JPH04250801A - 蒸留方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、蒸留分離を行うための
方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、一般に知られている蒸留システム
は、濃縮部及び回収部を有する蒸留塔を備え、この蒸留
塔の上部にある蒸気をコンデンサで再凝縮させるととも
に、下部にある液をリボイラで再蒸発させながら、導入
された蒸気の蒸留が進められるようになっている。

【０００３】さらに近年は、上記コンデンサおよびリボ
イラの熱負荷を軽減するために、図５に示されるような
濃縮塔９０及び回収塔９３の２つの濃縮塔を備えた蒸留
装置が提案されるに至っている。

【０００４】図において、フィード蒸気は濃縮塔９０の
下部に導入され、この濃縮塔９０内を上昇する間にその
一部が回収塔９３と熱交換して冷却液化され、残部は塔
頂のコンデンサ９１で液化される。その一部は留出物と
して取り出され、残りは還流液として濃縮塔９０に戻る
。この濃縮塔９０の底液は、減圧された後に回収塔９３
の頂部に供給される。この液は、回収塔９３を下降する
うちに濃縮塔９０と熱交換して一部が蒸発し、また一部
は塔底のリボイラ９４で蒸発し、残りは缶出物として抜
き出される。また、塔頂部の蒸気は圧縮器９５で圧縮さ
れた後、還流液として濃縮塔９０の下部に供給される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記図５に示される装
置では、濃縮塔９０と回収塔９３との内部熱交換の分だ
けコンデンサ９１及びリボイラ９４の熱負荷が低減され
るものの、これらの熱源は依然として蒸留系外部から与
えられているので、その熱負荷が無視できないほどの量
であることに変りはなく、より一層の削減が課題となっ
ている。

【０００６】さらに、上記圧縮器９５で蒸気を圧縮する
際にも高品位のエネルギを必要としており、この圧縮蒸
気量を削減することができれば、経済性はより高まるこ
ととなる。

【０００７】本発明は、このような事情に鑑み、コンデ
ンサ及びリボイラの熱負荷を蒸留系内の熱で賄うことが
でき、さらに好ましくは、回収部から濃縮部へ送られる
蒸気の圧縮負荷を大幅に削減することができる蒸留方法
及び装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、フィード蒸気
を濃縮部の下部に導入し、この蒸気を濃縮部内で上昇さ
せ、かつこの濃縮部の上部にある蒸気をコンデンサで凝
縮させて濃縮部内を下降させるとともに、この濃縮部の
下部にある液を減圧状態で回収部の上部に導入してこの
回収部内で下降させ、この回収部の下部から缶出液を抽
出し、かつこの回収部の下部にある液をリボイラで蒸発
させ、さらに、この回収部の上部にある蒸気を加圧して
上記濃縮部の下部に導入するようにした蒸留方法におい
て、上記フィード蒸気を気液分離し、分離した蒸気を上
記濃縮部の下部に導入するとともに、分離した液を減圧
状態で上記コンデンサに導入し、ここで蒸発させた後に
上記回収部の上部に導入する一方、上記濃縮部の下部に
ある蒸気を上記リボイラに導入し、ここで液化させた後
に上記回収部の上部に導入するものである（請求項１）
。

【０００９】ここで、上記濃縮部と回収部とは互いに熱
交換を行わせることがより好ましい（請求項２）。また
、上記濃縮部から液を抽出して上記回収部の頂部に導入
するとともに、この回収部の頂部から蒸気を排出させる
ことによって、後述のようなより優れた効果を得ること
ができる（請求項３）。

【００１０】また、上記方法を実現するための装置とし
ては、濃縮部及び回収部（互いに熱交換を行うものであ
ればより好ましい）と、上記濃縮部の下部にフィード蒸
気を導入するための導入部と、上記濃縮部の上部にある
蒸気を凝縮させるコンデンサと、この濃縮部の底部にあ
る液を減圧状態で上記回収部の上部に導入するための第
１の還流通路と、上記回収部の底部から缶出液を回収す
るための回収部と、上記回収部の底部にある液を蒸発さ
せるリボイラと、上記回収部の上部にある蒸気を上記濃
縮部の下部に加圧状態で導入するための第２の還流通路
とを備えた蒸留装置において、上記フィード蒸気を気液
分離する分離手段と、分離された蒸気を上記濃縮部の下
部に導入するための導入通路と、分離された液を減圧状
態で上記コンデンサに導入し、ここで蒸発させて上記回
収部の上部に導入するためのコンデンサ冷却通路と、上
記濃縮部の下部にある蒸気を上記リボイラに導入し、こ
こで液化させて上記回収部の上部に導入するためのリボ
イラ加熱通路とを備えたもの（請求項４）、さらには、
上記濃縮部内の液を抽出して上記回収部の頂部に導入す
るための液移送通路と、上記回収部の頂部から蒸気を排
出するための排出通路とを備えたもの（請求項６）が好
適である。

