低沸点成分を炭化水素混合物から分離するための方法および装置

专利摘要:
１つ以上の出発混合物を供給するための少なくとも１つの導管と低沸点画分のための排出管と高沸点画分のための排出管と加熱装置とを含む、出発混合物を連続的な運転形式で運転される蒸留装置中で高沸点画分と低沸点画分とに分離するための方法および装置であって、この蒸留装置は、それぞれ異なる少なくとも２つの温度水準を有する凝縮段階を含み、この場合蒸気の流れ方向にそれぞれ前接続された凝縮段階は、それぞれ後接続された凝縮段階よりもそれぞれ高い温度水準を有し、それぞれ分離作用を有する取付け物は、凝縮段階に中間接続されており、凝縮段階で部分凝縮が進行し、その際にそれぞれ凝縮されなかった部分量は、それぞれ低い温度水準を有する、それぞれ後接続された分離作用を有する取付け物または凝縮段階に供給され、それぞれ凝縮された部分量は、分離作用を有する取付け物を介して高沸点画分のための排出管の方向に導入され、本質的に蒸気状の媒体が最も低い温度水準を有する凝縮段階で生じ、そこで部分凝縮され、この場合前記媒体の凝縮されていない部分量は、低沸点画分のための排出管に返送され、凝縮された部分量は、最も低い温度水準を有する凝縮段階に前接続された、蒸留装置の範囲に返送され、および最も低い温度水準を有する凝縮段階は、−４０℃の温度を有する、出発混合物を連続的な運転形式で運転される蒸留装置中で高沸点画分と低沸点画分とに分離するための前記の方法および装置。
公开号:JP2011508031A
申请号:JP2010540068
申请日:2008-12-22
公开日:2011-03-10
发明作者:ヴェンツェル ザシャ；メンツェル ヨハネス
申请人:ウーデ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングＵｈｄｅ ＧｍｂＨ；
IPC主号:C10G7-00

专利说明:

[0001] 本発明は、例えば低沸点の炭化水素の脱水素の際に、しかし、Ｃ1〜Ｃ4の範囲内の別の分離という課題の際にも低沸点成分を炭化水素流から分離するため、殊にＣ2画分を目的生成物として望ましいＣ3+画分から分離するための方法および装置に関する。]
[0002] 通常、このような分離は、所謂"コールドボックス"と蒸留塔との組合せにより実施される。蒸留塔は、デエタナイザー（Deethanizer）として運転され、エタンの沸点より低いかまたはエタンの沸点に等しい沸点を有する全ての物質がこのデエタナイザー中で塔頂部を介して分離されるので、このように呼ばれる。]
[0003] 使用混合物は、コールドボックス中への侵入前に最初に約−２５℃に冷却される。その際生じる凝縮物は、直接デエタナイザー中に導入される。凝縮されていない蒸気は、コールドボックス内でさらに約−９０℃に冷却され、この場合、こうして生じる生成物に富んだ凝縮物は、熱交換後に同様にデエタナイザーに導かれる。従って、コールドボックスは、一段階の粗製分離である。]
[0004] 本質的に凝縮不可能な成分、例えば水素を含有する残留蒸気相は、熱交換後にコールドボックス中に侵入する流れに放圧される。この場合、ジュール−トムソン効果に基づいて、低沸点物は、約−１１０℃に冷却される。この温度水準は、コールドボックス中に侵入する流れを一部分凝縮するために利用される。凝縮されていない低沸点物は、本質的にＣ3+成分を含有しない。]
[0005] 最終的に生成物に富んだ全ての凝縮物相は、固有の微細分離のためにデエタナイザー中に導入され、このデエタナイザー中で残りの低沸点物は、高沸点の成分と分離される。このために、塔の塔頂部で約−２０℃の温度が必要とされる。]
