JP2023531131A

JP2023531131A - 蒸留のための方法および装置

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Publication number: JP2023531131A
Application number: JP2022563202A
Authority: JP
Inventors: サアアンスン・エスペン・ラウゲ; デール・ピア・ユール; クラリッジ・タイス・ビェルグ; キンテロ・ヨハネス
Original assignee: トプソー・アクチエゼルスカベット
Priority date: 2020-06-29
Filing date: 2021-06-23
Publication date: 2023-07-21
Also published as: CA3173638A1; EP4172135A1; CN115605450A; BR112022026949A2; WO2022002720A2; IL296457A; KR20230029599A; FI3932897T3; KR20230029597A; CN118743862A; EP4172134A2; CN115605451B; BR112022026998A2; JP2023531130A; US20230125966A1; CL2022003476A1; AU2021298786A1; US20230159418A1; EP3932897B1; CN115605451A

Abstract

本発明は、メタノールの蒸留のための装置およびプロセスに関するが（図１）、エタノールなど他の製品の蒸留にも使用することができる。本発明は、揮発性成分を除去するための安定化ステージとして知られる前処理ステージ、および、蒸留のための１本以上の塔を含む濃縮ステージを含む、粗中間生成物の蒸留工程におけるエネルギー、冷却水および／または電力の消費を低減することを目的とする方法である。

Description

出願分野
本発明は、メタノールを蒸留するための方法、装置およびプラントに関する。この方法および装置は、エタノールのような他の製品を蒸留するために使用することもできる。

背景技術
メタノール合成プラントの生成物は、一般に粗メタノールと定義されるが、エタノール、ケトン、高級アルコール、および主にＨ_２、ＣＯ、ＣＯ_２、Ｎ_２、ＣＨ_４を含むいくつかの溶存ガスを含む合成反応の副生成物を含むメタノール水溶液であることが知られている。

この粗メタノールは、市場で要求される純度規格に適合するように蒸留される。例えば、グレードＡＡでは、最小メタノール濃度が９９．８５質量％であり、エタノールが１０ｐｐｍを超えないことが要求される。

既知の蒸留方法は、実質的に１本以上の蒸留塔に基づいており、典型的には、少なくとも１本の塔により、塔の頂部で回収された軽い製品（例えばガス）をメタノールから分離することができ、少なくとも１本の塔により、塔の底部で回収された重い製品（例えば水溶液）をメタノールから分離することができる。

メタノールの蒸留などに広く用いられている特定の方法は、大気圧または大気圧に近い圧力で作動する２本の塔（カラム）を含む。より具体的には、当該方法は、安定化塔またはプレラン塔として知られる予備処理塔と、第２の蒸留塔とを使用する。第１の塔は、実質的に粗メタノールに含まれるより揮発性の高い成分を分離する目的を実施的に有し、粗メタノールを受けて、頂部で軽い成分を分離し、底部で水溶液を分離するものである。濃縮塔として知られる２番目の塔で実際の蒸留が行われ、（ｉ）頂部に精製メタノール、（ｉｉ）底部に主に水溶液（「ボトム水」）、（ｉｉｉ）主に水、残留メタノール（全体の約１％）および合成反応の副産物の大部分を含む「フーゼル油」として知られる副流が得られる。前記フーゼル油は一定の発熱量を有し、通常、合成ガス生成のための燃料または原料として使用される。

各塔は、塔の底部を加熱し、蒸留プロセスへの熱入力を維持するリボイラーを備える。各塔はまた、頂部の生成物を凝縮し、前記塔に再循環させる（少なくとも部分的に）凝縮器（コンデンサー）を含む。適当な熱レベルで、蒸気またはプロセスガスによって、熱が濃縮（または蒸留）塔へ供給される。凝縮器のための冷却媒体は、通常、水または空気である。２本の塔を有する前記構成は、プラント（例えば、メタノール蒸留プラント）の観点からは単純であるが、底部リボイラーに供給される熱によるものと、頂部凝縮器の冷却水および／または電力の消費によるものの両方により、かなりの量のエネルギーを消費するという大きな欠点がある。さらに、生産能力に対して塔の直径が比較的大きく、その結果、プラントコストが高くなる。

２基の底部リボイラーの消費熱量は、精製メタノール１トンあたり約３．３５ｘ１０^９Ｊ（０．８Ｇｃａｌ）のオーダーである。粗メタノール１トンの生産に必要なエネルギー消費量は約（２５．１０～３３．４７ｘ１０^９Ｊ）６～８Ｇｃａｌであるから、蒸留のエネルギー消費量の桁は、プラントの総消費量の１０％と推定される。凝縮器で処分される熱は、リボイラーで交換される熱と同程度である。理論的には、例えば、冷却水のみで前記熱を除去する場合、循環する流量は、すなわち、メタノール１トン当たり約８０ｍ^３となるのが適切であり、その結果、ポンプ等のコストが高くなる。

これらの欠点を少なくとも部分的に低減しようとする他の既知の蒸留プラントおよび方法が存在する。

ＵＳ４２１０４９５は、３つの蒸留塔、すなわち、予備処理塔または安定化塔と２つの濃縮塔、それぞれ約７～８ｂａｒ（バール）の中圧で作動する塔と最終濃縮塔を有する方法が記載されている。安定化塔および最終濃縮塔は、実質的に大気圧またはそれよりわずかに高い圧力（例えば１．５ｂａｒ）で操業される。このような構成により、大気圧の最終塔の底部リボイラーにおいて中圧塔の頂部蒸気を凝縮させ、熱を回収することが可能となり、この概念は「スタッガード塔」または「カスケード塔」として知られている。スタッガード塔の概念は、例えば、高圧の濃縮塔によって中間圧で運転する濃縮塔に熱を供給し、その濃縮塔が低圧で運転する塔に熱を供給するなど、複数回使用することも可能である。しかし、安定化塔と最高圧力で作動する濃縮塔の両方を加熱する必要があるため、２塔式のプラントに比べて比消費量は少なくなるものの、依然として高いままである。

