JP2010036059A - 分離プロセスモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】省エネルギー効果の高い分離プロセスモジュールを提供する。
【解決手段】分離プロセスモジュール１００は、入力流体を、第１出力流体と第２出力流体とに分離する分離器Ｓと、分離器Ｓから出力された第１出力流体を分岐する第１分岐部Ｊ１と、第１分岐部Ｊ１から出力される第１出力流体を圧縮することによって昇温させる圧縮機Ｃと、分離器Ｓから出力された第２出力流体を分岐する第２分岐部Ｊ２と、第２分岐部Ｊ２から出力された第２出力流体と、圧縮機Ｃによって圧縮された第１出力流体との間で熱交換を行う熱交換器Ｈとを備える。熱交換器Ｈを通過した第１出力流体と、熱交換器Ｈを通過した第２出力流体とは、分離器Ｓに入力される。
【選択図】図１

Description

本発明は、分離プロセスモジュールに関する。

蒸留塔の塔頂蒸気を全て圧縮機で昇圧した後、リボイラに供給することによって熱回収を行う蒸留装置が知られている（例えば特許文献１，２参照）。
特開昭６０−１９７３１号公報 特許第３１２８８０９号公報

しかしながら、上記蒸留装置では、塔頂蒸気を全て圧縮機で昇圧してリボイラに供給しているので、系外に出力される塔頂蒸気までも無駄に圧縮してしまっている。そのため、省エネルギー効果はいずれも不十分である。

本発明は、上記事情に鑑みて為されたものであり、省エネルギー効果の高い分離プロセスモジュールを提供することを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明の分離プロセスモジュールは、第１成分及び前記第１成分とは異なる第２成分を含む入力流体が入力される入力端と、前記入力端に入力された前記入力流体を、気体の前記第１成分を含む第１出力流体と、前記第２成分を含む第２出力流体とに分離する分離器と、前記分離器から出力された前記第１出力流体を分岐する第１分岐部と、前記第１分岐部から出力され、気体の前記第１成分を含む前記第１出力流体を圧縮することによって昇温させる圧縮機と、前記分離器から出力された前記第２出力流体を分岐する第２分岐部と、前記第２分岐部から出力された前記第２出力流体と、前記圧縮機によって圧縮された前記第１出力流体との間で熱交換を行う熱交換器と、前記第１分岐部から出力された前記第１出力流体を出力する第１出力端と、前記第２分岐部から出力された前記第２出力流体を出力する第２出力端と、を備え、前記熱交換器を通過した前記第１出力流体と、前記熱交換器を通過した前記第２出力流体とが、前記分離器に入力される。

本発明の分離プロセスモジュールでは、第１出力流体及び第２出力流体をそれぞれ第１出力端及び第２出力端から系外に出力すると共に、分離器から出力された第１出力流体及び第２出力流体を分離器に還流させることができる。その際、熱交換器において、第２出力流体が、圧縮機によって圧縮された第１出力流体によって昇温される。

この場合、圧縮機によって第１出力流体を圧縮する際に所定エネルギーの仕事が必要になるが、第２出力流体を別途ボイラー等の加熱炉で加熱する必要は殆どなくなる。

また、分離器から出力された第１出力流体を、圧縮機によって圧縮する前に第１分岐部によって分岐して第１出力端から出力することができる。このため、第１出力端から系外に出力される第１出力流体を無駄に圧縮する必要がない。よって、圧縮に必要なエネルギーを低減することができる。

さらに、分離器から出力された第２出力流体を、熱交換器において昇温する前に第２分岐部によって分岐して第２出力端から出力することができる。このため、第２出力端から系外に出力される第２出力流体を無駄に昇温する必要がない。よって、昇温に必要なエネルギーを低減することができる。

したがって、本発明の分離プロセスモジュールでは、省エネルギー効果が大幅に高くなる。

また、前記第１出力端から出力される前記第１出力流体のエンタルピーと、前記第２出力端から出力される前記第２出力流体のエンタルピーとの和が、前記入力端に入力される前記入力流体のエンタルピーと同じであることが好ましい。これにより、分離プロセスモジュールを標準化されたモジュールとすることができる。

前記熱交換器を通過した前記第１出力流体は、液体の前記第１成分を含んでいることが好ましい。

この場合、熱交換器において、圧縮機によって圧縮された第１出力流体が液化する際の潜熱を、分離器から出力された第２出力流体によって回収することができる。よって、省エネルギー効果が更に高くなる。

なお、上記構成要素を任意に組み合わせてもよいし、本発明の表現を方法、コンピュータプログラム、当該コンピュータプログラムが記録された記録媒体としてもよい。

本発明によれば、省エネルギー効果の高い分離プロセスモジュールが提供される。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。

図１は、実施形態に係る分離プロセスモジュールを模式的に示す図である。図２は、本実施形態に係る分離プロセスモジュールにおける熱量Ｑと温度Ｔとの関係を示すグラフである。図１に示される分離プロセスモジュール１００は、入力端Ｉ、分離器Ｓ、第１分岐部Ｊ１、圧縮機Ｃ、第２分岐部Ｊ２、熱交換器Ｈ、第１出力端Ｅ１及び第２出力端Ｅ２を備える。

