WO2017149790A1

WO2017149790A1 - コンデンセートの処理システム

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Publication number: WO2017149790A1
Application number: PCT/JP2016/063876
Authority: WO
Inventors: 直明澤井; 渡邉　哲哉; 厚徳佐藤; 基永久米
Original assignee: JGC Corp
Current assignee: JGC Corp
Priority date: 2016-03-02
Filing date: 2016-05-10
Publication date: 2017-09-08
Anticipated expiration: 2018-09-02
Also published as: MY163237A; RU2681314C1

Abstract

【課題】コンデンセートを処理してＬＰＧ、軽質ナフサ、重質ナフサ、灯油及び軽油などの製品を製造するにあたって、運転エネルギーを低く抑えることのできるシステムを提供すること。【解決手段】コンデンセートを水素化処理部１にて一括して水素化脱硫した後、プレフラッシュ蒸留塔２に供給して、ＬＰＧ及び軽質ナフサ留分を含むガス成分と、重質ナフサ留分を含む液体成分である重質留分とを分離する。重質留分については、後段の主蒸留塔４に供給して重質ナフサ留分、灯油留分及び軽油留分に分留し、あるいは更に重質残渣に分留する。また前記ガス成分については脱ブタン塔５にてＬＰＧと軽質ナフサとに分留する。

Description

コンデンセートの処理システム

　本発明は、コンデンセートを処理してＬＰＧ（Liquefied Petroleum Gas）、軽質ナフサ、重質ナフサ、灯油及び軽油などの製品を製造するシステムに関する。

　天然ガスを産出するとき、気相の一部が減圧、降温により液化して軽質液状の炭化水素が得られる。この炭化水素は天然ガスコンデンセートあるいはコンデンセート油と呼ばれ、原油に比べて軽質留分が多く、重質留分が少ないという特徴があり、化学原料やエネルギーの供給源として期待されている天然資源である。本願ではこの炭化水素を単に「コンデンセート」と呼ぶものとする。　
　コンデンセートを水素化精製（脱硫）する手法として、コンデンセートを各留分に分留して各分留ごとに脱硫を行うと、各製品用の脱硫装置が必要になるので、建設費、運転費が高騰する。

　特許文献１には、このような問題を解決するためにコンデンセートに対して一括して水素化脱硫処理を行うこと、脱硫処理されたコンデンセートを常圧蒸留装置にて蒸留分離し、ＬＰＧ、ナフサ留分、灯油留分、軽油留分を抜き出すこと、ナフサ留分をナフサ分留塔にて軽質ナフサと重質ナフサに分離すること、が記載されている。また特許文献２においても、コンデンセートに対して一括して水素化脱硫処理を行い、常圧蒸留塔で同様に分留する技術が記載されている。　
　このようにコンデンセートは有用な資源であり、各製品を抜き出す技術が知られているが、コンデンセートの処理設備、即ち炭化水素油の製造システムの建設費をより低減すること、運転エネルギーをより削減することが要請されている。

特開２００７－２３８８３２号公報特開２０１０－１１１７７８号公報

　本発明はこのような事情の下になされたものであり、コンデンセートを処理してＬＰＧ、軽質ナフサ、重質ナフサ、灯油及び軽油などの製品を製造するにあたって、運転エネルギーを低く抑えることのできるシステムを提供することにある。

　本発明は、コンデンセートを処理するシステムであって、
　コンデンセートを水素化脱硫する脱硫装置と、
　前記脱硫装置で水素化脱硫されたコンデンセートが供給され、液化石油ガス及び軽質ナフサ留分を含むガス成分と、重質ナフサ留分及び重質ナフサ留分よりも沸点の高い重質留分を含む液体成分と、に分留するプレフラッシュ蒸留塔と、
　前記プレフラッシュ蒸留塔の塔底部の液体成分を加熱するためのリボイラーと、
　前記プレフラッシュ蒸留塔の塔底部から取り出された前記液体成分を前記リボイラーの温度よりも高い温度に加熱する加熱部と、
　前記加熱部にて加熱された前記液体成分を、少なくとも重質ナフサ留分、灯油留分及び軽油留分に分留する主蒸留塔と、を備えたことを特徴とする。

