JPS6042214B2 - 無水エタノ−ルの製造方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、無水エタノールの製造方法および装置に関
する。

更に詳しくは本発明は、濃棺塔、共沸蒸留塔および溶剤
回収塔からなる稀薄エタノールから無水エタノールを製
造する方法および装置に、吸収式熱ポンプと桟械式熱ポ
ンプを有桟的に結合してなる該方法および装置に関する
。 稀薄エタノールから蒸留濃縮によつて無水エタノー
ルを取得する方法および装置として常用されているもの
は、濃縮塔、共沸蒸留塔および溶剤回収塔を組合わせた
ものが一般的である。

これらの加熱源としては蒸気が用いられる場合が多いが
、その蒸気を節約するすなわち省エネルギーのために、
蒸留塔の塔頂蒸気を圧縮機を用いて圧縮昇圧すると、塔
頂蒸気の温度は常圧凝縮の場合の温度より相当高くなる
ので、その圧縮蒸気を用いて該塔の缶液を加熱する方法
が知られている。 しかし、前述のような圧縮機の原動
機として電動機を使用する場合は、該圧縮機の運転の為
に相当の電力を消費することとなる。

そのためそのような電力の得難い地域、若しくは電力は
供給されるが高価な地域では前述のような圧縮機の使用
は実用性に乏しい。その反面、か）る地域において原料
の稀薄エタノールを農産物の醗酵法によつて得ているよ
うな場合には、その原料農産物の残渣（例えばバカス）
を燃料としてボイラーを運転することにより大量の蒸気
が得られる。

このような蒸気を上述の圧縮機の動力源とするためその
原動力に蒸気タービンを使用することが考えられる。

しかし、該タービンが複水タービンの場合、使用した蒸
気の熱量の大部分は、複水器に於て冷却水に移行するこ
ととなり経済的でない。本発明者等は、上述のような蒸
気タービンを利用した場合の廃熱の有効利用につき鋭意
研究を行なつた。

その結果、該廃熱は吸収式熱ポンプの熱源および溶剤回
収塔のリボイラーの熱源として利用でき、該吸収式熱ポ
ンプは、濃縮塔若しくは共沸蒸留塔の塔頂蒸気の保有す
る熱量を夫々の塔の缶液の加熱に利用すれば、結局、該
吸収式熱ポンプ独自の熱源は不要となり、上述の蒸気タ
ービンに使倫する蒸気の熱量は、高度に有効利用され得
ることを知つて本発明を完成した。以上の記述から明ら
かなように、本発明の目的は、無水アルコールの製造装
置の塔頂蒸気の熱量を有効利用するために熱ポンプを用
いる方法および装置において、蒸気タービンを使用し、
該タービンに使用した蒸気の熱量の有効利用の可能な無
水アルコールの製造方法および装置を堤供するにある。

他の目的は、以下の記述から明らかにされる。本発明（
二発明）は、下記（１）および（２）の主要構成を有す
る。

（１）濃縮塔、共沸蒸留塔および溶剤回収塔をこの順序
に組合わせた装置を用いて稀薄エタノール原料から無水
エタノールを製造する方法において、イ 該濃縮塔若し
くは該共沸蒸留塔のいづれか一つに凝縮器兼リボイラー
として吸収式熱ポンプを結合させ、口 他の一つに凝縮
器兼リボイラーとして機械式熱ポンプと熱交換器の組合
わせを用い、ハ 該機械式熱ポンプの原動器として背圧
タービンを用い、および二 該機械式熱ポンプの運転に
より生じた背圧蒸気を前記吸収式熱ポンプの熱源として
使用することを特徴とする無水エタノールの製造方法。

（２）濃縮塔Ａ１共沸蒸留塔Ｂおよび溶剤回収塔Ｃをこ
の順序に組合わせてなり、イ 該濃縮塔Ａ若しくは該共
沸蒸留塔Ｂのいづれか一つに凝縮器兼リボイラーとして
吸収式熱ポンプＬを結合させ、口 他の一つに凝縮器兼
リボイラーとして機械式熱ポンプＤ−Ｆと熱交換器Ｅの
組合わせを用い、かつ、該機械式熱ポンプの原動機とし
て背圧タービンＦを用い、ハ 該背圧タービンＦと該熱
ポンプＬとを配管１０で結合してなる無水エタノール製
造装置。以下、本発明の構成と効果を第１図および第２
図に係る具体例に基づき詳細に述べる。

