JP2014507271A

JP2014507271A - 構造化された熱交換部材を使用する熱交換型蒸留塔

Info

Publication number: JP2014507271A
Application number: JP2013550439A
Authority: JP
Inventors: ブルインスマ、オドルプス・シモン・レオ
Original assignee: シュティヒティン・エネルギーオンデルツォイク・セントラム・ネーデルランド
Priority date: 2011-01-18
Filing date: 2012-01-12
Publication date: 2014-03-27
Also published as: NL2006023C2; CN103379947A; WO2012099462A1; US20140014490A1; EP2665532A1

Abstract

混合流体中の成分を分離するための熱交換型蒸留塔。この熱交換型蒸留塔には、ストリッピング部分（Ｓ）と、精留部分（Ｒ）と、これらストリッピング部分（Ｓ）と前記精留部分（Ｒ）との間にあるコンプレッサ（２）とが、設けられている。更に、前記ストリッピング部分（Ｓ）と前記精留部分（Ｒ）との間で熱を伝達するための熱交換アセンブリと、前記熱交換不型蒸留塔の中での凝縮と蒸発とのための物質交換アセンブリとが、設けられている。前記ストリッピング部（Ｓ）、前記精留部分（Ｒ）、もしくはこれらストリッピング部分（Ｓ）と精留部分（Ｒ）とは、前記熱交換型蒸留塔の構造部分と、前記熱交換型蒸留塔及び前記物質移動アセンブリの機能部分と、を形成しているチャンネルアセンブリ（６）を有している。
【選択図】図５

Description

本発明は、混合流体中の成分を分離させるための熱交換型蒸留塔に関わり、この熱交換型蒸留塔は、ストリッピング部分と、精留部分と、これらストリッピング部分と精留部分との間にあるコンプレッサと、これらストリッピング部分と精留部分との間で熱を伝達するための熱交換アセンブリと、前記熱交換型蒸留塔内での凝縮及び蒸発のための物質移動アセンブリとを有している。

特許文献１は、混合流体のストリッピングと精留とのための熱交換型蒸留塔を開示している。ストリッピング部分と精留部分とが、複数のチャンネルを有しており、前記ストリッピング部分のためのチャンネルと前記精留部分のためのチャンネルとは、交互に設けられている。これらチャンネルは、熱交換機能を与える複数の近接したプレートによって、形成されている。湾曲したフィンが、前記近接したプレートの内側に設けられており、前記精留部分でこの上に凝縮液を生成し、前記ストリッピング部分に蒸気を生じさせ、前記チャンネルの底部に凝縮液を集め、そして前記チャンネルの上流部に蒸気を集める。

特許文献２が、蒸気圧縮蒸留システムを開示している。複数の熱伝達プレートが、煮沸チャンバと凝縮チャンバとを交互に形成するように、一緒に溶接されている。構造的強度が、外壁とボルトとによって、前記蒸留システムに与えられている。これは、分離が検討されていないので、熱交換型蒸留塔ではない。

特許文献３が、複数の凹みを有するピラミッド形状の複数の突出部の規則正しい模様がエンボス加工されている重ねられたプレートによって形成されているマトリックスを開示している。浅い突出部及び深い突出部を有する複数のプレートが、組み合わされている。これは、分離が検討されていないので、熱交換型蒸留塔ではない。

特許文献４は、物質移動及び熱伝達の適用のための充填材料を開示している。前記材料は、多重層のパッキングを形成するように、平行に組み立てられ得る、有孔材料である。基本の形状は、ピラミッド形状の基礎体である。これは、コンパートメント間の熱伝達が検討されていないので、熱交換型蒸留ではない。