　本発明は、コンデンセートを一括して水素化脱硫した後、プレフラッシュ蒸留塔に供給してＬＰＧ及び軽質ナフサ留分を抜き出し、重質ナフサ留分を含む重質留分については、後段の主蒸留塔に供給して重質ナフサ留分、灯油留分及び軽油留分に分留し、あるいは更に重質残渣に分留している。コンデンセートは軽質分を多く含有し、軽質分をプレフラッシュ蒸留塔にて分離しているため、主蒸留塔における運転圧力を低くすることができる。従って主蒸留塔に供給される原料が少ないことも加わって、主蒸留塔の前段に設けられる加熱部における燃料の消費量が低く抑えられ、少ないエネルギーでシステムを運転することができる。また少ないエネルギーでシステムを運転できるということは、加熱部や冷却部のサイズを小さくできるので、建設費を低く抑えられることが期待できる。

本発明の実施形態に係るコンデンセートの処理システムの全体構成を示すブロック図である。運転エネルギーの計算に用いた、本発明に対応するコンデンセートの処理システムの全体構成を示すブロック図である。運転エネルギーの計算に用いた、比較例に対応するコンデンセートの処理システムの全体構成を示すブロック図である。

　本発明のコンデンセートの処理システムは、コンデンセートを分留する前に一括して脱硫するための水素化処理部（脱硫装置）である反応塔１が設けられている。反応塔１内には、水素化触媒を担体に担持して形成された触媒層が例えば複数段設けられている。水素化触媒としては、Ｃｏ－Ｍｏ系、Ｎｉ－Ｍｏ系、Ｎｉ－Ｃｏ－Ｍｏ系などを用いることができるが、これらに限られるものではない。反応塔１の上部には、流路を形成する配管である供給ライン１ａが接続され、供給管１ａには加熱部である加熱炉１０が設けられている。コンデンセートは、例えば加熱炉１０の前段にて、水素ガスと混合され、加熱炉１０にて例えば２５０℃～３７０℃に加熱され、反応塔１の上部から反応塔１内に供給される。　
　そしてコンデンセートは水素ガスと共に触媒層を通過するときに水素化反応により、コンデンセートに含まれる硫黄が硫化水素に転化される。反応塔１内の圧力は、例えば４．０ＭＰａＧ～７．０ＭＰａＧに設定される。

　反応塔１の底部には、反応塔１内のコンデンセートを抜き出して後段のプレフラッシュ蒸留塔２に送るための、流路を形成する配管からなる送りライン１ｂが接続され、この送りライン１ｂの下流側は、プレフラッシュ蒸留塔２の例えば塔頂部及び塔底部の間の中央部位に接続されている。プレフラッシュ蒸留塔２の塔底部には、液体成分を抜き出す抜き出しライン２ａが接続されている。この抜き出しライン２ａの途中には、ポンプ２１、及び加熱部である加熱炉３が接続され、抜き出しライン２ａの下流端は主蒸留塔４に接続されている。

　また抜き出しライン２ａにおけるポンプ２１の下流側からは分岐ライン２ｂが分岐され、分岐ライン２ｂの途中にはリボイラー２２が設けられると共に、分岐ライン２ｂの下流側は、プレフラッシュ蒸留塔２の塔底部に接続されている。即ち、抜き出しライン２ａの一部及び分岐ライン２ｂは、プレフラッシュ蒸留塔２の塔底部に溜まる液体成分を当該塔底部に戻すための循環ラインを形成していることになる。リボイラー２２における加熱温度は、例えば２００℃～３００℃に設定される。

　プレフラッシュ蒸留塔２に供給されたコンデンセートは、加圧下においてリボイラー２２の加熱により、ＬＰＧ及び軽質ナフサ留分を含むガス成分である軽質留分と、重質ナフサ留分及び重質ナフサ留分よりも沸点の高い重質留分を含む液体成分と、に分留される。コンデンセートは軽質ナフサが例えば３０％以上含まれていることから、塔底部から抜き出される重質留分は、プレフラッシュ蒸留塔２に供給されるコンデンセートの例えば７０％に満たない量である。

