JP2001179002A - 複数充填カラム型蒸留塔及びこれを用いた高純度メタン製造方法 - Google Patents
複数充填カラム型蒸留塔及びこれを用いた高純度メタン製造方法Info
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- JP2001179002A JP2001179002A JP36459499A JP36459499A JP2001179002A JP 2001179002 A JP2001179002 A JP 2001179002A JP 36459499 A JP36459499 A JP 36459499A JP 36459499 A JP36459499 A JP 36459499A JP 2001179002 A JP2001179002 A JP 2001179002A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 多成分混合物の精密分留のための充填カラム
型蒸留塔として、従来、高沸点成分除去用と低沸点成分
除去用の2基が必要であったために嵩んでいた設備費を
大幅に節減する。 【解決手段】 充填カラム型蒸留塔において、塔体が2
本の並列した充填カラムのフィード口より上方において
充填部を被蒸留物の蒸気通路により互いに接続してな
り、且つ該各カラムの頂部が1基のコンデンサの伝熱面
を形成するように前記各頂部を該コンデンサのシェル内
に挿入することにより前記2本の充填カラムに前記コン
デンサを共用させてなる複数充填カラム型蒸留塔を使用
する。
型蒸留塔として、従来、高沸点成分除去用と低沸点成分
除去用の2基が必要であったために嵩んでいた設備費を
大幅に節減する。 【解決手段】 充填カラム型蒸留塔において、塔体が2
本の並列した充填カラムのフィード口より上方において
充填部を被蒸留物の蒸気通路により互いに接続してな
り、且つ該各カラムの頂部が1基のコンデンサの伝熱面
を形成するように前記各頂部を該コンデンサのシェル内
に挿入することにより前記2本の充填カラムに前記コン
デンサを共用させてなる複数充填カラム型蒸留塔を使用
する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、分離、精製等の精
密蒸留操作に使用される充填カラム型蒸留塔の構造、及
びこれを用いた高純度メタンの製造方法に関するもので
ある。
密蒸留操作に使用される充填カラム型蒸留塔の構造、及
びこれを用いた高純度メタンの製造方法に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】充填カラムは円筒形の筒体にベルルサド
ル等の不規則性充填物或はラシッヒリング等の規則性充
填物を詰めたものであり、蒸気の圧力損失が少なく、製
作が簡単なため、精密蒸留用に慣用手段として使用され
ている。通常、処理能力に応じた直径の円管を3m−6
m程度の長さにモジュール化したものを1単位とし、複
数単位の円管をフランジ等により接合することで分離性
能に対応する長さに形成した1本の充填カラム(以下、
塔体)と、1基のコンデンサ、及び1基のリボイラを以
て従来型蒸留塔の基本構成としている。
ル等の不規則性充填物或はラシッヒリング等の規則性充
填物を詰めたものであり、蒸気の圧力損失が少なく、製
作が簡単なため、精密蒸留用に慣用手段として使用され
ている。通常、処理能力に応じた直径の円管を3m−6
m程度の長さにモジュール化したものを1単位とし、複
数単位の円管をフランジ等により接合することで分離性
能に対応する長さに形成した1本の充填カラム(以下、
塔体)と、1基のコンデンサ、及び1基のリボイラを以
て従来型蒸留塔の基本構成としている。
【0003】従来、一般に上記のような充填カラム型蒸
留塔を使用し、蒸留原料として天然ガスから得られた粗
メタンを使用し、分留操作により高純度メタンの製造が
行われている。しかし、従来の製造方法では、粗メタン
中に含まれるエタンやプロパン等、メタンより沸点の高
い炭化水素を第1蒸留塔において高沸点成分として除去
し、次いで第2蒸留塔において天然ガス中に含まれた酸
素、窒素等の不凝縮性成分を除去することにより、高純
度メタンを製造している。
留塔を使用し、蒸留原料として天然ガスから得られた粗
メタンを使用し、分留操作により高純度メタンの製造が
行われている。しかし、従来の製造方法では、粗メタン
中に含まれるエタンやプロパン等、メタンより沸点の高