WO03/011418 US5,968,321 US3,498,372

本発明は、特に改良された物質移動力を有する、より有効な熱交換型蒸留塔を提供することを目的とする。

本発明に従えば、前に記載の序文に従った熱交換型蒸留塔が、提供され、ストリッピング部分、精留部分、もしくは前記ストリッピング部分と精留部分とは、２つ以上のチャンネルアセンブリを有しており、各チャンネルアセンブリは、前記熱交換型蒸留塔の構造部分と、熱交換アセンブリ及び物質移動アセンブリの機能部分とを形成している。前記チャンネルアセンブリは、前記ストリッピング部分、前記精留部分、もしくはこれら両方のためのフローチャンネルを形成している。前記チャンネルアセンブリは、前記熱交換型蒸留塔（ＨＩＤｉＣ）の構造部分であるので、平行に配置された、もしくは重ねて断面された複数のチャンネルアセンブリの例えば組み合わせによって、ＨＩＤｉＣ全体を容易に且つ有効に形成することが可能である。前記チャンネルアセンブリはまた、前記熱交換アセンブリと前記物質移動アセンブリとの両方の機能部分を同時に形成し、ＨＩＤｉＣの形成をより有効にする。前記ストリッピング部分、前記精留部分、もしくはこれら両方のための実際のチャンネルを形成しているこれら別々の部材は、容易に組み立てられ得る。また、本発明の実施形態を従来のシステムより柔軟にするように前記熱交換型蒸留塔を例えば改良するために、弛緩部材を有する前記熱交換型蒸留塔の内側の構成部材が、他の種類の内側の構成部材によって、容易に取り換えられ得る。

前記熱交換型蒸留塔の長手方向に直交するチャンネルアセンブリの厚みは、更なる実施形態では１乃至５ｃｍ、例えば２ｃｍである。これは、この方向のディメンションがｍｍの範囲に限定されている従来技術の適用の多くとは、異なっている。本発明の実施形態に従えば、複数の特徴の良好な組み合わせが、熱伝達と物質移動との領域で、果たされる。

一実施形態では、前記チャンネルアセンブリは、金属（例えばスチール）のような熱伝達材料によって形成されている複数の構成部材を有しており、これら構成部材の１つが、前記材料の表面での凝縮を可能にするか前記材料の表面からの蒸発を可能にするように形成されているチャンネル部分である。かくしてこの材料は、前記ＨＩＤｉＣの両機能のために、使用され得る。

前記チャンネルアセンブリは、更なる実施形態では、１５００ｋｇ／ｍ^３未満、例えば１０００ｋｇ／ｍ^３の密度もしくは質量を有している。

更なるグループの実施形態では、前記チャンネルアセンブリは、エンボスプレートアセンブリを有しており、このエンボスプレートアセンブリは、規則的なパターンの複数のスポットで互いに接続されている２つのプレートを有している。内側の空間が、前記２つのプレート間に設けられおり、これら２つのプレート間には、変動する距離が与えられている。更なる実施形態では、前記内側の空間は、第１のチャンネルを形成しており、２つの近接したエンボスプレートアセンブリ間の外側の空間は、第２のチャンネルを形成している。前記エンボスプレートアセンブリは、１つのプレートが全面にわたって平坦である単一のエンボスプレートアセンブリ、もしくは代わって、両方のプレートが凸凹の形状の表面を有する二重のエンボスプレートアセンブリであり得る。

更なるグループの実施形態では、前記チャンネルアセンブリは、平行な複数の山部と谷部とによって形成されている波の方向を有する波形状のプレートを有しており、前記波の方向は、前記熱交換型蒸留塔の長手方向に直交している。このことによって、ＨＩＤｉＣ中に、開かれた構造のチャンネルが設けられ、この結果として、非常に低い圧力低下が生じる。

複数のチャンネルアセンブリは、更なる実施形態では、プロセスのための高い能力を与えるために、前記熱交換型蒸留塔の長手方向に沿って、平行に配置されるように設けられている。

更なる実施形態では、前記ストリッピング部分と精留部分との一方は、同心に配置されている複数の（例えば円筒形状の）チャンネルアセンブリを有し、前記複数の円筒形状のチャンネルアセンブリ間の空間が、前記ストリッピング部分と前記精留部分とのもう一方を形成している。加工プラントの構成部材の円筒形状の実施形態は、定期的に使用され、形成されたチャンネル全体にわたって、より均一な加工環境を与える。

更なる実施形態の前記熱交換型蒸留塔は、前記精留部分と前記ストリッピング部分とを囲んでいる外周ハウジングを有している。この外周ハウジングは、矩形断面の実施形態と円形断面の実施形態との両方で、前記ストリッピング部分と前記精留部分とを、周囲の環境から適切に密封し得る。

