JP2007224204A - 蒸留塔および蒸留方法 - Google Patents

Abstract

【課題】流動接触分解装置などの蒸留塔において、塔下部のインターナルの構造を変更することなく、蒸留塔下部でのフラッディング現象を抑制して、既設の蒸留塔の処理能力を高めることができるようにする。
【解決手段】気体状の原料炭化水素を導入して精留分離する蒸留塔の塔底液の一部を抜き出し、塔下部のバッフルトレイ３の異なる高さ位置に戻す２本以上の循環配管７Ａ、７Ｂを設け、これら循環配管に流れる塔底液を冷却する冷却器８、９を設ける。循環配管の本数をＮ（Ｎは、２以上の整数である。）とし、すべての循環配管を流れる塔底液総量を１としたとき、循環配管１本当たりに流れる塔底液を０．５／Ｎ〜１．５／Ｎとし、塔底液の温度を３５０〜４００℃から１００〜２５０℃に冷却して戻す。
【選択図】図１

Description

この発明は、流動接触分解装置やエチレンプラントなどの蒸留塔に関するもので、例えば、既設の蒸留塔の処理能力を簡便に高めることができるようにしたものである。

流動接触分解装置（ＦＣＣ）は、減圧蒸留装置から得られる重質軽油などを原料として、触媒の存在下の熱分解により高オクタン価ガソリン、分解軽油、ＬＰＧなどを製造する装置であり、この流動接触分解装置には、接触分解によって生成した分解油を原料炭化水素とし、これを精留分離して高オクタン価ガソリン、分解軽油、石油ガスなどの留分に分離するための蒸留塔が設けられている。

このような蒸留塔にあっては、通常の蒸留塔と同様に、その内部には、気液接触のためのインターナルが充填されている。本発明においてインターナルとは、トレイとパッキング（充填物）とを合わせた蒸留塔内に設ける気液接触部材の総称であり、要求される性能によりその形式は多様である。
例えば、トレイにはシーブトレイ、バルブトレイ、スリットトレイ、バブルキャップトレイ、バッフルトレイ等がある。また、パッキングは規則充填物、不規則充填物に大別される。

一般的な蒸留ではトレイが多く用いられ、処理性能を上げたい場合にはパッキングが用いられる。
このようなインターナルのうち、ＦＣＣの蒸留塔下部におけるインターナルは、バッフルトレイによって構成されているものが主流である。
このバッフルトレイには、サイド−サイドトレイやディスク＆ドーナツ型トレイ等が含まれる。ディスク＆ドーナツ型トレイとは、複数の円盤状のディスクと、複数の円環状のドーナツとが間隔を配して交互に積み重ねられたもので、１枚のディスクと１枚のドーナツとが各々１段を構成し、複数段で構成される。

また、蒸留塔のバッフルトレイの下方には、原料炭化水素の導入口が設けられ、ここから原料炭化水素が温度５００℃以上の気体状態で蒸留塔内に送り込まれ、蒸留塔内を流下する還流液と気液接触して、各留分に精留分離されるようになっている。
以下、ＦＣＣ装置の下流に設けられる蒸留塔下部におけるインターナルがディスク＆ドーナツ型バッフルトレイであるとして説明するが、本発明では他のインターナルでもよく、これに限定されるものではない。

上記蒸留塔において、原料炭化水素の供給量を増加し、処理量を増加させようとすると、バッフルトレイ内での気体と液体の循環量（負荷量）が増加し、この増加に伴って、バッフルトレイ内において気体流量が著しく増加し、液体が下段に流下しないフラッディングが生じることがある。

このフラッディング現象を回避するために、蒸留塔下部のバッフルトレイをより処理能力、分離性能の高いインターナルであるパッキングなどに変更することが考えられる。
しかし、この方法では、原料炭化水素に含まれるＦＣＣ装置に起因する触媒粉などの固体不純物がパッキングに詰まった場合には、蒸留塔の運転を停止せざるを得ず、補修の手間もかかる欠点がある。

よって、本発明における課題は、蒸留塔下部のインターナルの構造を変更することなく、蒸留塔下部でのフラッディング現象を抑制して、既設の蒸留塔の処理能力を簡単に高めることができるようにすることにある。

かかる課題を解決するため、
請求項１にかかる発明は、気体状の原料炭化水素を導入して精留分離する蒸留塔であって、
この蒸留塔には、その塔底液の一部を抜き出し、塔下部の異なる高さ位置に戻す２本以上の循環配管が設けられ、これら循環配管に流れる塔底液を冷却する冷却器が設けられたことを特徴とする蒸留塔である。