【００１１】

【作用】上記構成によれば、フィード蒸気から分離され
た液がコンデンサに導入され、ここで蒸発することによ
り、その蒸発潜熱でコンデンサの冷却が行われる。一方
、この濃縮部の下部にある蒸気が上記リボイラに導入さ
れ、ここで液化されることにより、その凝縮潜熱でリボ
イラが加熱される。すなわち、コンデンサ及びリボイラ
の熱源は装置内の熱で賄われることになる。

【００１２】さらに、上記濃縮部と回収部との間で熱交
換を行わせることにより、この熱交換の分だけ熱負荷は
さらに低減されることとなる。

【００１３】また、上記濃縮部から液を抽出して上記回
収部の頂部に導入するとともに、上記回収部の頂部から
蒸気を排出するようにすれば、コンデンサの下流側から
蒸気を排出させる場合に比べ、回収部頂部から濃縮部下
部に蒸気を圧送する量が削減される。

【００１４】

【実施例】図１は、本発明方法を実施するための装置の
一例を示したものである。

【００１５】この装置は、缶出液蒸発器１０、気液分離
器（分離手段）１２、濃縮塔１６、および回収塔２８を
備えており、濃縮塔１６の上部にはコンデンサ２０が設
けられるとともに、回収塔２８の下部にはリボイラ３５
が設けられ、上記両塔１６，２８は熱交換部３０を介し
て互いに熱交換（内部熱交換）を行うように構成されて
いる。

【００１６】この装置において、フィード蒸気は缶出液
蒸発器１０に送られ、その一部は後述の缶出液の蒸発に
伴い液化される。残部は気液分離器１２で気液分離され
、蒸気は導入通路１４を通じて濃縮塔１６の底部に供給
される。この蒸気は、回収塔２８と熱交換しながら濃縮
塔１６内を上昇し、留出留分としてコンデンサ２０に送
り込まれる。

【００１７】一方、上記気液分離器１２で分離された液
はコンデンサ冷却通路１７に入り、減圧状態でコンデン
サ２０に導入され、ここで上記留出留分と熱交換するこ
とにより、この液が蒸発して回収塔２８の上部に導入さ
れるとともに、上記留出留分が凝縮される。この凝縮分
は還流液として濃縮塔１６の頂部に戻され、残部の蒸気
は留出物として排出通路２４を介して装置外部に取り出
される。

【００１８】上記濃縮塔１６の底部にある液ＦＷＥは、
第１の還流通路２７を通じて回収塔２８の上部に導入さ
れ、さらに、上記コンデンサ冷却通路１７を通って蒸発
した蒸気、及びコンデンサ２０をバイパスするバイパス
通路２６を通る液も回収塔２８の上部に導入される。

【００１９】この回収塔２８の上部に導入された蒸気は
、塔内を下降するうちに濃縮塔１６と熱交換し、液の一
部は蒸発し、塔底からは缶出液Ｆｗが回収通路３２を通
じて缶出液蒸発器１０内に導入され、ここで蒸発して缶
出留分として回収される。

【００２０】回収塔２８の底部の残りの液は、通路３４
を通じてリボイラ３５に導入される。一方、このリボイ
ラ３５には、上記濃縮塔１６の下部の蒸気がリボイラ加
熱通路３８を通じて導入されるようになっており、この
蒸気と上記液とがリボイラ３５で熱交換することにより
、上記液が蒸発し、通路３６を通じて回収塔２８内に戻
されるとともに、上記蒸気はリボイラ３４で凝縮され、
上記濃縮塔底液ＦＷＥとともに回収塔２８の頂部に導入
される。

【００２１】この回収塔２８の頂部にある蒸気ＦＲ　は
、ヒートポンプ２９で圧縮された後、第２の還流通路３
１を通じてフィード蒸気とともに濃縮塔１８の下部に供
給される。

【００２２】以上のように、この方法及び装置では、気
液分離器１２で分離した液をコンデンサ２０に送りこみ
、その蒸発潜熱でコンデンサ２０を冷却するとともに、
濃縮塔１６の下部の蒸気をリボイラ３５に送りこみ、そ
の凝縮潜熱でリボイラ３５を加熱するようにしているの
で、特別な熱源を系外に求めることなく、系内の熱によ
ってコンデンサ２０及びリボイラ３５の熱負荷を賄うこ
とができる。また、コンデンサ２０の温度調節は、この
コンデンサ２０をバイパスする液の流量、すなわち上記
バイパス通路２６の流量を調節することによって容易に
実行することができる。

