JPH07167556A - ガスの極低温分別及び精製方法およびその方法を実施するための熱交換器 - Google Patents
ガスの極低温分別及び精製方法およびその方法を実施するための熱交換器Info
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- JPH07167556A JPH07167556A JP6162084A JP16208494A JPH07167556A JP H07167556 A JPH07167556 A JP H07167556A JP 6162084 A JP6162084 A JP 6162084A JP 16208494 A JP16208494 A JP 16208494A JP H07167556 A JPH07167556 A JP H07167556A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 複数の凝縮しうる成分を含有するガス状流体
の分別及び精製方法およびそのための装置の提供。 【構成】 ガス状流体を少なくとも５つの循環路を有す
る単一集成交換器で処理し、該流体を第１および第５循
環路中で冷却することにより部分的に凝縮させ、非凝縮
ガス画分を第２循環路中で再加熱し、第３循環路中で２
次冷却させそしてバルブにより膨張させた後に第４循環
路中で蒸発する凝縮物により必要な冷却を与えることか
らなる、ガスの極低温分別及び精製方法およびその方法
を実施するための熱交換器。
の分別及び精製方法およびそのための装置の提供。 【構成】 ガス状流体を少なくとも５つの循環路を有す
る単一集成交換器で処理し、該流体を第１および第５循
環路中で冷却することにより部分的に凝縮させ、非凝縮
ガス画分を第２循環路中で再加熱し、第３循環路中で２
次冷却させそしてバルブにより膨張させた後に第４循環
路中で蒸発する凝縮物により必要な冷却を与えることか
らなる、ガスの極低温分別及び精製方法およびその方法
を実施するための熱交換器。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はガスの極低温分別及び精
製方法に関する。また、本発明はその方法を実施するた
めの熱交換器に関するものである。
製方法に関する。また、本発明はその方法を実施するた
めの熱交換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術および課題】ある種のガスは、低温で容易
に液化されうる成分と、液化がより困難なまたは液化し
ない成分を同時に含んでいる。従って、該ガスを冷却す
ることにより易液化性成分を凝縮させて分離し、液化が
より困難なまたは液化しない成分から分離する試みが通
常なされている。このように処理することができる、数
種の成分を含有するガスとしては、種々の炭化水素類の
混合物、又は該炭化水素と窒素、水素、アルゴン及び／
又は一酸化炭素のような非炭化水素成分との混合物、お
よび例えば接触分解又は水蒸気分解からのガスを挙げる
ことができる。
に液化されうる成分と、液化がより困難なまたは液化し
ない成分を同時に含んでいる。従って、該ガスを冷却す
ることにより易液化性成分を凝縮させて分離し、液化が
より困難なまたは液化しない成分から分離する試みが通
常なされている。このように処理することができる、数
種の成分を含有するガスとしては、種々の炭化水素類の
混合物、又は該炭化水素と窒素、水素、アルゴン及び／
又は一酸化炭素のような非炭化水素成分との混合物、お
よび例えば接触分解又は水蒸気分解からのガスを挙げる
ことができる。
【０００３】必要な冷却を達成するために、従来技術に
おいては、熱交換器および特に、“デフレグメーター”
と言われているリフラックス交換器が使用されており、
外部冷却は、通常、冷却サイクルにより又は動的ガス膨
張により向流関係で行われている。これは、これら技術
の使用を冷却サイクルが適用しうる温度に、および流出
流、例えば水素又はメタンの膨張が可能である場合に制
限してしまう。
おいては、熱交換器および特に、“デフレグメーター”
と言われているリフラックス交換器が使用されており、
外部冷却は、通常、冷却サイクルにより又は動的ガス膨
張により向流関係で行われている。これは、これら技術
の使用を冷却サイクルが適用しうる温度に、および流出
流、例えば水素又はメタンの膨張が可能である場合に制
限してしまう。
【０００４】また、自己冷却法を使用することも可能で
ある。この方法は精製すべきガスを第１交換器で冷却
し、形成された第１凝縮物から非凝縮ガスを、例えば精
留塔中で分離し、さらに非凝縮ガスを第２交換器で冷却
して第２凝縮物を形成し、この第２凝縮物を分離器中で
非凝縮ガスから分離し、そして第２凝縮物をリフラック
スとして精留塔へ戻すことからなる。第２凝縮物から分
離された非凝縮ガスは精製されたガスからなるものであ
る。前記両交換器用の冷媒は、膨張による気化に付さ
れ、ついで第２交換器、そして第１交換器を流れる第１
凝縮物により構成される。精製されたガスはそれ自身第
２交換器、ついで第１交換器を通して流れることができ
る。
ある。この方法は精製すべきガスを第１交換器で冷却
し、形成された第１凝縮物から非凝縮ガスを、例えば精
留塔中で分離し、さらに非凝縮ガスを第２交換器で冷却
して第２凝縮物を形成し、この第２凝縮物を分離器中で
非凝縮ガスから分離し、そして第２凝縮物をリフラック
スとして精留塔へ戻すことからなる。第２凝縮物から分
離された非凝縮ガスは精製されたガスからなるものであ
る。前記両交換器用の冷媒は、膨張による気化に付さ
れ、ついで第２交換器、そして第１交換器を流れる第１
凝縮物により構成される。精製されたガスはそれ自身第
２交換器、ついで第１交換器を通して流れることができ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明による方法および