この考えをさらに発展させたものがＷＯ２０１３１１０３６９に開示されており、最終蒸留塔を最高圧力で運転し、最終濃縮塔からの頂部蒸気を凝縮させ安定化塔のリボイラーに熱供給できる方法が記載されている。この構成により、ＵＳ４２１０４９５に記載の方法の構成と比較してエネルギーを削減することが可能となるが、この構成には、すべての濃縮塔が他の必要以上に高圧で作動するという重大な欠点があり、この構成のさらなる欠点は、安定化塔に必要な熱量が最終濃縮塔に必要な熱量よりはるかに（～３０－７０％）低いので安定凝縮器の負荷および最終濃縮塔リボイラーの負荷の間に不一致があることである。

安定器凝縮器の負荷と最終濃縮塔リボイラーの負荷の不一致の意味は、最終濃縮塔の凝縮の負荷の一部を空気または水で冷却する別の凝縮器で供給するか（余分なコストとエネルギー消費）、安定化塔が不必要に大きくなる（直径）ことである。

濃縮塔の圧力が上がることの欠点は２倍となる。第１に、濃縮塔の圧力が高くなると、熱源の規格が厳しくなり、２本の交互配置の濃縮塔を加熱するのには問題ない熱源でも、この構成から生じる３本の交互配置の濃縮塔を加熱するのには問題ないとは限らない。さらに、濃縮塔の分離効率は、圧力が高くなると低下することも欠点である。このことは、表１および表２に示すように、所定の蒸留塔のエネルギー消費量の増加につながる。

ＵＳ４２１０４９５ＷＯ２０１３１１０３６９

文献ＷＯ２０１３１１０３６９は、底部リボイラーに供給される熱と、頂部凝縮器の冷却水および／または電力の消費の両方により、相当量のエネルギーを消費する問題に対処している。しかし、メタノールの蒸留のために２本超の濃縮塔を有する場合にこの問題を効率的に解決し、同等のエネルギーの節約を可能にする解決策は提供（または示唆）されていない。

当該文献によれば、実質的に高い底部圧力（すなわち、本発明の塔Ｖ３に相当する最終蒸留塔）を採用することで、省エネルギーと熱流の最適化が可能になり、本発明の塔Ｖ３に対応することになる最終蒸留塔において）、および（本発明のＰ３に対応することになる）底部圧力を高めることによって、底部のステージにおいて生成するガス状態（気体状態）の蒸留メタノールは、頂部のステージにおける温度（本発明の安定塔Ｖ０に対応することになる）よりも実施的に高い温度を有しており、予備頂部のステージ用の熱源として前記蒸留メタノールの流れが使用できるように十分であることを示唆している。当該文献は、頂部のステージの加熱のための熱（例えば凝縮蒸気からの）の消費を低減または排除することを可能にすることを主張する。塔４００で蒸留されるガス状メタノールの温度が塔１００の底部の液体の温度よりも実質的に大きくなるように、底部のステージでの圧力ｐ４は、トッピング圧力ｐ１よりも実質的に高いことを開示している。また、このような温度差は少なくとも１０℃であること、すなわち、塔４００の頂部のガス状メタノールの温度は、塔１００の底部の液体の温度よりも少なくとも１０℃高いことを開示している。これは、前記ガス状メタノールの少なくとも一部を、トッピング塔１００を加熱するために使用することができるものである。

また、ＣＮ１０８１０１７４８およびその他の文献には、４つの塔を用いて粗メタノールからメタノールを製造するメタノール精製の省エネルギープロセス方法および装置であって、運転エネルギー消費量の低減に言及しているが、これをどのように実現するか、プロセス条件はどうであるかは明確ではないし、示唆もされていない。

発明の説明
本発明は、メタノール（図１）の蒸留のための装置および方法に関するが、エタノールなど他の製品の蒸留にも適用可能である。

本発明は、揮発性成分を除去するための安定化ステージとして知られる前処理ステージおよび蒸留のための１つまたは２つ以上の塔を含む濃縮ステージを含む粗中間製品（例えば、メタノール）の蒸留工程におけるエネルギーおよび冷却水および／または電力の消費を低減する目的を有している。

