JP5697267B2 - 蒸発性の液体について同時に蒸発と配量を行うための装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、蒸発性の液体について同時に蒸発と配量を行うための装置及び方法に関するものである。特に、液体が配量して蒸発させられ、これにより生じるガス相は、他の気体あるいは蒸気を内包するガスチャンバに充填される。

特に、本発明は、蒸気状の炭化水素の一部凝縮（液化）した大きな流れに蒸発性の液体を少量ずつ配量することに関するものである。ここで、炭化水素の流れは、原油蒸留装置内の酸又は水と共に酸を生成する物質を化学的に化合又は中和するために、特に原油蒸留装置におけるヘッド部における水蒸気成分を含んでいる。

これは、所定の添加剤、すなわちアミンを配量しつつ供給することにより達成される。特に、このような添加剤としては、トリメチルアミン（ＴＭＡ）が適している。しかしながら、このトリメチルアミンは高い可燃性を有するとともに、アミンは、一般的に、遊離の際に深刻なにおいに関する問題を引き起こす。

上述のような蒸発性の液体を配量するための従来技術は特別に開発された配量装置であり、配量はダイヤフラムポンプを介してなされるようになっている。そして、往復行程量及びチャンバ容積により供給体積を計測することができる。しかしながら、このような構造は、以下のような欠点を有している。すなわち、原油蒸留装置のヘッド部における配量位置での圧力により配量管路の圧力レベルである約３bar（絶対圧力）が決定されるが、トリメチルアミンの蒸発温度（沸点）は２．５bar（絶対圧力）で３０℃であり、３barにおいてはトリメチルアミンの蒸発温度は３５℃を超えてしまう。そうすると、蒸発室の温度が確実にこの温度を上回らない限り、蒸気の発生を保証することができない。そして、通常、中央ヨーロッパにおける外気温はこの温度より低いため、蒸発させるために、例えば熱を加えるなどの補助手段が必要となってしまう。

また、原油蒸留装置の高さは約４０ｍあり、該原油蒸留装置は、その大きさのために、屋外に設置されているとともに、気候の変化、特に温度変化にさらされている。そのため、外気温が低い場合には、上述のような問題が深刻なものとなってしまう。

従来技術に基づく上述の配量装置は、原油蒸留装置のヘッド部における蒸気の主流に対する連続的かつ一定の配量割合を保証できないものとなっている。また、この従来技術による配量装置の欠点は、採用されたポンプ技術にもある。すなわち、ダイヤフラムポンプの動作時間は、ダイヤフラムが耐えることのできる繰返し荷重の回数によって制限されてしまう。そのため、最適なメンテナンスにおいて、高い可燃性を有し、かつ、においの強い物質を含むシステムを定期的に開放する必要が生じる。

したがって、本発明の目的とするところは、連続的かつ正確な配量正確性が保証されるとともに、添加剤をガス状かつ配量して配量位置へ供給することが可能な装置及び方法を提供することにある。

上記目的は、請求項１記載の発明により達成される。

上記のような目的を達成するこのような装置に対する要求は大きい。最適な効果を得るためには、ガス状の添加剤を連続的に供給することが必要である。原油蒸留装置において使用する場合には、配分量が十分でないと、炭化水素流に含まれる酸又は特に塩化物である、酸を形成する物質が大きな腐食の問題を引き起こすことになる。一方、後続配置されたオレフィン装置において場合によっては重大な損傷をもたらす可能性のある化合物が形成されるため、過剰な配分量も同様に避ける必要がある。また、においの問題の観点から、配量システム全体をシールすることも必要である。

上記目的を達成するため、本発明による装置は、管路（配管）によって互いに接続された複数の構成部材、すなわち少なくとも１つのリザーバ、質量計測器、コントロールバルブ及び供給装置を備えている。

リザーバは蒸発性の液体又は添加剤を貯留するものであり、添加剤は、通常、外部からこのリザーバへ供給される。このリザーバについては、本発明による装置と着脱自在に設けることが考えられる。これは、同様な構造の交換用リザーバについても同様である。また、リザーバは、本発明による装置が必要とする技術的な要求を満たすようそのサイズ、構造及び材料が設定されている。なお、適当な容器の選択又は作成については、当業者が適宜行えばよい。

また、各配管ごとのリザーバに後続配置された質量計測器は、単位時間当たりどれくらいの蒸発性の液体がリザーバに収容されるかを計測するものであり、一般に入手可能である。

