JPH0637404B2 - 炭化水素熱分解ガスの分離精製法 - Google Patents

炭化水素熱分解ガスの分離精製法

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JPH0637404B2 JP61303199A JP30319986A JPH0637404B2 JP H0637404 B2 JPH0637404 B2 JP H0637404B2 JP 61303199 A JP61303199 A JP 61303199A JP 30319986 A JP30319986 A JP 30319986A JP H0637404 B2 JPH0637404 B2 JP H0637404B2
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    • F25J2270/06Internal refrigeration with work-producing gas expansion loop with multiple gas expansion loops

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、炭化水素熱分解ガスの分離精製法に関し、特
にナフサ等を熱分解するエチレン製造装置から得られる
炭化水素熱分解ガスの分離精製法に関するものである。
(従来の技術) 熱分解によるエチレン製造装置から得られる炭化水素熱
分解ガスは水素、メタン(C1)、エチレン、エタン
(C2)、プロピレン、プロパン、ブチレン、ブタジエ
ン(C3+)等を含み、エチレン、プロピレン等は石油
化学の原料となり、特に重合原料用としては触媒に悪影
響を与えないために極めて純度高く精製する必要があ
る。
従来の炭化水素熱分解ガスの分離精製法の代表例のフロ
ーシートを第3図に示す。重質留分等が除去された水
素、C1、C2、C3以上の炭化水素からなる炭化水素熱
分解ガスFは冷却工程1へ導入され、冷却用熱交換器E
−1でプロピレン冷凍冷媒C3Rにより冷却され、次に
第1段分離器D−1に導入される。第1段分離器D−1
において分離された液化C1、C2、C3以上炭化水素の
一部はライン10により脱メタン塔T−1に導入され、
一方、主として水素、メタン、エチレン、エタンからな
る未凝縮ガスはライン11を経て熱交換器E−2に導入
されエチレン冷凍冷媒C2Rにより冷却された後、第2
段分離器D−2に導入される。第2段分離器D−2で分
離されたメタン、エチレン、エタンおよび少量の水素か
らなる凝縮液はライン12を経て脱メタン塔T−1に導
入される。また未凝縮ガスはライン13より熱交換器E
−3に送られ、冷熱回収冷媒および必要量のエチレン冷
凍冷媒C2Rにより冷却される。以下、同様にして第3
段分離器D−3、熱交換器E−4、第4段分離器D−
4、熱交換器E−5、第5段分離器D−5、熱交換器E
−6および第6段分離器D−6を経た未凝縮ガスは必要
に応じてその一部あるいは全部が水素・メタン分離工程
3へ送られ、残部はガス膨張機を経て冷媒として冷却工
程ならびに脱メタン工程で使用され、さらに冷熱回収さ
れた後、燃料ガスとして系外に払い出される。一方、各
分離器D−3〜D−6の凝縮液はそれぞれライン14、
16、18および20を通って脱メタン塔T−1の所定
段に導入される。
次に脱メタン工程2において、ライン10〜20からの
前記凝縮液は脱メタン塔T−1に供給され、操作圧力約
30kg/cm2・Gで蒸留され、水素・メタン留分は塔頂
から、エチレン・エタン留分は塔底から抜き出される。
水素・メタン留分はライン9からコンデンサーE−7に
送られ、冷熱回収冷媒およびエチレン冷凍冷媒C2Rに
より冷却され、脱メタン塔還流槽D−7で未凝縮ガスと
凝縮液に分離され、未凝縮ガスはライン22により前記
ガス膨張機に送られ、凝縮液はライン23を経て脱メタ
