JP7032319B2 - How to use recompressed steam and plant - Google Patents
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Description
本発明は、蒸気の発生を伴うプロセスにおいて、この蒸気を断熱圧縮することにより得られる再圧縮蒸気を、熱源として効率良く利用する方法、及びこの方法を利用したプラントに関する。 The present invention relates to a method of efficiently utilizing the recompressed steam obtained by adiabatic compression of the steam in a process involving generation of steam as a heat source, and a plant using this method.
蒸気の発生を伴う化学プロセス(例えば、化学物質の反応、混合物の分離など)において、プロセス全体で掛かるエネルギー量又はランニングコストを低減するために、発生するプロセス蒸気の熱量を、熱源として有効活用する方法が提案されている。例えば、プロセス蒸気を断熱圧縮することで温度を上昇させ、その圧縮プロセス蒸気(再圧縮蒸気)の熱量を蒸発や蒸留、乾燥などの工程における熱源として利用する蒸気再圧縮(Vapor Re-Compression:VRC)方式などの方法が検討されている。 In a chemical process involving the generation of steam (for example, reaction of chemical substances, separation of a mixture, etc.), the amount of heat of the generated process steam is effectively utilized as a heat source in order to reduce the amount of energy required in the entire process or the running cost. A method has been proposed. For example, steam re-compression (VRC) that raises the temperature by adiabatic compression of process steam and uses the heat of the compression process steam (recompressed steam) as a heat source in processes such as evaporation, distillation, and drying. ) Methods such as methods are being studied.
例えば、国際公開第2015/033935号(特許文献1)には、VRC方式において、圧縮機の下流に存在する未凝縮の再圧縮蒸気などのガス成分を、主工程に戻す循環工程を設けることにより、圧縮機などの機器の破損を防止しつつ、プロセス蒸気を利用する方法が開示されている。この方法では、循環工程により、圧縮機の下流における前記ガス成分の滞留などを抑制できるため、安全かつ簡便にプロセス蒸気を利用できることが記載されている。 For example, International Publication No. 2015/033935 (Patent Document 1) is provided with a circulation process for returning gas components such as uncondensed recompressed steam existing downstream of the compressor to the main process in the VRC method. , A method of utilizing process steam while preventing damage to equipment such as a compressor is disclosed. In this method, it is described that the process steam can be used safely and easily because the retention of the gas component in the downstream of the compressor can be suppressed by the circulation step.
しかし、この方法では、プラントの稼働条件によっては、円滑に再圧縮できない場合があり、省エネルギー効果は十分ではなく、プロセス設計(又はVRC方式の適用)における自由度も制限されていた。また、プロセス設計の自由度に関して、他の熱源利用設備が設置された既存のプラントに、新たにVRC方式の設備を増設すると、双方の設備を安定して稼働するのに必要なプロセス蒸気量を確保できない場合もあった。 However, this method may not be able to be smoothly recompressed depending on the operating conditions of the plant, the energy saving effect is not sufficient, and the degree of freedom in process design (or application of the VRC method) is limited. In addition, regarding the degree of freedom in process design, if VRC type equipment is newly added to the existing plant where other heat source utilization equipment is installed, the amount of process steam required for stable operation of both equipment can be obtained. In some cases, it could not be secured.
従って、本発明の目的は、断熱圧縮により昇温させたプロセス蒸気(再圧縮蒸気)を熱源として効率的に利用する方法、及びこの方法を用いたプラントを提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a method of efficiently using process steam (recompressed steam) heated by adiabatic compression as a heat source, and a plant using this method.
本発明の他の目的は、再圧縮蒸気を利用するVRC方式を備えたプラントを安定して(又は円滑に)稼働できる方法、及びそのプラントを提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a method for stably (or smoothly) operating a plant equipped with a VRC method using recompressed steam, and a plant thereof.
本発明のさらに他の目的は、プロセス設計の柔軟性に優れた再圧縮蒸気の利用方法、及びその方法を用いたプラントを提供することにある。 Still another object of the present invention is to provide a method of utilizing recompressed steam having excellent process design flexibility, and a plant using the method.
本発明の別の目的は、VRC方式で多くのプロセス蒸気を利用しても、他の熱源利用プロセスを平行して稼働できる方法、及びこの方法を用いたプラントを提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a method capable of operating other heat source utilization processes in parallel even if many process steams are utilized in the VRC method, and a plant using this method.
本発明者らは、前記課題を達成するため鋭意検討した結果、凝縮性ガス成分を含むプロセス蒸気を発生し、かつ発生したプロセス蒸気の凝縮性ガス成分を凝縮液として回収する主工程と、前記プロセス蒸気の少なくとも一部を圧縮機で断熱圧縮して温度を上昇させて再圧縮蒸気を得る再圧縮工程と、再圧縮蒸気を熱源として利用する熱交換工程と、熱交換工程に供された再圧縮蒸気のうち、凝縮していない非凝縮成分を主工程に戻す循環工程とを含む再圧縮蒸気の利用方法において、熱交換工程で凝縮した凝縮液を強制的に冷却又は急冷することなく滞留させて、圧縮機下流の背圧空間の圧力を保持(又は背圧の低下を抑制(又は防止))すると、再圧縮蒸気をより効率的に利用できるだけでなく、プロセス(又はプラント)をより安定して(又は円滑に)運転(又は稼働)できることを見いだし、本発明を完成した。 As a result of diligent studies to achieve the above problems, the present inventors generate a process vapor containing a condensable gas component, and recover the condensable gas component of the generated process vapor as a condensate. A re-condensation process in which at least a part of the process steam is adiabatically compressed by a compressor to raise the temperature to obtain re-condensed steam, a heat exchange process using the re-condensed steam as a heat source, and a re-condensation process. In the method of using the recompressed steam including the circulation step of returning the non-condensed component of the compressed steam to the main step, the condensed liquid condensed in the heat exchange step is retained without being forcibly cooled or rapidly cooled. Therefore, if the pressure in the back pressure space downstream of the compressor is maintained (or the decrease in back pressure is suppressed (or prevented)), not only the recondensed steam can be used more efficiently, but also the process (or plant) becomes more stable. The present invention has been completed by finding that it can be operated (or smoothly) (or smoothly).
すなわち、本発明の再圧縮蒸気の利用方法は、凝縮性ガス成分を含むプロセス蒸気を発生し、かつ発生したプロセス蒸気の凝縮性ガス成分を凝縮液として回収する主工程と、前記プロセス蒸気の少なくとも一部を圧縮機で断熱圧縮して温度を上昇させて再圧縮蒸気を得る再圧縮工程と、再圧縮蒸気を熱源として利用する熱交換工程と、熱交換工程に供された再圧縮蒸気のうち、凝縮していない非凝縮成分を主工程に戻す循環工程とを含む再圧縮蒸気の利用方法であって、熱交換工程で凝縮した凝縮液を滞留させて、圧縮機の下流の背圧空間の圧力を保持するためのホールド工程を少なくとも含んでいる。 That is, the method of utilizing the recompressed vapor of the present invention includes a main step of generating a process vapor containing a condensable gas component and recovering the condensable gas component of the generated process vapor as a condensate, and at least the above-mentioned process vapor. Of the re-condensation process in which a part is adiabatically compressed with a compressor to raise the temperature to obtain re-condensed steam, the heat exchange process using the re-condensed steam as a heat source, and the re-condensed steam used in the heat exchange process. It is a method of using recompressed steam including a circulation step of returning uncondensed non-condensed components to the main step, in which the condensed liquid condensed in the heat exchange step is retained to form a back pressure space downstream of the compressor. It includes at least a holding step to hold the pressure.
凝縮液は、ホールド工程より上流側において、強制的に冷却することなく、ホールド工程で滞留させてもよい。また、熱交換工程以降の工程において、生じた凝縮液は保温又は昇温されていてもよく、ホールド工程で滞留させる凝縮液の温度は、熱交換工程の流出口(又は熱交換ユニット出口側)での温度Tに対して、(T-50)℃~(T+20)℃程度であってもよい。凝縮液は、ホールド工程において、流出量を調整して、0.5分~10時間程度滞留させてもよい。ホールド工程において、凝縮液と非凝縮成分とを気液分離してもよい。 The condensed liquid may be retained in the hold step on the upstream side of the hold step without being forcibly cooled. Further, in the steps after the heat exchange step, the generated condensed liquid may be kept warm or heated, and the temperature of the condensed liquid retained in the hold step is the outlet (or the heat exchange unit outlet side) of the heat exchange step. It may be about (T-50) ° C. to (T + 20) ° C. with respect to the temperature T in. The condensed liquid may be retained in the holding step for about 0.5 minutes to 10 hours by adjusting the outflow amount. In the hold step, the condensed liquid and the non-condensed component may be gas-liquid separated.
本発明の方法は、さらに、ホールド工程から流出される凝縮液を冷却する冷却工程を含んでいてもよい。また、本発明の方法は、圧縮機の下流の背圧空間に非凝縮性ガスを導入するガス導入工程と、ホールド工程で流出される凝縮液から、溶解した非凝縮性ガスを脱気する脱気工程とを含んでいてもよい。さらに、本発明の方法は、ホールド工程で流出される凝縮液をフラッシュ蒸発して、揮発性成分と不揮発性成分とに分離するフラッシュ工程を含んでいてもよい。このフラッシュ工程で分離した揮発成分の少なくとも一部は、別プロセスの熱源として利用してもよい。 The method of the present invention may further include a cooling step of cooling the condensate flowing out of the hold step. Further, the method of the present invention is a gas introduction step of introducing a non-condensable gas into the back pressure space downstream of the compressor, and a degassing of the dissolved non-condensable gas from the condensate flowing out in the hold step. It may include a gas process. Further, the method of the present invention may include a flash step of flash-evaporating the condensed liquid flowing out in the hold step to separate the volatile component and the non-volatile component. At least a part of the volatile components separated in this flash step may be used as a heat source for another process.
また、本発明には、凝縮性ガス成分を含むプロセス蒸気を発生する蒸気生成器、及び発生したプロセス蒸気の一部を冷却して凝縮させるためのコンデンサーを有する主ユニットと、前記プロセス蒸気の残部を断熱圧縮して温度を上昇させて再圧縮蒸気を得るための蒸気再圧縮ユニットと、再圧縮蒸気を熱源として利用するための熱交換ユニットと、熱交換ユニットに供された再圧縮蒸気のうち、凝縮していない非凝縮成分を主ユニットに戻すための循環ラインとを備えた再圧縮蒸気の利用プラントであって、熱交換ユニットで凝縮した凝縮液を滞留させて、蒸気再圧縮ユニットの下流の背圧空間の圧力を保持するためのホールドユニットを少なくとも備えた再圧縮蒸気の利用プラントも包含する。 Further, the present invention includes a steam generator that generates process steam containing a condensable gas component, a main unit having a condenser for cooling and condensing a part of the generated process steam, and the balance of the process steam. Of the steam recompression unit for adiabatic compression and raising the temperature to obtain recompressed steam, the heat exchange unit for using the recompressed steam as a heat source, and the recompressed steam provided to the heat exchange unit. A recompressed steam utilization plant equipped with a circulation line for returning uncondensed non-condensed components to the main unit, where the condensed liquid in the heat exchange unit is retained and downstream of the steam recompression unit. It also includes a recompressed steam utilization plant equipped with at least a hold unit for holding the pressure in the back pressure space.
前記プラントは、ホールドユニットよりも上流側に、凝縮液を強制的に冷却するための冷却ユニットを備えることなく、凝縮液を滞留させるホールドタンクを備えていてもよい。蒸気再圧縮ユニットの下流の背圧空間を形成するユニット及びラインの少なくとも一部は保温又は昇温されていてもよく、ホールドユニットが滞留する凝縮液の温度は、熱交換ユニット出口側での温度Tに対して、(T-50)℃~(T+20)℃程度に保持してもよい。ホールドユニットは、凝縮液の流出量を調整して、凝縮液を0.5分~10時間程度滞留させるための流量制御装置を有していてもよい。 The plant may be provided with a hold tank for forcibly cooling the condensed liquid on the upstream side of the hold unit, without providing a cooling unit for forcibly cooling the condensed liquid. At least a part of the unit and the line forming the back pressure space downstream of the steam recompression unit may be kept warm or heated, and the temperature of the condensed liquid in which the hold unit stays is the temperature at the outlet side of the heat exchange unit. It may be kept at about (T-50) ° C. to (T + 20) ° C. with respect to T. The hold unit may have a flow rate control device for adjusting the outflow amount of the condensed liquid and allowing the condensed liquid to stay for about 0.5 minutes to 10 hours.
ホールドユニットは、気液分離機能を備え、かつ凝縮液を滞留させるためのホールドタンク、及び、このホールドタンク内の気相部と、蒸気再圧縮ユニットの下流の背圧空間のうち、ホールドタンクよりも上流側の気相空間とを接続するためのエアリングラインを有していてもよい。また、ホールドユニットは、凝縮液を滞留させるためのホールドタンクと、このホールドタンクよりも上流側に配設された気液分離器と、この気液分離器で分離した気体成分を、蒸気再圧縮ユニットの下流の背圧空間のうち、気液分離器よりも上流側の気相空間に戻すためのエアリングラインとを有していてもよい。 The hold unit has a gas-liquid separation function, and is a hold tank for retaining the condensed liquid, and the gas phase portion in the hold tank and the back pressure space downstream of the steam recompression unit from the hold tank. May also have an airing line for connecting to the vapor phase space on the upstream side. In addition, the hold unit steam recompresses the hold tank for retaining the condensed liquid, the gas-liquid separator disposed on the upstream side of the hold tank, and the gas component separated by this gas-liquid separator. Of the back pressure space downstream of the unit, it may have an airing line for returning to the gas phase space upstream of the gas-liquid separator.
本発明のプラントは、さらに、ホールドユニットから流出される凝縮液を冷却するための冷却ユニットを備えていてもよい。また、本発明のプラントは、蒸気再圧縮ユニットの下流の背圧空間に非凝縮性ガスを導入するためのガス導入ユニットと、ホールドユニットから流出される凝縮液に溶解した非凝縮性ガスを脱気するための脱気ユニットとを備えていてもよい。さらに、本発明のプラントは、ホールドユニットから流出される凝縮液をフラッシュ蒸発して、揮発成分と不揮発成分とに分離するフラッシュユニットを備えていてもよい。前記プラントは、このフラッシュユニットで分離した揮発成分の少なくとも一部を、別プロセスの熱源として利用するためのラインを備えていてもよい。 The plant of the present invention may further include a cooling unit for cooling the condensate flowing out of the hold unit. Further, in the plant of the present invention, the gas introduction unit for introducing the non-condensable gas into the back pressure space downstream of the steam recompression unit and the non-condensable gas dissolved in the condensate flowing out from the hold unit are removed. It may be equipped with a degassing unit for care. Further, the plant of the present invention may include a flash unit that flash-evaporates the condensed liquid flowing out from the hold unit to separate it into a volatile component and a non-volatile component. The plant may be provided with a line for utilizing at least a part of the volatile components separated by the flash unit as a heat source for another process.
