JP5481480B2 - 拡張二成分冷却システムを用いた冷却方法 - Google Patents

拡張二成分冷却システムを用いた冷却方法 Download PDF

Info

Publication number
JP5481480B2
JP5481480B2 JP2011522031A JP2011522031A JP5481480B2 JP 5481480 B2 JP5481480 B2 JP 5481480B2 JP 2011522031 A JP2011522031 A JP 2011522031A JP 2011522031 A JP2011522031 A JP 2011522031A JP 5481480 B2 JP5481480 B2 JP 5481480B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
coolant
stream
cooling
methane
extended
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2011522031A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2012503753A (ja
Inventor
サムナー,チャールズ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CB&I Technology Inc
Original Assignee
Lummus Technology Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
Application filed by Lummus Technology Inc filed Critical Lummus Technology Inc
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=41664118&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=JP5481480(B2) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Publication of JP2012503753A publication Critical patent/JP2012503753A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5481480B2 publication Critical patent/JP5481480B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/06Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by partial condensation
    • F25J3/0605Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by partial condensation characterised by the feed stream
    • F25J3/061Natural gas or substitute natural gas
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/02Materials undergoing a change of physical state when used
    • C09K5/04Materials undergoing a change of physical state when used the change of state being from liquid to vapour or vice versa
    • C09K5/041Materials undergoing a change of physical state when used the change of state being from liquid to vapour or vice versa for compression-type refrigeration systems
    • C09K5/042Materials undergoing a change of physical state when used the change of state being from liquid to vapour or vice versa for compression-type refrigeration systems comprising compounds containing carbon and hydrogen only
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B1/00Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/0204Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the feed stream
    • F25J3/0219Refinery gas, cracking gas, coke oven gas, gaseous mixtures containing aliphatic unsaturated CnHm or gaseous mixtures of undefined nature
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/0228Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream
    • F25J3/0233Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream separation of CnHm with 1 carbon atom or more
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/0228Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream
    • F25J3/0238Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream separation of CnHm with 2 carbon atoms or more
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/0228Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream
    • F25J3/0252Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream separation of hydrogen
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K2205/00Aspects relating to compounds used in compression type refrigeration systems
    • C09K2205/10Components
    • C09K2205/12Hydrocarbons
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/02Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using simple phase separation in a vessel or drum
    • F25J2205/04Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using simple phase separation in a vessel or drum in the feed line, i.e. upstream of the fractionation step
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2210/00Processes characterised by the type or other details of the feed stream
    • F25J2210/12Refinery or petrochemical off-gas
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2215/00Processes characterised by the type or other details of the product stream
    • F25J2215/62Ethane or ethylene
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00Refrigeration techniques used
    • F25J2270/12External refrigeration with liquid vaporising loop
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00Refrigeration techniques used
    • F25J2270/18External refrigeration with incorporated cascade loop
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00Refrigeration techniques used
    • F25J2270/66Closed external refrigeration cycle with multi component refrigerant [MCR], e.g. mixture of hydrocarbons
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00Refrigeration techniques used
    • F25J2270/90External refrigeration, e.g. conventional closed-loop mechanical refrigeration unit using Freon or NH3, unspecified external refrigeration
    • F25J2270/902Details about the refrigeration cycle used, e.g. composition of refrigerant, arrangement of compressors or cascade, make up sources, use of reflux exchangers etc.

