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JPS5829924B2 - 脱メタンカラム頂部流出物からのc↓2炭化水素類の回収方法 - Google Patents
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JPS5829924B2 - 脱メタンカラム頂部流出物からのc↓2炭化水素類の回収方法 - Google Patents

脱メタンカラム頂部流出物からのc↓2炭化水素類の回収方法

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JPS5829924B2
JPS5829924B2 JP55158078A JP15807880A JPS5829924B2 JP S5829924 B2 JPS5829924 B2 JP S5829924B2 JP 55158078 A JP55158078 A JP 55158078A JP 15807880 A JP15807880 A JP 15807880A JP S5829924 B2 JPS5829924 B2 JP S5829924B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガス混合物の低温分離に関し、とくに炭化水素
類及びそれらを含む低沸点ガス類混合物からエチレン及
び/またはエタンの回収率を増大する方法に関する。
メタン及び/またはプロパン並びにプロピレン(C3)
及びより高級の炭化水素類を混和したものからC2炭化
水素類、特にエチレンを回収する工業プラントはよく知
られている。
かかるプラントは、=般に分離装置部として、それに供
給するガスの含有メタンの大部分が水素、チッ素及び存
在するかも知れない炭素酸化物類と共に頂部排出ペーパ
ーとして蒸留される脱メタンカラムを用いる。
実際にはすべてのエタン及び大部分のエチレンはC3及
びより高級炭化水素類と共に蒸留塔の底部留分の液体と
して回収される。
しかし脱メタンカラムへの供給物中に存在する少量のエ
チレンはペーパー留分と共に留出する。
脱メタンカラムに連結された通常の頂部還流凝縮器に於
ては、エチレンの=部は頂部で凝縮され、還流液として
カラムに還流される。
頂部流出物中の少量であるが貴重な量のエチレンは、2
0%程度或はそれ以上であるが、凝縮されないでメタン
ペーパー留分と共に還流冷却器から排出される。
主還流凝縮器を出るペーパー中に残存するエチレンの約
10%は、更に部分凝縮を施すことにより回収すること
ができる。
少量のC2含量(約3.5モル%のオーダーの)を有す
る貧弱な天然ガス流からC2炭化水素類を回収するため
に系中に典型的な脱メタンカラムを用いることは知られ
ている。
他の方法に於ては脱メタンカラムの主還流凝縮器からの
テイルガスは更に精留される。
しかしC2炭化水素の8.7%は最終のテイルガス中に
存在する。
脱メタンカラムは、通常頂部還流を凝縮するための冷凍
剤として低圧エタンまたはエチレンを用いる。
ある場合には、上部流出ペーパー生成物から得られるジ
ュール−トンプソン(J −T )膨張冷凍は、主還流
凝縮器を出るペーパーの部分凝縮により補助還流を提供
するのに利用される。
エチレンプラントに用いられる脱メタンカラムの場合に
は、かかる補助的部分凝縮は主凝縮器からのペーパーに
残存するエチレンの約10%の回収を可能にする。
かかる方法は残余エチレンを回収するために凝縮されね
ばならない極めて大量のメタンにより回収されるエチレ
ンの量(10%)の面からは相対的に能率的でない。
分縮は2成分ガス混合物、特に広く離れた沸点を有する
両成分の分離に用いられた。
メタン及び水素より成る供給ガス混合物からのC2炭化
水素留分の大部分を回収することに向けられた他の方法
では、フィードガスはC2炭化水素類の大部分を含有す
る凝縮液流を形成するために冷却される分縮器に導入さ
れる。
凝縮液流はフィードガスからのさきに凝縮された物質と