い炭化水素を第1蒸留塔において高沸点成分として除去
し、次いで第2蒸留塔において天然ガス中に含まれた酸
素、窒素等の不凝縮性成分を除去することにより、高純
度メタンを製造している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来のメタン製造方法
においては、純度がシックス・ナイン(99.9999
%)の高品質を達成できるものの、上記のように2本の
蒸留塔が必要であることから、設備費の増大、制御系統
などの操作や保守点検が煩雑になる等の問題がある。特
に液化天然ガスの低温蒸留のように極低温において処理
を行う場合、設備が煩雑であると、本体設備費、保冷工
事費、蒸留制御及びエネルギー消費などに多大な影響が
あるので、設備の改良が望まれている。
においては、純度がシックス・ナイン(99.9999
%)の高品質を達成できるものの、上記のように2本の
蒸留塔が必要であることから、設備費の増大、制御系統
などの操作や保守点検が煩雑になる等の問題がある。特
に液化天然ガスの低温蒸留のように極低温において処理
を行う場合、設備が煩雑であると、本体設備費、保冷工
事費、蒸留制御及びエネルギー消費などに多大な影響が
あるので、設備の改良が望まれている。
【0005】本発明は、充填カラム型蒸留塔の分離性能
を損なうことなく設備費を大幅に低減し且つ蒸留操作及
び保守点検の煩雑さを改良した蒸留塔、またこの蒸留塔
を使用した高純度メタンの製造方法の提供を課題とする
ものである。
を損なうことなく設備費を大幅に低減し且つ蒸留操作及
び保守点検の煩雑さを改良した蒸留塔、またこの蒸留塔
を使用した高純度メタンの製造方法の提供を課題とする
ものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、並列し
た2本の充填カラムを上部の充填部において互いに連結
し且つコンデンサを共用させた一体型構造を用いること
により、上記課題が解決される。即ち本発明は、リボイ
ラ付き第1充填カラムのフィード口より上方の充填部に
突設した被蒸留物通路をリボイラ付き第2充填カラムの
フィード口へ接続することにより前記並列した2本の充
填カラムを互いに連結し、且つ該各充填カラムの頂部が
1基のコンデンサの伝熱面を形成するように前記各頂部
を該コンデンサのシェル内に挿設してなることを特徴と
する複数充填カラム型蒸留塔の発明である。
た2本の充填カラムを上部の充填部において互いに連結
し且つコンデンサを共用させた一体型構造を用いること
により、上記課題が解決される。即ち本発明は、リボイ
ラ付き第1充填カラムのフィード口より上方の充填部に
突設した被蒸留物通路をリボイラ付き第2充填カラムの
フィード口へ接続することにより前記並列した2本の充
填カラムを互いに連結し、且つ該各充填カラムの頂部が
1基のコンデンサの伝熱面を形成するように前記各頂部
を該コンデンサのシェル内に挿設してなることを特徴と
する複数充填カラム型蒸留塔の発明である。
【0007】また第2の本発明は、天然ガスから得られ
た粗メタンを、前記充填カラム型蒸留塔を用いて精留す
ることを特徴とする高純度メタン製造方法の発明であ
る。
た粗メタンを、前記充填カラム型蒸留塔を用いて精留す
ることを特徴とする高純度メタン製造方法の発明であ
る。
【0008】本発明において、並列する2本の充填カラ
ム上部の充填部を蒸気通路により連結することの作用
を、粗メタンの精留を一般化した精留モデルとして図4
により説明する。本発明に係る第1カラムにおいては、
フィード口より下部の充填部(以下、濃縮部)は高沸点
成分とメタンの分離に充分な長さに製作されている。ま
た、蒸留操作はメタンより高沸点の成分を確実に塔底部
から抜き出すことに重点を置いて行われる。つまり一般
化モデルとしては、図4に示すように、塔底部での被蒸
留物組成はメタン濃度が0%、高沸点成分濃度は100
%である。従って、高沸点成分が単成分の場合は、塔底
抜出し液として高純度の精製単成分が得られる。勿論、
物質収支的に高沸点成分の全量を塔底部から抜き出すよ
うに蒸留操作を行うので、実用上は抜出し液の組成が例
えば高沸点成分90%、メタン10%であっても、本発
明の作用の説明には何ら影響しない。このような操作
は、大量の被蒸留物から少量の目的成分を分離して高純
度製品を得る場合に行われる。上記粗メタンの場合は、
抜出し液を燃料として利用するので、高沸点成分に少量
のメタンが分離せずに含有されることは何ら問題ない。