Description

ここに開示される実施の形態は、冷却システムおよび冷却方法に関する。
エチレンプラントは、クラッキングヒータ流出液から所望の生成物を仕分けするために冷却を必要とする。典型的に、別個のプロピレンおよびエチレン冷却システムが用いられる。多くの場合、特に低い温度が必要である低圧脱メタン化装置を用いるシステムでは、別のメタン冷却システムも用いられている。したがって、最も低い温度から最も高い温度の段階をなす、3つの別個の冷却システムが必要である。吸引ドラム、別個の交換器、配管などを完備した、3つのコンプレッサおよびドライバシステムが用いられている。
混合冷却システムも知られている。これらのシステムでは、複数の冷却剤が単一の冷却システムで用いられて、より広い温度範囲を網羅する冷却が与えられ、1つの混合冷却システムが複数の純粋成分カスケード冷却システムの代わりとなる。これらのシステムは連続する炭素数の成分の混合によって特徴付けられる。これらの混合冷却システムは、ベースロード液体天然ガス工場において広く用いられている。
二成分混合冷却システムをエチレンプラント設計に適用した例は米国特許第5,979,177号に開示されており、冷却剤はメタン(炭素数1)とエチレンまたはエタン(炭素数2)のどちらかとの混合物である。二成分冷却システムは、所与の温度および圧力条件で一定の組成で通常作動する。しかし、このような二成分冷却システムは、システムが動作可能である温度範囲に限定されており、−40℃以上の温度範囲において冷却を与える別のプロピレン冷却システムに対して段階をなさなければならない。したがって、2つの別個の冷却システムが必要となる。
米国特許第6,637,237号は、エチレンプラントの冷却要件すべてに対して、単一の冷却システムの使用を教示している。用いられる冷却剤は、メタン、エチレン、およびプロピレン(炭素数1、2および3)の混合物である。このシステムは−140℃以下から外気温近くまでの温度レベルで冷却を与えることができる。
米国特許第6,705,113号は、3つの成分に基づく、単一の冷却システムの使用を教示し、米国特許第6,637,237号と異なる処理構成を用いる。しかし、米国特許第6,637,237号および米国特許第6,705,113号の両方とも、必要な温度レベルで必要な冷却デューティを提供するのに3つの成分を必要とする。3つの成分を用いることは、所与のシステム温度および圧力での組成は、特有の組成ではなく、さまざまな組成に対応することを意味する。したがって、システムでの所与の点における冷却剤混合物の組成は変動し得る。この変動は小さく、冷却システムの性能をあまり落とさないが、エチレンプラント動作条件での変更に対応してより容易に調整可能とするためには、所与の温度および圧力において冷却剤成分変動がないシステムを作動させることが望ましいかもしれない。
ここに開示される実施の形態の目的は、C3炭化水素を有するメタン混合物を二成分冷却剤として用いる簡潔な単一冷却システムを提供することである。この二成分システムは、連続する炭素数の炭化水素混合物ではなく、C1およびC3炭化水素成分のみを有するので、このシステムは拡張二成分冷却と呼ぶ。この拡張二成分システムは、低圧脱メタン化装置を用いた回収プロセスを伴う別個のプロピレン、エチレンおよびメタン冷却システムの代わりとして、または連続する炭素数の炭化水素を用いた二成分または三成分冷却システムの代わりとして、用いることができる。このシステムの1つの用途はオレフィンプラント向けである。
一実施の形態において、本発明の方法は、メタンと、プロピレンおよびプロパンからなるグループから選択されたC3炭化水素との混合物を含む拡張二成分冷却剤を用いて供給ガスを冷却するステップを含み、拡張二成分冷却剤は、第1段および最終段を有する多段コンプレッサで圧縮され、最終段の放出は少なくとも60モル%のC3炭化水素を含み、圧縮の後液体の冷却流およびガス状の冷却流に分割される。
C3炭化水素は好ましくはプロピレンである。最終段放出は典型的に、少なくとも70モル%のプロピレンおよび時には少なくとも75モル%のプロピレンを含む。場合によっては、最終段放出は10〜40モル%のメタンおよび60〜90モル%のC3炭化水素を含む。
多くの場合、C3炭化水素の少なくとも90重量%はプロピレンであり、残りがプロパンである。典型的に、拡張二成分冷却剤は15〜25モル%のメタンおよび75〜85モル%のプロピレンを含み、時には18〜22モル%のメタンおよび78〜82モル%のプロピレンを含む。多くの場合、供給ガスはオレフィンを含み、本方法は分別により冷却された供給ガスからオレフィンを除去することを含む。
別の実施の形態に従い、拡張二成分冷却剤を有する、冷却方法は、(a)拡張二成分冷却剤蒸気を生成するために、コンプレッサにおいて、メタンを10〜40モル%と、プロピレンおよびプロパンからなるグループから選択された少なくとも1つのC3炭化水素を60〜90モル%とを含む混合物を圧縮するステップ、(b)拡張二成分冷却剤蒸気を冷却してその一部を凝縮し、蒸気のメタンリッチ二成分冷却剤流および液体C3炭化水素リッチ二成分冷却剤流を与えるステップ、(c)メタンリッチ二成分冷材却流およびC3炭化水素リッチ二成分冷却剤流を用いて冷却を行なうステップ、および(d)メタンリッチ二成分冷却剤流およびC3炭化水素リッチ二成分冷却剤流をコンプレッサに戻すステップを含む。
時には、(c)において、メタンリッチ二成分冷却剤流およびC3炭化水素リッチ二成分冷却剤流は、水素、メタンおよびエチレンを含むチャージガスを冷却する。チャージガスは一般にエチレンを生成するために用いられる。
さらに別の実施の形態に従い、チャージガスからオレフィンを生成するのに用いられる方法であり、チャージガスは水素、メタン、エチレンおよび必要に応じて他のC2およびより重い炭化水素を含み、チャージガスは一連の熱交換器を有する冷却システムによって冷却される。チャージガスは以下のステップを含む方法において冷却される:(a)第1段および最終段を有し、最終段放出がある多段コンプレッサにおいて、メタンと、プロピレンおよびプロパンからなるグループから選択されたC3炭化水素との混合物を含む拡張二成分冷却剤蒸気を圧縮するステップ、;(b)最終段放出から拡張二成分冷却剤蒸気の一部を凝縮するために冷却し、残余の拡張二成分冷却蒸気と、選択された混合物よりも多くの割合のプロピレンを有する重い冷却剤流とを形成するステップ;(c)セパレータにおいて残余の拡張二成分冷却剤蒸気から重い冷却剤流を分離するステップ;(d)セパレータからの残余拡張二成分冷却剤蒸気の少なくとも一部を凝縮するために冷却して、軽い冷却剤流を形成し;(e)重い冷却剤流および軽い冷却剤流を、一連の熱交換器において自分自身とおよび互いと、ならびにチャージガスと接触熱交換させ、それによりチャージガスは冷却され、重い冷却剤流は冷却され、その後加熱および蒸発させられ、軽い冷却剤流はまず冷却され、少なくとも部分的に凝縮され、次に蒸発させられ;(f)軽い冷却剤流および重い冷却剤流をコンプレッサに戻すステップ。
(c)で得られる重い冷却剤流の一部は好ましくは(b)の冷却で用いられる。軽い冷却剤流は部分的に重い冷却剤流によって凝縮され、さらに自己冷却により凝縮される。場合によっては、コンプレッサは中間段を有する。本方法はエチレン分別装置、脱エタン凝縮装置および脱プロパン凝縮装置の少なくとも1つを冷却するために、重い冷却剤流を用いることを含む。
