JP4814589B2

JP4814589B2 - ＮＯｘ含有軽質ガスからのＣ２＋留分の分離方法

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Publication number: JP4814589B2
Application number: JP2005256507A
Authority: JP
Inventors: 好則太田; 達彦串野
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2005-09-05
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2025-09-05
Also published as: JP2006307135A

Description

本発明は、石油精製プロセス等のＦＣＣ工程において副生するＦＣＣオフガス等のＮＯ_x含有軽質ガスから、エチレン、プロピレン等の有用オレフィン留分を含むＣ２＋留分を分離する方法に関する。

石油精製プロセス等の流動接触分解（Fluid Catalytic Cracking：これを適宜「ＦＣＣ」という。）工程において副生するＦＣＣオフガスには、エチレン、プロピレン等の有用オレフィン留分を含む炭素数２以上の炭化水素（これを適宜「Ｃ２＋留分」という。以下の記載では、炭素数ｎ以上の炭化水素を、その下限炭素数ｎを付して「Ｃｎ＋留分」と呼ぶものとする。）が含まれている。

具体的に、ＦＣＣ装置から生成したオフガスは、まず（ｉ）副生ガス回収系において、硫化水素などの不純物が除去されるとともに、Ｃ３＋留分の一部が分離され、水素含有軽質ガス（水素、メタン、Ｃ２＋留分等を含む。）となる。続いて（ii）脱水・深冷系において、水素と一部のメタンが分離され、軽質ガス（メタン、Ｃ２＋留分等を含む。）となる（非特許文献１参照）。本明細書においては、ＦＣＣ装置から生成したオフガスから上述の（ｉ）副生ガス回収系及び（ii）脱水・深冷系を経て得られる軽質ガスを、「ＦＣＣオフガス」というものとする。

このＦＣＣオフガスをエチレン製造プラントの圧縮工程に供給することにより、有用オレフィン留分を分離・回収することが提案されている（非特許文献２参照）。

「石油精製プロセス」、２００３年、（株）講談社発行、（社）石油学会編、ｐ．１５４ Chemical Engineering、１９９６年１１月、ｐ．１３３〜１３５

しかしながら、ＦＣＣオフガスには、メタンやＣ２＋留分の他に、窒素酸化物（これを適宜「ＮＯ_x」という。）も含まれている。これをそのままエチレン製造プラントの圧縮工程に供給すると、その後段に設けられる精製工程の深冷系（これは上述した石油精製プロセスに設けられる「脱水・深冷系」とは異なるものである。本明細書において単に「深冷系」と言う場合には、石油精製プロセスの「脱水・深冷系」ではなく、エチレン製造プラントの精製工程の深冷系に代表される本発明の適用対象となる深冷系を指すものとする。）において、ＮＯ_xが爆発性のあるガム（以下、「ＮＯ_xガム」と称することがある。）を形成し、これが深冷系に堆積してしまうおそれがある。

これに対して、上述の非特許文献２では、アルカリ洗浄や脱水等の手法により、ＦＣＣオフガス中のＮＯ_xの濃度を１００ｐｐｂ程度まで減少させてから、エチレン製造プラントの圧縮工程に供給するという方策が提案されている。

しかし、ＦＣＣオフガスのＮＯ_x濃度を低減した場合でも、ＦＣＣオフガス中にＮＯ_xが僅かでも残存していると、これをエチレン製造プラントの圧縮工程に持ち込んだ場合に、後段の精製工程の深冷系においてＮＯ_xガムが生成・堆積するおそれがある。よって、ＮＯ_xガムの生成・堆積をより確実に抑制しながら、ＦＣＣオフガスから有用オレフィン留分を分離・回収する方法が求められていた。

なお、以上の説明においては、石油精製プロセス等のＦＣＣオフガスを有用オレフィン留分を分離・回収する場合を例として説明したが、この場合に限らず、一般にメタン、Ｃ２＋留分及びＮＯ_xを含有するガス（これを適宜「ＮＯ_x含有軽質ガス」という。）からＣ２＋留分を分離・回収する場合において、同様の課題が広く生じることになる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものである。即ち、本発明の目的は、ＦＣＣオフガス等のＮＯ_x含有軽質ガスについて、ＮＯ_xガムの生成・堆積を抑制しながら、Ｃ２＋留分を分離・回収する方法を提供することにある。