また、各配管ごとの質量計測器に後続配置されたコントロールバルブは、所定の配分量に調整した上で、この所定の配分量を供給するものとなっている。

さらに、各配管ごとのコントロールバルブに後続配置された供給装置によって、コントロールバルブと配量位置の間の管路にキャリアガスを供給することが可能となっている。供給されたこのキャリアガスにより、添加剤の蒸発が促進される。そのため、供給装置を、できる限りシールしつつコントロールバルブにおいて設けることが可能である。

本発明の一実施形態は、リザーバをこれと平行な他のリザーバに接続したことを特徴としている。このような構成は、連続的な配量を保証するのに好ましいものとなっている。また、このような構成は、空になったリザーバをこれと平行に設けられた充填済みのリザーバに切り換えることで得られる。そして、このように空のリザーバを充填済みのリザーバに切り換えることができるよう、リザーバと質量計測器の間の管路に介装された充填状態監視ユニットが設けられている。充填状態監視ユニットを適当な制御部に接続し、上記切換を自動で行うようにすることが考えられる。

蒸発性の液体は、標準状態においてガス状（気体状）である。特に添加剤の上記リザーバへの供給あるいは搬送や、質量計測に当たって、液体状態を前提として選択された技術などの様々な理由から、リザーバは、目標温度において添加剤が常にリザーバ内で常に凝集状態である限り、不活性ガスによって大気圧より大きな圧力下に置かれる。ここで、適当な不活性ガスは当業者にとってよく知られている。不活性ガスの適性は使用形態ごとに異なるが、トリメチルアミンとの組合せにおいて、原油蒸留装置のヘッド部における蒸気を中和するための添加剤としては、好適な不活性ガスとして窒素が挙げられる。

また、原油蒸留装置のヘッド部に配量位置がある場合には、この原油蒸留装置のヘッド部における蒸気を中和するに際して、トリメチルアミンなどの適当な添加剤を用いるのが好ましい。このとき、配量位置は、直接原油蒸留装置のヘッド部に設けられていてもよいし、ヘッド部における排出用蒸気管路の入口近傍に設けられていてもよい。

リザーバから質量計測器へ延在する管路には開閉弁が設けられており、この開閉弁は、本発明による装置における空になったリザーバの分離及び／又は蒸発性の液体で充填されたリザーバへの切換を行うものとなっている。また、液体の蒸発を確実なものとするため、及び凝縮の防止のために、コントロールバルブと配量位置の間の管路における少なくとも一部には加熱装置が設けられている。例えば原油蒸留装置における上述のような気候環境のために、供給装置と配量位置の間に加熱装置を設けるのが好ましい。ここで、適当な加熱装置は当業者にとって公知であるが、例えば電流により動作する加熱装置とすることが考えられる。また、管路を蒸気などの他の媒体で加熱するようにしてもよい。

一方、外部からの熱によるリザーバ（容器）の爆発から装置を保護する必要がある。そのために、本発明による装置には少なくとも１つの安全弁が設けられており、この安全弁は、リザーバ内の圧力が所定の圧力を超過するとリザーバの内容物を管路を介して危険のない箇所、特に燃焼システムへ排出するものとなっている。

また、本発明による装置において修理を行うことができるよう、洗浄手段を設けることが好ましい。特に、使用されるトリメチルアミンは、可燃性が高く、においが強い。そのため、本発明による装置の配管は、該配管の全体又は一部がガス状の媒体によって洗浄されるよう、接続されているか、又はバルブを備えている。ここで、このガス状の媒体としては、窒素などの不活性ガスが考えられる。また、添加剤としてトリメチルアミンを用いる場合には、水蒸気を用いることも可能である。このように水蒸気を用いることで、水蒸気が添加剤を吸収するため、発火の可能性を低減することができるとともに、においに関する問題を完全に解決することができるという利点が得られる。

さらに、本発明は、蒸発性の液体について同時に蒸発と配量を行う方法に関するものでもある。このような方法において、蒸発性の液体をリザーバから管路を介しつつ質量計測器を通してコントロールバルブへ案内し、このコントロールバルブにおいて、蒸発性の液体をより低い圧力へ減圧するとともに、前記コントロールバルブと配量位置の間の管路へキャリアガスを供給するようになっている。このとき、リザーバと質量計測器の間に配置された充填状態監視ユニットによってリザーバの充填状態を監視することが望ましい。

また、それぞれ充填状態監視ユニットを備えた少なくとも１つの他のリザーバを、前記リザーバにこれと平行に接続するのが好ましい。

また、前記リザーバをそれぞれ開閉弁によって開閉するのも好ましい。本発明の一実施形態は、１つのリザーバの空状態が前記充填状態監視ユニットにより検出されると、充填されている他のリザーバを開放することを特徴としている。ここで、このような開放を自動で行ってもよい。例えば、リザーバが空になった場合のために、充填状態監視ユニットが制御部を介して開閉弁を動作させるようにすることが考えられる。ここで、この開閉弁は、空のリザーバを質量計測器から分離させるとともに、充填された第２のリザーバを質量計測器及び後続配置された本発明による装置に接続させるものとなっている。

