JPS60500381A - 水素含有ガスから軽炭化水素を回収する装置及び方法 - 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】 水素含有ガスから軽炭化水素 を回収する装置及び方法 本発明は水素含有ガスからの軽炭化水素の回収を増強する装置及び方法に関する 。更に詳しくは、本発明はエチレン及び水素の回収を増加させ、及び分解された 軽炭化水素ガスから回収される水素の純度を改良する装置及び方法に関する。

エチレン製造用の熱分解ユニットまたは類似のユニットは分解ガスを生成し、こ れは　１段または多段で凝縮される。各段は塔頂蒸気及び液体留分を作る。塔頂 蒸気は次の段に向い、他方液体留分は他の操作ユニットに誘導される。例えば、 液体留分は多段供給脱メタン塔に導入され、高割合のエチレンを含む液体及び高 割合のメタンと少量のエチレンを含む塔頂蒸気を生成する。

分別凝縮の最終段からの塔頂蒸気は水素とメタンに富み且つ相当量のエチレンを 含有する。この分別凝縮の最終段からの塔頂蒸気はこのシステムの他の部分また は関連する他のシステムを冷却するために使用されていた。別の適用では、分別 凝縮の最終段からの塔頂蒸気はその主成分である水とメタンに更に分離されてい た。塔頂蒸気のこれらの任意の処理はいずれも、例えば米国特許第４，００２， ０４２号に述べられている。

上記のタイプの従来技術はいくつかの面で不十分であった。第一に、分別凝縮の 最終段からの塔頂蒸気に含まれるエチレンは実際上は役に立たず、従って全シス テムによるエチレンの回収は所望量よりも少ない。

第二に、分別凝縮の最終段からの塔頂蒸気中のエチレンは後続の分離システムに より得られる水素の純度に影響する。純粋な水素を得るためには一層複雑で操作 経費の掛る装置を必要とする。加えて、あるシステムにおいては、純粋な水素を 与える工程では水素の収量が低くなる。

の　示 従来の水素分解及び分別凝縮システムの欠点にかんがみ、本発明の目的はエチレ ンの回収量を増加させる装置及び方法を提供することである。

本発明の他の目的は水素分解システムからの水素の回収量を増加できる装置及び 方法を提供することである。

本発明の他の目的は水素分解システムから高純度の水素を得ることのできる装置 及び方法を提供することである。

本発明の更に別の目的は分別凝縮機の塔頂蒸気から得られる膨張作用を有効に利 用できる装置及び方法を提供することである。

本発明は多段で分別凝縮される分解ガスに特に有効である。更に、本発明は、分 解エタンから誘導されるようなメタンに対して高割合の水素を有する分解ガスに 特に有効である。例えば、これらの分解ガスはエチｌ／ンを製造する熱分解ユニ ットから誘導される。

このタイプのシステムにおいて、分解ガスは多段で分別凝縮され、各段からの液 体留分は通常の多段供給脱メタン塔に供給される。各段の塔頂蒸気は次の段に供 給されて、最終段で水素とメタンに富み相当量のエチレンを含む塔頂蒸気が得ら れる。

本発明はエチレン及び水素の回収を増加させ、水素の純度を改善する。高圧で低 温のガスから得られる膨張作用及び系に存在する液体により、エチレン及び水素 のかかる回収が達成される。更に詳しくは１分別蒸留の最終段からの水素に富む 蒸気は精留塔に向かい、イ、こで残留エチ１／ンが回収される。精留塔からの残 余ガスの一部により精留塔は還流される。この還流は精留塔からの残余ガスの他 の一部の膨張により冷却される。

この還流を達成する為に、水素、メタン及び少量のエチレンを含有する塔頂留分 は精留塔から導出され、多段にて冷却される。最終段では、純粋メタンの凝縮物 及び本質的に水素からなる塔頂流が形成される。水素流及びメタン流とも膨張さ れ、精留塔の塔頂蒸気との熱交換機を通過することにより、精留塔からの塔頂流 の一部な還流として使用することが可能になる。この還流により、精留塔からの 塔頂流中のエチレン量を低くし、精留塔の塔底生成物中のエチレン量を増加させ る。この斬新な装置及び方法の結果として、水素及びエチレンの回収が実質的に 増加する。更に、生成された水素の純度は従来の装置及び方法で得られた水素よ りも著しく高い。