なお、本明細書及び請求の範囲において、「プロセス蒸気」とは、気液の相変化を伴う単位操作が組み込まれた製造プロセス(工程)中で発生する蒸気を意味する。 In the present specification and claims, "process steam" means steam generated in a manufacturing process (process) in which a unit operation accompanied by a phase change of gas and liquid is incorporated.
「再圧縮蒸気」とは、蒸気再圧縮方式(VRC方式)において、熱源として利用するために圧縮して温度上昇させたプロセス蒸気を意味する。 The "recompressed steam" means a process steam that has been compressed and raised in temperature for use as a heat source in the steam recompression method (VRC method).
「背圧空間」とは、VRC方式(VRCプロセス)において、圧縮機の吐出圧が及ぶ(又は伝達する)全ての空間及びライン(エアリングラインを含む)を意味する。 "Back pressure space" means all spaces and lines (including airing lines) to which (or transmit) the discharge pressure of the compressor in the VRC method (VRC process).
「非凝縮性ガス」とは、圧縮機下流の背圧空間における温度及び圧力下において、気体状態を保持可能なガスを意味する。 The "non-condensable gas" means a gas capable of maintaining a gas state under temperature and pressure in the back pressure space downstream of the compressor.
「非凝縮成分」とは、VRC方式(VRCプロセス)において、凝縮性ガス成分のうち凝縮していないガス成分、及び非凝縮性ガス成分の双方を含む意味に用いる。 The term "non-condensable component" is used in the VRC method (VRC process) to mean that both the non-condensed gas component and the non-condensable gas component are included in the condensable gas component.
「揮発成分」とは、フラッシュ工程において、凝縮液のフラッシュ蒸発により蒸発した気体(又は揮発性)成分を意味し、「不揮発成分」とは、フラッシュ工程において、凝縮液のフラッシュ蒸発により蒸発しなかった液体(又は低揮発性)成分を意味する。 The "volatile component" means a gas (or volatile) component evaporated by the flash evaporation of the condensate in the flash process, and the "nonvolatile component" does not evaporate by the flash evaporation of the condensate in the flash process. Means a liquid (or low volatility) component.
本発明では、熱交換工程で凝縮された凝縮液を滞留させて、圧縮機下流の背圧空間の圧力を保持(又は圧力低下を抑制)するため、プロセス蒸気(再圧縮蒸気)を熱源として効率的に利用でき、省エネルギー効果を向上できるだけでなく、VRC方式を備えたプラントを安定して(又は円滑に)稼働できる。また、処理量や運転条件の変動が大きなプラントにも対応し易く、プロセス設計の柔軟性にも優れている。また、非凝縮性ガスを導入することにより、VRC方式を備えたプラント稼働の安定性(又は円滑性)やプロセス設計の柔軟性をより一層向上できる。さらに、VRC工程から排出(又は流出)される凝縮液のフラッシュ蒸発により生成する揮発成分を、他の熱源利用プロセスに利用できる。そのため、VRC方式で多くのプロセス蒸気を利用しても、他の熱源利用プロセスを平行して円滑かつ安全に稼働でき、プロセス設計の柔軟性や省エネルギー効果をより一層向上できる。 In the present invention, the condensed liquid condensed in the heat exchange step is retained to maintain the pressure in the back pressure space downstream of the compressor (or suppress the pressure drop), so that the process steam (recompressed steam) is used as a heat source for efficiency. Not only can the energy saving effect be improved, but also the plant equipped with the VRC method can be operated stably (or smoothly). In addition, it is easy to handle plants with large fluctuations in processing volume and operating conditions, and it has excellent process design flexibility. Further, by introducing the non-condensable gas, the stability (or smoothness) of the plant operation provided with the VRC method and the flexibility of the process design can be further improved. Further, the volatile components generated by the flash evaporation of the condensed liquid discharged (or outflowed) from the VRC process can be used for other heat source utilization processes. Therefore, even if a large amount of process steam is used in the VRC method, other heat source utilization processes can be operated smoothly and safely in parallel, and the flexibility of process design and the energy saving effect can be further improved.
以下、必要により添付図面を参照しつつ、本発明をより詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings as necessary.
図1の例では、再圧縮蒸気の利用プラントは、凝縮性ガス成分を含むプロセス蒸気を排出するプロセス蒸気生成器としての蒸留塔1を備えており、この蒸留塔1からプロセス蒸気を排出するための排出ラインは、配管分岐点4で分岐している。分岐した一方のラインには、蒸留塔1から排出したプロセス蒸気の一部を冷却して凝縮するための第1のコンデンサー2及び第2のコンデンサー3が配設され、前記プロセス蒸気中の凝縮性ガス成分(凝縮性成分)をコンデンサー2及び3で冷却して凝縮液として回収する。主ユニットは前記蒸留塔1と第1のコンデンサー2及び第2のコンデンサー3とを含む。
In the example of FIG. 1, the recompressed steam utilization plant is provided with a
また、分岐した他方のラインでは、流量制御ユニットとしての流量制御弁(又はバルブ)15及び17が配設されたラインを経由して、前記プロセス蒸気の残部を断熱圧縮して温度を上昇させて再圧縮蒸気を得るための蒸気再圧縮ユニットとしての圧縮機5(例えば、ターボ型圧縮機など)と、再圧縮蒸気を熱源として利用するための熱交換ユニットとしての熱交換器7と、熱交換器7を経たプロセス流体を気液分離し、分離された凝縮液(又は凝縮成分)を滞留させるためのホールドユニットとしてのホールドタンク(又は貯留タンク)8とが配設されている。
Further, in the other branched line, the balance of the process steam is adiabatically compressed and the temperature is raised via the line in which the flow control valves (or valves) 15 and 17 as the flow control unit are arranged. A
ホールドタンク8で分離されたガス成分(又は非凝縮成分)は、ホールドタンク8のエアリングライン(又は均圧管)8aを経由して、熱交換器7のエアリングライン(又は均圧管)9aからのガスと合流し、流量制御装置としての流量制御弁11を備えた第1の循環ライン9により主ユニットに戻される。この第1の循環ライン9は、第1のコンデンサー2と第2のコンデンサー3との間のラインに接続部(又は配管接続部)10を介して接続されており、第1のコンデンサー2を通過したプロセス流体(プロセス蒸気及び/又は凝縮液)と合流されて、第2のコンデンサー3を経て凝縮液が回収される。
The gas component (or non-condensed component) separated by the
一方、ホールドタンク8で滞留される凝縮液は、流量制御装置としての流量制御弁13を備えたライン(凝縮液排出ライン又は凝縮液流出ライン)から排出(又は流出)され、冷却ユニットとしての凝縮液クーラー18で冷却され、主ユニットにおける第2のコンデンサー3を経た凝縮液とともに回収される。
On the other hand, the condensate retained in the
さらに、前記(ターボ型)圧縮機5には、圧縮機の入口側のラインと出口側のラインとを連結する第2の循環ライン6、および流量制御装置としての流量制御弁12が配設されている。第2の循環ライン6は、圧縮機の入口側のラインにおいて、流量制御弁15及び17の間のラインに接続されている。
Further, the (turbo type)
なお、本発明の方法又はプラントは、蒸留塔1並びに第1のコンデンサー2、及び必要に応じて第2のコンデンサー3を含み、凝縮性ガス成分を含むプロセス蒸気を発生し、冷却して凝縮させる主工程(主プロセス)と、圧縮機5、熱交換器7及びホールドタンク8を含み、プロセス蒸気を圧縮機で断熱圧縮して温度を上昇させた再圧縮蒸気を生成して熱源として利用するVRC工程(VRCプロセス)とを有している。また、本明細書及び図2~8においても、図1と同一の構成要素については、同一の番号を付している。
The method or plant of the present invention includes a
このような構成を有するプラント(装置)において、VRC工程の起動前は、主工程のみで運転されている。すなわち、流量制御弁15は閉じられており、蒸留塔1から排出されたプロセス蒸気は、第1のコンデンサー2及び第2のコンデンサー3で凝縮性ガス成分(凝縮性成分)の全量が冷却凝縮され、凝縮液として回収されている。
In a plant (equipment) having such a configuration, before the start of the VRC process, it is operated only in the main process. That is, the
次に、流量制御弁11、12及び17を全開にし、流量制御弁13を閉の状態で流量制御弁15を徐々に開き、所定の開度に調整する。このとき、蒸留塔1から排出されるプロセス蒸気の一部は、主工程の排出ラインの分岐点4を経て、VRC工程におけるラインのシールガスと置換され、VRC工程の系内もこのプロセス蒸気により昇温されていく。その後、流量制御弁17を所定の開度に調整して(例えば、ターボ型圧縮機5の吐出圧が低くなりすぎる場合には、必要に応じて、流量制御弁11及び/又は12の開度を、流量を減らす方向に調整して)圧縮機に導入されるプロセス蒸気量を調整した後、ターボ型圧縮機5を起動させ、定格回転数で安定させる。この時点では、ターボ型圧縮機5を通過するプロセス蒸気には吐出圧は殆ど負荷されていないが、圧縮機の軸動力×機械効率×(1-断熱効率)の熱が圧縮機内を通過するプロセス蒸気に伝熱することで温度上昇が生じる。流量制御弁12が開の状態である場合は閉じることで、VRC工程を流れるプロセス蒸気は、基本的に圧縮機内を1回通過するだけの状態となる。そのため、温度上昇は圧縮機からの伝熱のみであり温度上昇幅は小さい。ターボ型圧縮機5を通過したプロセス蒸気と、熱交換器7の内部プロセスの沸点との温度差も十分でないため、伝熱も不十分で凝縮もあまり生じていない。従って、殆どのプロセス蒸気(プロセス蒸気中の凝縮性ガス成分)は、未凝縮のまま第1の循環ライン9により主工程の配管接続部10へと戻され、冷却凝縮により回収される。
Next, the flow
このようにVRC工程での第1の循環ラインにより、未凝縮の蒸気を主工程に戻すことができるため、熱交換ユニットでの伝熱不良などによるプロセス蒸気の滞留などを抑制でき、圧縮機内のガス流通の停滞などによる圧縮機の破損を防止できる。 In this way, since the uncondensed steam can be returned to the main process by the first circulation line in the VRC process, it is possible to suppress the retention of process steam due to poor heat transfer in the heat exchange unit, and it is possible to suppress the retention of process steam in the compressor. It is possible to prevent damage to the compressor due to stagnation of gas flow.
なお、流量制御弁13は、ホールドタンク8に凝縮液の液面を確認後、適切な開度及び/又は頻度で開き、後工程に凝縮液を送ってもよい。また、ターボ型圧縮機を備えたプラントでは、第2の循環ライン6は、プロセス蒸気の循環方法の制御に加えて、緊急時のサージング回避のため、循環流量を確保するために利用してもよい。
The flow
次に、流量制御弁11を徐々に閉め、圧縮機5の吐出圧を徐々に増大させると、圧縮されたプロセス蒸気(再圧縮蒸気)の温度が上昇するため、熱交換工程(又は熱交換ユニット(熱交換器7))において、熱源として有効に利用できる。所定の圧力(又は圧縮機下流側の背圧)及び温度を維持するために、流量制御弁11の開度調整で圧縮機5における圧縮比を制御する。
Next, when the
しかし、このような流量制御弁11の開度調整による制御のみでは、VRC方式の効果を有効に発揮するには、未だ十分ではなかった。例えば、VRC工程においては、熱交換工程などにおける再圧縮蒸気(凝縮性ガス成分)の凝縮、及び凝縮液(凝縮性ガス成分の凝縮液)に対する非凝縮性ガス(例えば、圧縮機の軸受けなどからプロセス内に漏れ込むシールガスなど)の溶解などに起因して、圧力(又は圧縮機下流側の背圧)の低下(又は圧力上昇の停滞)と、それに伴う温度の低下(又は温度上昇の停滞)が起こる。このような事態に対して、流量制御弁11の開度調整のみで対処しても、所定の圧力を保持(又は維持)できない場合がある。所定の圧力を保持するためには、熱交換工程における凝縮性ガス成分の凝縮量(又は熱交換器(VRC蒸発器)での原料仕込み量)を制限するなどして対応せざるを得ない。そのため、圧縮機の下流側の圧力制御も容易ではなく、省エネルギー効果も低下する。また、前記圧力の低下(又は圧力上昇の停滞)、すなわち、圧縮機が空回りしている状態(圧縮せずに、単に送風している状態)のため、VRC方式を備えたプラント(又は再圧縮ユニット(又は工程))の円滑な運転ができず、本来有する省エネプラントとしての機能(又は動作)が停止する場合もある。
However, such control by adjusting the opening degree of the flow
このような事態に対応するために、本発明の方法又はプラントでは、熱交換工程(又は熱交換ユニット(熱交換器7))で凝縮した凝縮液を強制的に冷却又は急冷することなく(所定の温度及び/又は蒸気圧を保持しつつ)滞留させて、再圧縮工程における圧縮機(又は蒸気再圧縮ユニット(圧縮機5))の下流の背圧空間の圧力を保持するために、少なくともホールド工程(又はホールドタンク8を有するホールドユニット)を備えている。ホールド工程(又はホールドユニット)で滞留させる凝縮液は、熱交換工程(又は熱交換ユニット)からの凝縮液であり、比較的高温(例えば、背圧空間における凝縮液の沸点に近い温度)な状態に維持(又は保持、保温)されているため、この凝縮液の高い蒸気圧(又は飽和蒸気圧)を利用することにより、背圧空間の圧力を有効に保持(又は低下を抑制)できる。このようなホールド工程(又はホールドユニット)を含むため、熱交換工程において、再圧縮蒸気を多量に凝縮(例えば、凝縮性ガス成分を全凝縮)しても、VRC方式が有効に機能するプロセス(又はプラント)設計が可能(又は容易)となり、省エネルギー効果をより一層向上できる。また、このホールド工程(又はホールドユニット)により、圧縮機の下流側(背圧空間)での圧力を容易に制御でき、VRC方式を備えたプラント(又は蒸気再圧縮ユニット(又は再圧縮工程))を円滑(又は容易)に運転(又は作動、稼働)できる。そのため、処理量や運転条件の変動が大きなプラントに対しても適用し易く、プロセス設計の柔軟性にも優れている。 In order to cope with such a situation, in the method or plant of the present invention, the condensed liquid condensed in the heat exchange step (or heat exchange unit (heat exchanger 7)) is not forcibly cooled or rapidly cooled (predetermined). Hold at least to retain pressure in the back pressure space downstream of the compressor (or steam recompression unit (compressor 5)) in the recompression step by accumulating (while preserving the temperature and / or steam pressure of). It comprises a step (or a hold unit having a hold tank 8). The condensed liquid retained in the hold step (or hold unit) is the condensed liquid from the heat exchange step (or heat exchange unit), and is in a relatively high temperature state (for example, a temperature close to the boiling point of the condensed liquid in the back pressure space). By utilizing the high vapor pressure (or saturated vapor pressure) of this condensed liquid, the pressure in the back pressure space can be effectively maintained (or the decrease is suppressed). Since such a hold step (or hold unit) is included, the VRC method functions effectively even if a large amount of recompressed vapor is condensed (for example, the condensable gas component is completely condensed) in the heat exchange step (for example). Or plant) design becomes possible (or easy), and the energy saving effect can be further improved. Further, by this hold step (or hold unit), the pressure on the downstream side (back pressure space) of the compressor can be easily controlled, and the plant (or steam recompression unit (or recompression step)) equipped with the VRC method). Can be smoothly (or easily) operated (or operated, operated). Therefore, it is easy to apply to plants with large fluctuations in processing amount and operating conditions, and it is also excellent in process design flexibility.
