JP2018086650A - 分割された塔を用いた分離プロセス - Google Patents

Abstract

【課題】本コスト及び運転コストの少ない、２塔システムを単一の塔として結合する上部分割壁塔デプロパナイザの提供。
【解決手段】上部セクションに垂直分割壁を備える塔であって、垂直分割壁が上部セクションを第一の側と第二の側とに分割する塔と、フィードを塔の第一の側に送るための、Ｃ_３成分を含む燃料ガスを蒸留塔に送り、塔の底部が燃料ガスからＣ_３成分を回収するフィード入口管と、塔の第一の側に接続されているパーシャルコンデンサである第一のコンデンサと塔の第二の側に接続されているトータルコンデンサである第二のコンデンサと塔の底部と流体連通しているリボイラと、底部から液状部分を除去して、液状部分を塔の第一の側の上部セクションに送るための、塔の底部と流体連通しているポンプとを備える蒸留塔。
【選択図】図３

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１３年２月２１日に出願された米国特許仮出願第６１／７６７，４３４号の米国特許法第１１９条（ｅ）項の下に優先権を主張し、また、当該仮出願の全てが、本明細書に完全に明記されているかのように、参照により本明細書に引用される。

本発明、すなわち、上部分割壁塔デプロパナイザ（Top Dividing Wall Column Depropanizer）（ＴＤＷＣ）は、革新的な技術を提供する。この技術において、システムが結合されて単一塔システムになっている。軽量成分が塔の予備分別側（フィード側）で濃縮され、ここで、これらの成分はオーバーヘッド（塔頂）トップ生成物として除去される。中央の沸騰成分は、分割壁の反対側でオーバーヘッド生成物として除去される。同一の製品規格に対し、ＴＤＷＣが必要とする資本コスト及び運転コストは、慣用的な２塔システムよりも実質的に少ない。

蒸留及び吸収は、処理産業界で用いられている非常に一般的な分離技術である。これらの技術の両方が、プロセスに含まれる加熱及び冷却による大量のエネルギーを必要とする。これらの技術の大部分が、経済、政治、及び社会的シナリオが現在とは異なる１０年以上前に設計された。経済及び社会の利益のために、エネルギーコストを削減することが望ましいであろう。

エネルギー消費及び資本支出の実質的な削減をもたらす有用な複合分離構造がある。これらのオプションは分割壁塔を含む。分割壁塔は、通常、蒸留プロセスで用いられる。図１は先行技術を示す。塔は、３９０ｐｓｉｇ（約２６８９ｋｐａ）の圧力で９５度Ｆ（約３５℃）のオーバーヘッド温度で動作する。この慣用的なデプロパナイザは、Ｃ_２／Ｃ_３成分を塔（カラム）のオーバーヘッド生成物として、また、Ｃ_４／Ｃ_４＋成分をカラムのボトム生成物として分離する。

しかし、先行技術は幾つかの不利点を有する。オーバーヘッド生成物中の軽量成分を３５０ｐｓｉｇ（約２４１３ｋｐａ）で凝縮することができず、オーバーヘッド冷却媒体として冷却水を用いる。オーバーヘッドシステムはパーシャルコンデンサ（分縮器）を有する。Ｃ_２、及び、より軽量の成分（燃料ガスとして使用される）は、パーシャルコンデンサから蒸気生成物として引き出される。Ｃ_３生成物は、パーシャルコンデンサからの液体ストリームである。かなりの量のＣ_３成分が燃料ガス蒸気ストリームに対して失われる。Ｃ_３成分の損失は、オーバーヘッド温度を低減すること（例えば、冷凍を用いて）により、又は、塔圧力を増大させることにより防止することができる。しかし、これは、塔の運転コストを増大させる。先行技術のシステムは、Ｃ_３とＣ_３＋との明確な分離を提示しているが、これらの成分は、燃料ガス蒸気ストリーム中で損失されるため、その回収率は低い。

図２は、別の先行技術を示す。このプロセスは、２塔設計を用いている。第１塔は、フィードから非凝縮生成物を分離する目的でリボイル（再沸）されたアブソーバである。非凝縮性物質（燃料ガスとして用いられる）は、この第１塔からのオーバーヘッド蒸気生成物である。第１塔からのボトムスは第２塔に供給される。Ｃ_３生成物が、第２塔におけるオーバーヘッド生成物として引き出され、Ｃ_４／Ｃ_４＋成分がボトムス生成物として引き出される。この先行技術のシステムは、高いＣ_３／Ｃ_３＋回収率をもたらす。しかし、資本支出及びエネルギー消費量がより多いことが不利である。

従って、先行技術のシステムの不利点を克服するシステムを有することが望ましいであろう。

本発明の実施形態は、２つの異なるユニット動作（吸収及び蒸留）が上部分割壁塔の両側で生じるプロセスに向けられている。本発明の一実施形態において、上部分割壁塔は、燃料ガスからＣ_３成分を回収するデプロパナイザとして用いられる。

