JP4125674B2 - 流体混合物を蒸発並びにリボイラーするためのシステム - Google Patents

Description

本発明は、ストリッパーセクションとレクティファイヤーセクションとのための入口端と出口端とを備え、全ての側方が閉じたチャネルを有する熱交換器を具備し、コンプレッサーが前記ストリッパーセクションとレクティファイヤーセクションとの入口間に設けられ、前記熱交換器は、一連の隣接したプレートにより形成されており、ストリッパーセクションとレクティファイヤーセクションとのための全ての側方が閉じた前記チャネルが隣接したプレート間で交互に規定されており、これらチャネルは、ほぼ垂直に延びており、中に収容されている液体が前記セクションのボトムに向かって可動となるように構成されている、混合流体を蒸発並びに精留するためのシステムに関する。

このような形式のシステムは、例えば、プロパンとプロペンとのように互いに近い沸点を有する炭化水素を分離するために、使用されている。混合物は、ストリッパーセクションのトップに供給され、一方では、ストリッパーセクションを通って落下し、他方では、コンプレッサーによりレクティファイヤーセクションの入口に圧送される。この入口は、垂直に配置されたレクティファイヤーセクションのボトムに設けられている。パッキングが、種々のセクションにオプシヨン的に存在され得る。動作の間、ストリッパーセクションのトップ内には比較的多量の気体と液体とのストリームが存在し、また、ボトムには、少量の気体と液体とのストリームが存在する。このような状態は、レクティファイヤーセクションでは反対となって、多量の気体と液体とのストリームが、ボトム、即ち、入口に存在し、少量の気体と液体とのストリームがトップに存在する。

このような形式のシステムは、例えば、プロパンとプロペンとのように互いに近い沸点を有するものから、例えば、炭化水素を分離するために、使用されている。混合物は、ストリッパーセクションのトップに供給され、一方では、ストリッパーセクションを通って落下し、他方では、コンプレッサーによりレクティファイヤーセクションの入口に圧送される。この入口は、垂直に配置されたレクティファイヤーセクションのボトムに設けられている。パッキングが、種々のセクションにオプシヨン的に存在され得る。動作の間、ストリッパーセクションのトップ内には比較的多量の気体と液体とのストリームが存在し、また、ボトムには、少量の気体と液体とのストリームが存在する。このような状態は、レクティファイヤーセクションでは反対となって、多量の気体と液体とのストリームが、ボトム、即ち、入口に存在し、少量の気体と液体とのストリームがトップに存在する。

このような配置によって、レクティファイヤーセクションからの比較的高い値の熱をストリッパーセクション内で有効に使用することが可能になっている。このことは、比較的低い値の熱がコンプレッサー内で独占的に回収され、また、比較的高い値の熱がリボイラーに独占的に供給されていた従来のプロセスと相違している。そして、この結果、プロセスの生産性が増加され得る。

精留と蒸発とのための２つのグループの流路を備えたプレート／フイン形式の熱交換器は、米国特許Ｎｏ．５ ５９２ ８３２に開示されている。この熱交換器は、互いに平行に配設され、垂直に延びた複数のプレート／フインにより構成されている。熱的に一体的な蒸留塔（HIDiC）プロセスは、また、欧州特許Ｎｏ．０ ７２６ ０８５ Ａ１に開示されている。

本発明の目的は、熱交換器が非常にコンパクトな方法で組み入れられ得るシステムを提供することである。この熱並びにマス伝導は、コンパクトな構造の結果して最適にされ得る。

この目的は、前記セクションのチャネルのフローの断面積が入口端から出口端に向かって小さくなっている上述したシステムにより達成される。

異なる状態で種々の場所のセクション内に存在する液体並びに気体のストリーム（流れ）を考慮すると、本発明に係われば、一方もしくは両方のセクションのチャネルのフローの断面積は、入口から出口に向かって小さくなるように構成されている。かくして、気体並びに液体のフローは、出口に向かって減少し、このために、比較的少ない量が必要である。レクティファイヤーセクションとストリッパーセクションとのチャネルを互いに沿うように位置付けることにより、プレート間のスペースの最適な使用を可能にしている。しかし、このような配置により、セクションを互いにシールするための手段が必要である。

反対方向に互いに流れる原理が使用される、即ち、ストリッパーセクションの入口の下側に出口があり、反対にレクティファイヤーセクションの入口の上側に出口がある場合には、互いに隣接したチャネルを次第に狭くすることが、これらの軸が平行を維持するように、設定され得る。