なお、本明細書及び請求の範囲において、「背圧空間」は、圧縮機下流から流量制御装置に至るまでの空間及びライン、例えば、圧縮機下流から、熱交換ユニット、ホールドユニットなどを経由して、第1の循環ライン及び凝縮液排出ライン(又は凝縮液流出ライン)のそれぞれに配設される流量制御装置に至るまでの空間及びラインと、圧縮機下流から第2の循環ラインに配設される流量制御装置に至るまでの空間及びラインとを含む空間の気相部を意味する。 In the present specification and the scope of the claim, the "back pressure space" is a space and a line from the downstream of the compressor to the flow rate control device, for example, from the downstream of the compressor via a heat exchange unit, a hold unit, and the like. The space and line leading to the flow rate control device arranged in each of the first circulation line and the condensate discharge line (or the condensate outflow line), and arranged in the second circulation line from the downstream of the compressor. It means the gas phase part of the space including the space and the line leading to the flow rate control device.
ホールドタンク8での凝縮液の滞留量は、凝縮液の排出又は流出(抜取り)ライン(凝縮液流出ライン又は凝縮液抜取りライン)に配設された流量制御弁13で凝縮液の流出量を調整することで、所定の液面位を維持することにより制御される。このような制御により、ホールドタンク内の凝縮液が放熱で冷える前に抜取られ、熱交換ユニットからの新たな凝縮液を滞留するため、滞留する凝縮液の温度低下を有効に抑制できる。凝縮液は、背圧空間の高い圧力により、送液ポンプなどを用いなくても、円滑に(又は安定的に)流出(又は圧送)できる。流出された凝縮液は高温(例えば、大気圧における凝縮液の沸点以上の温度)であるため、クーラー(又は凝縮液クーラー)18(又は冷却工程)により冷却され、主ユニットの第2のコンデンサー3を経た凝縮液とともに回収される。冷却工程(又は冷却ユニット(凝縮液クーラー18))において、例えば、大気圧(又は常圧)における沸点以下の温度にまで凝縮液を冷却することにより、背圧空間より低圧(例えば、大気圧程度)な空間に凝縮液を流出(又は排出)しても、フラッシュ蒸発を防止しつつ、安定して(容易又は円滑に)回収できる。
The amount of condensed liquid staying in the
一方、凝縮していない再圧縮蒸気(非凝縮蒸気)、プロセス凝縮液に溶解しなかったシールガスなどの非凝縮性ガスは、ガス成分(非凝縮成分)として、ホールドタンク8に接続されるエアリングライン8a及び/又は熱交換器7に接続されるエアリングライン9aを経由して、第1の循環ライン9を介して主工程に戻される。接続部10に戻った非凝縮成分中に含まれる凝縮性ガス成分(非凝縮蒸気)は、通常、接続部10の下流側の第2のコンデンサー3で冷却凝縮されるが、何らかの理由で圧縮機側(上流側)に流入しても、第1のコンデンサー2で冷却凝縮される。そのため、蒸留塔1から排出されるプロセス蒸気と合流しても、主プロセスの凝縮工程及びVRCプロセスの蒸気再圧縮工程以降の工程に対してガス流量が過大となることはない。
On the other hand, non-condensable gas such as uncondensed recompressed steam (non-condensed steam) and seal gas not dissolved in the process condensate is air connected to the
ホールドユニットは、液体成分(凝縮液)と、ガス又は気体成分(非凝縮成分)とを分離するための気液分離器を有していてもよい。図2に示すプロセスは、ホールドユニットが、ホールドタンク8、エアリングライン(又は均圧管)8a及び流量制御弁13に加えて、ホールドタンク8の上流側に、熱交換器7からのプロセス流体を気体成分(非凝縮成分)と液体成分(凝縮液)とに分離するための気液分離器19、及び気液分離器19で分離した気体成分を第1の循環ライン9に戻すエアリングライン19aを備えている以外は、図1と同様のプロセスである。
The hold unit may have a gas-liquid separator for separating a liquid component (condensate) and a gas or gas component (non-condensation component). In the process shown in FIG. 2, the hold unit transfers the process fluid from the
図2の例では、ホールドタンク8の上流側に気液分離器19を備えているため、ホールドタンク8には、気体成分(非凝縮成分)を分離したプロセス流体(凝縮液)を流入可能である。そのため、ホールドタンク8への凝縮液の導入量をより正確に管理し易く、ホールドタンク8における凝縮液の滞留量や滞留時間などをより簡便に制御できる。また、熱交換器7とホールドタンク8とをつなぐラインが長く、VRC蒸発器での凝縮量が少ない段階であっても、スチームハンマーなどの現象を有効に抑制できるため、VRCプロセスを安定的に運転できる。
In the example of FIG. 2, since the gas-
本発明の方法(又はプラント)は、必ずしも必要ではないが、背圧空間に非凝縮性ガスを導入するためのガス導入工程(又はガス導入ユニット)を有していてもよい。図3に示すプロセスは、第1の循環ライン9(又は循環工程)における流量制御弁11の上流側(背圧空間側)に、非凝縮性ガスを導入するためのガス導入ライン20及びその非凝縮性ガス導入量を調整するための流量制御弁21(ガス導入ユニット又はガス導入工程)を備え、さらに、凝縮液クーラー18(冷却ユニット又は冷却工程)の下流側に、凝縮液に溶解した非凝縮性ガス成分を凝縮液から脱気(気化又は分離)するための凝縮液脱気タンク(又は脱気タンク)22及び脱気した非凝縮性ガス成分を排出するガス排出ライン23(脱気ユニット又は脱気工程)を備えている以外は、図1のプロセスと同様である。
The method (or plant) of the present invention may have a gas introduction step (or gas introduction unit) for introducing a non-condensable gas into the back pressure space, although it is not always necessary. In the process shown in FIG. 3, the
VRCプロセス運転の始動時(又は運転開始初期)などにおいて、ホールドタンクなどの背圧空間を形成するユニット及び/又はラインが冷却され温度が低い場合、ホールドユニットにより背圧空間の圧力を保持し難い場合がある。図3に示すプロセスは、ガス導入ユニット(又はガス導入工程)を備えているため、前述のような異常事態により、背圧空間での圧力低下(又は凝縮液の温度低下)が生じた場合でも、非凝縮性ガスを補助的に導入することにより、背圧空間の圧力を有効に保持できる。そのため、背圧空間における圧力制御の操作性(又は容易性)が向上し、より一層安定して(又は円滑に)VRCプロセスを稼働(又は運転)できる。 At the start of VRC process operation (or at the beginning of operation), when the unit and / or line forming the back pressure space such as the hold tank is cooled and the temperature is low, it is difficult for the hold unit to hold the pressure in the back pressure space. In some cases. Since the process shown in FIG. 3 includes a gas introduction unit (or a gas introduction step), even if a pressure drop (or a drop in the temperature of the condensed liquid) occurs in the back pressure space due to the above-mentioned abnormal situation. By introducing a non-condensable gas as an auxiliary, the pressure in the back pressure space can be effectively maintained. Therefore, the operability (or ease) of the pressure control in the back pressure space is improved, and the VRC process can be operated (or operated) more stably (or smoothly).
なお、ガス導入ライン20から背圧空間に導入された非凝縮性ガスは、熱交換器7で凝縮しなかった再圧縮蒸気(非凝縮蒸気)、プロセス凝縮液に溶解しなかったシールガスなどとともに、ガス成分としてホールドタンク8で分離され、ホールドタンク8のエアリングライン8a及び/又は熱交換器7のエアリングライン9aを経由して、第1の循環ライン9を介して主ユニット(又は主工程)に戻される。
The non-condensable gas introduced into the back pressure space from the
一方、脱気ユニット(又は脱気工程)では、凝縮液クーラー18からの凝縮液が凝縮液脱気タンク22で滞留することにより、背圧空間の圧力下で凝縮液に溶解した非凝縮性ガス(例えば、ガス導入ユニットから導入したガス、圧縮機軸受けなどから漏れ出すシールガスなどの非凝縮性ガスなど)が、凝縮液から脱気(気化又は分離)される。脱気された気体成分(非凝縮性ガス)は、スクラバーなどの除害設備(又は排出設備)から排出され、液体成分(凝縮液)は、主ユニット(又は主工程)の凝縮液とともに回収される。そのため、凝縮液に溶解した非凝縮性ガスが再気化して回収先のユニット(又は工程)に影響を及ぼすことはない。
On the other hand, in the degassing unit (or degassing step), the condensed liquid from the condensed
また、本発明の方法(又はプラント)は、ホールドユニットから流出される凝縮液の熱量を、VRCプロセス及び/又は他のプロセスで利用してもよい。図4に示すプロセスは、流量制御弁13と(凝縮液)クーラー18との間に、ホールドユニットから流出された凝縮液をフラッシュ蒸発するためのフラッシュタンク(又はフラッシュ蒸発器)24(フラッシュユニット又はフラッシュ工程)及びフラッシュ蒸発により生じる気体成分(揮発成分)を主ユニット(又は主工程)に戻す第3の循環ライン25を備え、さらに、主ユニット(又は主工程)で発生するプロセス蒸気の少なくとも一部を導入ライン(又は送気ライン)26を介して分岐し、他のプロセスでの熱源として利用するための別ユニット(又は別プロセス)を備えている以外は、図1のプロセスと同様である。なお、フラッシュユニット(又はフラッシュ工程)で分離された液体成分(不揮発成分)は、クーラー18を経由し、凝縮液として回収される。
Further, in the method (or plant) of the present invention, the calorific value of the condensed liquid flowing out from the hold unit may be utilized in the VRC process and / or other processes. The process shown in FIG. 4 is a flash tank (or flash evaporator) 24 (flash unit or) for flash evaporation of the condensate flowing out of the hold unit between the
図4のプロセスは、VRCプロセスの起動前において、主プロセスのみ又は主プロセスと別プロセスとの双方が稼働(又は運転)している。すなわち、流量制御弁15は閉じられており、蒸留塔1から排出されるプロセス蒸気の少なくとも一部は、第1のコンデンサー2及び第2のコンデンサー3により凝縮される。別プロセスが稼働している場合は、別プロセスで凝縮した凝縮液とともに回収されている。
In the process of FIG. 4, only the main process or both the main process and another process are operating (or operating) before the start of the VRC process. That is, the
図1のプロセスと同様にしてVRCプロセスが起動されると、流量制御弁13(ホールドユニット又はホールド工程)から流出された凝縮液は、冷却されることなく、背圧空間より低圧(例えば、大気圧程度)なフラッシュタンク24に送液され、フラッシュ蒸発する。フラッシュ蒸発により生じた気体成分(揮発成分)は、第3の循環ライン25を経由して、主ユニット(又は主工程)の蒸留塔1と分岐点4との間のラインに戻され、フラッシュ蒸発により生じた不揮発成分は、凝縮液クーラー18(冷却ユニット又は冷却工程)を経由して、主ユニット(又は主工程)の凝縮液とともに回収される。
When the VRC process is started in the same manner as in the process of FIG. 1, the condensed liquid flowing out from the flow control valve 13 (hold unit or hold step) is not cooled and has a lower pressure than the back pressure space (for example, a large pressure). The liquid is sent to the flash tank 24 (about the pressure), and the flash evaporates. The gas component (volatile component) generated by the flash evaporation is returned to the line between the
主ユニット(又は主工程)に戻された揮発成分は、プロセス蒸気とともに、VRCプロセス及び/又は別プロセスにおいて熱源として利用できる。すなわち、フラッシュユニット(又はフラッシュ工程)は、VRC工程で排出(又は流出)される凝縮液の顕熱を、フラッシュ工程により蒸気の潜熱として再利用可能な状態とするため、複雑な装置などを配設することなく、最小の設備投資で省エネルギー効果をより一層向上できる。なお、プロセス蒸気の揮発成分が混合物である場合、フラッシュユニットの揮発成分の組成は、プロセス蒸気の組成とほぼ同等である場合が多い。また、揮発成分の組成が、プロセス蒸気の組成とやや異なっている場合でも、揮発成分の蒸気量に対するプロセス蒸気の蒸気量が圧倒的に多いため、揮発成分を主工程に戻しても、後工程に悪影響を与えることはない。 The volatile components returned to the main unit (or main process) can be used as a heat source in the VRC process and / or another process together with the process steam. That is, the flash unit (or the flash process) is equipped with a complicated device or the like in order to make the sensible heat of the condensed liquid discharged (or outflow) in the VRC process reusable as latent heat of steam by the flash process. The energy saving effect can be further improved with the minimum capital investment without installing. When the volatile component of the process steam is a mixture, the composition of the volatile component of the flash unit is often almost the same as the composition of the process steam. Even if the composition of the volatile component is slightly different from the composition of the process steam, the amount of steam of the process steam is overwhelmingly larger than the amount of steam of the volatile component, so even if the volatile component is returned to the main process, the post-process Does not adversely affect.
また、図4のプロセスのように、VRC工程と、主工程のプロセス蒸気を利用する別プロセスとが併設されていると、主工程で発生するプロセス蒸気量が足りず、VRC工程及び別プロセスの双方を有効に稼働(又は運転)できなくなる場合がある。特に、圧縮機の形式が特にターボ型である場合には、プロセス蒸気の流入量が少ないとサージングにより機器が損傷するおそれがあり、圧縮機に所定量以上のプロセス蒸気を送る必要があるため、別プロセスへのプロセス蒸気量が不足し易く、省エネルギー効果が極端に低下することがある。しかし、本発明では、フラッシュ工程により、不足した蒸気量を揮発成分により補えるため、VRC工程と別プロセスとの双方を有効に(又は両立して)稼働し易い。そのため、主ユニット(又は主工程)と別ユニット(別プロセス)とを有する既存のプラントに対しても、VRCユニット(VRC工程又はVRC方式)が適用し易くなり、プロセス設計の柔軟性をより一層向上できる。 Further, if the VRC process and another process using the process steam of the main process are installed side by side as in the process of FIG. 4, the amount of process steam generated in the main process is insufficient, and the VRC process and another process It may not be possible to operate (or operate) both effectively. In particular, when the type of compressor is a turbo type, if the inflow of process steam is small, the equipment may be damaged by surging, and it is necessary to send more than a predetermined amount of process steam to the compressor. The amount of process steam to another process is likely to be insufficient, and the energy saving effect may be extremely reduced. However, in the present invention, since the insufficient amount of steam is supplemented by the volatile component by the flash process, it is easy to operate both the VRC process and another process effectively (or both). Therefore, the VRC unit (VRC process or VRC method) can be easily applied to an existing plant having a main unit (or main process) and another unit (separate process), further increasing the flexibility of process design. Can be improved.