このような目的は、本発明の好ましい実施形態において、粗メタノール（Ａ）の流れの精製または蒸留のための方法で達成され、当該方法は以下を含む
（ｉ）揮発性成分の分離のために、圧力Ｐ０で安定化塔Ｖ０においてメタノールの粗製流Ａを前処理し、Ｖ０の上部から軽いガスの流れＬが得られ、Ｖ０の下部からメタノールを含む液体流Ｂ０が得られ、
（ｉｉ）次に、Ｂ０を、圧力Ｐ１で、濃縮塔Ｖ１に向けられ、
（ｉｉｉ）Ｖ１の上部から回収されたガス流Ｔ１が熱交換器Ｅ２において凝縮され、濃縮塔Ｖ２にエネルギーを供給し、
（ｉｖ）工程（ｉｉｉ）で得られた凝縮メタノールの一部が生成物Ｃ１に送られ、凝縮メタノールの残部がＶ１の上部に加えられ、還流として使用され、
（ｖ）メタノールを含む液体流Ｂ１がＶ１の下部から回収され、圧力Ｐ２で、Ｖ２に通され、
（ｖｉ）Ｖ２の上部から回収された気体流Ｔ２が２つに分割され、一方の流れが熱交換器Ｅ０で凝縮され、Ｖ０にエネルギーを供給し、そして他方の流れが熱交換器Ｅ３で凝縮され、濃縮塔Ｖ３にエネルギーを供給し、
（ｖｉｉ）ステップ（ｖｉ）で得られた凝縮メタノールの一部が生成物Ｃ２に送られ、凝縮メタノールの残部がＶ２の上部に加えられ、還流として使用され、
（ｖｉｉｉ）メタノールを含む液体流Ｂ２をＶ２から回収し、圧力Ｐ３で、Ｖ３に通され、
（ｉｘ）Ｖ３の上部から回収されたガス流Ｔ３が凝縮され、凝縮されたメタノールの一部は生成物Ｃ３に送られ、残部はＶ３の上部に加えられ、還流として使用される。
（ｘ）高級アルコールおよび他のマイナーな副生成物を含む１つまたは複数の側流ＨがＶ３から取り出され、液体流Ｂ３がＶ３から取り出され、
ここで
－塔Ｖ１、Ｖ２およびＶ３は、Ｐ１＞Ｐ２＞Ｐ３であるように、減少する圧力で作動、
－Ｐ０＞０ｂａｒｇおよびＰ３＞０ｂａｒｇであり、
－各塔Ｖ０、Ｖ１、Ｖ２およびＶ３は、同じ塔のためのリボイラーである熱交換器Ｅ０、Ｅ１、Ｅ２およびＥ３に対応して関連づけられ、
－熱交換器Ｅ０およびＥ３は、塔Ｖ２用の凝縮器であり、
－熱交換器Ｅ２は、塔Ｖ１のための凝縮器であり、
－Ｐ３＜２ｂａｒｇ；および
－熱交換器Ｅ１は、外部エネルギー源から供給されることを特徴とする方法である。

また、本発明は、メタノールの蒸留のための装置であって、安定化塔Ｖ０を含み、圧力Ｐ０で安定化塔Ｖ０を、対応する減少した圧力Ｐ１、Ｐ２およびＰ３で少なくとも３つの蒸留塔Ｖ１、Ｖ２およびＶ３と直列に接続してなり、各塔が熱交換器Ｅ０、Ｅ１、Ｅ２およびＥ３に関連しており、前記熱交換器はその塔用のリボイラーであり、
ａ）熱交換器Ｅ０とＥ３は、塔Ｖ２の凝縮器である。
ｂ）熱交換器Ｅ２は、塔Ｖ１の凝縮器である；。
ｃ）Ｅ１は、前記装置の外部に流入する熱流を有する。
ｄ）Ｐ３＜２ｂａｒｇ
であることを特徴とし、
と同様に、本発明による少なくとも１つの装置を含む、メタノールの蒸留のためのプラントであって、Ｅ１に必要な蒸気の量が１．３ｋｇ／ｋｇの生成メタノール未満であり、またメタノールの蒸留のための前記装置の使用も提供するものである。

本発明の方法は、好ましくは、Ｖ０、Ｖ１、Ｖ２およびＶ３の少なくとも４つの塔を含むが、より多くの濃縮塔、すなわち、Ｖ１からＶｎまでの、圧力を低下させて作動する、好ましくは直列に接続された塔を含むことができる。

前記濃縮塔はすべて、蒸留生成物Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３などの一部が各濃縮塔の上部から回収され、残りの液体Ｂ０、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３などが他の塔（複数）に、例えば、最終濃縮塔まで渡されるように作動する。本発明の好ましい実施形態では、前記塔はＶ３であり、そこから製品Ｃ３の最終画分が上部から回収され、主に水を含む流れＢ３が底部から回収され、しばしばフーゼル油と呼ばれる混合物が最後の濃縮塔からの側流Ｈ－通常は供給トレイと塔の底部との間で取り出される－から回収される。

熱交換は、好ましくは、凝縮器／リボイラーＥ０、Ｅ１、Ｅ２およびＥ３において行われる。前記熱交換器は、チューブバンドルまたはプレート交換器であってよく、その中で、蒸留されたメタノールは高温側で凝縮し、溶液は低温側で蒸発する。

好ましくは、安定化工程および低圧濃縮塔用の凝縮器の圧力は、両方とも大気圧よりわずかに高く、例えば０．１～０．５ｂａｒ（バール）であり、それによって典型的には安定化工程用のリボイラー内の圧力は０．５～１．５ｂａｒとなり、熱供給を行う濃縮塔用の凝縮器の圧力は少なくとも２ｂａｒである。その結果、熱を供給する塔のためのリボイラー内の圧力は、２～８ｂａｒの範囲であり、より好ましくは約７ｂａｒである。

いくつかの実施形態においては、複数の濃縮塔と複数の圧力レベルを含むが、２番目に低い圧力レベルを有する塔が、常に安定化工程に熱を供給する。

記載された前処理（安定化）および濃縮ステージは、必要に応じて、単一の塔または多数の塔を並行して使用して実施することができる。

最終濃縮塔Ｖ３は、蒸留メタノールＣ３、主に水からなる溶液Ｂ３を生成し、いわゆるフーゼル油に代表される側流Ｈを生成することもできる。フーゼル油の側流は、適宜、中間蒸留ステージから抽出することもできる。