先行技術の発明の一実施形態による分離プロセスを示す。 先行技術の発明の一実施形態による２塔分離プロセスを示す。 本発明の一実施形態によるプロセススキームを示す。

本発明の実施形態は、２つの異なるユニット動作（吸収及び蒸留）が上部分割壁塔の両側で生じるプロセスに向けられている。

革新的な要素を、慣用的なデプロパナイズシステムを例として用いて説明する。

本発明は、蒸留設備にて用いられる２塔システムを単一の塔として結合する革新的な技術を提供する。本発明の幾つかの実施形態において、軽量成分が塔の予備分別側（フィード側）で濃縮され、ここで、これらの成分はオーバーヘッドトップ生成物として除去される。中央の沸騰成分は、分割壁の反対側にてオーバーヘッド生成物として除去される。同一の製品規格に対し、ＴＤＷＣが必要とする資本コスト及び運転コストは、慣用的な２塔システムよりも実質的に少ない。

本発明の動作説明図が図３に記載されている。トップ分割壁を有する蒸留塔が示されている。上部が分割された塔(top divided column)は、分割壁の一方の側に位置するフィード側、及び、分割壁の他方の側に位置する生成物側を有する。上部分割塔の底部、すなわち、トップ分割塔の反対側がメイン（主要）セクションである。

本発明の一実施形態において、本発明のプロセススキームは、Ｃ_２（非凝縮性成分）、Ｃ_３（中間成分）、Ｃ_３＋（重成分）を単一の上部分割塔にて分離するように設計されている。フィードストリームが、最初に上部分割塔の予備分別側に送られる。鉛直方向の分割壁が、塔の頂部を２つの半分の部分に分割している。壁のフィード側を予備分別セクションと称する。非凝縮性成分（燃料ガスとして用いられる）がオーバーヘッド蒸気生成物としてベントコンデンサから除去される。本発明の幾つかの実施形態において、塔オーバーヘッド圧力は、オーバーヘッド燃料ガス生成物ライン上の圧力コントローラを介して３５０ｐｓｉｇ（約２４１３ｋｐａ）に設定される。フィードより上のセクションは、Ｃ_３成分の損失を最小限にするために主に用いられる吸収セクションとして機能する。予備分別側には、２つの源からの還流が流入する。これらは、ベントコンデンサからの凝縮された液体ストリームと、ボトムポンプからの重いストリームである。

本発明の実施形態において、メインセクションのオーバーヘッドからの蒸気は、凝縮され、そして、空冷式交換器と、その後の水冷式コンデンサにて、９５度Ｆ（約３５℃）まで冷却される。コンデンサからの放出物はオーバーヘッドレシーバ（受け器）に集められる。Ｃ_３軽液体がドラムから還流ポンプを介して汲み出される。軽液体の一部が塔に還流として送り戻され、残りがＣ_３生成物として引き出される。

本発明の一実施形態において、塔の動作圧力は、燃料ガスヘッダに通じる非凝縮ライン上に設置された圧力制御ループにより制御される。一方、受け入れられたオーバーヘッド内の圧力は、ホットバイパス圧力制御ループにより制御される。

本発明の一実施形態において、主要塔（メインカラム）の上部セクションの温度は、還流制御ループによりカスケード制御される。これは、Ｃ_３生成物の品質の制御を、より重い成分が塔の上部に流れる傾向を抑制することにより可能にする。

本発明の一実施形態において、メインセクションに接続しているリボイラ（再沸器）は、加熱媒体としてスチームを用いるサーモサイホンスチームリボイラである。リボイラへの入熱は、スチーム流を塔底トレイ温度コントローラにカスケードして制御することにより調整される。

Ｃ_３ボトム生成物は、ボトム生成物流量にカスケードされたレベルコントロールループにより制御される。

本発明の全態様は、蒸留プロセスのエネルギー効率を、上部分割塔を用いて増大するための方法に関する。本開示から知識を得た当業者は、本明細書中に開示された方法に、様々な変更を、本発明の範囲から逸脱せずに加え得ることを理解するであろう。理論上の又は観察された現象又は結果を説明するために用いられた機構は、単に例示的であり、添付の請求の範囲を何ら限定しないものと解釈されるべきである。

Claims (10)

1. ２つのコンデンサ及び１つのサイドリボイラをその塔の上部セクションに有する壁部を備えた蒸留塔。
2. 前記２つのコンデンサがパーシャルコンデンサ及びトータルコンデンサである請求項１に記載の蒸留塔。
3. 前記塔が燃料ガスからＣ_３成分を回収するデプロパナイザとして用いられている請求項１に記載の蒸留塔。
4. 前記塔がフィード側、又は予備分別側、及びメイン側を有する請求項１に記載の蒸留塔。
5. 前記フィード側が、非凝縮性成分をＣ_３から分離するリボイル（再沸）されたアブソーバとして機能する請求項４に記載の蒸留塔。
6. 前記予備分別側が吸収溶媒を含む請求項４に記載の蒸留塔。
7. 前記吸収溶媒の一部が前記塔に還流として送り戻され、残りがＣ_３生成物として引き出される請求項６に記載の蒸留塔。
8. 前記還流が燃料ガスに対するＣ_３損失を低減することを補助する請求項７に記載の蒸留塔。
9. 前記サイドリボイラが蒸留塔の前記予備分別側にて用いられる請求項１に記載の蒸留塔。
10. 前記サイドリボイラの加熱媒体が塔底物である請求項９に記載の蒸留塔。

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