[0006] コールドボックスの運転のため、およびデエタナイザーの冷却のために、コールドボックスの前方で使用混合物を冷却するための冷却剤として、蒸発性のプロパンまたはプロペンが−３０℃で使用されうる。]
[0007] この種の方法のための冷却剤の製造は、極めて費用がかかる。従って、本発明の課題は、冷却剤の使用量を著しく減少させることができる方法および装置を提供することである。]
[0008] 本発明は、出発混合物を、
１つ以上の出発混合物を供給するための少なくとも１つの導管と低沸点画分のための排出管と高沸点画分のための排出管と加熱装置とを含む、連続的な運転形式で運転される蒸留装置中で高沸点画分と低沸点画分とに分離するための方法であって、この場合
この蒸留装置は、それぞれ異なる少なくとも２つの温度水準を有する凝縮段階を含み、
この場合蒸気の流れ方向にそれぞれ前接続された凝縮段階は、それぞれ後接続された凝縮段階よりもそれぞれ高い温度水準を有し、
それぞれ分離作用を有する取付け物は、凝縮段階に中間接続されており、
凝縮段階で部分凝縮が進行し、
その際にそれぞれ凝縮されなかった部分量は、それぞれ低い温度水準を有する、それぞれ後接続された分離作用を有する取付け物または凝縮段階に供給され、それぞれ凝縮された部分量は、分離作用を有する取付け物を介して高沸点画分のための排出管の方向に導入され、
本質的に蒸気状の媒体が最も低い温度水準を有する凝縮段階で生じ、そこで部分凝縮され、この場合
前記媒体の凝縮されていない部分量は、低沸点画分のための排出管に返送され、凝縮された部分量は、最も低い温度水準を有する凝縮段階に前接続された、蒸留装置の範囲に返送され、
および最も低い温度水準を有する凝縮段階は、−４０℃の温度を有する、出発混合物を連続的な運転形式で運転される蒸留装置中で高沸点画分と低沸点画分とに分離するための方法が記載された独立請求項により前記課題を解決する。]
[0009] 本発明の実施態様には、蒸留装置が３〜５個の順次に接続された、それぞれ異なる温度水準を有する凝縮段階を含むことが設けられている。]
[0010] 更に、本発明の実施態様には、最も低い温度水準を有する凝縮段階が少なくとも２ＭＰａ（絶対）、特に少なくとも３ＭＰａの圧力で−１２０℃〜−７０℃の温度を有することが設けられている。]
[0011] 更に、本発明の実施態様には、低沸点画分として蒸留装置を離れる混合物が放圧され、その際この混合物は、ジュール−トムソン効果を利用しながらさらに冷却され、それによって最も低い温度水準を有する凝縮段階の冷却のために使用されることが設けられている。]
[0012] 更に、本発明の実施態様には、放圧が放圧タービンを用いて実施されることが設けられている。]
[0013] 更に、本発明の実施態様は、適した出発混合物の使用に関し、この出発混合物を用いると、本方法は、特に有利に利用可能な生成物の取得に使用されることができる。]
[0014] 更に、本発明の実施態様において、本方法は、本質的に水素と２個までの炭素原子を有する炭化水素と少なくとも３個までの炭素原子を有する炭化水素とを含有する出発混合物に対して使用される。低沸点画分のための排出管では、本質的に水素と２個までの炭素原子を有する炭化水素とを含有する混合物が生じるが、この混合物は、本質的に少なくとも３個の炭素原子を有する炭化水素を含有しない。高沸点画分のための排出管では、少なくとも３個の炭素原子を有する炭化水素を含有する混合物が生じるが、この混合物は、本質的に水素を含有しないし、２個までの炭素原子を有する炭化水素を含有しない。]
