JP6000961B2 - 石油の炭化水素蒸留物の収量を改善するための蒸留塔およびその蒸留物を供給する方法 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

［技術分野］
本発明は、分留油（ｆｒａｃｔｉｏｎ ｏｉｌ）の収量を増加させるための蒸留塔および分留油の蒸留カラムからの収量を増加させるための方法に関するものであり、より詳細には、石油精製工業における重油の蒸留のための、分留油の収量を増加させるための蒸留塔および方法に関する。

［背景技術］
蒸留塔は、石油精製工業において広く用いられているユニット式の装置である。重油のいくつかの分留のために、例えば、原油、蝋油等から軽い画分を分留するために、一般に、蒸留カラムは、その底部の温度を比較的高く、リボイラーのための熱源は、高温（ｈｉｇｈ ｈｅａｔ ｇｒａｄｅ）であり得ることが容易でない。重油は高温にて熱的に分解（ｃｒａｃｋ）する傾向があるため、原油または重油のための蒸留カラムは、リボイラーを備えておらず、蒸留に要求される熱は、ほとんど原料油によって供給される。原料油を予め加熱した後に、分留油は気化し、その気化された分留油は、カラムの頂部と側線の両方またはいずれか一方から取り出され、気化されていない蒸気は、カラムの底部から取り出される。例えば、典型的な蒸留プロセスは、原油の常圧蒸留と減圧蒸留を含む。

原油の減圧蒸留は、石油精製プロセスの第一段階であり、精油所における引き続く処理ユニットのための出発物質を提供し、最終生成物を直接的に提供する。原油の蒸留（例として燃料油を用いたもの）のための基本的な手順は、原油を約２２０℃〜２６０℃に加熱する工程、次いで、その加熱した原油を一次蒸留カラムへ送り込む工程を含んでいる。通常、蒸留カラム頂部からの唯一の生成物（すなわち、改質した燃料油または軽ガソリンの画分）が、一次蒸留カラムから取り出される。いくつかの一次蒸留カラムにおいて、頂部からの生成物に加えて側線からの生成物が取り出される。一次蒸留カラムの底部の油は、常圧蒸留塔へ送られる。

常圧蒸留カラムの慣用的な手順が図１に示される。一次蒸留カラムの底部の油は、熱交換されるか、または常圧加熱炉２によって加熱されて、部分的に気化され、そして油輸送管７を介して常圧蒸留カラム８へ送られる。より軽い成分は、蒸留カラムの気化部にて気化され、分留ステージへ上げられ、還流液によって濃縮され、頂部または側線の生成物として取り出されて分留油を生成する。気化されていない気流は、逆抽出ステージへ吹きおろされ、逆抽出ステージのカラムプレート上にてカラムの底部の蒸気と接触される。気化されていない、より軽い画分は、ストリッピングされ、蒸気に沿って分留ステージへ上げられる。より軽い成分（例えば、ガソリン、ケロシン、ディーゼル、重ディーゼル）が得られる。気化されていない気流は、カラムの底部へ落ちていき、常圧での残留物として取り出される。

減圧蒸留についての慣用的な手順が図３に示される。常圧での残留物は、減圧加熱炉２によって加熱されて部分的に気化し、油輸送管７を介して減圧蒸留カラム６へ送られる。より軽い成分は、減圧蒸留カラムの気化部内で気化され、分留ステージへ上げられ、還流液によって濃縮され、頂部または側線の生成物として取り出されて分留油を生成する。気化されていない気流は、減圧での残留物としてカラムの底部から取り出される。

原油の蒸留ユニットの設計および操作が、生成物の品質、収量、および精油所の経済的な利益に大きな影響を与える。適格な生成物の提供において、常圧蒸留プラントの蒸留収量を増加させることにより、より軽い成分が、可能な限り常圧蒸留カラムにて取り出され、もはや減圧蒸留へ送られなくなることは、一方で、より軽い画分を生成させることができ、他方で、減圧加熱炉および減圧蒸留カラムの負荷を低減させることができる。すなわち、減圧蒸留プラントの蒸留収量を増大させることは、分留油の収量を増加させ、接触分解および水素化分解のためのより多くの原料油を供給して、精油所の経済的な利益を改善する。

常圧蒸留ユニットおよび減圧蒸留ユニットの分留油の収量に影響を与える重要な因子は、蒸留カラム内の気化部における温度および気化した油の分圧である。気化部がより高温になり、そして、気化した油の分圧がより低くなれば、気化の割合がより大きくなり、その結果、分留油の蒸留収量がより増加する。

現在、この業界において、気化部の圧力を下げる方法が、２つ存在している。一方は、蒸留カラム頂部の圧力を下げる方法である。常圧蒸留カラムについて、カラム頂部の油蒸気パイプラインおよび濃縮冷却器による圧力の低下を減少させることが一般的である。減圧蒸留カラムについて、高性能の減圧ポンプ設備は、カラム頂部の圧力を効率的に下げることができる。他方は、高機能のパッキング、塔トレイ、およびカラム充填剤を用いて、カラム内部の抵抗を効率的に低減させ、そして、気化部の圧力を著しく下げる方法である。

蒸留カラムによる分留油の収量を増加させるための別のアプローチは、気化部の温度を上げることである。気化部の温度は、加熱炉の出口の温度に影響される。加熱炉の出口の温度が、高くなるほど、気化部の温度が高くなる。しかし、加熱炉の温度をあまりに高温にすることはできない。なぜなら、重油は３６０℃より高い温度で分解可能であり、そして、重油の分解によって生成されるコークスがプラントの長期間かつ安定的な稼働に悪影響を与えるからである。従って、加熱炉の出口での圧力を可能な限り下げるために、その結果として、原料油が気化する割合を保つ条件下にて加熱炉中の原料油の温度を下げるために、徐々に増大する直径を有する炉内チューブを備えた加熱炉、および、大きな直径を有する油輸送管が、一般に工業的に使用されている。