ン塔T−1に還流される。また、脱メタン塔T−1で凝
縮液の一部はリボイラーE−8によってリボイルされ
る。
次に、エチレン分離工程4において、脱メタン塔T−1
からの塔底液はライン24を経て膨張器V−1によって
減圧膨張されて操作圧力約6kg/cm2・G、温度約−6
0℃程度にされ、気体の割合が約40mol%の状態でエ
チレン塔T−2に供給される。エチレン塔T−2で蒸留
された未凝縮ガスのエチレン留分はライン26を経てコ
ンデンサーE−11で凝縮され、一部は還流液としてラ
イン28を経てエチレン塔T−2に戻され、残りはライ
ン30を経て製品エチレンPとして取り出される。ま
た、エチレン塔T−2の塔底から分離されたエタン留分
はライン32を経て冷熱の回収後、熱分解原料にリサイ
クルされる。なお、凝縮液の一部はリボイラーE−12
によってリボイルされる。
上記のごとく炭化水素熱分解ガスに含まれている水素、
1、C2、C3以上炭化水素は極めて低沸点であるの
で、分離するには低温に冷却しなければならず、このた
め種々の温度レベルからなる冷凍冷媒(エチレンまたは
プロピレン等)が使用される。しかし、エチレン・エタ
ン留分を凝縮させるためにはどうしても多量の冷凍冷媒
を使用せざるを得ず、特にエチレン冷凍冷媒は多量のエ
ネルギーを必要とする高価な冷媒であり、この使用量を
低減する方法が要望されていた。
本発明者らは、炭化水素熱分解ガスの低温分離精製工程
および冷凍冷媒の製造に使用する冷凍圧縮機の所要動力
を低減するために、前記脱メタン工程で分離した高圧の
エチレン・エタン留分を、前記エチレン分離工程に導入
する前に減圧膨張して低温度にし、この低温度のエチレ
ン・エタン留分を冷媒として使用する方法を提案した
(特開昭61−134327号公報)。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、脱メタン塔T−1からの凝縮液として取
り出される該エチレン・エタン留分の減圧膨張は、従
来、該エチレン分離工程4(エチレン塔T−2)の操作
圧力以下までは行われず、このため極めて低温度、例え
ば約−80℃〜−98℃レベルの冷媒としては使用する
ことができなった。これはエチレン分離工程へのフィー
ド流体を飽和蒸気より過度に加熱し供給すると、エチレ
ン精留塔における分離性状を満足するためには所要還流
比が急激に増大し、経済効果が得られないとされていた
ためである。例えば、特開昭61−69889号公報で
はメタン分離塔(本発明でいう脱メタン塔とは異なる)
の塔底液を過度に加熱して加熱蒸気にすると次工程のエ
チレン蒸留塔における還流比が急激に上昇するため好ま
しくないとしている。
本発明の目的は、上記従来技術の問題を解消し、脱メタ
ン工程で分離した高圧のエチレン・エタン留分を減圧膨
張して、エチレン精製塔の操作条件以下の低温度とし、
冷却工程の冷媒として有効利用することにより、炭化水
素熱分解ガスの低温分離精製にかかる冷凍圧縮機の所要
動力を大幅に低減し、特に分解ガス圧縮機の動力増加な
しにエチレン冷媒圧縮機の削除または負荷の大幅な低減
を図ることにある。
(問題点を解決するための手段) 本発明者は、エチレン−エタン系の蒸留分離において、
蒸留塔フィードが飽和状態を超えた過熱蒸気であって
も、目的とする分離精留効果を得るための所要還流比は
大幅に変化しないことを見出した。そして該エチレン・
エタン留分の一部または全部を該エチレン分離工程の操
作圧力より低い圧力まで減圧膨張させ、極めて低温のレ
ベルの冷媒として使用した後、圧縮機により圧縮し、過
熱蒸気の状態で該エチレン分離工程へ導入することによ
り、冷凍冷媒使用量の大幅な低減が可能になることを見
出し、本発明に到達した。
本発明は、主として水素ならびにC1、C2およびC3
上の炭化水素からなる炭化水素熱分解ガスを冷却工程で
冷却し、該冷却工程で得られる凝縮液の一部または全部