入力端Ｉには、第１成分及び第１成分とは異なる第２成分を含む入力流体が入力される。入力流体は、例えば気体の第１成分と液体の第２成分を含む。第１成分と第２成分とは、例えば沸点が異なる。一実施例において、入力流体は、第１成分としてベンゼン、第２成分としてトルエンを含む混合液である。入力端Ｉに入力された入力流体は、配管１を通って分離器Ｓに到達する。

分離器Ｓは、入力端Ｉに入力される入力流体を、気体の第１成分を含む第１出力流体と、第２成分を含む第２出力流体とに分離する。第１出力流体は例えば留出蒸気等であり、第２出力流体は例えば缶出液である。分離器Ｓは、気液分離器であることが好ましく、例えば蒸留塔、膜分離器、吸着分離器、フラッシュドラム等である。また、分離器Ｓは例えばフラッシュドラム等の単段の分離器であってもよいし、多段の分離器であってもよい。

分離器Ｓから出力される第１出力流体は、例えば気体の第１成分を含み、配管２を通って第１分岐部Ｊ１に到達する。第１分岐部Ｊ１に到達した第１出力流体は、配管３を通って第１出力端Ｅ１に到達すると共に、配管４を通って圧縮機Ｃに到達する。第１分岐部Ｊ１は、分離器Ｓと第１出力端Ｅ１との間に配置され、分離器Ｓから出力された第１出力流体を分岐する。圧縮機Ｃは、第１分岐部Ｊ１から出力され、気体の第１成分を含む第１出力流体を圧縮することによって昇温させる。圧縮機Ｃは、例えばターボ圧縮機である。圧縮機Ｃの圧縮比は１．５〜５であることが好ましい。圧縮機Ｃは、第１出力流体の温度を１０〜５０℃上昇させることが好ましい。圧縮機Ｃによって圧縮された第１出力流体は、配管５を通って熱交換器Ｈに到達する。

一方、分離器Ｓから出力される第２出力流体は、例えば液体の第２成分を含み、配管９を通って第２分岐部Ｊ２に到達する。第２分岐部Ｊ２に到達した第２出力流体は、配管１０を通って第２出力端Ｅ２に到達すると共に、配管１１を通って熱交換器Ｈに到達する。第２分岐部Ｊ２は、分離器Ｓと第２出力端Ｅ２との間に配置され、分離器Ｓから出力された第２出力流体を分岐する。

熱交換器Ｈは、第２分岐部Ｊ２から出力された第２出力流体と、圧縮機Ｃによって圧縮された第１出力流体との間で熱交換を行う。熱交換器Ｈを通過した第１出力流体は、例えば液体の第１成分を含む。熱交換器Ｈを通過した第２出力流体は、例えば気体の第２成分を含む。

熱交換器Ｈでは、圧縮機Ｃによって圧縮された第１出力流体の温度と熱交換器Ｈを通過した第２出力流体との差（温度差Ａ）が、熱交換器Ｈを通過した第１出力流体の温度と熱交換器Ｈに入力される第２出力流体の温度との差（温度差Ｄ）と略同じであることが好ましい（図２参照）。この場合、熱交換器Ｈにおいて、効率よく熱交換することができる。

熱交換器Ｈを通過した第１出力流体は、配管６を通ってバルブＶに到達する。バルブＶは、熱交換器Ｈを通過した第１出力流体の圧力を、配管２を通る第１出力流体の圧力と同程度まで低下させる。バルブＶを通過した第１出力流体は、配管７を通って冷却器Ｌに到達する。冷却器Ｌによって冷却された第１出力流体は、配管８を通って分離器Ｓに戻る。一方、熱交換器Ｈを通過した第２出力流体は、配管１２を通って分離器Ｓに戻る。

ここで、第１出力端Ｅ１から出力される第１出力流体のエンタルピーと第２出力端Ｅ２から出力される第２出力流体のエンタルピーとの和が、入力端Ｉに入力される入力流体のエンタルピーと同じであることが好ましい。これにより、分離プロセスモジュール１００を標準化されたモジュールとすることができる。

分離プロセスモジュール１００では、第１出力流体及び第２出力流体をそれぞれ第１出力端Ｅ１及び第２出力端Ｅ２から系外に出力すると共に、分離器Ｓから出力された第１出力流体及び第２出力流体を分離器Ｓに還流させることができる。

また、図２に示されるように、熱交換器Ｈにおいて熱量Ｑ_１と熱量Ｑ_２とが熱交換されるので、第２出力流体が第１出力流体によって昇温される。圧縮機Ｃによって第１出力流体を圧縮する際に所定エネルギーの仕事Ｗ_ｃが必要になるが、第２出力流体を別途ボイラー等の加熱炉で加熱する必要は殆どなくなる。一方、第１出力流体を圧縮しない場合、第２出力流体を別途ボイラー等の加熱炉で加熱する必要がある。別途ボイラー等の加熱炉で加熱する際に必要なエネルギーは、第１出力流体を圧縮する際に必要な所定エネルギーに比べて非常に大きい。