本発明者らは鋭意検討の結果、深冷系の気液分離槽における極低温域（約−１６０℃）の存在が、ＮＯ_xガムの生成・堆積の原因となっていることに着目した。そして、脱メタン塔の前段に別の蒸留塔（ＮＯ_x含有軽質ガス蒸留塔）を設け、ＮＯ_x含有軽質ガスをこのＮＯ_x含有軽質ガス蒸留塔で蒸留して液相成分と気相成分とに分離し、得られた気相成分を深冷系の脱メタン塔に供給するように構成するとともに、多段気液分離槽のうち第１段の気液分離槽で得られた気相成分の少なくとも一部をこのＮＯ_x含有軽質ガス蒸留塔に供給して、ＮＯ_x含有軽質ガスとともに蒸留するように構成することによって、この極低温域を回避することができ、ＮＯ_xガムの生成・堆積を抑制しながらＣ２＋留分を分離・回収することが可能になるのを見出して、本発明を完成させた。

すなわち、本発明の要旨は、メタン、炭素数２以上の炭化水素（以下「Ｃ２＋」という。）、及び窒素酸化物を含有するガス（以下「ＮＯ_x含有軽質ガス」という。）から、Ｃ２＋留分を分離する方法であって、（Ａ）水素、メタン及びＣ２＋を含み、窒素酸化物を含有しない原料を供給されて、これを気相成分と液相成分とに分離する多段気液分離槽と、（Ｂ）該多段気液分離槽により分離された気相成分を、水素留分とメタン留分（以下「低圧メタン留分」という。）とに分離する水素・低圧メタン分離槽と、（Ｃ）該多段気液分離槽により分離された液相成分を蒸留し、液相成分をＣ２＋留分として分離する脱メタン塔と、（Ｄ）該脱メタン塔の塔頂成分を冷却し、気相成分をメタン留分（以下「高圧メタン留分」という。）として分離するとともに、液相成分のうち一部をメタン留分（以下「中圧メタン留分」という。）として更に分離し、残りを該脱メタン塔に還流する還流槽と、（Ｅ）該多段気液分離槽により分離された気相成分を、該水素・低圧メタン分離槽により分離された水素留分及び低圧メタン留分、並びに、該還流槽により分離された中圧メタン留分及び高圧メタン留分と熱交換させることにより冷却する深冷熱交換器とを備えた深冷系において、ＮＯ_x含有軽質ガス、並びに、該多段気液分離槽のうち少なくとも第１段の気液分離槽により分離された液相成分の一部又は全部を、ＮＯ_x含有軽質ガス蒸留塔に供給して蒸留し、液相成分と気相成分とに分離するとともに、得られた気相成分を該多段気液分離層を通過させず直接該脱メタン塔に供給することにより、ＮＯ_x含有軽質ガス中のＣ２＋留分を分離するように構成したことを特徴とする、ＮＯ_x含有軽質ガスからのＣ２＋留分の分離方法に存する（請求項１）。

本発明によれば、ＦＣＣオフガス等のＮＯ_x含有軽質ガスをＮＯ_x含有軽質ガス蒸留塔で蒸留して液相成分と気相成分とに分離し、得られた気相成分を深冷系の脱メタン塔に供給するように構成するとともに、多段気液分離槽のうち第１段の気液分離槽で得られた気相成分の少なくとも一部をこのＮＯ_x含有軽質ガス蒸留塔に供給して、ＮＯ_x含有軽質ガスとともに蒸留するように構成することにより、ＮＯ_Xガムの生成・堆積を抑制しながら、Ｃ２＋留分を分離することが可能となる。また、ＮＯ_x含有軽質ガスに含まれるＣ２＋留分を予め取り除いてから脱メタン塔に供給することができるので、脱メタン塔の負荷を低減することが可能になる。また、脱メタン塔に設けられる熱源とＮＯ_x含有軽質ガス蒸留塔に設けられる熱源とを異なる温度レベルで制御することができるので、適用するプラントの種類によっては、コストの削減等の効果を得ることも可能になる。また、ＮＯ_x含有軽質ガスの流量、組成、温度、圧力等の変動に伴うＮＯ_x含有軽質ガス蒸留塔及び脱メタン塔の動作条件の変動を少なくすることができる。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更して実施することができる。

以下の説明では、本発明の実施の形態として、化学プラントの一種であるエチレン製造プラントの精製工程に設けられる、深冷熱交換器及び脱メタン塔を含む系（これを適宜「脱メタン塔まわりの深冷系」或いは単に「深冷系」という。）に対して、本発明を適用した場合を例として説明する。