図１は、熱交換型蒸留塔の概略図である。図２は、本発明の一実施形態に係るチャンネルアセンブリの斜視図である。図３は、図２のチャンネルアセンブリの他の実施形態に係るチャンネルアセンブリの斜視図である。図４は、ＨＩＤｉＣのチャンネルを形成するための図２の複数のチャンネルアセンブリの組み合わせを示す図である。図５は、ＨＩＤｉＣのチャンネルを形成するための図２の複数のチャンネルアセンブリの他の組み合わせを示す図である。図６は、前記チャンネルアセンブリの更なる実施形態によって形成されている複数のチャンネルの断面図である。

本発明は、添付の図面を参照して、例となる複数の実施形態を使用して、以下に詳細に説明される。

長年にわたって、多くの省エネルギー蒸留技術が、開発されている。従来の蒸留塔では、リボイラに供給されコンデンサに抽出されたエネルギーが、損失する。１９８０年代に導入された蒸気再圧縮塔（ＶＲＣ）では、リボイラのための加熱媒体として使用され得るように蒸気の上部の温度を上げるために、コンプレッサが、ヒートポンプとして使用されている。省エネルギー率が５０乃至８０％であるが、最高温度上昇が、３０℃に、即ち従来の設置された蒸留塔の約１５％に、経済的に制限されている。

流体中の２つの成分を分離させるための方法が、図１に図式的に示されている。分離される混合物（流体）が、ライン１で、ストリッピング部分Ｓに供給される。気体の生成物が、ラインを通ってコンプレッサ２に供給され、精留部分Ｒに供給される。この精留部分Ｒで生成された液体生成物（凝縮液）が、ライン１に戻される。前記精留部分Ｒの上部から出る蒸気が、外部のコンデンサ３に供給される。ストリッピング部分Ｓで生成された液体（凝縮液）が、底部にある出口からリボイラ４に供給され、そして、底部の（アウトプット）生成物として、部分的に排出される。前記精留部分Ｒから前記ストリッピング部分Ｓへの熱伝達が、矢印５によって示されている。この熱伝達を可能な限り能率的に生じさせることが重要であることが、理解される。本発明の実施形態に従えば、これは、前記ストリッピング部分Ｓと前記精留部分Ｒとの間の直接の熱伝達によって、果たされる。このような分離方法を利用するシステムは、本分野で、熱交換型蒸留塔（ＨＩＤｉＣ）として知られている。

熱交換型蒸留塔（ＨＩＤｉＣ）では、コンプレッサ全体にわたる温度上昇が、前記蒸留塔全体にわたる温度差の値の、たった半分である。かくして、ＨＩＤｉＣのための圧縮力は、ＶＲＣのための圧縮力の、代表的には５０％である。従来のいわゆるコンセントリックトレーＨＩＤｉＣ（例えば特許文献５参照）が、複雑且つ高価な内部構造を有しており、従って、２０乃至４５℃の範囲の温度上昇でＶＲＣより経済的に優れているだけである。このような塔は、熱伝達によって、一般に制限されている。

例えば特許文献１に記載されているような熱交換型蒸留塔のプレートフィン構成（ＰＦ−ＨＩＤｉＣ）もまた、知られている。この形式のＨＩＤｉＣは、以下のことを含むがこれらに限定されないいくつかの欠点を有している。ＰＦ−ＨＩＤｉＣは、低い液体ホールドアップ（a low liquid holdup）と不均衡配分に対する高い感度とをもたらす直線状に開口したチャンネルによって、良好な分離特性を有していない。ＰＦ−ＨＩＤｉＣは、分配器のために多くの労力を要する多数の平行なチャンネルを有している。各ＰＦ−ＨＩＤｉＣは、重く、従って高価である。ＰＦ−ＨＩＤｉＣは、製造が難しく、小型のモジュールでのみ形成され得るが、小型のモジュールは、大量の蒸留プロセスのために必要な容量を有していない。ＰＦ−ＨＩＤｉＣの多くは、蒸留塔の多くと相性の悪い材料であるアルミニウムによって、形成されている。

本発明の実施形態は、下記のように、ミクロ構造のセパレータとして作用する熱交換型蒸留塔（ＨＩＤｉＣ）に関わる。これは、構造化されたパッキングに関わる有効な物質移動（分離）（mass transfer（separation））特性と周知の熱交換の実施の有効な熱伝達特性とを、組み合わせたものである。