第１図は、本発明において濃縮塔Ａに吸収式熱ポンプＬ
を共沸塔Ｂに機械式熱ポンプＤ−Ｆを組合わせた例であ
る。

本発明においてはこれと反対の組合わせすなわち、Ａと
Ｄ−ＦおよびＢとＬのように組合わせることもできる。
第１図において例えは醍酵法によつて製造された゜“も
ろみ゛のような稀薄エタノール原料（註、エタノール含
有量１〜６ｍ０１％）は、濃縮塔Ａの中段へポンプＰ−
１および配管１を経て供給される。

その間、該原料は、熱交換器Ｅ−１において塔Ａの缶の
廃水によつて予熱される。塔Ａ内で前記原料は蒸留濃縮
され、塔頂蒸気は配管３を通じて吸収式熱ポンプＬに入
り、該塔の塔底からは配管２を通じて缶液の一部が廃水
として排出される。ここで、前記吸収式熱ポンプＬの詳
細について例示した第２図によつて本発明を説明する。
該ポンプＬは、蒸発器Ｊおよび吸収器Ｋを一体として構
成した部材１、再生器Ｓ、および凝縮器Ｇを一体として
構成した部材■と熱交換器Ｈからなる部材■からなり、
これら部材は、必要な配管により各部材間または各部材
ど第１図の各塔等と連結され、該配管の要所に必要なポ
ンプ（註、ｐ１〜Ｐ４）が挿入されている。これら各部
材は、いづれもシェルチューブ型の熱交換器からなる。
さて、既述の配管３を通じて吸収式熱ポンプＬに入つた
塔Ａの塔頂蒸気は、詳細には、第２図の蒸発器Ｊの管内
に導かれ、該管の外表面を液膜状に流下する冷媒を加熱
してその一部を蒸発させる。そして該蒸気自身は凝縮し
たのち熱ポンプＬを出て第１図（および第２図）のポン
プＰ−３によソー部は第１図の配管４を経て還流液とし
て塔Ａに戻り、他の一部は同図の配管５を経て共沸蒸留
塔Ｂの中段に供給される。第２図の説明に戻る。

部材１として既述の蒸発器Ｊと抱き合わせて構成されて
いる吸収器Ｋの管内には、第１図のポンプＰ−２および
配管６を通じて塔Ａの缶液が導入される。ところで吸収
式熱ポンプの原理は、冷媒の飽和温度よりも吸収液の平
衡温度の方か高いことを利用するのてある。

本発明に即して、今冷媒として水、吸収液としてＬｌＢ
ｒ−Ｈ２Ｏ溶液を使用したとする。第１図の濃縮塔Ａは
常圧で操作され、供給された稀薄エタノール原料を共沸
組成（註、エタノール８５．９４ｍ０１％）まて濃縮し
たとすると水−エタノールの平衡関係から塔頂蒸気の温
度は７８℃であり、該塔の缶液（水）の温度は１００′
Ｃである。

今、蒸発器Ｊの缶部を（２４０Ｔｆ０ｎＨＶ）て操作す
−れは、冷媒（水）は（７０′Ｃ）て蒸発する。この冷
媒蒸気は、抱き合わせに構成され双方の缶部の気相部が
蒸気の流通自在に構成されている蒸発器Ｊと吸収器Ｋ（
５隔壁Ｐ，を通じて吸収器Ｋに導かれ管外壁を薄膜状に
流下している吸収液（ＬｌＢｒ−Ｈ２Ｏ）に吸収される
。該吸収液の最初の濃度を６０重量％、冷気蒸気を吸収
して稀薄になつた後の濃度を５５重量％とすれば、Ｌｊ
Ｂｒ−Ｈ２ＯのＤｕｒｉｎｇＤｌａｇｒａｍ（日本冷凍
協会編冷凍空調便覧（基礎編）第１５７頁、日本冷凍協
会発行、発行昭和５１年７月２０日）により、吸収温度
は１１０℃てあることが判る。すなわち（７０℃）で発
生した冷媒蒸気は、より高い１１０′Ｃて吸収液に吸収
され、この温度で潜熱を放出し、吸収器Ｋの管内を通過
する濃縮塔Ａの缶液（１００′Ｃ）を加熱する。冷媒蒸
気を吸収することにより、その濃度が６０重量％から５
５重量％に低下した前述のＬｊＢｒ−Ｈ２Ｏ吸収液は、
熱交換器Ｈの管内を経由して前述の部材■の中の再生器
Ｓの缶部に送られ、管群の外面を薄膜状に流下させられ
る。