現在、工業プラントの減圧カラム頂部の圧力は、１ｋＰａ（ａｂｓ．）まで低くされ、原料油供給部の圧力は、３ｋＰａ（ａｂｓ．）まで低くされており、それゆえに、圧力をさらに低減することは困難である。パッキングおよび充填剤の性能を改善することもまた、ますます困難であり、そのための費用も、急激に増大している。また、徐々に増大する直径を有する炉内チューブを備えた加熱炉、および大きな直径を有する油輸送管の使用には、いくつかの制限がある。１つの制限は、加熱炉のチューブの直径の増大が、原料油の特性および加熱炉の特徴に従って合理的に設計されるべきであり、その一方で、精巧な設計のチューブを広範な種々の原料油に適用することが、非常に困難だということである。別の制限は、多量の原料油を炉内チューブ内で気化させることにより、チューブ内の原料油の密度が連続的に減少する（特に、減圧加熱炉の炉内チューブ内では、原料油の密度の減少は急激に進行する）ことであり、その結果、炉内チューブ内部における媒体の熱移動率が急激に低下し、このことは、炉内での全体な熱移動率の低下を引き起こす。同一の熱移動強度を達成するために、温度差を増大させるべきであり、すなわち、炉内ボックスおよび炉内チューブの温度が上げられるべきである。このことにより、炉内チューブの外壁における局所的な高温を導き、炉内チューブの寿命に影響を及ぼす。

シミュレーションおよび演算の結果に従えば、減圧加熱炉における放熱部の炉内チューブ内および油輸送管内では、大きな液滴に取り込まれた気相の流速は非常に速く、気相と液相との間の物質移動の領域は比較的小さく、それゆえに、より軽い画分は完全に気化され得ず、気化されていない重油中に取り込まれ、蒸留カラムの気化部へ入る原料油が実際に気化する割合は、理論に従って算出された平衡状態における気化の割合よりも低くなる。より軽い成分の一部は、カラム底部に残留油として存在し、その結果として、蒸留収量は減少する。現在、国内の常圧蒸留プラントおよび減圧蒸留プラントにおいて、減圧での残余物のために設計されたカット値は、通常５４０℃に定められている。減圧での多くの残余物において、５００℃未満の画分は８重量％よりも多く含有され、減圧でのいくつかの残余物については、５３８℃未満の画分は１０重量％よりも多く含有され、さらに３０重量％よりも多く含有されている。ＳＩＮＯＰＥＣハイナン精油所の常圧蒸留ユニットおよび減圧蒸留ユニットを例に挙げると、減圧蒸留カラムの気化部の温度および圧力での、常圧での残余物の平衡状態における気化の割合は５９．０重量％であるが、工業的な蒸留収量は５１．９重量％である。これは、工業的な蒸留収量と平衡状態における気化の割合との間に一定のギャップが存在することを示している。それゆえに、減圧蒸留は、まだ平衡状態における気化の割合に達しておらず、蒸留収量を改善するための大きな余地が残されている。

［発明の概要］
本発明の目的は、蒸留カラムを用いて、石油炭化水素からの分留油の収量を改善する（特に、常圧蒸留カラムおよび減圧蒸留カラムを用いて分留油の収量を改善する）ための蒸留塔および方法を提供することである。

本発明は、蒸留カラムを用いて石油炭化水素からの分留物の収量を増大させる方法を提供し、上記蒸留カラムは、気化部と分留ステージを備えており、上記方法は、分留されるべき石油炭化水素の原料油を予め加熱する工程、上記蒸留カラムの気化部よりも１００〜１０００ｋPａ、好ましくは２００〜８００ｋPａ、より好ましくは２００〜６００ｋPａ、最も好ましくは２００〜４００ｋPａまたは２００〜３００ｋPａ高い圧力にて加圧供給システムを介して蒸留カラムの気化部へ原料油を送り込む工程、上記気化部において霧状化および気化させる工程、ならびに、次いで分留ステージにおいて蒸留分離を行う工程を包含し、ここで、上記分留油は上記カラムの頂部および／または側線から取り出され、気化されていない重油は上記カラムの底部から取り出される。

本発明の一実施形態において、石油炭化水素のための上記蒸留カラムは、原料油より熱が供給され、リボイラーからは熱が供給されない、蒸留カラムを参照する。上記蒸留カラムは、フラッシュカラム、１次蒸留カラム、常圧蒸留カラム、および、減圧蒸留カラムまたは硬化油蒸留カラムでもよい。上記蒸留カラムは、気化部、分留ステージ、任意のカラムの頂部または底部の出口、任意の中間の還流部、任意の側線、任意のカラム頂部の減圧ポンプシステム、任意のストリッピングステージ、および任意の洗浄ステージを一般的に備えている。上記蒸留カラムは、空のカラム、プレートカラム、または充填カラムでもよい。

本発明の一実施形態において、上記蒸留カラムは、絶対圧力が０．５〜２４０ｋＰａ、気化部の絶対圧力が１〜２８０ｋＰａ、および、気化部の温度が１５０〜４３０℃のものであり、特に、常圧蒸留の場合に、カラム頂部の絶対圧力が１１０〜１８０ｋＰａ、気化部の絶対圧力が１３０〜２００ｋＰａ、および、気化部の温度が３３０〜３９０℃であり、減圧蒸留の場合に、カラム頂部の絶対圧力が０．５〜９０ｋＰａ、好ましくは０．５〜１０ｋＰａまたは０．５〜３０ｋＰａ、気化部の絶対圧力が１〜９８ｋＰａ、好ましくは１〜５ｋＰａ、および、気化部の温度が３００〜４３０℃、好ましくは３７０〜４１０℃である。

上記蒸留カラムの上記気化部は、上述の通り、上部の分留ステージと蒸留カラムのための原料油を供給する入口との間に設置される。上記原料油は、上記入口を介して上記蒸留カラムへ送り込まれ、上記気化部において完全に、または、部分的に気化される。気化された気相は上部の上記分留ステージへ入り込み、熱交換を行うことにより分留を促進する。上記気化部の温度と圧力は、勾配様式に沿って分布している。上記気化部の温度は上記気化部の温度範囲を参照する。上記気化部の絶対圧力は上記気化部の絶対圧力の範囲を参照する。