最終のコンプレッサ段放出におけるプロピレンの組成はしばしば50モル%を超える。重い液体冷却剤流におけるプロピレンの組成は、80モル%を超える場合がある。一部の場合、冷却するための方法は、別のプロピレンおよびエチレン冷却システムを有するカスケード冷却システムを用いる既存のオレフィンプラントの全体の冷却機能を高めるために用いる。
一部の場合、本方法はさらなる冷却デューティを提供するために軽い液体流を用いることを含む。特定の場合、軽い冷却剤蒸気は低い圧力で、エチレン分別凝縮装置に入る液体冷却剤流に注入され、これはエチレン分別凝縮装置への液体冷却剤流の流れを規制するバルブの下流にある。任意に、拡張二成分冷却剤の直接の冷却デューティは、圧力降下後、分別塔の底部で起こるクラッキングヒータへのエタンリサイクルと、分別塔の上から流れる総オーバーヘッド蒸気との間の熱交換によって低下する。別の実施の形態において、拡張二成分冷却剤の直接冷却デューティは、圧力降下の後、分別塔の底部でもたらされるクラッキングヒータへのエタンリサイクルと、エチレン分別凝縮装置に流れる冷却剤との間の熱交換によって減少する。
一部の場合、第1の軽い炭化水素分離塔は脱プロパン化装置であり、脱プロパン化は2つの塔に分けられ、一方がより高い圧力を有する。時には、より高い圧力の塔のオーバーヘッド蒸気は、相互リボイラーにおいて少なくとも部分的に凝縮されて、高い圧力塔への還流を提供する。
一実施の形態において、本発明はさらにチャージガスを脱エタン化するステップを含み、脱エタン凝縮装置はなく、脱エタン化装置への還流は、脱エタン化装置の総オーバーヘッドが分離塔に入る供給トレイ近くで引き出される。チャージャガスは典型的に精製装置のオフガス、プロパンの触媒水素化、または炭化水素の蒸気分解に由来する。
さらなる実施の形態は、拡張二成分冷却剤であり、メタンと、プロピレンおよびプロパンからなるグループから選択されたC3炭化水素との混合物を含み、拡張二成分冷却剤はメタンを10〜40モル%、プロピレンおよびプロパンからなるグループから選択された少なくとも1つのC3炭化水素を60〜90モル%、含む。冷却剤は水素を約2モル%以下含み、メタン、C3炭化水素および水素の合計モル%は100%である。一般に、拡張二成分冷却剤は、約−136℃〜約25℃の温度範囲内において冷却を提供する。
冷却システムおよび方法の目的、配置および利点は、以下の記載により明らかとなる。
オレフィンプラント生産機能の拡張により、さらなる冷却機能が必要な場合に特に適用可能である、冷却システムの第1の実施の形態の概略フロー図である。 新しいオレフィンプラント設計または著しい冷却供給増加を必要とするオレフィンプラントの大きな拡張に適用可能である、拡張二成分冷却概念の一般的な用途の概略フロー図である。 図2の実施の形態で用いられる熱交換概念の一部を示す、概略フロー図である。 図2および図3に示される特定の概念の代替として用いることができる、さらなる熱交換概念を示す概略フロー図である。 オレフィンプラント生産の拡張により、さらなる冷却機能が必要な場合に特に適用可能である別の実施の形態を示す図である。 新しいオレフィンプラントまたは既存のオレフィンプラントの大幅な拡張に用いることができる、拡張二成分冷却システムの別の実施の形態を示す概略フロー図である。
開示される実施の形態は、コンプレッサの最終段から放出される拡張二成分冷却剤を、メタン含有量が豊富化された少なくとも1つの蒸気およびプロピレン濃度が豊富化された少なくとも1つの液体に分離して、さまざまな熱交換段において多様な温度およびレベルの冷却を提供することにかかわる。コンプレッサの放出で分離された蒸気を冷却し、部分的に凝縮して、メタン濃度がさらに豊富化された第2の蒸気を提供することが有利であり得る。拡張二成分システムは、低圧脱メタン化装置を用いるエチレンプラントで使用可能であるばかりでなく、高圧脱メタン化装置を有するエチレンプラントにも適用可能であり、この場合二成分システムは典型的にはプロピレンおよびエチレンの温度レベルでのみ冷却を提供する。すなわち、本システムは、冷却システムによってより低い温度での冷却剤を直接供給することなく、外気温直下から約−100℃の冷却温度レベルを提供する。拡張二成分冷却システムは、冷却を与えるために用いて、精製装置オフガスからエチレンを回収することができる。さらに、本システムはプロピレンおよびプロパンの触媒脱水素化によって生成される副産物のエチレンを回収するために冷却を提供して、ほとんどプロピレンである生成物を形成することができる。本システムは、冷却デューティの温度範囲が外気温から約−136℃の範囲のプロセスに適用可能である。
本発明は、主にエチレンおよびプロピレンの生成用のオレフィンプラントに関連して記載される。一部の場合、まず熱分解ガスが処理されてメタンおよび水素を除去し、さらに処理されて選択されたオレフィンを生成および分離する。エチレンプラントでのガスを極低温度で凝縮および分別することは、広範囲な温度範囲での冷却を必要とする。エチレンプラントでの冷却システムにかかわる資本コストは、全体の工場経費の著しい部分を占め得る。したがって、冷却システムの資本を節減することは、全体の工場経費を著しく減少させることができる。
ここで用いられる「拡張二成分冷却剤」は、2以上異なる炭素数を有する2つの炭化水素を含むが、中間体の炭化水素を含まない冷却システムを指す。たとえば、メタン(C1炭化水素)とプロピレンおよび/またはプロパン(C3炭化水素)とを含む拡張二成分冷却剤は、エチレンまたはエタン(C2炭化水素)を含まない。
高圧脱メタン化装置を有するエチレンプラントは、2.76MPa(400psi)より高い圧力で、オーバーヘッド温度が典型的には−85℃から−100℃の範囲で動作する。典型的には約−100℃から−102℃のエチレン冷却を用いて、総脱メタン化オーバーヘッド蒸気を冷やして還流を生成する。約2.41MPa(350psi)より低く、一般に0.345から1.034MPa(50から150psi)の範囲、および−110℃から−140℃のオーバーヘッド温度で動作する低圧脱メタン化装置で設計されているエチレンプラントは、還流を生成するためにはメタン温度レベルの冷却を必要とする。低圧脱メタン化装置の利点は、より低い合計工場所要電力およびより低い合計工場資本コストであるのに対して、不利点は、より低い冷却温度が必要であり、それゆえエチレンおよびプロピレン冷却システムに加えてメタン冷却システムの必要があることである。C3の分離は外気温から−30℃の範囲の温度を必要とする。これは、拡張二成分温度範囲の上範囲を表わす。
拡張二成分冷却剤は、プロピレンおよび/またはプロパンの混合物を含む。メタンチャージのソースおよび構成に応じて、少量の水素も存在し得る。メタンおよびプロピレンの濃度は、エチレンプラントの分解する供給材料、分解する過酷性、および冷却トレイン圧力や他の考慮点に依存して変動し得るが、圧縮器放出での測定によれば、一般に10から30モル%メタンおよび70から90モル%プロピレンの範囲にある。低圧脱メタン化装置を有するオレフィンプレン用の典型的な組成は、約20モル%メタンおよび約80モル%プロピレンとなる。単一の拡張二成分冷却剤を用いることにより、2つまたは3つの別個の冷却システムの必要を回避しながら、エチレンプラントで必要なすべての冷却ロードおよび温度を提供する。冷却剤は一般に閉ループシステムで循環する。
開示されている実施の形態の目的は、チャージガスから水素およびメタンを分離し、脱メタン化装置用への供給を与えるための必要な冷却を提供することである。任意に、方法は全体のプラントの一部またはすべての他の冷却要件を提供する。
拡張二成分冷却システムを説明する前に、システムを通るチャージガスの流れが特定の温度の例で説明されるが、それは例示のためにのみ含まれているものである。