を脱メタン工程に供給し、主として水素・メタンからな
る留分と主として、エチレン・エタンからなる留分に分
離し、次いで該エチレン・エタン留分をエチレン分離工
程でエチレン留分とエタン留分に分離する精製法におい
て、前記脱メタン工程で分離したエチレン・エタン留分
の一部または全部を該エチレン分離工程の操作圧力より
も低く減圧膨張させて低温の気液混相流とし、該流体の
一部または全部を飽和蒸気または過熱蒸気となるまで冷
媒として使用し、次に圧縮機にて前記エチレン分離工程
の操作圧力まで圧縮し、前記エチレン分離工程に導入す
ることを特徴とする。
本発明でいうエチレン分離工程は、主としてエチレンと
エタンを分離するための工程であればよく、その主要設
備としては、エチレン・エタン分離を主目的とするエチ
レン精留塔があるが、この精留塔は、例えば塔頂凝縮器
に通常プロピレンを冷媒として使用する約16kg/cm2
・G程度の高圧操作塔や通常10kg/cm2・G以下で操
作されるヒートポンプ式の低圧操作塔のいずれであって
もよく、また原料中に同伴する水素、メタン、アセチレ
ン等の不純物等を除去するための設備を付帯させていて
もよい。
本発明において脱メタン工程で分離したエチレン・エタ
ン留分を減圧膨張して得られる低温流を脱メタン工程に
導入される炭化水素熱分解ガスの冷却工程における冷媒
として使用することが好ましい。
(実施例) 以下、本発明を図面によりさらに詳細に説明する。
第1図は、本発明の一実施例を示す炭化水素熱分解ガス
の分離精製法のフローシートである。第3図の従来技術
と異なる点は、脱メタン塔T−1からの塔底液をV−
1、V−2およびV−3で減圧膨張し、これをライン2
4A、34、35を経て前記供給物冷却工程1の冷却用
熱交換器E−2、E−3、E−4に供給し、冷媒として
使用した後、その少なくとも一部を圧縮器C−1に供給
し、ここで圧縮昇圧し、必要に応じ冷却器E−9で冷却
した後、ライン36を経てエチレン分離工程4のエチレ
ン塔に導入するようにしたことである。
第1図において、脱メタン工程2の脱メタン塔T−1か
ら凝縮液として抜き出される、主としてエチレン・エタ
ンからなる留分は操作圧力25〜35kg/cm2・G、通
常30kg/cm2・G前後、温度−15〜10℃、通常−
5℃前後の状態であるが、膨張器V−2ならびにV−3
によりエチレン塔T−2の操作圧力より以下の圧力、す
なわち、操作圧力2〜0.2kg/cm2・Gまで減圧膨張され
ることにより、通常約−80〜−98℃に大幅に温度が
下げられる。この極めて低温度のエチレン・エタン留分
は、供給物冷却工程1の冷却工程または他の工程の冷媒
に使用し、該混相流が飽和蒸気または過熱蒸気となるま
で、その冷熱を利用し、その後該エチレン・エタン留分
は圧縮機C−1によりエチレン塔T−2の操作圧力まで
昇圧された後、エチレンの分離精製を主な目的とするエ
チレン分離工程に導入される。このようにエチレン・エ
タン留分を極めて低温度になるまで減圧膨張させること
により、供給物冷却工程1の冷凍冷媒、例えばエチレン
冷凍冷媒の代わりに用い、冷凍冷媒使用量を不要または
大幅に低減することができる。
第2図は、下記の操作条件でエチレン等のフィードエン
タルピーを増加させた場合の該塔頂のエチレン留分中の
エタン(C26)量および塔底液中のエチレン量の変化
を示したものである。
1.操作圧力 塔頂 5.0kg/cm2・G 2.還流比 1.95 3.Feed組成 C24 1857kg mol/H 84mol% C26 351 〃 16 〃 TOTAL 2208 〃 100 〃 4.留出量 1857kg mol/H 塔底液量 351 〃 第2図から明らかなように塔頂留分中に含まれるエタン
量は230〜280mol・ppmと余り変わらず、また塔底
液中のエチレン量も0.15〜0.30kg mol/Hとそれ程増加