エチレン製造プラントの典型的な構成の例としては、ナフサ等の原料を分解炉にて熱分解する工程（分解工程）と、得られた分解ガスを急冷・精留する工程（急冷工程）と、急冷・精留された分解ガスを圧縮する工程（圧縮工程）と、圧縮された分解ガスを各成分に分離・精製し、主製品であるエチレン、プロピレン等を得る工程（精製工程）とを備えた構成が挙げられる。

これらのうち、特に精製工程では、先の圧縮工程で圧縮され、水分を完全に除去された分解ガスが、深冷熱交換器にて冷却され、水素留分及び一部のメタン留分（低圧メタン留分）が分離された後、脱メタン塔へフィードされる。脱メタン塔では、塔頂部より残りのメタン留分（中圧メタン留分及び高圧メタン留分）が分離された後、塔底部液は後工程に送られる。後工程では、脱エタン塔、エチレン塔、脱プロパン塔、プロピレン精留塔、脱ブタン塔等の蒸留塔を経由することにより、各成分が分離される。なお、これらの蒸留塔の種類やその順番が異なるプロセスもある。

［Ｉ．第１実施形態（参考実施形態）］
図１は、本発明に関連する一実施の形態に係るＮＯ_x含有軽質ガスからのＣ２＋留分の分離方法を実施するための構成を設けた、エチレンプラントの精製工程における脱メタン塔まわりの深冷系の構成の一例を模式的に示す図である。

図１に示す深冷系１は、複数の熱交換器２１〜２５、多段（図では４段）の気液分離槽３１〜３４、深冷熱交換器４１、水素・低圧メタン分離槽５１、脱メタン塔６１、還流槽７１、調節弁８１〜８８を備えている。

前段（通常は圧縮工程）から送られてくる分解ガスａ（以下、この分解ガスａを原料と呼ぶことがある。）は、水素、メタン及び炭素数２以上の炭化水素を含んでいる。この分解ガスａは熱交換器２１で冷却され、その一部が凝縮・液化した状態（気液混相流体ａ’）となって、第１段の気液分離槽３１に送られる。

第１段の気液分離槽３１では、送られてきた気液混相流体ａ’が液相成分ｂと気相成分ｃとに分離され、液相成分ｂは後述の脱メタン塔６１へ送られる（なお、第１段の気液分離槽３１から脱メタン塔６１への経路上には通常、液相成分ｂの流量を調節するための流量調節弁８１が設けられる。）。一方、気相成分ｃは深冷熱交換器４１に送られて冷却され、更に熱交換器２２により冷却され、その一部が凝縮・液化した状態（気液混相流体ｃ’）となって、第２段の気液分離槽３２に送られる。

第２段の気液分離槽３２では、送られてきた気液混相流体ｃ’が液相成分ｄと気相成分ｅとに分離され、液相成分ｄは後述の脱メタン塔６１へ送られる（なお、第２段の気液分離槽３２から脱メタン塔６１への経路上には通常、液相成分ｄの流量を調節するための流量調節弁８２が設けられる。）。一方、気相成分ｅは深冷熱交換器４１に送られて冷却され、更に熱交換器２３により冷却され、その一部が凝縮・液化した状態（気液混相流体ｅ’）となって、第３段の気液分離槽３３に送られる。

第３段の気液分離槽３３では、送られてきた気液混相流体ｅ’が液相成分ｆと気相成分ｇとに分離され、液相成分ｆは後述の脱メタン塔６１へ送られる（なお第３段の気液分離槽３３から脱メタン塔６１への経路上には通常、液相成分ｆの流量を調節するための流量調節弁８３が設けられる。）。一方、気相成分ｇは深冷熱交換器４１に送られて冷却され、更に熱交換器２４により冷却されて、その一部が凝縮・液化した状態（気液混相流体ｇ’）となって、第４段の気液分離槽３４に送られる。

第４段（最終段）の気液分離槽３４では、送られてきた気液混相流体ｇ’が液相成分ｈと気相成分ｉとに分離され、液相成分ｈは後述の脱メタン塔６１へ送られる（なお、第４段の気液分離槽３４から脱メタン塔６１への経路上には通常、液相成分ｈの流量を調節するための流量調節弁８４が設けられる。）。一方、気相成分ｉは深冷熱交換器４１に送られて冷却され、その一部が凝縮・液化した状態（気液混相流体ｉ’）となって、水素・低圧メタン分離槽５１に送られる。

