JP3128809B2 - 蒸留操作に於ける熱回収方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、蒸留塔々頂ガスを凝縮液化する際、該流体
が放出する熱エネルギーを、他のもしくは自塔の、少な
くのとも２個以上の蒸留塔の熱源として利用する蒸留操
作に於て、その性能を改善し、更に、その操作性及び経
済性を、著しく向上させた蒸留方法に関するものであ
る。

［従来の技術］ 従来、複数の蒸留塔にて精製操作などを実施する際、
個々の蒸留塔は、熱源を供給する為の熱交換器（以下リ
ボイラーと記す）及び、塔頂流出ガスを凝縮液化する為
の熱交換器（以下コンデンサーと記す）を有する。

又、一般に各々下部のリボイラーでは熱源としてスチ
ームを用い、更にコンデンサーでは、塔頂ガスの凝縮液
化により放出される熱エネルギーの系外に排出する為
に、冷却水を用いる。この為、熱源として蒸留塔に導入
した熱エネルギーの大部分は冷却水によりプラント系外
に排出・廃棄されることになる。

これらの蒸留操作により損失する熱エネルギーを回収
・再利用する方法については、従来から各種の方式が提
案されている。

例えば、特開昭60−19731号では、塩化ビニルモノマ
ー（以下VCMと記す）の製造に当り、高沸点物質を1,2−
ジクロルエタン（以下EDCと記す）から分離する蒸留塔
（以下高沸点物塔と記す）に於て、該塔頂からの流出ガ
スを一旦圧縮機に導入し昇圧した後、該ガスを高沸点物
塔、低沸点物塔（EDC中の低沸点物を除去する蒸留塔）
と、脱水塔（EDC中の水分を除去する蒸留塔）、EDC回収
塔（高沸点物塔の缶出流体中の残存EDCを回収する蒸留
塔）及び、塩化ビニル塔（分解炉から流出する流体の
内、VCMを分離する為の蒸留塔）からなる群から選ばれ
る、少なくとも２個以上の蒸留塔の熱源としてリボイラ
ーに供給する蒸留塔の熱回収方法が提示されている。

更に、特開昭60−115535号では、同じくVCMの製造に
於て、高沸点物塔の操作圧力を0.7Kg/cm²以上とし、該
塔々頂流出EDCガスを加圧すること無しに、脱水塔、低
沸点物塔、EDC回収塔、塩化ビニル塔、塩化水素塔（分
解炉から流出する流体から塩化水素を分離する蒸留塔）
からなる群から選ばれる、少なくとも１個以上の蒸留塔
の熱源として、リボイラーに供給する蒸留塔の熱回収方
法が提示されている。

これらの場合、熱源として利用するガスを流出する蒸
留塔は、その量が最も大きな塔であり、又、該塔頂流出
ガスの全量もしくは出来るだけ大部分をリボイラー等利
用箇所に導入し、その熱エネルギーの損失量を低減させ
るべきである。

これらの目的を達成する為に、前述の提案者等は、該
塔頂ガスを少なくとも２個以上の塔の熱源に利用する方
式を提案している。

この様な場合、該塔頂ガスのリボイラー内部での凝縮
温度及び圧力は、それに連結している蒸留塔の操作条件
（特に底部温度条件）やリボイラー自体の仕様や汚れ状
況等により決定される為、該塔頂ガスの凝縮状態の異な
る設備毎に、即ち、熱源として利用する蒸留塔毎に、場
合によっては、リボイラー毎に、各々この凝縮後の流体
を保有する容器、いわゆる、アキュムレーターを、設置
する必要がある。

次に、この各アキュムレーターに蓄えられた塔頂ガス
の凝縮後の流体は、一旦、合流させられた後、その一部
は排出した塔へ還流として戻され、他方は溜出液として
次工程に導かれる。