共に脱メタンカラムに通される。
脱メタンカラム還流凝縮器からの頂部流出ペーパーの非
凝縮部分は分縮器の冷凍剤流の1つとして利用される。
分縮器はアンモニアプラントパージガスまたは水素及び
例えばチッ素並びに/またはアルゴンの如き他の低沸点
ガス類の1または2以上を含有する他の産業ガス混合物
からメタンを凝縮回収するために用いられた。
本発明によれば、脱メタンカラムの主還流凝縮器のペー
パー留分からC2炭化水素類の分離にこれまで用いられ
た補助部分凝縮器は分離器(dephl■mator
)により置き換えられる。
かかる分縮器の使用により、そのJ −T冷凍を用いて
エチレンの増大した回収率が得られる。
膨張エンジンを頂部流出ガス流J −Tバルブに更に置
き換え、それにより分縮器に増強された冷凍を提供する
ことによって、エチレン回収率は90%またはそれ以上
に増大させ得る。
かかる増大したエチレンの回収率は分縮器で行われる精
流かも得られる。
というのは少量のメタン及びより軽い成分は部分凝縮器
を用いる系の場合より分縮器系において凝縮され、一層
有効な冷凍がエチレンの凝縮に利用される。
それ故分縮器でつくられる液体流はエチレンが更に濃縮
される。
本発明の好ましい具体性は、水素、メタン及びC3以上
の炭化水素類が混在する脱メタンカラムの頂部排出ペー
パーを凝縮する工程、該凝縮液を主還流として脱メタン
カラムに戻す工程、その非凝縮ペーパーを残留C2炭化
水素類を含有する流れとして、分縮区域中を上方に流し
上記分縮器中の通路に供給される冷凍剤と間接熱交換す
るために分縮区域に導入する工程、それにより上記C2
炭化水素類を含有する上記流の成分を上記通路の壁に凝
縮させ、上記凝縮成分を上方に流れるペーパーと下方に
流れる液の間に相互作用が起り、試液がC2炭化水素類
に富んだものとなるよな還流液を形成させる工程及びこ
のように形成された下方に流れる液を上記脱メタンカラ
ムから抜取られる底部液中に含まれるC2炭化水素類を
回収するために取出す工程から成り、上記分縮区域中の
通路の少くとも1つに供給される上記冷凍剤が上記上方
に流れるペーパーの非凝縮部の圧力低減により得られる
冷たい液体流である上記脱メタンカラムの頂部流出ペー
パーからC2炭化水素類の増大した回収率を得る方法に
ある。
添付図面の第1図は本発明による分離回収系の図解的フ
ローダイアグラムである。
第2図は分縮器に付加的冷凍を補充するエクスパンショ
ンエンジンを用いる低温学的部分の好ましい択一的具体
例の図解的フローダイアグラムである。
第3図はそれに代る具体例の図解的フローダイアグラム
である。
添付図面の第1図に関して、フィード流は管10により
脱メタンカラム11に導入される。
代表的フィード流は、例えば次の組成から成るであろう
モル% 水 素 12〜15二酸化炭
素 0.1メ タ ン
30〜40エ タ ン エチレン C3+ アセチレン モル% 7〜10 25〜30 10〜20 0〜0.3 通常、ペーパーと液の混合成分類を含有するフィード流
は好ましくは約30〜40気圧の範囲の圧力及び195
〜2300K の範囲の温度で脱メタンカラムに導入さ
れる。
管13より脱メタン塔から排出される頂部流出ガス留分
は主として水素及びメタンより放るが、通常脱メタン塔
フィード流にはじめに存在するエタンの約2〜5%でそ
のもともと含まれるエチレンの約15〜20%を含有す
るであろう。
管13中のペーパー留分は、主還流コンデンサー15に
おいてエチレンの如き冷凍剤と間接熱交換により約17
0〜195°にの温度に冷却され相分離器16に導入さ
れる。
分離された液体は還流液として管17を経て脱メタンカ
ラムに戻される。
相分離器16からのペーパー留分は管18により取出さ
れ、点線で囲んだ線190図で表わされた低温ユニット
に通される。
所望するならば、管18の内容部分は抜出され枝線20
により指示されるように周知タイプの水素回収系に送ら
れる。
好ましい操作に於ては管18の全内容物の10%以下、
一般に3〜5%以下が水素の回収のために取出されよう