装置は、装置外部からの冷却体による冷却を原則として
必要としないこと、および処理されたガス混合物の難液
化性成分の膨張を必要としないという利点がある。後者
の点は、一方で液化プロセスがしばしば高圧の適用を必
要とし、他方では得られたある種の分離ガス、例えば水
素及び／又は一酸化炭素がしばしば高圧下に操作されな
ければならない化学反応用の反応体であることから、重
要なことである。従って、これらのガスを、後で再圧縮
しなければならないために、極低温分離中に膨張するこ
とは非常に不経済である。
装置は、装置外部からの冷却体による冷却を原則として
必要としないこと、および処理されたガス混合物の難液
化性成分の膨張を必要としないという利点がある。後者
の点は、一方で液化プロセスがしばしば高圧の適用を必
要とし、他方では得られたある種の分離ガス、例えば水
素及び／又は一酸化炭素がしばしば高圧下に操作されな
ければならない化学反応用の反応体であることから、重
要なことである。従って、これらのガスを、後で再圧縮
しなければならないために、極低温分離中に膨張するこ
とは非常に不経済である。
【０００６】さらに、本発明の方法及び装置は、公知の
方法の多段式（少なくとも２つの交換器、１つの精留
塔、１つの分離器及び多くの循環路）よりも安価である
単一交換器のみが必要であるので、公知の自己冷却法よ
りも経済的である。また、本発明の方法及び装置は熱ロ
スが減少され、循環路及び装置の設備に要する高い出費
が回避される。
方法の多段式（少なくとも２つの交換器、１つの精留
塔、１つの分離器及び多くの循環路）よりも安価である
単一交換器のみが必要であるので、公知の自己冷却法よ
りも経済的である。また、本発明の方法及び装置は熱ロ
スが減少され、循環路及び装置の設備に要する高い出費
が回避される。
【０００７】本発明が適用されるガスは、この方法の条
件下で異なる沸騰（又は凝縮）温度を有する、少なくと
も２つの、好ましくは少なくとも３つの異なる化学成分
の混合物であり、例えば、水素と、メタンと、および高
級（Ｃ3又はそれ以上）の炭化水素を含有しあるいは含
有しない、少なくとも１つのエタン又はエチレンのよう
なＣ2−炭化水素類との混合物である。また、他の混合
物は一酸化炭素及び／又は窒素を含有する。
件下で異なる沸騰（又は凝縮）温度を有する、少なくと
も２つの、好ましくは少なくとも３つの異なる化学成分
の混合物であり、例えば、水素と、メタンと、および高
級（Ｃ3又はそれ以上）の炭化水素を含有しあるいは含
有しない、少なくとも１つのエタン又はエチレンのよう
なＣ2−炭化水素類との混合物である。また、他の混合
物は一酸化炭素及び／又は窒素を含有する。
【０００８】本発明の方法は、好ましくは比較的軽い成
分を含有する精製されたガスおよび好ましくは比較的重
い成分を含有する分離されたガスを製造するために、異
なる凝縮温度で凝縮される少なくとも２つの成分、即
ち、少なくとも１つの除去すべき比較的重い成分および
少なくとも１つの除去すべき比較的軽い成分をそれぞれ
含有するガス状供給流体を極低温分別及び精製する自己
冷却方法である。
分を含有する精製されたガスおよび好ましくは比較的重
い成分を含有する分離されたガスを製造するために、異
なる凝縮温度で凝縮される少なくとも２つの成分、即
ち、少なくとも１つの除去すべき比較的重い成分および
少なくとも１つの除去すべき比較的軽い成分をそれぞれ
含有するガス状供給流体を極低温分別及び精製する自己
冷却方法である。
【０００９】本発明の特徴は、単一の集成体（unitary
assembly）を形成し且つそれぞれ第１〜第５の、少なく
とも５つの異なる集成垂直循環路（aggregately vertic
alcircuit）を含む熱交換帯域中で操作され、該熱交換
帯域の各々の高さにおいて互いに間接的に熱交換する関
係にあり、第１循環路またはリフラックス循環路は該熱
交換帯域の上部で且つ比較的冷たい部分に本質的に配置
され、そして第５循環路は該熱交換帯域の下部で且つ比
較的冷たくない部分に本質的に配置されており、下記の
ステップ、即ち、ガス状供給流体の少なくとも１つの留
分を部分的に凝縮させて第１凝縮物を与え且つ該第１凝
縮物が該ガス状流体により実質的にリフラックスされず
に運ばれる条件下で、該画分を全体として第５循環路の
底部から頂部に循環させ；得られた非凝縮ガスと第１凝
縮物の混合物を第５循環路の頂部から排出させ；気相分
離帯域中で該非凝縮ガスを第１凝縮物から分離させ；そ
のようにして分離されたガスを、その一部が第２凝縮物
を与え且つ第２凝縮物が第１循環路へ戻され、その底部
に集められる得る条件下に、第１循環路又はリフラック
ス循環路の底部から頂部へ循環させ；第１循環路の頂部
から排出した非凝縮ガスの少なくとも一部を、第１循環
路中を循環する流体と、次いで第５循環路中を循環する
流体と向流関係にて、第２循環路の頂部から底部へ循環
させ；得られた精製ガスを排出させ；第１凝縮物及び第
２凝縮物を共に、２次冷却を受ける少なくとも１つの第
３循環路の底部から頂部へ循環させ；得られた２次冷却
された第１及び第２凝縮物を（少なくとも１つの）第３
循環路の頂部から排出させ；該凝縮物を膨張させ；該凝
縮物全体を、それが気化して第１、第３及び第５循環路
の流体から熱を取り去る、少なくとも１つの第４循環路
の頂部から底部に循環させ；最後に、分離ガスを構成す
る該気化した凝縮物を（少なくとも１つの）第４循環路
の底部から排出させるステップを包含するものである。
assembly）を形成し且つそれぞれ第１〜第５の、少なく
とも５つの異なる集成垂直循環路（aggregately vertic
alcircuit）を含む熱交換帯域中で操作され、該熱交換
帯域の各々の高さにおいて互いに間接的に熱交換する関