[0015] 更に、本発明の実施態様において、本方法は、それぞれ２モル％未満の二酸化炭素ならびに水または水蒸気を含有する出発混合物に対して使用される。]
[0016] 更に、本発明の実施態様において、出発混合物として反応混合物は、炭化水素の接触脱水素に使用される。]
[0017] 更に、本発明の実施態様において、蒸留装置のセグメントは、蒸留装置の流出部として存在し、このセグメントを介して、最も高い温度水準を有する凝縮段階で凝縮された、出発混合物の部分量は、高沸点画分のための排出管に供給される。]
[0018] 更に、本発明の実施態様において、低沸点を有する比較的少ない含量の成分を有する出発混合物は、有利に最も高い温度水準を有する凝縮段階の下方に添加され、低沸点を有する比較的多い含量の成分を有する出発混合物は、有利に最も高い温度水準を有する凝縮段階の上方に添加されることが設けられている。]
[0019] 更に、本発明の実施態様において、凝縮段階は、凝縮器として存在する。]
[0020] 更に、本発明の実施態様において、凝縮段階は、冷却水、蒸発性アンモニア、プロパン、プロペンで、および／またはジュール−トムソン効果の利用によってプロセスガスの放圧の際に冷却される。]
[0021] 更に、本発明の実施態様において、加熱装置は、外部の廃熱器を用いて運転される。]
[0022] また、本発明は、
１つ以上の出発混合物を供給するための１つ以上の導管、
低沸点画分のための排出管、
高沸点画分のための排出管、
少なくとも１つの加熱装置、
少なくとも２つの順次に接続された凝縮器および
凝縮器に中間接続された分離作用を有する取付け物を含む、出発混合物を分離するために適した蒸留装置で前記課題を解決する。]
[0023] 前記装置の他の選択可能な実施態様には、蒸留装置が唯一の蒸留塔の形で存在するか、または蒸留装置が複数の蒸留塔を含むカスケードとして存在することが設けられており、この複数の蒸留塔の場合、蒸留塔の間には、それぞれ凝縮器が設けられている。殊に、蒸留装置は、３、４または５個の順次に接続された、それぞれ異なる温度水準を有する凝縮器を有することが設けられていてよい。]
[0024] 即ち、これまで２つのプロセス工程で達成されたことは、本発明により今や前接続されたコールドボックスなしに１つの工程で実現させることができ、このことは、本発明の１つの利点である。]
[0025] 異なる温度水準で作業する多数の凝縮器を蒸留装置を方法に応じて利用することにより、凝縮のための全ての冷却量を最も低い温度水準で、ひいては最も高い費用で準備する必要がないことが達成される。その代わりに、中間凝縮器は、約＋４５℃、＋１５℃または−３０℃の温度で機能し、このことは、本発明のもう１つの利点である。]
[0026] 従って、このように使用される限り、塔内で上昇する蒸気の大部分は、塔頂凝縮器への到達前に既に凝縮され、液体として下向きに流れる。塔頂凝縮器の運転に必要とされる冷気水準、約−８０℃、および必要とされる凝縮効率は、装置それ自体中での低沸点物の放圧によって形成させることができ、このことは、本発明のもう１つの利点である。]
図面の簡単な説明

[0027] 蒸留装置が多数の中間凝縮器を有する唯一の蒸留塔からなる場合の本発明による方法を示す略図。
蒸留装置が互いに分かれた分離部と濃縮部とから構成されている場合の本発明による方法を示す略図。
蒸留装置が３つの区間から構成されている場合の本発明による方法を示す略図。この場合前記区間の間には、それぞれ中間凝縮器が存在する。]
[0028] 次に、本発明は、３つの例で詳細に説明される。]