管18の内容物の残余部は相分離器22を通過したのち
、分縮器21の下方区域に導入される。
必要があれば或は望むならば分離器22に入る前に生成
物は更に冷却にかげてもよい。
どんなことがあってもペーパー混合物は望ましくは約1
70〜195°にの範囲の温度で分縮器の下方区域に導
入される。
ペーパーは更に冷却するために1またはそれ以上の間接
熱交換通路(示されず)を通って分縮器21内を上方向
に流れる。
ペーパーが冷却されると混合物の=部は通路の壁で凝縮
して下方向に流れる還流液を形成する。
従って上方に流れるガス流とより冷たい液体の下方に流
れる流れとの間に相互作用が行われる。
ガス混合物は分縮器を通過することによる精留の結果、
C1及びより軽い成分に富んだものとなり、分縮器を出
を液体はC2及び存在するかも知れないより高沸点成分
に富んだものとなる。
降下する液流は、分離器22からの頂部流出ペーパーが
線で示した2重の矢印で示されるように分縮器に上向き
に通る管24を経て分縮器から分離器22へ排出される
分離器22においては、分縮器から排出される液体は管
18によって分離器に導入される流れと分けられる。
分離器22から排出される液体流は管25より脱メタン
塔11に戻される。
管25により脱メタン塔に導入される液体の温度は、一
般に約168〜194°にの範囲の温度の如き分縮器へ
のペーパーの人口温度よりいくらか低い。
この流れはメタン及び少量の残部水素並びにエタンのほ
か約10〜20%のエチレンまでを含有する。
そのエチレンは管10を通って脱メタンカラムに入る初
めの混合流中に含まれるエチレンの2%以上から成る。
分縮器を出る非凝縮ペーパーは冷却を伴う管26中のJ
−T膨張バルブ28により減圧され、管29により分縮
器に再導入されて管24を経てそこに入るペーパー流の
冷凍剤として作用する。
管30を通って分縮器を出るテールガスは主としてメタ
ン及び水素から成り、脱メタンカラムへの最初のフィー
ドガスに存在する約1%以下のエチレンが含まれるエチ
レンを1モル%以下含有する。
脱メタンカラム11における蒸留のための加熱は再沸と
う槽31で再沸とうし、管32によりカラムから底部液
体部分に戻すことにより施される。
カラム11から管35により抜出される液体留分は殆ん
ど全部C2+炭化水素類から成っている。
図面の第2図は主還流コンデンサーから排出される脱メ
タンカラム頂部流出ペーパーからのC2炭化水素類の回
収の増大のための変更されたクリオゲンユニットを説明
している。
関連部材を備えた脱メタンカラムは第1図におけるもの
と同様であり、第2図から省略される。
第2図に示されるように、管18によりペーパー液還流
分離器(第1図の16)を出る非凝縮ペーパーはクリオ
ゲンユニット19に入れられる。
先の例で示される如(、ペーパーは相分離器22に導入
され、分離されたペーパーは管24を通って分縮器40
へ上方に流れる。
該ペーパーは間接熱交換により冷却され、分縮器の通路
の壁に凝縮し、得られる液はペーパーに対抗する流れ方
向に流れる還流を形成する。
非凝縮ペーパーは精留によりC1に富み、一方還流液は
C2及び重質炭化水素類に富んだもので、排出される液
体生成物を管24により分離器22に供給する。
分縮器40におけるペーパーの冷却は、取付けられた通
路(示されず)において低圧オフガス流、高圧オフガス
流及び水素回収ユニットへのフィードとの熱交換によっ
て行われる。
か(して第2図に示されるように、管41を経で分縮器
40を出る頂部ペーパーは水素回収プラントに送られる
ペーパ一部分から成る流れ(管42)及び高圧オフガス
流(管43)に分離される。
管42の流れはペーパーが管24よりはいる圧と実質的
に同じ圧で且つ約160〜1900にの範囲の温度で分
縮器40に通される。
管42の流れは分縮器で温められ、約5〜10°K ま
で温度を上げ、また管45により水素回収ユニットに送
られる。
代表的エチレンプラントに関連して、管45中の生成物
はアセチレン反応槽への所望の水素流れ速度を保つのに
有効である。