係にあり、第１循環路またはリフラックス循環路は該熱
交換帯域の上部で且つ比較的冷たい部分に本質的に配置
され、そして第５循環路は該熱交換帯域の下部で且つ比
較的冷たくない部分に本質的に配置されており、下記の
ステップ、即ち、ガス状供給流体の少なくとも１つの留
分を部分的に凝縮させて第１凝縮物を与え且つ該第１凝
縮物が該ガス状流体により実質的にリフラックスされず
に運ばれる条件下で、該画分を全体として第５循環路の
底部から頂部に循環させ；得られた非凝縮ガスと第１凝
縮物の混合物を第５循環路の頂部から排出させ；気相分
離帯域中で該非凝縮ガスを第１凝縮物から分離させ；そ
のようにして分離されたガスを、その一部が第２凝縮物
を与え且つ第２凝縮物が第１循環路へ戻され、その底部
に集められる得る条件下に、第１循環路又はリフラック
ス循環路の底部から頂部へ循環させ；第１循環路の頂部
から排出した非凝縮ガスの少なくとも一部を、第１循環
路中を循環する流体と、次いで第５循環路中を循環する
流体と向流関係にて、第２循環路の頂部から底部へ循環
させ；得られた精製ガスを排出させ；第１凝縮物及び第
２凝縮物を共に、２次冷却を受ける少なくとも１つの第
３循環路の底部から頂部へ循環させ；得られた２次冷却
された第１及び第２凝縮物を（少なくとも１つの）第３
循環路の頂部から排出させ；該凝縮物を膨張させ；該凝
縮物全体を、それが気化して第１、第３及び第５循環路
の流体から熱を取り去る、少なくとも１つの第４循環路
の頂部から底部に循環させ；最後に、分離ガスを構成す
る該気化した凝縮物を（少なくとも１つの）第４循環路
の底部から排出させるステップを包含するものである。
【００１０】かくして、本発明は単一熱交換器（単一熱
交換帯域）を操作するものであり、それは、その高さの
少なくとも一部において、少なくとも５つの循環路を含
み、その各々は好ましくは、全体が垂直方向のマルチチ
ャンネル型である。リフラックス循環路又は第１循環路
と呼ばれる循環路の１つは、交換器（交換帯域）の上
部、即ち交換器の比較的冷たい部分に本質的に配置され
る。このものは“曲がりくねっていない”（non tortuo
us）循環路が好ましく、即ちそこでは凝縮された液体が
全体として下への一方向に流れる。液体リフラックスに
は不向きな曲がりくねったタイプが好ましい他の循環路
（第５循環路）は、交換器（交換帯域）の下部に、即ち
交換器の比較的冷たくない部分に配置される。
交換帯域）を操作するものであり、それは、その高さの
少なくとも一部において、少なくとも５つの循環路を含
み、その各々は好ましくは、全体が垂直方向のマルチチ
ャンネル型である。リフラックス循環路又は第１循環路
と呼ばれる循環路の１つは、交換器（交換帯域）の上
部、即ち交換器の比較的冷たい部分に本質的に配置され
る。このものは“曲がりくねっていない”（non tortuo
us）循環路が好ましく、即ちそこでは凝縮された液体が
全体として下への一方向に流れる。液体リフラックスに
は不向きな曲がりくねったタイプが好ましい他の循環路
（第５循環路）は、交換器（交換帯域）の下部に、即ち
交換器の比較的冷たくない部分に配置される。
【００１１】曲がりくねっていないタイプの全体が垂直
方向の循環路に関しては、その底部に供給される流体
が、該流体の液体部分が実質的にリフラックスすること
なく、底部から頂部へ通常の方法で流れることができ、
それため例えば前記リフラックス循環路中より小さな平
均傾斜又は勾配であると思われるような循環路を意味す
る。換言すれば、全て又は殆ど全ての（液状又はガス
状）流体は曲がりくねったタイプの循環路中を上方向に
流れ、該循環路の頂部で集められ、排出される場所（帯
域）は熱交換器の中間部分、例えば交換器の１／３又は
１／２の高さの近傍に設置される。
方向の循環路に関しては、その底部に供給される流体
が、該流体の液体部分が実質的にリフラックスすること
なく、底部から頂部へ通常の方法で流れることができ、
それため例えば前記リフラックス循環路中より小さな平
均傾斜又は勾配であると思われるような循環路を意味す
る。換言すれば、全て又は殆ど全ての（液状又はガス
状）流体は曲がりくねったタイプの循環路中を上方向に
流れ、該循環路の頂部で集められ、排出される場所（帯
域）は熱交換器の中間部分、例えば交換器の１／３又は
１／２の高さの近傍に設置される。
【００１２】前記曲がりくねった循環路は完全に又は殆
ど完全にリフラックス循環路よりも低いレベルにあるこ
とが好ましく、そして両循環路は互いに交換器中の上部
に実質的に配置されることが好ましい。第２、第３及び
第４循環路は曲がりくねっていても、いなくてもよい
が、曲がりくねっていない方が好ましい。しかしなが
ら、曲がりくねった循環路及び曲がりくねっていない循
環路を使用することは、上記した結果（リフラックス及
び非リフラックスそれぞれ）を達成するためには必須で
はない。循環路は実際、循環路の断面及び／又はこの循
環路中の供給流体の流速に基づいて働く。比較的広いチ
ャンネル内での遅い速度では実際にリフラックスする
が、比較的狭いチャンネル内での早い速度では凝縮物が
共に運ばれそれによりフローバックが防止される結果と
なる。従って、小さい断面及び大きな流速を有するマル
チチャンネル循環路は、特に第５循環路用として有利で
ある。複数の第５循環路は、それが存在する交換器の各
々の高さで互いに熱交換する関係にあるので、そのため
には該交換器は熱交換のよい材料で作られ、該材料の強
度に適合して可能なかぎり薄く、大きな交換面積を有す
る壁を有するものが好ましいと考えられる。当業者は、
このような交換器を上述のことからなんらの困難性なし
に作成することができるであろう。
ど完全にリフラックス循環路よりも低いレベルにあるこ
とが好ましく、そして両循環路は互いに交換器中の上部
に実質的に配置されることが好ましい。第２、第３及び
第４循環路は曲がりくねっていても、いなくてもよい
