JP4283966B2 - 統合脱エタン塔／エチレン精留塔 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プロパン及びより重質なフィードストックを加工するオレフィンプラントにおける脱エタン及びエチレン精留のための装置及び方法に関し、詳しくは、脱エタン塔とエチレン精留塔との両方を単一塔に結合させる統合塔の使用に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エタンより重質のフィードストックによって操作される熱分解炉からオレフィンを分離及び回収するための典型的な方法は、前端脱プロパン塔及び前端アセチレン水素化スキームとして知られている。典型的な前端脱プロパン塔について簡単にレビューすることは適切であろう。
【０００３】
図１の概略プロセスフローチャートに示すように、水クエンチ後に分離区分２から出発して、プロセスガス圧を大気圧の直ぐ上から約１５バール（２１０ｐｓｉａ）の圧力にまで高めるために３ステージ４、６、８の慣用的な加圧が行われる。凝縮液、即ち、炭化水素と水とは分離される。
【０００４】
次に、ガスは二酸化炭素と硫化水素との除去のために、例えば図２に示すような、慣用的２又は３ステージのアルカリ洗浄塔（ｃａｕｓｔｉｃ ｗａｓｈ ｔｏｗｅｒ）１０中で処理される。ガスは冷却され、軽度にチルされてから、乾燥器１２、１４に入る。水が完全に除去される。
【０００５】
次に、ガスは図３に見られるプロピレン冷凍交換器１６中でさらにチルされて、高圧脱プロパン塔１８に入る。高圧脱プロパン塔１８は実際には高圧で作動しないが、低圧脱プロパン塔２０も存在するのでそのように呼ばれるだけである。高圧脱プロパン塔１８は典型的には１２バール（１７０ｐｓｉａ）の圧力で作動し、低圧脱プロパン塔２０は８．５バール（１２０ｐｓｉａ）の圧力において作動する。
【０００６】
高圧脱プロパン塔１８のオーバーヘッドは通常コンプレッサー２２において３８バール（５５０ｐｓｉａ）の圧力に加圧されてから、アセチレン水素化系２４に送られる。アセチレン水素化系２４は、反応熱を除去するための中間冷却器と直列に接続した２又は３個の断熱反応器から典型的に成る。反応器流出物は冷却水交換器２６中で冷却されて、プロピレン冷凍交換器２８中で一部凝縮する。凝縮物の一部はライン３０を介して高圧脱プロパン塔１８のための還流として用いられる。残部は脱メタンストリッパー３２（図４参照）にライン３４を介して送られる。
【０００７】
高圧脱プロパン塔１８のストリッピング区分３６では、エタンとより軽質の成分のみが除去され、５６℃（１３３°Ｆ）のかなり低いボトム温度を生じる。ボトム生成物はライン３８を介して低圧脱プロパン塔２０に送られ、そこでＣ₃’ｓとＣ₄₊とに分離される。Ｃ₃はライン３０を介して高圧脱プロパン塔１８において還流として用いられ、Ｃ₄₊はライン４０を介して脱ブタン塔（図示せず）に送られる。低い操作圧力のために、脱プロパン塔１８、２０におけるボトム温度は実際に低く、即ち、５６℃（１３３°Ｆ）と７１℃（１６０°Ｆ）である。それ故、塔１８、２０又はそれらのそれぞれのリボイラー４２、４４のいずれにおいても汚染が生じない。
【０００８】
アセチレン水素化ユニット２４は高度に効率的であり、かつ選択的である。アセチレン除去は最終エチレン生成物中の１ｐｐｍ未満のアセチレン濃度を容易にもたらし、エチレン増加量はアセチレンの５０％以上になる。供給ガス中の高い水素含量のために、炭素質物質は触媒上に付着しない。触媒は再生を必要とせず、したがって、反応器２４はスペアを必要としない。グリーンオイル（ｇｒｅｅｎ ｏｉｌ）形成は取るに足らない。
【０００９】