［発明が解決しようとする課題］ 公知の方法では、塔頂ガスを排出する蒸留塔の性能、
即ち該溜出液組成を管理する目的から、各アキュムレー
ター毎の凝縮液の組成に対応した流量、即ち、各リボイ
ラー毎の塔頂ガスの導入量の操作を実施しつゝ、塔頂ガ
スを熱源として利用する各蒸留塔毎の運転状況に対応し
た熱エネルギーの供給量の管理、更には、この熱回収量
を最大とする操作をも同時に実施することが、困難であ
った。

更に詳しくは、この該溜出液の組成の管理を行う為
に、通常、各リボイラーで凝縮液化した流体の内、溜出
液とされる量に対する還流量の割合、いわゆる還流比の
制御、並びに、凝縮液化する機会に、微量の低沸点物の
一部、もしくは非凝縮性ガスを除去する目的から、各々
のリボイラーの気相部から一部を系外に排出するいわゆ
るパージ操作を実施する。

これらの目的から、該塔頂ガスの凝縮後の流体の、各
々のアキュムレーター毎の流入量及び排出量、更にリボ
イラーのパージ量操作、該塔頂ガスを排出する蒸留塔で
の還流比等の運転管理に加え、各リボイラー毎に凝縮条
件が異なることにより発生する該凝縮流体の組成のばら
つきの補正操作を実施する必要がある。

しかしながら、凝縮液化条件は、運転継続で、リボイ
ラーの汚れによる能力低下、蒸留塔内部に堆積するスケ
ール等による塔差圧増加に起因する塔底温度の上昇等、
リボイラー毎単独に経時的変化を起こす為、各アキュム
レーター内の塔頂ガスの凝縮液組成の変動が起こり、常
に、これらの合流させた後の液、即ち溜出液の組成を一
定に維持することは、困難であった。

又一方、蒸留塔の塔頂ガスの熱回収量を最大とするに
は、該塔頂ガスのリボイラーへの導入圧力を低くする、
即ち、塔頂ガスを昇圧する方式では、圧縮機の動力を、
又、塔頂ガスをそのまゝ他の蒸留塔に利用する方式で
は、該塔頂ガスを流出する蒸留塔の操作圧力を高める為
の、スチーム等の熱エネルギーの供給量を、出来るだけ
少なくするべきである。

この塔頂ガスの導入圧力は、複数のリボイラーに導入
する場合、その内部で塔頂ガスが凝縮する際の圧力（以
下、背圧と記す）が最大な箇所に制約される。

又、背圧は、リボイラーでの交換熱量を増大させる
程、高くなる等、塔頂ガスのリボイラーへの導入量に直
接影響される。

従って、熱回収量を最大とする為には、各リボイラー
の汚れ状況、蒸留塔々底温度等を個々の性能に対応し、
常時、各リボイラーへの導入量の適正配分を実施しなけ
ればならない。

更に、塔頂ガスを熱源として利用する蒸留塔では、仮
に、接続されたリボイラーの能力に余剰が有ったとして
も、該蒸留塔の必要熱量以上に増大させた場合、塔頂に
接続されているコンデンサーで、冷却水等により系外に
排出され、熱エネルギーの損失となる為、全体の背圧を
低下させる目的での該リボイラーへの塔頂ガス導入量の
増加は無意味となる。

この様に、蒸留塔の熱回収量は、蒸留塔及びリボイラ
ーの性能、蒸留塔の運転条件等の制約を受ける為、常時
最大とすることが困難であった。

更に悪いことに、複数のアキュムレーターが存在する
為、これに付帯する、ポンプ等の回転機器及び計装設備
が増大し、更にこれに伴い運転操作が煩雑であった。

しかも、この複数のリボイラー及びアキュムレーター
の流通経路の何れか一つに異常が発生した場合でも、該
リボイラーを接続している蒸留塔はもとより、塔頂ガス
を排出している等を含め、この蒸留・精製工程及び熱回
収システム全体に多大な悪影響を及ぼし、ひいては、運
転停止を余儀なくされる等の危険があった。