本発明の一実施形態において、上記予め加熱する工程は、加熱炉（例えば、常圧加熱炉および減圧加熱炉）中にて行われる。上記加熱炉は、出口の圧力が気化部の絶対圧力よりも１００〜１０００ｋＰａ、好ましくは２００〜８００ｋＰａ、より好ましくは２００〜６００ｋＰａ、最も好ましくは２００〜４００ｋＰａまたは２００〜３００ｋＰａ高い圧力のものであり、出口の温度が３６０〜４６０℃、好ましくは３８０〜４３０℃のものである。

本発明の一実施形態において、加熱炉を使用する場合、蒸気を任意に上記加熱炉の炉内チューブへ排出することができ、蒸気を上記加熱炉の炉内チューブに排出しないことが好ましい。

本発明の一実施形態において、上記減圧蒸留の場合、蒸気を任意に上記減圧蒸留カラムへ排出することができ、蒸気を上記減圧蒸留カラムへ排出しないことが好ましい。

本発明の一実施形態において、上記加圧供給システムはフロー分配システムおよび１つ以上の霧状化装置を備えている。上記霧状化装置は上記蒸留カラムの気化部の内部または上記蒸留カラムの外部、あるいはその両方に設置されていてもよい。

本発明の一実施形態において、上記フロー分配システムは、各々の霧状化装置が原料油を霧状化するために、液体と蒸気をどの結合点でも排出できることを確実にするものである。上記フロー分配システムは、対称型もしくは非対称型の１つ以上のインライン型、交差型、平行型、直交型、樹形型に配置されたパイプライン群から構成されるパイプラインシステムでもよい。上記フロー分配システムの機能は、予め加熱された原料油を各々の霧状化装置に分配することであり、上記の機能を達成するためのすべてのパイプライン配列様式を、フロー分配システムとみなしてもよい。

本発明の一実施形態において、上記霧状化装置は、１つ以上のノズルまたは重油を霧状化し得る他の装置から成り、１つ以上の上記ノズルまたは上記の他の装置は、上記蒸留カラムの上記気化部の内部へ伸びていてもよく、および／または上記蒸留カラムの外部に設置されかつ上記蒸留カラムと流体連絡された霧状化器内に広がっていてもよい。上記霧状化装置、例えばノズル（回転式霧状化ノズル、遠心式霧状化ノズル、部分圧力可変式霧状化ノズルだけでなくそれ以外のものも含む）は、１つ以上の空孔を有していてもよい。上記空孔の方向は不規則である。上記霧状化装置は、予備的な霧状の蒸気を任意に供給することができる。上記予備的な霧状の蒸気は、原料油とともに、あるいは、別々に排出される。上記霧状化による適度な液滴は、よく気化されるための適度な大きさを有しており、原料油の効率的な分留という目的が達成され得る。

上記フロー分配システムは、上記カラムの外部および／または上記カラムの内部に設置されてもよい。上記フロー分配システムは、霧状化器の外部および／または霧状化器の内部に設置されてもよい。上記フロー分配システムは、自動制御を備えたシステムまたは自動制御なしの完全自己制御のシステムのどちらでもよい。自動制御を備えた上記フロー分配システムは、主にパイプラインおよび自動制御式バルブによって構成される。自動制御を備えていない上記フロー分配システムは、枝分かれしたパイプラインにおける抵抗を合理的にデザインすることにより、気相流を霧状化装置に分配する。

本発明の一実施形態において、上記霧状化器は、重油の霧状化に十分なスペースを備えている。一例として、霧状化器は、油輸送管、フラッシュタンク、およびフラッシュカラムを備えている。現在の設備を改善するために、上記油輸送ラインには、古い設備を活用することができる。上記フラッシュタンクを霧状化器にした場合、設備投資のための資本を増大させることなく、上記フレッシュタンクは、霧状化および気化のためにより多くのスペースと時間を供給するだけでなく、上記気化された油蒸気と上記気化されていない液滴を分離できるという利点を有する。

本発明の一実施形態において、上記霧状化装置は、１つ以上のノズルまたは重油を霧状化し得る他の装置であり、上記蒸留カラムの外部に設置されかつ上記蒸留カラムと流体連絡された霧状化器の内部へ伸びており、上記霧状化器の内部にて発生した気相流は、上記蒸留カラムの上記気化部の内部へ入り込み、上記霧状化器の内部にて発生した液相流は、上記蒸留カラムの底部へ直接的に入り込んで、上記底部の残余油と混合される、または、上記霧状化器の内部にて発生した気相流および液相流は、同一のパイプラインを通って上記蒸留カラムの上記気化部へ入り込む。

本発明の一実施形態において、上記霧状化装置は、１つ以上のノズルまたは重油を霧状化し得る他の装置を備えており、上記蒸留カラムの上記気化部の内部へ伸びており、分留されるべき石油炭化水素の原料油が、予め加熱され、霧状化され、上記蒸留カラムの上記気化部の内部の圧力よりも１００〜１０００ｋＰａ、好ましくは２００〜８００ｋＰａ、より好ましくは２００〜６００ｋＰａ、最も好ましくは２００〜４００ｋＰａまたは２００〜３００ｋＰａ高い圧力にて、上記加圧供給システムを介して一部または全体が気化されて上記気化部へ入り込み、上記分留油が上記カラムの頂部および／または側線から取り出され、重油が上記カラムの底部から取り出される。

本発明の一実施形態において、上記蒸留カラムの内部にて、泡除去エレメント９が気化部の上方に配置されおよび／または液体収集エレメント１０が気化部の下方に配置されている。上記泡除去エレメントは、副生成物を減少または消滅させ、蒸気を取り込んだ液体を除去し、および上記分留ステージへ送り込む機能を有するデミスタ・パッドまたは気液濾過用網でもよい。上記液体取集エレメント１０は、一つ以上の層からなるトレイでもよく、液滴がお互いに衝突することにより継続的に塊になることにより形成される大きな液滴を収集する。上記の収集された液滴は、カラム底部へ入り込み、残余油として取り出される。泡除去エレメント９および液体収集エレメント１０は、両方とも蒸留カラムの分留を効果的に増進するために配置されている。

