JP4915805B2 - 水素含有ガスの分離方法 - Google Patents
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Description
図5および図6は、これらの石油化学コンビナートにおいて、石油精製会社(石油精製工程)Aと石油化学会社(石油化学工程)Bの工程を示す概略ブロック図であり、図5は、石油化学コンビナートにおいて、石油精製会社(石油精製工程)Aの工程を示す概略ブロック図、図6は、石油化学コンビナートにおいて、石油化学会社(石油化学工程)Bの工程を示す概略ブロック図である。
ところで、石油精製会社(石油精製工程)Aでは、図5に示したように、原油タンカーで運搬され、原油タンクに貯留された原油を、常圧蒸留装置100を用いて蒸留分離することによって、ガス、LPG、ナフサ、灯油、軽油、常圧残油にそれぞれ分離される。
、減圧残油にそれぞれ分離される。分離された減圧軽油は、重油間接脱硫装置118を用いて、水素を添加して硫黄分を硫化水素(H2S)に変える脱硫反応によって、硫黄分を除去した後、流動接触分解装置101で分解ガソリンや分解軽油が製造される。
また、常圧残油の一部は、重油直接脱硫装置120を用いて、水素を添加して硫黄分を硫化水素(H2S)に変える脱硫反応によって、硫黄分を除去した後、重油調整装置103を介して、他の重油基材(例えば、分解軽油、重油直接脱硫残渣油等)と混合され重油が製造される。
素純度約60%)と呼ばれ、燃料ガスとして用いられる(以下、「スウィートガス」と言う)。
れていた。このため、リフォーマガスやスウィートガスの水素純度や流量が変化した場合には、水素分離膜装置の水素分離膜の本数を増減することによって得られる水素の純度を一定に保っていた。
水素含有ガス圧力調整手段を用いて、前記第2水素含有ガスを圧縮機にて昇圧し、第1水素含有ガスと合流させた後、合流後の水素含有ガスの圧力を調整し、
前記第1水素含有ガスと第2水素含有ガスを合流させて得られた水素含有合流ガスを前記水素分離膜装置に導入する際に、温度調整手段を用いて水素含有合流ガスの温度を調整し、
高純度水素圧力調整手段を用いて、前記水素分離膜装置を介して得られた高純度水素の圧力を調整することを特徴とする。
前記水素含有ガス圧力調整手段による第1水素含有ガス、および第2水素含有ガスの圧力の調整、
前記温度調整手段による水素含有合流ガスの温度の調整、または、
前記高純度水素圧力調整手段による高純度水素の圧力の調整
のいずれかを選択的に行うことを特徴とする。
ガスの流量が変化した場合に、
前記水素含有ガス圧力調整手段による第1水素含有ガス、および第2水素含有ガスの圧力の調整、
前記温度調整手段による水素含有合流ガスの温度の調整、または、
前記高純度水素圧力調整手段による高純度水素の圧力の調整
のいずれかを選択的に行うことを特徴とする。
このように構成することによって、水素分離膜装置を介して分離された、例えば、メタン、エタンなどからなる燃料ガスであるオフガスを、石油精製会社(石油精製工程)Aにおいて、例えば、常圧蒸留装置100、減圧蒸留装置116、脱硫装置などの加熱炉の燃料ガスとして有効に利用することができる。
また、本発明の水素含有ガスの分離方法は、前記第2水素含有ガスが、前記石油精製工程の脱硫工程から得られた水素含有ガスであることを特徴とする。
図1は、本発明の水素含有ガスの分離方法を用いた水素含有ガスの概略ブロック図、図2は、図1の脱硫工程からのスウィートガスの水素分離膜装置による分離の概略と、図1の接触改質工程からのリフォーマガスの水素分離膜装置による分離の概略を示す概略ブロック図である。
本発明の水素含有ガスの分離方法では、図5に示した概略ブロック図において、石油精製会社(石油精製工程)Aにおいて、ナフサを、ナフサ脱硫装置104を用いて、水素を添加して硫黄分を硫化水素(H2S)に変える脱硫反応によって、硫黄分を除去した後、接触改質装置110によって得られた水素、メタン、エタンの炭化水素ガスを使用するものである。
ルで構成され、分子の小さい水素分子は膜を透過して、分子の大きい、例えば、メタンなどのその他のガスは膜を透過しないものであって、これにより水素を高純度で回収できるように構成されている。
