換管２の高さＨに沿った不規則な伝熱による、塔１３の精留部１２の不規則な液体還流の形成Ｌを示す図である。一様に増加する温度勾配（底部から頂部へ）を持つ熱・相交換管２の高さＨに沿った不規則な伝熱による、塔１３のストリッピング部１４の不規則な液体還流の形成を示す図である。不均一に低減する温度勾配（底部から頂部へ）を持つ熱・相交換管２の高さＨに沿った不規則な伝熱による、塔１３の精留部１２の他の不規則な液体還流の形成Ｌを示す図である。不均一に増加する温度勾配（底部から頂部へ）を持つ熱・相交換管２の高さＨに沿った不規則な伝熱による、塔１３のストリッピング部１４の別の不規則な液体還流の形成Ｌを示す図である。熱・相交換管２の高さに沿った不規則な伝熱および不規則な還流形成を提供する精留塔１０の構成を示す図である。第二バージョンの塔（精留部）の構成を示す図である。第三バージョンの塔（精留部）の構成を示す図である。熱・相交換管の外表面に沿って配置されるリブの不規則なプロファイルの幾つかの例を示す図である。第四バージョンの塔（精留部）の構成を示す図である。第五バージョンの塔（精留部）の構成を示す図である。第六バージョンの塔（精留部）の構成を示す図である。先に示した構成の膜塔に基づいて形成される塔のプロセス流れ図を示す図である。西シベリアのＶｅｒｋｈ−Ｔａｔａｒｓｋｏｙｅ油田のガス凝縮液の蒸留塔の構成を示す図である。精留塔の構成バージョン（図１４および１４ａの部分Ｉ）を示す図である。図１４、１４ａに示した塔用の蒸発器を示す図である。蒸気空間に断面有孔仕切り４０８を導入した点が異なる蒸発器の構成バージョンを示す図である。生産性に制限の無い塔のプロセス流れ図を示す図である。膜ストリッピング蒸発器の構成を示す図である。膜ストリッピング蒸発器の別のバージョンを示す図である。膜ストリッピング蒸発器の第三バージョンを示す図である。

符号の説明

１シェル
２熱・相交換管
３管板
４管板
５ジェット
６チョーク
７Ｂチャネル
８分配トレー
９凝縮物層
１０リブ
１１穴
１２精留部
１３塔
１４ストリッピング部
１５リブ
１６Ａ外管
１６Ｂ外管
１００シェル空隙
１１０塔
１１２精留部
１１４ストリッピング部
３０１管路
３０２予熱器
３０３管路
３０４予熱器
３０５管路
３０６蒸発器
３０６Ａ膜ストリッピング蒸発器
３０７炉キャビティ
３０８精留塔
３０９管路
３１０凝縮器
３１１分離器
３１２管路
３１３管路
３１４管路
３１５管路
３１６管路
３１７管路
３２０分解トレー
３２１管路
３２２管路
３２３ジャケット
３２４管路
３２５管路
３２６戻り凝縮器
３２７管路
３２８弁
３２９管路
３３０耐火装置
３３１バーナ
３３２燃焼バーナ
３３３管路
３３４管路
３３５コイル管
３３６シャッタ
３３７煙突
３３８タンク
３３９管路
３４０加熱管
３４０Ａ加熱管
３４１シェル空隙
３４１Ａシェル空隙
３４２シャッタ
３４３圧力調整器
３４４分配コレクタ
３４５管路
３４５Ａ管路
３４６シャッタ
３４７加熱ジャケット
３４８シャッタ
４０１シェル
４０２管板
４０３管板
４０４加熱管
４０５口
４０６供給管
４０７排出管
４０８断面有孔部
５０３管板
５０４管板
５０５供給管
５０６捕集器
５０６Ａ捕集器
５０７窓
５０７Ａ窓
５０８穴
５０８Ａ穴
５０９下部仕切り
５０９Ａ上部仕切り
５１０排出管
５１１アダプタ
５１２管接続部
５１３デフレクタ
５１４ボックス
５１５管接続部
５１６ジャケット
５１７管接続
５１８管接続
５１９同軸ソケット
５２０同軸装着拘束管
５２１断熱材
５２２トレー
６１０取付管
６１１外部チャンバ
Ｇ蒸気流
ｈ１分離の高さ
Ｌ液体還流
Ｐ蒸留物サンプリング

Claims

精留塔またはカラムを含んで成る混合流体の分離のための小型精留ユニットであって、
ａ）外シェルと、
ｂ）蒸気相を塔またはカラムの頂部から出力するための手段と、
ｃ）流体相を塔またはカラムの底部から出力するための手段と、
ｄ）管に塔またはカラムの少なくとも一つの熱・相交換管を固定し、かつ前記熱・相交換管壁を前記外シェルの内部に維持する管格子または管板と、