再生器Ｓは、蒸気濃縮器であつて、加熱のための熱源は
後述の機械式ヒートポンプ（第１図Ｄ−Ｆ）の原動機Ｆ
に使用された背圧蒸気を使用する。この背圧蒸気（１７
９℃但し圧力を１０ｋ９／Ａｌａ比．とした場合）は、
配管１０を経て再生器Ｓの管内に導かれ、吸収液を加熱
し、冷媒蒸気を発生させて吸収液を元の温度（６鍾量％
）まで濃縮する。加熱後の該背圧蒸気は配管１０を経て
廃棄される。濃縮された吸収液は、熱交換器Ｈの缶部を
経て再び吸収器Ｋに戻る。再生器Ｓで発生した冷媒蒸気
（水蒸気）は、吸収式熱ポンプＬの部材■において前記
再生器Ｓと抱き合わせに構成され、双方の缶部の気相部
が蒸気の流通自在に構成されている再生器Ｓ（５凝縮器
Ｇの隔壁Ｐ２を通じて凝縮器Ｇに導かれる。一、吸収器
Ｋで加熱された塔Ａの缶液（１００）は、凝縮器Ｇの管
内に導かれる。凝縮器Ｇにおいて、前述の冷媒蒸気は管
内の塔Ａの缶液に凝縮潜熱を与え自らは凝縮して冷媒水
となり、蒸気器Ｊに送られる。今、再生器Ｓおよび凝縮
器Ｇの缶部内の圧力を１３００ＴＷＬＨｙで操作すると
冷媒蒸気の凝縮温度は１１４℃となり、再生器Ｓての背
圧蒸気による冷媒の蒸発濃縮ならびに凝縮器Ｇでの缶液
Ａによる該蒸気の冷却凝縮には十分である。

これを缶１”αＡの側から考慮すると該液は吸収式熱ポ
ンプ内の吸収器Ｋおよび凝縮器Ｇて加熱されて塔Ａの底
部に戻るが、該液の組成は実質的に水であり、該塔の上
下圧力損失、温度差を考慮しても缶液の塔内蒸気には十
分である。最後に第２図の熱交換器Ｈは吸”収器Ｋを出
た比較的低温の稀薄吸収液と再生器Ｓを出た比較的高温
の濃縮吸収液とを熱交換するものである。以上説明した
ように第２図に係る吸収式熱ポンプは、冷媒蒸気の飽和
温度よりも吸収液の平衡温度が高いことを利用してより
低温の塔Ａの塔頂蒸気をより高温の缶液の加熱源として
利用することを可能にするものである。今、該蒸気の有
する熱量の利用効率を吸収式熱ポンプＬが塔頂蒸気から
受けとつた熱量と再生器Ｓで冷媒が背圧蒸気から受けと
つた熱量の比として下式のように定義すると、上述の場
合η＝１．７となる。