また、質量計測器及びコントロールバルブを中央のガイドシステムに接続し、質量計測器によって実際の配量割合を検出するとともに、該配量割合と目標配量割合の差に応じてコントロールバルブを調整するのが好ましい。すなわち、ガイドシステムは、質量計測器によって計測された実際の配量割合とその目標値を比較し、場合によってはコントロールバルブのバルブ位置を変更するものである。

コントロールバルブは液体を蒸発圧力まで減圧するものであり、蒸発を確実にするため、コントロールバルブと配量位置の間の管路を少なくとも部分的に加熱することが考えられる。加熱装置により必要な熱が供給されるとともに、この熱は、管路内における蒸発した添加剤の凝縮物が配量位置へもたらされるのを防止するものでもある。管路のこのような加熱は、原油蒸留装置が本発明による装置と共に適度な幅にわたって位置しているとともに、気候環境にさらされている場合に有意義である。このようにしない場合には、４０ｍもの高さの原油蒸留装置におけるヘッド部まで延在する管路において気候による低温によって添加剤が再び凝縮する危険性がある。

本発明による方法を原油の上流において使用すれば、この方法は、供給される添加剤によって、原油蒸留装置のヘッド部における蒸気の中和を行うものである。この目的のためには、特にトリメチルアミンを蒸発性の液体として用いるのが好ましい。酸性成分の中和により、原油蒸留装置から延出する配管及びこれに接続された構成部材を腐食から保護することが可能である。

本発明による方法において、添加剤としてトリメチルアミンを用いるのが好ましい。

添加剤の蒸発を促進し、又は後の凝縮を防止するために、上述のような加熱装置のみが用いられるわけではない。本発明による方法にはキャリアガスが使用され、上述のような理由から、好適なキャリアガスとして、多くの場合に窒素が使用される。

また、蒸発性の液体を原油蒸留装置のヘッド部に供給するのが好ましく、特にトリメチルアミンである添加剤は、このヘッド部で生じる酸性成分を中和する働きをするものとなっている。

また、配量の制御を、原油蒸留装置の洗浄水のｐＨ値に基づいて行うのが好ましい。中和及び配量割合の目標値の達成制御は、原油蒸留装置の循環リザーバにおける最初の排水のｐＨ値測定により行われる。

特にトリメチルアミンである添加剤の正確な配量については、この添加剤が質量計測器において液体状であることが重要である。すなわち、これにより、添加剤が気体状であるために対応した体積あるいは流量を測定しなければならなかった場合に行なう必要のあった測定値の補正を省略することが可能である。このような液体状態を確実なものとするために、本発明による方法においては、液体状態から気体状態へ完全に移行するのを防ぐよう、特に窒素であるキャリアガスを内包するリザーバ内の圧力を、予想される外気温において十分な所定圧力下に設定している。また、キャリアガスを内包するこのリザーバは高圧下にあり、この圧力を、コントロールバルブと配量位置の間の管路における圧力よりも高く設定するのが望ましい。そして、これにより流れの方向が決定される。そして、コントロールバルブと配量位置の間の管路におけるゲージ圧を０．１〜３０bar、特に１〜１０bar、特に更に１．５〜２barとするのが好ましい。

また、トリメチルアミンなどの添加剤はそのままの状態では高い可燃性を有しているとともににおいが強いため、本発明による方法の一実施形態においては、本発明による装置におけるすべての構成部材を洗浄可能としている。ここで、特に好ましい洗浄媒体として水蒸気が使用され、水により例えばトリメチルアミンの多くが吸収されるとともに、添加剤の上述のような欠点が相殺される。

なお、本発明による装置は、特に本発明による方法の実施に使用される。

本発明によれば、連続的かつ正確な配量正確性が保証されるとともに、添加剤をガス状かつ配量して配量位置へ供給することが可能である。

本発明の実施形態の概略を示す図である。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１には本発明の実施形態の概略が示されており、蒸発可能な液体のための平行な２つのリザーバである第１リザーバ１及び第２リザーバ２が、それぞれ第１開閉弁３及び第２開閉弁４を介して、本発明による装置の他の部分にそれぞれ適当な配管によって接続されている。蒸発可能な液体は、第１リザーバ１及び第２リザーバ２から質量計測器５を通って案内され、後続のコントロールバルブ６によって所定量に配量される。ここで、質量計測器５は、単位時間当たりの液体の質量を計測するものである。そして、このとき同時に、より低い圧力へ減圧することによって液体の少なくとも一部が蒸発（気化）することになる。