が、曲がりくねっていない方が好ましい。しかしなが
ら、曲がりくねった循環路及び曲がりくねっていない循
環路を使用することは、上記した結果（リフラックス及
び非リフラックスそれぞれ）を達成するためには必須で
はない。循環路は実際、循環路の断面及び／又はこの循
環路中の供給流体の流速に基づいて働く。比較的広いチ
ャンネル内での遅い速度では実際にリフラックスする
が、比較的狭いチャンネル内での早い速度では凝縮物が
共に運ばれそれによりフローバックが防止される結果と
なる。従って、小さい断面及び大きな流速を有するマル
チチャンネル循環路は、特に第５循環路用として有利で
ある。複数の第５循環路は、それが存在する交換器の各
々の高さで互いに熱交換する関係にあるので、そのため
には該交換器は熱交換のよい材料で作られ、該材料の強
度に適合して可能なかぎり薄く、大きな交換面積を有す
る壁を有するものが好ましいと考えられる。当業者は、
このような交換器を上述のことからなんらの困難性なし
に作成することができるであろう。
【００１３】本発明によれば、（少なくとも２つの、好
ましくは３つの凝縮しうる成分を有する）上記の多成分
ガス状流体を、該流体が循環路中にフローバックせずに
部分的に凝縮しうる温度及び圧力条件下で、交換器の下
部に配置された第５循環路内で底部から頂部へ循環させ
る。第５循環路の頂部から取り出されたガスと液体（第
１凝縮物）の混合物は分離帯域中で気相と液相に分離さ
れる。得られた気相は、好ましくは上記のように第５循
環路の上に配置された第１循環路（リフラックス循環
路）内で底部から頂部へ循環される。この交換器の比較
的冷たい部分で、ガスの一部が凝縮され、この凝縮物
（第２凝縮物）が上記分離帯域へ再び流下されるが、こ
れはこの第１循環路の曲がりくねっていない性質又はガ
スの遅い上向き速度のためである。このようにして形成
された第２凝縮物は分離帯域内に既に存在している第１
凝縮物と混合するか、別に回収することができる。第１
循環路の頂部で回収された非凝縮ガスは第２循環路によ
り交換器に戻され、第１循環路及び第５循環路中を循環
している流体と向流関係で、第２循環路の頂部から底部
へ循環される。該ガスは再加熱状態で再び流出され、そ
れがガス状供給流体の最も揮発性の成分からなる精製さ
れたガスを構成する。
ましくは３つの凝縮しうる成分を有する）上記の多成分
ガス状流体を、該流体が循環路中にフローバックせずに
部分的に凝縮しうる温度及び圧力条件下で、交換器の下
部に配置された第５循環路内で底部から頂部へ循環させ
る。第５循環路の頂部から取り出されたガスと液体（第
１凝縮物）の混合物は分離帯域中で気相と液相に分離さ
れる。得られた気相は、好ましくは上記のように第５循
環路の上に配置された第１循環路（リフラックス循環
路）内で底部から頂部へ循環される。この交換器の比較
的冷たい部分で、ガスの一部が凝縮され、この凝縮物
（第２凝縮物）が上記分離帯域へ再び流下されるが、こ
れはこの第１循環路の曲がりくねっていない性質又はガ
スの遅い上向き速度のためである。このようにして形成
された第２凝縮物は分離帯域内に既に存在している第１
凝縮物と混合するか、別に回収することができる。第１
循環路の頂部で回収された非凝縮ガスは第２循環路によ
り交換器に戻され、第１循環路及び第５循環路中を循環
している流体と向流関係で、第２循環路の頂部から底部
へ循環される。該ガスは再加熱状態で再び流出され、そ
れがガス状供給流体の最も揮発性の成分からなる精製さ
れたガスを構成する。
【００１４】第１凝縮物単独又は第１及び第２凝縮物の
混合物からなる分離帯域の液相は、それが２次冷却を受
ける第３循環路の底部から頂部へ循環される。次いで、
該液相は静的又は動的に膨張され、曲がりくねった循環
路、第１循環路及び第３循環路の流体から熱を取るため
に気化させる交換器の第４循環路の頂部から底部へ循環
される。第４循環路の底部で排出されたガス流はガス状
供給流体の最低揮発性成分を含有する。望むならば、こ
れを部分的にリサイクルするか、処理してもよい。
混合物からなる分離帯域の液相は、それが２次冷却を受
ける第３循環路の底部から頂部へ循環される。次いで、
該液相は静的又は動的に膨張され、曲がりくねった循環
路、第１循環路及び第３循環路の流体から熱を取るため
に気化させる交換器の第４循環路の頂部から底部へ循環
される。第４循環路の底部で排出されたガス流はガス状
供給流体の最低揮発性成分を含有する。望むならば、こ
れを部分的にリサイクルするか、処理してもよい。
【００１５】他の実施態様によれば、第１及び第２凝縮
物を混合せずに、別々に第３及び第４循環路を通して流
すことにより、“少なくとも１／３の循環路”及び“少
なくとも１／４の循環路”を使用することが可能であ
る。かくして、上記した方法スキームは、系に外部起源
の冷媒を供給せずに、低温で、多少の圧力ロスなしで、
ガス状混合物を最も揮発性の成分に分別することを可能
とする。種々の変更および他の態様が本発明に齎され
る。
物を混合せずに、別々に第３及び第４循環路を通して流
すことにより、“少なくとも１／３の循環路”及び“少
なくとも１／４の循環路”を使用することが可能であ
る。かくして、上記した方法スキームは、系に外部起源
の冷媒を供給せずに、低温で、多少の圧力ロスなしで、
ガス状混合物を最も揮発性の成分に分別することを可能
とする。種々の変更および他の態様が本発明に齎され
る。
【００１６】第１の他の態様によれば、第１循環路の頭
部で回収される気相の一部のみが第２循環路に運ばれ
る。他の部分は膨張され、そして交換器内で第６交換循
環路中の通路を通して、もしくは好ましくは第４循環路
中の通路を通して、下方向に流されるが、高い圧力で気
化させるために該循環路へ供給される凝縮物の膨張され
た液相と混合される。この場合、高い圧力で精製された
ガスの生成は少ないが、第４循環路から生じるガス流の