水素・低圧メタン分離槽５１では、送られてきた気液混相流体ｉ’が液相成分ｊと気相成分ｋとに分離される。気相成分ｊ（主に水素からなる。）は、水素留分として深冷熱交換器４１に送られ、冷媒として用いられる。一方、液相成分ｇ（主にメタンからなる。）は、流量調節弁８５にてフラッシュされて圧力と温度を低下させられた上で、低圧メタン留分として深冷熱交換器４１に送られ、やはり冷媒として用いられる。

脱メタン塔６１では、気液分離槽３１〜３４から送られてきた液相成分ｂ，ｄ，ｆ，ｈが蒸留されるとともに、塔底よりＣ２＋留分ｌが分離され、後工程ヘとフィードされる。また、脱メタン塔６１の塔頂から分離された成分（塔頂成分）ｍは、塔頂コンデンサ（熱交換器）２５に送られて冷却され、その一部が凝縮・液化した状態（気液混相流体ｍ’）となって、還流槽７１に送られて気液分離される。分離された液相成分の一部ｎは、還流液として脱メタン塔６１へ還流される（なお、還流槽７１から脱メタン塔６１への経路上には通常、還流液ｎの流量を調節するための流量調節弁８６が設けられる。）。液相成分の残りｏ（主にメタンからなる。）は、流量調節弁８７でフラッシュされ、圧力と温度を低下させられて、中圧メタン留分として深冷熱交換器４１に送られ、冷媒として用いられる。また、還流糟７１で分離された気相成分ｐ（主にメタンからなる。）は、高圧メタン留分として深冷熱交換器４１に送られ、やはり冷媒として用いられる（なお、還流槽７１から深冷熱交換器４１への経路上には通常、高圧メタン留分ｐの流量を調節するための流量調節弁８８が設けられる。）。

更に、図１に示す深冷系１には、本実施形態の分離方法を実施するための構成要素として、脱メタン塔６１にＮＯ_x含有軽質ガス（図中の符号ｘ）を供給する経路が備えられるとともに、その経路上に流量調節弁９１及び熱交換器９２が設けられる。

ＮＯ_x含有軽質ガスとしては、上述の様に、メタン、Ｃ２＋留分及びＮＯ_xを含有するガスであれば、その種類は特に制限されない。例としては、やはり上述の様に、石油精製プロセスのＦＣＣオフガスが挙げられる。

外部から供給されたＮＯ_x含有軽質ガスは、まず、脱メタン塔６１に供給される。好ましくは、ＮＯ_x含有軽質ガスは、脱メタン塔６１の塔内組成とほぼ同じ値になるような位置に供給される。また、脱メタン塔６１に供給される前には、脱メタン塔６１の供給位置における温度、圧力がほぼ同じ値となるように、ＮＯ_x含有軽質ガスの圧力・温度が調整される。したがって、ＮＯ_x含有軽質ガスは、必要に応じて、圧縮機や調節弁９１による圧力調整或いは流量調整、及び熱交換器９２による冷却もしくは加熱が行なわれる。なお、図１では前述のように、調節弁９１及び熱交換器９２を備えた例を示しているが、この構成に制限される訳ではない。

具体的に、脱メタン塔６１の圧力は通常２．５〜３．５ＭＰａＧ程度、温度は塔底付近が通常−１０℃〜１０℃程度、塔頂付近が−１１０℃〜−９０℃程度である。

圧力・温度の調整後、脱メタン塔６１に供給されたＮＯ_x含有軽質ガスは、気液分離槽３１〜３４により得られた液相成分ｂ，ｄ，ｆ，ｈとともに、脱メタン塔６１において蒸留されるとともに、塔底よりＣ２＋留分ｌが分離される。

ここで、従来の技術と本実施形態とを比較すると、上述の非特許文献２に代表される従来の技術では、前段である圧縮工程にＮＯ_x含有軽質ガスを導入しているので、前段から送られてくる分解ガスａ中にＮＯ_xが含有され、これが気液分離槽３１〜３４及び水素・低圧メタン分離槽５１を経由することになる。気液分離槽３１〜３４及び水素・低圧メタン分離槽５１の槽内温度は後段に進むにつれて低温となり、水素・低圧メタン分離槽５１（最終段）に至っては、その槽内温度が通常−１６５℃程度の極低温域となる（"Reporton Activities of the NOx in Ethylene Recovery Task Group", D. C. Grenoble, Prepared for Presentation at the 2004 Spring AlChE National Meeting, April 25-29, New Orleans, LA参照）。これに対して、ＮＯ_xガムは通常温度が低いほど生成しやすくなるため、分解ガスａ中にＮＯ_xが微量でも存在していれば、水素・低圧メタン分離槽５１（最終段）においてＮＯ_xガムが生成するおそれがある。