この水素供給経路54では、熱交換器56によって、高純度の水素が、例えば、40℃に冷却される。そして、熱交換器56によって冷却された高純度の水素は、その圧力が約0.2MPa程度に低下しているので、約1.8MPaの圧力になるように、圧縮機58を介して昇圧された後、流量調整弁60によって、一定の流量になるように調整されて、高純度水素ヘッダー62に導入されるようになっている。
(1)流量一定・水素純度低下ケース
図3は、リフォーマガス12またはスウィートガス24の水素純度が低下した場合に、水素分離膜装置46を介して得られる高純度水素の水素純度を一定に保つための制御ステップを示すフロー図である。
高純度水素の水素純度が増加するように制御する。以下に、それぞれの調整方法によって、高純度水素の水素純度が増加するプロセスを説明する。
S102に示すように、圧力調整弁72を開くことによって、S103のように、リフォーマガス12、およびスウィートガス24の圧力は低下し、水素分離膜導入経路44の圧力が低下する。これにより、S104に示すように、リフォーマガス12、およびスウィートガス24の流量を一定に保つため、流量調整弁18、32を閉じる。
(b)膜出口圧力調整ケース
S108に示すように、圧力調節弁68を開けることによって圧縮機58の吸込み圧力が上昇し、S109のように、水素分離膜46の透過側である水素回収経路52の流量が低下する。これにより、水素分離膜導入経路44の圧力は一定であるため、水素分離膜46の膜差圧が低下する。
このように制御することによって、S111に示すように、水素回収経路52を流れる高純度水素の水素純度を増加させることが可能となる。
S112に示すように、圧力調整弁72は一定のまま、温度コントロールバルブ42を閉めることによって、熱交換器40に流入させる低圧蒸気の量を減らすことで、水素分離膜導入経路44を流れる水素含有ガスの温度を低下させる。
以上のように、リフォーマガス12またはスウィートガス24の流量が一定に保たれた
状態で、水素純度のみが低下した場合には、膜入口圧力、膜出口圧力、膜入口温度のいずれかを調整することによって、水素分離膜48を透過して得られる高純度水素の水素純度を一定に保つように制御することができる。
すなわち、膜入口圧力を低下させる場合には、圧縮機30の動力が低下し、膜出口圧力を低下させる場合には、圧縮機58の動力を低下させることができ、圧縮機30、58の使用電力量を低下させることができる。また、膜入口温度を低下させる場合には、熱交換器40に流入させる低圧蒸気の量が低下させることができる。
(2)水素純度一定・流量低下ケース
ついで、リフォーマガス12またはスウィートガス24の純度が一定に保たれた状態で、流量のみが低下した場合における、高純度水素の水素純度を一定に保つための制御ステップを図4により説明する。
S202に示すように、圧力調整弁72を開くことによって、S203のように、リフォーマガス12、およびスウィートガス24の圧力は低下し、水素分離膜導入経路44の圧力が低下する。これにより、S204に示すように、リフォーマガス12、およびスウィートガス24の流量を一定に保つため、流量調整弁18、32を閉じる。
(b)膜出口圧力調整ケース
S208に示すように、圧力調節弁68を開けることによって圧縮機58の吸込み圧力が上昇し、S209のように、水素分離膜46の透過側である水素回収経路52の流量が低下する。これにより、水素分離膜導入経路44の圧力は一定であるため、水素分離膜46の膜差圧が低下する。
このように制御することによって、S211に示すように、水素回収経路52を流れる高純度水素の水素純度を増加させることが可能となる。
S212に示すように、圧力調整弁72は一定のまま、温度コントロールバルブ42を閉めることによって、熱交換器40に流入させる低圧蒸気の量を減らすことで、水素分離膜導入経路44を流れる水素含有ガスの温度を低下させる。
以上のように、リフォーマガス12またはスウィートガス24の水素純度が一定に保たれた状態で、流量のみが低下した場合にも、前述した流量一定・水素純度低下ケースと同様に膜入口圧力、膜出口圧力、膜入口温度のいずれかを調整することによって、水素分離膜48を透過して得られる高純度水素の水素純度を一定に保つように制御することができる。