リサイクルまたは第６循環路からのガス流の再圧縮を行
うときは不便ではない。第１循環路の頭部で収集される
気相の９０〜９８モル％を第２循環路へ運び、残り（２
〜１０モル％）を膨張させ、第４循環路の液相に加える
ことが好ましい。
部で回収される気相の一部のみが第２循環路に運ばれ
る。他の部分は膨張され、そして交換器内で第６交換循
環路中の通路を通して、もしくは好ましくは第４循環路
中の通路を通して、下方向に流されるが、高い圧力で気
化させるために該循環路へ供給される凝縮物の膨張され
た液相と混合される。この場合、高い圧力で精製された
ガスの生成は少ないが、第４循環路から生じるガス流の
リサイクルまたは第６循環路からのガス流の再圧縮を行
うときは不便ではない。第１循環路の頭部で収集される
気相の９０〜９８モル％を第２循環路へ運び、残り（２
〜１０モル％）を膨張させ、第４循環路の液相に加える
ことが好ましい。
【００１７】さらに他の態様によれば、精製すべきガス
の一部は第５循環路を通して流さず、直接気液分離帯域
へまたは第１循環路へ運ばれる。この態様は装置の操作
をバッチロードの組成物の変更に適合させることを可能
にする。この場合、ガスの８０〜９５モル％の画分を第
５循環路へ通し、２〜２０モル％の画分を分離帯域に運
ぶことが好ましい。かくして、第２循環路で得られる精
製ガスの量を最大にすることができる。
の一部は第５循環路を通して流さず、直接気液分離帯域
へまたは第１循環路へ運ばれる。この態様は装置の操作
をバッチロードの組成物の変更に適合させることを可能
にする。この場合、ガスの８０〜９５モル％の画分を第
５循環路へ通し、２〜２０モル％の画分を分離帯域に運
ぶことが好ましい。かくして、第２循環路で得られる精
製ガスの量を最大にすることができる。
【００１８】さらに他の態様は、その液相が膨張され、
その後に交換器の頂部から底部へ通過中に気化される条
件下に、外部起源の液相を交換器に供給することからな
るものである。こ外部起源の液相はまず付加的な循環路
を通して交換器の底部から頂部に流され、そこで再び付
加的循環路を流下させる前に２次冷却させることができ
る。これは、装置の始動中に該液相を冷却状態にするこ
とを容易にし且つ促進するために有利である。さらに、
該液相の組成が第３循環路の液体の組成と適合しうるな
らば、該液相全体を第３循環路へ供給する前に又は該液
体全体を第４循環路へ供給する前に、該液相を該液体と
混合することができる。
その後に交換器の頂部から底部へ通過中に気化される条
件下に、外部起源の液相を交換器に供給することからな
るものである。こ外部起源の液相はまず付加的な循環路
を通して交換器の底部から頂部に流され、そこで再び付
加的循環路を流下させる前に２次冷却させることができ
る。これは、装置の始動中に該液相を冷却状態にするこ
とを容易にし且つ促進するために有利である。さらに、
該液相の組成が第３循環路の液体の組成と適合しうるな
らば、該液相全体を第３循環路へ供給する前に又は該液
体全体を第４循環路へ供給する前に、該液相を該液体と
混合することができる。
【００１９】また、第５循環路内のガス状供給流体の凝
縮割合を２〜２０モル％の値に調節することが有利であ
る。本発明による単一熱交換帯域の温度及び圧力は、勿
論、供給バッチロードの組成に依存し、当業者がその知
識により各々場合においてその条件を選択することがで
き、本質的には供給流体の部分凝縮が許容される条件下
に操作される。本発明が極低温法であるために、常温以
下、処理されるガス及び選択された圧力に基づいて、例
えば０℃〜−１５０℃の温度で操作すべきである。ま
た、凝縮物を膨張させることから、例えば５〜１００バ
ールの超気圧で操作することが有利である。下記の実施
例にその値を見いだすことができよう。操作条件の賢明
な選択にために、１モル％未満の比較的重い成分を含有
する精製されたガス及び少なくとも３０モル％の比較的
重い成分を含有する分離ガスを容易に得ることができ
る。
縮割合を２〜２０モル％の値に調節することが有利であ
る。本発明による単一熱交換帯域の温度及び圧力は、勿
論、供給バッチロードの組成に依存し、当業者がその知
識により各々場合においてその条件を選択することがで
き、本質的には供給流体の部分凝縮が許容される条件下
に操作される。本発明が極低温法であるために、常温以
下、処理されるガス及び選択された圧力に基づいて、例
えば０℃〜−１５０℃の温度で操作すべきである。ま
た、凝縮物を膨張させることから、例えば５〜１００バ
ールの超気圧で操作することが有利である。下記の実施
例にその値を見いだすことができよう。操作条件の賢明
な選択にために、１モル％未満の比較的重い成分を含有
する精製されたガス及び少なくとも３０モル％の比較的
重い成分を含有する分離ガスを容易に得ることができ
る。
【００２０】本発明は、また、上記した方法を実施する
ことができる熱交換器に関するものである。この交換器
は、該交換器の各々の高さにおいて互いに間接的熱交換
関係にある、第１、第２、第３、第４及び第５循環路と
呼ばれる少なくとも５つの、異なった、全体として垂直
の循環路を含有し、該循環路は単一集成体を形成し、第
１循環路は曲がりくねっていないタイプであり、第５循
環路は曲がりくねったタイプであり、第１循環路は第５
循環路のレベルよりも高いレベルに配置されており；第
１循環路の頂部と第２循環路の頂部との直接接続を少な
くとも１つ有し；第３循環路の頂部と第４循環路の頂部
との膨張手段を介しての連結を少なくとも１つ有し；頂
部が第１循環路の底部と接続し、底部が第３循環路の底
部と接続し且つ横側が第５循環路の頂部と接続している
気相分離帯域を有することを特徴とするものである。第
１循環路は第５循環路の上に置くことが好ましい。
ことができる熱交換器に関するものである。この交換器
は、該交換器の各々の高さにおいて互いに間接的熱交換