請求項２にかかる発明は、蒸留塔下部が、バッフルトレイで構成されていることを特徴とする請求項１記載の蒸留塔である。

請求項３にかかる発明は、請求項１記載の蒸留塔を用いて、原料炭化水素を精留分離する蒸留方法であって、
循環配管の本数をＮ（Ｎは、２以上の整数である。）とし、すべての循環配管を流れる塔底液総量を１としたとき、循環配管１本当たりに流れる塔底液量を０．５／Ｎ〜１．５／Ｎとすることを特徴とする蒸留方法である。

請求項４にかかる発明は、請求項１記載の蒸留塔を用いて、原料炭化水素を精留分離する蒸留方法であって、
抜き出された塔底液の温度が３５０〜４００℃であり、これを１００〜２５０℃に冷却して戻すことを特徴とする蒸留方法である。

本発明によれば、塔底液の一部を２以上に分配して冷却したうえで、それぞれ異なる高さ位置に戻すことにより、蒸留塔下部のバッフルトレイなどのインターナルにおける液体負荷量および気体負荷量がともに減少し、原料炭化水素の供給量を増加しても、フラッディング現象が生じることがなくなる。

このため、例えば既存の蒸留塔の処理能力を１５〜２０％程度まで簡単に高めることができる。また、新設の蒸留塔に対しても将来的な能力増強に備えて、塔自体を大型化することなく、より大きな能力を持たせることができる。
さらに、既設の蒸留塔に対して、わずかな改造を施すだけでよいので、設備の建替が不要であり、設備費用の増大を抑えることもできる。

図１は、本発明の蒸留塔の一例を模式的に示すもので、図中符号１は、蒸留塔本体（以下、塔本体と言うことがある。）を示す。
この蒸留塔本体１は、通常の蒸留塔と同様に、その内部に気液接触手段であるパッキングなどのインターナル２が充填されている。このインターナル２のうち
塔下部におけるインターナル２は、バッフルトレイ３で構成されている。

このバッフルトレイ３は、複数枚の円盤状のディスクと、複数枚の円環状のドーナツとが間隔を配して交互に上下方向に同軸状に積み重ねられたもので、１枚のディスクと１枚のドーナツとが各々１段を構成し、本実施例では実段数が６段となっているものであって、ディスクとドーナツとの間の空間で気液接触が行われるものである。

また、蒸留塔本体１の下部のバッフルトレイ３のさらに下方の位置には、原料炭化水素を導入する導入口４が設けられており、ここから重質軽油などの原料炭化水素が温度５００℃以上の気体状で塔本体１内に送り込まれるようになっている。

さらに、塔本体１の底部には、塔底液を抜き出す抜液口５が設けられ、この抜液口５には、管６が接続され、抜液口５から重質炭化水素を主体とする温度３５０〜４００℃の塔底液が管６に抜き出されるようになっている。
また、管６の途中には、循環配管７の一端が接続され、塔底液の一部がこの循環配管７に分岐して流れるようになっている。

上記循環配管７は、途中で分岐しそれぞれ第１の循環配管７Ａ、第２の循環７Ｂとなり、塔本体１のバッフルトレイ３の異なる高さ位置に接続され、抜き出された塔底液の一部がこの高さ位置が異なる場所に戻されるようになっている。

さらに、上記第１の循環配管７Ａには第１の熱交換器８、第２の循環配管７Ｂには第２の熱交換器９が設けられ、第１の熱交換器８で冷却された塔底液の一部がバッフルトレイの中間段（本実施例では上から３段目と４段目の間）に戻され、第２の熱交換器９で冷却された塔底液の一部がバッフルトレイの上段（本実施例では上から１段目と２段目の間）に戻されるようになっている。

また、塔本体１のバッフルトレイ３の上方の位置には、重質サイクル油（ＨＣＯ）を抜き出す管１１が設けられ、ここから抜き出された重質サイクル油の一部が熱交換器１２で冷却されて、管１３から塔本体１に戻され、塔本体１内のインターナル２を流下する還流液となるようになっている。

さらに、塔本体１の中間の位置には、軽質サイクル油（ＬＣＯ）を抜き出す管１４が設けられ、ここから抜き出された軽質サイクル油の一部または全量が熱交換器１５で冷却されて、管１６から塔本体１に戻され、塔本体１内のインターナル２を流下する還流液となるようになっている。

また、塔本体１の上部の位置には、軽質サイクル油とナフサを抜き出す管１７が設けられ、ここから抜き出された軽質サイクル油およびナフサが熱交換器１８で冷却されて、管１９から塔本体１に戻され、塔本体１内のインターナル２を流下する還流液となるようになっている。

またさらに、塔本体１の頂部からは、気体が管２０から抜き出され、この気体は熱交換器２１で冷却され、気液分離器２２において、気体と液体に分離され、気体は管２３から石油ガスとして系外に送られ、液体の一部は管２４を通って塔本体１の上部に戻され、残部はＦＣＣナフサとして抜き出されるようになっている。