もう一つの側面として、本発明は、石油炭化水素からの分留油の収量を改善する蒸留カラムを与えるものであり、上記蒸留カラムは気化部を備えており、上記蒸留カラムは加圧供給システムを備え、分留されるべき石油炭化水素の原料油が、上記蒸留カラムの気化部よりも１００〜１０００ｋＰａ高い圧力にて、上記加圧供給システムを介して供給される。

本発明の一実施形態において、上記蒸留カラムは、リボイラーが備えていない蒸留カラムでよく、フレッシュカラム、一次蒸留カラム、常圧蒸留カラム、および減圧蒸留カラムまたは硬化油蒸留カラムであることが好ましい。

本発明の一実施形態において、上記蒸留カラムの内部にて、液体収集エレメントが、上記原料油を噴入するための入口より下方に配置されてもよくおよび／または泡除去エレメントが、上記原料油を噴入するための入口より上方に配置されてもよい。

本発明の一実施形態において、上記加圧供給システムは、フロー分配システムおよび１つ以上の霧状化装置を備えている。上記霧状化装置は、上記蒸留カラムの上記気化部の内部または上記蒸留カラムの外部、あるいはその両方に設置されてもよい。

本発明の一実施形態において、上記霧状化装置は１つ以上のノズルまたは重油を霧状化し得る他の装置であってもよく、上記１つ以上のノズルまたは他の装置は、上記蒸留カラムの気化部の内部へ伸びているおよび／または、上記蒸留カラムの外部に設置されかつ上記蒸留カラムと流体連絡された霧状化器の内部へ伸びている。

本発明の一実施形態において、上記フロー分配システムは、上記蒸留カラムの内部、および／または霧状化器の外部、および／または霧状化器の内部に設置されてもよい。

本発明の一実施形態において、上記霧状化器は油輸送管、および、フラッシュタンク、および、フラッシュカラムを備えている。

本発明の上記方法および上記蒸留カラムによれば、以下に述べる利点を得ることができる：
（１）分留されるべき上記原料油は予め加熱され、それから、一定の圧力で、上記加圧供給システムを介して上記蒸留カラムへ送られる。上記気化部の内部における上記原料油の気化は、上記霧状化装置による霧状化のために、促進される。それゆえに、上記気化部の内部における上記原料油の実際の気化の割合は、平衡状態における気化の割合に、より近づくことになり、上記原料油中のより軽い分留油は、可能な限り多量に気化して蒸気になる。それに加えて、適度な液滴へ上記霧状化した後は、液滴の表面積が急激に増大するので、上記気化の割合が非常に増大し、上記分留油の収量が増加する。

（２）上記加熱炉中の炉内チューブ内の圧力を増大させることが、上記炉内チューブ内の油密度を増加させ、そして、炉内チューブ内の熱移動率を増大させ、結果として、全体での熱移動率も増大させる。したがって、上記熱移動強度が同じ、または上記加熱炉の出口の温度が同じ場合、上記加熱炉の炉内ボックスの温度が下がり、結果として、上記加熱炉の炉内チューブ内の温度も下がり、上記原料油の分解を減少させることができる。

（３）上記加熱炉の炉内チューブ内の圧力が高圧であるために、油が十分気化しない。それゆえに、上記加熱炉の炉内チューブの直径を多様に拡張することは、必要ではない。したがって、上記加熱炉の形状は、簡略化され、上記油輸送管の直径を、実質的に減少させることができる。

（４）本発明を減圧蒸留に応用することにより、上記減圧蒸留カラムの蒸留物の収量を増加させることができ、上記油輸送管の直径もまた著しく縮小させることができる。常圧蒸留の場合は、上記常圧蒸留カラムの蒸留収量は増加させることができ、上記減圧加熱炉、および、上記減圧カラムに係る負荷を減少させることができる。そして、上記常圧蒸留および上記減圧蒸留を組み合わせた場合は、上記常圧蒸留カラムおよび上記減圧蒸留カラム全体の蒸留物の収量を増加させることができ、作業にかかるコストを減少させることができる。

［図面の簡単な説明］
図１は、慣用的な常圧蒸留についての概略的なフローチャートである。

図２は、本発明の方法に従った常圧蒸留についての概略的なフローチャートである。

図３は、慣用的な減圧蒸留についての概略的なフローチャートである。

図４は、本発明の方法に従った減圧蒸留についての概略的なフローチャートである。

図５は、概略的なフローチャートであり、ここで、霧状化器は油輸送管である。

図６は、概略的なフローチャートであり、ここで、霧状化器は、フレッシュタンクであり、気相および液相が混合物にて供給される。

図７は、概略的なフローチャートであり、ここで、霧状化器がフレッシュタンクであり、気相および液相が別々に供給される。

［発明を実施するための形態］
下記の文において、石油からの分留油の収量の改善する方法および本発明に関連する装置は、添付図面に図示されているが、本発明の範囲は、添付図面に図示された範囲に限られない。