[主工程(主ユニット)]
主工程(主ユニット)において、プロセス蒸気生成器は、プロセス蒸気を発生する限り、蒸留塔に限定されず、例えば、熱源により加熱蒸発した後、冷却して循環することにより温度制御される装置であってもよく、具体的には、反応器、蒸発器、晶析器、乾燥機などであってもよい。これらのうち、VRC工程を主工程の熱源に組み込み易い点から、蒸留塔が好ましい。蒸留塔は、塔頂からプロセス蒸気が排出され、このプロセス蒸気を冷却凝縮するコンデンサーと、塔底には、原料をガス仕込みするためのリボイラーとを備えており、VRC工程の熱交換器(VRC蒸発器)を熱源として、前記塔底のリボイラーと併用してもよい。[Main process (main unit)]
In the main process (main unit), the process steam generator is not limited to a distillation column as long as it generates process steam, and is, for example, a device whose temperature is controlled by heating and evaporating with a heat source and then cooling and circulating. It may be present, and specifically, it may be a reactor, an evaporator, a crystallizer, a dryer, or the like. Of these, a distillation column is preferable because the VRC process can be easily incorporated into the heat source of the main process. The distillation column is equipped with a condenser in which process steam is discharged from the top of the column and cools and condenses the process steam, and a reboiler for charging raw materials into gas at the bottom of the column. The evaporator) may be used as a heat source in combination with the reboiler at the bottom of the column.
プロセス蒸気は、少なくとも凝縮性ガス成分を含んでいればよく、後述する非凝縮性ガス成分を含んでいてもよいが、熱源として寄与し難く、経済的に不利であるなどの観点から、実質的に非凝縮性ガス成分を含まない(又は非凝縮性ガス成分が極めて少量である)のが好ましい。通常、凝縮性ガス成分は、水及び/又は有機溶媒を含んでいる。有機溶媒としては、例えば、アルコール類(エタノール、プロパノール、イソプロパノールなどのアルキルアルコール類、エチレングリコール、プロピレングリコールなどのグリコール類など)、エステル類(酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチルなど)、ケトン類(アセトン、エチルメチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンなど)、アルデヒド類(アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒドなど)、カルボン酸類(酢酸、プロピオン酸など)、エーテル類(ジメチルエーテル、ジエチルエーテルなどの鎖状エーテル類、ジオキサン、テトラヒドロフランなどの環状エーテル類など)、炭化水素類(ヘキサンなどの脂肪族炭化水素類、シクロヘキサンなどの脂環式炭化水素類、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素類など)、ハロゲン化炭化水素類(塩化メチレン、クロロホルムなど)などが挙げられる。これらの有機溶媒は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。これらの有機溶媒のうち、エステル類(特に酢酸エステル)、炭化水素類(特に芳香族炭化水素類)が汎用され、エステル類と炭化水素類とを、例えば、エステル類/炭化水素類=99/1~10/90、好ましくは90/10~30/70、さらに好ましくは80/20~50/50程度の重量割合で混合してもよい。 The process vapor may contain at least a condensable gas component and may contain a non-condensable gas component described later, but it is practically disadvantageous from the viewpoint of being difficult to contribute as a heat source and economically disadvantageous. It is preferable that the non-condensable gas component is not contained (or the non-condensable gas component is extremely small). Usually, the condensable gas component contains water and / or an organic solvent. Examples of the organic solvent include alcohols (alkyl alcohols such as ethanol, propanol and isopropanol, glycols such as ethylene glycol and propylene glycol), esters (methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate and the like), and ketones (such as methyl acetate, ethyl acetate and butyl acetate). Acetone, ethyl methyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone, etc.), aldehydes (acetaldehyde, propionaldehyde, etc.), carboxylic acids (acetic acid, propionic acid, etc.), ethers (dimethyl ether, diethyl ether, etc. chain ethers, dioxane, Cyclic ethers such as tetrahydrofuran), hydrocarbons (aliphatic hydrocarbons such as hexane, alicyclic hydrocarbons such as cyclohexane, aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene, etc.), halogenated hydrocarbons, etc. Examples include hydrogens (methylene chloride, chloroform, etc.). These organic solvents can be used alone or in combination of two or more. Among these organic solvents, esters (particularly acetic acid esters) and hydrocarbons (particularly aromatic hydrocarbons) are widely used, and esters and hydrocarbons can be used, for example, esters / hydrocarbons = 99 /. It may be mixed in a weight ratio of 1 to 10/90, preferably 90/10 to 30/70, and more preferably 80/20 to 50/50.
有機溶媒の沸点は、有機溶媒の種類により決定されるが、特に限定されるものではなく、例えば、30~150℃、好ましくは50~120℃、さらに好ましくは60~100℃程度である。 The boiling point of the organic solvent is determined by the type of the organic solvent, but is not particularly limited, and is, for example, 30 to 150 ° C., preferably 50 to 120 ° C., and more preferably about 60 to 100 ° C.
有機溶媒の蒸気圧(25℃)は、有機溶媒の種類により決定されるが、特に限定されるものではなく、例えば、1~30kPa、好ましくは5~20kPa、さらに好ましくは10~15kPa程度である。 The vapor pressure (25 ° C.) of the organic solvent is determined by the type of the organic solvent, but is not particularly limited, and is, for example, about 1 to 30 kPa, preferably about 5 to 20 kPa, and more preferably about 10 to 15 kPa. ..
有機溶媒の割合は、有機溶媒の種類に応じて選択でき、特に限定されないが、プロセス蒸気全体に対して、10重量%以上であってもよく、例えば、30~99重量%、好ましくは50~98重量%、さらに好ましくは80~95重量%(特に85~93重量%)程度であってもよい。 The ratio of the organic solvent can be selected according to the type of the organic solvent and is not particularly limited, but may be 10% by weight or more with respect to the entire process steam, for example, 30 to 99% by weight, preferably 50 to 50% by weight. It may be about 98% by weight, more preferably 80 to 95% by weight (particularly 85 to 93% by weight).
プロセス蒸気の温度は、凝縮性ガスの種類に応じて選択でき、特に限定されないが、例えば、20~200℃、好ましくは30~150℃、さらに好ましくは50~100℃程度である。プロセス蒸気の圧力は、常圧の蒸気であってもよく、加圧された蒸気であってもよい。プロセス蒸気の流量(プロセス蒸気生成器からの排出流量)は、例えば、0.1~100m3/sec、好ましくは1~50m3/sec、さらに好ましくは3~10m3/sec程度である。The temperature of the process steam can be selected depending on the type of condensable gas and is not particularly limited, but is, for example, 20 to 200 ° C, preferably 30 to 150 ° C, and more preferably about 50 to 100 ° C. The pressure of the process steam may be normal pressure steam or pressurized steam. The flow rate of the process steam (discharge flow rate from the process steam generator) is, for example, about 0.1 to 100 m 3 / sec, preferably 1 to 50 m 3 / sec, and more preferably about 3 to 10 m 3 / sec.
主工程におけるコンデンサーは、単独であってもよいが、プロセス蒸気中の凝縮性ガス成分を効率良く凝縮できるとともに、VRC工程に未凝縮の蒸気が循環されることを抑制できる点から、複数のコンデンサーを直列に配設するのが好ましく、例えば、2つのコンデンサーを直列に配設してもよい。コンデンサーの能力は、特に限定されず、通常、VRC工程を稼働させない主工程の単独運転でプロセス蒸気中の凝縮性ガス成分を凝縮可能な能力が選択される。単独でコンデンサーを配設する場合、第1の循環ラインはコンデンサーの上流側に接続される。複数のコンデンサーを配設する場合、複数のコンデンサーを直列に配設し、最初のコンデンサーよりも上流側に第1の循環ラインを接続してもよいが、最初のコンデンサーよりも下流側であり、かつ最後のコンデンサーよりも上流側のライン(隣接するコンデンサー間のラインであり、2つのコンデンサーが直列に配設されている場合、第1のコンデンサーと第2のコンデンサーとの間のライン)に第1の循環ラインを接続することにより、第1の循環ラインからの未凝縮の再圧縮蒸気中の凝縮性ガス成分がVRC工程に循環(逆流)することを抑制できる。複数のコンデンサーは、異なるコンデンサーであってもよく、同一のコンデンサーであってもよいが、通常、最初のコンデンサーとして、最初(上流側)のコンデンサーのみで定常運転時のプロセス蒸気中の凝縮性ガス成分の全量を凝縮できるだけの能力を有するコンデンサーが使用される。 The condenser in the main process may be a single capacitor, but a plurality of capacitors can be used because they can efficiently condense the condensable gas component in the process steam and suppress the circulation of uncondensed steam in the VRC process. Is preferably arranged in series, and for example, two capacitors may be arranged in series. The capacity of the condenser is not particularly limited, and usually, the capacity to condense the condensable gas component in the process vapor is selected by the independent operation of the main process in which the VRC process is not operated. When the capacitor is arranged independently, the first circulation line is connected to the upstream side of the capacitor. When arranging a plurality of capacitors, a plurality of capacitors may be arranged in series and the first circulation line may be connected on the upstream side of the first capacitor, but it is on the downstream side of the first capacitor. And the line on the upstream side of the last capacitor (the line between adjacent capacitors, and when two capacitors are arranged in series, the line between the first capacitor and the second capacitor) By connecting the circulation line No. 1, it is possible to prevent the condensable gas component in the uncondensed recompressed steam from the first circulation line from circulating (backflowing) to the VRC process. The plurality of capacitors may be different capacitors or the same capacitor, but usually, as the first capacitor, only the first (upstream) capacitor is used and the condensable gas in the process steam during steady operation. Capacitors capable of condensing the entire amount of ingredients are used.
主工程は、さらにリボイラーなどの熱交換器を備えていてもよい。熱交換器は、例えば、プロセス蒸気生成器の原料をガス状で仕込むための主プロセス蒸発器であってもよい。特に、蒸留塔の場合、前述のように、主プロセス蒸発器は、塔底リボイラーであってもよく、VRC工程の熱交換器(VRC蒸発器など)をこの塔底リボイラーとともに主工程の熱源として利用してもよい。 The main process may further include a heat exchanger such as a reboiler. The heat exchanger may be, for example, a main process evaporator for charging the raw materials of the process steam generator in the form of gas. In particular, in the case of a distillation column, as described above, the main process evaporator may be a bottom reboiler, and a heat exchanger in the VRC process (such as a VRC evaporator) is used as a heat source for the main process together with this bottom reboiler. You may use it.
主工程におけるプロセス蒸気の排出ラインは、前記コンデンサーによりプロセス蒸気を冷却凝縮する主ラインと、VRC工程に供給されるVRCラインとに分岐しており、VRC工程に供給されるVRCラインにおいて、流量制御装置は必須ではないが、プラントの安定した運転のために、上流に、VRC工程へのプロセス蒸気の流量を制御するための流量制御装置を配設するのが好ましい。この流量制御装置は、通常、運転開始時には閉じた状態から徐々に開度を大きくし、VRC工程が安定した定常運転時には一定の開度(例えば、全開)に調整される。主ラインとVRCラインとに分配されるプロセス蒸気の割合は、圧縮機の能力に応じて適宜選択でき、省エネルギーの点からは、VRCラインに供給される割合が多い方が好ましく、例えば、定常運転時において、全量のプロセス蒸気をVRCラインに分配してもよいが、通常、一部のプロセス蒸気が主ラインに供給され、残部がVRCラインに供給される。 The process steam discharge line in the main process is branched into a main line for cooling and condensing the process steam by the condenser and a VRC line supplied to the VRC process, and the flow rate is controlled in the VRC line supplied to the VRC process. Although the device is not essential, it is preferable to dispose a flow control device upstream for controlling the flow rate of the process steam to the VRC process for stable operation of the plant. Normally, the flow rate control device gradually increases the opening degree from the closed state at the start of operation, and is adjusted to a constant opening degree (for example, fully open) at the time of steady operation in which the VRC process is stable. The ratio of the process steam distributed to the main line and the VRC line can be appropriately selected according to the capacity of the compressor, and from the viewpoint of energy saving, it is preferable that the ratio supplied to the VRC line is large, for example, steady operation. At times, the entire amount of process steam may be distributed to the VRC line, but usually some process steam is fed to the main line and the rest is fed to the VRC line.
[再圧縮工程(蒸気再圧縮ユニット)]
VRC工程において、蒸気再圧縮ユニットの形式は、特に限定されず、慣用の形式、例えば、スクリュー型、ターボ型、レシプロ型などの各種タイプの圧縮機を使用できる。これらのうち、安全性や簡便性の向上効果が大きい点から、スクリュー型、ターボ型が好ましい。[Recompression process (steam recompression unit)]
In the VRC process, the type of the steam recompression unit is not particularly limited, and a conventional type, for example, various types of compressors such as a screw type, a turbo type, and a reciprocating type can be used. Of these, the screw type and the turbo type are preferable because they have a large effect of improving safety and convenience.
なお、前述の通り、図1の例において、ターボ型圧縮機を備えたプラントにより、再圧縮蒸気の利用方法を説明したが、スクリュー型圧縮機を備えたプラントでは、圧縮機の昇圧開始前(凝縮開始前)におけるVRCプロセスでのプロセス蒸気の循環方法が若干異なる。具体的には、スクリュー型圧縮機を備えたプラントでは、プラントを構成する装置として、圧縮機の種類が異なることに加えて、圧縮機上流側に隣接する流量制御装置(図1における流量制御弁17)を配設しない点で、ターボ型圧縮機を備えたプラントと異なっている。プロセス蒸気の循環操作としては、スクリュー型圧縮機を備えたプラントでは、スクリュー型圧縮機を起動し、定格回転数で安定するのを確認してから、第2の循環ラインに配設される流量制御装置(図1における流量制御弁12)を閉じる点において、ターボ型圧縮機を備えたプラントと相違する。詳しくは、スクリュー型圧縮機を通過したプロセス蒸気には吐出圧は殆ど負荷されていないものの、前述の通り、圧縮機の軸動力×機械効率×(1-断熱効率)の熱が圧縮機内を通過するプロセス蒸気に伝熱することで若干の温度上昇が生じる。そして、若干昇温されたプロセス蒸気の一部は、第2の循環ラインを通して圧縮機の吸入側に循環しており、循環が続くと圧縮機の上限を上回る高温となるおそれがあるため、圧縮機の運転状況が安定した後、第2の循環ラインに配設される流量制御装置を閉じる。第2の循環ラインに配設される流量制御装置を閉じても、第1の循環ラインにより、VRC工程を循環する未凝縮の再圧縮蒸気は主工程へと戻れるため、第2の循環ラインを循環することにより圧縮機が上限温度以上に加熱される前に、第2の循環ラインでの循環を停止できる。そのため、第2の循環ラインの循環により昇温した圧縮機を冷却するための設備も不要である。このように圧縮機の種類により凝縮開始前の循環方法は異なるものの、いずれの圧縮機においても、再圧縮蒸気を熱源として安全かつ簡便に再利用できる。
As described above, in the example of FIG. 1, the method of using the recompressed steam was described by the plant equipped with the turbo type compressor, but in the plant equipped with the screw type compressor, before the start of boosting of the compressor ( The method of circulating the process vapor in the VRC process before the start of condensation) is slightly different. Specifically, in a plant equipped with a screw type compressor, in addition to different types of compressors as devices constituting the plant, a flow rate control device adjacent to the upstream side of the compressor (flow control valve in FIG. 1). It differs from a plant equipped with a turbo compressor in that 17) is not arranged. As for the process steam circulation operation, in a plant equipped with a screw type compressor, the screw type compressor is started, and after confirming that it is stable at the rated rotation speed, the flow rate is arranged in the second circulation line. It differs from a plant equipped with a turbo compressor in that the control device (flow
蒸気再圧縮ユニットの吐出圧は、プロセス蒸気の種類に応じて選択できるが、定常時の圧力が、例えば、30kPaG(ゲージ圧)以上(例えば、30~400kPaG)、好ましくは40~200kPaG、さらに好ましくは50~100kPaG程度である。 The discharge pressure of the steam recompression unit can be selected according to the type of process steam, but the steady-state pressure is, for example, 30 kPaG (gauge pressure) or more (for example, 30 to 400 kPaG), preferably 40 to 200 kPaG, more preferably. Is about 50 to 100 kPaG.