アセチレン水素化反応器２４では、約８０％のメチル−アセチレンと２０％のプロパジエンとがプロピレンに転化される。オレフィンプラントがポリマー等級プロピレンを生成するならば、残留Ｃ₃Ｈ₄は容易にプロパン生成物に分別されることができ；アセチレン水素化反応器におけるメチル−アセチレンとプロパジエンとの高い転化率は付加的な分離Ｃ₃Ｈ₄水素化系を不要にする。
【００１０】
アセチレン水素化反応器２４の安定作動は、脱プロパン塔１８の総オーバーヘッドループと、加圧第４ステージ２２の小フローリサイクル回路とにおけるその位置によって強化される。これらの要因は反応器２４への入口におけるアセチレン濃度を減じて、炉スループットに関係なく、流量を安定化する。
【００１１】
高圧脱プロパン塔１８の還流アキュムレーター４６からの蒸気及び液体はチリング及び脱メタン区分４８に流れる（図４参照）。−３７℃（−３５°Ｆ）において形成された液体プラス凝縮物はそれぞれのライン３４と５０を介して脱メタン塔ストリッパー３２に送られる。脱メタン塔ストリッパー３２からのオーバーヘッド蒸気と、低温において形成された液体とはそれぞれのライン５４と５６を介して主脱メタン塔５２に送られる。塔５２は、凝縮するプロピレン冷媒を用いるリボイラー５８によって、リボイルされ、還流は熱交換器６０内で低温エチレン冷媒によって凝縮される。
【００１２】
ある程度の熱交換（図示せず）後に２つの脱メタン塔３２、５２の各ボトム生成物６２、６４は先行技術脱エタン塔６６に入る。塔６６は２つの供給流中に含有されるエチレンの約４０％を高純度生成物として回収する。エチレンの６０％と総てのエタンは側流６８として塔６６を出て、低圧エチレン精留塔７０に進む。脱エタン塔６６はリボイラー７４によってクエンチ水を用いてリボイルされ、還流は交換器７６中で−４０℃プロピレン冷媒によって凝縮される。脱エタン塔６６のボトム生成物７２はプロピレン、プロパン及び残留Ｃ₃Ｈ₄を含有する流れである。これは慣用的なプロピレン精留塔(図示せず）に流れる。脱エタン塔６６は、その頂部区分７８におけるエチレン精留のために、ライン８０中に混合エチレン／エタンオーバーヘッド生成物を生じる慣用的脱エタン塔(側流なし）よりも５０個多いトレーを有する。
【００１３】
エチレン精留塔７０は約１００トレーを有し、典型的に４バール（６０ｐｓｉａ）で作動する、比較的低圧塔である。これは開放型ヒートポンプを用いる。エチレン冷媒がリボイラー８２中で凝縮され、ライン８４を介して還流として用いられる。リボイラー８２は還流凝縮器としても効果的に役立つ。還流ポンプは存在せず、還流ドラムも存在しない。
【００１４】
重要な他の参考文献は米国特許第５，７０９，７８０号及び第５，７５５，９３３号（両方とも、Ｏｇｎｉｓｔｙ等）である。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は先行技術の脱エタン塔とエチレン精留塔とを結合させて、単一精留塔にして、脱エタン塔の圧力をエチレン精留塔の圧力にまで低下させて、脱エタン塔とエチレン精留塔のストリッピング区分とを、垂直壁によって仕切られた単一蒸留塔の底部に配置する。脱エタン塔とエチレン精留塔のストリッピング区分とを、垂直壁によって仕切られた単一蒸留塔の底部に配置することは、２つの大きい塔をやや大きい１つの塔と置換することの資本費用節約を生じ；脱エタン塔還流凝縮器、ドラム及びポンプを省略し；非常に小型の脱エタン塔リボイラーを用いることになる。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