これに対して、本実施形態の深冷系１によれば、ＮＯ_x含有軽質ガスは流量調節弁９１及び熱交換器９２による圧力・温度の調整後、脱メタン塔６１に直接供給されるため、気液分離槽３１〜３４及び水素・低圧メタン分離槽５１（特に極低温域である最終段の水素・低圧メタン分離槽５１）を通過することがない。ＮＯ_xが通過する可能性のある経路中、最も低温となるのは調節弁８７でフラッシュされた後の中圧メタンであるが、これは上述した様に通常−１４０℃〜−１２０℃程度であり、上記水素・低圧メタン分離槽５１と比較して高いため、ＮＯ_xガムの生成・堆積が大幅に抑制される。従って、本実施形態の深冷系１によれば、ＮＯ_xガムの生成・堆積を抑制しながらＣ２＋留分を分離・回収することが可能になる。

なお、図１の構成においては、ＮＯ_x含有軽質ガスが脱メタン塔６１に供給される経路上に流量調節弁９１及び熱交換器９２が設けられていたが、ＮＯ_x含有軽質ガスの種類や脱メタン塔６１の分離性能に応じて、これらの構成要素をそれぞれ複数設けたり、配置を変更したり、省略したりしてもよい。また、この経路上に他の構成要素（例えば気液分離槽等）を設けてもよい。以下、この様な変形を加えた実施形態について説明する。

［II．第２実施形態（参考実施形態）］
図２は、本発明に関連する一実施の形態に係るＮＯ_x含有軽質ガスからのＣ２＋留分の分離方法を実施するための構成を設けた、エチレンプラントの精製工程における脱メタン塔まわりの深冷系の構成の一例を模式的に示す図である。図２において、図１と同じ構成要素については同一の符号を付して表わしている。

図２の深冷系１’は、図１の深冷系１と同様、複数の熱交換器２１〜２５、多段（図では４段）の気液分離槽３１〜３４、深冷熱交換器４１、水素・低圧メタン分離槽５１、脱メタン塔６１、還流槽７１、調節弁８１〜８８を備えている。これらの機能については図１と同様であるので、その説明は省略する。

また、図２の深冷系１’においては、ＮＯ_x含有軽質ガスが脱メタン塔６１に供給される経路上に別の蒸留塔（ＮＯ_x含有軽質ガス蒸留塔、ＮＯ_x含有軽質ガスストリッパ）６２が設けられる。ＮＯ_x含有軽質ガスは、まずこのＮＯ_x含有軽質ガスストリッパ６２に供給されて蒸留される。ＮＯ_x含有軽質ガスストリッパ６２の塔頂より得られた気相成分（主にメタン留分）ｑは脱メタン塔６１に送られて、各気液分離槽３１〜３４によって得られた液相成分ｂ，ｄ，ｆ，ｈとともに蒸留される。一方、ＮＯ_x含有軽質ガスストリッパ６２の塔底からはＣ２＋留分ｒが抜き出され、脱メタン塔６１により得られたＣ２＋留分ｌとともに後工程ヘとフィードされる。

こうした構成によって、ＮＯ_x含有軽質ガスに含まれるＣ２＋留分をＮＯ_x含有軽質ガスストリッパ６２で予め取り除いてから脱メタン塔６１に供給することができるので、脱メタン塔の負荷を低減することが可能になる。また、脱メタン塔６１に設けられる熱源とＮＯ_x含有軽質ガスストリッパ６２に設けられる熱源とを異なる温度レベルで制御することができるので、適用するプラントの種類によっては、コストの削減等の効果を得ることも可能になる。

［III．第３実施形態（本発明の実施の形態）］
図３は、本発明の一実施の形態に係るＮＯ_x含有軽質ガスからのＣ２＋留分の分離方法を実施するための構成を設けた、エチレンプラントの精製工程における脱メタン塔まわりの深冷系の構成の一例を模式的に示す図である。図３において、図１及び図２と同じ構成要素については同一の符号を付して表わしている。

図３の深冷系１”は、図２の深冷系１’と同様、複数の熱交換器２１〜２５、多段（図では４段）の気液分離槽３１〜３４、深冷熱交換器４１、水素・低圧メタン分離槽５１、脱メタン塔６１、ＮＯ_x含有軽質ガスストリッパ６２、還流槽７１、調節弁８１〜８８を備えている。これらの機能については図１及び図２と同様であるので、その説明は省略する。