本発明では、第1の循環ライン(循環工程)から主ユニットに戻す流量を調整し、蒸気再圧縮ユニットによるプロセス蒸気の圧縮比(吐出圧/吸入圧)(絶対圧)を制御することにより、再圧縮蒸気の温度を目的の温度に調整する。本発明では、流量制御装置により、第1の循環ラインから主ユニットに戻す流量を抑えれば圧縮比は上昇し、圧縮比の上昇により温度が上昇することにより熱交換効率を向上できる。前記圧縮比は、再圧縮蒸気の目的の温度に応じて適宜選択できるが、例えば、2~5(例えば、2.2~4.5)、好ましくは2.4~4、さらに好ましくは2.5~3.5(例えば、2.7~3.3)程度に調整してもよい。 In the present invention, the flow rate returned from the first circulation line (circulation step) to the main unit is adjusted, and the compression ratio (discharge pressure / suction pressure) (absolute pressure) of the process steam by the steam recompression unit is controlled. Adjust the temperature of the recompressed steam to the desired temperature. In the present invention, if the flow rate control device suppresses the flow rate returned from the first circulation line to the main unit, the compression ratio rises, and the temperature rises due to the rise in the compression ratio, so that the heat exchange efficiency can be improved. The compression ratio can be appropriately selected depending on the target temperature of the recompressed steam, and is, for example, 2 to 5 (for example, 2.2 to 4.5), preferably 2.4 to 4, and more preferably 2. It may be adjusted to about 5 to 3.5 (for example, 2.7 to 3.3).
蒸気再圧縮ユニットの吐出温度は、プロセス蒸気の種類に応じて選択できるが、例えば、蒸気再圧縮ユニットに供給される前のプロセス蒸気の温度に対して、例えば、5℃以上高い吐出温度に設定してもよく、例えば、5~100℃、好ましくは10~80℃、さらに好ましくは15~50℃程度高い吐出温度に設定してもよい。 The discharge temperature of the steam recompression unit can be selected according to the type of process steam. For example, the discharge temperature is set to be 5 ° C. or higher higher than the temperature of the process steam before being supplied to the steam recompression unit. It may be set to, for example, a discharge temperature as high as 5 to 100 ° C., preferably 10 to 80 ° C., and more preferably 15 to 50 ° C.
蒸気再圧縮ユニットにおいて、第2の循環ライン(圧縮機の戻し配管)は必須ではないが、安定してVRC工程を稼働できる点から、流量制御装置が配設された第2の循環ラインを備えてもよい。ターボ型圧縮機では、圧縮機に導入されるVRCラインは、第2の循環ラインと合流後のラインにおいて、さらに流動制御装置を備えていてもよい。ターボ型圧縮機を備えたプラントでは、圧縮機の起動前及びプロセスの安定稼働中においても、この流量制御装置の開度を調整することにより、圧縮機に導入されるプロセス蒸気の流量を調整してもよい。さらに、スクリュー型圧縮機を備えたプラントにおける第2の循環ラインでは、VRC工程稼働初期(コールドスタート)において、流量制御装置を開いて、プロセス蒸気を第2の循環ラインに循環させ、圧縮機の運転開始時に回転部が安定した回転数に至るまでの短期間に限って使用してもよい。圧縮機には、その機構内に第2の循環ラインの機能を有するタイプも市販されている。 In the steam recompression unit, the second circulation line (compressor return pipe) is not essential, but it is equipped with a second circulation line in which a flow control device is arranged so that the VRC process can be operated stably. You may. In the turbo type compressor, the VRC line introduced in the compressor may further include a flow control device in the line after merging with the second circulation line. In a plant equipped with a turbo compressor, the flow rate of the process steam introduced into the compressor can be adjusted by adjusting the opening degree of this flow control device even before the compressor is started and during stable operation of the process. You may. Further, in the second circulation line in the plant equipped with the screw type compressor, at the initial stage of operation (cold start) of the VRC process, the flow control device is opened to circulate the process steam to the second circulation line of the compressor. It may be used only for a short period of time until the rotating portion reaches a stable rotation rate at the start of operation. As for the compressor, a type having a function of a second circulation line in the mechanism is also commercially available.
なお、本明細書及び請求の範囲では、再圧縮蒸気について、前述の定義に加えて、蒸気再圧縮ユニット(工程)を通過したプロセス蒸気であれば、コールドスタート時のプロセス蒸気(圧縮の程度及び温度上昇が小さい蒸気)も、再圧縮蒸気と称する場合がある。 In addition to the above definition, in the present specification and the scope of the claim, if the process steam has passed through the steam recompression unit (process), the process steam at the time of cold start (degree of compression and degree of compression and) Steam with a small temperature rise) may also be referred to as recompressed steam.
[熱交換工程(熱交換ユニット)]
熱交換ユニットは、慣用の熱交換器(例えば、多管式熱交換器などの蒸発器など)を利用でき、前述のように、主工程の主プロセス蒸発器とともに、この熱交換ユニットを主工程の熱源として利用できるため、プラントを省資源省エネルギー型の設備とすることができる。熱交換ユニットを主工程の熱源として利用した場合、VRC蒸発器の仕込量の割合は、全仕込量(VRC蒸発器の仕込量と主プロセス蒸発器の仕込量との合計量)に対して、例えば、50%以上であってもよく、好ましくは60%以上(例えば、65~95%)、さらに好ましくは70%以上(例えば、75~90%)程度であってもよい。なお、前記VRC蒸発器の仕込み量の割合は、重量%であってもよく、体積%であってもよい。本発明の方法では、熱交換ユニット(VRC蒸発器)での蒸発量の増加に伴い、主プロセス蒸発器での仕込量を適宜減少させて運転される。[Heat exchange process (heat exchange unit)]
As the heat exchange unit, a conventional heat exchanger (for example, an evaporator such as a multi-tube heat exchanger) can be used, and as described above, this heat exchange unit is used together with the main process evaporator of the main process. Since it can be used as a heat source for the plant, it can be used as a resource-saving and energy-saving facility. When the heat exchange unit is used as the heat source for the main process, the ratio of the charged amount of the VRC evaporator is the total charged amount (the total amount of the charged amount of the VRC evaporator and the charged amount of the main process evaporator). For example, it may be 50% or more, preferably 60% or more (for example, 65 to 95%), and more preferably 70% or more (for example, 75 to 90%). The ratio of the charged amount of the VRC evaporator may be% by weight or% by volume. In the method of the present invention, as the amount of evaporation in the heat exchange unit (VRC evaporator) increases, the amount charged in the main process evaporator is appropriately reduced for operation.
熱交換ユニットは、第1の循環ラインと接続されており、熱交換ユニットにおける凝縮しなかったガス成分(非凝縮蒸気及び非凝縮性ガスなどを含む非凝縮成分)は、熱交換ユニット及び/又はホールドユニットのエアリングラインを経由して、第1の循環ラインにより主工程に戻される。熱交換ユニット(熱交換工程又は凝縮工程)において、蒸気再圧縮ユニットが安定するまでの運転初期では、再圧縮蒸気の温度上昇が低いため、殆どのプロセス流体がガス状のまま第1の循環ラインにより主工程に戻される。一方、蒸気再圧縮ユニットが安定した状態では、再圧縮蒸気の一部が凝縮されるようプロセス設計してもよいが、再圧縮蒸気中の凝縮性ガス成分の全部が凝縮(全凝縮)されるように熱交換ユニット(又は熱交換工程)をプロセス設計するのが好ましい。このように設計された熱交換工程では、再圧縮蒸気中の凝縮性ガス成分の殆どが凝縮されるため、第1の循環ラインに供給される未凝縮の蒸気(凝縮性ガス成分)は殆どない。なお、本発明の効果を害しない範囲であれば、全凝縮せずに、再圧縮蒸気の一部を背圧保持のため、第1の循環ラインに流して利用してもよい。 The heat exchange unit is connected to the first circulation line, and the non-condensed gas components (non-condensed components including non-condensed steam and non-condensable gas) in the heat exchange unit are the heat exchange unit and / or It is returned to the main process by the first circulation line via the airing line of the hold unit. In the heat exchange unit (heat exchange step or condensation step), in the initial stage of operation until the steam recompression unit stabilizes, the temperature rise of the recompressed steam is low, so most of the process fluid remains gaseous and the first circulation line. Is returned to the main process. On the other hand, when the steam recompression unit is stable, the process may be designed so that a part of the recompressed steam is condensed, but all the condensable gas components in the recompressed steam are condensed (total condensation). It is preferable to design the process of the heat exchange unit (or heat exchange process) as described above. In the heat exchange process designed in this way, most of the condensable gas components in the recompressed steam are condensed, so that there is almost no uncondensed steam (condensable gas components) supplied to the first circulation line. .. As long as the effect of the present invention is not impaired, a part of the recompressed steam may be flowed through the first circulation line to maintain the back pressure without being completely condensed.
また、本発明では、伝熱面積が大きく、大量処理に対応可能な熱交換ユニットであっても、ホールドユニットにより有効に背圧を保持できるため、処理量や運転条件の変動が大きなプラントに対してもVRC方式を適用し易く、プロセス設計の柔軟性にも優れている。 Further, in the present invention, even if the heat exchange unit has a large heat transfer area and can handle a large amount of processing, the back pressure can be effectively maintained by the hold unit, so that the processing amount and operating conditions fluctuate greatly for the plant. However, it is easy to apply the VRC method and it has excellent process design flexibility.
[ホールド工程(ホールドユニット)]
本発明では、ホールドユニット(ホールド工程)は、少なくとも1つのホールドタンクを有していればよく、複数のホールドタンクを有していてもよい。複数のホールドタンクを有する場合、ホールドタンクは、それぞれ直列及び/又は並列に接続されていてもよい。[Hold process (hold unit)]
In the present invention, the hold unit (holding step) may have at least one hold tank, and may have a plurality of hold tanks. When having a plurality of hold tanks, the hold tanks may be connected in series and / or in parallel, respectively.
ホールドユニットは、通常、熱交換ユニットで凝縮した凝縮液と凝縮しなかった非凝縮成分とを分離する気液分離機能を有していてもよい。このような気液分離機能を有するホールドユニットは、気液分離可能なホールドタンクを有していてもよく、気液分離器とホールドタンクとで形成してもよく、気液分離可能なホールドタンク及び気液分離器の双方を有していてもよい。 The hold unit may usually have a gas-liquid separation function for separating the condensed liquid condensed by the heat exchange unit and the non-condensed component that has not been condensed. The hold unit having such a gas-liquid separation function may have a hold tank capable of gas-liquid separation, may be formed by a gas-liquid separator and a hold tank, and may be formed by a hold tank capable of gas-liquid separation. And may have both a gas-liquid separator.
気液分離可能なホールドタンクは、特に制限されず、例えば、ホールドタンクが、気液分離可能な程度に適切な容量を有し、かつ分離されたガス成分(非凝縮成分)を背圧空間に戻す(又は連絡する)ためのエアリングライン(又は均圧管)を有していればよく、凝縮液を滞留させることにより、気相と液相とに分離できればよい。タンクの容量が大きすぎると、滞留時間を長くする必要があるため、タンク表面からの放熱により凝縮液の温度が低下し、背圧を有効に保持できなくなるおそれがある。 The hold tank capable of gas-liquid separation is not particularly limited. For example, the hold tank has an appropriate capacity to the extent that gas-liquid separation is possible, and the separated gas component (non-condensable component) is placed in the back pressure space. It suffices to have an airing line (or pressure equalizing tube) for returning (or contacting), and it is sufficient that the gas phase and the liquid phase can be separated by retaining the condensed liquid. If the capacity of the tank is too large, it is necessary to lengthen the residence time, so that the temperature of the condensed liquid may drop due to heat radiation from the tank surface, and the back pressure may not be effectively maintained.
また、気液分離器としては、ガス成分と、凝縮液とを分離できれば、特に限定されない。また、気液分離器は、通常、分離された液体成分を送るため、ホールドタンクの上流側に接続されている場合が多く、分離されたガス成分(非凝縮成分)を背圧空間に戻す(又は連絡する)ためのエアリングライン(又は均圧管)を有している場合が多い。 The gas-liquid separator is not particularly limited as long as it can separate the gas component and the condensed liquid. In addition, since the gas-liquid separator usually sends the separated liquid component, it is often connected to the upstream side of the hold tank, and the separated gas component (non-condensed component) is returned to the back pressure space ( Or have an airing line (or pressure equalizing tube) for contacting) in many cases.
なお、気液分離されるガス成分(非凝縮成分)は、熱交換ユニットにおいて凝縮しきれなかった蒸気に加え、ガス導入ユニットから導入された非凝縮性ガス、及び圧縮機の軸受けなどからプロセス内に漏れ込んだシーリングガス(窒素ガスなど)などのうち、プロセス凝縮液に溶け切れなかったガス成分、ホールドタンクで滞留する凝縮液の気液平衡により生じる蒸気などを含んでいてもよい。これらの非凝縮成分は、気液分離可能なホールドタンク及び/又は気液分離器のエアリングラインを経由して、第1の循環ラインにより主工程に戻され処理されてもよい。 The gas component (non-condensable component) separated by gas and liquid is in the process from the steam that could not be condensed in the heat exchange unit, the non-condensable gas introduced from the gas introduction unit, and the bearing of the compressor. Among the sealing gas (nitrogen gas, etc.) leaked into, the gas component that was not completely dissolved in the process condensate, the vapor generated by the gas-liquid equilibrium of the condensate staying in the hold tank, and the like may be contained. These non-condensed components may be returned to the main process and processed by the first circulation line via the gas-liquid separable hold tank and / or the airing line of the gas-liquid separator.