ム上部の充填部を蒸気通路により連結することの作用
を、粗メタンの精留を一般化した精留モデルとして図4
により説明する。本発明に係る第1カラムにおいては、
フィード口より下部の充填部(以下、濃縮部)は高沸点
成分とメタンの分離に充分な長さに製作されている。ま
た、蒸留操作はメタンより高沸点の成分を確実に塔底部
から抜き出すことに重点を置いて行われる。つまり一般
化モデルとしては、図4に示すように、塔底部での被蒸
留物組成はメタン濃度が0%、高沸点成分濃度は100
%である。従って、高沸点成分が単成分の場合は、塔底
抜出し液として高純度の精製単成分が得られる。勿論、
物質収支的に高沸点成分の全量を塔底部から抜き出すよ
うに蒸留操作を行うので、実用上は抜出し液の組成が例
えば高沸点成分90%、メタン10%であっても、本発
明の作用の説明には何ら影響しない。このような操作
は、大量の被蒸留物から少量の目的成分を分離して高純
度製品を得る場合に行われる。上記粗メタンの場合は、
抜出し液を燃料として利用するので、高沸点成分に少量
のメタンが分離せずに含有されることは何ら問題ない。
【0009】次に、第1カラムのフィード口から上部に
おいて、上記高沸点成分を完全分離するに充分な理論分
離段数に相当する長さの充填部(以下、中部充填部)の
上端部分の位置に、被蒸留物蒸気を第2カラムへ抜き出
すための通路(以下、蒸気通路)が設置されている。つ
まり図4に示す通り、蒸気通路が開口している位置では
高沸点成分濃度は確実に0%である。従って、蒸気通路
を通して第1カラムから第2カラムへ、図4に示す通り
高沸点成分は全く含まないがメタンと低沸点成分は含有
する組成の被蒸留物がフィードされる。
おいて、上記高沸点成分を完全分離するに充分な理論分
離段数に相当する長さの充填部(以下、中部充填部)の
上端部分の位置に、被蒸留物蒸気を第2カラムへ抜き出
すための通路(以下、蒸気通路)が設置されている。つ
まり図4に示す通り、蒸気通路が開口している位置では
高沸点成分濃度は確実に0%である。従って、蒸気通路
を通して第1カラムから第2カラムへ、図4に示す通り
高沸点成分は全く含まないがメタンと低沸点成分は含有
する組成の被蒸留物がフィードされる。
【0010】また、第1カラムの蒸気通路開口位置から
カラム頂部までの充填部(以下、回収部)も充分な理論
分離段数に相当する長さに製作されているので、図4に
示すように第1カラム頂部からコンデンサに入る成分は
飽和濃度のメタンを含む不凝縮性成分となり、コンデン
サの塔頂抜出し部から排出される塔頂抜出しガスの組成
は不凝縮性成分100%となる。勿論、排ガス処理を充
分に行うのであれば、塔頂抜出しガスが低濃度のメタン
を含んでいても問題なく、また、本発明の作用の説明に
は何ら影響しない。
カラム頂部までの充填部(以下、回収部)も充分な理論
分離段数に相当する長さに製作されているので、図4に
示すように第1カラム頂部からコンデンサに入る成分は
飽和濃度のメタンを含む不凝縮性成分となり、コンデン
サの塔頂抜出し部から排出される塔頂抜出しガスの組成
は不凝縮性成分100%となる。勿論、排ガス処理を充
分に行うのであれば、塔頂抜出しガスが低濃度のメタン
を含んでいても問題なく、また、本発明の作用の説明に
は何ら影響しない。
【0011】上記のような第1カラムの操作により、第
1カラムの蒸気通路開口部付近には被蒸留物が滞留しよ
うとするが、後述の方法により第2カラム内の圧力を第
1カラム内の圧力より低く制御することで第2カラムへ
フィードされる。第2カラムの製作においては、フィー
ド口から下方の充填部(濃縮部)は充分な理論分離段数
に相当する長さに製作されている。また、第2カラムの
蒸留操作は、カラム底部から全く不凝縮性成分を排出し
ないことに重点を置いた操作が行われる。これは、吹き
抜けや偏流を起こさないフィード量の範囲内で蒸留操作
を行えば、既に濃縮部の理論分離段数が確保されている
ので可能であり、目的とする高純度メタンが塔底抜出し
液として得られる。
1カラムの蒸気通路開口部付近には被蒸留物が滞留しよ
うとするが、後述の方法により第2カラム内の圧力を第
1カラム内の圧力より低く制御することで第2カラムへ
フィードされる。第2カラムの製作においては、フィー
ド口から下方の充填部(濃縮部)は充分な理論分離段数
に相当する長さに製作されている。また、第2カラムの
蒸留操作は、カラム底部から全く不凝縮性成分を排出し
ないことに重点を置いた操作が行われる。これは、吹き
抜けや偏流を起こさないフィード量の範囲内で蒸留操作