関係にある、第１、第２、第３、第４及び第５循環路と
呼ばれる少なくとも５つの、異なった、全体として垂直
の循環路を含有し、該循環路は単一集成体を形成し、第
１循環路は曲がりくねっていないタイプであり、第５循
環路は曲がりくねったタイプであり、第１循環路は第５
循環路のレベルよりも高いレベルに配置されており；第
１循環路の頂部と第２循環路の頂部との直接接続を少な
くとも１つ有し；第３循環路の頂部と第４循環路の頂部
との膨張手段を介しての連結を少なくとも１つ有し；頂
部が第１循環路の底部と接続し、底部が第３循環路の底
部と接続し且つ横側が第５循環路の頂部と接続している
気相分離帯域を有することを特徴とするものである。第
１循環路は第５循環路の上に置くことが好ましい。
【００２１】添付した図面により、非限定的な本発明を
説明する。熱交換器Ｅ１は、本発明のそれぞれ第１、第
２、第３、第４及び第５循環路に相当する５つの主循環
路Ｃ１〜Ｃ５を含む。精製すべきガスはライン１及び３
を通って循環路Ｃ５に運ばれ、そこから気相／第１凝縮
物相混合物としてライン２を通って流出する。両相はド
ラムＢ１内で互いに分離され、気相はライン１６を通っ
て循環路Ｃ１へ供給され、そこで冷却が行われて第２凝
縮物が形成され、ライン１７を通ってＢ１へ戻される。
非凝縮ガスはＣ１の頭部から流出し、ライン５及び７を
通って循環路Ｃ２へ運ばれる。再加熱された状態で、循
環路Ｃ２の底部からライン１４を通ってガスが再加熱さ
れた状態で流出する。かくして、バッチロードの最も軽
い画分又は精製されたガスが得られる。
説明する。熱交換器Ｅ１は、本発明のそれぞれ第１、第
２、第３、第４及び第５循環路に相当する５つの主循環
路Ｃ１〜Ｃ５を含む。精製すべきガスはライン１及び３
を通って循環路Ｃ５に運ばれ、そこから気相／第１凝縮
物相混合物としてライン２を通って流出する。両相はド
ラムＢ１内で互いに分離され、気相はライン１６を通っ
て循環路Ｃ１へ供給され、そこで冷却が行われて第２凝
縮物が形成され、ライン１７を通ってＢ１へ戻される。
非凝縮ガスはＣ１の頭部から流出し、ライン５及び７を
通って循環路Ｃ２へ運ばれる。再加熱された状態で、循
環路Ｃ２の底部からライン１４を通ってガスが再加熱さ
れた状態で流出する。かくして、バッチロードの最も軽
い画分又は精製されたガスが得られる。
【００２２】循環路Ｃ５及びＣ１からライン２及び７を
通ってそれぞれ循環されて来る凝縮物は一緒に混合さ
れ、ライン４により循環路Ｃ３へ運ばれ、そこで２次冷
却が行われる。ライン８を通ってＣ３の頂部から凝縮物
が流出し、膨張バルブＶ１を通って流れ、ライン９によ
り循環路Ｃ４に運ばれる。該凝縮物はドラムＢ２を通し
て流してもよく、その場合は、気相及び液相がそれぞれ
ライン１８及び１９によりＣ４のポイント１０に運ばれ
る。気化した凝縮物はライン１１を通って循環路Ｃ４を
流出する。これがバッチロードの最終揮発成分である。
通ってそれぞれ循環されて来る凝縮物は一緒に混合さ
れ、ライン４により循環路Ｃ３へ運ばれ、そこで２次冷
却が行われる。ライン８を通ってＣ３の頂部から凝縮物
が流出し、膨張バルブＶ１を通って流れ、ライン９によ
り循環路Ｃ４に運ばれる。該凝縮物はドラムＢ２を通し
て流してもよく、その場合は、気相及び液相がそれぞれ
ライン１８及び１９によりＣ４のポイント１０に運ばれ
る。気化した凝縮物はライン１１を通って循環路Ｃ４を
流出する。これがバッチロードの最終揮発成分である。
【００２３】第１の他の態様によれば、循環路Ｃ１から
生じたガスの一部はライン５から取り出され、ライン６
及び膨張バルブＶ２を通ってドラム２へ流される。第２
の他の態様によれば、原料ガスの一部はバルブＶ４及び
ライン１５を通してドラムＢ１へ運ばれる。第３の他の
態様によれば、ライン４の凝縮物と相溶性のある液相は
ライン１２により付加的循環路Ｃ６に運ばれ、そこで２
次冷却され、その後ライン１３及び膨張バルブＶ３を通
過し、ライン９を通ってドラムＢ２へ供給されることが
好ましい。
生じたガスの一部はライン５から取り出され、ライン６
及び膨張バルブＶ２を通ってドラム２へ流される。第２
の他の態様によれば、原料ガスの一部はバルブＶ４及び
ライン１５を通してドラムＢ１へ運ばれる。第３の他の
態様によれば、ライン４の凝縮物と相溶性のある液相は
ライン１２により付加的循環路Ｃ６に運ばれ、そこで２
次冷却され、その後ライン１３及び膨張バルブＶ３を通
過し、ライン９を通ってドラムＢ２へ供給されることが
好ましい。
【００２４】図２には、グループ毎に同じ機能で働く複
数の循環路を有する単一交換器集成体Ｅ１が示されてい
る。従って、図１の循環路Ｃ１はＣ１、Ｃ１’及びＣ
１”に、循環路Ｃ２はＣ２、Ｃ２’及びＣ２”に、以下
同様に、分割されている。各循環路は金属板２０、２
１、２２等のような垂直金属板により隣の循環路と分離
されている。各循環路はマルチチャンネルタイプである
ものが好ましい。その例は循環路Ｃ１及びＣ３である。
これらには、循環路を複数のチャンネル要素２５、２６
に分割する垂直金属板２３（コルゲート）又は２４（フ
ラット仕切り板）が設けられている
数の循環路を有する単一交換器集成体Ｅ１が示されてい
る。従って、図１の循環路Ｃ１はＣ１、Ｃ１’及びＣ
１”に、循環路Ｃ２はＣ２、Ｃ２’及びＣ２”に、以下
同様に、分割されている。各循環路は金属板２０、２
１、２２等のような垂直金属板により隣の循環路と分離
されている。各循環路はマルチチャンネルタイプである
ものが好ましい。その例は循環路Ｃ１及びＣ３である。
これらには、循環路を複数のチャンネル要素２５、２６
に分割する垂直金属板２３（コルゲート）又は２４（フ
ラット仕切り板）が設けられている
【００２５】交換器Ｅ１の横側には、第５循環路に属す
るチャンネル２、及び第１循環路に属するチャンネル１
６及び１７の出口、均等物２’，１６’及び１７’；