また、コントロールバルブ６から配量位置９まで配管が延設されており、供給装置７によってキャリアガス（搬送ガス）をこの配管へ送り込むことが可能となっている。そして、このキャリアガスは、リザーバ８から取り出され、添加剤の蒸気を搬送することになる。

１ 第１リザーバ
２ 第２リザーバ
３ 第１開閉弁
４ 第２開閉弁
５ 質量計測器
６ コントロールバルブ
７ 供給装置
８ キャリアガスのリザーバ
９ 配量位置

Claims (19)

1. 蒸発性の液体について同時に蒸発と配量を行うための装置であって、
   蒸発性の液体用のための少なくとも１つのリザーバ（１）と、
   第１管路を介して前記リザーバ（１）に後置接続され、かつ、流通する液体質量を計測するための質量計測器（５）と、
   第２管路を介して前記質量計測器（５）に後置接続され、かつ、所定の分量に配量可能なコントロールバルブ（６）と、
   該コントロールバルブ（６）と配量位置（９）の間の第３管路へキャリアガスを供給できるようにするための供給装置（７）と
   を備え、
   前記コントロールバルブ（６）と前記配量位置（９）の間の前記第３管路における圧力よりも高い圧力をもったキャリアガスによって前記リザーバ（１）を充填したことを特徴とする装置。
2. 前記リザーバ（１）をこれと平行な他のリザーバ（２）に接続したことを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 前記リザーバ（１，２）と前記質量計測器（５）の間に充填状態監視ユニットを介装させたことを特徴とする請求項１又は２記載の装置。
4. 前記リザーバ（１，２）から延出する前記第１管路に開閉弁（３，４）を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
5. 過剰圧力に対する組込式の安全弁を少なくとも１つ設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記コントロールバルブ（６）と前記配量位置（９）の間の前記第３管路における少なくとも一部に加熱装置を設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
7. 蒸発性の液体について同時に蒸発と配量を行う方法であって、
   蒸発性の液体を、コントロールバルブ（６）と配量位置（９）の間の第３管路における圧力よりも高い圧力をもったキャリアガスによって充填されたリザーバ（１）から第１管路を介しつつ質量計測器（５）を通して前記コントロールバルブ（６）へ案内し、このコントロールバルブ（６）において、蒸発性の液体をより低い圧力へ減圧するとともに、前記コントロールバルブ（６）と配量位置（９）の間の前記第３管路へキャリアガスを供給することを特徴とする方法。
8. 前記リザーバ（１）と前記質量計測器（５）の間に配置された充填状態監視ユニットによって前記リザーバの充填状態を監視することを特徴とする請求項７記載の方法。
9. それぞれ充填状態監視ユニットを備えた少なくとも１つの他のリザーバ（２）を、前記リザーバ（１）にこれと平行に接続することを特徴とする請求項７又は８記載の方法。
10. 前記リザーバ（１，２）をそれぞれ開閉弁（３，４）によって開閉することを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の方法。
11. １つのリザーバ（１，２）の空状態が前記充填状態監視ユニットにより検出されると、充填されている他のリザーバ（１，２）を開放することを特徴とする請求項８又は９記載の方法。
12. 前記質量計測器（５）及び前記コントロールバルブ（６）を中央のガイドシステムに接続し、前記質量計測器（５）によって実際の配量割合を検出するとともに、該配量割合と目標配量割合の差に応じて前記コントロールバルブ（６）を調整することを特徴とする請求項７〜１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 蒸発性の液体の完全な蒸発のために、前記コントロールバルブ（６）と前記配量位置（９）の間の第３管路を少なくとも部分的に加熱することを特徴とする請求項７〜１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 前記コントロールバルブ（６）と前記配量位置（９）の間の前記第３管路におけるゲージ圧を１０〜３０００ｋＰａとすることを特徴とする請求項７〜１３のいずれか１項に記載の方法。
15. 蒸発性の液体としてトリメチルアミンを使用することを特徴とする請求項７〜１４のいずれか１項に記載の方法。
16. 前記キャリアガスとして窒素を使用することを特徴とする請求項７〜１５のいずれか１項に記載の方法。
17. 洗浄媒体として水蒸気を使用することを特徴とする請求項７〜１６のいずれか１項に記載の方法。
18. 蒸発性の液体を原油蒸留装置のヘッド部へ供給することを特徴とする請求項７〜１７のいずれか１項に記載の方法。
19. 配量の制御を、原油蒸留における洗浄水のｐＨ値に基づき行うことを特徴とする請求項７〜１８のいずれか１項に記載の方法。

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