本発明の一実施形態では、熱交換型蒸留塔（ＨＩＤｉＣ）は、混合流体中の成分を分離するために設けられている。ＨＩＤｉＣは、図１の概略図で示されているように、ストリッピング部分Ｓと、精留部分Ｒと、これらストリッピング部分Ｓと精留部分Ｒとの間のコンプレッサ２とを有している。熱交換アセンブリが、図１に矢印５によって示されている、前記ストリッピング部分Ｓと前記精留部分Ｒとの間の熱伝達のために、設けられている。前記ストリッピング部分Ｓ、前記精留部分Ｒ、もしくはこれらストリッピング部分Ｓと精留部分Ｒとの両方は、チャンネルアセンブリ６を有している。このチャンネルアセンブリ６は、熱交換型蒸留塔の構造部分と、前記熱交換アセンブリ及び物質移動アセンブリの機能部分とを形成しており、前記ストリッピング部分Ｓ中での蒸発と、前記精留部分Ｒ中での凝縮とを発生させる。

言い換えると、チャンネルアセンブリ６は、前記ストリッピング部分Ｓと前記精留部分Ｒとの間の分離を例えば果たすことによって、ＨＩＤｉＣ全体のための構造部材を形成し、同時に、熱伝達機能と物質移動機能とを含むＨＩＤｉＣの種々の機能を果たす。

このような構造及び機能部分を前記チャンネルアセンブリ６で組み合わせることによって、よりエネルギー効率が良く且つコスト効率が良いＨＩＤｉＣが、設けられ得る。

前記ＨＩＤｉＣには、図１を参照して説明されるように混合流体の流れを得るように、コレクタ、分配機、インプット／アウトプットコネクタ、バルブなどが、更に設けられている。

一実施形態では、前記チャンネルアセンブリ６は、金属材料のような熱伝達材料から成る複数の構成部材を有し、このような構成部材のうちの１つが、前記チャンネルアセンブリ６が設けられているＨＩＤｉＣの部分に依存して、前記材料の表面での凝縮、及び／もしくは、前記材料の表面からの蒸発を可能にするように形成されたチャンネル部分である。かくして、前記チャンネルアセンブリ６は、前記ＨＩＤｉＣ中の熱伝達（図１の矢印５）と物質の分離との両方の機能を有する。例えばスチールを材料として使用することによって、スチールは動作中にＨＩＤｉＣ中の物質に対して多くの場合良好に耐えるので、ＰＦ−ＨＩＤｉＣシステムにしばしば使用される例えばアルミニウムのように、更なる効果を与える。

更なる実施形態では、前記チャンネルアセンブリ６は、１５００ｋｇ／ｍ^３未満、例えば１０００ｋｇ／ｍ^３未満の密度もしくは質量を有し、即ち２０００乃至４０００ｋｇ／ｍ^３のオーダーの密度を有する周知のプレートフィン形式のＨＩＤｉＣよりずっと低い密度もしくは質量を有している。

更なる一グループの実施形態では、前記チャンネルアセンブリ６は、複数のスポット１５の所で、規則的なパターンで互いに接続されている（例えばレーザー溶接されている）２つのプレート９、９ａを有している。このグループの２つの実施形態は、図５及び図６の部分的な断面図及び斜視図で示されている。内側の空間１４が、前記２つのプレート９、９ａ間に変動する距離を与えるようにして、これら２つのプレート９、９ａ間に設けられている。示されている実施形態では、前記複数のスポット１５の規則的なパターンは、２次元のパターンであり、前記溶接スポット１５を接続しているこのパターンのラインが、前記チャンネルアセンブリ６の長手方向に対して所定の角度で（例えば４５°で）傾斜している。結果として設けられている変動する幅を有する湾曲した内側の空間１４は、ＨＩＤｉＣの凝縮面もしくは蒸発面として、特に適している。

図２に示されている実施形態では、エンボスプレートのアセンブリ６は、二重のエンボスプレートアセンブリであり、このアセンブリのプレート９、９ａの両方は、凸凹な面を有している。この実施形態は、比較的大きい内側の表面領域が前記チャンネル１４中に形成される、という利点を有する。

図３に示されている実施形態では、前記エンボスプレートアセンブリ６は、単一のエンボスプレートアセンブリであり、このアセンブリの１つのプレート９は、全面にわたって平坦である。