を行えば、既に濃縮部の理論分離段数が確保されている
ので可能であり、目的とする高純度メタンが塔底抜出し
液として得られる。
【0012】また、第2カラムの製作において、フィー
ド口から上部の充填部(回収部)も充分な理論分離段数
に相当する長さに製作されている。蒸留操作において
は、頂部から物質収支的に全量の不凝縮性成分を排出す
るように、またメタンは全く排出しないように操作が行
われる。勿論、実用上は前記の通り塔頂抜出しガスが低
濃度のメタンを含んでいても、本発明の作用の説明には
何ら影響しない。この操作は、フラッディングを起こさ
ないフィード量の範囲内で蒸留操作を行えば、既に理論
分離段数は確保されているので可能であり、コンデンサ
が第1カラムとの共用であるため、冷却媒体温度は既に
充分低温に設定されており、可能である。
ド口から上部の充填部(回収部)も充分な理論分離段数
に相当する長さに製作されている。蒸留操作において
は、頂部から物質収支的に全量の不凝縮性成分を排出す
るように、またメタンは全く排出しないように操作が行
われる。勿論、実用上は前記の通り塔頂抜出しガスが低
濃度のメタンを含んでいても、本発明の作用の説明には
何ら影響しない。この操作は、フラッディングを起こさ
ないフィード量の範囲内で蒸留操作を行えば、既に理論
分離段数は確保されているので可能であり、コンデンサ
が第1カラムとの共用であるため、冷却媒体温度は既に
充分低温に設定されており、可能である。
【0013】第1カラムから第2カラムへ流入する被蒸
留物の流量は、第2カラムの塔頂圧を第1カラムより低
くし、蒸気通路に一定の圧力損失を与えることにより、
一定流量に維持することができる。一般的に0.1MP
a以上の差圧があれば、第1カラム及び第2カラム塔頂
圧のハンチングに伴う圧力差の逆転を懸念する必要がな
い。以上述べた作用により、第2カラムには高沸点成分
が全く入って来ないので、第2カラム塔底部から高純度
のメタンを得ることが出来る。
留物の流量は、第2カラムの塔頂圧を第1カラムより低
くし、蒸気通路に一定の圧力損失を与えることにより、
一定流量に維持することができる。一般的に0.1MP
a以上の差圧があれば、第1カラム及び第2カラム塔頂
圧のハンチングに伴う圧力差の逆転を懸念する必要がな
い。以上述べた作用により、第2カラムには高沸点成分
が全く入って来ないので、第2カラム塔底部から高純度
のメタンを得ることが出来る。
【0014】
【発明の実施の形態】図面を参照して本発明の実施形態
の一例を説明する。図1は本発明に係る蒸留塔の概略断
面を示した説明図である。第1カラム1は、直径、単位
長さ、及び充填部長さが夫々同一に規格化された複数個
の単位充填カラムのモジュールを直列に接続して塔体を
形成したものである。接続部はフランジにより気密に接
合されている。第2カラム2も同様であるが、前記作用
の説明から判る通り、所要分離能力(或は理論段数)は
第1カラムと同じとは限らず、必ずしも第1カラムと同
じモジュールのものを使用する必要はない。しかし、製
作の便宜、物質移動の単位移動高を推定する上での便宜
などから、実用上、同一モジュールのものを使用する場
合が多い。カラムの直径は蒸留処理量によるが、通常、
例えば50mm−100mm程度のステンレス製円管を
使用できる。
の一例を説明する。図1は本発明に係る蒸留塔の概略断
面を示した説明図である。第1カラム1は、直径、単位
長さ、及び充填部長さが夫々同一に規格化された複数個
の単位充填カラムのモジュールを直列に接続して塔体を
形成したものである。接続部はフランジにより気密に接
合されている。第2カラム2も同様であるが、前記作用
の説明から判る通り、所要分離能力(或は理論段数)は
第1カラムと同じとは限らず、必ずしも第1カラムと同
じモジュールのものを使用する必要はない。しかし、製
作の便宜、物質移動の単位移動高を推定する上での便宜
などから、実用上、同一モジュールのものを使用する場
合が多い。カラムの直径は蒸留処理量によるが、通常、
例えば50mm−100mm程度のステンレス製円管を
使用できる。
【0015】第1カラム濃縮部13の長さは、フィード
原料の性状、充填物の種類等に依存するので一概には規
定できない。例えば本発明に係る液化天然ガスからの高
純度メタン製造の場合、約2m−6m程度のカラムが使
用される。第1カラムの中部充填部11、回収部12に
ついても同様な事情にある。例えば上記メタンの分離精
製の場合、夫々約1m一3m、約1m−3m程度のカラ