しないことがわかる。従ってこの程度のエンタルピーの
増加であれば、エチレン塔の段数および還流比を変化さ
せなくても運転上は支障がないことが明らかになった。
フィードエンタルピーの増加に伴う塔頂留分の温度変化
を図中に示したが、エチレン塔供給温度が−60℃〜5
0℃の広範囲で変化してもよいことになり、エチレン・
エタン留分を減圧膨張させて温度低下させ、冷媒として
使用後、エチレン塔の操作圧力まで圧縮して導入しても
エチレン精製への影響は極めて少ないことが確認され
た。
次に第1図に示したフローシートに従い、原料としてガ
スオイル60%、ナフサ40%の組成の分解原料を用
い、40万エチレン年産量として本発明を実施する場合
の所要動力を、従来例(第3図)のそれと比較して第1
表に示す。
第1表から明らかなように、本発明の場合の合計所要動
力は、従来例よりも著しく低減されており、特に脱メタ
ン塔原料供給冷却工程および脱メタン工程で従来使用し
ていたエチレン冷凍冷媒が削除され、冷凍系圧縮機の所
要動力の減少が著しいことがわかる。
(発明の効果) 本発明によれば、炭化水素熱分解ガスの低温分離精製に
係る冷凍圧縮機の所要動力を大幅に低減し、特に熱分解
ガス圧縮機の動力を増加することなく、エチレン冷媒圧
縮機の削除または負荷を大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図および第3図は、本発明および従来の炭化水素熱
分解ガスの分離精製法のフローシート、第2図は、本発
明の原理を説明するためのエチレン塔フィードエンタル
ピー増加量とエチレン塔の塔頂および塔底に含まれるエ
タン量およびエチレン量との関係を示す図である。 1…冷却工程、2…脱メタン工程、3…水素・メタン分
離工程、4…エチレン分離工程、E−1〜6…分解ガス
の冷却用熱交換器、E−7…脱メタン塔コンデンサー、
E−8…脱メタン塔リボイラー、E−9…冷却器、E−
11…エチレン塔コンデンサー、E−12…エチレン塔
リボイラー、T−1…脱メタン塔、T−2…エチレン
塔、C−1…圧縮機、D−1〜6…気液分離器、D−7
…脱メタン塔還流槽、D−8…エチレン塔還流槽。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北山 裕 千葉県市原市有秋台東3の2 三井東 (56)参考文献 特公 昭51−46074(JP,B1)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】主として水素ならびにC1、C2およびC3
    以上の炭化水素からなる炭化水素熱分解ガスを冷却工程
    で冷却し、該冷却工程で得られる凝縮液の一部または全
    部を脱メタン工程に供給し、主として水素・メタンから
    なる留分と主として、エチレン・エタンからなる留分に
    分離し、次いで該エチレン・エタン留分をエチレン分離
    工程でエチレン留分とエタン留分に分離する精製法にお
    いて、前記脱メタン工程で分離したエチレン・エタン留
    分の一部または全部を該エチレン分離工程の操作圧力よ
    りも低く減圧膨張させて低温の気液混相流とし、該混相
    流を飽和蒸気または過熱蒸気となるまで冷媒として使用
    し、次に圧縮機にて前記エチレン分離工程の操作圧力ま
    で圧縮し、前記エチレン分離工程に導入することを特徴
    とする炭化水素熱分解ガスの分離精製法。
  2. 【請求項2】前記脱メタン工程で分離したエチレン・エ
    タン留分を減圧膨張して得られる低温の気液混相流を脱
    メタン工程に導入される炭化水素熱分解ガスの冷却工程
    における冷媒として使用することを特徴とする特許請求
    の範囲第1項記載の炭化水素熱分解ガスの分離精製法。
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