　プレフラッシュ蒸留塔２の塔底部から抜き出される重質留分は、加熱部である加熱炉３にてリボイラー２２の加熱温度よりも高い温度、例えば２５０℃～３５０℃に加熱される。　
　主蒸留塔４は例えば棚段塔により構成される常圧蒸留塔であり、抜き出しライン２ａは、例えば最下段のトレイよりも下方側の位置に接続される。　
　一般の原油精製の場合には、塔底部にてスチームによるストリッピングを行って重質残渣中の軽質留分を除去することで、前段の加熱炉の出口温度が上がり過ぎないようにしており、供給ラインの接続位置を、蒸留塔の例えば４段目～１０段目のトレイに原料を供給する位置としている。これに対して本実施形態では、原料がコンデンセートであることから軽質であり、また主蒸留塔４の運転圧力が低いことから、スチームによるストリッピングを行わなくても加熱炉３の出口温度が規定値(例えば３７５℃)まで上がらず、また重質残渣の引火点のスペックが満たされる。このため抜き出しライン２ａの下流側、即ち主蒸留塔４からみれば原料供給ラインの供給位置は、最下段のトレイよりも下方側の位置とされる。

　主蒸留塔４においては、圧力は例えば０ＭＰａＧ～０．２ＭＰａＧにて運転される。プレフラッシュ蒸留塔２の塔底部から抜き出された、重質ナフサ留分及び重質ナフサ留分よりも沸点の高い重質留分を含む液体成分が主蒸留塔４にて分留され、塔頂部の抜き出しライン４ａからは重質ナフサ留分が取り出され、塔の側壁部の抜き出しライン４ｂ、４ｃからは、夫々灯油留分及び軽油留分が抜き出される。また塔底部の抜き出しライン４ｄからは重質残渣である重油留分が抜き出される。なおコンデンセートは重質残渣の含有量が例えば１０質量％以下であり、かなり少ないことから、原料として使用されるコンデンセートによっては、抜き出しライン４ｄを使用しない場合、即ち重質残渣を分留分離しない場合もある。

　一方、プレフラッシュ蒸留塔２の塔頂部の抜き出しライン２ｃからは、ＬＰＧ及び軽質ナフサ留分を含むガス成分である軽質留分が抜き出される。抜き出しライン２ｃには、熱交換器５１が設けられ、抜き出しライン２ｃの下流端は脱ブタン塔５に接続されている。脱ブタン塔５の塔底部には液体成分である軽質ナフサ留分を抜き出すための抜き出しライン５ａが接続されており、抜き出しライン５ａの途中からは分岐ライン５ｂが分岐している。分岐ライン５ｂにはスチームで加熱するリボイラーＢ３が設けられており、塔底部を例えば１２０℃～２２０℃に加熱している。

　脱ブタン塔５においては、リボイラーＢ３の加熱によりガス成分であるＬＰＧと液体成分である軽質ナフサ留分とに分留される。従って塔頂部の抜き出しライン５ｃからはＬＰＧが抜き出され、塔底部の抜き出しライン５ａからは軽質ナフサ留分が抜き出される。なお、塔底部の液体成分の一部は抜き出しライン５ａから分岐ライン５ｂを介して循環しており、抜き出しライン５ａの一部及び分岐ライン５ｂは循環ラインを形成している。抜き出しライン５ａに抜き出された軽質ナフサ留分は、熱交換器５１にてプレフラッシュ蒸留塔２の塔頂部から抜き出された液体成分と熱交換されて冷却される。

　上述の実施形態では、コンデンセートを水素化処理部（反応塔１）にて一括して脱硫を行い、次いでプレフラッシュ蒸留塔２にて軽質留分と重質留分とに分離し、重質留分を主蒸留塔４に供給している。コンデンセートには軽質留分が多く含まれ、主蒸留塔４に供給される前にプレフラッシュ蒸留塔２にて軽質留分が取り除かれているので、主蒸留塔４においては運転圧力を下げてもオフガスの発生が抑えられる。このように主蒸留塔４に供給される原料が少なく、また主蒸留塔４の運転圧力を低くすることができることから、加熱炉３における燃料を削減することができる。