［課題を解決するための手段］ 本発明者等は、これら蒸留塔の性能、及び熱回収量の
最大化、更に設備及び運転操作の簡易化を同時に達成す
べく、鋭意検討した結果、本発明に到達した。

即ち、複数の蒸留塔のうちの何れか１個の蒸留塔々頂
から流出するガスを２個以上の蒸留塔の熱源としてリボ
イラーに導入し、更に該リボイラーからの該ガスの凝縮
後の流体を排出する導管のうちの何れか１つをその後に
接続する一槽のアキュムレーターの気相部に、他の全て
のリボイラーからの導管を液相部に連結する熱回収方法
を提供するものである。、 更に詳しくは、複数のリボイラーからの塔頂ガスの凝
縮後の流体を排出する導管のうち、リボイラーの背圧が
最も高い一つをその後に接続する一槽のアキュムレータ
ーの気相部に、他の全てを液相部に連結し、液相部に連
結した導管は、場合によっては、リボイラー内部に、塔
頂ガスの凝縮液が存在する、いわゆる液封状態とする。

リボイラー等熱交換器は、受熱側の条件及び交換熱量
が一定の場合、伝熱面積が減少するに従って、熱源側の
凝縮圧力、即ち背圧が増大することになる。

又、リボイラーの下部に凝縮液が存在する場合、この
液に浸漬している伝熱面積は、凝縮に関与出来ない。

従って、液相部に連結された各々のリボイラーに於
て、アキュムレーター内の液面からリボイラー及び導管
を含めた凝縮液界面迄の静圧と、リボイラーの凝縮に関
与する伝熱面積での背圧との総和が、気相部に連結され
たリボイラーの背圧と全て同じとなる。

［作用］ 以下、本発明をVCM製造に適応した場合について、更
に詳しく説明するが、他の同様な複数の蒸留塔を有す
る、炭化水素群や塩素化炭化水素群の蒸留操作を実施す
る、例えば、エチレン、四塩化炭素、アルキルベンゼン
等の精製プロセスに適応出来ることも当然できる。

一般に、VCMはEDCの熱分解により得ているが、分解反
応を実施する装置、いわゆる分解炉へ供給するEDCは、
水分、低沸点混合物、高沸点混合物を除去・低減する為
に、少なくとも２個以上の蒸留塔にて精製操作を施す。

又、EDCの熱分解実施後の分解炉流出流体中には、副
生成する塩化水素（以下HClと記す）及び未分解のEDCが
存在し、これらとVCMを分離し精製する為に、更に２個
以上の蒸留塔が存在する。

これらの複数の蒸留塔の内、高沸点物塔はその塔頂か
ら流出するEDCガス量即ち、これに同伴する熱エネルギ
ー量が最大である為、公知の文献等に記載されている様
に、高沸点物塔の塔頂EDCガスを、２個以上の蒸留塔の
熱源として、利用する。

本発明者等は、複数の蒸留塔の熱源として利用され、
リボイラーで凝縮液化したEDC液のアキュムレーターは
一槽とし、この際リボイラーからの導管の内、何れか一
つを気相部に、他の全てを液相部に接続した。

この気相部に接続したリボイラーの背圧は、液相部に
接続したそれより必ず高くなる様にし、液相部に浸漬し
た導管内、場合によっては、リボイラー下部に、常にED
C液が存在する様にした。

又、更に、該アキュムレーターの気相部に接続したリ
ボイラーは、その総伝熱面積が最大であるものとした。

ここで言う、リボイラーの総伝熱面積とは、１個の蒸
留塔に塔頂ガスを導入するリボイラーが複数である場合
は、それらの総和を言う。

何故ならば、先にも記した様に、背圧を低くするリボ
イラーは、他のそれに比較し、伝熱面積の余裕代を大き
く取る必要があり、伝熱面積が小さいリボイラーに実施
する方が、設置費の面で有利となる為である。