ムが使用される。回収部12の上端部分に相当する冷却
部14は、図1に示すように充填物が無い空塔のままの
形状で、必要な伝熱面積を確保できる長さだけコンデン
サ3のシェル内に挿入された形に設けられている。濃縮
部13の下端部はリボイラ51に接続されている。充填
カラム1、コンデンサ3、リボイラ51を含む蒸留塔全
体は断熱材(図示せず)に覆われている。
原料の性状、充填物の種類等に依存するので一概には規
定できない。例えば本発明に係る液化天然ガスからの高
純度メタン製造の場合、約2m−6m程度のカラムが使
用される。第1カラムの中部充填部11、回収部12に
ついても同様な事情にある。例えば上記メタンの分離精
製の場合、夫々約1m一3m、約1m−3m程度のカラ
ムが使用される。回収部12の上端部分に相当する冷却
部14は、図1に示すように充填物が無い空塔のままの
形状で、必要な伝熱面積を確保できる長さだけコンデン
サ3のシェル内に挿入された形に設けられている。濃縮
部13の下端部はリボイラ51に接続されている。充填
カラム1、コンデンサ3、リボイラ51を含む蒸留塔全
体は断熱材(図示せず)に覆われている。
【0016】第1カラムと第2カラムを連結する蒸気通
路4は、生産量に応じて断面積の大きさを決める。通路
を通過する被蒸留物の流量は、第2カラムの塔頂圧を第
1カラムより低くし、蒸気通路4に一定の差圧を与える
ことにより、一定流量に維持される。また、必要に応じ
て蒸気通路4にオリフィス板41を挿入して、前記差圧
を任意に調整することが出来る。オリフィス板41を通
過する被蒸留物は、一般に気体と凝縮液との混相流動の
状態にあり、好ましくはチョーキング遷移域以上の流動
状態を維持できる差圧を得るため、オリフィス上流側圧
力がオリフィス下流側圧力の2倍以上となるように両カ
ラムの塔頂圧を設定する。上記設定により、塔頂圧のハ
ンチングが多少起こってもオリフィス流量を一定に維持
でき、しかも第2カラムには高沸点成分が全く入って来
ないので、第2カラムの塔底抜出し部521から安定的
に高純度メタンを得ることが出来る。
路4は、生産量に応じて断面積の大きさを決める。通路
を通過する被蒸留物の流量は、第2カラムの塔頂圧を第
1カラムより低くし、蒸気通路4に一定の差圧を与える
ことにより、一定流量に維持される。また、必要に応じ
て蒸気通路4にオリフィス板41を挿入して、前記差圧
を任意に調整することが出来る。オリフィス板41を通
過する被蒸留物は、一般に気体と凝縮液との混相流動の
状態にあり、好ましくはチョーキング遷移域以上の流動
状態を維持できる差圧を得るため、オリフィス上流側圧
力がオリフィス下流側圧力の2倍以上となるように両カ
ラムの塔頂圧を設定する。上記設定により、塔頂圧のハ
ンチングが多少起こってもオリフィス流量を一定に維持
でき、しかも第2カラムには高沸点成分が全く入って来
ないので、第2カラムの塔底抜出し部521から安定的
に高純度メタンを得ることが出来る。
【0017】第2カラムの濃縮部23、回収部22の長
さについても、被蒸留物の性状、充填物の種類等に依存
するので一概には規定できない。例えば本発明に係る液
化天然ガスからの高純度メタン製造の場合、夫々約3m
−6m、約1m−3m程度のカラムが使用される。濃縮
部23の下端部はリボイラ52に接続されている。回収
部22の上端部は、図1に示すように空塔のままの形状
で必要な伝熱面積を確保できる長さだけ、冷却部24と
してコンデンサ3のシェル内に挿入されて設けられ、コ
ンデンサの伝熱面となっている。充填カラム2、コンデ
ンサ3、リボイラ52を含む蒸留塔全体は断熱材(図示
せず)に覆われている。
さについても、被蒸留物の性状、充填物の種類等に依存
するので一概には規定できない。例えば本発明に係る液
化天然ガスからの高純度メタン製造の場合、夫々約3m
−6m、約1m−3m程度のカラムが使用される。濃縮
部23の下端部はリボイラ52に接続されている。回収
部22の上端部は、図1に示すように空塔のままの形状
で必要な伝熱面積を確保できる長さだけ、冷却部24と
してコンデンサ3のシェル内に挿入されて設けられ、コ
ンデンサの伝熱面となっている。充填カラム2、コンデ
ンサ3、リボイラ52を含む蒸留塔全体は断熱材(図示
せず)に覆われている。
【0018】本発明に係る充填カラム頂部とコンデンサ
の接合構造について、別の実施形態を図3に例示した。
各カラムの頂部は充填物が詰められていない複数伝熱管
の形状を持つ管形塔頂部15、25に形成され、この伝