若しη＝１．０であると背圧蒸気で直接缶液を加熱する
と同等の効果しか得られないことになる。第１図の説明
に戻り、共沸蒸留塔Ｂを用いる工程以降について説明す
る。

第１図において、常圧で運転する共沸蒸留塔Ｂに送られ
た塔Ａの留出液（註、塔頂蒸気が凝縮したもの）は塔Ｂ
で分留され、塔頂から水一エタノールー溶剤の三成分系
共沸物の蒸気を留出し、塔頂からは配管１４を経て製品
（無水エタノール）を排出する。該共沸物の蒸気は配管
７を経て機械式熱ポンプＤ−Ｆの圧縮機Ｄに送られ、こ
）で３〜４ｋ９／ｃ！１Ｇの圧に圧縮され昇温された蒸
気となつて該塔のリボイラーＥ−２に送られる。該リボ
イラーでは、配管８により循環される塔Ｂの缶液を加熱
して塔内底部から蒸発させ自らは凝縮してデカンター１
に送られる（註、Ｅ−２〜Ｉ間の減圧弁は図示省略）。
本発明に使用する圧縮機Ｄ−Ｆは、圧縮機本体Ｄと原動
機Ｆからなり、後者としては背圧タービンを利用する。
原動機Ｆには配管９から生蒸気が供給され、使用済みの
背圧蒸気の一部は配管１０を通じて、前述の吸収式熱ポ
ンプＬの再生器Ｓ（第２図参照）に送られ加熱源として
利用される。背圧蒸気の他の一部は、配管１１を通じて
溶剤回収塔ＣのレボイラーＥ−３に送られ該塔の缶液（
註、廃水）の加熱源として利用される。デカンター１に
送られた前述の塔Ｂの留出液（註、三成分共沸液）は、
この中で溶剤に富む相一と水に富む相に分離され、前者
は塔Ｂの還流液として塔Ｂの塔頂付近に戻され、後者は
、配管１３を通じて溶剤回収塔Ｃに供給される。塔Ｃで
は、その供給液に起因して、塔頂からは、水−エタノー
ルー溶剤の三成分蒸気を留出する。このものは．配管１
５を通じて凝縮器Ｅ−４て冷却凝縮され、その一部は還
流液として配管１６を通じて塔Ｃへ他の一部は配管１７
を通じてデカンター１へ戻される。塔Ｃの塔底からは缶
液（水）の一部が廃水として配管１８を通じて排出され
る。塔Ｃの蒸留に必要な熱は該塔のリボイラーＥ３にお
いて前述の蒸気タービンの原動機Ｆの背圧蒸気によつて
与えられ塔Ｃの缶液が配管１９を通じて該リボイラーに
循環される。以上説明したように、本発明は、稀薄エタ
ノール原料から無水エタノールを製造するに当つて使用
する濃縮塔および共沸蒸留塔のいづれか一つに機械式熱
ポンプを他の一つに吸収式熱ポンプを組合わせ、前者の
圧縮機の原動機の背圧タービンを使用する。

そして該背圧タービンから得られた背圧蒸気を単に他塔
の蒸留熱源とすることなく前記吸収式熱ポンプの希釈さ
れた熱媒体の濃縮用熱源として使用することにより、両
熱ポンプの動力面での省エネルギー化をより推進するこ
とができる。したがつて本発明は、電力価格が高価であ
るか若しくは大量の電力が得難い反面、農産廃棄物のよ
うな、低圧ボイラー用燃料が得られる立地においては、
本発明は極めて有利に利用され得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の無水エタノール製造装置のフローシ
ートを示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 濃縮塔、共沸蒸留塔および溶剤回収塔をこの順序に
   組合わせた装置を用いて稀釈エタノール原料から無水エ
   タノールを製造する方法において、イ：該濃縮塔若しく
   は該共沸蒸留塔のいづれか一つに凝集器兼リボイラーと
   して吸収式熱ポンプを結合させ、ロ：他の一つに凝集器
   兼リボイラーとして機械式熱ポンプと熱交換器の組合わ
   せを用い、ハ：該機械式熱ポンプの原動器として背圧タ
   ービンを用い、およびニ該機械式熱ポンプの運転により
   生じた背圧蒸気を前記吸収式熱ポンプの熱源として使用
   することを特徴とする無水エタノールの製造方法。 ２ 濃縮塔に吸収式熱ポンプを結合させ、該塔の塔頂蒸
   気を該ポンプの蒸発器内で凝縮させ、該凝縮液の一部を
   該塔へ環流させ、残部を共沸蒸留塔へ供給する特許請求
   の範囲第１項に記載の方法。 ３ 濃縮塔に吸収式熱ポンプを結合させ、および共蒸留
   塔に蒸気タービン式圧縮機を結合させ、該圧縮機の背圧
   蒸気の一部を前記熱ポンプの再生器へ供給して該ポンプ
   内で循環使用される冷媒液の蒸気を吸収して希釈された
   該ポンプ内で循環使用される吸収液を濃縮させ、他の一
   部を溶剤回収塔のリボイラーへ供給する特許請求の範囲
   第１項に記載の方法。 ４ 濃縮塔Ａ、共沸蒸留塔Ｂおよび溶剤回収塔Ｃをこの
   順序に組合わせてなり、イ：該濃縮塔Ａ若しくは該共沸
   蒸留塔Ｂのいづれか一つに凝縮器兼リボイラーとして吸
   収式熱ポンプＬを結合させ、ロ：他の一つに凝縮器兼リ
   ボイラーとして機械式熱ポンプＤ−Ｆと熱交換器Ｅの組
   合わせを用い、かつ、該機械式熱ポンプの原動機として
   背圧タービンＦを用い、ハ：該背圧タービンＦと該熱ポ
   ンプＬとを配管１０で結合してなる無水エタノール製造
   装置。