１態様において、本発明はエチレン、エタン及びＣ₃₊を含む供給流をエチレン流と、エタン流と、Ｃ₃₊流とに分離するための統合脱エタン塔／エチレン精留塔を提供する。この統合塔は還流上部と下部とを収容する単一シェルから形成される。統合塔の各部分は多重気−液接触要素を含む。一般的に垂直な壁が下部を脱エタン塔区分とエチレンストリッピング区分とに仕切る。供給ラインは、本質的にエチレンとエタンとから成る脱エタン塔区分からのオーバーヘッド蒸気流と、本質的にＣ₃とより重質の成分とから成るボトム流とを生成するために、少なくとも１つの供給流を該塔の下部の脱エタン塔区分の少なくとも１つの供給ステージに供給し、該ステージは、該供給ステージの上方の多重吸収ステージと該供給ステージの下方の多重ストリッピング・ステージとの間にある。該塔の上部の下端部における蒸気噴出孔(単数又は複数）を備えた分配パンは、脱エタン塔区分とエチレンストリッパー区分とから塔上部への蒸気の通過を促進し、液体を塔上部から脱エタン塔区分の上部ステージ中へ及びエチレンストリッピング区分中へ通過させるように収集する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
統合塔は２０〜６０個のトレーを含む脱エタン塔区分を有することができる。統合塔の上部と下部とは好ましくは同じ断面直径を有する。統合塔は、高圧脱プロパン塔総オーバーヘッド又は何らかの他の適当な加熱媒質によって加熱される脱エタン塔区分のためのリボイラーを包含することができる。統合塔は、統合塔よりも比較的高圧において凝縮されるエチレンによって加熱されるエチレンストリッパー区分のためのリボイラーをも包含することができる。統合塔は、エチレンストリッパー区分リボイラー内で凝縮されるエチレンによって該塔の上部を還流させるためのラインを好ましくは包含する。統合塔は、エチレンストリッパー区分リボイラーの圧力にまで、該塔の上部からのオーバーヘッド蒸気を加圧するためのコンプレッサーを包含することができる。統合塔は好ましくは、該分配パンから脱エタン塔区分の頂部とエチレンストリッパー区分の頂部とへの各液体ラインを含む。分配パンから脱エタン塔区分の頂部へのラインは、脱エタン塔区分に供給される液体量を制御するための弁を包含することができる。統合塔は好ましくは、２〜２０ｂａｒ（３０〜２９０ｐｓｉａ）の操作圧を有する。
【００１８】
他の態様では、本発明は、エチレン、エタン及びＣ₃₊を含む供給流をエチレン流、エタン流及びＣ₃₊流に分離する方法を提供する。この方法は、上記統合塔の下部の脱エタン塔区分の少なくとも１つの供給ステージに供給流を供給する工程と；脱エタン塔区分とエチレンストリッパー区分とからのオーバーヘッド蒸気を分配パンの噴出孔（単数又は複数）に通して該塔の上部にまで通す工程と；該塔の上部をエチレンによって還流させて、塔の上部から本質的に純粋なエチレンオーバーヘッドを回収する工程と；分配パンからの液体を脱エタン塔区分の上部ステージ中及びエチレンストリッパー区分の上部ステージ中に通過させる工程と；脱エタン塔区分をリボイルさせ、そこから、エタンとエチレンとを本質的に含まないＣ₃₊ボトム生成物流を回収する工程と；エチレンストリッパー区分をリボイルさせ、そこからエチレンとＣ₃₊とを本質的に含まないエタンボトム生成物流を回収する工程とを含む。
【００１９】
脱エタン塔区分は好ましくは２０〜６０個のトレーを含み、該統合塔の該上部と該下部とは同じ断面直径を有する。このプロセスは好ましくは、脱メタン塔及び脱メタン塔ストリッパーからの第１及び第２供給流を脱エタン塔区分の異なる中間供給ステージに供給することを含む。このプロセスは、分配パンから脱エタン塔区分の上部ステージへの液体供給量を制御することを包含することができる。該統合塔は２〜２０バール（３０〜２９０ｐｓｉａ）の圧力で操作されることができる。脱エタン塔区分は好ましくは高圧脱プロパン塔総オーバーヘッドによってリボイルされる。このプロセスはさらに、オーバーヘッドエチレンを加圧し、加圧されたエチレンの一部を凝縮させて、エチレンストリッパー区分のリボイリングのための熱を供給することをさらに包含することができる。統合塔の上部の還流のためにリボイリングからの凝縮エチレンを用いることができる。