高沸点物塔の塔頂ガスを一旦圧縮機等で昇圧して、高
沸点物塔及び他の蒸留塔（脱水塔、もしくは／かつ、低
沸点物塔）の熱源として利用する方式では、この高沸点
物塔のリボイラーの総伝熱面積が最大となる為、これを
アキュムレーターの気相部に、残りのリボイラーを全て
液相部に連結した。

更に、高沸点物塔リボイラーの伝熱面積に対し、液相
部に連結した他の蒸留塔リボイラーの伝熱面積は、それ
から０〜20％減じた時の背圧が、高沸点物塔ボイラーの
背圧からアキュムレーター液面と液相部に連結したリボ
イラー下面迄の内容液による静圧分を減じた値となる様
にした。

高沸点物塔の、非凝集性ガスもしくは低沸点物の排出
用のいわゆるパージ操作用の導管は各々のリボイラーの
気相部に取り付け、これらを合流させた後、系外に排出
する様にしたが、個々に排出しても、操作性が煩雑とな
る以外は何等問題は無い。

この蒸留塔の熱回収方式では、常に、高沸点物塔リボ
イラーの背圧が最大となる為、熱回収効量を最大とする
には、単に、液相側のリボイラーへの塔頂ガス導入量
を、必要量迄出来るだけ増大させ、その分高沸点物塔リ
ボイラーへの導入量低減による背圧の低下を実施するこ
とのみで達成出来た。

これは同時に、気相側と液相側のリボイラーの背圧、
即ち、全てのリボイラーに於ける塔頂ガスの凝縮条件を
近づける操作となる為、合流した後でのパージ操作が可
能となり、更に、各リボイラーの凝縮液組成の不揃いを
無くすることが出来た。

更に良好なことに、長期間の運転継続によって起こ
る、リボイラーの汚れ等による背圧の上昇は、各々のリ
ボイラーの条件を近接させる操作とする為、同様な挙動
となり、高沸点物塔リボイラーの背圧が他の液相部に接
続しているリボイラーのそれより、終始、僅か高く推移
し、アキュムレーターを一槽としたことでの不都合は起
きなかった。

［発明の効果］ 本発明方法の熱回収により、各蒸留塔での複数のリボ
イラーを一槽のアキュムレーターに連結することが出
来、凝縮液、即ち、塔頂ガスを排出する蒸留塔の溜出液
組成等管理の一元化、及び、熱回収量の最大化、更に
は、設備の簡素化をも同時に達成することができる。

［実施例］ 以下本発明を実施例を示して説明するが本発明はこれ
らにのみ限定されるものではない。。

尚、本明細書に於て、圧力は、断わりのない限り、ゲ
ージ圧力であり、割合を示す％は、重量に基づく値であ
る。

実施例１ 第１図に示すフローシートは、VCM製造に於て、高沸
点物塔の塔頂ガスを一旦、圧縮機にて昇圧した後、自塔
を含め脱水塔及び低沸点物塔のリボイラーに導入し、凝
縮液化する際放出する熱エネルギーを、これら蒸留塔の
熱源として利用する方式での、本発明の適応例である。

水分、低沸点物、高沸点物が混入するEDC（以下粗EDC
と記す）37.6トン／時は、導管（101）より脱水塔（10
2）に導入され、水分を除去された後、導管（103）より
抜き出された。

一方、分解炉での未反応EDC28.0トン／時は、導管（1
04）から、低沸点物塔（105）に供給され、ここで低沸
点物の大部分が除去され導管（106）から抜き出され
た。

更に、導管（103）と導管（106）のEDCは合流させら
れ、高沸点物塔（107）に導かれた。

高沸点物塔（107）の操作圧力は、1.0kg/cm2であり、
該塔々頂より流出したEDCガス約65トン／時は、導管（1
08）を介し、ターボ圧縮機（109）により1.9〜2.0kg/cm
2の範囲に昇圧した。