メタノールとエタノールの相対揮発率は低圧で最も高いので、分離をできるだけ低い圧力で行うことが有利である。

塔１が他の塔２から熱を受け取るたびに、塔１の温度レベルは上昇し、したがって塔２の圧力も塔１よりも高くする必要がある。これは、温度の高い塔の凝縮器として、また温度の低い塔のリボイラーとして機能する熱交換器において、望ましい駆動力を得るために必要である。この温度差は、好ましくは４～１０℃である。さらに、外部熱源（典型的には蒸気）の温度レベルは、最も高い温度レベルを持つ塔の底部の温度レベルより４～１０℃高くすることが好ましい。いくつかの先行技術文献は、安定化塔の上に全ての濃縮塔をずらして配置することを示しているが、それらは、最終濃縮塔が安定化塔と同じ圧力レベル、したがって本質的に同じ温度レベルで作動する本発明の場合よりも外部熱源の温度レベルに対して高い要求を持つことになるであろう。

図面の簡単な説明
図１は、本発明によるメタノールの蒸留プロセスの好ましい実施形態を表し、圧力Ｐ１＞Ｐ２＞Ｐ３と減少する３つの濃縮塔Ｖ１、Ｖ２およびＶ３が、圧力Ｐ０の安定化塔Ｖ０に接続されており、ここで、以下の通りである。
ａ．Ａ：粗メタノール供給
ｂ．Ｖ０：圧力Ｐ０における安定化塔
ｃ．Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３：圧力Ｐ１＞Ｐ２＞Ｐ３における濃縮塔
ｄ．Ｂ０：安定化塔Ｖ０の下部から回収されたメタノールを含む液体流
ｅ．Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３：濃縮塔Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３の下部から回収されたメタノールを含む液体流
ｆ．Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３：メタノールを蒸留した生成物液体
ｇ．Ｅ０，Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３：熱交換器
ｈ．Ｔ０：安定化塔Ｖ０の上部から回収されるガス流
ｉ．Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３：濃縮塔Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３の上部から回収されるガス流
ｊ．Ｌ：Ｖ０からの軽いガス流
ｋ．Ｈ：Ｖ３から回収された側流
ｌ．Ｓ：流れの分割。

定義
「大気圧」とは、１．０１３２５ｂａｒ、すなわち、約１ｂａｒを意味する。

「濃縮塔」または「蒸留塔」または「塔底」、Ｖｎここでｎ≠０（Ｖ１、Ｖ２またはＶ３など）、一連のステージに分けられた塔を意味する。これらは平衡ステージのカスケード（ｃａｓｃａｄｅ）に相当する。液体はステージからステージへと塔を下に流れ、上方に流れる蒸気に接触する。従来、ほとんどの蒸留塔は「トレイ」または「プレート」の集合で構成されており、これらの用語は「ステージ」と本質的に互換性がある。蒸留塔の各トレイは、ステージ上の蒸気と液体の接触を促進するように設計されている。蒸留は充填塔で行うことができる（吸収がトレイ式塔で行えるのと同様）。ステージは上から下へ、または下から上へと番号が振られていることがある。塔の上部から回収される流れは、オーバーヘッド製品、Ｔ、「オーバーヘッド」、「頂部生成物（トップ生成物）」と呼ばれる。留出物Ｃは、使用する凝縮器の種類に応じて、液体または蒸気（場合によっては両方）であってもよい。留出物流量を本明細書ではＣとし、塔の下部から回収される生成物をボトム生成物と呼ぶことがあり、本明細書では記号Ｂを与える。状況によっては、１つ以上の「側生」生成物Ｈが塔から除去されることがある。供給トレイの上の塔の部分は、精留部と呼ばれる。この部分では、還流液との接触により蒸気が濃縮される。供給トレイの下にある塔の部分は、ストリッピング部と呼ばれる。供給の液体部分がこの部分の還流液として機能する。塔の作動圧力Ｐｎ（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３など）は、通常、熱交換器での除熱を調整することにより制御される。塔の基部は、通常、底部トレイから出る液体を保持するためのリザーバーとして使用される。この液体を沸騰させるために、リボイラーなどの熱交換器が使用される。その結果生じる蒸気、「ボイルアップ」は塔の底部に戻される。

「凝縮器」は、濃縮塔の上部から集められたガスまたは蒸気の流れを凝縮させるための冷却工程を提供するために必要である。凝縮された蒸気は、分離の鋭さを高めるために、部分的に塔の頂部に還流される（還流比が大きいほど、分離は良好になる）。凝縮器には、全体凝縮器と部分凝縮器がある。全体凝縮器では、頂部の蒸気がすべて凝縮されて液体になるが、部分凝縮器では、蒸気の一部だけが凝縮され、液体は塔に還流され、凝縮されなかった蒸気はさらなる処理のために吸引される。この場合、部分凝縮器は追加のＶＬＥ分離とみなすことができるが、全体凝縮器では、塔の最頂部の生成物は還流と同じ組成を持つ。

「粗（粗製）メタノール」Ａは、メタノール、典型的には６５～９５％のメタノール、水および他の成分を含む溶液を意味する。粗メタノールＡは、低沸点成分と高沸点成分（軽末、重末）を含む。軽末端Ｌには、主に溶存ガス（例えば、ＣＯ２）、ジメチルエーテル、ギ酸メチル、アセトンなどが含まれる。重末端Ｈには、高級アルコール、長鎖炭化水素、高級ケトン、低級アルコールと蟻酸、酢酸、プロピオン酸とのエステルなどが含まれる。

「蒸留」または「分別蒸留」または「分別」とは、液体混合物を組成の異なる２つ以上の蒸気または液体生成物に分離する工程を意味する。蒸留は平衡ステージ操作である。各ステージにおいて、蒸気相は液相と接触し、質量は蒸気から液体へ、液体から蒸気へと移動する。揮発性の低い「重い」または「高沸点」の成分は液相に集中し、揮発性の高い「軽い」成分は蒸気に濃縮する。リサイクルと連続する多くのステージにより、分離が可能になる。蒸留塔への供給は、液体、蒸気、または液体と蒸気の混合物である。また、塔内のどの位置から供給してもよい。複数の流れがシステムに供給され、複数の生成物が抽出されることもある。Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３などの塔の頂部から出た蒸気は、熱交換器を通過し、そこで一部または全部が凝縮される。得られた液体は、一時的に「アキュムレータ（貯留槽）」または還流ドラムに保持される。液体流はドラムから引き出され、還流として塔の頂部のトレイに戻され、分離が促進される。