ここに説明されているように、前記エンボスプレートもしくはプレートピローの実施形態は、小型の熱交換器材の優れた熱交換特性と、優れた流下膜式特性（fallong film features）を有する３次元構造の分離性能とを組み合わせている。このことは、塔のサイズと作動コストとを減じる熱交換型蒸留塔の更なる改良である。プレートフィンもしくはプレートパッキングの実施形態のような他の構造化されたＨＩＤｉＣの製造制限が、これらの実施形態によって、解決される。プレートパッキングの実施形態と比較して、前記エンボスプレート即ちプレートピローの実施形態は、ストリッピングチャンネルと精留チャンネルとの間に生じ得る圧力差に良好に耐え得るように、良好な横方向の強度を提供する。更に、エンボスプレート即ちプレートピローの実施形態は、ＨＩＤｉＣのプレートパッキングの変形例より、容易に製造され得る。

図４には、図２に示されているような二重のエンボスプレートを使用した複数のチャンネルアセンブリ６の組み合わせを有する実施形態の断面図が、示されている。（曲りくねったチャンネルを有する）内側の空間１４を各々が有している多数のチャンネルアセンブリ６は、平行に配置されており、この結果、２つの近接したチャンネルアセンブリ６間に外側の空間１６を形成している。前記内側の空間は、（例えばストリッピング部分Ｓの）第１のチャンネル１４を例えば形成し得、そして、前記２つの近接したエンボスプレートアセンブリ６間の外側の空間が、第２のチャンネル１６（例えば前記精留部分Ｒ）を形成している。

図４に示されている実施形態では、前記チャンネルアセンブリ６は、外周ハウジング１７内に配置されており、この外周ハウジング１７は、ＨＩＤｉＣ中の前記ストリッピングチャンネルと前記精留チャンネルとを十分に密封している。

図４に示されている実施形態では、前記エンボスプレート９、９ａの山部と谷部とが、一線上に並べられており、この結果、規則的なパターンが形成されている。代案として、前記エンボスプレート９、９ａは、正確には一線上に並べられない。そして、図４と類似した、断面図で不規則的なパターンが、結果として設けられ得る。更に、前記エンボスプレート９、９ａの近接した組み合わせが、互いに接続されずに、前記熱交換型蒸留塔で別々に積み重ねられ得る。

図示されている実施形態の前記外周ハウジング１７は、矩形であるが、円形もしくは他の形状でも設けられ得る。円形の形状は、プロセスの状態がより良好に制御され得るという効果を有する。

上記のような前記チャンネルアセンブリ６のすべての実施形態で、前記ストリッピング部分Ｓ、前記精留部分Ｒ、もしくはこれら両方のためのチャンネルを形成することが可能である。更なる実施形態では、複数のチャンネルアセンブリ６が設けられ、（図４に示されている前記エンボスプレートの実施形態と同様に、）前記熱交換型蒸留塔の長手方向に沿って互いに平行に配置される。このことによって、特定の適用のために、ＨＩＤｉＣの能力が、所望のレベルに高められる。また、実験室の試験でのバージョンからＨＩＤｉＣの原寸大の製品のバージョンまでの拡大が、容易に果たされる。

更なる実施形態では、前記複数のチャンネルアセンブリ６の近接したものは、互いに鏡面対称であり、この結果、前記ストリッピング部分Ｓ、精留部分Ｒ、もしくはこれら両方のためのチャンネルの所望のパターンを形成している。

前記ＨＩＤｉＣの別の実施形態では、前記チャンネルアセンブリ６が、図５の断面図に示されているように、同心の環状チャンネルパターンを形成するように、使用されている。この実施形態のＨＩＤｉＣは、前記精留部分Ｒと前記ストリッピング部分Ｓとを覆っている（例えば樽やドラム缶のような形態で、一点鎖線によって示されている）外周ハウジング１７を有している。前記ストリッピング部分Ｓは、この外周ハウジング１７内に同軸に配置されている、複数の円筒形状のチャンネルアセンブリ６を有しており、前記精留部分Ｒは、前記複数の円筒形状のチャンネルアセンブリ６間の空間によって、形成されている。