【００２０】
図６を参照すると、単一塔１００はオーバーヘッド生成物としての高純度エチレンと、左側１０６のボトム生成物としての、極めて低いエタン含量を有する混合Ｃ₃₊生成物と、熱分解炉(図示せず）へのリサイクルのための、塔１００の下部１０４の右側１０８のエタン生成物とのシャープな分離を達成する。塔１００は好ましくは２〜２０バール（３０〜２９０ｐｓｉａ）、より好ましくは２〜６バール（３０〜９０ｐｓｉａ）の圧力で、特に約４バール（６０ｐｓｉａ）で操作される。
【００２１】
塔１００は上部１０２と下部１０４とを包含する。上部１０２はエチレン精留塔の吸収区分として役立つ。塔の下方区分１０４は、下部１０４を左側及び右側１０６、１０８にそれぞれ分割する垂直壁によって仕切られる。左側１０６は、脱エタン塔として役立ち、右側１０８はエチレン精留塔のストリッピング区分として役立つ。
【００２２】
脱メタン塔ストリッパーボトム６２と、脱メタン塔ボトム６４とは、ほぼ同じ組成を有する左側区分１０６におけるトレー又はステージに供給される。左側区分１０６からの蒸気は右側区分１０８からの蒸気と共に分配パン１１０を通ってオーバーヘッドに達し、分配パン１１０は蒸気を上方に通過させるが、液体が塔上部１０２から塔下部１０４中に達するのを制止する。左側区分１０６からの蒸気は右側区分１０８からの蒸気と、各区分１０６、１０８の頂部トレー又はステージにおいて流体連絡することができる。
【００２３】
ライン１１２は分配パン１１０からの液体を左側区分１０６の頂部ステージに導入する。ライン１１２は左側区分１０６への液体還流速度を制御するために制御弁１１４を含むことができる。分配パン１１０からの液体を右側区分１０８の頂部に導入するには、ライン１１６が用いられる。ライン１１２中の還流量は、典型的に、弁１１４によって制御され、ライン１１６は分配パン１１０からの液体溢流である。ライン１１２中の液体量は通常、ライン１１６中の液体の一部である。
【００２４】
塔１００の上部１０２はライン１１８からのエチレンによって還流される。ライン１２０のオーバーヘッドから本質的に純粋なエチレン蒸気が回収される。オーバーヘッドエチレン蒸気はコンプレッサー１２２と１２４内で加圧されて、交換器１２６中でプロピレン冷媒によって冷却され、アキュムレーター１２８中に回収される。加圧されたエチレンの一部はライン１３０を介してリボイラー１３２に供給され、リボイラー１３２は右側区分１０８の下端部に熱を供給する。リボイラー１３２は右側区分１０８の底部に外側又は内側に配置することができる。リボイラー１３２中で凝縮されたエチレン蒸気は弁１３４を通って出て、上述したように塔上部１０２の還流のためにライン１１８に入る。
【００２５】
左側区分１０６はリボイラー１３６によって加熱される、リボイラー１３６はプロピレン冷媒を冷却して、必要な熱を得る。ライン１３８中の左側区分１０６の底部からＣ₃₊生成物流が得られる。エタン生成物はライン１４０中の右側区分１０８の底部から得られ、熱分解炉(図示せず）にリサイクルされうる。エチレン生成物はライン１４２から回収される。
【００２６】
【実施例】
実施例１
本発明の１実施例として、６００ｋｔ／ａのエチレンを生産するエチレンプラント用に塔１０２を設計して、先行技術の分離した脱エタン塔／精留塔に比較する。慣用的な脱エタン塔は直径３．２ｍ、高さ６５．６ｍを有して、１．８ＭＰａで作動し、１０１個のトレーを用いる。慣用的な精留塔は直径３．５ｍ、高さ６２．７ｍを有して、０．９５ＭＰａで作動し、１０４個のトレーを用いる。本発明の統合塔１００を用いる場合には、統合塔は直径４．０ｍ、高さ６７．０ｍを有して、０．９５ＭＰａで作動し、１０６個のトレーを用いる。塔上部１０２では約７０個のトレーが用いられる。脱メタン塔ボトム供給流６４はトレー７７に供給され、脱メタン塔ストリッパーボトム流６２はトレー８３に供給される。