「平衡ステージ」または「理論プレート」とは、蒸留などの多くの分離工程において、物質の液相と気相のような２つの相が互いに平衡を確立する仮想的なゾーンまたはステージを意味する。このような平衡ステージは、理想ステージまたは理論トレイと呼ばれることもある。多くの分離工程の性能は、一連の平衡ステージを有することに依存し、そのようなステージをより多く提供することによって向上する。言い換えれば、より多くの平衡ステージを有することは、分離工程の効率を高める。

蒸留塔への「供給」または「塔供給」は、液体、蒸気、または液体－蒸気混合物であってもよい。最適な供給トレイの位置を決定し使用する必要があるが、塔のどの位置から入ってもよい。また、１つ以上の流れがシステムに供給され、１つ以上の生成物が抽出されることもある。供給の熱的条件は塔内部流を決定する。供給が沸点未満である場合、気化できるところまで上げるために熱が必要である。この熱は、塔内を上昇する蒸気を凝縮させて得る必要があるため、塔を下降する液体流は、供給物と凝縮物の全量だけ増加し、上昇する蒸気の流れは減少する。

安定化塔Ｖ０および濃縮塔、例えば、Ｖ１、Ｖ２またはＶ３の頂部から回収されるＴ０、Ｔ１、Ｔ２またはＴ３などの「ガス流」は、前記塔の上部から回収される蒸留工程から生じる流れである。このような流れは、主にメタノールからなり、Ｖ３などの最後の濃縮塔から回収されるＴ３などのガス流が不純物の含有量を非常に低くするまで、不純物の含有量が徐々に低くなる。Ｃ１＋Ｃ２＋Ｃ３の混合生成物流は、要求される製品仕様（例えばグレードＡＡ）を満たすことが要件となる。

「熱負荷」または「負荷」とは、単位時間内に高温側から低温側へ移動するために必要な熱量を意味する。熱負荷の計算式は通常２通りある。ａ）１つは、流体が相変化を起こさない顕熱移動に使用できるもの、ｂ）もう１つは、流体が、例えば、凝縮などの相変化を起こす潜熱移動に使用できるものである。

「熱交換器」とは、２つ以上の流体の間で熱を移動させるために使用されるシステムをいう。熱交換器は、冷却と加熱の両方の工程で使用される。流体は、混合を防ぐために固体壁で分離されていてもよいし、直接接触していてもよい。特に、「熱交換器」とは、リボイラー／凝縮器、例えばＥ０、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３などのことを意味し、例えば、シェル側で溶液を蒸発させ、チューブ側で留出液を凝縮させる（またはその逆）、チューブバンドル（管束）交換器などである。また、シェル内に熱交換プレートを収納したプレート式熱交換器を使用することも可能である。

「部分リボイラー」とは、塔ベースの液体の一部のみを蒸発させるリボイラーをいう。生成された蒸気は塔に戻され、液体流は製品として、または追加の塔への供給として除去される。これらの３つの流れの組成は異なっている。部分リボイラーも理想的な分離ステージを提供する。側流リボイラーを使用し、トレイから液体を抜き取り、加熱し、その後、蒸気液体混合物を同じトレイまたは類似のトレイに戻すことができる。

「重い副生成物」または「側流」Ｈは、最後の濃縮塔から回収された高級アルコールおよびその他の副生成物を含む流れを意味し、典型的には、供給トレイと塔の底部の間に取り出される。これは「フーゼル油」とも呼ばれ、水、残留メタノール（全体の約１％）、および合成反応の副生成物の大部分を含む。フーゼル油は一定の熱量を持ち、通常、燃料として、あるいは合成ガス発生部への供給として使用される。また、適宜、中間蒸留ステージからフーゼル油の側流を抽出することもできる。

「中間生成物」とは、供給流Ａ、生成物流Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｌ、ＨおよびＢ３とは別に、多段蒸留の塔間および塔から出る蒸気および液体流を意味する。

「軽い副生成物」または「軽いガス」または「軽端末」Ｌは、安定化塔Ｖ０、好ましくはＶ０の上部から得られるガス流を意味し、主に溶存ガス（例えば、ＣＯ_２）、ジメチルエーテル、ギ酸メチルおよびアセトンが挙げられる。

「メタノールを含む液体流」、例えばＢ０、Ｂ１、Ｂ２またはＢ３は、安定化塔Ｖ０の下部およびＶ１、Ｖ２およびＶ３などの濃縮塔から回収される流を意味する。蒸留が進むにつれて、この流れは、徐々に低い量のメタノールと高い量の水を含み、Ｖ３などの最後の濃縮塔から回収されるＢ３などの最後の流れが、主に水と残留量、好ましくは５０ｐｐｍ未満のメタノールのみを含む。

「下流」または「底流」は、Ｖ０、Ｖ１、Ｖ２およびＶ３などの塔の下部から得られるまたは回収される流れを意味する。

「圧力」Ｐは、ゲージ圧を意味し、ｂａｒ（ｇ）で測定される。ゲージ圧は大気圧に対する相対的な圧力であり、大気圧以上の圧力では正、それ以下の圧力では負である。ｂａｒとｂａｒ（ｇ）の差は、考慮される基準の差である。圧力の測定は常に基準に対して行われ、圧力測定器で得られた値に対応する。圧力測定における基準が真空の場合、絶対圧が得られ、ｂａｒ単位でのみ測定される。基準圧力が大気圧の場合、圧力はｂａｒ（ｇ）で示される。

