JP6484565B2 - 熱的結合を用いてエネルギー消費を低減するための方法 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１３年２月１１日に出願された米国特許仮出願第６１／７６３，３２６号の米国特許法第１１９条（ｅ）項の下に優先権を主張し、また、当該仮出願の全てが、本明細書に完全に明記されているかのように、参照により本明細書に引用される。

本発明は、熱的結合を用いることにより蒸留プロセスのエネルギー消費を減らすための方法に関する。本発明の実施形態は、第１カラムの予備分別セクションにサイドリボイラ及びパーシャルコンデンサを含み、それにより、第１カラムと第２カラムとの間で蒸気液体トラフィックを均一に分配することを補助することに向けられている。

蒸留は、化学工業、石油化学工業、精製業、及び、関連する処理産業にて用いられる最も一般的な分離プロセスである。蒸留は、リボイラ及びコンデンサのそれぞれを通じて含まれる加熱ステップ及び冷却ステップにより大量のエネルギーを消費する。処理産業に関する主要間接費は、原材料費、エネルギー費及び人件費を含む運転コストにより生じる。経済及び社会の利益のためにエネルギー費を削減することが望ましいであろう。

エネルギー消費及び資本支出の実質的な削減をもたらす有用な複合蒸留構造がある。これらのオプションは、分割壁カラム、及び、熱的に結合されたカラムを含むが、これらに限定されない。

熱的に結合されたカラム（カラム）は、必要とするエネルギーを２０％〜３０％削減するが、商用設備としては有効でないという重大な欠点を有する。例えば、熱的に結合された装置が、蒸留シーケンスの異なるカラム間で２ウェイ蒸気／液体流を設定することにより実現される。熱的結合の欠点の１つは、カラムにおける非均一な蒸気液体トラフィックである。図１に示されているように、カラムの上部セクション及び底部セクションは、ヘビーな蒸気液体トラフィックを呈し、一方、カラムの予備分別及びメイン（主要）セクションにおいては、トラフィックは少ない。ヘビートラフィックはカラム性能を制限し、多くの場合、既存のカラムシェルを利用できない。

従って、優れた省エネルギー特性を有し、同時に、カラムにおいて均一な蒸気液体トラフィックをもたらす熱的結合システムを開発及び実行することが必要である。

本発明の実施形態は、第１の蒸留カラム及び第２の蒸留カラムを備えた蒸留システムに向けられており、前記システムは、熱的結合を用いてベンゼン、トルエン及びキシレンを分離するために用いられる。本発明の一実施形態において、第１の蒸留カラムの予備分別セクションが、パーシャルコンデンサ（分縮器）及びサイドリボイラを含む。

本発明の一実施形態において、本発明の熱的結合方式の利点が、ベンゼン−トルエン蒸留シーケンスにおいて用いられる。

蒸留のための先行技術のプロセス及びシステムを示す。 本発明の実施形態による熱処理を示す。

本発明の実施形態は、第１の蒸留カラム及び第２の蒸留カラムを備えた蒸留システムを目的としており、前記システムは、熱的結合を用いてベンゼン、トルエン及びキシレンを分離するために用いられる。本発明の一実施形態において、第１の蒸留カラムの予備分別セクションがパーシャルコンデンサ（分縮器）を含む。

本発明の幾つかの実施形態において、パーシャルコンデンサが高い凝縮温度を有し、且つ、低圧（ＬＬＰ）スチームを発生することができる。本発明の一実施形態において、パーシャルコンデンサは、スチーム発生性能を予備分別セクションのオーバーヘッドにもたらす。このオーバーヘッド蒸気は、第２蒸留カラムの上部セクションのためのフィードとして機能する。

本発明の幾つかの実施形態において、サイドリボイラが第１の蒸留カラムの予備分別セクションに接続されている。本発明の幾つかの実施形態において、第１蒸留カラムの予備分別セクションは、蒸気のサイドドローを有する。この蒸気サイドドローは、第２蒸留カラムのメインセクションへのフィードとして機能する。

本発明の幾つかの実施形態において、第２の蒸留カラムのメインセクションはリボイラを含む。幾つかの実施形態において、このリボイラは廃熱回収リボイラである。第２蒸留カラムのメインセクションのリボイラは低温熱で動作する。リボイラは、スチームの総消費量を低減し、復水から回収されるフラッシュスチームで動作することができる。

本発明の幾つかの実施形態において、第１蒸留カラムの予備分別セクションの蒸気サイドドローは、第２蒸留カラムのメインセクションのリボイラにも供給される。こうして、リボイラは、第２蒸留カラムの動作を、第１蒸留カラムからの蒸気フィード流のいずれの変動も吸収することにより安定化させる。

本発明の一実施形態において、さらに予備分別セクションにおけるサイドリボイラ及びパーシャルコンデンサを使用することが、蒸気液体トラフィックを２つのカラムに均一に分配することを補助する。さらに、サイドリボイラ及びパーシャルコンデンサの追加は、プラントのキャパシティを増大し、エネルギー消費を低減する。