この装置及び方法は精留塔に向う脱メタン塔からの塔頂流に適用することも出来 る。その結果、精留塔は低圧で操作でき、脱メタン塔の効率が改良される。

面　の　単　な　雪 第１図は本発明の装置を示す概略図である。

第２図は脱メタン塔の塔頂蒸気が精留塔に向う実施例の装置の概略図である。

ましいＬＭの・　な。

第１図の装置は分解ガスからのエチレンの回収量を増加させるためのものである 。前記したように、この装置はエチレンの分解から得られるガスのようなメタン に対して水素の割合が高い分解ガスに特に有効である。

第１図の装置は分別凝縮系１０、脱メタン塔１２、精留塔１４、冷却系１６及び 製品ガス系１８を含む。分別凝縮系ｌＯは熱分解からの分解ガスを多段で分別的 に濃縮する系である０分別凝縮系１０の各段では液体留分が得られて系外に向い 、系１０の最終段では水素富化蒸気が得られやはり系１０外に向う。分別凝縮系 １０からの液体留分は全て脱メタン塔１２に導入される。液体留分は脱メタン塔 で処理されて、エチレンのような所望の軽炭化水素が回収される。

分別凝縮系１０の最終段からの水素富化蒸気は精留塔１４に導入される。精留塔 １４は冷却系１６で凝縮され分離された精留塔１４からのガスの一部により還流 される。

精留塔１４内での還流により実質的にエチレンに富む塔底生成物が得られ、脱メ タン塔１２に供給される。還流として使用されなかった精留塔１４の塔頂蒸気の 一部は冷却系１６でメタンと水素に実質的に分離される。水素とメタンは冷却系 １６で膨張されることにより、精留塔１４での還流に必要な冷却を提供する。精 留塔１４からの塔頂蒸気の分離により冷却系１６で得られる水素とメタンは鎖糸 １６から製品ガス系１８に向かい、他の化学方法に使用されるかまたは燃料とし て使用される。

第１図の分別凝縮系１０について更に詳しく説明すると、熱分解ユニット（図示 せず）からの分解ガスは分−ガスライ：７２０を経て分別凝縮系１０の第１段２ ２に供給される。第１段２２からの液体留分は塔底生成物として第１液体留分ラ イン２４を経て脱メタン塔１２に供給される。エタンを分解してエチレンを製造 する系においては、第１段２２の液体留分は約−２５”Ｆ”〜−３５°Ｆの温度 にて第１液体留分ライン２４を経て脱メタン塔１２に供給される。

第１段２２の塔頂蒸気は第１段蒸気ライン２６を経て分別凝縮系１０の第２段２ ８に供給される。第１段２２と同様に、第２段２日の液体留分は第２液体ライン ３ｏを経て脱メタン塔１２に入る。ライン３ｏから脱メタン塔１２に供給された 液体留分は第２段２２からの液体留分よりも低い温度である。液体ライン３ｏを 経て脱メタン塔１２に向う液体留分の温度は約−８９’Ｆである。

分別凝縮系１０の第２段２８の塔頂蒸気は第２蒸気ライン３２を経て最終段３４ に向う。最終段３４の液体留分は最終液体ライン３６を経て脱メタン塔１２に向 い、約−１４４’Ｆの温度で脱メタン塔１２に入る０分別凝縮系１ｏの最終段３ ４の圧力は約４１８　ｐｓｉａである。

分別凝縮系１０の最終段３４の塔頂蒸気は最終段蒸気ライン３８を経て最終段熱 交換機４ｏに供給される。この最終段３４からの蒸気は水素とメタンに富み、相 当量のエチレンを含む。最終段熱交換機４ｏは分別凝縮系１０からの蒸気の温度 を約−１４５’Ｆから約−１７５’Ｆに低下させる。