図1は、能力を増大させるべく既存のオレフィン生産プラントに対して、増分冷却能力を加えるのに有用な拡張二成分冷却システム設計を示す。必要に応じて調整および冷却される熱分解ガスである、冷却トレイン供給16またはチャージガスは、約15℃から20℃の温度および約2から3.5MPA(約280から500psi)の圧力を有し、典型的には蒸気流である。蒸気および液体炭化水素乾燥装置の両方を用いる設計では、冷却トレインへの供給は、蒸気−液体混合物である。この流は、水素、メタン、およびC2、ならびにエチレンおよびプロピレンを含むより重い成分を含む。冷却トレイン供給16は、熱交換器18、19、20および21において冷却システムによって徐々に冷却され、脱メタン化供給物をもたらすために適切な分離がなされる。
冷却トレイン供給16および二成分冷却剤流に加えて、さまざまな温度でのさまざまなエチレンプラント流があり、たとえば流13のように、低温回復のために熱交換器を通るものもある。
図1に示されるシステムは2段階の圧縮を用いて、外気温から約−136℃までの冷却をもたらす。この設計は、プロピレンおよびエチレン冷却の標準的なカスケード、プロピレン、エチレンおよびメタン冷却システムの標準的なカスケード、または混合冷却システムである既存の冷却システムを補完するものである。示される設計は、チャージ冷却および脱メタン化用の冷却のみを提供し、C2およびC3分離用の分別冷却を提供しない。
冷却トレイン供給16は、熱交換器18および19で冷却され、部分的に凝縮され、セパレータ26において蒸気流22および液体流24に分離される。液体流24は脱メタン化装置に流れる。蒸気流22は熱交換器20に流れ、そこで冷却および部分的に凝縮されて、さらにセパレータ32において蒸気流28および液体流30に分離される。液体流30は、中間温度液体流として脱メタン化装置に流れる。つぎに蒸気流28は熱交換器21に流れ、そこで冷却および部分的に凝縮され、セパレータ38において蒸気流34および液体流36に分離される。液体流36は最も低温の脱メタン化供給物である。蒸気流34はさらに冷却(図1に示されていない)され、セパレータ44において水素リッチ流40およびメタンリッチ流42に分離され、低温に戻るためにそれぞれ二成分冷却システム熱交換器ネットワークの交換器21、20、19、18および17にそれぞれ戻される。
拡張二成分冷却コンプレッサ50から流出する拡張二成分コンプレッサ放出流1は一般に少なくとも50モル%のC3炭化水素を含み、残りはメタンである。場合によって、放出流1は60〜90モル%プロピレン(またはプロパン)および10〜40モル%メタン組成を含む。コンプレッサシステムへのメタン構成が、さらなる処理をされずに脱メタン化正味オーバーヘッド蒸気生成物から引き出されると、何らかの水素が含まれ、0.5モル%の水素含有量のコンプレッサ放出において、メタン含有量は少量、たとえば約0.5モル%減少する。水素含有量を減少させることは可能であり、場合によっては望ましい。これは、たとえば冷却システムでの弁調整によって行なわれる。
放出流1は、熱交換器52において水または空気、好ましくは冷却水によって冷却され、部分的に凝縮され、分離ドラム54において分離されて、蒸気流2および液体流3となる。メタンが豊富化された蒸気流2は、分離ドラム54から引き出され、冷却されて、最終的には全部または大部分が熱交換器17から21において凝縮され、さらに必要なら分離ドラム56において分離される。凝縮された軽い冷却剤流4は制御バルブ81を通り、凝縮されていない蒸気5は必要に応じて任意の制御バルブ82を用いて低圧への拡張によって冷却される。温度コントローラ91は、制御バルブ81からの圧力出口を調整する。バルブ82は、流5を制御バルブ81からの放出蒸気と混合させるのに必要な圧力降下を与える。制御バルブ81からの放出圧力を上げ下げすることにより、熱交換器21への温度は、流28の必要な冷却を与えるために、かつ流36を介する脱メタン装置用の最も低い温度の液体供給流を提供するために上げ下げされる。一実施の形態において、流4および5の結合である流6の温度は、圧力降下の後、約−136℃である。
同様に、ドラム32から出力される蒸気流28の温度コントローラ92を用いて、蒸気流8の一部を制御バルブ83に通過させて、結合された、部分的に再度加熱された軽い冷却剤流6と混合させ、冷却を与えて炭化水素を凝縮させ、中間温度脱メタン装置供給流30を形成する。
セパレータ26から流出する蒸気流22の温度コントローラ93も同様に一部の蒸気流10を通過させて、制御バルブ84を通って部分的に再加熱された流9と混合させ、冷却を与えて最も暖かい脱メタン化供給、液体流24を提供する。
流8および10は、熱交換器19および20の相互交換により、流2の冷却によって形成される。これらの流の組成は、流2が冷却されて流8、10および15を形成する間変わらない。セパレータ56からの蒸気および液体は、再度結合されて、流6、9および13の部分となる。
分離ドラム54から流出する重い液体流3は、交換器18における冷却トレイン供給16を冷却するための冷却剤の一部をなし、さらに交換器17および18における軽い冷却剤流2を冷却および部分的に凝縮させる。分離ドラム54から流出する流3は、プロセス流の再加熱により、熱交換器17において冷却され、および流3の冷却された重い冷却剤の一部は流11として低い圧力で通過させられる。流13の残りの部分、すなわち流12の温度コントローラ94は、流11を制御バルブ85に通過させる。流11は、交換器17において蒸発させられ、ドラム77に方向付けられ、次にコンプレッサ50の第2段の吸引に流れる。残りの重い冷却剤流、液体流12は、交換器18においてさらに冷却される。次に、制御バルブ86を通って最も低い冷却剤圧力に下げられ、さらなる冷却を与え、軽い冷却剤流13と混合させられて、流14を形成する。軽い冷却剤流13は全体の軽い冷却剤であり、流6、8および10からなる。流12を流13と混合させることにより、流12の温度は圧力低下によって得られる温度よりも低くなる。流14は次に交換器18で再度加熱され、第1段の圧縮吸引ドラム76に流れ、次に第1段の吸引フローとしてコンプレッサ50に流れる。
図1に示されるプロセスは、単一のコンプレッサならびに本質的にメタンおよびプロピレンからなる冷却剤を用いて、外気温直下から約−136℃の温度までの冷却を提供する。これは連続する炭素数を用いるどの二成分システムの範囲をも超えている。上記のように、図1はオレフィンプラントの拡張用のシステムを示す。この構成では、オレフィンプラントの冷却要件の一部しか満たされていない。
図2は、完全なオレフィンプラント用の拡張二成分冷却システムを示す。オレフィンプラント分離システム設計に伴う処理のすべての冷却要件は、全く新しいプラントであるのか、拡張であるのかを問わず、この構成によって提供することができる。図2は、第1の軽い炭化水素分離蒸留システムとして、フロントエンド脱プロパン化装置を用いるオレフィンプラント設計を示す。しかし、拡張二成分冷却概念は、第1の軽い炭化水素分離塔システムとして、脱メタン化装置または脱エタン化装置を有するオレフィンプラントの冷却要件を供給するために、さらに炭化水素供給に入れられる蒸気クラッカーの生成物を分離および生成し、そこから分解された生成物を生成する他の蒸留および分別概念にも用いることができる。