前記ＨＩＤｉＣでは、前記ストリッピング部分Ｓと前記精留部分Ｒとに流れる混合流体の合成物が、流れ方向で変化する。蒸気の容量の変化に特に適応するように、前記ストリッピング部分Ｓと前記精留部分Ｒとの両方の断面積が、前記混合流体の流れ方向に沿って変化する。言い換えると、前記複数のチャンネルアセンブリ６の幅が、前記熱交換型蒸留塔の長手方向に沿って、変化する。例えば、前記ＨＩＤｉＣは、前記熱交換プレート間のそれぞれの幅が徐々にもしくは段階的に増減しているストリッピング部分Ｓと精留部分Ｒとを、有している。段階的な増減を使用すると、前記ＨＩＤｉＣは、上記の実施形態を参照して説明されるように、前記チャンネルアセンブリ６（の組み合わせ）の種々の段階によって構成され得る。

このことは、前記ストリッピング部分Ｓと前記精留部分Ｒとの近接したチャンネルが示されている図６に示されているような実施形態に、示されている。前記ストリッピング部分のチャンネルの幅は、底部分の値Ｗ_ｓ，ｂから上部分の値Ｗ_ｓ，ｔへと拡大している。前記蒸留部分Ｒのチャンネルの幅は、底部分の値Ｗ_ｒ，ｂから上部分の値Ｗ_ｒ，ｔへと縮小している。

また、前記チャンネルアセンブリ６の凸凹の面の厚みｔ、この場合、前記プレートの波の高さが、図６の実施形態に示されている。より一般的な条件では、前記熱交換型蒸留塔の長手方向（例えば、流体の流れ方向）に直交するチャンネルアセンブリ６の厚みｔは、１乃至５ｃｍ、例えば、２ｃｍである。このことによって、非常に有効な熱伝達特性と、良好な物質移動特性とが、与えられる。

図６の実施形態では、前記チャンネルは、波形のプレートの形態の前記チャンネルアセンブリ６の更なる実施形態を使用して、形成されている。この波形のプレートの波の方向は、前記ＨＩＤｉＣの長手方向に直交している。適切なプロセスのための正しい材料によって形成されている場合、液体生成物が、前記チャンネルアセンブリ６の表面に（濡れで）取着し、前記材料の湾曲が、前記ストリッピング部分Ｓと前記精留部分Ｒとの間の有効な熱伝達を与える。このようにして設けられた前記チャンネルもまた、開かれた構造であり、この結果として、非常に低い圧力低下が生じる。前記波形状は、異なる形状（Ｚ字形状、うねり形状、左右対称、もしくは左右非対称など）であり得る。また、前記チャンネルアセンブリ６のこの実施形態を使用して、上記の他の実施形態と同様に、矩形のチャンネル、もしくは円形のチャンネルが、形成され得る。

上記の実施形態を参照して説明されるチャンネルアセンブリ６の各々（もしくはチャンネルアセンブリ６の組み合わせ）が、単一のプロセス層を形成し得る。前記ＨＩＤｉＣの全体は、互いに平行なこのようなプロセス層の多くを有し得る。また、各プロセス層のディメンションが、ＨＩＤｉＣを拡大するために、増加され得る。例えば、試験環境では、前記プロセス層は、１ｍの高さと２０ｃｍの幅であり、ピロープレートとの距離が、１５ｍｍであり、５０ｋｇ／ｈの容量と５ｋＷの熱伝達力とを与える。産業上の利用では、例えば、２００ｃｍの幅の１００のプロセス層に、１５ｍｍの同じピロープレートとの距離を与えることによって、１０００倍高い容量を有し得る。良好な分離を果たすために、例えば５乃至１０ｍの全高が選択され、（塔には一定の直径を与えながら、）前記ストリッピング部分Ｓは、上向きの方向に、大きくなる断面を有し、前記精留部分Ｒは、上向きの方向に、小さくなる断面を有している。そして、前記熱伝達力が、５乃至１０ＭＷのオーダーである。

上述の実施形態は、構造化されたＨＩＤｉＣ（Ｓ−ＨＩＤｉＣ）と称され得るＨＩＤｉＣの１つの形式を与える。このＳ−ＨＩＤｉＣは、プレートフィン熱交換部材の優れた熱伝達特性と、構造化されたパッキングの分配能力とを組み合わせる。これは、塔の大きさと動作コストとを減じる熱交換型蒸留技術の更なる改良である。この改良は、前記プレートフィンＨＩＤｉＣの制限された分配特性を解決し、前記ＨＩＤｉＣの端部で、分配機とコレクタとの構成を、単純化し、工業規模の蒸留のために必要な大きさでより容易に製造される。