気液分離可能なホールドタンクのエアリングラインは、ホールドタンク内の気相部と、蒸気再圧縮ユニットの下流の背圧空間のうち、ホールドタンクよりも上流側の気相空間(例えば、第1の循環ライン)とを接続するラインであってもよい。また、気液分離器のエアリングラインは、気液分離器で分離した気体成分を、蒸気再圧縮ユニットの下流の背圧空間のうち、気液分離器よりも上流側の気相空間(例えば、第1の循環ライン)に戻すラインであってもよい。それぞれのエアリングラインが接続される位置は、背圧空間である限り、特に制限されず、例えば、蒸気再圧縮ユニットと熱交換ユニットとの間のライン、熱交換ユニットなどに接続されていてもよいが、通常、第1の循環ライン(図1における流量制御弁11の上流側)に接続されている場合が多い。
The air ring line of the hold tank that can separate gas and liquid is the gas phase space in the hold tank and the back pressure space downstream of the steam recompression unit, which is upstream of the hold tank (for example, the first gas phase space). It may be a line connecting to the circulation line). Further, in the gas-liquid separator airing line, the gas component separated by the gas-liquid separator is put into the gas phase space on the upstream side of the gas-liquid separator in the back pressure space downstream of the steam recompression unit (for example). , The first circulation line) may be a line to return. The position where each air ring line is connected is not particularly limited as long as it is a back pressure space, and for example, even if it is connected to a line between the steam recompression unit and the heat exchange unit, a heat exchange unit, or the like. However, it is usually connected to the first circulation line (upstream side of the flow
ホールドタンクがエアリングライン(又は気液分離機能)を有していると、滞留(又は貯留)させる凝縮液の蒸気圧(又は飽和蒸気圧)を、背圧保持のために、有効に機能させることができるため好ましい。なお、ホールドタンクに凝縮液を流入するラインが、凝縮液の流入量に対して十分に大きく、ホールドタンク内の気相空間と背圧空間(例えば、熱交換ユニットなど)とが凝縮液で塞がれることなく連通(又は連絡)している場合(滞留する凝縮液の蒸気圧を、背圧保持に利用できる程度に繋がっている場合)は、エアリングラインは必ずしも必要ではないが、エアリングラインを設ける場合が多い。 When the hold tank has an airing line (or gas-liquid separation function), the vapor pressure (or saturated vapor pressure) of the condensed liquid to be retained (or stored) is effectively functioned to maintain the back pressure. It is preferable because it can be used. The line in which the condensed liquid flows into the hold tank is sufficiently large with respect to the inflow amount of the condensed liquid, and the vapor phase space and the back pressure space (for example, a heat exchange unit) in the hold tank are blocked by the condensed liquid. If the communication (or communication) is performed without disconnection (when the vapor pressure of the accumulated condensate is connected to the extent that it can be used to maintain the back pressure), the airing line is not always necessary, but the airing Lines are often provided.
ホールドユニット(又はホールド工程)は、凝縮液を滞留させるホールドタンクを有しているが、通常、凝縮液を一時的に滞留(又は貯留)させるホールドタンク(又は凝縮液タンク)が設置される場合、設備保守による負荷を軽減する観点から、タンク上流側に凝縮液クーラーを設置して凝縮液を冷却し、タンクが法規上の高圧ガス設備にならないようにするのが一般的であった。しかし、本発明では、凝縮液を強制的に冷却又は急冷することなく比較的高温(例えば、背圧空間の圧力下における凝縮液の沸点付近の温度)な状態に保つことにより、蒸気圧による背圧保持効果を有効に向上できる。このような観点から、ホールドユニットでは、ホールドタンクの上流側に、凝縮液を冷却するための冷却ユニットを備えることなく、ホールドタンクで凝縮液を滞留させる。 The hold unit (or hold step) has a hold tank for retaining the condensed liquid, but usually, when a hold tank (or a condensed liquid tank) for temporarily retaining (or storing) the condensed liquid is installed. From the viewpoint of reducing the load due to equipment maintenance, it was common to install a condensate cooler on the upstream side of the tank to cool the condensate so that the tank does not become a high-pressure gas facility under the regulations. However, in the present invention, the back pressure due to vapor pressure is used by keeping the condensate at a relatively high temperature (for example, the temperature near the boiling point of the condensate under the pressure of the back pressure space) without forcibly cooling or quenching the condensate. The pressure holding effect can be effectively improved. From this point of view, in the hold unit, the condensed liquid is retained in the hold tank without providing a cooling unit for cooling the condensed liquid on the upstream side of the hold tank.
同様の観点から、ホールドユニットを含む背圧空間を形成するユニット及びラインの少なくとも一部(特に、ホールドタンク)は、保温されているのが好ましい。保温方法は、特に制限されず、慣用の断熱材などで保温する方法などであってもよく、省エネルギー効果を損なわない範囲で、ヒーターなどを利用して保温(又は加熱)する方法であってもよい。 From the same viewpoint, it is preferable that at least a part (particularly, the hold tank) of the unit and the line forming the back pressure space including the hold unit is kept warm. The heat retaining method is not particularly limited, and may be a method of keeping warm with a conventional heat insulating material or the like, or a method of keeping warm (or heating) using a heater or the like within a range that does not impair the energy saving effect. good.
ホールドタンク(又はホールドユニット)で滞留させる凝縮液の温度は、凝縮液を構成する少なくとも1つの成分の沸点(背圧空間の圧力下における沸点)よりも高い温度であれば、背圧を有効に維持又は保持し易い。そのため、必要であれば、凝縮液は、加熱することにより温度を上げてもよい。滞留させる凝縮液の温度として、代表的には、熱交換工程の流出口(又は熱交換ユニット出口側)での温度Tに対して、例えば、(T-50)℃~(T+20)℃(例えば、(T-40)℃~(T+15)℃)、好ましくは(T-30)℃~(T+10)℃(例えば、(T-20)℃~(T+5)℃)、さらに好ましくは(T-10)℃~(T+3)℃(例えば、(T-5)℃~T℃)程度であってもよい。なお、本明細書及び請求の範囲において、「熱交換工程の流出口での温度T」は、VRC工程が安定して稼働している状態において、熱交換ユニット(又は熱交換器)から排出された直後(又はその近傍)の凝縮液の温度を意味する。また、滞留する凝縮液の具体的な温度は、例えば、40~150℃(例えば、50~130℃)、好ましくは60~120℃(例えば、70~110℃)、さらに好ましくは80~105℃(例えば、85~100℃)程度であってもよい。凝縮液の温度が低すぎると、背圧を保持し難くなるおそれがある。 If the temperature of the condensed liquid retained in the hold tank (or hold unit) is higher than the boiling point of at least one component constituting the condensed liquid (boiling point under pressure in the back pressure space), the back pressure is effective. Easy to maintain or hold. Therefore, if necessary, the temperature of the condensed liquid may be raised by heating. The temperature of the condensed liquid to be retained is typically, for example, (T-50) ° C. to (T + 20) ° C. (for example) with respect to the temperature T at the outlet (or heat exchange unit outlet side) of the heat exchange step. , (T-40) ° C to (T + 15) ° C), preferably (T-30) ° C to (T + 10) ° C (eg, (T-20) ° C to (T + 5) ° C), and more preferably (T-10). ) ° C. to (T + 3) ° C. (for example, (T-5) ° C. to T ° C.). In the present specification and the scope of the claim, the "temperature T at the outlet of the heat exchange process" is discharged from the heat exchange unit (or heat exchanger) in a state where the VRC process is operating stably. It means the temperature of the condensate immediately after (or near). The specific temperature of the stagnant condensed liquid is, for example, 40 to 150 ° C. (for example, 50 to 130 ° C.), preferably 60 to 120 ° C. (for example, 70 to 110 ° C.), and more preferably 80 to 105 ° C. It may be about (for example, 85 to 100 ° C.). If the temperature of the condensate is too low, it may be difficult to maintain back pressure.
ホールドユニットは、凝縮液の流出量を制御するための流量制御装置(流量制御弁又はバルブ)を備えていなくてもよいが、有効に背圧を保持し、安定してVRC工程を稼働できる点から、凝縮液の流出量を調整して、ホールドタンクに所定量の凝縮液を滞留させる(又は凝縮液の液面をホールドタンク内で所定の位置(液面位)に制御する)ため、ホールドタンクからの凝縮液抜取り量を調整して、滞留する凝縮液の温度低下を抑制(又は保温)するため、及び/又は急激な抜取りによる圧力低下を抑制するために、流量制御装置を有していてもよい。ホールドユニット(又はホールド工程)における凝縮液の滞留時間(又は平均滞留時間)は、例えば、0.5分~10時間(例えば、1分~5時間)、好ましくは1.5分~3時間(例えば、2分~1時間)、さらに好ましくは2.5~30分(例えば、3~10分)程度であってもよい。滞留時間が短すぎると、背圧の変動幅が大きくなったり、背圧を保持し難くなるため、VRCプロセスを安定に運転できないおそれがある。逆に長すぎると、放熱により凝縮液の温度が低下し、背圧が保持し難くなったり、容量が大きなホールドタンクが必要になり、設備を省スペース化し難くなるおそれがある。 The hold unit does not have to be equipped with a flow control device (flow control valve or valve) for controlling the outflow amount of the condensate, but the back pressure can be effectively maintained and the VRC process can be operated stably. Therefore, the outflow amount of the condensate is adjusted so that a predetermined amount of the condensate stays in the hold tank (or the liquid level of the condensate is controlled to a predetermined position (liquid level) in the hold tank). It has a flow control device to adjust the amount of condensate withdrawn from the tank to suppress (or keep warm) the temperature drop of the accumulated condensate, and / or to suppress the pressure drop due to sudden withdrawal. You may. The residence time (or average residence time) of the condensate in the hold unit (or hold step) is, for example, 0.5 minutes to 10 hours (for example, 1 minute to 5 hours), preferably 1.5 minutes to 3 hours (for example, 1 minute to 5 hours). For example, it may be about 2 minutes to 1 hour), more preferably 2.5 to 30 minutes (for example, 3 to 10 minutes). If the residence time is too short, the fluctuation range of the back pressure becomes large and it becomes difficult to maintain the back pressure, so that the VRC process may not be operated stably. On the other hand, if it is too long, the temperature of the condensed liquid will drop due to heat dissipation, and it will be difficult to maintain the back pressure, or a hold tank with a large capacity will be required, which may make it difficult to save space in the equipment.
ホールドユニット(又はホールド工程)における凝縮液の抜取り量(又は平均抜取り量)は、例えば、1~100トン/hr、好ましくは10~50トン/hr、さらに好ましくは20~40トン/hr程度であってもよく、VRCプロセスの定常運転時において、熱交換ユニット(熱交換工程)からの凝縮液導入量と同程度の量であってもよい。 The amount of condensed liquid extracted (or average amount) in the hold unit (or holding step) is, for example, about 1 to 100 tons / hr, preferably 10 to 50 tons / hr, and more preferably about 20 to 40 tons / hr. The amount may be the same as the amount of the condensed liquid introduced from the heat exchange unit (heat exchange step) during the steady operation of the VRC process.
ホールドユニットにおける凝縮液の滞留量は、例えば、0.1~20m3(例えば、0.3~10m3)、好ましくは0.5~5m3(例えば、0.8~3m3)、さらに好ましくは1~2m3(例えば、1.2~1.8m3)程度であってもよい。The retention amount of the condensate in the hold unit is, for example, 0.1 to 20 m 3 (for example, 0.3 to 10 m 3 ), preferably 0.5 to 5 m 3 (for example, 0.8 to 3 m 3 ), more preferably. May be about 1 to 2 m 3 (for example, 1.2 to 1.8 m 3 ).
本発明では、ホールドユニット(又はホールド工程)により、背圧空間の圧力を容易に制御でき、熱交換ユニット(熱交換工程)において、再圧縮蒸気中の凝縮性ガス成分を有効に凝縮(例えば、全凝縮)することが可能となるため、省エネルギー効果をより一層向上できる。例えば、再圧縮蒸気の全量を凝縮(全凝縮)する場合、エネルギー効率(例えば、定常運転時に対する単位時間当たり熱源スチーム低減量など)は、従来の背圧を維持し難いVRC方式と比較して、例えば、30~100%、好ましくは40~80%(例えば、50%)程度も向上できる。 In the present invention, the pressure in the back pressure space can be easily controlled by the hold unit (or hold process), and the condensable gas component in the recompressed steam is effectively condensed (for example, in the heat exchange unit). Since it is possible to completely condense), the energy saving effect can be further improved. For example, when the entire amount of recompressed steam is condensed (total condensation), the energy efficiency (for example, the amount of heat source steam reduction per unit time for steady operation) is higher than that of the conventional VRC method in which back pressure is difficult to maintain. For example, it can be improved by about 30 to 100%, preferably about 40 to 80% (for example, 50%).
[冷却工程(冷却ユニット)]
本発明では、必要に応じて、ホールドユニットの下流に、凝縮液を冷却するための冷却ユニットを備えていてもよい。冷却ユニットは、少なくとも凝縮液を冷却するための冷却装置(又はクーラー)を備えており、冷却装置には、慣用の冷却装置が利用できる。冷却ユニットは、前記冷却装置を1又は複数備えていてもよく、複数備えている場合には、それぞれ直列及び/又は並列に接続されていてもよい。また、ホールドユニットの下流である限り、冷却ユニットは、1つ配設されていてもよく、他のユニット(又は工程)を間に備えて、複数の冷却ユニットが配設されてもよい。このような冷却ユニットにより、凝縮液を背圧空間よりも低圧(例えば、大気圧)な空間に排出(又は流出)しても、フラッシュ蒸発させることなく、安定して(又は円滑に)回収できる。なお、ホールドユニットの下流にフラッシュユニットを設ける場合は、フラッシュユニットで分離された不揮発成分を排出(又は流出)するラインに、冷却ユニットを配設してもよい。[Cooling process (cooling unit)]
In the present invention, if necessary, a cooling unit for cooling the condensed liquid may be provided downstream of the hold unit. The cooling unit is provided with at least a cooling device (or a cooler) for cooling the condensate, and a conventional cooling device can be used as the cooling device. The cooling unit may be provided with one or a plurality of the cooling devices, and when a plurality of the cooling devices are provided, they may be connected in series and / or in parallel, respectively. Further, as long as it is downstream of the hold unit, one cooling unit may be arranged, or a plurality of cooling units may be arranged with another unit (or a process) in between. With such a cooling unit, even if the condensate is discharged (or outflowed) into a space lower than the back pressure space (for example, atmospheric pressure), it can be stably (or smoothly) recovered without flash evaporation. .. When the flash unit is provided downstream of the hold unit, the cooling unit may be arranged on the line that discharges (or flows out) the non-volatile components separated by the flash unit.
また、冷却ユニットは、必要に応じて、さらに、冷却した凝縮液の流量を調節するための流量制御装置(流量制御弁又はバルブ)を備えていてもよい。流量制御装置は、前記冷却装置(又はクーラー)の上流側(最も上流側)や、複数の冷却装置の間に備えていてもよいが、通常、冷却装置の下流側(最も下流側)に備えている場合が多い。なお、ホールドユニットが流量制御装置を備えていない場合、冷却ユニットの流量制御装置により、ホールドタンクからの凝縮液抜取り量を調整してもよい。 Further, the cooling unit may further include a flow rate control device (flow control valve or valve) for adjusting the flow rate of the cooled condensate, if necessary. The flow rate control device may be provided on the upstream side (most upstream side) of the cooling device (or cooler) or between a plurality of cooling devices, but is usually provided on the downstream side (most downstream side) of the cooling device. In many cases. If the hold unit does not have a flow rate control device, the flow rate control device of the cooling unit may be used to adjust the amount of condensed liquid withdrawn from the hold tank.