熱管を挿設した管板31が回収部12、22の各上端部
分に接合されている。上記伝熱管の形状に形成された各
管形塔頂部がコンデンサ3の伝熱管として、シェル内に
納められている。
の接合構造について、別の実施形態を図3に例示した。
各カラムの頂部は充填物が詰められていない複数伝熱管
の形状を持つ管形塔頂部15、25に形成され、この伝
熱管を挿設した管板31が回収部12、22の各上端部
分に接合されている。上記伝熱管の形状に形成された各
管形塔頂部がコンデンサ3の伝熱管として、シェル内に
納められている。
【0019】本発明に係る液化天然ガスからの高純度メ
タン製造の一例について、蒸留塔操作の制御を中心に、
図2に沿って説明する。蒸留原料(フィード)Fには液
化天然ガスタンクから自然発生する粗メタンガスを使用
する。第1充填カラム1の塔底部はリボイラ51に接続
されており、塔底抜出し部511から高沸点成分である
エタン、プロパン等が流量制御弁512を通り定量抜出
しされる。蒸留原料はフィード口(ノズル)6を通して
第1カラムへ供給され、粗メタンFの流量はリボイラ5
1の液面制御器513からの信号によりカスケード制御
され、フィード流量の増減によりリボイラ液面を一定に
制御する。なお、塔底抜出し液Bは基本的には定量抜出
しされるが、原料組成の変動等により、必要に応じてリ
ボイラ液面とのカスケード制御を行うこともできる。被
蒸留物がフィードノズル6から上方の中部充填部を上昇
する間に、高沸点成分は完全に分離されてカラム中を下
方へ流下する。
タン製造の一例について、蒸留塔操作の制御を中心に、
図2に沿って説明する。蒸留原料(フィード)Fには液
化天然ガスタンクから自然発生する粗メタンガスを使用
する。第1充填カラム1の塔底部はリボイラ51に接続
されており、塔底抜出し部511から高沸点成分である
エタン、プロパン等が流量制御弁512を通り定量抜出
しされる。蒸留原料はフィード口(ノズル)6を通して
第1カラムへ供給され、粗メタンFの流量はリボイラ5
1の液面制御器513からの信号によりカスケード制御
され、フィード流量の増減によりリボイラ液面を一定に
制御する。なお、塔底抜出し液Bは基本的には定量抜出
しされるが、原料組成の変動等により、必要に応じてリ
ボイラ液面とのカスケード制御を行うこともできる。被
蒸留物がフィードノズル6から上方の中部充填部を上昇
する間に、高沸点成分は完全に分離されてカラム中を下
方へ流下する。
【0020】メタン、及び低沸点成分G1である窒素、
酸素等は、第1カラムの頂部へ向かって上昇するが、一
部は中部充填部上端に設けた蒸気通路4を通り第2カラ
ムへフィードされる。残りは第1カラムの回収部を上昇
する間に低沸点成分G1が分離されてコンデンサ3に入
り、一定圧力に制御され、塔頂抜出し部71から流量制
御弁711を通して抜き出される。コンデンサには、冷
媒Aとして液体窒素が使用される。コンデンサで凝縮し
たメタンの全量が第1カラムの回収部へ還流され、第1
カラム内を下方へ流下する。第1カラムの塔頂圧は、圧
力制御器712からの信号により流量制御弁711にお
いて塔頂ガス抜出し量を増減することにより一定圧力に
制御する。
酸素等は、第1カラムの頂部へ向かって上昇するが、一
部は中部充填部上端に設けた蒸気通路4を通り第2カラ
ムへフィードされる。残りは第1カラムの回収部を上昇
する間に低沸点成分G1が分離されてコンデンサ3に入
り、一定圧力に制御され、塔頂抜出し部71から流量制
御弁711を通して抜き出される。コンデンサには、冷
媒Aとして液体窒素が使用される。コンデンサで凝縮し
たメタンの全量が第1カラムの回収部へ還流され、第1
カラム内を下方へ流下する。第1カラムの塔頂圧は、圧
力制御器712からの信号により流量制御弁711にお
いて塔頂ガス抜出し量を増減することにより一定圧力に
制御する。
【0021】第2カラムの塔頂圧は、第1充填カラムの
半分以下、例えば第1カラムの塔頂圧が0.5MPa
に、また第2カラムの塔頂圧が0.2MPaに制御さ
れ、この差圧に応じた流量の被蒸留物蒸気がオリフィス
板41で差圧を調整した蒸気通路4を通過して第2カラ
ムへフィードされる。第2カラムの濃縮部では、メタン
が凝縮液として精製されつつ流下し、リボイラ52から
流量制御弁522を通して塔底抜出し液Eとして定量抜
出しされる。塔底液抜出し流量は、流量制御器524に
より基本的には一定に制御されるが、必要に応じて、液
面制御器523からの信号を使用してリボイラ液面と抜