「生成物」、例えば、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３は、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３などの濃縮塔から回収された蒸留メタノールの液体である。

「リボイラー」とは、工業用蒸留塔の底部に熱を供給するために通常使用される熱交換器を意味する。リボイラーは、蒸留塔の底部から液体を沸騰させて蒸気を発生させ、この蒸気をＶ０、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３などの塔に戻し、蒸留分離を駆動させるものである。塔の底部のリボイラーから塔に供給された熱は、塔の頂部の凝縮器で除去される。リボイラーはシェル＆チューブ熱交換器型が多く、通常その熱源には蒸気が使用される。しかし、高温の合成ガスや石油、ダウサーム（ＴＭ）など、他の熱媒を使用することもできる。また、燃料燃焼炉がリボイラーとして使用される場合もある。

「流れの分割」Ｓは、少なくとも１つの元の流れ（液体またはガス）を２つの別々の流れまたは副流（液体またはガス）に分離することを意味する。本発明の文脈においては、Ｓは、Ｖ２の上部から回収されたガス流Ｔ２が２つの導出流または副流に分割される場所を示し、一方の流れまたは副流は熱交換器Ｅ０で凝縮されてＶ０にエネルギーを供給し、他方の流れまたは副流は熱交換器Ｅ３で凝縮されて濃縮塔Ｖ３へエネルギーを供給する。

「安定化塔」またはトッピング塔またはプレラン塔またはＶ０は、粗製メタノールなどの粗生成物に含まれる、より揮発性の高い成分をより重い成分から分離するためのものである。

「揮発性成分」または「揮発性物質」とは、低温で容易に気化する成分または物質を意味する。揮発性は、蒸気が液体や固体に凝縮する傾向も表すことができる。揮発性の低い物質は、揮発性の高い物質よりも蒸気から凝縮しやすい。蒸気圧は、ある温度で凝縮した相がどれだけ容易に蒸気を形成するかを測定するものである。密閉容器に封入された物質は、最初は真空（内部に空気がない）であり、空いた空間はすぐに蒸気で満たされる。系が平衡に達し、蒸気が発生しなくなった後、この蒸気圧を測定することができる。温度を上げると生成される蒸気の量が増え、したがって、蒸気圧も上がる。混合物中においては、各物質が混合物全体の蒸気圧に寄与し、より揮発性の高い化合物がより大きく寄与する。沸点は、液体の蒸気圧が周囲の圧力と等しくなり、液体が急速に蒸発、または沸騰する温度である。蒸気圧と密接な関係があるが、圧力に依存する。通常の沸点は大気圧での沸点であるが、より高い圧力とより低い圧力でも圧力での沸点も報告されることがある。

「上流」または「頂流」は、Ｖ０、Ｖ１、Ｖ２およびＶ３などの塔の上部から得られるまたは回収される流れを意味する。

好ましい実施形態
（１）
（ｉ）揮発性成分の分離のために、圧力Ｐ０で安定化塔Ｖ０においてメタノールの粗製流Ａを前処理し、Ｖ０の上部から軽いガスの流れＬを得て、Ｖ０の下部からメタノールを含む液体流Ｂ０を得て、
（ｉｉ）次に、Ｂ０が、圧力Ｐ１で、濃縮塔Ｖ１に向けられ、
（ｉｉｉ）Ｖ１の上部から回収されたガス流Ｔ１が熱交換器Ｅ２において凝縮され、濃縮塔Ｖ２にエネルギーを供給し、
（ｉｖ）工程（ｉｉｉ）で得られた凝縮メタノールの一部が生成物Ｃ１に送られ、凝縮メタノールの残部がＶ１の上部に加えられ、還流として使用され、
（ｖ）メタノールを含む液体流Ｂ１がＶ１の下部から回収され、圧力Ｐ２で、Ｖ２に通され、
（ｖｉ）Ｖ２の上部から回収されたガス流Ｔ２が２つの分離流に分割され（Ｓ）、一方の流れが熱交換器Ｅ０で凝縮され、Ｖ０にエネルギーを供給し、そして他方の流れが熱交換器Ｅ３で凝縮され、濃縮塔Ｖ３にエネルギーを供給し、
（ｖｉｉ）ステップ（ｖｉ）で得られた凝縮メタノールの一部が生成物Ｃ２に送られ、凝縮メタノールの残部がＶ２の上部に加えられ、還流として使用され、
（ｖｉｉｉ）メタノールを含む液体流Ｂ２をＶ２から回収し、圧力Ｐ３で、Ｖ３に通され、
（ｉｘ）Ｖ３の上部から回収されたガス流Ｔ３が凝縮され、凝縮されたメタノールの一部は生成物Ｃ３に送られ、残部はＶ３の上部に加えられ、還流として使用され、
（ｘ）高級アルコールおよび他のマイナーな副生成物を含む１つまたは２つ以上の側流ＨがＶ３から取り出され、液体流Ｂ３がＶ３から取り出されることを含み、
ここで
－塔Ｖ１、Ｖ２およびＶ３は、Ｐ１＞Ｐ２＞Ｐ３であるように、減少する圧力で作動し、
－Ｐ０＞０ｂａｒｇおよびＰ３＞０ｂａｒｇであり、
－各塔Ｖ０、Ｖ１、Ｖ２およびＶ３は、同じ塔のためのリボイラーである熱交換器Ｅ０、Ｅ１、Ｅ２およびＥ３に対応して関連づけられ、
－熱交換器Ｅ０およびＥ３は、塔Ｖ２のための凝縮器であり、
－熱交換器Ｅ２は、塔Ｖ１のための凝縮器である、
メタノール蒸留のための方法であって、
－Ｐ３＜２ｂａｒｇであり；かつ
－熱交換器Ｅ１が、外部エネルギー源から供給されることを特徴とする、前記方法。