11 リフォーマガス導入経路
12 リフォーマガス
14 水洗塔
16 開閉バルブ
18 流量調整弁
20 スウィートガス導入経路
22 フィルター装置
24 スウィートガス
26 開閉バルブ
28 水洗塔
30 圧縮機
32 流量調整弁
36 スウィートガス還流経路
38 圧力調整弁
40 熱交換器
42 温度コントロールバルブ
44 水素分離膜導入経路
46 水素分離膜装置
48 水素分離膜
52 水素回収経路
54 水素供給経路
56 熱交換器
58 圧縮機
60 流量調整弁
62 高純度水素ヘッダー
64 圧力調整弁
65 高純度水素廃棄経路
66 水素ガス還流経路
68 圧力調整弁
70 燃料ガス回収経路
72 圧力調整弁
74 オフガス供給経路
76 熱交換器
78 開閉バルブ
80 燃料ガスヘッダー
100 常圧蒸留装置
101 流動接触分解装置
102 回収装置
103 重油調整装置
104 ナフサ脱硫装置
106 ガソリン調整装置
108 灯油脱硫装置
110 接触改質装置
111 接触改質装置反応器
112 ガス分離器
112 ガス分離機
114 軽油脱硫装置
116 減圧蒸留装置
118 重油間接脱硫装置
120 重油直接脱硫装置
122 ガス洗浄装置
124 ナフサ分解分離装置
126 メチルエチルケトン合成装置
Claims (7)
- 石油精製工程から得られる第1水素含有ガスと、該第1水素含有ガスよりも圧力の低い第2水素含有ガスとを、水素分離膜装置を介して、高純度水素と、オフガスに分離する水素含有ガスの分離方法であって、
水素含有ガス圧力調整手段を用いて、前記第2水素含有ガスを圧縮機にて昇圧し、第1水素含有ガスと合流させた後、合流後の水素含有ガスの圧力を調整し、
前記第1水素含有ガスと第2水素含有ガスを合流させて得られた水素含有合流ガスを前記水素分離膜装置に導入する際に、温度調整手段を用いて水素含有合流ガスの温度を調整し、
高純度水素圧力調整手段を用いて、前記水素分離膜装置を介して得られた高純度水素の圧力を調整することを特徴とする水素含有ガスの分離方法。 - 前記第1水素含有ガスまたは第2水素含有ガスの水素純度が変化した場合に、
前記水素含有ガス圧力調整手段による第1水素含有ガス、および第2水素含有ガスの圧力の調整、
前記温度調整手段による水素含有合流ガスの温度の調整、または、
前記高純度水素圧力調整手段による高純度水素の圧力の調整
のいずれかを選択的に行うことを特徴とする請求項1に記載の水素含有ガスの分離方法。 - 前記第1水素含有ガスまたは第2水素含有ガスの流量が変化した場合に、
前記水素含有ガス圧力調整手段による第1水素含有ガス、および第2水素含有ガスの圧力の調整、
前記温度調整手段による水素含有合流ガスの温度の調整、または、
前記高純度水素圧力調整手段による高純度水素の圧力の調整
のいずれかを選択的に行うことを特徴とする請求項1から2のいずれかに記載の水素含有ガスの分離方法。 - 前記水素分離膜装置を介して分離された高純度の水素を、石油精製工程の脱硫工程、異性化工程のいずれかの工程に供給するように構成されていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の水素含有ガスの分離方法。
- 前記水素分離膜装置を介して分離されたオフガスを、石油精製工程に供給するように構成されていることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の水素含有ガスの分離方法。
- 前記第1水素含有ガスが、前記石油精製工程の接触改質工程から得られた水素含有ガスであることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の水素含有ガスの分離方法。
- 前記第2水素含有ガスが、前記石油精製工程の脱硫工程から得られた水素含有ガスであることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の水素含有ガスの分離方法。
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