　更にまた主蒸留塔４の運転圧力を低くできることから、主蒸留塔４の側壁に接続された灯油留分の抜き出しライン４ｂ及び軽油留分の抜き出しライン４ｃの各々に設けられたストリッパーのリボイラー、還流路に設けられたコンデンサ－や冷却器の各運転エネルギーを小さく抑えることができる。なお、ここに記載したストリッパーなどの機器は、図１では図示していない。また主蒸留塔４の運転圧力が低いことから、主蒸留塔４において高い分離性能が期待できる。　
　そしてプレフラッシュ蒸留塔２にて重質ナフサ留分が分離された液体成分（ＬＰＧ及び軽質ナフサ留分）が脱ブタン塔５に供給されることから、脱ブタン塔５のリボイラーＢ３におけるスチーム等のエネルギー消費量が少なくなり、また脱ブタン塔５の後段にナフサスプリッタ―を設けなくて済む。

　従って、上述実施形態のシステムは、既述の特許文献１、２と比較してプレフラッシュ蒸留塔２という設備が必要であるが、後述の実施例からもわかるように設備全体の運転エネルギーとしては小さくなる。また運転エネルギーが小さいことから、加熱炉や冷却器のサイズが小さくなるため、ナフサスプリッターが不要であることも加わって、建設費を低く抑えることができる。従って本発明のシステムは、コンデンセートを原料として石油製品を製造するにあたって極めて有効なシステムである。

　本発明のコンデンセートの処理システム（以下「本発明システム」という）が既述の特許文献１、２に記載されているコンデンセートの処理技術（以下「比較システム」という）と比較して、優れていることを実証するために、本発明システム及び比較システムの夫々について運転エネルギーを計算した。計算に用いたシステムを図２及び図３に示す。

　＜本発明システム＞　
　図２は、本発明システムであり、図１よりも具体的に記載されている。図１に対応する部位については同じ符号を付している。Ａ１は、プレフラッシュ蒸留塔２の塔頂部の抜き出しライン２ｃに設けられたコンデンサー、Ａ２は、主蒸留塔４の塔頂部の抜き出しライン４ａに設けられたコンデンサーである。Ａ３は塔頂部の還流路に設けられた冷却器、Ａ４は灯油留分の抜き出し領域の還流路に設けられた冷却器、Ａ５は軽油留分の抜き出し領域の還流路に設けられた冷却器である。Ａ６は、脱ブタン塔５の塔頂部の抜き出しライン５ｃ設けられたコンデンサーである。

　４１は、主蒸留塔４から灯油留分が抜き出される灯油留分の抜き出しライン４ｂに設けられたストリッパー、Ｂ１はストリッパー４１の底部の循環路に設けられたリボイラーである。４２は、主蒸留塔４から軽油留分が抜き出される軽油留分の抜き出しライン４ｃに設けられたストリッパー、Ｂ２はストリッパー４２の底部の循環路に設けられたリボイラーである。

　図２に示すシステムを用い、一括脱硫した後のコンデンセートを１００，０００ＢＰＳＤでプレフラッシュ蒸留塔２に供給して各製品を得たとしたときに、プレフラッシュ蒸留塔２、主蒸留塔４及び脱ブタン塔５の各々において、加熱に要する運転エネルギーと冷却に要する運転エネルギーとを求めた。運転エネルギーの計算結果は、後述の比較システムに関する説明の後の表１に記載した。

　プレフラッシュ蒸留塔２においては、加熱に要する運転エネルギーは、リボイラー２２の運転エネルギーであり、冷却に要する運転エネルギーはコンデンサーＡ１の運転エネルギーである。主蒸留塔４においては、加熱に要する運転エネルギーは、加熱炉３、リボイラーＢ１、Ｂ２の運転エネルギーであり、冷却に要する運転エネルギーは、コンデンサーＡ２、冷却器Ａ３～Ａ５の運転エネルギーである。脱ブタン塔５においては、加熱に要する運転エネルギーは、リボイラーＢ３の運転エネルギーであり、冷却に要する運転エネルギーはコンデンサーＡ６の運転エネルギーである。

　＜比較システム＞　
　比較システムは、図３に示すように、一括脱硫下後のコンデンセートを加熱器１０１にて加熱した後、常圧蒸留塔である主蒸留塔１０２に供給して各留分に分留するシステムである。主蒸留塔１０２の塔頂から得られたガス成分は、後段の脱ブタン塔１０５にてＬＰＧとナフサ留分に分留され、ナフサ留分は、ナフサスプリッター１０６にて軽質ナフサ留分と重質ナフサ留分とに分留される。