管43中の流れは、J−Tバルブ44で示される如く管
46を通って分縮器を通過する前に中間圧に噴出され、
そこで168〜194°にの範囲の温度に温められる。
管48により分縮器を出て、その流れは冷却機構を伴な
ったタービン50により膨張され、管51により分縮器
に戻される。
分縮器のいくつかの通路を通過する管42.46及び5
1の各派れは、168〜194°にの範囲の温度に温め
られて所望の凝縮を行わせるのに必要な冷凍及び管24
によって導入されるペーパー流からの02並びに重質成
分の精留が与えられる。
分縮器40を通るオフガスはそこから管52より排出さ
れる。
第1図に関連して記載されるように、分縮器から排出さ
れた収集液は管24により分離器22に通され管25よ
り取出される。
そこを通ってそれは補助還流として脱メタンカラムに戻
され、液体生成物の最終的回収物は管35(第1図)に
より取出される。
管25で回収されるC2 リッチの液体流はまたそこに
含有されるC2炭化水素類の回収の前に交互手段によっ
て処理することができる。
1例として試液はJ−Tバルブ56によって圧力降下さ
れ、管57を通過して分縮器に冷凍を増大させるように
分縮器40で少くとも部分的に蒸発される。
次いで流れは適当な圧縮装置により循環され、またC2
炭化水素類を最終的に回収するために脱メタンカラム1
1に戻される。
添付図面第3図は、知られた型のH2回収が高いH2回
収率を得るために本発明のC2炭化水素類回収系と組合
わされる他の例を図解している。
第2図と同様、脱メタンカラム11及びその補助装置は
第3図から省略され、分離器16(第1図)を出る非凝
縮ペーパーは管18を経て相分離器22に導入される。
分離されたペーパーは管24により上方に流れて分縮器
60に流入する。
分縮器60の頂部から管61を通って出る非凝縮ペーパ
ーは熱交換器62に於て部分凝縮させられ、得られたH
2に富んだペーパー(管63)及びC1に富んだ液体(
管64)は相分離器65によって分離される。
管64の液体はJ−Tバルブ66により減圧され、管6
3のペーパーと管68の液体は、分縮器に於て製造され
たC2に富んだ液体(管25)の凝縮と精留に必要な冷
却を与えるために分縮器60中で利用する前に熱交換器
62で別々に温められる。
C1に富んだ流れは分縮器60から管70を経て回収さ
れ、H2に富んだペーパーは管71により回収される。
ある場合には、J−Tバルブ73より管63にH2濃厚
ペーパーの二部を通すことによるJ−T膨張の如き手段
によってC2炭化水素回収率を増大する補助的冷凍が採
用できる。
次いでH2に富んだ流れは、管80から排出される前に
、管76より熱交換器62及び管78により分縮器60
を通るかまたは単に分縮器60のみを通って戻される。
管63のH2に富んだ流れの一部はまた管82により管
68のC1に富む液体と結合して冷凍の回復を高めるこ
ともできる。
実施例 1 脱メタンカラムに注入される気−液混合流は下記組成で
ある。
モル 水 素 274.5−酸
化炭素 11メタン
734.6 エタン エチレン C3+ 計 モル 158.1 5 6 7.7 285.0 2021.0 この流れを208°にの温度及び498 psia(3
5kg/C4)の圧力で管10より脱メタンカラム11
に導入した。
主として次の成分からなる頂部排出ペーパー留分が得ら
れた。
水 素 一酸化炭素 メタン エタン エチレン C3+ 計 モル% 15.3 0.1 79.1 0.3 5.2 こん跡 100.0 ペーパー留分を還流コンデンサー15で 174°Kに冷却し、相分離器16に導き、そこから凝
縮液体留分は還流液留分として管17により脱メタンカ
ラムに戻した。
主還流コンデンサーからの頂部ペーパー留分は管18に
よりクリオゲンユニット19に送られる。
それは次の組成水 素 メタン エチレン 合計 モル% 23.8 74.3 1.7 99.8 及ヒ0.2モル%のエタン、−酸化炭素並びにプロパン
から成る。
第1図に図解された例のものを用いるならば、その4.