【００２３】次に、第２実施例を図２に基づいて説明す
る。

【００２４】上記第１実施例では、コンデンサ２０の出
口から蒸気を留出物として排出させるようにしているが
、この実施例では、上記回収塔２８の上部において蒸気
の抽出位置よりも上方の部分に蒸発部４２を設けるとと
もに、上記濃縮塔１６の上部の液を液移送通路４４を通
じて上記蒸発部４２の頂部に導入し、この蒸発部４２の
頂部から排出通路２４を通じて残部の蒸気ＦＤを排出さ
せるようにしている。また、第２の還流通路３１にはヒ
ートポンプ２９及びアフタクーラ４６を直列に配すると
ともに、これらの上流側通路と下流側通路とを熱交換器
４８を介して相互熱交換させるようにしている。

【００２５】このような方法及び装置によれば、図１に
示されるようにコンデンサ２０の出口から蒸気を排出さ
せる場合に比べ、第２の還流通路３１を通じて蒸気を還
流させる量、すなわちヒートポンプ２９による蒸気の必
要圧縮量が削減され、これによって装置全体の圧縮所要
エネルギを削減することができる。

【００２６】図３は、前記図１及び図２に示される装置
におけるフィードの軽質留分濃度とヒートポンプ流量と
の関係を窒素−酸素の２成分系について求めたものを示
したグラフである。図中、破線６０は、図１に示される
装置について理論式により求められた関係を示し、実線
６２は、図２に示される装置について理論式により求め
られた関係を示しており、実線６４は、図２に示される
装置についてコンピュータシュミレーションにより求め
られた関係を示している。この図からわかるように、い
ずれの装置においても、軽質留分濃度の増加に伴ってヒ
ートポンプ流量は減少するが、図２の装置は図１の装置
に比してヒートポンプ流量の減少はより顕著であり、よ
り少ないエネルギで蒸留を行えることが伺える。

【００２７】また図４は、図１の装置及び図２の装置に
おいて互いに等しい圧力下で操作したときの、図１の装
置における消費エネルギＥ１に対する図２の装置におけ
る消費エネルギＥ２の比Ｅ２／Ｅ１、及び図１の装置に
おける圧縮所要エネルギＬ１に対する図２の装置におけ
る圧縮所要エネルギＬ２の比Ｌ２／Ｌ１をそれぞれ破線
６６及び実線６８で示したものである。この図から明ら
かなように、軽質留分濃度が２０％〜８０％の範囲では
、両装置の消費エネルギ比Ｅ２／Ｅ１がほとんど１、す
なわち両所要エネルギＥ２，Ｅ１がほとんど等しいのに
対し、圧縮所要エネルギ比Ｌ２／Ｌ１は軽質留分濃度の
増加に伴って著しく減少している。これは、軽質留分濃
度が高くなるほど、図２の装置がエネルギを蒸気圧縮に
費やす割合が小さくなり、その分、エネルギが分離に効
率よく用いられていることを示している。

【００２８】このような結果が得られることは、両装置
において排出される蒸気ＦＤのエネルギを比べることに
よっても予測し得るものである。すなわち、図１の装置
ではコンデンサ２０から出た比較的高圧の蒸気が排出さ
れているのに対し、図２の装置では、回収塔２８頂部の
低圧の蒸気が排出されるようになっており、両蒸気の圧
力差、すなわちエネルギ差の分がそのまま、図２の装置
において蒸留のためのエネルギとして有効に消費されて
いることが理解できる。

【００２９】なお、上記各実施例では、濃縮塔１６及び
回収塔２８との間で熱交換を行わせるものを示したが、
本発明方法及び装置では、このような熱交換を行わなく
ても従来の方法及び装置に比べて熱負荷を大幅に削減す
ることが可能である。ただし、上記熱交換を行えば熱負
荷がより低減されることはいうまでもない。

【００３０】なお、本発明において蒸留の対象となる物
質は、その種類を特に限定されず、従来の蒸留装置にお
いて蒸留が行われている種々のものについて適用するこ
とができる。

【００３１】

【発明の効果】以上のように本発明は、濃縮部及び回収
部を備え、かつ濃縮部の上部及び回収部の下部にコンデ
ンサ及びリボイラをそれぞれ配したものにおいて、上記
フィード蒸気を気液分離し、分離した蒸気を上記濃縮部
の下部に導入するとともに、分離した液を減圧状態で上
記コンデンサに通した後に上記回収部の上部に導入し、
かつ上記濃縮部の下部にある蒸気を上記リボイラに通し
た後に上記回収部の上部に導入するようにしたものであ
るので、特に外部から熱源を取り込むことなく、系内の
熱を利用して上記コンデンサの冷却及びリボイラの加熱
を極めて効率よく行うことができる効果がある。