分別凝縮系１０からの冷却され一部凝縮された蒸気はその後熱交換機４０から精 留塔供給ライン４２を経て精留塔１４に導入される。

前記したように精留塔１４は分別凝縮系１ｏと接続しており、多量のメタンと水 素及び相当量のエチレンを含有する蒸気を受取る。また精留塔１４は精留塔１４ のための還流を提供する冷却系１６及び脱メタン塔１２とも接続している。塔底 生成物が脱メタン塔１２に供給されるので、精留塔１４でのエチレンの回収は還 流によって一層完全になる。還流は精留塔１４の塔頂で無駄になるエチレンを減 少させ、従って塔頂から回収される水素が純粋になる。精留塔１４の圧力は第１ 図の実施例のためには好ましくは約４５０　ｐｓｉａである。

精留塔１４の塔頂蒸気は精留蒸気ライン４４を経て冷却系１６に送られる。詳し くは、塔頂蒸気は精留蒸気ライン４４を経て膨張熱交＃！機４６に導入される。

後に詳述するように、膨張熱交換機４Ｂのための冷却は塔頂蒸気の一部の膨張に より提供される。

膨張熱交換機４６で冷却された精留塔１４からの塔頂蒸気は、冷却精留蒸気ライ ン４８を経て還流分離機５ｏに入る。還流分離機５０は還流を形成し、この還流 は還流ライン５２を通り還流ポンプ５４で精留塔１４に送られる。精留塔１４に 入った還流はエチレンに富む凝縮物を生成し、これは精留塔１４から精留塔底ラ イン５６を経て脱メタン塔１２に供給される。

冷却系１６にもどって、還流分離機５ｏでは約２５ｚのメタンを含む水素にとむ 蒸気が形成され、この水素富化蒸気は還流分離機５ｏから塔頂分離ライン５８を 経て水素／メタン熱交換機ｃｏに送られ、ここで冷却される。後述するように、 水素／メタン熱交換機６ｏのための冷却は還流分１１１４１５０から誘導された 水素富化蒸気中のメタンをまず分離し、その後膨張させることにより得られる。

この冷却された水素／メタン熱交換機６ｏからの生成物はメタン分離機供給ライ ン６２を経てメタン分離機６４に供給される。メタン分離機６４は純粋液体メタ ンの塔底生成物と約９０％水素の蒸気を生成する。純粋メタンはメタン分離機６ ４からメタンライン６６に送られテ膨張及び冷却される。メタン分離機６４から の水素冨化塔項蒸気は水素ライン６８を通る。メタン及び水素はメタン及び水素 ライン６６及び８８を経て水素／メタン熱交換機８０に導入され、前記のごとく 還流分離機５ｏの塔頂蒸気を冷却する。必要ならば、少量のコントロールされた 量の水素を弁７ｏからメタンライン８６に混入する。メタンライン６６での水素 とメタンの混合物はプラント燃料ガス圧、メタンライン６６の圧力及び要求する 水素純度等のある条件下で必要であり、水素／メタン熱交換機６０の冷却端での 適切な温度差を提供する。一方で水素及びメタンライン６６及び６８の間で熱の 交換が行なわれ、他方で還流分離機の塔頂生成物は水素及びメタンの温度が上昇 する。

水素／メタン熱交換機６ｏからメタンに富む生成物は第２メタンライン７２を経 て膨張熱交換機４６に導入され、そこでメタン富化生成物の温度は精留塔１４か らの塔頂蒸気との熱交換により上昇する。水素／メタン熱交換機６０の水素富化 生成物は第２水素ライン７４を経て膨張熱交換機４θに入り、精留塔１４の塔頂 生成物との熱交換により水素富化生成物の温度が上昇する。その後水素富化生成 物は膨張熱交換機４Ｂから第１膨張タービン供給ライン７６を経て第１Ｗ張ター ビン７８に供給される。第１膨張タービンは水素富化生成物を膨張させてその温 度を低下させる。水素富化生成物はその後、第１膨張タービン再循環ライン８０ を経て膨張熱交換機４６に戻り、精留塔１４からの塔頂蒸気と再度熱交換する。