減圧蒸留の一例である図４を参照すると、本発明の一実施形態が描かれている。

図４は、本発明による減圧蒸留の過程を示している。図４を見ると、上記減圧蒸留カラムは、気化部１１、洗浄ステージ１２、および分留ステージ１３を備えている。分留されるべき原料油（常圧での残余物）は、供給ポンプ１によって加熱炉２に送り込まれ、予め加熱される。上記加熱炉２の出口の圧力は、上記蒸留カラムの気化部における圧力よりも１００〜１０００ｋＰａ、好ましくは２００〜８００ｋＰａ、より好ましくは２００〜６００ｋＰａ、最も好ましくは２００〜４００ｋＰａまたは２００〜３００ｋＰａ高くなる。上記加熱炉の出口温度は、３６０〜４６０℃、好ましくは３８０〜４３０℃である。予め加熱を受けた上記原料油は、加圧供給システム３を介して、上記蒸留カラムの低い部分へ送り込まれる。上記加圧供給システムは、フロー分配システム４および霧状化装置５を備えている。予め加熱された上記原料油は、上記フロー分配システムによって、特定の比率で分配され、上記霧状化装置５によって適度な液滴にされ、そして、上記減圧蒸留カラムの気化部１１へ噴入され、そこで急速に気化される。上記適度な液滴は、特有の大きな表面積を有しているので、気化可能な画分は、上記気化部において適度な液滴が移動する間の短い時間で完全に気化される。泡除去エレメント９は、上記霧状化装置５の上方に配置され、液体収集エレメント１０は上記霧状化装置５の下方に配置される。上記気化部１１において気化された画分は、上に向かって移動し、上記洗浄ステージ１２へ入り、そして、上記蒸留カラムの上記分留ステージ１３へ入り、分留によって分留油として生産された後に、上記カラムの頂部または側線から取り出される。上記洗浄ステージ１２および上記分留ステージ１３の構造は、慣習的な減圧蒸留カラムのものと同じである。重い画分は、気化されにくいものであり、液体状態のまま残っている。巨大な液滴は、液滴がお互いに衝突することにより継続的に塊になることにより形成され、上記液体収集エレメント１０の機能により収集され、カラム底部へ入り込み、残余油として取り出される。

減圧蒸留の一例である図５を参照すると、上記霧状化器が油輸送管である、本発明の一実施形態が描かれている。分留されるべき原料油（例えば、常圧での残余物）は、供給ポンプ１によって加熱炉２に送り込まれ、予め加熱される。上記加熱炉２の炉内チューブ内の圧力は、上記気化部の圧力よりも１００〜１０００ｋＰａ、好ましくは２００〜８００ｋＰａ、より好ましくは２００〜６００ｋＰａ、最も好ましくは２００〜４００ｋＰａまたは２００〜３００ｋＰａ高くなる。上記加熱炉の出口温度は、３６０〜４６０℃、好ましくは３８０〜４３０℃である。予め加熱された上記原料油は、加圧供給システム３を介して油輸送管７へ噴入される。上記油輸送管における圧力および温度は、各々２．０〜６０．０ｋＰａ（ａｂｓ．）および２３０〜４６０℃である。適度な液滴は、低い油蒸気の分圧下で完全に気化される。気化された気相流は、上記減圧蒸留カラム６の気化部８の内部へ送り込まれる。この実施例において、適度な液滴は完全に気化することができるので、上記減圧蒸留カラムの蒸留物の収量を増加させることができる。

減圧蒸留の一例である図６を参照すると、上記霧状化器がフレッシュタンクであり、図５に示される上記霧状化器が上記油輸送管である実施形態と異なる、本発明の一実施形態が描かれている。この実施形態は、予め加熱された上記原料油が、加圧供給システム３を介してフレッシュタンク９へ噴入される工程、および、上記フレッシュタンク９の内部の圧力および温度が各々２．０〜６０．０ｋＰａ（ａｂｓ．）および２３０〜４６０℃であること、を包含する。適度な液滴は、特定の大きな表面積を有するので、比較的沸点の低い上記の画分は、上記フレッシュタンクの内部の油蒸気の低い分圧下において、瞬時に蒸発され、気化される。完全に気化された上記気相流は、上記減圧蒸留カラム６の上記気化部８の内部へ送り込まれる。この実施例において、適度な液滴を完全に気化させることができ、結果として、上記減圧蒸留カラムの蒸留収量を増加させることができる。

減圧蒸留の一例である図７を参照すると、本発明の一実施形態が描かれている。この実施形態は、図７に示されるように、比較的沸点の低い画分が上記フレッシュタンクの内部にて瞬時に蒸発され、気化され、気化されていない画分が上記適度な液滴としてお互いに衝突し合い、そして、再び比較的大きな液滴へ集合し、上記フラッシュタンクの底部へ入り込む、という点を除けば、図６に示された上記霧状化器として上記フレッシュタンクを備えた実施形態と似ている。上記フレッシュタンクの内部の上記気相流は、上記タンクの頂部または頂部近くの壁面からパイプライン１０を通って上記減圧蒸留カラム６の気化部８へ送り込まれる。上記タンクの底部の液相流は、パイプライン１１を通して上記減圧蒸留カラムの底部へ送られ、減圧での残余物と混合される。この実施例において、上記フレッシュタンク内の気化されていない重い液滴を上記気相流とよりよく分離することができるので、上記減圧蒸留における副生成物の量の減少を促進することができる。

［比較例１］
比較例１は、従来技術の減圧蒸留による混合原料を使用した場合の分留の効果を説明する。

分留されるべき混合燃料は、表１に示される特性を有している。図１は、従来技術による常圧蒸留についての概略的なフローチャートである。図１に示されるとおり、混合原料油は、初めに出口温度が３６８℃の加熱炉２により加熱され、油輸送管７を通って常圧蒸留カラム８へ送られる。上記常圧蒸留カラムは、トレイカラムであり、６．５ｍの直径、３つの側線、および、中間部分に２つの還流装置を有している。直留ガソリン、ケロシン、ディーゼルといった画分が得られる。上記常圧蒸留カラムの操作条件および生成物の特性は、表２に示される。上記常圧蒸留カラムの蒸留物の収量は３０．２％である。

［実施例１］
実施例１は、本発明の方法に従い原油を用いる常圧蒸留の効果を例証する。

図２は、本発明の方法に従った常圧蒸留についての概略的なフローチャートである。図２に示されるとおり、使用される常圧蒸留カラム８は、比較例１で使用されるものと同一である。分留されるべき原料油も比較例１のものと同一である。上記原料油は、常圧加熱炉２により予め加熱された後に、上記蒸留カラムの気化部における圧力よりもおよそ５００ｋＰａ高い圧力にて、加圧供給システム（フロー分配システム４および霧状化装置５を備えている）を介して、上記常圧蒸留カラム８へ噴入される。上記常圧蒸留カラムは、その内部に霧状化装置を備えている。上記霧状化装置は、回転式フロー型の霧状化ノズルを使用した。回転式フロー中心は、ノズルの前方に配置されていた。上記回転式フロー中心の末口には、単一の空孔を持つプレートが備わっている。回転により流された液体は、空孔を通って排出された後に、円錐形の液状膜を形成する。比較的速い放射速度および角速度のために、液状膜と周囲のガスとの間の速度が生じ、そこから摩擦が生じ、そして、液滴内部の液状膜が破られる。結果として、霧状化はうまく完了する。上記常圧蒸留カラムの操作条件および生成物の特性は、表２に示される。