コンプレッサ150から流出する蒸気流101は、熱交換器152において、冷却水または空気、好ましくは冷却水である外気温冷却媒体によって、外気温近くまで冷却される。混合蒸気および液体流は分離ドラム154に流れ、そこで蒸気流102および液体流103に分離される。一実施の形態において、蒸気流101は約10から40モル%メタン、または約20から30モル%メタン、および約60から90モル%プロピレンまたは約70から80モル%プロピレンの組成を有する。この組成は、蒸気クラッキングヒータへの供給材料および炭化水素が分解される条件、ならびにさらなるオレフィン含有流が生成物の回収のためにオレフィンプラントに流れるか否かに依存する。さらに、冷却剤は主にメタンおよびプロピレンの二成分の混合物であるが、メタンチャージのソースおよび構成の結果として何らかの水素と、拡張二成分冷却システムへのプロピレンチャージのソースおよび構成の結果として何らかのプロパンも含み得ることは認識される。
一部の場合、セパレータ154から流出する蒸気流102は、クラッキングヒータから流出する0.50から0.55重量プロピレン対エチレン比において、典型的なナフタクラッカーに対して52から55モル%の公称メタン濃度を有する。より軽い炭化水素供給材料およびより高いクラッキングヒータの分解過酷性では、メタン濃度は65モル%まで増加し得る。より低い過酷性で分解されるより重い供給材料では、濃度は45モル%に減少し得る。
セパレータ154から流出する液体流103は、時には80から90モル%の公称ポリピレン濃度を有する。処理条件が変動すれば、プロピレン濃度は70から75モル%の低い濃度から92モル%の高い濃度となり得る。
液体流103の一部、流104は、典型的にはコアまたは真鍮が被覆されたアルミニウム交換器設計である熱交換器117で冷却される。冷却は、プロセス流106を含む、利用可能であり得る処理再加熱により提供され、さらに流111としての冷却流104の一部を制御バルブ181に通過させ、後で圧力および温度を下げ、この流を用いて流102および104を冷却するために、ならびに流123を含む、必要に応じた他のプロセスロードを冷却するために、用いられる。この蒸気流111は、コンプレッサの第2段放出ドラム177に流れる。
流104の残りは、流111からの引き出し下げの後は流112となり、この流は交換器118で冷却される。交換器118を出ると、冷却された流119はバルブ182を通り、圧力および温度の減少がもたらされ、次に交換器118に戻って、次のコンプレッサ第2段吸引ドラム176に流れる前に蒸気となり、再加熱される。冷却は流125のように、利用可能であり得るプロセス再加熱によっても与えられる。与えられる冷却は、流127のように、必要なプロセス流を冷却するために、さらに流102を冷却するために、用いられる。
冷却され、熱交換器117および118において部分的に凝縮された蒸気流102はさらに冷却され、交換器119、120および121での冷却により完全にまたはほとんど凝縮される。熱交換器119での冷却は、流129を含む、利用可能であり得るプロセス再加熱により提供され、さらに冷却された流102の第1の部分を、流110として、バルブ183を通過させ、圧力減少は拡張二成分冷却コンプレッサ150の吸引圧力近くまで下げられる。流102の残りの部分は流107であり、熱交換器120を通った後、この流の部分は流108として制御バルブ184を通る。流107の残りの部分は流115であり、この流は熱交換器121において冷却される。交換器121を出た流115はバルブ185を通り、圧力および温度両方が低下する。この流はシステムの中で最も低い温度を表わす。図1のシステムのように、これは流128を冷却することにより最も低温の脱メタン化装置の供給を生成し、液体流136を形成する。この部分的に再加熱された流115は流108と結合されて、流109を形成する。図2には示されていないが、流122、128および134には温度コントローラがあり、脱メタン化装置への供給130および124の形成を確実にするために、抽出バルブ183、184および185を調整する。
流109は熱交換器120において、流133を含む、利用可能であればプロセス再加熱を用いて部分的に再加熱され、流110と合流し、合流した流113は熱交換器119において再加熱される。与えられる冷却を用いて、冷却トレイン供給116を冷却および部分的に凝縮し、交換器119から流出して分離ドラム126に流れる。液体流124は分離され、脱メタン化装置に流れる。セパレータ126から流出する蒸気流122は熱交換器120に流れ、そこで冷却され、部分的に凝縮され、次に分離ドラム132に流れる。ドラム132において、流122は液体流130および蒸気流128に分離される。液体流130は、中間温度供給として脱メタン化装置に流れる。
蒸気流128は分離ドラム132から流出して、熱交換器121に流れ、そこでさらに冷却および部分的に凝縮される。熱交換器121から流出する流は、分離ドラム138において液体流136および蒸気流134に分離される。液体流136は最も低温なフィードとして脱メタン化装置に流れる。蒸気流134はさらに処理されて水素リッチおよびメタンリッチな流に分離される。流128の冷却は、流131を含む利用可能な処理再加熱によって、さらにバルブ185を通る流115の圧力降下、ならびに熱交換器121における再加熱および部分的蒸発によって与えられる。
この設計において、脱メタン化オーバーヘッド凝縮装置は設けられていない。なぜなら、流136は十分に低い温度に冷却されるので、還流は必要ないからである。したがって、脱メタン化装置はストリッピングカラムである。本実施の形態は、別のプロセス設計アプローチとして、脱メタン化総オーバーヘッド蒸気を冷却して還流を提供するよう構成することもできる。
液体流105は流103から引き出され、制御バルブ186を通って圧力が低減され、低圧脱プロパン化凝縮装置142用の冷却を与える。蒸発の後、流105は蒸発流112と合流し、流114となる。この流は流168と合流し、流169となり、拡張二成分冷却コンプレッサ第2段吸引ドラム176に流れる。
コンプレッサ150からの第2段放出蒸気153は、交換器140において冷却水によって冷却され、次に蒸気流111と合流して流154となり、拡張二成分冷却第2段放出ドラム177に流れることになる。流156はドラム177を出て、この流の一部である流158は、第3段吸引フローとして、拡張二成分冷却コンプレッサ150に戻る。残りの部分160はまずエチレン分別リボイラー162に流れ、次にエチレン分別横リボイラー164に流れ、そこで全部ではないが大部分が分離ドラム166に流れる前に凝縮される。
分離ドラム166から流出する蒸気流168は再加熱された流114と合流し、拡張二成分冷却コンプレッサ第2段吸引ドラム176に流れる。ドラム176から流出する蒸気流170は、コンプレッサ150への第2段吸引フローである。
ドラム166から流出する液体流172は熱交換器175で加熱され、次にバルブ187を通ることにより、拡張二成分冷却コンプレッサ第1段吸引の吸引圧力近くまで減圧される。拡張流は次に流113と合流し、流174を形成し、混合蒸気および液体流となる。より高いメタン濃度の再加熱流113は、拡張流172に注入されると、合流拡張流174の温度をさらに下げる。流174はエチレン分別オーバーヘッド凝縮装置178に流れ、蒸発により冷却を与え、還流を凝縮させて、エタンからポリマーグレードエチレンの分離が可能となる。流172への流113の注入により、流174の圧力をより高くしながら、熱交換器175において経済的に温度差異を維持することができる。蒸気流174がドラム179に流れその後拡張二成分冷却コンプレッサ150への吸引フローとなると、より高い圧力により、冷却コンプレッサ150で要する電力が下げられる。