また、図３の深冷系１”においては、第１段の気液分離槽３１により得られた液相成分ｂが、まずＮＯ_x含有軽質ガスストリッパ６２に供給され、ＮＯ_x含有軽質ガスと一緒に蒸留される。その後は図２の深冷系１’と同様、ＮＯ_x含有軽質ガスストリッパ６２の塔頂より得られた気相成分（主にメタン留分）ｑは、脱メタン塔６１に送られて、各気液分離槽３１〜３４によって得られた液相成分ｂ，ｄ，ｆ，ｈとともに蒸留される。一方、ＮＯ_x含有軽質ガスストリッパ６２の塔底からはＣ２＋留分ｒが抜き出され、脱メタン塔６１により得られたＣ２＋留分ｌとともに後工程ヘとフィードされる。

こうした構成によって、ＮＯ_x含有軽質ガスの組成、温度、圧力等の変動に伴う脱メタン塔６１及びＮＯ_x含有軽質ガスストリッパ６２の動作条件の変動を少なくすることができる。即ち、深冷系１”の属するプラント（例えばエチレンプラント）と異なるプラント（例えば石油精製プラント）からＮＯ_x含有軽質ガス（例えばＦＣＣオフガス）が供給される状況において、石油精製プラントの都合によりＦＣＣオフガスの供給が停止した場合等でも、エチレンプラント側では、ＮＯ_x含有軽質ガスストリッパ６２に気液分離槽からの液相成分の供給が続けられているので、ＮＯ_x含有軽質ガスストリッパ６２の動作を継続することができる。従って、エチレンプラントが石油精製プラントの運転条件の変動から受ける影響を低減することが可能となる。

なお、図３の深冷系１”においては、第１段の気液分離槽３１により得られた液相成分ｂの全部がＮＯ_x含有軽質ガスストリッパ６２に供給される構成となっていたが、液相成分ｂの全部ではなく一部のみをＮＯ_x含有軽質ガスストリッパ６２に供給し、液相成分ｂの残りについては図１の深冷系１と同様、脱メタン塔６１に直接供給するように構成してもよい。また、第１段の気液分離槽３１以外の気液分離槽３２〜３４により得られた液相成分ｄ，ｆ，ｈをＮＯ_x含有軽質ガスストリッパ６２に供給するように構成することも可能である。

［IV．その他］
以上、本発明の実施形態及び関連する実施形態として、図１〜３に示す深冷系１，１’，１”について説明したが、本発明の適用は図１〜３に示す深冷系１，１’，１”に限られるものではなく、その趣旨を超えない限りにおいて任意の深冷系に適用することができる。

例えば、図１〜３では、上述の様に、気液分離槽３１〜３４が４段の場合について説明したが、気液分離槽の段数が異なっていてもよい。この場合も、前段から送られてくる気液混相流体が各段の気液分離槽において分離され、液相成分は脱メタン塔へと送られる一方で、気相成分は深冷熱交換器（及び熱交換器）によって冷却され、その一部が凝縮・液化した状態（気液混相流体）で、次段の気液分離槽に（最終段の気液分離槽の場合には、水素・低圧メタン分離槽に）送られるように構成される。また、単一段の気液分離槽の場合も同様に、前段から送られてくる気液混相流体である分解ガス（原料）が分離するとともに、液相成分は脱メタン塔へと送られる一方で、気相成分は深冷熱交換器（及び熱交換器）によって冷却され、その一部が凝縮・液化した状態（気液混相流体）で、水素・低圧メタン分離槽に送られるように構成される。

なお、気液分離槽の段数が異なる場合も、最終段の気液分離槽の槽内温度（単段の場合にはその槽内温度）は通常−１６５℃程度の極低温域となる（"Report on Activities of the NOx in Ethylene Recovery Task Group", D. C. Grenoble, Prepared for Presentation at the 2004 Spring AlChE National Meeting, April 25-29, New Orleans, LA参照）。従って、本発明の適用により同様の効果を得ることができる。

また、図１〜３では、深冷熱交換器４１及び各段の気液分離槽３１〜３４のまわりに熱交換器２１〜２４が設けられているが、熱交換器の数や配置等は任意である。例えば、各段の気液分離槽間において、一部の熱交換器が省かれていても良く、複数の熱交換器が設けられていても良い。