[0029] 全部で３つの実施例において、蒸気状の使用混合物１は、例えばアンモニア蒸発器２中で最初に１５℃に冷却されることができる。更に、熱交換器３において、取得されたＣ2画分に対してさらに約１０℃に冷却されることができ、その際、蒸気の一部分は、凝縮する。蒸気相５と凝縮液６は、別々に蒸留装置中に到達する。出発混合物の組成に応じて、前記課題は、最も高い温度水準を有する凝縮工程の上方で行なうこともできる。]
[0030] 図１に示した実施例において、液体は、蒸留塔７中で下向きに流れ、部分的に再び蒸発される。蒸発しなかった部分は、Ｃ3+生成物８として蒸留塔７の塔底から取り出される。低沸点物は、蒸気として上向きに上昇し、装入床上に存在する、２つに分かれて形成された第１の凝縮器９によって一部分が凝縮され、この場合には、冷却剤として順次に冷却水およびアンモニアが使用される。更に、上昇する蒸気は、冷却剤のプロパンまたはプロペンと一緒に運転される第２の凝縮器１０中で部分的に液化され、したがって僅かな部分の蒸気だけが塔頂凝縮器１１に到達する。塔頂凝縮器１１中で凝縮されなかった蒸気は、Ｃ2画分１２および１３を形成し、該画分は、凝縮に続いてエキスパンダ１４中で放圧され、その際に前記画分は、約−１２５℃に冷却される。この冷却された蒸気１５は、冷却媒体として塔頂凝縮器１１の冷たい側で利用され、この場合には、約−５０℃に昇温される。引続き、このＣ2画分４は、使用混合物１の冷却のためになお熱交換器３を通過する。] 図１
[0031] 図２に示した実施例において、液体は、分離部１６中で下向きに流れ、部分的に再び蒸発される。蒸発しなかった部分は、Ｃ3+生成物８として分離部１６の塔底から取り出される。蒸気状の低沸点物１７は、２つに分かれて形成された第１の凝縮器９中に流入し、そこで一部分が凝縮され、その際に冷却剤として順次に冷却水およびアンモニアが使用される。凝縮液１８ならびに蒸気１９は、濃縮部２０中に供給される。濃縮部２０の塔底物の一部分は、分離部１６の塔頂装入物２１として使用される。更に、上昇する蒸気は、冷却剤のプロパンと一緒に運転される第２の凝縮器１０中で部分的に液化され、したがって僅かな部分の蒸気だけが塔頂凝縮器１１に到達する。塔頂凝縮器１１中で凝縮されなかった蒸気は、Ｃ2画分１２および１３を形成し、該画分は、凝縮に接続されてエキスパンダ１４中で放圧され、その際に前記画分は、約−１２５℃に冷却される。この冷却された蒸気１５は、冷却媒体として塔頂凝縮器１１の冷たい側で利用され、この場合には、約−５０℃に昇温される。引続き、このＣ2画分４は、使用混合物１の冷却のためになお熱交換器３を通過する。] 図２
[0032] 図３に示した実施例において、液体は、分離部１６中で下向きに流れ、部分的に再び蒸発される。蒸発しなかった部分は、Ｃ3+生成物８として分離部１６の塔底から取り出される。蒸気状の低沸点物１７は、２つに分かれて形成された第１の凝縮器９中に流入し、そこで一部分が凝縮され、その際に冷却剤として順次に冷却水およびアンモニアが使用される。凝縮液１８ならびに蒸気１９は、第１の濃縮部２２中に供給される。第１の濃縮部２２の塔底物の一部分は、分離部１６の塔頂装入物２１として使用される。更に、上昇する蒸気は、冷却剤のプロパンまたはプロペンと一緒に運転される第２の凝縮器１０中で部分的に液化され、凝縮液ならびに蒸気は、第２の濃縮部２３中に供給される。第２の濃縮部２３の塔底物は、第１の濃縮部２２の塔頂装入物として使用され、こうして蒸気の微少量分だけが凝縮器１１に到達する。塔頂凝縮器１１中で凝縮されなかった蒸気は、Ｃ2画分１２および１３を形成し、前記画分は、凝縮に続いてエキスパンダ１４中で放圧され、その際に前記画分は、約−１２５℃に冷却される。この冷却された蒸気１５は、冷却媒体として塔頂凝縮器１１の冷たい側で利用され、この場合には、約−５０℃に昇温される。引続き、このＣ2画分４は、使用混合物１の冷却のためになお熱交換器３を通過する。] 図３