図2に示されるプロセス設計は、拡張二成分冷却コンプレッサでの蒸気および液体フローの均衡を促進する熱交換概念を用いる。エチレン分別装置の底部からのエタンリサイクルは、クラッキングヒータの入口圧力近くまで低減させられ、エチレン分別装置のオーバーヘッドに位置付けられる交換器175において蒸気となり、交換器178のデューティを下げ、交換器178に流れる冷却剤172を冷却する。拡張二成分冷却コンプレッサ150の第2段からの蒸気引き出し160を用いることにより、さらなるプロセス加熱における柔軟性を可能にし、それによりシステムは図2のようなより小さい拡張と比べて、新しいオレフィンユニットまたは大規模の拡張用の冷却を与えるためのより広いデューティ範囲を有する。
図3において、C2分別システムは、脱エタン化装置204からの総供給物202をエチレン生成物206、エタンリサイクル208、および還流流210に分ける。エタンリサイクル流208はバルブ281を通り、クラッキングヒータ入口圧力近くまでに減圧され、熱交換器212を通る。熱交換器212において、ドラム166(図2)からの流172′はバルブ214(187′)および熱交換器216(178′図2)を通る前に冷却される。熱交換器212で起こる副冷却は、216(178′)のC2分別凝縮デューティに必要な流172′の要求流速を下げる。
図3はC2分別装置218に対する脱エタン化装置204の関係を示す。重要なのは、脱エタン化装置からのオーバーヘッド流222用にはオーバーヘッド凝縮装置がないことである。脱エタン装置204への還流は、脱エタン装置204からの総供給、流222がC2分別装置218に入る点またはそのすぐ下の点で、C2分別装置から引き出される流210によって与えられる。流219は熱交換器216で冷却され、ドラム232に送られる。ドラム232からの流219の一部は、流230として分別装置の上に戻り、残りは流206においてエチレン生成物として取除かれる。このような脱エタン化装置204およびC2分別装置218の統合により、拡張二成分冷却システムの設計および動作が促進される。
図3はさらに相互リボイラー220を示す。この相互リボイラーへの供給は、供給流222の入力点より低い、塔のある点であって、底部リボイラー224への流225の引き出しより上にある。脱プロパン装置からの総オーバーヘッド流226は相互リボイラー220において冷却および部分的に凝縮される。このようにC2分別装置と統合することにより、交換器142(図2)の負荷が減少する。これによりシステムが柔軟となり、重い液体冷却剤流103から引き出され、第2の圧縮段にリサイクルされる流105の流れを減少させる。これにより、コンプレッサ150の所要電力が減少する。相互リボイラー220からの流228は、蒸気および液体の混合物であり、ドラムに送られて、還流から蒸気生成物を分離する。流228は通常の動作もしくは開始要件を満たすために、またはその両方を満たすために、この蒸気−液体分離の前に、他の熱交換器でさらに冷却されてもよい。
図4は図3の処理構成の変形を示す。この構成において、C2分別装置318の底部から引き出されるエタンリサイクルである流308はバルブ330を通って、クラッキングヒータ入口圧力近くまで下げられ、熱交換器316に渡され、ここでC2リサイクルは塔318のオーバーヘッドから流出する流319を部分的に凝縮することにより蒸気となる。ドラム366からの流172″の流れは、交換器312で必要なデューティが交換器316のデューティによって下げられると、減少する。図2でわかるように、このフロー(図2の172)を減少することにより、流153として第2段の放出から引き出される正味の蒸気を減らす。これはシステムを通る二成分冷却剤の全体的な流を減少させ、コンプレッサ150に必要な電力を下げる。
正味の冷却負荷および消費電力は、図3および図4の熱交換概念を用いることにより減少する。これらの概念は、拡張二成分冷却システムの総流量を減少させ、それによりシステムに対する、具体的にはコンプレッサに対する蒸気および液体負荷をすり合わさせる要件を減少させることにより、拡張二成分冷却コンプレッサのプロセス設計および動作を容易にするさらなる利点を有する。
図5は図1のスキームに対する代替を示す。図5のプロセススキームでは、蒸気流402および液体流403が分離ドラム454から出力される。最終のコンプレッサ放出401はさらに熱交換によって冷却することができ、これは流406として重い液体流403の一部を引き出し、この引き出された液体の圧力をバルブ481の通過により減少させ、熱交換器408において部分的に冷却された流401との熱交換が行なわれ、これは冷却水交換器452の下流になる。この構成により、ドラム454に入る冷却された流401の温度は、冷却水交換器452を出た時の流401の温度よりも低い。交換器408から出て流411と合流した蒸気流406は流412を形成し、第2段吸引ドラム476に方向付けられ、第2の吸引においてコンプレッサ450に入る。セパレータ454からの残りの液体流404は、熱交換器417を通って運ばれる。この代替の構成により、コンプレッサ450から流出する全体のフローはより多く、合流システムから同じ程度のプロセス冷却を達成するのに、図1に示される処理よりも圧力が低いという利点がある。こうして体積流れは大幅に増加し、これはコンプレッサ放出容量流れが比較的低く、非能率的な遠心式コンプレッサ設計をもたらす場合に有利である。
図6は図2のプロセススキームの代替を示し、コンプレッサ550からの最終放出流501は冷却され、ドラム554において液体流503および蒸気流502に分離される。流501のさらなる冷却は、流506として重い流体流503の一部を引き出し、この引き出された液体はバルブ581を通って圧力が減少させられ、交換器508において流501(冷却水交換器552出力後)と熱交換することにより行なわれ、それによりドラム554に入る冷却された流501の温度は、冷却水交換器552から流出する流501の温度よりも低い。流506は流511と合流して、流507を形成し、これは流554の一部として、第2段放出ドラム577に方向付けられ、この一部分は第3段吸引の流513においてコンプレッサ550に入る。ドラム577から流出する残りの流554は流514を形成し、流505および512と合流して、エチレン分別リボイラーおよびエチレン分別横リボイラーのプロセスデューティを与えた後、流570のコンプレッサ550の第2段への供給を形成する。セパレータ554からの残りの液体流504は熱交換器517を通って運ばれる。この代替の構成は、コンプレッサ550を出る総フローはより多く、図2のスキームの圧力よりも低いという利点がある。こうして体積流れは大きく増加し、これは能率的なコンプレッサ設計を与えるにはコンプレッサ放出容量フローが小さすぎる場合に有利となる。このより高いフローは、図2のように3つではなく、2つの圧縮段を必要とする図5に示されるプロセスよりも高い圧力を有する。リサイクル流506は最終的には第2段放出ドラム(第3段吸引)に方向付けられる。
コンピュータ化されたプロセスシミュレーションが行なわれ、19モル%メタンおよび80.5モル%プロピレン(0.5モル%水素ガスをも含む)からなる拡張二成分冷却剤が、図1に示されるプロセスの冷却剤として用いられた。軽い冷却剤流2、重い冷却剤流3、およびコンプレッサの吸引段のそれぞれの圧力および組成は、以下の表1に示される。拡張二成分冷却剤は、低圧脱メタン化装置を有するエチレンプラントでの優れた冷却を提供し、さらに高圧脱メタン化装置を用いるプラントでも用いることができる。