本発明の一実施形態において、本発明の熱的結合方式（ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｓｃｈｅｍｅ）の利点が、ベンゼン−トルエン蒸留シーケンスにて用いられる。

図２に示されているように、芳香族化合物フィードが流量制御されて第１カラム（幾つかの実施形態においてトルエンカラムと称される）に送られる。第１カラムのオーバーヘッド（カラム頂）蒸気がパーシャルコンデンサにおいて部分的に凝縮される。凝縮された液体は、第１カラムオーバーヘッドレシーバにて収集される。第１カラムのオーバーヘッドレシーバからのオーバーヘッド凝縮液体が、第１カラムに還流として送り戻される。オーバーヘッドレシーバからの凝縮されていない蒸気ストリームが、第２カラム（幾つかの実施形態においてベンゼンカラムと称される）に送られる。こうして、第１カラムのオーバーヘッド圧力が第２カラムの圧力に加えられる。

本発明の幾つかの実施形態において、第１カラムはボトム（カラム底）リボイラを含む。幾つかの実施形態において、このリボイラは、スチームを加熱媒体として用いるスチームリボイラである。第１カラムのボトムリボイラへの入熱が、スチーム／復水量を第１カラムのボトムトレイ温度にカスケードして制御することにより調整される。こうして、第１カラムのボトム温度が制御される。

本発明の幾つかの実施形態において、第１カラムのサイドリボイラは、スチーム加熱媒体を用いるスチームリボイラである。第１カラムのサイドリボイラへの入熱は、復水量を制御することにより調整される。

本発明の一実施形態において、カラムにおける熱的結合効果が、３つのストリーム間の相互作用により発生する。
ａ．第１カラムの予備分別セクションからの蒸気サイドドローが第２カラムのボトムセクションに送られる。このストリームは流量制御される。
ｂ．第２カラムからのボトム液が第１カラムの予備分別セクションに送り戻される。このストリームは第２カラムボトムのレベル制御にカスケードして流量制御される。
ｃ．第１カラムオーバーヘッドレシーバからのオーバーヘッド蒸気が第２カラムの上部セクションに送られる。

本発明の一実施形態において、第２カラムに２つのフィードストリームが設けられる。第１のフィードストリームは、第１カラムのオーバーヘッドレシーバからの蒸気ストリームである。第２カラムへの第２のフィードストリームは、第１の蒸留カラムの予備分別セクションからの蒸気ストリームである。第２カラムの圧力は、第２カラムのオーバーヘッドレシーバの圧力を制御することにより維持される。第２カラムのオーバーヘッドレシーバからの液体は、第２カラムの上部に還流として送り戻される。このストリームは第２カラムのオーバーヘッドレシーバのレベル制御にカスケードして流量制御される。

本発明の幾つかの実施形態において、高純度ベンゼン生成物が、第２カラムの上部付近の液体サイドドローとして引き出される。ベンゼン生成物の純度は、ベンゼン生成物の流れを、第２カラムの上部セクションにおける２つのトレイ間の差温コントローラにカスケードして制御することにより維持される。

本発明の幾つかの実施形態において、高純度トルエン生成物が、カラムの底部付近の第２カラムの液体サイドドローとして引き出される。トルエン生成物の純度は、トルエン生成物の流れを、第２カラムのボトムトレイ付近のトレイの温度を維持する温度コントローラにカスケードして制御することにより維持される。

本発明の幾つかの実施形態において、第２カラムリボイラの負荷は、リボイラへの加熱媒体の流れを制御することにより制御される。

本発明の全態様は、蒸留プロセスのエネルギー効率を、熱的結合プロセスを用いて増大するための方法に関する。本開示から知識を得た当業者は、本明細書中に開示された方法に、様々な変更を、本発明の範囲から逸脱せずに加え得ることを理解するであろう。理論上の又は観察された現象又は結果を説明するために用いられた機構は、単に例示的であり、添付の請求の範囲を何ら限定しないものと解釈されるべきである。

Claims (1)

1. 熱的結合を用いてベンゼン、トルエン及びキシレンを分離するために用いられる第１の蒸留カラム及び第２の蒸留カラムを備えた蒸留システムであって、サイドリボイラが前記第１の蒸留カラムの上部セクションに接続されており、前記第１の蒸留カラムの上部セクションがパーシャルコンデンサを有し、前記パーシャルコンデンサが、室温よりも高い凝縮温度を有し、前記第１の蒸留カラムのオーバーヘッド圧力を有するオーバーヘッド蒸気を発生させ、前記オーバーヘッド蒸気が前記第２の蒸留カラムの上部セクションへのフィードであり、前記第１の蒸留カラムの上部セクションの蒸気のサイドドローが前記第２の蒸留カラムの下部セクションへのフィードであり、前記第２の蒸留カラムの下部セクションのリボイラが復水から回収されるフラッシュスチームによる熱で動作し、前記第２の蒸留カラムの下部セクションのリボイラにも前記第１の蒸留カラムの上部セクションの蒸気のサイドドローを供給する、蒸留システム。