本発明の方法を常圧蒸留に使用すれば、上記の慣習的な供給方法を用いた常圧蒸留と比較して、上記常圧加熱炉の出口における圧力は、１６６．４ｋＰａ高くなり、上記常圧加熱炉の出口における温度は、４．０℃高くなることが、表２から見ることができる。気化部の圧力および温度が実質的に同一である条件下において、本発明の常圧蒸留カラムの蒸留物の収量は、３３．２％に達し、慣習的な供給方法を用いた常圧蒸留と比較して、３％増加している。本発明の方法は、上記常圧蒸留カラムに使用すれば、上記常圧蒸留カラムの蒸留物の収量を増加できる。

［比較例２］
比較例２は、従来技術の減圧蒸留においての常圧での残余物の分留の効果を説明する。

分留されるべき原料油は、常圧での残余物であり、その特性は、表３に示されている。図３は、従来技術による減圧蒸留についての概略的なフローチャートである。図３に示されるとおり、上記常圧での残余油は、出口の圧力が３０．０ｋＰａ（ａｂｓ．）、チューブ表面の温度が５９３℃、および、出口の温度が４１０℃である減圧加熱炉２によって加熱された。予め加熱された上記原料油は、油輸送艦７を通して減圧蒸留カラム内へ送られた。減圧加熱炉内のチューブの直径は、１５２ｍｍから２７３ｍｍまで連続的に増大していた。油輸送管は、２．０メートルの直径および３３．０メートルの長さを有していた。上記原料油は、上記蒸留カラムにおける供給分配により気液分離を受けた。上記減圧蒸留カラムは、慣習的な完全にパックされたカラムであり、直径は９．２ｍであり、乾燥様式で作動した。上記蒸留カラムは、気化部、洗浄ステージ、および、分留ステージを備えていた。上記気化部の温度は、３９３．７℃であった。上記洗浄ステージは、１．５ｍのＺＵＰＡＣ２パッキング（Tianjin Tianda Beiyang Chemical Equipment Co., Ltd）を用いてパックされていた。上記分留ステージは、２層のＺＵＰＡＣ１パッキング(Tianjin Tianda Beiyang ChemicalEquipment Co., Ltd.)を用いてパックされていた。上記減圧蒸留カラムは、カラムの頂部から底部にかけて順番に、カラム頂部、減圧一次側線、減圧二次側線、そして減圧三次側線、と名付けられた四つの出口および中間部分の２つの還流装置を備えている。カラム頂部の減圧ポンプシステムは、三段階の減圧過程を持って、作動する。上記減圧蒸留カラムの操作条件および生成物の特性は、表４に示される。上記減圧蒸留カラムの蒸留物の収量は、５７．６％である。

［実施例２］
実施例２は、本発明の方法に従った場合の減圧蒸留の効果を例証する。

図４は、本発明の方法に従った減圧蒸留についての概略的なフローチャートである。分留されるべき原料油は、常圧での残余物であり、比較例２のものと同一であった。上記原料油は、直径１５２ｍｍの炉内チューブを有する減圧加熱炉２によって加熱された。予め加熱された上記原料油は、油輸送管内へ送り込まれ、蒸留カラムの気化部の圧力よりもおよそ３００ｋＰａ高い圧力にて、加圧供給システム（フロー分配システム４および霧状化装置５）を介して上記減圧蒸留カラム６へ噴入された。上記減圧蒸留カラムは、実施例１に記載されている霧状化装置を備えていた。上記減圧蒸留カラムの操作条件および生成物の特性は表４に示される。

本発明の方法を上記減圧蒸留に使用すれば、比較例２に示した慣習的な供給方法を用いた減圧蒸留の場合と比較して、気化部の圧力および温度が同一の条件下において、本発明の減圧蒸留カラムの蒸留物の収量は、６０．２％に達し、上記慣習的な供給方法を用いた場合と比較して、２．６％増加していることが、表４から見ることができる。上記減圧加熱炉の出口温度は、１８℃上昇している。上記加熱炉内のチューブの表面温度は、３３℃低下している。減圧蒸留カラムの頂部からの生成物に含有される凝縮できないガスの量は、０．３％から０．２％まで減少している。上記慣習的な供給方法において、減圧加熱炉は、連続的に増大する直径を有する炉内チューブを有しており、複雑な構造である。本発明によれば、上記加熱炉内の炉内チューブおよび上記油輸送管の直径は、双方１５２ｍｍであり、上記加熱炉内の炉内チューブおよび上記油輸送管の構造は、単純化されている。加えて、比較例２と比較すると、減圧での蝋油の最終的な沸点は、２５℃上昇している。密度、粘度、重金属含有量、および残余炭素含有量のすべてが増加しているが、まだ下流のユニットによる次の原料油としての条件を満たしている。減圧での残余物において、５００℃未満の画分の含有量は、４．３％から１．３％まで減少し、一方６００℃以上の画分は、６５．１％から７５．９％まで増加している。残余油の密度、粘度、および残余炭素含有量は、顕著に増加している。