かかる方法での熱交換によって、第１膨張タービン再循環ライン８０を経て膨張 熱交換機４６に入る水素富化生成物の温度を上昇させる。水素富化生成物は次に 第２膨張タービン供給ライン８２を経て第２Ｗ張タービン８４に導入され、水素 富化生成物は再度膨張されて低温になる。膨張され冷却された水素富化生成物は 第２膨張タービン再循環ライン８８を経て膨張熱交換機４６に供給されて精留塔 １４からの塔頂蒸気と更に熱交換する。この膨張熱交換機４６での複数熱交換は 精留塔１４からの塔頂蒸気を冷却し及び部分的に凝縮し、従って凝縮部分を還流 分離機５０で分離できる。

膨張熱交換機４６からのメタン及び水素に富む各生成物は第３水素及びメタンラ イン８８及び９ｏを経て最終熱交換機４０に導入され、分別凝縮系１ｏから精留 塔１４に向う蒸気生成物の温度を減少させる。最終熱交換機４０を出た水素及び メタンに富む蒸気生成物はそれぞれ水素及びメタン生成物ガスライン９２及び９ ４を経て生成物ガス系１８に向う。生成物ガス糸１８で取られる方法は全体操作 の必要性により変化する。しかし、典型的には、水素及びメタン富化生成物とも に有用な冷却目的のために熱交換ユニット９Ｇで示したような熱交換機に導入さ れる。水素富化生成物は典型的にはその後圧縮タービン９６及び１００で圧縮さ れる。この圧縮タービン８８及び１００は膨張タービン７８及び８４により運転 できる。

脱メタン塔１２に話を戻すと、精留塔１４のエチレン富化塔底生成物が精留塔底 ライン５６を経て脱メタン塔１２に供給される。実質的に水素及びメタンに富む 脱メタン塔１２の塔頂生成物は脱メタン塔塔頂ラインＩＨを経て脱メタン塔１２ から還流ドラム１０８に供給される。好ましくは、脱メタン塔１２の塔頂生成物 は亀−冷却剤との熱交換関係を通過する。還流ドラムからの還流は脱メタン塔還 流ライン１１０を経て脱メタン塔１２に戻る。

還流ドラム１０８の塔頂蒸気はティルガスとなり、別の処理に向けられるか、後 述するように更にエチレンを回収するために精留塔１４に供給され得る。

第２図においては、上記のシステムに脱メタン塔からの塔頂蒸気中のエチレンを 回収するための変更を加えた。特に、還流ドラム１０８の塔頂蒸気はライン１１ ２を経て熱交換機１０２に送られ、ここで精留塔塔底ライン５Ｂから送られてく る精留塔１４のエチレンに富む塔底生成物との熱交換により約−１５１’Ｆに冷 却される。この熱交換によって、チレンに富む塔底生成物は温度が約−１５２° Ｆに上昇し、脱メタン塔供給ライン１０４を経て脱メタン塔１２に供給される。

還流ドラム１０８からの冷却された塔頂蒸気は第２精留塔供給ライン１１４から 精留塔１４に供給されて、残留エチレンが回収される。第２図に示したシステム はエチレンの回収を増強でき、及び精留塔１４の操作が第１図のシステムで必要 な約４５０ｐｓｉａに対し約３９２　ｐｓｉａで可能である。

約７０＄（ＬＶ）のエタン及び３０％（ＬＶ）のプロパンの混合物の時間当り２ ５０．Ｏ’ＯＯボンドの供給原料を分解するための熱分解ユニットと組合せた第 ２図記載のシステムの操作により、日当り約１７０ミリオン立方フイートの分解 排出物が分別凝縮系ｌＯに供給される。この分解排出物は温度が、約５５”Ｆで あって、はぼ以下の組成を有する； モル２ 水素　３０ メタン　１２ エチレン　３３ エタン　２０ 分別凝縮系１０の最終段３４からの塔頂蒸気は日当り約６４ミリオン立方フイー トの速度で分別凝縮系ｉｏを出る。この分別凝縮系１０からの塔頂蒸気は約−１ ４４”Ｆであり、はぼ以下の組成を有する： 分別凝縮系１０の塔頂蒸気は精留塔１４に供給される。