２”、１６”及び１７”が配置されている。交換器Ｅ１
の上部及び下部に位置されたマニホールドは慣用タイプ
のものであるから、図示していない。例えば、該マニホ
ールドの１つは循環路Ｃ１、Ｃ１’及びＣ１”、同様に
Ｃ２、Ｃ２”及びＣ２”からの流出流を集める。側面ダ
クト２、１６及び１７（及びダッシュ及び二重ダッシュ
付きの均等物）は独特のドラムＢ１又は普通の細長ドラ
ムＢ１と接続している。上記の循環路、即ちＣ１、Ｃ
２、Ｃ３、Ｃ４及びＣ５の接続順序は本質的ではなく、
他のいずれの組み合わせを意図することができる。例え
ば、Ｃ１、Ｃ４、Ｃ３、Ｃ２及びＣ５の順序、又はＣ
２、Ｃ４、Ｃ１、Ｃ３及びＣ５の順序などであることが
でき、Ｃ１はＣ５の上に配置するのが好ましいことを理
解すべきである。
るチャンネル２、及び第１循環路に属するチャンネル１
６及び１７の出口、均等物２’，１６’及び１７’；
２”、１６”及び１７”が配置されている。交換器Ｅ１
の上部及び下部に位置されたマニホールドは慣用タイプ
のものであるから、図示していない。例えば、該マニホ
ールドの１つは循環路Ｃ１、Ｃ１’及びＣ１”、同様に
Ｃ２、Ｃ２”及びＣ２”からの流出流を集める。側面ダ
クト２、１６及び１７（及びダッシュ及び二重ダッシュ
付きの均等物）は独特のドラムＢ１又は普通の細長ドラ
ムＢ１と接続している。上記の循環路、即ちＣ１、Ｃ
２、Ｃ３、Ｃ４及びＣ５の接続順序は本質的ではなく、
他のいずれの組み合わせを意図することができる。例え
ば、Ｃ１、Ｃ４、Ｃ３、Ｃ２及びＣ５の順序、又はＣ
２、Ｃ４、Ｃ１、Ｃ３及びＣ５の順序などであることが
でき、Ｃ１はＣ５の上に配置するのが好ましいことを理
解すべきである。
【００２６】
【実施例】以下に、実施例を示すが、本発明はこれに限
定されるものではない。 実施例１ ３５バールの絶対圧下に−９３℃で利用できるガスを処
理した。その組成を第１表に示した。流速は121.788kmo
l/hである。循環路の種々のポイントにおける温度及び
圧力を第５表に示した。バルブＶ２、Ｖ３及びＶ４は閉
じてある。３４．７バールの絶対圧で１％未満のエチレ
ンを含有し且つ水素に富んだガス 111.703 kmol/hがラ
イン１４に、および１．８バールの絶対圧で実質的にエ
チレンに富んだガス 10.086 kmol/hがライン１１に集め
られた。後者のガスは蒸留塔に運び、エチレンがより富
んだ流れを得ることができる。該流れの組成は第１表に
示されている。
定されるものではない。 実施例１ ３５バールの絶対圧下に−９３℃で利用できるガスを処
理した。その組成を第１表に示した。流速は121.788kmo
l/hである。循環路の種々のポイントにおける温度及び
圧力を第５表に示した。バルブＶ２、Ｖ３及びＶ４は閉
じてある。３４．７バールの絶対圧で１％未満のエチレ
ンを含有し且つ水素に富んだガス 111.703 kmol/hがラ
イン１４に、および１．８バールの絶対圧で実質的にエ
チレンに富んだガス 10.086 kmol/hがライン１１に集め
られた。後者のガスは蒸留塔に運び、エチレンがより富
んだ流れを得ることができる。該流れの組成は第１表に
示されている。
【００２７】実施例２ バルブＶ２を部分的に開放して、高圧で循環路Ｃ４中を
循環する流体を気化させた以外は、実施例１と同様に操
作した。第２表および第６表に該流体の入口及び出口の
それぞれの組成、並びに操作条件を示した。
循環する流体を気化させた以外は、実施例１と同様に操
作した。第２表および第６表に該流体の入口及び出口の
それぞれの組成、並びに操作条件を示した。
【００２８】実施例３ さらにバルブＶ４を部分的に開放して実施例２と同様に
操作した。第３表及び第７表に、流体の組成及び操作条
件を示した。
操作した。第３表及び第７表に、流体の組成及び操作条
件を示した。
【００２９】実施例４ さらにバルブＶ３を部分的に開放して、先の操作工程か
ら精製ガスを精留することにより得られるメタン及びエ
チレン５０／５０容量混合物からなる留出物を導入し
て、実施例３と同様に操作した。この操作様式は装置の
始動中に採用され、装置を冷却状態に置くことが容易と
なる。第４表及び第８表には、流体の組成及び操作条件
が示されている。
ら精製ガスを精留することにより得られるメタン及びエ
チレン５０／５０容量混合物からなる留出物を導入し
て、実施例３と同様に操作した。この操作様式は装置の
始動中に採用され、装置を冷却状態に置くことが容易と
なる。第４表及び第８表には、流体の組成及び操作条件
が示されている。
【００３０】
【表１】
【００３１】
【表２】
【００３２】
【表３】
【００３３】
【表４】
【００３４】
【表５】
【００３５】
【表６】
【００３６】
【表７】
【００３７】
【表８】
【図１】本発明の方法のプロセスフローの一例を示す説
明図である。
明図である。
【図２】本発明の方法を実施するために用いられる単一
熱交換集成体の一例を示す説明図である。
熱交換集成体の一例を示す説明図である。
【符号の説明】 Ｅ１ 単一交換器集成体 Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５ 第１〜第５循環路 Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３ 膨張バルブ Ｂ１， Ｂ２ 気液分離ドラム ２３，２４ 循環路を分割する金属板 ２５，２６ チャンネル要素
Claims (10)
- 【請求項１】 好ましくは比較的軽い成分を含有する精
製されたガスおよび好ましくは比較的重い成分を含有す
る分離されたガスを製造するために、異なる凝縮温度で
凝縮される少なくとも２つの成分、即ち、少なくとも１
つの除去されるべき比較的重い成分および少なくとも１
つの除去されるべき比較的軽い成分をそれぞれ含有する
ガス状供給流体を極低温分別及び精製する自己冷却方法