ｅ）前記混合流体を加熱するための手段を有する、前記混合流体を蒸発させるための手段と、を備えており、
前記熱・相交換管の内部空間が前記蒸発器手段と流体接続されており、
前記管格子または管板、前記熱・相交換管、ならびに前記外シェルが、シェルと管との間にシェル空隙を画定しており、
前記熱・相交換管と前記シェルとの間のシェル空隙が流体熱媒体およびその蒸気を充填され、かつ戻り凝縮器および前記熱媒体を加温するための手段に接続された構成において、
前記精留塔が、前記熱・相交換管の高さに沿って前記管壁の内側と外側との間に不規則な（変化する）伝熱量を提供する手段を有することを特徴とする、小型精留ユニット。
前記蒸発器がシェルアンドチューブ蒸発器として作られ、そのキャビティの一つが前記精留塔またはカラムの前記熱・相交換管の内部空間または前記シェル空隙と接続され、他のキャビティが前記混合流体（初期分割対象混合物）を加熱するための前記手段と接続されることを特徴とする、請求項１に記載の小型精留ユニット。
前記混合流体を加熱するための前記加熱手段が炉であり、前記蒸発器のジャケットが前記炉と接続されることを特徴とする、請求項１または２に記載の小型精留ユニット。
前記熱媒体のための前記加温手段が炉および前記炉に接続されたジャケットであることを特徴とする、請求項１〜３の一つに記載の小型精留ユニット。
前記不規則な伝熱の前記手段が前記精留塔の前記シェル空隙の流体熱媒体の液位調整器として実行されることを特徴とする、請求項１〜４の一つに記載の小型精留ユニット。
前記熱媒体のための前記戻り凝縮器に圧力調整器が供給されることを特徴とする、請求項１〜５の一つに記載の小型精留ユニット。
前記不規則な伝熱の前記手段が、それらの高さによって可変深さ（厚さ）の壁を有する熱・相交換管によって作成されることを特徴とする、請求項１〜６の一つに記載の小型精留ユニット。
前記不規則な伝熱の前記手段が、前記熱・相交換管に配置された、前記熱・相交換管の高さに沿って可変断面を有する平板または縁によって作成されることを特徴とする、請求項１〜７の一つに記載の小型精留ユニット。
前記不規則な伝熱の前記手段が、前記熱・相交換管の周囲に半径方向に距離を置いて配置された、前記熱・相交換管の高さに沿って不均等に穿孔された案内管によって作成されることを特徴とする、請求項１〜８の一つに記載の小型精留ユニット。
前記不規則な伝熱の前記手段が、前記熱・相交換管の周囲に半径方向に距離を置いて配置された、前記熱・相交換管の高さに沿って不均等に穿孔された案内管によって作成され、前記案内管の上部と底部が前記シェル空隙と相互連通することを特徴とする、請求項１〜９の一つに記載の小型精留ユニット。
前記熱・相交換管の内部空間が、螺旋体によって作成された伝熱要素によって部分的にまたは完全に充填され、螺旋体の直径が前記熱・相交換管の小（内）径に対して１：３から最高１：５までの比であり、前記螺旋体の長さに対する前記螺旋体の直径が１：１から最高１：３までであることを特徴とする、請求項１〜１０の一つに記載の小型精留ユニット。
前記塔の前記シェル空隙内の前記流体熱媒体の前記液位調整器が、前記精留塔のシェル空隙と接続された熱媒体の外部タンクによって作成されることを特徴とする、請求項５または６に記載の小型精留ユニット。
前記精留塔が縦方向の区画に分割され、これらの区画の間に熱・相交換管の内部シェル空隙が接続されることを特徴とする、請求項１〜１２の一つに記載の小型精留ユニット。
前記精留塔の各区画が、好ましくは異なる熱媒体のためのそれ自体のシェル空隙を有することを特徴とする、請求項１３に記載の小型精留ユニット。
前記区画の間に中間留分のサンプリングのための装置があることを特徴とする、請求項１３または１４に記載の小型精留ユニット。
前記精留塔の各後続区画内の熱・相交換管の内部断面が、塔の蒸気および／または流体相の流量に比例して減少することを特徴とする、請求項１５に記載の小型精留ユニット。
前記蒸発器が水平方向に配置された加熱管を有し、前記加熱管のキャビティが炉キャビティと相互連通し、前記加熱管と前記シェルとの間のシェル空隙が前記精留塔の前記熱質量交換管内部のシェル空隙と相互連通し、よって前記蒸発器の頂部に自由体積（蒸気相）が存在することを特徴とする、請求項２〜１６の一つに記載の小型精留ユニット。