　Ｃ１は、主蒸留塔１０２の塔頂部の抜き出しラインに設けられたコンデンサー、Ｃ２は塔頂部の還流路に設けられた冷却器、Ｃ３は灯油留分の抜き出し領域の還流路に設けられた冷却器、Ｃ４は軽油留分の抜き出し領域の還流路に設けられた冷却器である。Ｃ５は、脱ブタン塔１０５の塔頂部の抜き出しライン設けられたコンデンサー、Ｃ６はナフサスプリッタ―１０６の塔頂部の抜き出しラインに設けられたコンデンサーである。

　１０３は、主蒸留塔１０２から灯油留分が抜き出される灯油留分の抜き出しラインに設けられたストリッパー、Ｄ１はストリッパー１０３の底部の循環路に設けられたリボイラーである。１０４は、主蒸留塔４から軽油留分が抜き出される軽油留分の抜き出しラインに設けられたストリッパー、Ｄ２はストリッパー１０４の底部の循環路に設けられたリボイラーである。Ｄ３は、脱ブタン塔１０５の底部の循環路に設けられたリボイラー、Ｄ４は、ナフサスプリッタ―１０６の底部の循環路に設けられたリボイラーである。

　図３に示すシステムを用い、一括脱硫した後のコンデンセートを１００，０００ＢＰＳＤで主蒸留塔１０２に供給して各製品を得たとしたときに、主蒸留塔１０２、脱ブタン塔１０５及びナフサスプリッタ―１０６の各々において、加熱に要する運転エネルギーと冷却に要する運転エネルギーとを求めた。運転エネルギーの計算結果は、後述の表１に記載した。　
　ナフサスプリッタ―１０６においては、加熱に要する運転エネルギーは、リボイラーＤ４の運転エネルギーであり、冷却に要する運転エネルギーはコンデンサーＣ６の運転エネルギーである。

　＜運転エネルギーの計算結果＞　
　表１は、本発明システムにおける運転エネルギーの計算結果と本発明システムにおける運転エネルギーの計算結果とを示したものである。

　表１の結果から分かるように、本発明システムは、比較システムに比べて、加熱に要するエネルギーがおよそ３７％削減することができ、冷却に要するエネルギーがおよそ２５％削減することができる。従って本発明は、コンデンセートを一括脱硫した後、主蒸留塔にて分留する従来のシステムに比べて、運転エネルギーを大幅に削減できる効果があることが理解される。

Claims

　コンデンセートを処理するシステムであって、
　コンデンセートを水素化脱硫する脱硫装置と、
　前記脱硫装置で水素化脱硫されたコンデンセートが供給され、液化石油ガス及び軽質ナフサ留分を含むガス成分と、重質ナフサ留分及び重質ナフサ留分よりも沸点の高い重質留分を含む液体成分と、に分留するプレフラッシュ蒸留塔と、
　前記プレフラッシュ蒸留塔の塔底部の液体成分を加熱するためのリボイラーと、
　前記プレフラッシュ蒸留塔の塔底部から取り出された前記液体成分を前記リボイラーの温度よりも高い温度に加熱する加熱部と、
　前記加熱部にて加熱された前記液体成分を、少なくとも重質ナフサ留分、灯油留分及び軽油留分に分留する主蒸留塔と、を備えたことを特徴とするコンデンセートの処理システム。
　前記主蒸留塔は前記液体成分を、重質ナフサ留分、灯油留分、軽油留分及び重質残渣に分留することを特徴とする請求項１記載のコンデンセートの処理システム。
　前記リボイラーの温度は２００℃～３００℃であることを特徴とする請求項１記載のコンデンセートの処理システム。
　前記加熱部による加熱温度は、２５０℃～３５０℃であることを特徴とする請求項１記載のコンデンセートの処理システム。
　前記主蒸留塔は棚段塔により構成され、
　前記主蒸留塔における前記液体成分の供給位置は、最下段のトレイよりも下方側であることを特徴とする請求項１記載のコンデンセートの処理システム。
　前記プレフラッシュ蒸留塔から取り出された前記ガス成分を液化石油ガス及び軽質ナフサ留分に分留するための蒸留塔を備えたことを特徴とする請求項１記載のコンデンセートの処理システム。