出し流量をカスケード制御することも可能である。
半分以下、例えば第1カラムの塔頂圧が0.5MPa
に、また第2カラムの塔頂圧が0.2MPaに制御さ
れ、この差圧に応じた流量の被蒸留物蒸気がオリフィス
板41で差圧を調整した蒸気通路4を通過して第2カラ
ムへフィードされる。第2カラムの濃縮部では、メタン
が凝縮液として精製されつつ流下し、リボイラ52から
流量制御弁522を通して塔底抜出し液Eとして定量抜
出しされる。塔底液抜出し流量は、流量制御器524に
より基本的には一定に制御されるが、必要に応じて、液
面制御器523からの信号を使用してリボイラ液面と抜
出し流量をカスケード制御することも可能である。
【0022】第2カラムの回収部では窒素、酸素等の低
沸点成分G2が不凝縮性ガスとして上昇し、コンデンサ
3を経て塔頂抜出し部72から圧力制御弁721を通し
て抜き出される。第1カラムと共用のコンデンサ3にお
いて凝縮したメタンの全量が還流液として第2カラムの
回収部へ還流され、第2カラム内を下方へ流下する。第
2カラムの塔頂圧は、圧力制御器722からの信号によ
り流量制御弁721において塔頂ガス抜出し量を増減す
ることで一定に制御される。また、第2カラムの塔頂圧
は、リボイラ52の液面とのカスケード制御を行う。つ
まり、リボイラ52の液面が高くなった場合は、液面制
御器523からの信号により圧力制御弁721の設定値
を上げて塔頂ガス抜出し量を減少させる。この結果、第
2カラムの塔頂圧は増加し、蒸気通路4における差圧は
減少し、第1カラムから流入する被蒸留物の流量が減少
する。このようにして、安定的な連続蒸留操作により純
度99.9999%のメタンを製造することができた。
沸点成分G2が不凝縮性ガスとして上昇し、コンデンサ
3を経て塔頂抜出し部72から圧力制御弁721を通し
て抜き出される。第1カラムと共用のコンデンサ3にお
いて凝縮したメタンの全量が還流液として第2カラムの
回収部へ還流され、第2カラム内を下方へ流下する。第
2カラムの塔頂圧は、圧力制御器722からの信号によ
り流量制御弁721において塔頂ガス抜出し量を増減す
ることで一定に制御される。また、第2カラムの塔頂圧
は、リボイラ52の液面とのカスケード制御を行う。つ
まり、リボイラ52の液面が高くなった場合は、液面制
御器523からの信号により圧力制御弁721の設定値
を上げて塔頂ガス抜出し量を減少させる。この結果、第
2カラムの塔頂圧は増加し、蒸気通路4における差圧は
減少し、第1カラムから流入する被蒸留物の流量が減少
する。このようにして、安定的な連続蒸留操作により純
度99.9999%のメタンを製造することができた。
【0023】
【発明の効果】本発明に係る蒸留塔は、並列した2本の
充填カラムをフィード口上方の充填部において互いに連
結し且つコンデンサを共用させた構造を持たせることに
より、コンデンサ1基が省略され、本体、クライオポン
プ、冷媒配管系統の設備費及び制御系統の設備費が節減
される。これに伴い保守点検費用も節約される。液体窒
素などの極低温冷却媒体を使用する場合、この節減効果
はかなり大きい。
充填カラムをフィード口上方の充填部において互いに連
結し且つコンデンサを共用させた構造を持たせることに
より、コンデンサ1基が省略され、本体、クライオポン
プ、冷媒配管系統の設備費及び制御系統の設備費が節減
される。これに伴い保守点検費用も節約される。液体窒
素などの極低温冷却媒体を使用する場合、この節減効果
はかなり大きい。
【0024】また塔体2基を連結したことにより設備全
体がコンパクトになり、設置スペースが節約されると共
に、断熱工事費が節減される。低温蒸留設備において
は、保冷部分の減少と上記コンデンサ1基の節減を併せ
ると、冷熱損失の低減による省エネルギー効果はかなり
大きい。
体がコンパクトになり、設置スペースが節約されると共
に、断熱工事費が節減される。低温蒸留設備において
は、保冷部分の減少と上記コンデンサ1基の節減を併せ
ると、冷熱損失の低減による省エネルギー効果はかなり
大きい。
【0025】
【図1】 本発明に係る蒸留塔の概略断面を例示する説
明図である。
明図である。
【図2】 本発明に係る蒸留塔の制御系統を例示する説
明図である。
明図である。
【図3】 本発明に係る蒸留塔の塔頂部とコンデンサの
接合を例示する説明図である。
接合を例示する説明図である。
【図4】 本発明に係る蒸留塔の作用を説明する線図で
ある。
ある。