4%を構成する部分が流れから管18に取出され、管2
0により水素回収ユニットに送られる。
残部の95.6%は分離器22及び管24を経て494
psia(34,7kg/ crA )の圧力及び1
74°にの温度で分縮器21に導入される。
分縮器21を通過して流れは管29で還流する流れと熱
交換により169°Kに冷却され、相分離器22に導か
れる部分の凝縮と精留を行う。
脱メタンカラム11に補助還流として戻される(管25
により)液体は173°Kに達した温度では主として8
8.5%のメタン及び9%のエチレンから成る。
第1図に示された例での分縮器21の冷凍は、管26の
非凝縮ペーパーの圧を115 psia(8,1kg/
cr/l )に低減することによる結果として144°
Kに温度低下することにより提供される。
173°にで管30より排出される温まったオフガスは
メタン72%及び水素27%から成る。
それはエチレン0.6モル%以下を含有するが、脱メタ
ンカラムに注入される混合フィード中に最初に存在する
量の1%以下に相当する。
502psia (35,3kg/crA )及び28
8°にで脱メタン塔(管35)から回収される液体生成
物は次の組成から成る。
エタン エチレン C3+ メタン 合計 モル% 15.7 55.9 8 こん跡 100.0 分縮器からの回収エチレンは分縮器に入るペーパー流中
に存在するエチレンの70%以上であり、その上90%
またはそれ以上のエタンが回収される。
第2図の例によるJ−Tバルブの代りに膨張器(exp
ander)を用いるときは一層高い回収率さえ得られ
る。
かかる操作の1例は次の実施例2で詳説される。
実施例 2 脱メタンカラムへのフィード混合物は次の成分を含有す
る。
水 素 二酸化炭素 メタン モル 285.3 1.2 763.8 アセチレン エチレン エタン C3+ 計 モル 3.9 568.4 154.3 285、0 2061.9 脱メタンカラム還流コンデンサーからの頂流出ペーパー
(管18)は下記を含有する。
水 素 一酸化炭素 メタン アセチレン エチレン エタン 3 計 モル 291.5 1.3 1057.1 0.07 21.4 0.7 0.01 1372.1 主還流コンデンサーからの頂ペーハー流は174°にの
温度及び497psia (35kg/ctrl )の
圧力で分縮器40(第2図)に導入される。
ペーパー流はます分縮器で168°Kに冷却され、水素
回収に流れる部分と高圧流に分けられる。
高圧流はJ−Tバルブ44により噴射されて370ps
ia(26kg/cry )に減圧されるとともに1
61°Kに温度低下を来たし冷凍剤として管46により
分縮器に通される。
管48中の173°にの排出流はタービン50膨張作用
により更に圧が123psia (8,65kg/cr
A )減ぜられ、その結果139°Kまで温度が低下し
、冷凍剤として管51により分縮器に戻される。
分縮器から回収されるいくつかの流れは、夫々次の組成
を有する。
モ ル 流れ 25 45 52 水 素 6.18 22.5 262.