分離器Ｓから出力された第１出力流体を、圧縮機Ｃによって圧縮する前に第１分岐部Ｊ１によって分岐して第１出力端Ｅ１から出力することができる。このため、第１出力端Ｅ１から系外に出力される第１出力流体を無駄に圧縮する必要がない。よって、圧縮に必要なエネルギーを低減することができる。

さらに、分離器Ｓから出力された第２出力流体を、熱交換器Ｈにおいて昇温する前に第２分岐部Ｊ２によって分岐して第２出力端Ｅ２から出力することができる。このため、第２出力端Ｅ２から系外に出力される第２出力流体を無駄に昇温する必要がない。よって、昇温に必要なエネルギーを低減することができる。

以上説明したように、分離プロセスモジュール１００では、省エネルギー効果が大幅に高くなる。

また、熱交換器Ｈを通過した第１出力流体が、液体の第１成分を含む場合、熱交換器Ｈにおいて、圧縮機Ｃによって圧縮された第１出力流体が液化する際の潜熱を、第２出力流体によって回収することができる。よって、省エネルギー効果が更に高くなる。

さらに、現状の分離器をそのまま使用して、分離器の周辺を改良するだけで高い省エネルギー効果が低コストかつ短時間で得られる。

図３は、比較例に係る分離プロセスモジュールを模式的に示す図である。図４は、比較例に係る分離プロセスモジュールにおける熱量Ｑと温度Ｔとの関係を示すグラフである。図３に示される分離プロセスモジュール１００ａは、加熱炉Ｂ、分離器Ｓ、冷却器Ｌを備えている。入力端Ｉに入力された入力流体は、配管１を通って分離器Ｓに到達する。

分離器Ｓから出力される第１出力流体は、配管２を通ってコンデンサ等の冷却器Ｌに到達する。冷却器Ｌによって冷却された第１出力流体は、配管１３を通って分岐部Ｊ３に到達する。分岐部Ｊ３に到達した第１出力流体は、配管１４を通って分離器Ｓに戻ると共に、配管１５を通って第１出力端Ｅ１に到達する。

分離器Ｓから出力される第２出力流体は、配管９を通ってリボイラ等の加熱炉Ｂに到達する。加熱炉Ｂによって加熱された第２出力流体は、配管１６を通って分離器Ｓに戻ると共に、配管１７を通って第２出力端Ｅ２に到達する。

分離プロセスモジュール１００ａでは、図４に示されるように、加熱炉Ｂでは熱量Ｑ_１が必要となり、冷却器Ｌでは熱量Ｑ_１と同等の熱量Ｑ_２が排熱される。

したがって、本実施形態に係る分離プロセスモジュール１００では、分離プロセスモジュール１００ａに比べて、省エネルギー効果が高くなる。

以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。

実施形態に係る分離プロセスモジュールを模式的に示す図である。 本実施形態に係る分離プロセスモジュールにおける熱量Ｑと温度Ｔとの関係を示すグラフである。 比較例に係る分離プロセスモジュールを模式的に示す図である。 比較例に係る分離プロセスモジュールにおける熱量Ｑと温度Ｔとの関係を示すグラフである。

符号の説明

Ｉ…入力端、Ｓ…分離器、Ｊ１…第１分岐部、Ｃ…圧縮機、Ｊ２…第２分岐部、Ｈ…熱交換器、Ｅ１…第１出力端、Ｅ２…第２出力端、１００…分離プロセスモジュール。

Claims (3)

1. 第１成分及び前記第１成分とは異なる第２成分を含む入力流体が入力される入力端と、
   前記入力端に入力された前記入力流体を、気体の前記第１成分を含む第１出力流体と、前記第２成分を含む第２出力流体とに分離する分離器と、
   前記分離器から出力された前記第１出力流体を分岐する第１分岐部と、
   前記第１分岐部から出力され、気体の前記第１成分を含む前記第１出力流体を圧縮することによって昇温させる圧縮機と、
   前記分離器から出力された前記第２出力流体を分岐する第２分岐部と、
   前記第２分岐部から出力された前記第２出力流体と、前記圧縮機によって圧縮された前記第１出力流体との間で熱交換を行う熱交換器と、
   前記第１分岐部から出力された前記第１出力流体を出力する第１出力端と、
   前記第２分岐部から出力された前記第２出力流体を出力する第２出力端と、
   を備え、
   前記熱交換器を通過した前記第１出力流体と、前記熱交換器を通過した前記第２出力流体とが、前記分離器に入力される、分離プロセスモジュール。
2. 前記第１出力端から出力される前記第１出力流体のエンタルピーと、前記第２出力端から出力される前記第２出力流体のエンタルピーとの和が、前記入力端に入力される前記入力流体のエンタルピーと同じである、請求項１に記載の分離プロセスモジュール。
3. 前記熱交換器を通過した前記第１出力流体は、液体の前記第１成分を含んでいる、請求項１又は２に記載の分離プロセスモジュール。

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