Claims (38)

  1. 方法であって、メタンと、プロピレンおよびプロパンからなるグループから選択されたC3炭化水素との混合物を含む拡張二成分冷却剤を用いて供給ガスを冷却するステップを備え、前記拡張二成分冷却剤は第1段および最終段を有する多段コンプレッサで圧縮され、最終段の放出は少なくとも60モル%のC3炭化水素を含み、圧縮の後液体冷却流およびガス状冷却流に分割される、方法。
  2. 前記C3炭化水素はプロピレンである、請求項1に記載の方法。
  3. 前記C3炭化水素の少なくとも90重量%はプロピレンである、請求項2に記載の方法。
  4. 前記最終段放出は、10〜40モル%メタンおよび60〜90モル%C3炭化水素を含む、請求項1に記載の方法。
  5. 前記最終段放出は、15〜25モル%メタンおよび75〜85モル%プロピレンを含む、請求項2に記載の方法。
  6. 前記拡張二成分冷却剤は、18〜22モル%メタンおよび78〜82モル%プロピレンを含む、請求項2に記載の方法。
  7. 拡張二成分冷却剤は、約−136℃から約25℃の温度範囲内での冷却を与えることができる、請求項1に記載の方法。
  8. 前記供給ガスはオレフィンを含み、方法は前記オレフィンを分別により前記冷却された供給ガスから除去するステップを備える、請求項1に記載の方法。
  9. 前記オレフィンはエチレンである、請求項8に記載の方法。
  10. 前記供給ガスは水素およびメタンをさらに含む、請求項8に記載の方法。
  11. 前記最終段放出は、10〜40モル%メタンおよび60〜90モル%C3炭化水素を含む、請求項8に記載の方法。
  12. 拡張二成分冷却剤で冷却するための方法であって、
    (a) 拡張二成分冷却剤蒸気を生成するために、多段コンプレッサにおいて、メタンを10〜40モル%と、プロピレンおよびプロパンからなるグループから選択された少なくとも1つのC3炭化水素を60〜90モル%とを含む混合物を圧縮するステップと、
    (b) 前記拡張二成分冷却剤蒸気を冷却してその一部を凝縮させ、蒸気のメタンリッチ二成分冷却剤流と液体C3炭化水素リッチ二成分冷却剤流とを与えるステップと、
    (c) 前記メタンリッチ二成分冷却剤流および前記C3炭化水素リッチ二成分冷却剤流を用いて冷却を行なうステップと、
    (d)前記メタンリッチ二成分冷却剤流および前記C3炭化水素リッチ二成分冷却剤流を前記多段コンプレッサに戻すステップとを備える、方法。
  13. 前記メタンリッチ二成分冷却剤流および前記C3炭化水素リッチ二成分冷却剤流は、水素、メタンおよびエチレンを含むチャージガスを冷却する、請求項12に記載の方法。
  14. 前記チャージガスはエチレンを生成するために用いられる、請求項13に記載の方法。
  15. 拡張二成分冷却剤は、約−136℃から約25℃の範囲内での冷却を与えることができる、請求項12に記載の方法。
  16. 水素、メタンおよびエチレンを含むチャージガスからオレフィンを生成するための方法において、前記チャージガスは一連の熱交換器を有する冷却システムによって冷却され、前記チャージガスを冷却するための方法は、
    (a) 第1段および最終段を有し、最終段放出がある多段コンプレッサにおいて、メタンと、プロピレンおよびプロパンからなるグループから選択されたC3炭化水素とを含む拡張二成分冷却剤蒸気を圧縮するステップと、
    (b) 前記最終段放出から前記拡張二成分冷却剤蒸気の一部を凝縮するために冷却し、残余拡張二成分冷却剤蒸気と、前記選択された混合よりもより多くの割合のプロピレンを有する重い冷却剤流とを形成するステップと、
    (c) セパレータにおいて、前記重い冷却剤流を前記残余拡張二成分冷却剤蒸気から分離するステップと、
    (d) 前記セパレータからの前記残余拡張二成分冷却剤蒸気の少なくとも一部を凝縮するために冷却し、軽い冷却剤流を形成するステップと、
    (e) 前記重い冷却剤流および前記軽い冷却剤流を、前記一連の熱交換器において、自分自身と、および互いと、ならびに前記チャージャガスと接触熱交換させ、それにより前記チャージガスは冷却され、前記重い冷却剤流は冷却され、つぎに加熱および蒸発させられ、前記軽い冷却剤流はまず冷却され、少なくとも部分的に凝縮され、次に蒸発させられるステップと、
    (f) 前記軽い冷却剤流および前記重い冷却剤流を前記コンプレッサに戻すステップとを備える、方法。
  17. 前記二成分冷却剤蒸気の少なくとも一部を凝縮するための前記冷却は、冷却水で冷却することを含む、請求項16に記載の方法。
  18. (c)で得られる前記重い冷却剤流の一部は、(b)において冷却に用いられる、請求項16に記載の方法。
  19. 前記軽い冷却剤流は、前記重い冷却剤流によって部分的に凝縮され、さらに自己冷却により凝縮される、請求項16に記載の方法。
  20. コンプレッサは中間段をさらに含む、請求項16に記載の方法。
  21. エチレン分別リボイラー、脱エタン化凝縮装置、および脱プロパン化凝縮装置の少なくとも1つを冷却するために、前記重い冷却剤流の一部を用いることをさらに含む、請求項20に記載の方法。
  22. 前記最終段放出のプロピレン含有量は50モル%を超える、請求項16に記載の方法。
  23. 前記液体冷却剤流のプロピレン含有量は、80モル%を超える、請求項16に記載の方法。
  24. 拡張二成分冷却剤は、約−136℃から約25℃の温度範囲内での冷却を与えることができる、請求項16に記載の方法。
  25. 前記冷却するための方法は、別個のプロピレンおよびエチレン冷却システムを有するカスケード冷却システムを用いる既存のオレフィンプラントの全体の冷却能力を増やすため
    に用いられる、請求項16に記載の方法。
  26. さらなる冷却デューティを与えるために、(f)で形成された液体流を用いることをさらに含む、請求項16に記載の方法。
  27. 前記軽い冷却剤は、低圧で、チレン分別凝縮装置への前記液体冷却剤流の流れを規制するバルブの下流において、前記エチレン分別凝縮装置に入る液体冷却剤流に注入される、請求項16に記載の方法。
  28. 前記拡張二成分冷却剤の直接冷却デューティは、圧力降下の後、別塔の底部でもたらされるクラッキングヒータへのエタンリサイクルと、前記分別塔の上から流れる総オーバーヘッド蒸気との間の熱交換によって減少する、請求項16に記載の方法。
  29. 前記拡張二成分冷却剤の直接冷却デューティは、圧力降下の後、別塔の底部でもたらされるクラッキングヒータへのエタンリサイクルと、エチレン分別凝縮装置に流れる前記冷却剤との間の熱交換によって減少する、請求項16に記載の方法。
  30. 第1の軽い炭化水素分離塔は、異なる圧力の2つの塔を含む脱プロパン化装置であり、より高い圧力の塔のオーバーヘッド蒸気は、相互リボイラーにおいて少なくとも一部が凝縮されて、より高い圧力の塔への還流を与える、請求項16に記載の方法。
  31. 前記チャージガスを脱エタン化するステップをさらに備え、脱エタン化凝縮装置は設けられず、前記脱エタン化凝縮装置への還流は、脱エタン化総オーバーヘッドが別塔に入る供給トレイ近くで引出される、請求項16に記載の方法。
  32. 前記コンプレッサから流出する前記拡張二成分冷却剤蒸気は、1モル%以下の水素を含む、請求項16に記載の方法。
  33. 前記コンプレッサから流出する前記拡張二成分冷却剤蒸気は10モル%以下のプロパンを含む、請求項16に記載の方法。
  34. 前記拡張二成分冷却剤は、別個のプロピレンおよびエチレン冷却システムを有するカスケード冷却システムの代わりとなることにより、既存のオレフィンプラントの全体の冷却能力を増やすよう構成されている、請求項20に記載の方法。
  35. 拡張二成分冷却剤であって、メタンと、プロピレンおよびプロパンからなるグループから選択されたC3炭化水素との混合を含み、拡張二成分冷却剤はメタンを10〜40モル%、プロピレンおよびプロパンからなるグループから選択された少なくとも1つのC3炭化水素を60〜90モル%含み、さらに約2モル%以下の水素を含み、メタン、C3炭化水素、および水素の合計モル%は100%である、拡張二成分冷却剤。
  36. C3炭化水素はプロピレンである、請求項35に記載の拡張二成分冷却剤。
  37. 冷却剤は、約−136℃から約25℃の温度範囲内での冷却を与えることができる、請求項35に記載の拡張二成分冷却剤
  38. 前記冷却剤は15〜25モル%のメタンおよび75〜85モル%のプロピレンを含む、請求項35に記載の拡張二成分冷却剤。
JP2011522031A 2008-08-06 2008-08-06 拡張二成分冷却システムを用いた冷却方法 Active JP5481480B2 (ja)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/US2008/009418 WO2010016815A2 (en) 2008-08-06 2008-08-06 Method of cooling using extended binary refrigeration system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2012503753A JP2012503753A (ja) 2012-02-09
JP5481480B2 true JP5481480B2 (ja) 2014-04-23