このように、この例の蒸留塔では、循環配管を２本設置したものであるが、これを同様にして２本以上、Ｎ（Ｎは、２以上の整数である）本設置することができる。しかし、循環配管の設置本数を１本とした場合には、原料炭化水素の処理量を増加する際に、バッフルトレイ３において、フラッディング現象が生じ、蒸留塔の運転が不能になり、処理量の増加に対応できなくなる。

本発明での循環配管の接続には、管６にそれぞれ個別に循環配管を接続する方法、管６に１本の循環配管を接続し、途中でＮ本の循環配管に分岐する方法等が考えられる。
また、循環配管に設けられる熱交換器についてはそれぞれの配管に１つずつ配置してもよく、前記したように１本の循環配管をＮ本の循環配管に分岐する場合には分岐前にまとめて１つの熱交換器を配置してもよい。

次ぎに、この蒸留塔を用いた蒸留方法を説明する。
蒸留塔本体１の導入口４から、重質軽油などの温度５００℃以上の気体状の原料炭化水素を供給する。
この原料炭化水素は、塔内に充填されたインターナル２を通って、上方に移動しつつ、インターナル２を流下する還流液と気液接触して精留され、低沸点成分が塔本体１の上部側に、高沸点成分が塔本体１の下部側に分離される。

これにより、塔底部には、温度３５０〜４００℃の重質炭化水素を主体とする塔底液が溜まる。この塔底液は、管６から抜き出され、その一部が循環配管７を経て第１の循環配管７Ａおよび２の循環配管７Ｂに送られ、それぞれ第１、第２の熱交換器８、１０で温度１００〜２５０℃に冷却されて、塔本体１のバッフルトレイ３の中間段と上段に戻される。
冷却後の塔底液の温度が１００℃未満では、過剰に冷却がなされ、２５０℃を越えると、冷却が不十分であり、いずれも通油量を増量することができないなど、十分な効果が期待されない。

この時、配管７Ａおよび配管７Ｂを流れる塔底液の総流量を１とすると、個々の配管７Ａ、７Ｂを流れる塔底液の流量は、０．５／２〜１．５／２（０．２５〜０．７５）とされる。ここでの分母の２は、配管の本数を意味し、配管の本数が２本以上であれば特に制限はないが、５本以下が好ましく、Ｎ（Ｎは、２以上の整数である）本であれば、０．５／Ｎ〜１．５／Ｎとされる。

循環配管１本当たりの流量が、０．５／Ｎ未満あるいは１．５／Ｎを越えると、特定の循環配管に流れる塔底液の流量が過大になって循環配管間における流量のかたよりが生じ、２本以上の循環配管を設けて、塔底液を分配して戻す意味がなくなり、目的とする効果を得ることができなくなる。

このような蒸留方法にあっては、バッフルトレイ３の中間段と上段との異なる位置に冷却された塔底液を個々に適切な量戻すことにより、後述の実施例で明らかなように、塔本体１下部のバッフルトレイ３における液体負荷量および気体負荷量がともに減少し、原料炭化水素の供給量を増加しても、フラッディング現象が生じることがなくなる。このため、既設の蒸留塔の処理能力を高めることができる。

この例では、塔本体１の下部を構成するインターナル２として、バッフルトレイ３を採用したものを例示したが、これ以外のインターナルを充填したものにおいても、同様に原料炭化水素の処理量の増加に対応することができる。

以下、具体例を示す。
（比較例１）
図１に示した蒸留塔を用いて蒸留を行った。塔径は２９００ｍｍである。但し、第１の循環配管７Ａおよび第１の熱交換器８を設けずに、直接第２の循環配管７Ｂを管６に接続した構造とした。

原料炭化水素の供給量は２０５００バレル／日とした。第２の循環配管７Ｂを流れる塔底液の流量を１７６９４０ｋｇ／時間とし、第２の熱交換器９での冷却温度を２３５℃として運転した。
この運転条件では、バッフルトレイ３での液体負荷量は２９０ｍ^３／時間で、気体負荷量は９．７０ｍ^３／時間であった。
この時、バッフルトレイ３でのフラッディング現象は認められなかった。

（比較例２）
比較例１において、原料炭化水素の供給量を２５０００バレル／日に増量した。第２の循環配管７Ｂを流れる塔底液の流量は２１６６６７ｋｇ／時間とし、冷却温度は比較例１と同様にした。
この運転条件では、バッフルトレイ３での液体負荷量は３５２ｍ^３／時間で、気体負荷量は１１．４ｍ^３／時間であった。
この時、塔本体１のバッフルトレイ３において、激しいフラッディング現象が認められ、蒸留処理が不可能となった。