精留塔１４はまた第２図に関して記載したシステムでは脱メタン塔１２の塔頂蒸 気を受けいれる。脱メタン塔１２の塔頂蒸気は日当り約１２ミリオン立方フイー トの速度で精留塔１４に流入する。脱メタン塔１２からの塔頂蒸気は約−５１５ °Ｆの温度で精留塔１４の入り、はぼ以下の組成水素　１６ メタン　８１ エチレン　３ 」二記の条件下で、精留塔１４は約３９２　ｐｓｉａで操作される。精留塔１４ は日当り約８０ミリオン立方フイートの速度及び約−２０３°Ｆの温度の塔頂蒸 気を生成する。精留塔１４からの塔頂蒸気は以下の組成を有する：モル２ 水素　６５ 膨張熱交換機４５で精留塔１４からの塔頂蒸気を冷却するためには約３，０７０ ，０ＯＯＢＴＵ／ｈｒ、の膨張仕事の消費が必要であり、この塔頂蒸気は約−２ １２°Ｆに冷却される。精留塔１４からの塔頂蒸気の膨張熱交換機４５での冷却 は塔頂蒸気の一部を凝縮する。精留塔１４からの部分的に凝縮された塔頂蒸気の 凝縮部分は還流分離機５０で分離され、約７８　ＧＰＭの速度及び以下の組成を 有する還流凝縮物が得られる： 精留塔１４の塔頂蒸気の凝縮されなかった部分は還流分離機５０から塔頂生成物 として流出する。この還澄分ノラζ 敵機５０の塔頂生成物は日当り約７１ミクロン立方フィートの速度で流れ、約７ ５１の水素と約２５％のメタンからなる組成を有する。水素／メタン熱交換機６ ０においてこの水素に富む蒸気を約−２４５°Ｆに冷却するためには約Ｅｔ、４ ４０，０ＯＯＢＴＵ／ｈｒ、を必要とする。前記したように、水素ライン６８は 約８０モル２の水素を含むガスを搬送する。このガスの一部は弁７０を通り純粋 メタンと混合される。得られた混合物は約ＩＯないし１５モル２の水素を含む。

膨張熱交換機４６用の冷却を提供するために膨張タービン７８及び８４を通過す る水素の複数再循環は膨張タービン７８及び８４において合計で約８９０）ＩＰ を要する。

この装置の一部は日当り約５４ミリオン立方フイートの速度で、−２０７’Ｆ及 び１３０　ｐｓｉａで水素に富む生成物を与える。このガスはほぼ以下の組成を 有する：モル２ 水素　９０ 膨張熱交換機４５からのメタンに富むガスは日当り約１７ミリオン立方フイート の速度、約−２０７°Ｆの温度及び１３０　ｐｓｉａで流れる。このメタンに富 むガスは以下の組成を有する： 矛 精留塔１４は日当り約１５．０（１０ポンドの速度及び約−１８７°Ｆの温度で 精留塔１４から流出するエチレンに富む塔底生成物を生成する。精留塔１４から のこの塔底生成物はほぼ以下の組成を有する： エタン　９ 竹表昭６Ｏ−ｒ００３８１　（６） ＦＩＧ、　２ 国際調査報告