[ガス導入工程(ガス導入ユニット)]
本発明では、ガス導入ユニットを備えなくてもよいが、何らかの事情(例えば、前述のような運転開始初期における非定常運転など)により、ホールドユニットで凝縮液の温度が一時的に低下するなどの事態に対応するため、ガス導入ユニットを備えていてもよい。[Gas introduction process (gas introduction unit)]
In the present invention, the gas introduction unit may not be provided, but for some reason (for example, unsteady operation at the initial stage of operation as described above), the temperature of the condensed liquid temporarily drops in the hold unit. A gas introduction unit may be provided to respond to the situation.
ガス導入ユニットは、少なくとも背圧空間の圧力を制御可能な位置(例えば、圧縮機の下流側から、第1の循環ラインの流量制御装置の上流側の間など)に接続されていればよいが、特に、熱交換ユニット及びホールドユニットのそれぞれのエアリングラインの合流部と、第1の循環ラインの流量制御装置の上流側との間のラインに接続されていることが好ましい。すなわち、熱交換工程及び/又はホールド工程の下流の循環工程において、非凝縮性ガスを導入するのが好ましい。循環工程において、非凝縮性ガスを導入することにより、再圧縮蒸気と熱交換ユニットとの熱交換のための接触頻度を低下させる非凝縮性ガスが、熱交換ユニットを通過する量が少なくなり、効率的に熱交換できるため、設備(又は熱交換ユニット)のサイズを小さくできる。また、導入する非凝縮性ガスとプロセス凝縮液との接触頻度も低減できるため、非凝縮性ガスのプロセス凝縮液への溶解も抑制できる。なお、本発明の効果を害しない限り、ガス導入ユニットは、圧縮機や、主ユニット(例えば、主ユニットと再圧縮ユニットとをつなぐラインなど)に接続されていてもよい。圧縮機にガス導入ユニットを接続する場合、導入する非凝縮性ガスを圧縮機のシールガス(又は軸封ガス)などとして利用してもよく、さらに、圧縮機のシール部分から漏出するシールガス(非凝縮性ガス)を背圧保持に利用してもよい。 The gas introduction unit may be connected to at least a position where the pressure in the back pressure space can be controlled (for example, between the downstream side of the compressor and the upstream side of the flow control device of the first circulation line). In particular, it is preferable that the heat exchange unit and the hold unit are connected to a line between the confluence of the respective air ring lines and the upstream side of the flow control device of the first circulation line. That is, it is preferable to introduce a non-condensable gas in the circulation step downstream of the heat exchange step and / or the hold step. By introducing a non-condensable gas in the circulation process, the amount of the non-condensable gas that reduces the contact frequency for heat exchange between the recompressed steam and the heat exchange unit is reduced, and the amount of the non-condensable gas passing through the heat exchange unit is reduced. Since heat can be exchanged efficiently, the size of the equipment (or heat exchange unit) can be reduced. Further, since the contact frequency between the non-condensable gas to be introduced and the process condensate can be reduced, the dissolution of the non-condensable gas in the process condensate can be suppressed. The gas introduction unit may be connected to a compressor or a main unit (for example, a line connecting the main unit and the recompression unit) as long as the effect of the present invention is not impaired. When connecting the gas introduction unit to the compressor, the non-condensable gas to be introduced may be used as the seal gas (or shaft seal gas) of the compressor, and further, the seal gas leaking from the seal portion of the compressor ( Non-condensable gas) may be used to maintain back pressure.
ガス導入ユニットから導入される非凝縮性ガスとしては、背圧空間において所定の圧力を確保する観点から、蒸気再圧縮ユニット(圧縮機)の背圧空間における温度及び圧力下において、気体状態を保持可能なガスであるのが好ましく、背圧空間の温度が、例えば、25~300℃、好ましくは40~230℃、さらに好ましくは65~150℃程度であり、かつ圧力が、例えば、30~400kPaG(例えば、30~300kPaG)、好ましくは40~200kPaG、さらに好ましくは50~100kPaG程度である環境下において、気体状態を保持できるガスであってもよい。また、同様に背圧空間において所定の圧力を確保する観点から、非凝縮性ガスは、プロセス凝縮液(凝縮性ガス成分の凝縮液)に対して溶解し難いガス(不溶性又は難溶性を示すガス)であるのが好ましい。 The non-condensable gas introduced from the gas introduction unit maintains a gas state under the temperature and pressure in the back pressure space of the steam recompression unit (compressor) from the viewpoint of ensuring a predetermined pressure in the back pressure space. It is preferably a possible gas, the temperature of the back pressure space is, for example, 25 to 300 ° C, preferably 40 to 230 ° C, more preferably about 65 to 150 ° C, and the pressure is, for example, 30 to 400 kPaG. It may be a gas that can maintain a gaseous state in an environment of (for example, 30 to 300 kPaG), preferably 40 to 200 kPaG, and more preferably about 50 to 100 kPaG. Similarly, from the viewpoint of ensuring a predetermined pressure in the back pressure space, the non-condensable gas is a gas (insoluble or sparingly soluble) that is difficult to dissolve in the process condensate (condensate of the condensable gas component). ) Is preferable.
代表的な非凝縮性ガスとしては、例えば、プロセス蒸気などと反応しない不活性ガス(例えば、窒素、空気、二酸化炭素、一酸化炭素、希ガス(例えば、アルゴン、ヘリウムなど)など)などが挙げられる。なお、本明細書及び請求の範囲において、「不活性ガス」とは、VRCプロセスの条件下(例えば、前記背圧空間における温度及び圧力下など)において、プロセス蒸気や、設備(又は非凝縮性ガスが接触する設備内面)の材質などと反応しないガスである限り、特に限定されず、VRCプロセスの条件以外の条件下ではプロセス蒸気などと反応性を有するガスや、プロセス蒸気や設備を構成する材料以外の材料に対して反応性を有するガスを含む意味に用いる。 Typical non-condensable gases include, for example, inert gases that do not react with process vapors (eg, nitrogen, air, carbon dioxide, carbon monoxide, noble gases (eg, argon, helium, etc.)). Will be. In addition, in the present specification and the claims, "inert gas" means process vapor or equipment (or non-condensable) under the conditions of VRC process (for example, under the temperature and pressure in the back pressure space). The gas is not particularly limited as long as it is a gas that does not react with the material of the equipment (inner surface of the equipment that the gas comes into contact with), and constitutes a gas that is reactive with the process vapor or the like under conditions other than the conditions of the VRC process, or the process vapor or the equipment. It is used to mean that it contains a gas that is reactive with materials other than the material.
これらの非凝縮性ガスは、単独で又は2種以上組み合わせて混合ガスとして使用することもできる。これらの非凝縮性ガスのうち、導入(又は供給)の容易性の観点から、窒素が好ましい。また、非凝縮性ガスは、ガスボンベ(又は圧縮ガス容器)やガス発生器などから供給してもよく、プロセス由来のガス[例えば、プラントの主工程又は他の工程(又は他の反応工程)において発生(又は副生)する非凝縮性ガスなど、好ましくは主工程から発生するプロセス蒸気に微量に含まれる空気、軸受け部などのシール部を有する機器(圧縮機など)から漏出するシールガスなど]を利用して、非凝縮性ガスとして供給してもよい。簡便性などの点から、プロセス外から導入されるガスであるのが好ましい。 These non-condensable gases can also be used alone or in combination of two or more as a mixed gas. Of these non-condensable gases, nitrogen is preferred from the viewpoint of ease of introduction (or supply). In addition, the non-condensable gas may be supplied from a gas cylinder (or a compressed gas container), a gas generator, or the like, and the gas derived from the process [for example, in the main step of the plant or another step (or other reaction step). Non-condensable gas generated (or by-produced), preferably air contained in a small amount in the process vapor generated from the main process, seal gas leaking from equipment having a seal part such as a bearing part (compressor, etc.)] May be supplied as a non-condensable gas. From the viewpoint of convenience and the like, the gas introduced from outside the process is preferable.
非凝縮性ガスの導入流量は、運転状態に応じて適宜選択(又は調整)できるが、主工程で発生するプロセス蒸気の流量に対して、例えば、0.01~3体積%、好ましくは0.03~1体積%、さらに好ましくは0.05~0.5体積%程度であってもよい。なお、この非凝縮性ガスの導入割合は、主工程で発生するプロセス蒸気の温度及び圧力下での体積割合である。 The introduction flow rate of the non-condensable gas can be appropriately selected (or adjusted) according to the operating condition, but is, for example, 0.01 to 3% by volume, preferably 0. It may be about 03 to 1% by volume, more preferably about 0.05 to 0.5% by volume. The introduction ratio of this non-condensable gas is the volume ratio of the process steam generated in the main process under the temperature and pressure.
[脱気工程(脱気ユニット)]
脱気ユニットは必ずしも必要ではないが、必要に応じて、ホールドユニットの下流において、流出される凝縮液から、背圧空間の圧力下で凝縮液に溶解した非凝縮性ガスを脱気(気化又は分離)するために配設されてもよい。ガス導入工程を備えている場合には、非凝縮性ガスの溶解量が多くなり易いため、脱気ユニットを設置するのが好ましい。[Degassing process (degassing unit)]
A degassing unit is not always necessary, but if necessary, the non-condensable gas dissolved in the condensate under the pressure of the back pressure space is degassed (vaporized or vaporized) from the outflowing condensate downstream of the hold unit. It may be arranged for separation). When a gas introduction step is provided, it is preferable to install a degassing unit because the amount of non-condensable gas dissolved tends to be large.
脱気ユニットは、凝縮液脱気タンクを少なくとも有している。凝縮液脱気タンクは、凝縮液を滞留させて脱気するのに十分大きな容量を有していればよく、慣用のタンクが利用できる。また、脱気ユニットは、凝縮液脱気タンクで脱気された非凝縮性ガス成分を排出するためのガス排出ラインを有していてもよい。ガス排出ラインは、スクラバーなどの慣用の除害設備(又は排出設備)に接続されていればよい。脱気ユニットは、ガス排出ライン上に減圧ポンプなどを設置して、処理時間の短縮及び/又はタンク容量を低減してもよい。 The degassing unit has at least a condensate degassing tank. The condensate degassing tank may have a capacity sufficiently large to retain and degas the condensate, and a conventional tank can be used. Further, the degassing unit may have a gas discharge line for discharging the non-condensable gas component degassed in the condensate degassing tank. The gas discharge line may be connected to a conventional abatement equipment (or discharge equipment) such as a scrubber. The degassing unit may be provided with a decompression pump or the like on the gas discharge line to shorten the processing time and / or reduce the tank capacity.
脱気ユニットは、凝縮液脱気タンクからの凝縮液排出(又は流出)量を制御して、滞留量を調整するための流量制御装置を有していてもよい。脱気ユニット(脱気工程)から排出される凝縮液は、そのまま又は冷却ユニット(冷却工程)を経由して回収されてもよい。 The degassing unit may have a flow rate control device for controlling the amount of condensed liquid discharged (or outflow) from the condensed liquid degassing tank and adjusting the amount of retention. The condensed liquid discharged from the degassing unit (degassing step) may be recovered as it is or via the cooling unit (cooling step).
[フラッシュ工程(フラッシュユニット)]
フラッシュユニットは、必ずしも必要ではないが、必要に応じて、ホールドユニット(ホールド工程)で排出(又は流出)される凝縮液をフラッシュ蒸発して、生じた揮発性成分と不揮発性成分とを分離してもよい。このようなフラッシュ蒸発を利用すると、凝縮液の熱量(又は顕熱)の一部を揮発成分の熱量(又は潜熱)に移行させ、少なくとも一部の揮発成分の熱量を別プロセス(又は別ユニット)の熱源として利用できる。[Flash process (flash unit)]
The flash unit is not always necessary, but if necessary, the condensed liquid discharged (or outflowed) in the hold unit (hold process) is flash-evaporated to separate the generated volatile component and the non-volatile component. May be. By utilizing such flash evaporation, a part of the heat (or sensible heat) of the condensate is transferred to the heat (or latent heat) of the volatile component, and the heat of at least a part of the volatile component is transferred to another process (or another unit). Can be used as a heat source for.
フラッシュ蒸発は、凝縮液を加熱して減圧する恒温フラッシュ、凝縮液を加熱することなく減圧する断熱フラッシュ、又はこれらのフラッシュ条件を組み合わせたフラッシュなどにより行ってもよい。フラッシュ蒸発において、凝縮液の温度は、例えば、40~200℃(例えば、50~180℃)、好ましくは60~150℃(例えば、70~120℃)、さらに好ましくは80~110℃(例えば、85~105℃)程度であってもよい。また、フラッシュタンク(又はフラッシュ蒸発器)内の圧力(絶対圧力)は、例えば、50~1000kPa、好ましくは80~500kPa、さらに好ましくは100~300kPa程度であってもよい。 The flash evaporation may be performed by a constant temperature flash that heats and reduces the pressure of the condensed liquid, an adiabatic flash that reduces the pressure of the condensed liquid without heating, or a flash that combines these flash conditions. In flash evaporation, the temperature of the condensate is, for example, 40-200 ° C. (eg, 50-180 ° C.), preferably 60-150 ° C. (eg, 70-120 ° C.), and more preferably 80-110 ° C. (eg, 80-110 ° C.). It may be about 85 to 105 ° C.). The pressure (absolute pressure) in the flash tank (or flash evaporator) may be, for example, about 50 to 1000 kPa, preferably 80 to 500 kPa, and more preferably about 100 to 300 kPa.
フラッシュ工程で生じる揮発成分の少なくとも一部を、別プロセスの熱源の少なくとも一部として利用可能であればよく、フラッシュ工程で生じる揮発成分の量(又は流量)は、フラッシュ工程に導入される凝縮液の量(又は流量)に対して、例えば、1~70重量%(例えば、3~50重量%)、好ましくは5~30重量%(例えば、8~25重量%)、さらに好ましくは10~20重量%(例えば、10~15重量%)程度であってもよい。 It is sufficient that at least a part of the volatile components generated in the flash process can be used as at least a part of the heat source of another process, and the amount (or flow rate) of the volatile components generated in the flash process is the condensate introduced in the flash process. With respect to the amount (or flow rate) of, for example, 1 to 70% by weight (for example, 3 to 50% by weight), preferably 5 to 30% by weight (for example, 8 to 25% by weight), and more preferably 10 to 20% by weight. It may be about% by weight (for example, 10 to 15% by weight).
別プロセス(別ユニット)では、フラッシュ工程で生じる揮発成分及び/又は主工程で発生するプロセス蒸気の少なくとも一部を熱源として利用してもよい。 In another process (separate unit), at least a part of the volatile components generated in the flash process and / or the process steam generated in the main process may be used as a heat source.