さらなる好ましい実施の形態に係われば、関連したチャネルの断面積は、熱交換器の２つの対面した壁間の距離を変化させることにより、得られる。熱交換器の他の壁（エンドプレート）は、互いに平行である。

この形式のコンパクト熱交換器は、当業者により知られている方法により形成され得る。有効な実施の形態に係われば、チャネルは、プレートの凹所により形成され、特に、プレートをエッチングすることにより形成される。さらに、１もしくは複数のプレートにチャネルを形成することが可能であり、また、これらプレートは、当業者により知られた方法で互いに取着され得る。特に、拡散する接着剤がこの目的のために使用される。

コンパクト熱交換器は、シエル並びにチューブ熱交換器よりも高い単位容積あたりの熱交換面積を有している。この結果、これの設置は、よりコンパクトとなり、温度差が制限され得る。この結果、圧力差が減じられて、より小さく安価なコンプレッサーがしよう可能であり、生産性が高くなる。

さらなる有効な実施の形態に係われば、例えば、触媒でプレートもしくは上述された付加部分をコーテングするか、触媒もしくは顆粒状の他の反応剤をチャネルの中に入れることが可能である。

コンパクト熱交換器は、モジュール構造で容易に形成され得るので、現地で変更する状態の変形が容易になされ得る。さらに、熱交換の面積とマス伝導の面積との割合を調節することが可能であり、このことは、コンパクト熱交換器の幾何学形状を調節することにより特に簡単な方法での良い設計のためには重要である。これは、例えば、波形に延びたフインが平行なプレートの間に配置されている上記実施の形態に対して特に適用する。数並びに／もしくは間隔を調節することにより、熱伝導とマス伝導との比率は、影響され得る。

上記システムは、広範囲に渡る種々の物質を蒸発／精留するために使用され得る。種々の態様は、炭化水素もしくは、プロパン／プロペンに限定されることはない。

コンパクト熱交換器は、広範囲の種々の方法で構成され得る。一般的には、垂直な各チャネルは、熱交換面の上側に液体入口とガス出口とを、また、熱交換面の下側にガス入口と液体出口とを有し得る。さらに、各チャネルのこれら入口と出口とは、これらが、ボックスもしくはマニホールドの助けで他のチャネルの対応する部分に接続され得るように配設されなければならない。ガスと液体とのストリーム間の分離は、各チャネル内で生じさせる必要は必ずしもないが、この外側でなされることができる。入ってくる媒体が、最適な熱交換とマス伝導とが改良され得るように、種々のチャネルの全体にわたって均一に分布することが重要である。適当であると、特別な調節がこの目的のためになされ得る。これは、ガス出口並びに液体入口と、ガス入口並びに液体出口との両方で適用できる。

２つの構成要素を分離するための方法が、図１に概略的に示されている。分離される混合物は、１でストリッパーセクションＳへと送られる。気体（ガス）状の生成物は、ラインを介してコンプレッサー２へと送られ、詳細に示されていない方法で圧縮されて、レクティファイヤーセクションＲに送られる。そして、このセクションで生成された生成物は、ライン１へと戻される。ガスは、コンデンサー３に送られる。

前記ストリッパーセクションＳで生成された液体は、リボイラー４に送られ、ボトム生成物として部分的に排出される。前記レクティファイヤーセクションからストリッパーセクションに伝達される熱は、矢印５で示されている。この熱伝達が可能な限り効率良く生じさせることが重要であることは理解されるであろう。

本発明に係われば、このことは、所謂コンパクト熱交換によりなされ得る。

このような熱交換の例が図２で与えられている。この熱交換器は、交互のチャネル１１，１２により構成されている。これらチャネルの各々の中には蛇行して延びたフイン１３，１４が、夫々設けられている。これらフインは、チャネルが常時垂直に延びるように、配設されている。プレート１５，１６が、チャネル１１，１２間に、夫々常時位置されている。

図面から明らかなように、各チャネルの断面積は、ボトムからトップへと変化している。チャネル１１は、ストリッパーセクションの一部であり、ボトムからトップへと大きくなる断面積を有している。チャネル１２は、レクティファイヤーセクションの一部であり、ボトムからトップへと小さくなる断面を有している。これら両形式のチャネル内では、ガスが上方へと流れ、また液体が下方へと流れるような反対の流れが生じる。熱伝導プレート１５，１６に垂直なチャネルのエンドプレートは、互いに平行である。チャネル１１，１２には、マス伝導を改良するために、フインの代わりにパッキング構造体のような異なる充填材が設けられ得る。ゴーズ、ワイヤーメッシュもしくは波形プレートに基づく種々の形式のパッキング構造体が、この蒸留の分野での当業者にとって良く知られている。