において、 単一の集成体を形成し且つそれぞれ第１〜第５の、少な
くとも５つの異なる集成垂直循環路を含む熱交換帯域中
で操作され、該熱交換帯域の各々の高さにおいて互いに
間接的に熱交換する関係にあり、第１循環路またはリフ
ラックス循環路は該熱交換帯域の上部で且つ比較的冷た
い部分に本質的に配置され、そして第５循環路は該熱交
換帯域の下部で且つ比較的冷たくない部分に本質的に配
置されており；ガス状供給流体の少なくとも１つの画分
を部分的に凝縮させて第１凝縮物を与え且つ該第１凝縮
物が該ガス状流体により実質的にリフラックスされずに
運ばれる条件下で、該画分を全体として第５循環路の底
部から頂部に循環させ；得られた非凝縮ガスと第１凝縮
物の混合物を第５循環路の頂部から排出させ；気相分離
帯域中で該非凝縮ガスを第１凝縮物から分離させ；その
ようにして分離されたガスを、その一部が第２凝縮物を
与え且つ第２凝縮物が第１循環路へ戻され、その底部に
集められる得る条件下に、第１循環路又はリフラックス
循環路の底部から頂部へ循環させ；第１循環路の頂部か
ら排出した非凝縮ガスの少なくとも一部を、第１循環路
中を循環する流体と、次いで第５循環路中を循環する流
体と向流関係にて、第２循環路の頂部から底部へ循環さ
せ；得られた精製ガスを排出させ；第１凝縮物及び第２
凝縮物を共に、２次冷却を受ける少なくとも１つの第３
循環路の底部から頂部へ循環させ；得られた２次冷却さ
れた第１及び第２凝縮物を（少なくとも１つの）第３循
環路の頂部から排出させ；該凝縮物を膨張させ；該凝縮
物全体を、それが気化して第１、第３及び第５循環路の
流体から熱を取り去る、少なくとも１つの第４循環路の
頂部から底部に循環させ；最後に、分離ガスを構成する
該気化した凝縮物を（少なくとも１つの）第４循環路の
底部から排出させるステップを包含することを特徴とす
る方法。 - 【請求項２】 精製されたガスが１モル％未満の比較的
重い成分を含有し且つ分離されたガスが少なくとも３０
モル％の比較的重い成分を含有するような条件下で操作
される請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 第１循環路の頂部から排出される非凝縮
ガスの９０〜９８モル％の画分が第２循環路へ循環さ
れ、該非凝縮ガスの２〜１０モル％の画分が膨張され、
そして膨張後、第１凝縮物、第２凝縮物またはそれらの
混合物として、全体として熱交換帯域にその頂部から底
部の方向に循環され、そこで高圧で該凝縮物を気化させ
る請求項１または２記載の方法。 - 【請求項４】 ガス状供給流体の５〜２０モル％の画分
は第５循環路を通して流さず、前記気相分離帯域に直接
運ばれる請求項１記載の方法。 - 【請求項５】 気相分離帯域に直接運ばれるガス状供給
流体の割合を、第２循環路から得られる精製ガスの量が
が最大になるように、該流体の組成変化に応じて変える
請求項４記載の方法。 - 【請求項６】 さらに、外部起源の液相を装置の始動中
に熱交換帯域に供給し、この液相が膨張後に蒸発される
条件及び熱交換帯域を頂部から底部へ流れる条件下に、
該液相が冷却状態に置かれることを促進させる請求項１
記載の方法。 - 【請求項７】 さらに、第５循環路中のガス状供給流体
の２〜２０モル％を第５循環路中で凝縮させる請求項１
記載の方法。 - 【請求項８】 請求項１〜７に記載の方法のいずれか１
つを実施するための、ガスのリフラックスによる自己冷
却精製を可能にする熱交換器であって、該交換器の各々
の高さにおいて互いに間接的熱交換関係にある、第１、
第２、第３、第４及び第５循環路と呼ばれる少なくとも
５つの、異なった、全体として垂直の循環路を含有し、
該循環路は単一集成体を形成し、第１循環路は曲がりく
ねっていないタイプであり、第５循環路は曲がりくねっ
たタイプであり、第１循環路は第５循環路のレベルより
も高いレベルに配置されており；第１循環路の頂部と第
２循環路の頂部との直接接続を少なくとも１つ有し；第
３循環路の頂部と第４循環路の頂部との膨張手段を介し
ての連結を少なくとも１つ有し；頂部が第１循環路の底
部と接続し、底部が第３循環路の底部と接続し且つ横側
が第５循環路の頂部と接続している気相分離帯域を有す
ることを特徴とする熱交換器。 - 【請求項９】 第１循環路が第５循環路の上に置かれる
請求項８記載の熱交換器。 - 【請求項１０】 循環路の少なくとも一部がマルチチャ
ンネルタイプである請求項８または９記載の熱交換器。
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|---|---|---|---|
| FR9308695 | 1993-07-15 | ||
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07167556A true JPH07167556A (ja) | 1995-07-04 |
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| US (1) | US5461870A (ja) |
| EP (1) | EP0634618B1 (ja) |
| JP (1) | JPH07167556A (ja) |
| KR (1) | KR950003753A (ja) |
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| CO (1) | CO4410270A1 (ja) |
| DE (1) | DE69405330T2 (ja) |
| ES (1) | ES2109631T3 (ja) |
| FR (1) | FR2707745B1 (ja) |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040224 |