（２）
Ｖ２の最も低温の部分の温度がＶ３およびＶ０の最も高温の部分の温度より高く、Ｖ１の最も低温の部分の温度がＶ２の最も高温の部分の温度より高いことを特徴とする、実施形態１に記載の方法。

（３）
Ｖ２の最も低温の部分の温度が、Ｖ３およびＶ０の最も高温の部分の温度よりも好ましくは４℃高く、Ｖ１の最も低温の部分の温度は、Ｖ２の最も高温の部分よりも好ましくは４℃高い、実施形態１または２に記載の方法。

（４）
Ｐ１とＰ０の差が７．７ｂａｒ以上である、実施形態１～３のいずれか一つに記載の方法。

（５）
Ｐ１が９．７ｂａｒ（ｇ）より高く、Ｐ２が６．９～１３ｂａｒ（ｇ）の間に含まれる、実施形態１～４のいずれか一つに記載の方法。

（６）
Ｐ１が好ましくは１７ｂａｒ（ｇ）、Ｐ２が好ましくは９ｂａｒ（ｇ）、Ｐ３が好ましくは０．９８ｂａｒ（ｇ）である、実施形態１～５のいずれか一つに記載の方法。

（７）
Ｅ０の熱負荷がＥ１の負荷より少なくとも３０％小さい、実施形態１～６のいずれか一つに記載の方法。

（８）
Ｂ３は、循環流から除去された水であり、Ｖ３の下部から回収される、実施形態１～７のいずれか一つに記載の方法。

（９）
蒸留される粗生成物がエタノールまたは他の適切な生成物である、実施形態１～８のいずれか一つに記載の方法。

（１０）
圧力Ｐ０の安定化塔Ｖ０を含み、安定化塔Ｖ０は、対応して減少する圧力Ｐ１、Ｐ２およびＰ３の少なくとも３つの蒸留塔Ｖ１、Ｖ２およびＶ３と直列に接続されており、ここで、各塔が熱交換器Ｅ０、Ｅ１、Ｅ２およびＥ３に関連しており、前記熱交換器はその塔用のリボイラーである、メタノールの蒸留のための装置であって、
ａ）熱交換器Ｅ０とＥ３は、塔Ｖ２の凝縮器であり；
ｂ）熱交換器Ｅ２は、塔Ｖ１の凝縮器であり；
ｃ）Ｅ１は、前記装置の外部に、流入する熱流を有し；
ｄ）Ｐ３＜２ｂａｒｇである、
ことを特徴とする、前記装置。

（１１）
Ｅ１への外部熱流が蒸気または顕熱を含む合成ガスである、実施形態１０に記載の装置。

（１２）
蒸留される粗生成物がエタノールまたは他の適切な生成物である、実施形態１０および１１に記載の装置。

（１３）
Ｅ１に必要な蒸気の量が１．３ｋｇ／生成物メタノールｋｇ未満である、実施形態１０～１１のいずれか一つに記載の少なくとも１つの装置を含む、実施形態１～９のいずれか一つに記載のメタノールの蒸留のためのプラント。

（１４）
実施形態１３に記載のプラントにおける、実施形態１～９のいずれか一つに記載のメタノールの蒸留のための、実施形態１０～１１のいずれか一つに記載の装置の使用。

（１５）
圧力Ｐ０で安定化塔Ｖ０に接続された、圧力Ｐ１＞Ｐ２＞Ｐ３と減少する、Ｎ濃縮塔Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３およびＶｎまでを含む、実施形態１～１３による方法、装置およびプラントの使用、
ここで、
Ａ：粗メタノール供給；
Ｂ０～Ｂｎ：塔Ｖ０～Ｖｎの下部から回収されたメタノールを含む液体流；
Ｃ１～Ｃｎ：生成物、例えば、液体蒸留メタノール；
Ｅ０～Ｅｎ：エネルギー流、特に熱交換器；
Ｔ０～Ｔｎ：塔Ｖ０～Ｖｎの上部から回収されるガス流；
Ｌ：安定器からの軽いガス流；
Ｈ：最終濃縮塔Ｖｎから回収された重い側流；
Ｓ：流れＴｎ－１を２つのサブ分離流に分割し、一方のサブ流を熱交換器Ｅ０で凝縮してＶ０にエネルギーを供給し、他方のサブ流を熱交換器Ｅｎで凝縮して濃縮塔Ｖｎにエネルギーを供給する；
Ｖ０：安定化塔；
Ｖ１～Ｖｎ：濃縮塔；
ここで
－Ｖ１、Ｖ２およびＶｎまでの塔は、Ｐ１＞Ｐ２およびＰｎまでのように、減少する圧力で作動し、
－Ｐ０＞０ｂａｒｇ、Ｐｎ＞０ｂａｒｇであり、
－各塔Ｖ０、Ｖ１、Ｖ２、Ｖｎは、同じ塔のリボイラーである熱交換器Ｅ０、Ｅ１、Ｅ２、Ｅｎに対応し、
－熱交換器Ｅ０とＥｎは、塔Ｖｎ－１のための凝縮器であり；
－熱交換器Ｅ２は、塔Ｖ１のための凝縮器であるる。
かつ、ここで、
－Ｐｎ＜２ｂａｒｇ；および
－熱交換器Ｅ１は、外部エネルギー源から供給される。