マニホールドは、この図面には示されていない。

互いに接触するように配設され、チャネル２６，２７が夫々形成されたプレート２６，２７が、図３（ａ）並びに（ｂ）に示されている。見られるように、これらチャネルは、狭くなる／広くなる（convergent/divergent ）構造をしている。図３（ａ）は、比較的小さい液体並びに気体のストリームがこの場所内に存在するので、断面がボトムに向かって小さくなっているストリッパーセクションに関している。図３（ｂ）は、チャネルが反対に精度良く構成されているレクティファイヤーセクションを示している。円錐の代りに、チャネルは、段々に、もしくは他の方法で断面のディメンションが変わるように形成され得る。

前記チャネルは、オプションとして、反応剤もしくは触媒を含むパッキングで充填され得る。チャネルの断面を変えるための変形例が、図４（ａ）並びに（ｂ）に示されている。これら図では、図３とは異なり、プレート相互は、平行には配設されていない。これは、プレート／フイン形式の熱交換器に好ましい。図４（ａ）では、プレートは、互いに傾斜されており（図２に示されるように）、また、図４（ｂ）では、プレートは、段々構造をしている。

本発明が、コンパクト熱交換器の実施の形態について説明されたが、更なる変更が可能であることは当業者により理解されるであろう。対象は、Centre for the Analysis and Dissemination of Demonstrated Energy Technologiesにより発表された Prof. David Reayによる“Learning from experience with compact heat exchangers”に記載されているようなコンパクト熱交換器に対してである。さらに、対象は、J.E.Hesselgreaves, Pergamon, 2001による“Compact heat exchangers”の名称で開示されたものに対してもなされる。熱交換器は、多くの異なる形態で形成され得る。このような変形は、本発明の範囲内である。２つの平行なプレートが一緒に曲げられ、スパイラル形状で示された実施の形態は、一例として説明され得る。コンプレッサーは、プロセスに応じて設計され得る。同様のことが、図１に夫々示されているようなコンデンサー並びに／もしくはリボイラー３，４のサイズ並びに存在に対してもいえる。

これら並びに更なる変更が、上記説明を読んだ後に当業者により明らかであり、また、請求項の範囲内である。

HIDiC概念の基本的な機能を示する。 プレート／フイン熱交換器として構成されたコンパクトな熱交換器を示す。 （ａ）並びに（ｂ）は、特にコンパクトな熱交換器のチャネルの形状を示す。 図２並びに３の構造の変形例を示す。

Claims (9)

1. ストリッパーセクションとレクティファイヤーセクションとのための入口端と出口端とを備え、全ての側方が閉じたチャネルを有する熱交換器を具備し、コンプレッサーが前記ストリッパーセクションとレクティファイヤーセクションとの入口間に設けられ、前記熱交換器は、一連の隣接したプレートにより形成されており、ストリッパーセクションとレクティファイヤーセクションとのための全ての側方が閉じた前記チャネルが隣接した平行平板のプレート間で交互に規定されており、これらチャネルは、ほぼ垂直に延びており、中に収容されている液体が前記セクションのボトムに向かって可動となるように構成されている、混合流体を蒸発並びに精留するためのシステムにおいて、前記セクションのチャネルのフローの断面積が入口端から出口端に向かって小さくなり、
   前記熱交換器は、反対方向に流れる熱交換器であり、前記ストリッパーセクションとレクティファイヤーセクションとの両方の断面積は、入口から出口端に向かって減少していおり、この断面積の変化は、熱交換器の全高さにわたっていることを特徴とするシステム。
2. 前記フローの断面積は、序々に変化している請求項１のシステム。
3. 前記フローの断面積は、段階的に変化している請求項１もしくは２のシステム。
4. 前記チャネルは、プレートに形成された凹所により形成されている請求項１ないし３のいずれか１のシステム。
5. 前記凹所は、前記プレートをエッチングすることにより形成されている請求項４のシステム。
6. 前記チャネルは、互いに平行に配置されたプレートセクションにより規定されており、これらプレートセクションは、接着剤により互いに取着されている、請求項１ないし５のいずれか１のシステム。
7. 前記レクティファイヤーセクションの出口端は、コンデンサーに接続されている請求項１ないし６のいずれか１のシステム。
8. 前記ストリッパーセクションの出口端は、リボイラーに接続されている請求項１ないし７のいずれか１のシステム。
9. 前記ストリッパーセクションのチャネルの軸は、レクティファイヤーセクションのチャネルの軸と平行である請求項１ないし８のいずれか１のシステム。

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