（実施例１）
図１に示した蒸留塔を用いて蒸留を行った。すなわち、比較例１、２の構造に加え、第１の循環配管７Ａと第１の熱交換器８を設けた構造とした。
原料炭化水素の供給量は比較例２と同じ２５０００バレル／日である。
第１の循環配管７Ａを流れる塔底液の流量を５２０９３ｋｇ／時間とし、第１の熱交換器８による冷却温度を２００℃とした。

また、第２の循環配管７Ｂを流れる塔底液の流量を１３９６７０ｋｇ／時間とし、第２の熱交換器９での冷却温度を２３５℃として運転した。
この運転条件では、バッフルトレイ３での液体負荷量は２１４ｍ^３／時間で、気体負荷量は１０．３ｍ^３／時間であった。
この実施例１では、フラッディング現象は認められず、比較例１に比べて約２０％増量した処理量においても連続した蒸留運転が可能であった。

（比較例３）
比較例１と同じ構造、すなわち第２の循環配管７Ｂと第２の熱交換器９のみを設ける構造としたが、除熱量を大幅に増加した例である。
すなわち、第２の循環配管７Ｂを流れる塔底液の流量を１４２６６６ｋｇ／時間とし、第２の熱交換器９での冷却温度を１５０℃として運転した。
この運転条件では、激しいフラッディング現象が生じた。また、蒸留塔の上部から回収される製品の一部であるＬＣＯやＨＣＯの回収率が小さくなる不具合が発生し、再加熱が必要になるなど蒸留塔として満足する機能は得られなかった。

（実施例２）
前記実施例１と同じ構造で、第１の循環配管７Ａと第２の循環配管７Ｂへの通油量を変えた以外は同じ条件とした。
すなわち、第１の循環配管７Ａを流れる塔底液の流量を８８５０３ｋｇ／時間とし、冷却温度を２００℃とし、第２の循環配管を流れる塔底液の流量を１１７６７０ｋｇ／時間とし、冷却温度を２３５℃として運転した。

この運転条件では、フラッディング現象は全く見られず、連続運転が可能であった。また、バッフルトレイ３での液体負荷量は１９０ｍ^３／時間であり、気体負荷量は１０．１ｍ^３／時間であり、前記実施例１に比較して液体負荷量、気体負荷量の運転に余裕があり、より好ましい条件であることがわかる。すなわち、第１の循環配管７Ａと第２の循環配管７Ｂとの流量の配分比が一方に偏るより、均等に近い方がより好ましい条件であることがわかる。

図２は、上述の比較例１〜３および実施例１、２におけるバッフルトレイ３での液体負荷量と気体負荷量との関係を示したものである。
符号Ａは比較例１のものを、Ｂは比較例２のものを、Ｃは実施例１のものを、Ｄは実施例２のものを、Ｅは、比較例３のものを示す。

このグラフから、バッフルトレイ３でのフラッディング現象の発生を防止した運転は、液体負荷量と気体負荷量の一方のみを減少させても不可能であることがわかる。一方、液体と気体の両方の負荷量をバランス良く小さくすることができた場合（実施例１、実施例２）には、フラッディング現象の発生を防止してかつ処理量を増加させることができることがわかる。

上記表１は、上述の比較例１、２、３および実施例１、２における運転条件、運転結果等を比較して示したものである。

本発明の蒸留塔の一例を模式的に示した概略構成図である。 具体例の結果を示す図表である。

符号の説明

１・・塔本体、２・・インターナル、３・・バッフルトレイ、６・・管、７Ａ・・第１の循環配管、８・・第１の熱交換器、７Ｂ・・第２の循環配管、９・・第２の熱交換器。

Claims (4)

1. 気体状の原料炭化水素を導入して精留分離する蒸留塔であって、
   この蒸留塔には、その塔底液の一部を抜き出し、塔下部の異なる高さ位置に戻す２本以上の循環配管が設けられ、これら循環配管に流れる塔底液を冷却する冷却器が設けられたことを特徴とする蒸留塔。
2. 蒸留塔下部が、バッフルトレイで構成されていることを特徴とする請求項１記載の蒸留塔。
3. 請求項１記載の蒸留塔を用いて、原料炭化水素を精留分離する蒸留方法であって、
   循環配管の本数をＮ（Ｎは、２以上の整数である。）とし、すべての循環配管を流れる塔底液総量を１としたとき、循環配管１本当たりに流れる塔底液量を０．５／Ｎ〜１．５／Ｎとすることを特徴とする蒸留方法。
4. 請求項１記載の蒸留塔を用いて、原料炭化水素を精留分離する蒸留方法であって、
   抜き出された塔底液の温度が３５０〜４００℃であり、これを１００〜２５０℃に冷却して戻すことを特徴とする蒸留方法。
   

Images