［比較例３］
比較例３は、従来技術での常圧での残余物を用いる減圧蒸留の効果を説明する。

分留されるべき混合原油は、常圧蒸留カラム内へ導入され、そして、直留ガソリン、ケロシン、およびディーゼルといったものが分留された。上記常圧蒸留カラムの蒸留物の収量は、３２重量％でした。加圧供給システム３が存在しないことを除けば、図５と同様に、常圧蒸留カラムからの常圧での残余物は、オイルポンプ１を通って減圧蒸留機構内の加熱炉２へ送られ、予め加熱され、油輸送管７を通って、減圧蒸留カラムの気化部８へ導入された。上記減圧加熱炉の出口における圧力は、３０．０ｋＰａ（ａｂｓ．）でした。上記加熱炉の壁面の温度は、５６１℃でした。上記減圧加熱炉の出口温度は、３８６℃でした。上記減圧加熱炉は、連続的に増大する直径を有するチューブを有していた。上記減圧蒸留カラムは、高効果性完全充填カラムでした。上記減圧蒸留カラムの気化部の温度は、３７４℃でした。上記混合原油の特性は、表５に示されている。減圧蒸留カラムの操作条件および生成物の特性は、表６に示される。上記減圧蒸留カラムの蒸留物の収量は、２９．８％でした。

［実施例３］
実施例３は、本発明の方法に従い、原油を用いる減圧蒸留の効果を例証する。

使用された常圧蒸留カラム系および分留された混合原油は、比較例３に使用されたものと同一でした。上記常圧蒸留カラムの蒸留物の収量は、３２重量％でした。図５に示された通り、上記常圧蒸留カラムからの常圧での残余物は、オイルポンプ１を通って、減圧蒸留機構内の加熱炉２へ送られ、予め加熱されて、ノズル５を通って油輸送管７へ噴入され、油輸送管内で完全に気化され、それから上記油輸送管を通って減圧蒸留カラムの気化部８へ送り込まれた。上記油輸送管の入口における圧力は、１４．０ｋPaであり、入口における温度は３８６℃でした。使用した上記ノズルは、遠心性霧状化ノズルでした。上記加熱炉の炉内チューブは、一定の直径を有していた。使用した上記油輸送管および上記減圧蒸留カラムは、比較例３で使用したものと同一の構造を有していた。上記減圧蒸留カラムの気化部の温度は、３８１℃でした。

表６の結果から、上記油輸送管内に上記ノズルを配置することにより、比較例３の場合と減圧蒸留カラムの気化部における圧力および温度が同一の条件下において、上記減圧加熱炉の出口における圧力は、２８０．０ｋＰａに達し、上記加熱炉の壁面における温度は５５６℃に達し、比較例３の場合より５℃低くなっていたこと、を見ることができる。上記減圧加熱炉の出口温度は、４１８℃に達し、比較例３の場合より２２℃高くなっていた。上記油輸送管の内部に噴入された液滴は、比較例３の場合と実質的に同じ温度であるにもかかわらず、上記油輸送管の内部において瞬時に蒸発させられ、気化され、上記減圧蒸留カラムの気化部へ送られる。上記気化部における圧力が比較例３の場合と同一の条件下において、上記原料油が実施例３の減圧蒸留を終了した後の蒸留収量は、３３．７重量％に達し、比較例３の場合より３．９％増加していた。減圧での残余物の密度および粘度は増大していた。減圧での５００℃以下の画分における残余物の含有量は、１０％（比較例３の場合）から５．８％まで減少した。
［実施例４]

実施例４は、本発明の方法に従って、原油を用いる減圧蒸留の効果を例証する。

使用した常圧蒸留カラム系および分留された混合原油は、比較例３のものと同一でした。上記常圧蒸留カラムの蒸留収量は、３２重量％でした。図６に示した通り、使用した減圧蒸留カラムは、比較例３のものと同一であり、使用した減圧加熱炉は、比較例３のものと同一でした。例外は、上記減圧加熱炉の後に加えられたフレッシュタンク９でした。常圧での残余物は、フロー分配システム４を介したフロー分配の対象となり、そしてノズル５を通って上記フレッシュタンクへ噴入され、完全に気化され、それから上記減圧蒸留カラムの気化部へ導入された。上記フレッシュタンクにおける圧力は、６．１ｋＰａであり、温度は、３８２℃でした。他の操作条件および生成物の特性は表６に示される。

実施例４において上記霧状化ノズルおよび上記フラッシュタンクが上記減圧加熱炉の出口に配置されることにより、減圧での残余物を用いた減圧での分留油の蒸留物の収量は、３４．５重量％に達し、比較例３の場合より４．７％増加することを、表６から見ることができる。

［実施例５］
実施例５は、本発明の方法に従って、原油を用いる減圧蒸留の効果を例証する。

使用した常圧蒸留カラム系および分留された混合原油は、比較例３のものと同一であった。上記常圧蒸留カラムの蒸留収量は、３２重量％でした。実施例５において使用した減圧蒸留カラムは、実施例４と構造的に同一でした。使用した減圧加熱炉は、実施例４のものと構造的に同一でした。フラッシュタンクは、実施例４のものと構造的に同一でした。図７に示した通り、常圧での残余物は、フロー分配システム３を介したフロー分配の対象となり、その結果ノズル５を通って上記フラッシュタンク９に噴入され、完全に気化され、上記減圧蒸留カラムへ送り込まれ、気相および液相が異なったパイプラインの内部に存在している。上記フラッシュタンクにおける圧力は、６．１ｋＰａであり、温度は、３８２℃でした。他の操作条件および生成物の特性は、表６に示される。

実施例５において、霧状化型加圧供給システムおよび上記フラッシュタンクを減圧加熱炉の出口に配置することにより、常圧での残余物を用いた減圧での分留油の蒸留物の収量は、３５．１重量％に達し、比較例３の場合より５．３％増加することが、表６から見ることができる。

慣用的な常圧蒸留についての概略的なフローチャートである。 本発明の方法に従った常圧蒸留についての概略的なフローチャートである。 慣用的な減圧蒸留についての概略的なフローチャートである。 本発明の方法に従った減圧蒸留についての概略的なフローチャートである。 概略的なフローチャートであり、ここで、霧状化器は油輸送管である。 概略的なフローチャートであり、ここで、霧状化器は、フレッシュタンクであり、気相および液相が混合物にて供給される。 概略的なフローチャートであり、ここで、霧状化器がフレッシュタンクであり、気相および液相が別々に供給される。