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．軽炭化水素含有ガスから軽炭化水素を回収するための装置において： （ａ）軽炭化水素含有ガスのガス源； （ｂ）該軽度化水素含有ガスのガス源と連絡し及び塔頂ラインを有する精留塔； （Ｃ）該精留塔と連絡する冷却系；この冷却系は、前記精留塔と連絡して精留塔 の塔頂蒸気を冷却し及び部分的に凝縮する熱交換手段、及び該熱交換手段と連絡 して前記塔頂蒸気の非凝縮部分を膨張させてこれを冷却用に前記熱交換手段に再 循環する膨張手段を含み；及び、 （ｄ）該熱交換手段及び前記精留塔と連絡し、熱交換手段からの部分的に凝縮さ れた塔頂蒸気の凝縮部分を還流のために精留塔に導く還流手段；を含み、精留塔 の塔底生成物として軽炭化水素に富む生成物を得ることを特徴とする上記装置。 ２、前記精留塔と連絡し、その軽炭化水素に富む塔底生成物から軽炭化水素を回 収する脱メタン塔を更に含む、請求の範囲第１項の装置。 ３、該脱メタン塔は軽炭化水素含有塔頂上記を脱メタン塔から精留塔に供給する ために、該精留塔と連絡する塔頂ラインを含み、これにより脱メタン塔からの塔 頂蒸気中の軽炭化水素が精留塔で回収されることを特ノア 徴とする、請求の範囲第２項の装置。 ４、前記軽炭化水素含有ガス源は分別凝縮系と連絡した熱分解ユニットであり、 該分別凝集系は熱分解ユニットからの分解流出物を分離し、軽炭化水素を含む塔 頂蒸気生成物を生成し、これを前記精留塔に供給することを特徴とする請求の範 囲第１項の装置。 ５、分別凝縮系と精留塔に連絡した脱メタン塔を更に含み、該精留塔及び該分別 凝縮系からの塔底生成物を該脱メタン塔に供給し、脱メタン塔からの塔頂生成物 を軽炭化水素の回収のために精留塔に供給することを特徴とする請求の範囲第４ 項の装置。 ６、軽炭化水素がエチレンであることを特徴とする請求の範囲第１項の装置。 ７、前記精留塔の塔頂ラインに向う塔頂蒸気は水素、メタン及びエチレンを含む ことを特徴とする請求の範囲第６項の装置。 ８、前記軽炭化水素含有ガスは分解エタンの蒸気留分であることを特徴とする請 求の範囲第１項の装置。 ９、ガスから軽炭化水素を回収する方法において、（ａ）軽炭化水素含有ガスの 流れを供給し；（ｂ）該流れを精留塔に導入し； （Ｃ）該精留塔から塔頂蒸気を取り出し；（ｄ）該塔頂蒸気を熱交換機に導入し ；（ｅ）該熱交換機で塔頂蒸気を冷却及び部分的に凝縮ノ３ し； （ｆ）塔頂蒸気の非凝縮部分を膨張させ及び熱交換機に再循環させ； （ｇ）塔頂蒸気の凝縮部分を精留塔に還流させ；及び（ｈ）該精留塔からの塔底 生成物として軽炭化水素を回収する； 各工程を含む上記方法。 １０、上記各工程に、 （ａ）上記精留塔からの塔底生成物を脱メタン塔に供給し； （ｂ）該精留塔からの塔底生成物を脱メタン塔で処理して残留軽炭化水素を含む 塔頂上記を生成し：及び、（ｃ）脱メタン塔からの塔頂上記を精留塔に供給して 残留軽炭化水素を回収する； 各工程を更に含むことを特徴とする請求の範囲第９項の方法。 １１、軽炭化水素がエチレンであることを特徴とする請求の範囲第１θ項の方法 。 １２、軽炭化水素含有ガスは （ａ）ガスの分解： （ｂ）分解ガスをの分別凝縮して軽炭化水素含有ガスの蒸気留分を形成する； ことにより提供される、請求の範囲第９項の方法。 １３、分解されるガスはエタンである、請求の範囲第７３　ｇ８表昭６Ｏ−５０ ０３８１（２）１２項の方法。 １４、精留塔からの塔頂蒸気の非凝縮部分は水素及びメタンを含む、請求の範囲 第９項の方法。 １５６上記各工程に （ａ）熱交換機からの精留塔塔頂蒸気の非凝縮部分の少なくとも一部を膨張ター ビンに導入し；。 （ｂ）該膨張タービンで該非凝縮部分の一部を膨張させ；及び （Ｃ）該膨張タービンからの膨張された部分を熱交換機に再循環する： 各工程を更に含む、請求の範囲第９項の方法。