Family

ID=41664118

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011522031A Active JP5481480B2 (ja) 2008-08-06 2008-08-06 拡張二成分冷却システムを用いた冷却方法

Country Status (11)

Country Link
US (2) US20110146342A1 (ja)
EP (1) EP2326899B1 (ja)
JP (1) JP5481480B2 (ja)
KR (1) KR101310456B1 (ja)
CN (1) CN102216710B (ja)
BR (1) BRPI0823027B1 (ja)
CA (1) CA2731560C (ja)
ES (1) ES2632130T3 (ja)
MX (1) MX2011001335A (ja)
MY (1) MY180003A (ja)
WO (1) WO2010016815A2 (ja)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102393126B (zh) * 2011-10-25 2013-11-06 中国寰球工程公司 双循环混合冷剂的天然气液化系统和方法
AU2013203120B2 (en) * 2012-09-18 2014-09-04 Woodside Energy Technologies Pty Ltd Production of ethane for startup of an lng train
US10443932B2 (en) * 2016-05-31 2019-10-15 Linde Aktiengesellschaft Refrigerant vent rectifier and efficiency booster
ES2882206T3 (es) * 2017-01-02 2021-12-01 Sabic Global Technologies Bv Sistema de refrigeración de la planta de etileno
US20220018597A1 (en) * 2017-05-21 2022-01-20 EnFlex, Inc. Process for Separating Hydrogen from an Olefin Hydrocarbon Effluent Vapor Stream
US20200290939A1 (en) 2017-11-13 2020-09-17 Sabic Global Technologies B.V. Methods and systems for olefin production
WO2019102305A1 (en) 2017-11-27 2019-05-31 Sabic Global Technologies B.V. Methods and systems using a reactor effluent expander for olefin production
CN111895723B (zh) * 2019-05-06 2022-06-21 中国石化工程建设有限公司 一种丙烷脱氢制丙烯反应生成气的分离装置及分离方法
CN114616043A (zh) 2019-09-10 2022-06-10 凯洛格·布朗及鲁特有限公司 丙烷脱氢系统中反应器进料的制冷回收

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3914949A (en) * 1971-02-19 1975-10-28 Chicago Bridge & Iron Co Method and apparatus for liquefying gases
DE2820212A1 (de) * 1978-05-09 1979-11-22 Linde Ag Verfahren zum verfluessigen von erdgas
US4256476A (en) * 1979-05-04 1981-03-17 Hydrocarbon Research, Inc. Low temperature process for the recovery of ethane from thermal hydrocracking vent gases
US4738699A (en) * 1982-03-10 1988-04-19 Flexivol, Inc. Process for recovering ethane, propane and heavier hydrocarbons from a natural gas stream
CN1004228B (zh) * 1985-04-01 1989-05-17 气体产品与化学公司 两种混合致冷剂液化天然气的方法和设备
US5157925A (en) * 1991-09-06 1992-10-27 Exxon Production Research Company Light end enhanced refrigeration loop
US5342509A (en) * 1992-09-24 1994-08-30 Exxon Chemical Patents Inc. Fouling reducing dual pressure fractional distillator
DE69500473T2 (de) * 1994-02-04 1997-12-04 Air Prod & Chem Verfahren zur Rückgewinnung von Ethylen mit gemischtem Kühlmittelumlauf
US5679241A (en) * 1995-05-17 1997-10-21 Abb Lummus Global Inc. Olefin plant recovery system employing catalytic distillation
US5746066A (en) * 1996-09-17 1998-05-05 Manley; David B. Pre-fractionation of cracked gas or olefins fractionation by one or two mixed refrigerant loops and cooling water
US5979177A (en) * 1998-01-06 1999-11-09 Abb Lummus Global Inc. Ethylene plant refrigeration system
US7310971B2 (en) * 2004-10-25 2007-12-25 Conocophillips Company LNG system employing optimized heat exchangers to provide liquid reflux stream
US20020174679A1 (en) * 2001-05-22 2002-11-28 Wei Vitus Tuan Ethylene plant refrigeration system
US6705113B2 (en) * 2002-04-11 2004-03-16 Abb Lummus Global Inc. Olefin plant refrigeration system
US6637237B1 (en) * 2002-04-11 2003-10-28 Abb Lummus Global Inc. Olefin plant refrigeration system
US7223895B2 (en) * 2003-11-18 2007-05-29 Abb Lummus Global Inc. Production of propylene from steam cracking of hydrocarbons, particularly ethane
US7082787B2 (en) 2004-03-09 2006-08-01 Bp Corporation North America Inc. Refrigeration system
US20070227185A1 (en) * 2004-06-23 2007-10-04 Stone John B Mixed Refrigerant Liquefaction Process
US7152428B2 (en) * 2004-07-30 2006-12-26 Bp Corporation North America Inc. Refrigeration system

Also Published As

Publication number Publication date
CA2731560C (en) 2014-12-23
EP2326899B1 (en) 2017-04-05
US20160282043A1 (en) 2016-09-29
US9909804B2 (en) 2018-03-06
KR20110038164A (ko) 2011-04-13
WO2010016815A3 (en) 2012-11-22
CA2731560A1 (en) 2010-02-11
ES2632130T3 (es) 2017-09-11
BRPI0823027B1 (pt) 2020-09-01
KR101310456B1 (ko) 2013-09-24
CN102216710A (zh) 2011-10-12
WO2010016815A2 (en) 2010-02-11
MX2011001335A (es) 2011-04-26
JP2012503753A (ja) 2012-02-09
CN102216710B (zh) 2014-09-03
US20110146342A1 (en) 2011-06-23
MY180003A (en) 2020-11-19
BRPI0823027A2 (pt) 2015-07-28
EP2326899A2 (en) 2011-06-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5481480B2 (ja) 拡張二成分冷却システムを用いた冷却方法
US9534837B2 (en) Nitrogen removal with ISO-pressure open refrigeration natural gas liquids recovery
US6516631B1 (en) Hydrocarbon gas processing
JP3724840B2 (ja) 炭化水素流からのオレフィン回収法
US7082787B2 (en) Refrigeration system
CA1097564A (en) Process for the recovery of ethane and heavier hydrocarbon components from methane-rich gases
JP2007524578A (ja) 炭化水素ガス処理
US20110036120A1 (en) Method and apparatus for recovering and fractionating a mixed hydrocarbon feed stream
US20120304690A1 (en) ISO-Pressure Open Refrigeration NGL Recovery
JP5793139B2 (ja) 炭化水素ガス処理
RU2688533C1 (ru) Установка нтдр для комплексной подготовки газа и получения спг и способ ее работы
US3320754A (en) Demethanization in ethylene recovery with condensed methane used as reflux and heat exchange medium
JP5802259B2 (ja) 炭化水素ガス処理
RU2395046C2 (ru) Способ низкотемпературного разделения содержащего углеводороды массопотока
CN110831689B (zh) 用于分离处理起始混合物的工艺和设备
US20180087833A1 (en) Process for removing nitrogen from high-flow natural gas

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20121106

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130820

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20131003

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140121

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140217

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5481480

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250