また、図１〜３では、気液分離槽３１〜３４により得られた気体成分ｃ，ｅ，ｇ，ｉが全て単一の深冷熱交換器４１により冷却される構成となっているが、複数の深冷熱交換器が設けられて、これらの気体成分ｃ，ｅ，ｇ，ｉが別個に冷却されるように構成される場合もある。例えば、最終段以外の気液分離槽３１〜３３により得られた気体成分ｃ，ｅ，ｇを冷却する第１の深冷熱交換器と、最終段の気液分離槽３４により得られた気体成分ｉを冷却する第２の深冷熱交換器とを、別個独立に設ける構成等が挙げられる。

なお、複数の深冷熱交換器を設ける場合、全ての深冷熱交換器で同じ組み合わせの冷媒を使用してもよいが、深冷熱交換器毎に使用する冷媒の組み合わせを変える場合もある。例えば、上述したように第１及び第２の深冷熱交換器を設ける場合であれば、第１の深冷熱交換器では水素留分ｉ，低圧メタン留分ｋ，中圧メタン留分ｏ，高圧メタン留分ｐの全てを冷媒として使用する一方で、第２の深冷熱交換器では水素留分ｉ及び低圧メタン留分ｋのみを冷媒として使用する、等の構成が挙げられる。

また、図１〜３では、気液分離槽３１〜３４により得られた液相成分ｂ，ｄ，ｆ，ｈが何れも脱メタン塔６１又はＮＯ_x含有軽質ガスストリッパ６２へと直接、送られる構成となっているが、これらの液相成分に熱交換等の処理を行なった後で、脱メタン塔６１又はＮＯ_x含有軽質ガスストリッパ６２へと送るように構成される場合もある。例えば、これらの液相成分ｂ，ｄ，ｆ，ｈの一部又は全部がまず深冷熱交換器４１に送られて、深冷熱交換器４１の冷媒として使用された上で、熱交換により加熱されたこれらの成分ｂ，ｄ，ｆ，ｈが脱メタン塔６１又はＮＯ_x含有軽質ガスストリッパ６２へと送られる構成等が挙げられる。

更には、上述の水素留分ｉ，低圧メタン留分ｋ，中圧メタン留分ｏ，高圧メタン留分ｐ，気液分離槽３１〜３４の液相成分ｂ，ｄ，ｆ，ｈ等の他に、別の流体を深冷熱交換器４１等の冷媒として使用する構成としても良い。また、この深冷熱交換器４１等において、他の流体を併せて冷却する構成としても良い。

また、図１〜３では、流量調節弁８１〜８８等により各メタン留分等の各種流体の流量調整を行なう構成となっているが、これらの流量調節弁の数、配置、調節対象などが適宜変形して実施される場合もある。また、流量調節弁の代わりに液面調節弁等が設けられる場合もある。

また、図１〜３では、単一の脱メタン塔６１が設けられ、液相成分ｂ，ｄ，ｆ，ｈは全てこの脱メタン塔６１（又はＮＯ_x含有軽質ガスストリッパ６２）へ送られて蒸留される構成となっているが、複数の脱メタン塔が設けられる場合もある。例えば、図１の構成において、脱メタン塔６１の前段に別の脱メタン塔（プレ脱メタン塔）を設け、第１段の気液分離槽３１により得られた液相成分ｂをまずこのプレ脱メタン塔で蒸留し、塔頂から得られた気相成分を脱メタン塔６１に送って、他の気液分離槽３２〜３４によって得られた液相成分ｄ，ｆ，ｈとともに蒸留する一方で、塔底からＣ２＋留分を抜き出し、これを脱メタン塔６１により得られたＣ２＋留分とともに後工程ヘとフィードする構成等が挙げられる。また、図２、図３のように、ＮＯ_x含有軽質ガスストリッパ６２を設ける構成においては、これに加えてプレ脱メタン塔を設けても良く、更にはＮＯ_x含有軽質ガスストリッパ６２とプレ脱メタン塔とを一体に設けても良い。

以上のように、エチレンプラントの精製工程における、脱メタン塔まわりの深冷系の構成には、様々な変形例が存在するが、何れの変形例においても、水素，メタン及び炭素数２以上の炭化水素を含む原料を気液分離槽で分離する際に、気相成分を深冷熱交換器によって冷却するとともに、深冷熱交換器の冷媒として、後段で分離された水素留分、低圧メタン留分、中圧メタン留分、高圧メタン留分を用いるように構成されている点では同一である。