[0033] この最後の変法は、先行した方法と比較して、第２の濃縮塔の上部だけが安定した低い温度に形成され、よりいっそう強力な絶縁部を装備しなければならず、熱吸収が阻止されるという利点を有し、このことは、本発明の利点の１つである。]
[0034] 実際に、全部で３つの実施例において、従来の公知技術水準と比較して蒸発器の運転のためによりいっそう大量の熱量が必要とされるが、しかし、この熱量は、約７５℃でのみ必要とされ、そのために一般的に装置の複合部の別の処理位置からの廃熱が使用され、さもないとこの廃熱は、費用を掛けて空気冷却器により導出されなければならなかった。このことは、本発明のもう１つの利点である。その上、全体で実際によりいっそう大量の冷却性能が必要とされるが、しかし、熱は、よりいっそう有利な冷却水準で導出されることができ、このことは、本発明のもう１つの利点である。]
[0035] 更に、公知技術水準による冒頭に提示された方法と比較して本発明による方法の利点は、次の通りである：
冷却水を使用することによって、アンモニア冷却効率の約２５％を節約することができ、したがって、よりいっそう小型のアンモニア冷却装置だけが必要とされる。プロパン冷却効率は、約５５％だけ少なくなり、したがって、プロパン冷却循環路に必要とされる圧縮機効率は、約５０％だけ少なくなり、圧縮機も相応して小型に寸法決定することができる。]
[0036] １蒸気状の使用混合物、 ２アンモニア蒸発器、 ３熱交換器、 ５蒸気相、 ６、１８凝縮液、 ７蒸留塔、 ８ Ｃ3+生成物、 ９ 第１の凝縮器、 １０ 第２の凝縮器、 １１塔頂凝縮器、 ４、１２、１３ Ｃ2画分、 １４エキスパンダ、 １５、１９ 蒸気、 １６ 分離部、 １７ 蒸気状の低沸点物、 ２０濃縮部、 ２１塔頂装入物、 ２２ 第１の濃縮部、 ２３ 第２の濃縮部]

权利要求:

請求項1
１つ以上の出発混合物を供給するための少なくとも１つの導管と低沸点画分のための排出管と高沸点画分のための排出管と加熱装置とを含む連続的な運転形式で運転される蒸留装置中で、出発混合物を高沸点画分と低沸点画分とに分離するための方法において、この蒸留装置は、それぞれ異なる少なくとも２つの温度水準を有する凝縮段階を含み、この場合蒸気の流れ方向にそれぞれ前接続された凝縮段階は、それぞれ後接続された凝縮段階よりもそれぞれ高い温度水準を有し、それぞれ分離作用を有する取付け物は、凝縮段階に中間接続されており、凝縮段階で部分凝縮が進行し、その際にそれぞれ凝縮されなかった部分量は、それぞれ低い温度水準を有する、それぞれ後接続された分離作用を有する取付け物または凝縮段階に供給され、それぞれ凝縮された部分量は、分離作用を有する取付け物を介して高沸点画分のための排出管の方向に導入され、本質的に蒸気状の媒体が最も低い温度水準を有する凝縮段階で生じ、そこで部分凝縮され、この場合前記媒体の凝縮されていない部分量は、低沸点画分のための排出管に返送され、凝縮された部分量は、最も低い温度水準を有する凝縮段階に前接続された、蒸留装置の範囲に返送され、および最も低い温度水準を有する凝縮段階は、−４０℃の温度を有することを特徴とする、出発混合物を連続的な運転形式で運転される蒸留装置中で高沸点画分と低沸点画分とに分離するための方法。
請求項2
前記蒸留装置は、それぞれ異なる温度水準を有する、３〜５個の順次に接続された凝縮段階を含む、請求項１記載の方法。
請求項3