Claims (19)

1. 蒸留カラムにおける石油炭化水素からの分留油の収量を改善するための方法であって、
   上記蒸留カラムが、気化部および分留ステージを備えており、上記方法が、分留されるべき石油炭化水素の原料油を予め加熱する工程、上記蒸留カラムの気化部の圧力よりも１００〜１０００ｋＰａ高い圧力にて加圧供給システムを介して上記蒸留カラムの気化部へ原料油を送り込む工程、上記気化部において原料油を霧状化および気化させる工程、ならびに、次いで上記分留ステージにおいて上記霧状化および気化させた原料油の蒸留分離を行う工程を包含し、ここで、上記分留油は上記カラムの頂部および／または側線から取り出され、気化されていない重油は上記カラムの底部から取り出され、
   上記加圧供給システムが、フロー分配システム、および１つ以上の霧状化装置を備えており、
   前記蒸留カラムは、減圧蒸留カラムであり、
   上記減圧蒸留カラムは、カラム頂部の絶対圧力が０．５〜９０ｋＰａ、気化部の絶対圧力が１〜９８ｋＰａ、気化部の温度が３００〜４３０℃であり、
   前記予め加熱する工程は、加熱炉中にて行われ、上記加熱炉は、出口における圧力が、前記気化部の絶対圧力よりも１００〜１０００ｋＰａ高く、出口における温度が、３６０〜４６０℃である、方法。
2. 前記蒸留カラムの気化部の圧力よりも２００〜８００ｋＰａ高い圧力にて前記加圧供給システムを介して上記蒸留カラムの気化部へ原料油を送り込む、請求項１に記載の方法。
3. 前記蒸留カラムの気化部の圧力よりも２００〜６００ｋＰａ高い圧力にて前記加圧供給システムを介して上記蒸留カラムの気化部へ原料油を送り込む、請求項１に記載の方法。
4. 前記蒸留カラムの気化部の圧力よりも２００〜４００ｋＰａ高い圧力にて前記加圧供給システムを介して上記蒸留カラムの気化部へ原料油を送り込む、請求項１に記載の方法。
5. 前記蒸留カラムの気化部の圧力よりも２００〜３００ｋＰａ高い圧力にて前記加圧供給システムを介して上記蒸留カラムの気化部へ原料油を送り込む、請求項１に記載の方法。
6. 請求項１に記載の方法であって、前記蒸留カラムが、リボイラーを備えない蒸留カラムである、方法。
7. 前記蒸留カラムは、減圧蒸留カラムであり、
   上記減圧蒸留カラムは、カラム頂部の絶対圧力が０．５〜１０ｋＰａ、気化部の絶対圧力が１〜５ｋＰａ、気化部の温度が３７０〜４１０℃である請求項１に記載の方法。
8. 前記加熱炉の出口における圧力が、前記気化部の絶対圧力よりも２００〜８００ｋＰａ高い、請求項１に記載の方法。
9. 前記加熱炉の出口における圧力が、前記気化部の絶対圧力よりも２００〜６００ｋＰａ高い、請求項１に記載の方法。
10. 前記加熱炉の出口における圧力が、前記気化部の絶対圧力よりも２００〜４００ｋＰａ高い、請求項１に記載の方法。
11. 前記加熱炉の出口における圧力が、前記気化部の絶対圧力よりも２００〜３００ｋＰａ高い、請求項１に記載の方法。
12. 前記加熱炉の出口における温度が、３８０〜４３０℃である、請求項１に記載の方法。
13. 請求項１に記載の方法であって、前記蒸留カラムにおいて、液体収集エレメントが、前記原料油を噴入するための入口の下方に配置されている、および／または泡除去エレメントが、上記原料油を噴入するための上記入口の上方に配置されている、方法。
14. 請求項１に記載の方法であって、上記霧状化装置は、前記蒸留カラムの気化部の内部または上記蒸留カラムの外部、あるいはその両方に設置されている、方法。
15. 請求項１４に記載の方法であって、前記霧状化装置は、１つ以上のノズルまたは重油を霧状化し得る他の装置であり、上記１つ以上のノズルまたは重油を霧状化し得る他の装置は、前記蒸留カラムの気化部の内部へ伸びている、および／または、上記蒸留カラムの外部に設置されかつ上記蒸留カラムと流体連絡された霧状化器の内部へ伸びている、方法。
16. 請求項１５に記載の方法であって、前記フロー分配システムは、前記カラムの内部、および／または、前記霧状化器の外部、および／または、上記霧状化器の内部に設置されている、方法。
17. 請求項１５に記載の方法であって、前記霧状化器が、油輸送管、フラッシュタンク、フラッシュカラムを備えている、方法。
18. 請求項１４に記載の方法であって、前記霧状化装置は、前記蒸留カラムの外部に設置されかつ上記蒸留カラムと流体連絡された霧状化器の内部へ伸びている、１つ以上のノズルまたは重油を霧状化し得る他の装置を備えており、上記霧状化器の内部にて生成された気相流が、上記蒸留カラムの気化部へ入り込み、かつ、上記霧状化器の内部にて生成された液相流が、上記蒸留カラムの底部へ直接的に入り込んで、上記底部の残留油と混合されるか、または、上記霧状化器の内部にて生成された上記気相流および上記液相流が、同一のパイプラインを通って上記蒸留カラムの上記気化部へ入り込む、方法。
19. 請求項１４に記載の方法であって、前記霧状化装置は、前記蒸留カラムの前記気化部の内部へ伸びている、１つ以上のノズルまたは重油を霧状化し得る他の装置を備えており、分留されるべき石油炭化水素の原料油は、予め加熱され、霧状化され、そして、上記蒸留カラムの上記気化部よりも１００〜１０００ｋＰａ高い圧力にて、加圧供給システムを介して一部または全体が気化されて上記気化部へ入り込み、前記分留油が上記カラムの頂部および／または側線から取り出され、重油が上記カラムの底部から取り出される、方法。

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