【００２７】
先行技術の脱エタン塔では、オーバーヘッド温度は−３８℃（−３６°Ｆ）であり、ボトム温度は４０℃（１０４°Ｆ）である。慣用的なエチレン精留塔では、オーバーヘッド温度は−７７℃（−１０７°Ｆ）であり、ボトム温度は−５４℃（−６５°Ｆ）である。脱エタン塔とエチレン精留塔とを本発明によって単一塔１００に統合した場合には、塔１００はオーバーヘッド温度−７６℃（−１０５°Ｆ）によって操作される。塔下部１０４の脱エタン塔区分１０６におけるボトムステージ温度は−９℃（−１６°Ｆ）に下げられ、高圧脱プロパン塔１８総オーバーヘッドとの熱交換によってリボイルされる。エチレン精留塔リボイラー１３２の効率（ｄｕｔｙ）は１１．３２ＭＷ（８．９４ＭＭＢｔｕ／時）であり、脱エタン塔リボイラー１３６の効率は僅か２．６２ＭＷ（８．９４ＭＭＢｔｕ／時）に低下する。主要流の流量と組成とを以下の表１に示す。
【００２８】
【表１】

【００２９】
建設費の比較は、新規な系が図１〜５の慣用的系に比較して約ＵＳ＄５００万を節約することを実証する。この実施例はまた、脱エタンとエチレン精留とのための単一蒸留塔の使用が、２つの大きな塔の代わりに１つの塔の使用と、脱エタン塔還流凝縮器、ドラム及びポンプの省略と、非常に小型の脱エタン塔リボイラーという利点を有することも示す。
【００３０】
本発明を限定することを意図しない例示として、本発明を上述した。上記説明を考慮するならば、多くの変更が当業者に明らかになると思われる。特許請求の範囲及び要旨内のこのような変更の総てが本発明によって包含されることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】前端脱プロパン塔プロセスにおける３ステージの湿式プロセスガス加圧を示す概略プロセスフローチャート(先行技術）である。
【図２】前端脱プロパン塔プロセスにおける酸性ガス除去及び乾燥の概略プロセスフローチャート(先行技術）である。
【図３】前端脱プロパン塔プロセスにおける第４ステージ加圧と高圧／低圧脱プロパン塔を示す概略プロセスフローチャート(先行技術）である。
【図４】前端脱プロパン塔プロセスにおける脱メタン塔ストリッパー及び脱メタン塔の概略プロセスフローチャート(先行技術）である。
【図５】前端脱プロパン塔プロセスにおける脱エタン塔及びエチレン精留塔の概略プロセスフローチャート(先行技術）である。
【図６】本発明の１実施態様による前端脱プロパン塔プロセスにおけるエチレン回収の概略プロセスフローチャートである。
【符号の説明】
１００ 統合塔
１０２ 統合塔の上部
１０４ 統合塔の下部
１０６ 脱エタン塔としての左側区分
１０８ エチレン精留塔のストリッピング区分としての右側区分
１１０ 分配パン
１１４ 制御弁
１２６ 交換器
１２８ アキュムレーター
１３２ リボイラー

Claims (18)

1. エチレン、エタン及びＣ₃₊を含む供給流をエチレン流、エタン流及びＣ₃₊流に分離するための統合脱エタン塔／エチレン精留塔であって、
   還流上部と下部とを収容し、前記部の各々が多重気−液接触要素を含む単一シェルと；
   下部を脱エタン塔区分とエチレンストリッパー区分とに分離する一般的な垂直壁と；
   本質的にエチレンとエタンとから成る脱エタン塔区分からのオーバーヘッド蒸気流と、本質的にＣ₃とより重質の成分とから成るボトム流とを生成するために、少なくとも１つの供給流を、該塔の下部の脱エタン塔区分の少なくとも１つの供給ステージに供給するための供給ラインであって、該供給ステージは、該供給ステージの上方の多重吸収ステージと該供給ステージの下方の多重ストリッピング・ステージとの間にある該供給ラインと；