1 第1充填カラム 11 中部充填カラム 12 回収部 13 濃縮部 14 冷却部 15 管形塔頂部 2 第2充填カラム 22 回収部 23 濃縮部 24 冷却部 25 管形塔頂部 3 コンデンサ 31 管板 4 蒸気通路 41 オリフィス 51、52 リボイラ 511、521 塔底抜出し部 512、522 流量調節弁 513、523 液面制御器 514、524 流量制御器 6 フィードノズル 61 フィード量制御器 62 フィード量調節弁 71、72 塔頂抜出し部 711、721 流量調節弁 712、722 圧力制御器 A 冷却媒体 Aa 廃冷却媒体 B 塔底抜出し液(高沸点成分) E 塔底抜出し液(精製品) F フィード(蒸留原料) G1、G2 塔頂抜出しガス(不凝縮性成分)
フロントページの続き Fターム(参考) 4D076 AA15 AA22 AA24 BB04 BB27 BC25 CA02 CA19 CB03 CB12 CB13 CC12 DA02 EA02Y EA03Y EA04Y EA14Y EA15Y EA16Y EA20X FA31 FA34 FA37 JA03 JA04 4H006 AA02 AA04 AD11 BD82
Claims (3)
- 【請求項1】 リボイラ付き第1充填カラムのフィード
口より上方の充填部に突設した被蒸留物通路をリボイラ
付き第2充填カラムのフィード口へ接続することにより
前記並列した2本の充填カラムを互いに連結し、且つ該
各充填カラムの頂部が1基のコンデンサの伝熱面を形成
するように前記各頂部を該コンデンサのシェル内に挿設
してなることを特徴とする複数充填カラム型蒸留塔。 - 【請求項2】 前記コンデンサのシェル内に挿入する前
記各カラム頂部は、空塔を複数伝熱管の形状に形成して
なる塔頂部である請求項1記載の複数充填カラム型蒸留
塔 - 【請求項3】前記請求項1または2記載の複数充填カラ
ム型蒸留塔を用いて、天然ガスから得られた粗メタンを
精密蒸留することを特徴とする高純度メタンの製造方
法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP36459499A JP2001179002A (ja) | 1999-12-22 | 1999-12-22 | 複数充填カラム型蒸留塔及びこれを用いた高純度メタン製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP36459499A JP2001179002A (ja) | 1999-12-22 | 1999-12-22 | 複数充填カラム型蒸留塔及びこれを用いた高純度メタン製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001179002A true JP2001179002A (ja) | 2001-07-03 |
Family
ID=18482200
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP36459499A Pending JP2001179002A (ja) | 1999-12-22 | 1999-12-22 | 複数充填カラム型蒸留塔及びこれを用いた高純度メタン製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001179002A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN100353129C (zh) * | 2006-03-06 | 2007-12-05 | 浙江大学 | 紧凑型套管式填料塔 |
JP2012110825A (ja) * | 2010-11-24 | 2012-06-14 | Matsui Machine Ltd | 蒸留塔及びその組立方法 |
-
1999
- 1999-12-22 JP JP36459499A patent/JP2001179002A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN100353129C (zh) * | 2006-03-06 | 2007-12-05 | 浙江大学 | 紧凑型套管式填料塔 |
JP2012110825A (ja) * | 2010-11-24 | 2012-06-14 | Matsui Machine Ltd | 蒸留塔及びその組立方法 |
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