前記蒸発器の頂部の前記自由空間に断面有孔仕切りが配置されることを特徴とする、請求項１７に記載の小型精留ユニット。
前記蒸発器が炉キャビティに直接接続され、前記精留塔が前記蒸発器の炉キャビティに界接するゾーンに配置され、前記初期分割対象混合物の入力ユニットが前記炉キャビティに対して前記蒸発器の反対側に配置され、残滓の出力ユニットが前記蒸発器の炉キャビティに界接する底部ゾーンに配置されることを特徴とする、請求項１〜１８の一つに記載の小型精留ユニット。
前記蒸発器に直立に向けられた加熱管が形成され、そのキャビティが前記精留塔の前記熱・相交換管の内部空間と相互連通し、前記加熱管と前記シェルとの間のシェル空隙が炉キャビティと相互連通することを特徴とする、請求項2〜１６の一つに記載の小型精留ユニット。
前記精留塔が前記蒸発器の上部小口端に配置され、前記炉キャビティが分配環状捕集器によって前記蒸発器の前記シェル空隙の底と好ましくは直接接続されることを特徴とする、請求項２０に記載の小型精留ユニット。
前記蒸発器シェル空隙の頂部に炉ガスを出力するための第２の環状捕集器があることを特徴とする、請求項２１に記載の小型精留ユニット。
前記蒸発器が初期分割対象混合物用の入力ユニットをもち、それが前記蒸発器の上部管状格子の上に配置され、残滓の出力ユニットが下部管状格子の下に配置され、こうしてそれがジャケットを持ち、そのキャビティが炉キャビティと接続されることを特徴とする、請求項２０〜２２の一つに記載の小型精留ユニット。
前記分配環状捕集器または前記第２の環状捕集器またはそれらの両方が、前記加熱管の周囲に例えば環状の間隙を備えた上部または下部仕切りをそれぞれ有することを特徴とする、請求項２１〜２３の一つに記載の小型精留ユニット。
前記下部管状格子と前記下部仕切りとの間に配置された前記加熱管の表面が、前記加熱管の周囲に環状間隙を置いて保護ソケットによって包囲されることを特徴とする、請求項２４に記載の小型精留ユニット。
前記保護ソケットと加熱管との間の前記間隙に断熱材が充填されることを特徴とする、請求項２５に記載の小型精留ユニット。
前記保護ソケットと加熱管との間の前記間隙に、ベースミックスの分解温度と残滓の分解温度との間の範囲の分解温度を超えない融点を持つリキデーティングスタッフが充填されることを特徴とする、請求項２５に記載の小型精留ユニット。
前記下部および上部仕切りの間の前記加熱管の表面が同軸配置拘束管によって包囲されることを特徴とする、請求項２０〜２７の一つに記載の小型精留ユニット。
前記熱媒体の加熱手段のジャケットが前記塔の底部に配置されることを特徴とする、請求項１〜２８の一つに記載の小型精留ユニット。
前記熱媒体の加熱手段のジャケットが前記熱媒体を包含するタンクを含み、前記タンクの上部高さが前記塔より低いことを特徴とする、請求項１〜２９の一つに記載の小型精留ユニット。
前記塔の精留区画のための前記熱媒体が、初期分割対象混合物の沸点から留出物のより低い沸点成分の沸点までの範囲内の沸点を持つ任意の液体または混合流体であることを特徴とする、請求項１〜３０の一つに記載の小型精留ユニット。
前記塔のストリッピングまたは蒸発区画のための前記熱媒体が、初期分割対象混合物の沸点から残滓のより高い沸点成分の沸点までの範囲内の沸点を持つ任意の液体または混合流体であることを特徴とする、請求項１〜３１の一つに記載の小型精留ユニット。
特に請求項２０〜３２の一つに係る小型精留塔またはカラムのための熱・相交換管を有する小型蒸発塔またはカラムにおいて、前記蒸発塔またはカラムが前記熱・相交換管の高さに沿って前記管壁の内側と外側との間に不規則な（変化する）伝熱量を提供する手段を有することを特徴とする小型蒸発塔またはカラム。
特に請求項１〜３３の一つに係る小型精留ユニットにおける混合流体の分離のための精留プロセスにおいて、前記熱・相交換管の高さに沿って前記管壁の内側と外側との間に不規則な（変化する）伝熱量が提供されることを特徴とする、精留プロセス。