【００３２】さらに、上記濃縮部から液を抽出して上記
回収部の頂部に導入するとともに、上記回収部の頂部か
ら蒸気を排出することにより、蒸気をより低エネルギの
状態で排出することができ、少ないエネルギで効率よく
蒸留を進めることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例における蒸留装置の全体構
成図である。

【図２】本発明の第２実施例における蒸留装置の全体構
成図である。

【図３】前記各装置におけるフィードの軽質留分濃度と
ヒートポンプ流量との関係を示すグラフである。

【図４】前記各装置におけるフィードの軽質留分濃度と
、両装置の所要エネルギ比及び消費エネルギ比との関係
を示すグラフである。

【図５】従来の蒸留装置の一例を示す全体構成図である
。

【符号の説明】

１２　　気液分離器（分離手段） １４　　導入通路 １６　　濃縮塔 １７　　コンデンサ冷却通路 ２０　　コンデンサ ２４　　排出通路 ２７　　第１の還流通路 ２８　　回収塔 ３１　　第２の還流通路 ３２　　回収通路 ３５　　リボイラ ３８　　リボイラ加熱通路 ４２　　蒸発部 ４４　　液移送通路

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　フィード蒸気を濃縮部の下部に導入し
   、この蒸気を濃縮部内で上昇させ、かつこの濃縮部の上
   部にある蒸気をコンデンサで凝縮させて濃縮部内を下降
   させるとともに、この濃縮部の下部にある液を減圧状態
   で回収部の上部に導入してこの回収部内で下降させ、こ
   の回収部の下部から缶出液を抽出し、かつこの回収部の
   下部にある液をリボイラで蒸発させ、さらに、この回収
   部の上部にある蒸気を加圧して上記濃縮部の下部に導入
   するようにした蒸留方法において、上記フィード蒸気を
   気液分離し、分離した蒸気を上記濃縮部の下部に導入す
   るとともに、分離した液を減圧状態で上記コンデンサに
   導入し、ここで蒸発させた後に上記回収部の上部に導入
   する一方、上記濃縮部の下部にある蒸気を上記リボイラ
   に導入し、ここで液化させた後に上記回収部の上部に導
   入することを特徴とする蒸留方法。
2. 【請求項２】　　請求項１記載の蒸留方法において、上
   記濃縮部と回収部との間で熱交換を行わせることを特徴
   とする蒸留方法。
3. 【請求項３】　　請求項１または２記載の蒸留方法にお
   いて、上記濃縮部から液を抽出して上記回収部の頂部に
   導入するとともに、この回収部の頂部から蒸気を排出さ
   せることを特徴とする蒸留方法。
4. 【請求項４】　　濃縮部及び回収部と、上記濃縮部の下
   部にフィード蒸気を導入するための導入部と、上記濃縮
   部の上部にある蒸気を凝縮させるコンデンサと、この濃
   縮部の底部にある液を減圧状態で上記回収部の上部に導
   入するための第１の還流通路と、上記回収部の底部から
   缶出液を回収するための回収部と、上記回収部の底部に
   ある液を蒸発させるリボイラと、上記回収部の上部にあ
   る蒸気を上記濃縮部の下部に加圧状態で導入するための
   第２の還流通路とを備えた蒸留装置において、上記フィ
   ード蒸気を気液分離する分離手段と、分離された蒸気を
   上記濃縮部の下部に導入するための導入通路と、分離さ
   れた液を減圧状態で上記コンデンサに導入し、ここで蒸
   発させて上記回収部の上部に導入するためのコンデンサ
   冷却通路と、上記濃縮部の下部にある蒸気を上記リボイ
   ラに導入し、ここで液化させて上記回収部の上部に導入
   するためのリボイラ加熱通路とを備えたことを特徴とす
   る蒸留装置。
5. 【請求項５】　　請求項４記載の蒸留装置において、上
   記濃縮部と回収部とが互いに熱交換を行うように構成さ
   れていることを特徴とする蒸留装置。
6. 【請求項６】　　請求項４または５記載の蒸留装置にお
   いて、上記濃縮部内の液を抽出して上記回収部の頂部に
   導入するための液移送通路と、上記回収部の頂部から蒸
   気を排出するための排出通路とを備えたことを特徴とす
   る蒸留装置。