上記の本発明の実施形態を参照して説明されるように、前記Ｓ−ＨＩＤｉＣは、前記構造化されたパッキングに関連した有効な物質移動（分離）特性と、プレートフィン熱交換部材の有効な熱伝達特性とを組み合わせているミクロ構造のセパレータである。熱交換機能に焦点を当てている前記プレートフィンＨＩＤｉＣに対して、Ｓ−ＨＩＤｉＣでは、分離（物質移動）に焦点を当てている。これは、実験的に示されたように、ファクターを制限する機能である。

Ｓ−ＨＩＤｉＣの前記チャンネルアセンブリ６は、熱伝達と、分離と、低い圧力低下とに対して信頼でき、１乃至３Ｐａ^１／２のオーダーで、Ｆファクターと対応する蒸発速度を取扱い、条件を満たした２のターンダウン比を有し得るべきである。Ｓ−ＨＩＤｉＣの前記チャンネルアセンブリ６に関わる良好な分離及び（再）分配機能によって、ＰＦ−ＨＩＤｉＣと比較してより良好な機能が与えられ、かくして、塔の高さが更に減じられる。

高い特定の熱伝達領域と低い圧力低下とを有する低コストのＳ−ＨＩＤｉＣは、低い最少達成温度と、かくして更なる省エネルギーとをもたらし、温度適用範囲を拡大する。ケーススタディでは、トレーＨＩＤｉＣ’ｓ（例えば、特許文献５参照）と比較して圧力低下が非常に低く、この結果として、圧縮力はより低くなり、このことは、エチル・ベンゼン／スチレンのような減圧蒸留プロセスに対して特に有効である。

Ｓ−ＨＩＤｉＣは、この適用範囲で、同心のトレーＨＩＤｉＣより効率が良いだけでなく、６０乃至７５％の省エネルギーが、２０乃至６０℃の温度の上昇範囲で可能となることが、予期される。Ｓ−ＨＩＤｉＣに関する明確な最低目標は、ＨＥＴＰ＝０．３ｍ（分離）、最高条件のＦファクター＝２Ｐａ^０．５（容量（capacity））、熱伝達＝２００Ｗ／ｍ^２／Ｋ、圧力低下＝１ｍｂａｒ／ｓｔａｇｅ、ターンダウン比＝２（可撓性）、従来の構造化されたパッキング塔と比較可能な出資コスト、である。

本発明の実施形態に係るＳ−ＨＩＤｉＣは、２０乃至６０℃の温度上昇を伴う塔に関する６０乃至７５％の省エネルギーをもたらす。このＳ−ＨＩＤｉＣは、ＰＦ−ＨＩＤｉＣと比較して改良された分離効率を有しており、このことによって、塔がより短く、かくして出資コストが低くなる。更に、圧力低下が収まり、これによって圧縮コストが低くなる。前記Ｓ−ＨＩＤｉＣは、前記同心のトレーＨＩＤｉＣと比較して、装置が小型になり、内部の複雑さが緩和される。結果として全分離コストの減少が、２０乃至６０℃の温度上昇まで経済的な適用範囲を拡大する。

本発明の実施形態に係るＨＩＤｉＣは、例えば、種々の物質に対する全プロセスの一部として、使用される。例えば、互いに近い沸点を有する炭化水素を分離するために使用され得る。以下のリストに記されている他の物質もまた処理され得、Ｓ−ＨＩＤｉＣの実施形態が、全プロセスの多数時間に適用され得る。ＭＤＩ（ジフェニルメタン・ジイソシアネート）、エチレンオキシド、無水フタル酸、ブテン−１、シクロヘキサノン、イソプロパノール、オクソアルコール、ブタジエン、酸化プロピレン／スチレン（ＰＯ／ＳＭ）、カプロラクタム、アルキル化（リファイナリー）、ベンゼン、ビスフェノールＡ、スチレン、酸化プロピレン／t-ブチルアルコール、（ＰＯ／ＴＢＡ）、ガソリン／ｐｙｇａｓ水素。

更なる適用は、バイオ燃料のためのエタノールの蒸留においてである。

本発明の実施形態は、図に示されているような例としての複数の実施形態を参照して、上に説明されてきた。いくつかの部分もしくは部材の変更、他の方法での実施が、可能であり、添付の請求項で定義されているように、保護の目的で含まれている。