該塔頂EDCガスは、導管（110）（112）から、弁（13
1）（132）にて流量を各々調整して、脱水塔用サーモサ
イホン式EDCリボイラー（111）、低沸点物塔用サーモサ
イホン式EDCリボイラー（113）へ、又、残りは、導管
（114）から弁（133）を介し、高沸点物塔用サーモサイ
ホン式EDCリボイラー（115）へ導入した。

各リボイラー（111）（113）（115）に於て、高沸点
物塔々頂EDCガスは凝縮液化し、この時放出される熱エ
ネルギーは、各々脱水塔（102）、低沸点物塔（105）、
高沸点物塔（107）の熱源として利用された。

リボイラー（111）（113）で凝縮液化したEDCは、ア
キュムレーター（119）の液相部に浸漬された導管（11
6）（117）を通して、又、リボイラー（115）からのEDC
液は上部の気相に連結した導管（118）から排出され
た。

このアキュムレーター（119）に流入したEDC液は、そ
の底部の導管（120）から、該アキュムレーターの液面
を弁（134）で調節しつつ、ポンプ（121）により抜き出
され、その一部は高沸点物塔（107）の還流とし流量調
節弁（135）を介し導管（122）にて戻され、残りは導管
（123）で、次工程であるEDC分解炉に送液された。

又、高沸点物塔（107）の底部に接続された導管（12
4）からは、高沸点物を多量に含有するEDCが抜き出され
た。

脱水塔（102）、低沸点物塔（105）、高沸点物塔（10
7）の熱量管理、即ち高沸点物塔々頂EDCガスからの熱エ
ネルギー供給量での不足分の補給は、各々の塔下部に設
置されたサーモサイホン式スチームリボイラー（125）
（126）（127）で実施した。

更に、高沸点物塔々頂EDCガスに混入する微量の低沸
点物、もしくは、非凝縮性ガスは、各々のリボイラー
（111）（113）（115）に取り付けられた導管（128）
（129）（130）を合流させた後、流量調節弁（136）に
て、一定量を系外に排出した。

この条件下で、高沸点物塔用EDCリボイラー（115）の
背圧上昇が出来るだけ小さくなる様に、他のEDCリボイ
ラー（111）（113）への塔頂EDCガスの導入量を調整
し、約230日間の運転を実施した。

その間、アキュムレーター（119）の液相側のEDC濃度
は、99.6〜99.7％の範囲内であり、しかも、リボイラー
の汚れ等による、本方式での不都合は何等発生しなかっ
た。

第１表に、各経過日数に於ける、操作条件及び、その
結果を示す。

比較例１ 第２図は、本明細書の実施例１との比較の為、実施し
た方式を示すものであり、その結果について説明する。

粗EDCは、導管（201）より脱水等（20 ２）に導入され、水分を除去後、導管（203）から抜き
出された。

分解工程からのEDCは、導管（204）から、低沸点物塔
（205）に導入され、低沸点物を除去後、導管（206）か
ら抜き出され、先の導管（203）のEDCと混合され、更に
高沸点物塔（207）に導かれた。

尚、脱水塔（202）及び低沸点物塔（205）へのEDCの
供給量は、本明細書の実施例１と同条件であった。

高沸点物塔々頂の圧力は1.0kg/cm2であり、上部より
流出したEDCガスは、導管（208）を介しターボ圧縮機
（209）により1.9〜2.1kg/cm2の範囲に昇圧した。

該塔頂EDCガスは、各々の導管（210）（212）（214）
から、各々流量調節弁（237）（238）（239）にて、脱
水塔用サーモサイホン式EDCリボイラー（211）、低沸点
物塔用サーモサイホン式EDCリボイラー（213）及び、高
沸点物塔用サーモサイホン式EDCリボイラー（215）に導
入された。

各EDCリボイラー（211）（213）（215）で凝縮液化し
たEDC液は、導管（216）（217）（218）を通して、各々
のアキュムレーター（219）（220）（221）に排出され
た。