別ユニットは、前記揮発成分及び/又はプロセス蒸気を導入するための導入ライン(又は送気ライン)を有していてもよい。導入ラインの接続位置は、前記揮発成分及び/又はプロセス蒸気が導入できる限り、特に制限されず、例えば、フラッシュユニットや、フラッシュユニットと主ユニットとを接続するための第3の循環ラインなどに接続されていてもよく、通常、主ユニット、例えば、主ユニット(主工程)のプロセス蒸気生成器(図1における蒸留塔1)と、主ユニットで最初に凝縮されるコンデンサー(図1における第1のコンデンサー2)との間のライン(特に、第3の循環ラインより下流側のライン)に接続される場合が多い。
The separate unit may have an introduction line (or air supply line) for introducing the volatile components and / or process steam. The connection position of the introduction line is not particularly limited as long as the volatile component and / or the process vapor can be introduced, and is connected to, for example, a flash unit or a third circulation line for connecting the flash unit and the main unit. Usually, the main unit, for example, the process steam generator of the main unit (main step) (
別ユニットに導入される揮発成分の割合は、フラッシュ工程で生じる揮発成分全体に対して、例えば、0~100重量%(例えば、10~99重量%)、好ましくは30~100重量%(例えば、50~97重量%)、さらに好ましくは70~100重量%(例えば、80~95重量%)程度であってもよい。なお、フラッシュ工程で生じる揮発成分の残部は、主ユニットに戻して処理してもよい。 The proportion of the volatile components introduced into the separate unit is, for example, 0 to 100% by weight (for example, 10 to 99% by weight), preferably 30 to 100% by weight (for example, 30 to 100% by weight) with respect to the total volatile components generated in the flash step. It may be about 50 to 97% by weight), more preferably 70 to 100% by weight (for example, 80 to 95% by weight). The balance of the volatile components generated in the flash step may be returned to the main unit for processing.
必ずしも必要ではないが、本発明のプラントは、フラッシュユニット(フラッシュ工程)と主ユニット(主工程)とを接続して、フラッシュ工程で生じた揮発成分の一部を主工程に戻すための第3の循環ラインを備えていてもよい。第3の循環ラインの接続位置は、プロセス蒸気生成器(図1における蒸留塔1)から、コンデンサー(例えば、図1における第2のコンデンサー3)より上流側である限り、特に制限されず、例えば、VRC工程及び主工程にプロセス蒸気を分岐する分岐点(図1における分岐点4)とVRCライン上の流量制御装置(図1におけるバルブ15)との間のライン、直列に接続された2つのコンデンサーの間のライン(図1における第1のコンデンサー2と第2のコンデンサー3との間のライン)などであってもよいが、熱源として利用して省エネルギー効果を向上できる観点から、プロセス蒸気生成器の頂部から、VRC工程及び主工程にプロセス蒸気を分岐する分岐点(図1における分岐点4)の間のラインに設置されるのが好ましい。
Although not always necessary, in the plant of the present invention, a third unit for connecting a flash unit (flash process) and a main unit (main process) to return a part of volatile components generated in the flash process to the main process. It may be provided with a circulation line of. The connection position of the third circulation line is not particularly limited as long as it is upstream from the process steam generator (
一方、フラッシュユニットで分離された不揮発成分(凝縮液)は、そのまま又は冷却ユニットを経由して、主ユニットの凝縮液とともに回収されてもよい。なお、別プロセスで凝縮された凝縮液も同様に、そのまま又は冷却ユニットを経由して、主ユニットの凝縮液とともに回収されてもよい。プロセス蒸気生成器が蒸留塔である場合、回収された凝縮液の一部を、蒸留塔の還流液として使用し、残部を流出液として後工程に送液してもよい。 On the other hand, the non-volatile component (condensate) separated by the flash unit may be recovered together with the condensate of the main unit as it is or via the cooling unit. Similarly, the condensed liquid condensed in another process may be recovered together with the condensed liquid of the main unit as it is or via the cooling unit. When the process steam generator is a distillation column, a part of the recovered condensed liquid may be used as a reflux liquid of the distillation column, and the rest may be sent to a subsequent process as a effluent.
以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples, but the present invention is not limited to these examples.
(実施例1)
図5にプロセスフロー図を示す。主プロセス(主工程)は、蒸留塔1を備えており、仕込み液は主プロセス蒸発器(第1の熱交換器)14で蒸発され、ガスの状態で蒸留塔1に仕込まれた。主プロセスのみで安定的に運転がなされているとき、蒸留塔1の塔頂から排出されるプロセス蒸気は常圧(大気圧)で温度は約80℃、その組成は酢酸エチル60重量%、ベンゼン30重量%、水10重量%で、流量は4m3/secであった。VRCプロセスの圧縮機としては、ターボ型圧縮機((株)IHI製「f44C2」)を用いた。図5において、背圧空間を形成する圧縮機5、熱交換器7、ホールドタンク8及びこれらを繋ぐラインは、断熱材により保温処置を施した。(Example 1)
FIG. 5 shows a process flow diagram. The main process (main step) includes a
1.VRCプロセスラインのプロセス蒸気置換~圧縮機の起動~圧縮機の昇圧開始(凝縮開始前)
(1)バルブ11、12、13、15及び17が全閉であることを確認した。1. 1. Process steam replacement of VRC process line-Compressor start-Compressor pressurization start (before condensation start)
(1) It was confirmed that the
(2)第1の循環ラインのバルブ11、第2の循環ラインのバルブ12、及び圧縮機吸入側のバルブ17を全開にした。
(2) The
(3)蒸留塔1の塔頂からVRCプロセス側へのラインのバルブ15を徐々に開にして、VRCプロセスのラインをプロセス蒸気で置換し、10分間ほどかけて系内を温度上昇させた。バルブ12を全閉にし、バルブ11及び17を所定の開度にした。
(3) The
(4)圧縮機5を起動し、インペラが定格回転数に到達後(10~20秒程度後)、定常連続運転状態で圧縮機の吐出圧力上昇が50kPaG未満に納まっていること、圧縮機に異常(異音、振動など)がないことを確認した。このときの圧縮機5の軸動力は250kWで、吸込みガス流量は3m3/secで圧縮機の吐出ガス温度が入口温度よりも20℃上昇していた。(4) After the
(5)第1の循環ラインのバルブ11を徐々に閉めていった。このとき、圧縮機5の吐出圧力が115kPaGまで上昇した。吐出温度は約105℃であった。
(5) The
2.圧縮機の昇圧(凝縮開始後)~既設蒸発器の負荷低減
(1)圧縮機5の吐出圧力と凝縮とのバランスを見ながら、第1の循環ラインのバルブ11を徐々に閉めた。吐出温度を110℃とし、VRC蒸発器(第2の熱交換器)7で熱交換を開始した。再圧縮蒸気は、最終的にVRC蒸発器7でほぼ全凝縮に至り、排出される凝縮液温度は95℃となった。凝縮液タンク8は、最終的にタンク内温度95℃となった。凝縮液タンク8の液面は、液面制御のバルブ13を断続的に開閉して流出することで滞留量を1.5m3に制御した。凝縮液の平均滞留時間は3分であり、熱交換ユニットからの凝縮液導入量及びホールドタンクからの凝縮液流出量(又は抜取り量)は30トン/hrであった。流出された凝縮液は凝縮液クーラー18で冷却水と熱交換されることで45℃まで冷却され、主プロセスに返送された。2. 2. Pressurization of the compressor (after the start of condensation) to reduction of the load on the existing evaporator (1) While observing the balance between the discharge pressure of the
(2)VRC蒸発器7での蒸発量の増加に伴い、VRC蒸発器からの仕込量が徐々に増加した。VRC蒸発器からの仕込量が最大値の70%を超えたら、主プロセス蒸発器14の最低負荷を保った状態で、主プロセス蒸発器への熱源スチーム16の流量を減らす方向で調節して、バルブ17の開度を徐々に上げ、圧縮機の吸込み量を上げていき、主プロセス蒸発器からの仕込量を調整した。
(2) As the amount of evaporation in the
(3)プロセス全体の運転が安定したところで、バルブ11を微量の開度で断続的に開閉させることで、圧縮機の吐出圧を安定させた。運転が安定した状態において、主プロセス蒸発器の熱源スチーム負荷は、VRCプロセスを稼働させない定常運転時に比べ、6トン/hrの低減となった。
(3) When the operation of the entire process was stable, the
(比較例1)
図6にプロセスフロー図を示す。図6で示されるプラントは、図5で示されるプラントにおいて、凝縮液タンク8及び凝縮液クーラー18を備えることなく、気液分離器19を備えた従来のVRCプロセスを備えたプラントである。なお、実施例1と同様のプロセス蒸気(圧力、温度、組成、流量)、及びターボ型圧縮機を用いて、下記のように運転を開始した。(Comparative Example 1)
FIG. 6 shows a process flow diagram. The plant shown in FIG. 6 is the plant shown in FIG. 5 which is equipped with a conventional VRC process equipped with a gas-
1.VRCプロセスラインのプロセス蒸気置換~圧縮機の起動~圧縮機の昇圧開始(凝縮開始前)
実施例1記載の1.(1)~(5)と同様の手順で、VRCプロセスの運転を開始した。実施例1と同様に、バルブ11を徐々に閉めていくと、圧縮機5の吐出圧力が115kPaGまで上昇し、温度は約105℃であった。1. 1. Process steam replacement of VRC process line-Compressor start-Compressor pressurization start (before condensation start)
1. Described in Example 1. The operation of the VRC process was started in the same procedure as in (1) to (5). As in the first embodiment, when the
2.圧縮機の昇圧(凝縮開始後)~既設蒸発器の負荷低減
(1)圧縮機5の吐出圧力と凝縮とのバランスを見ながら、第1の循環ラインのバルブ11を徐々に閉めていき、吐出温度を110℃とし、VRC蒸発器(第2の熱交換器)7で熱交換を行った。再圧縮蒸気は、VRC蒸発器(第2の熱交換器)7では全凝縮には至らず、再圧縮蒸気の一部は、未凝縮ガス成分として、第1の循環ラインを介して主プロセスに戻っていた。なお、気液分離器19で分離した凝縮液は、やや太めの配管(凝縮液抜取りライン)に溜まり、バルブ13を断続的に開閉することにより回収された。凝縮液の平均滞留時間は5秒であった。2. 2. Pressurization of the compressor (after the start of condensation) -Reduction of the load on the existing evaporator (1) While observing the balance between the discharge pressure of the
(2)VRC蒸発器7での蒸発量の増加に伴い、主プロセス蒸発器への熱源スチーム16の流量を減らす方向で調整して、主プロセス蒸発器からの仕込量を調整した。
(2) As the amount of evaporation in the
(3)運転が安定したところで、バルブ11を微量の開度で断続的に開閉させることで、圧縮機の吐出圧を安定させた。運転が安定した状態において、主プロセス蒸発器の熱源スチーム負荷は、VRCプロセスを稼働させない定常運転時に比べ、4トン/hrの低減となった。
(3) When the operation was stable, the
(実施例2)
図7にプロセスフロー図を示す。蒸留塔1の塔頂から排出されるプロセス蒸気は常圧(大気圧)で温度は約72.5℃、その組成は酢酸エチル66重量%、ベンゼン24重量%、水10重量%で、流量は55トン/hrであった。従来、そのプロセス蒸気のうち、25トン/hrを別プロセスで使用する温水精製装置の熱源として使用していた。図7に示すように、VRC方式のプロセスを付設することになったが、投資回収の観点から、プロセス蒸気30トン/hrを圧縮機5で処理して、蒸留塔1の仕込み液の蒸発熱源として使用する必要があることがわかった。なお、VRCプロセスの圧縮機としては、ターボ型圧縮機((株)IHI製「f44C2」)を用いた。プロセス蒸気30トン/hrを熱源として使用した後に生じた凝縮液の温度は97℃であり、背圧空間の圧力は340kPa(絶対圧)であり、全凝縮していたため、流量は30トン/hrであった。この凝縮液を、フラッシュタンク24で常圧下にフラッシュしたところ、生じた蒸気は、温度69.5℃、流量3.8トン/hrであり、組成は、酢酸エチル65重量%、ベンゼン26重量%、水9重量%であった。この蒸気を、第3の循環ライン25を経由して、蒸留塔1の塔頂と分岐点4との間のラインに合流させた。分岐点4において、合流させた蒸気の一部はVRCプロセス側に分岐した。合流させた蒸気の残部は、温度72℃、流量28.8トン/hrであり、合流直後(又は運転開始初期)の組成は、酢酸エチル65.93重量%、ベンゼン24.13重量%、水9.94重量%、運転が安定してからの組成は、酢酸エチル63.97重量%、ベンゼン26.70重量%、水9.33重量%であり、蒸留塔1の塔頂から排出されるプロセス蒸気の組成から大きく変化しなかった。この合流させた蒸気の残部を別プロセスの温水器(温水精製装置)に送ったところ、何らの支障なく従前の温水を得ることができた。(Example 2)
FIG. 7 shows a process flow diagram. The process steam discharged from the top of the
(参考例1)
図8にプロセスフロー図を示す。図8で示されるプラントは、図7で示されるプラントにおいて、フラッシュタンク24及び第3の循環ライン25を備えていないプラントである。VRCプロセスで生じる凝縮液を、フラッシュタンク24を介さずに、凝縮液クーラー18で45℃まで冷却し、主プロセスの凝縮液と合流させる以外は、実施例2と同様にして、VRCプロセスを設置稼動させた。VRCプロセスへ導入した残部のプロセス蒸気のみを別プロセスへのライン26で別プロセスの熱交換器(温水精製装置)に送ろうとしたところ、物質収支的には整合するが、流量に余裕が無いため安定的な送気(又は導入)ができず、別プロセスでの温水製造に支障を来たすこととなった。(Reference example 1)
FIG. 8 shows a process flow diagram. The plant shown in FIG. 8 is a plant shown in FIG. 7 that does not have a
本発明の再圧縮蒸気の利用方法は、プロセス蒸気を発生する各種のプラント、例えば、蒸留プラントなどに利用できる。 The method of utilizing the recompressed steam of the present invention can be used in various plants that generate process steam, for example, a distillation plant.
1…蒸留器(蒸留塔)
2、3…コンデンサー
4…配管分岐点
5…圧縮機
6、9、25…循環ライン
7、14…熱交換器(蒸発器)
8…ホールドタンク(凝縮液タンク、凝縮液受槽)
8a、9a、19a…エアリングライン(均圧管)
18…凝縮液クーラー(クーラー)
19…気液分離器
20…ガス導入ライン
22…凝縮液脱気タンク(脱気タンク)
24…フラッシュタンク(フラッシュ蒸発器)
1 ... Distiller (distillation tower)
2, 3 ...
8 ... Hold tank (condensate tank, condensate receiving tank)
8a, 9a, 19a ... Airing line (pressure equalizing pipe)
18 ... Condensate cooler (cooler)
19 ... Gas-
24 ... Flash tank (flash evaporator)
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