そして、以上の何れの変形例においても、深冷系の構成や運転条件、ＮＯ_x含有軽質ガスの種類等に応じて、適切な変形を加えて本発明を適用すればよい。基本的には、脱メタン塔に対してＮＯ_x含有軽質ガスを供給する経路を設ければ、極低温域となる気液分離槽をＮＯ_xが通過するのを防ぐことができ、その結果、ＮＯ_xガムの生成・堆積を抑制しながら、Ｃ２＋留分を分離・回収することが可能になる。なお、複数段の脱メタン塔が設けられている場合には、何れの脱メタン塔に対してＮＯ_x含有軽質ガスを供給する経路を設けてもよい。

更に付言すれば、本発明が適用可能な深冷系は、エチレン精製プラントの精製工程における脱メタン塔まわりの深冷系に限定されるものではない。水素，メタン及びＣ２＋留分を含む原料を多段気液分離槽で分離する際に、気相成分を深冷熱交換器によって冷却するとともに、深冷熱交換器の冷媒として、後段で分離された水素留分、低圧メタン留分、中圧メタン留分、高圧メタン留分を用いるように構成された深冷系であれば、各種の化学プラントやその他の様々な分野において用いられる任意の深冷系に、本発明を適用することが可能である。

本発明の用途は特に限定されず、ＮＯ_x含有軽質ガスからＣ２＋留分を分離することが求められる各種の分野に適用することが可能であるが、特に、石油精製プロセスのＦＣＣ工程において副生するＦＣＣオフガスから、エチレン、プロピレン等の有用オレフィン留分を分離する際に好適に用いられる。

本発明に関連する一実施の形態に係るＮＯ_x含有軽質ガスからのＣ２＋留分の分離方法を実施するための構成を設けた、エチレンプラントの精製工程における脱メタン塔まわりの深冷系の構成の一例を模式的に示す図である。本発明に関連する一実施の形態に係るＮＯ_x含有軽質ガスからのＣ２＋留分の分離方法を実施するための構成を設けた、エチレンプラントの精製工程における脱メタン塔まわりの深冷系の構成の一例を模式的に示す図である。本発明の一実施の形態に係るＮＯ_x含有軽質ガスからのＣ２＋留分の分離方法を実施するための構成を設けた、エチレンプラントの精製工程における脱メタン塔まわりの深冷系の構成の一例を模式的に示す図である。

符号の説明

１深冷系
２１〜２５，９２熱交換器
３１〜３４多段気液分離槽
４１深冷熱交換器
５１水素・低圧メタン分離槽
６１脱メタン塔
６２ＮＯ_x含有軽質ガスストリッパ（ＮＯ_x含有軽質ガス蒸留塔）
７１還流槽
８１〜８８，９１調節弁

Claims

メタン、炭素数２以上の炭化水素（以下「Ｃ２＋」という。）、及び窒素酸化物を含有するガス（以下「ＮＯ_x含有軽質ガス」という。）から、Ｃ２＋留分を分離する方法であって、
（Ａ）水素、メタン及びＣ２＋を含み、窒素酸化物を含有しない原料を供給されて、これを気相成分と液相成分とに分離する多段気液分離槽と、
（Ｂ）該多段気液分離槽により分離された気相成分を、水素留分とメタン留分（以下「低圧メタン留分」という。）とに分離する水素・低圧メタン分離槽と、
（Ｃ）該多段気液分離槽により分離された液相成分を蒸留し、液相成分をＣ２＋留分として分離する脱メタン塔と、
（Ｄ）該脱メタン塔の塔頂成分を冷却し、気相成分をメタン留分（以下「高圧メタン留分」という。）として分離するとともに、液相成分のうち一部をメタン留分（以下「中圧メタン留分」という。）として更に分離し、残りを該脱メタン塔に還流する還流槽と、
（Ｅ）該多段気液分離槽により分離された気相成分を、該水素・低圧メタン分離槽により分離された水素留分及び低圧メタン留分、並びに、該還流槽により分離された中圧メタン留分及び高圧メタン留分と熱交換させることにより冷却する深冷熱交換器とを備えた深冷系において、
ＮＯ_x含有軽質ガス、並びに、該多段気液分離槽のうち少なくとも第１段の気液分離槽により分離された液相成分の一部又は全部を、ＮＯ_x含有軽質ガス蒸留塔に供給して蒸留し、液相成分と気相成分とに分離するとともに、得られた気相成分を該多段気液分離層を通過させず直接該脱メタン塔に供給することにより、ＮＯ_x含有軽質ガス中のＣ２＋留分を分離するように構成した
ことを特徴とする、ＮＯ_x含有軽質ガスからのＣ２＋留分の分離方法。