Claims

ストリッピング部分（Ｓ）と、精留部分（Ｒ）と、これらストリッピング部分（Ｓ）と精留部分（Ｒ）との間にあるコンプレッサ（２）と、前記ストリッピング部分（Ｓ）と前記精留部分（Ｒ）との間で熱を伝達するための熱交換アセンブリと、中での凝縮と蒸発とのための物質交換アセンブリとを具備する、混合流体中の成分を分離するための熱交換型蒸留塔において、
前記ストリッピング部分（Ｓ）、前記精留部分（Ｒ）、もしくはこれらストリッピング部分（Ｓ）と精留部分（Ｒ）とは、２つ以上のチャンネルアセンブリ（６）を有しており、各チャンネルアセンブリ（６）は、熱交換型蒸留塔の構造部分と、前記熱交換アセンブリと前記物質移動アセンブリとの機能部分とを形成している、熱交換型蒸留塔。
前記熱交換型蒸留塔の長手方向に直交した１つの前記チャンネルアセンブリ（６）の厚み（ｔ）が、１乃至５ｃｍである、請求項１に記載の熱交換型蒸留塔。
前記チャンネルアセンブリ（６）は、熱伝達材料によって形成されている複数の構成部材を具備し、このような構成部材の１つが、チャンネル部分（７、９、９ａ）であり、前記熱伝達材料の表面での凝縮を可能にするか、前記熱伝達材料の表面からの蒸発を可能にするように形成されている、請求項１又は２に記載の熱交換型蒸留塔。
前記チャンネルアセンブリ（６）は、１５００ｋｇ／ｍ^３未満の質量を有している、請求項１乃至３のいずれか１に記載の熱交換型蒸留塔。
前記チャンネルアセンブリ（６）は、エンボスプレートアセンブリ（９、９ａ）を有しており、このエンボスプレートアセンブリは、規則的なパターンの複数のスポット（１５）で互いに接続されている２つのプレート（９、９ａ）を有しており、内側の空間が、前記２つのプレート間に設けられており、これら２つのプレート間には、変動する距離が与えられている、請求項１乃至４のいずれか１に記載の熱交換型蒸留塔。
前記内側の空間は、第１のチャンネルを形成しており、２つの近接したエンボスプレートアセンブリ（９、９ａ）間の外側の空間が、第２のチャンネルを形成している、請求項５に記載の熱交換型蒸留塔。
前記エンボスプレートアセンブリ（９、９ａ）は、両方の前記プレートが凸凹の形状の表面を有する二重のエンボスプレートアセンブリである、請求項５又は６に記載の熱交換型蒸留塔。
前記エンボスプレートアセンブリ（９、９ａ）は、１つのプレートが全面にわたって平坦である単一のエンボスプレートアセンブリである、請求項５又は６に記載の熱交換型蒸留塔。
前記チャンネルアセンブリ（６）は、平行な複数の山部と谷部とによって形成されている波の方向を有する波形状のプレートを有しており、前記波の方向は、前記熱交換型蒸留塔の長手方向に直交している、請求項１乃至４のいずれか１に記載の熱交換型蒸留塔。
複数のチャンネルアセンブリ（６）は、前記熱交換型蒸留塔の長手方向に沿って、平行に配置されるように設けられている、請求項１乃至９のいずれか１に記載の熱交換型蒸留塔。
前記ストリッピング部分（Ｓ）と前記精留部分（Ｒ）との一方は、同心に配置されている複数のチャンネルアセンブリ（６）を有し、前記複数の円筒形状のチャンネルアセンブリ（６）間の空間が、前記ストリッピング部分（Ｓ）と前記精留部分（Ｒ）とのもう一方を形成している、請求項１乃至９のいずれか１に記載の熱交換型蒸留塔。
前記精留部分（Ｒ）と前記ストリッピング部分（Ｓ）とを囲んでいる外周ハウジング（１７）を更に具備する、請求項１０又は１１に記載の熱交換型蒸留塔。
前記複数のチャンネルアセンブリ（６）の幅が、前記熱交換型蒸留塔の前記長手方向に沿って変化する、請求項１０乃至１２のいずれか１に記載の熱交換型蒸留塔。