   脱エタン塔区分とエチレンストリッパー区分とから塔上部への蒸気の通過を促進し、液体を塔上部から脱エタン塔区分の上部ステージへの通過と、エチレンストリッピング区分への通過とに分割するための該塔の上部の下端部における分配パンと；
   を含む統合塔。
2. 脱エタン塔区分が２０〜６０個のトレーを含む、請求項１記載の統合塔。
3. 該上部と該下部とが同じ断面直径を有する、請求項１記載の統合塔。
4. 高圧脱プロパン塔総オーバーヘッドによって加熱される脱エタン塔区分のためのリボイラーを包含する、請求項１記載の統合塔。
5. 統合塔よりも比較的高圧において凝縮されるエチレンによって加熱されるエチレンストリッパー区分のためのリボイラーを包含する、請求項１記載の統合塔。
6. エチレンストリッパー区分リボイラー内で凝縮されるエチレンによって該塔の上部を還流させるためのラインを包含する、請求項５記載の統合塔。
7. エチレンストリッパー区分リボイラーの圧力にまで、該塔の上部からのオーバーヘッド蒸気を加圧するためのコンプレッサーを包含する、請求項５記載の統合塔。
8. 該分配パンから脱エタン塔区分の頂部とエチレンストリッパー区分の頂部とへの各液体ラインを含む、請求項１記載の統合塔。
9. 分配パンから脱エタン塔区分の頂部へのラインが、脱エタン塔区分に供給される液体量を制御するための弁を包含する、請求項８記載の統合塔。
10. ２〜２０ｂａｒ（３０〜２９０ｐｓｉａ）の操作圧を有する、請求項１記載の統合塔。
11. エチレン、エタン及びＣ₃₊を含む供給流をエチレン流、エタン流及びＣ₃₊流に分離する方法であって、
    請求項１記載の統合塔の下部の脱エタン塔区分の少なくとも１つの供給ステージに供給流を供給する工程と；
    脱エタン塔区分とエチレンストリッパー区分とからのオーバーヘッド蒸気を分配パンに通して該塔の上部にまで通す工程と；
    該塔の上部をエチレンによって還流させて、塔の上部から本質的に純粋なエチレンオーバーヘッドを回収する工程と；
    分配パンからの液体を脱エタン塔区分の上部ステージ中へ通過させ、またエチレンストリッパー区分の上部ステージ中に通過させる工程と；
    脱エタン塔区分をリボイルさせ、そこから、エタンとエチレンとを本質的に含まないＣ₃₊ボトム生成物流を回収する工程と；
    エチレンストリッパー区分をリボイルさせ、そこからエチレンとＣ₃₊とを含まないエタンボトム流を回収する工程とを含む、前記方法。
12. 脱エタン塔区分が２０〜６０個のトレーを含み、該塔の該上部と該下部とが同じ断面直径を有する、請求項１１記載の方法。
13. 脱メタン塔及び脱メタン塔ストリッパーからの第１及び第２供給流を脱エタン塔区分の異なる中間供給ステージに供給する、請求項１１記載の方法。
14. 分配パンから脱エタン塔区分の上部ステージへの液体供給量を制御することを包含する、請求項１１記載の方法。
15. 該統合塔が２〜２０ｂａｒ（３０〜２９０ｐｓｉａ）の圧力で操作される、請求項１１記載の方法。
16. 脱エタン塔区分を高圧脱プロパン塔総オーバーヘッドによってリボイルさせる、請求項１１記載の方法。
17. オーバーヘッドエチレンを加圧し、加圧されたエチレンの一部を凝縮させて、エチレンストリッパー区分のリボイリングのための熱を供給することをさらに含む、請求項１１記載の方法。
18. 統合塔の上部の還流のためにリボイリングからの凝縮エチレンを用いる、請求項１７記載の方法。

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