Claims

（ｉ）揮発性成分の分離のために、圧力Ｐ０で安定化塔Ｖ０においてメタノールの粗製流Ａを前処理し、Ｖ０の上部から軽いガスの流れＬを得て、Ｖ０の下部からメタノールを含む液体流Ｂ０を得て、
（ｉｉ）次に、Ｂ０が、圧力Ｐ１で、濃縮塔Ｖ１に向けられ、
（ｉｉｉ）Ｖ１の上部から回収されたガス流Ｔ１が熱交換器Ｅ２において凝縮され、濃縮塔Ｖ２にエネルギーを供給し、
（ｉｖ）工程（ｉｉｉ）で得られた凝縮メタノールの一部が生成物Ｃ１に送られ、凝縮メタノールの残部がＶ１の上部に加えられ、還流として使用され、
（ｖ）メタノールを含む液体流Ｂ１がＶ１の下部から回収され、圧力Ｐ２で、Ｖ２に通され、
（ｖｉ）Ｖ２の上部から回収されたガス流Ｔ２が２つの分離流に分割され（Ｓ）、一方の流れが熱交換器Ｅ０で凝縮され、Ｖ０にエネルギーを供給し、そして他方の流れが熱交換器Ｅ３で凝縮され、濃縮塔Ｖ３にエネルギーを供給し、
（ｖｉｉ）ステップ（ｖｉ）で得られた凝縮メタノールの一部が生成物Ｃ２に送られ、凝縮メタノールの残部がＶ２の上部に加えられ、還流として使用され、
（ｖｉｉｉ）メタノールを含む液体流Ｂ２をＶ２から回収し、圧力Ｐ３で、Ｖ３に通され、
（ｉｘ）Ｖ３の上部から回収されたガス流Ｔ３が凝縮され、凝縮されたメタノールの一部は生成物Ｃ３に送られ、残部はＶ３の上部に加えられ、還流として使用され、
（ｘ）高級アルコールおよび他のマイナーな副生成物を含む１つまたは２つ以上の側流ＨがＶ３から取り出され、液体流Ｂ３がＶ３から取り出されることを含み、
ここで
－塔Ｖ１、Ｖ２およびＶ３は、Ｐ１＞Ｐ２＞Ｐ３であるように、減少する圧力で作動し、
－Ｐ０＞０ｂａｒｇおよびＰ３＞０ｂａｒｇであり、
－各塔Ｖ０、Ｖ１、Ｖ２およびＶ３は、同じ塔のためのリボイラーである熱交換器Ｅ０、Ｅ１、Ｅ２およびＥ３に対応して関連づけられ、
－熱交換器Ｅ０およびＥ３は、塔Ｖ２のための凝縮器であり、
－熱交換器Ｅ２は、塔Ｖ１のための凝縮器である、
メタノール蒸留のための方法であって、
－Ｐ３＜２ｂａｒｇであり；かつ
－熱交換器Ｅ１が、外部エネルギー源から供給されることを特徴とする前記方法。
Ｖ２の最も低温の部分の温度がＶ３およびＶ０の最も高温の部分の温度より高く、Ｖ１の最も低温の部分の温度がＶ２の最も高温の部分の温度より高いことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
Ｖ２の最も低温の部分の温度が、Ｖ３およびＶ０の最も高温の部分の温度よりも好ましくは４℃高く、Ｖ１の最も低温の温度は、Ｖ２の最も高温の部分よりも好ましくは４℃高い、請求項１または２に記載の方法。
Ｐ１とＰ０の差が７．７ｂａｒ以上である、請求項１～３のいずれか一つに記載の方法。
Ｐ１が９．７ｂａｒ（ｇ）より高く、Ｐ２が６．９～１３ｂａｒ（ｇ）の間に含まれる、請求項１～４のいずれか一つに記載の方法。
Ｐ１が好ましくは１７ｂａｒ（ｇ）、Ｐ２が好ましくは９ｂａｒ（ｇ）、Ｐ３が好ましくは０．９８ｂａｒ（ｇ）である、請求項１～５のいずれか一つに記載の方法。
Ｅ０の熱負荷がＥ１の負荷より少なくとも３０％小さい、請求項１～６のいずれか一つに記載の方法。
Ｂ３が、循環流から除去された水を含み、Ｖ３の下部から回収される、請求項１～７のいずれか一つに記載の方法。
圧力Ｐ０の安定化塔Ｖ０を含み、安定化塔Ｖ０は、対応して減少する圧力Ｐ１、Ｐ２およびＰ３の少なくとも３つの蒸留塔Ｖ１、Ｖ２およびＶ３と直列に接続されており、ここで、各塔が熱交換器Ｅ０、Ｅ１、Ｅ２およびＥ３に関連しており、前記熱交換器はその塔用のリボイラーである、メタノールの蒸留のための装置であって、
ａ）熱交換器Ｅ０とＥ３は、塔Ｖ２の凝縮器であり；
ｂ）熱交換器Ｅ２は、塔Ｖ１の凝縮器であり；
ｃ）Ｅ１は、前記装置の外部に、流入する熱流を有し；
ｄ）Ｐ３＜２ｂａｒｇである、
ことを特徴とする、前記装置。
Ｅ１への外部熱流が蒸気または顕熱を含む合成ガスである、請求項９に記載の装置。
Ｅ１に必要な蒸気の量が１．３ｋｇ／生成物メタノールｋｇ未満である、請求項９～１０のいずれか一つに記載の少なくとも１つの装置を含む、請求項１～８のいずれか一つに記載のメタノールの蒸留のためのプラント。
請求項１～８のいずれか一つに記載のメタノールの蒸留のための、請求項１１に記載のプラントにおける請求項９～１０のいずれか一つに記載の装置の使用。