この各アキュムレーター（219）（220）（221）に流
入したEDC液は、その底部の導管（222）（223）（224）
から、各々のアキュムレーター液面を弁（240）（241）
（242）で個々に調節しつつ、ポンプ（225）（226）（2
27）により抜き出され、その一部は高沸点物塔（207）
の還流として、流量調節弁（243）にて導管（228）で戻
され、残りは導管（229）にて次工程に送られた。

又、高沸点物塔（207）の底部に接続された導管（23
0）からは、高沸点物を多量に含有するEDC液が抜き出さ
れた。

脱水塔（202）、低沸点物塔（205）、高沸点物塔（20
7）の熱量管理は、サーモサイホン式スチームリボイラ
ー（231）（232）（233）で実施した。

更に、高沸点物塔々頂EDCガスに混入する微量の低沸
点物、もしくは、非凝縮性ガスは、各々のリボイラーに
取り付けられた導管（234）（235）（236）から、流量
調節弁（244）（245）（246）にて、個別に一定量、系
外に排出した。

当初、各アキュムレーター（219）（220）（221）の
液組成は全て、EDC濃度が99.6〜99.7％の範囲内のほぼ
同等であったが、運転継続に従って、アキュムレーター
の液組成に偏差が出始めた為、各EDCリボイラー（211）
（213）（215）への塔頂EDCガスの導入量を調整し、合
流後のEDC濃度を出来るだけ一定となる様にした。

この操作に伴い、各スチームリボイラー（231）（23
2）（233）の熱エネルギーの供給量の補正を行った。

第２表に、約240日間の運転継続を行った際 の条件及び結果を示す。

【図面の簡単な説明】 第１図は本明細書の実施例１のフローシートであり、第
２図は、本明細書の比較例１を実施する際の、フローシ
ートを示す。 102,202……脱水塔 105,205……低沸点物塔 107,207……高沸点物塔 109,209……ターボ圧縮機 111,211……脱水塔用サーモサイホン式EDCリボイラー 113,213……低沸点物塔用サーモサイホン式EDCリボイラ
ー 115,215……高沸点物塔用サーモサイホン式EDCリボイラ
ー 119,219,220,221……アキュムレーター 121,225,226,227……ポンプ 125,231……脱水塔用サーモサイホン式スチームリボイ
ラー 126,232……低沸点物塔用サーモサイホン式スチームリ
ボイラー 127,233……高沸点物塔用サーモサイホン式スチームリ
ボイラー 131,132,133,237,238,239……EDCガス流量調節弁 134,135,240,241,242,243……EDC液流量調節弁 136,244,245,246……パージ量調節弁

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の蒸留塔からなるプロセスに於て、そ
   のうちの何れか１個の蒸留塔々頂から流出するガスを２
   個以上の蒸留塔の熱源としてリボイラーに導入し、更に
   該リボイラーからの該ガスの凝縮後の流体を排出する導
   管のうちの何れか１つをその後に接続する一槽のアキュ
   ムレーターの気相部に、他の全てのリボイラーからの導
   管を液相部に接続することを特徴とする蒸留塔の熱回収
   方法。
2. 【請求項２】請求項（１）に記載のプロセスが1,2−ジ
   クロルエタンの精製プロセスであり、熱源となる塔頂ガ
   スを流出する一個の蒸留塔が、該ガスの熱エネルギー量
   が最大である高沸点混合物と1,2−ジクロルエタンとを
   分離する蒸留塔であることを特徴とする熱回収方法。
3. 【請求項３】請求項（１）に記載のプロセスが塩ビモノ
   マー製造プロセスであり、高沸点物塔々頂から流出する
   ガスを熱源とする蒸留塔が、高沸点物塔、低沸点物塔、
   脱水塔、1,2−ジクロルエタン回収塔、塩化水素塔、塩
   化ビニル塔からなる群から選ばれる少なくとも２個以上
   の蒸留塔であることを特徴とする熱回収方法。