最も低い温度水準を有する凝縮段階は、少なくとも２ＭＰａ（絶対）の圧力で−１２０℃〜−７０℃の温度を有する、請求項１または２記載の方法。
請求項4
最も低い温度水準を有する凝縮段階は、少なくとも３ＭＰａ（絶対）の圧力で−１２０℃〜−７０℃の温度を有する、請求項３記載の方法。
請求項5
低沸点画分として蒸留装置を離れる混合物が放圧され、その際この混合物は、ジュール−トムソン効果を利用しながらさらに冷却され、それによって最も低い温度水準を有する凝縮段階の冷却のために使用される、請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。
請求項6
放圧が放圧タービンを用いて実施される、請求項５記載の方法。
請求項7
出発混合物として本質的に水素と２個までの炭素原子を有する炭化水素と少なくとも３個までの炭素原子を有する炭化水素とを含有する混合物を使用し、低沸点画分のための排出管で、本質的に少なくとも３個の炭素原子を有する炭化水素を含有しない、水素と２個までの炭素原子を有する炭化水素とを含有する混合物が生じ、および高沸点画分のための排出管で、本質的に水素を含有しないし、２個までの炭素原子を有する炭化水素を含有しない、少なくとも３個の炭素原子を有する炭化水素を含有する混合物が生じる、請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法。
請求項8
出発混合物として、それぞれ２モル％未満の二酸化炭素ならびに水または水蒸気を含有する混合物を使用する、請求項１から７までのいずれか１項に記載の方法。
請求項9
出発混合物として反応混合物は、炭化水素の接触脱水素に使用される、請求項１から８までのいずれか１項に記載の方法。
請求項10
蒸留装置のセグメントは、蒸留装置の流出部として存在し、このセグメントを介して、最も高い温度水準を有する凝縮段階で凝縮された、出発混合物の部分量は、高沸点画分のための排出管に供給される、請求項１から９までのいずれか１項に記載の方法。
請求項11
低沸点を有する比較的少ない含量の成分を有する出発混合物は、有利に最も高い温度水準を有する凝縮段階の下方に添加される、請求項１から１０までのいずれか１項に記載の方法。
請求項12
低沸点を有する比較的多い含量の成分を有する出発混合物は、有利に最も高い温度水準を有する凝縮段階の上方に添加される、請求項１から１１までのいずれか１項に記載の方法。
請求項13
凝縮段階は、凝縮器として存在する、請求項１から１２までのいずれか１項に記載の方法。
請求項14
凝縮段階は、冷却水、アンモニア、プロパン、プロペンで、および／またはジュール−トムソン効果の利用によって低沸点画分として蒸留装置を離れる混合物の放圧の際に冷却される、請求項１から１３までのいずれか１項に記載の方法。
請求項15
１つ以上の加熱装置は、外部の廃熱器を用いて運転される、請求項１から１４までのいずれか１項に記載の方法。
請求項16
ａ）１つ以上の出発混合物を供給するための１つ以上の導管、ｂ）低沸点画分のための排出管、ｃ）高沸点画分のための排出管、ｄ）少なくとも１つの加熱装置、ｅ）少なくとも２つの順次に接続された凝縮器およびｆ）凝縮器に中間接続された分離作用を有する取付け物を含む、請求項１から１５までのいずれか１項に記載の実施するための蒸留装置。
請求項17
蒸留装置が唯一の蒸留塔の形で存在する、請求項１６記載の装置。
請求項18
蒸留装置が多数の蒸留塔を含むカスケードとして存在し、この場合、蒸留塔の間には、それぞれ凝縮器が設けられている、請求項１６記載の装置。
請求項19
蒸留装置が３、４または５個の順次に接続された、それぞれ異なる温度水準を有する凝縮器を有する、請求項１６記載の装置。