8−酸化炭素 0.15 0.09 1.0
8モ ル 流れ 5 5 2 メ タ ン 293、9 60、18 703、0 アセチレン 0、05 0、002 0、02 エチレン 19、68 0、132 1.55 エタン 0.68 0.0006 0.007計
320.6 82.9 968.5管45及
び52を通って分縮器から排出されるオフガスは0.2
モル%以下のエチレンを含有するが、それは最初に脱メ
タンカラムに注入されるエチレンの約0.3%に相当す
る。
505psia (35,5kg/crIL)及び28
9°にで脱メタンカラムから回収される(第1図の管3
5)底部液体留分は次の組成から成る。
モル メタン 0.04 アセチレン 3.88 エチレン 668 エ タ ン 154.3 C3+ 285.0 計 ■ 010.0 分縮器からのエチレン回収は分縮器に注入されるペーパ
ーフィード中に存在するエチレンの92十%になり、更
に99%或はそれ以上のエタンが回収される。
上記実施例は好ましくはH2の回収があまり価値をもた
ない場合に用いられる。
というのは、実施例1(第1図)における如くC2炭化
水素類はH2回収ユニットに送られる流れ(管20)か
ら回収されないからである。
しかし実施例2(第2図)においては、H2回収に送ら
れる流れは圧力降下を受けず、流れからは冷却作用は得
られず、従っである程度C2炭化水素の回収は失われる
ので、その流れから02炭化水素類が回収される。
上記実施例は本発明による手順を説明するためのもので
、そこに記載された操作条件は追加された特許請求の範
囲の項に記載の如き本発明の本質的要点を逸脱すること
なく変更し得るものであることは理解されよう。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による分離回収系のフローダイアグラム
、第2図は第1図の分縮器にエクスパンションによる付
加的冷却を補充したフローダイアグラム、第3図は他の
フローダイアグラムである。 11・・・・・・脱メタンカラム、15・・・・・・リ
フラクスコンデンサー、16.22.65・・・・・・
相分離器、21.40.60・・・・・・分縮器(デフ
レグメーター)、62・・・・・・熱交換器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 水素、メタン及び03以上の炭化水素類が混在する
    C2炭化水素類を含有する組成物を脱メタンカラムに導
    入してその頂部から排出されるペーパーから02炭化水
    素類を回収する方法において、上記頂部から排出される
    ペーパーの一部を凝縮させる工程、該凝縮液を脱メタン
    カラムへ主還流剤として戻す工程、非凝縮ペーパーを残
    留C2炭化水素類含有流れとして分縮区域に上記分縮器
    の通路に供給される冷却剤と間接熱交換させるため上方
    へ流れるように導入する工程、それにより上記C2炭化
    水素類を含有する成分流を上記通路の壁に凝縮させて、
    上記凝縮成分が還流液を形成して上方に流れるペーパー
    と下方に流れる液との間に相互作用が起り、鉄液がC2
    炭化水素類に富んだものとなるようにする工程、このよ
    うに形成された下方に流れる液体を、該液体に含まれる
    C2炭化水素類を回収するために上記脱メタンカラムの
    底部から抜き取る工程、及び上記上方に流れるペーパー
    の非凝縮部分の圧力を低減する工程及び上記非凝縮部分
    からの冷たい液体流を上記分縮区域の通路に導入して上
    記通路に供給する冷却剤としてのみ作用させる工程から
    成るC2炭化水素類の回収率を増大させる方法。 2 上記分縮区域から取出されるC2炭化水素に富んだ
    液体流が、上記脱メタンカラムから取出される底部液状
    物中に含有されるC2炭化水素類の回収用補助還流液と
    して上記脱メタンカラムに直接戻される特許請求の範囲
    第1項記載の方法。 3 上記上方へ流れるペーパーの上記圧力減少がジュー
    ル−トンプソン膨張バルブによる通路で行われる特許請
    求の範囲第1項記載の方法。 4 上記上方へ流れるペーパーの上記圧力減少が膨張作
    業によって行われる特許請求の範囲第1項記載の方法。 5 上記分縮区域にはじめに導入されるペーパー流が約
    2%までのエチレンを包含し、そのエチレンの85%以
    上が上記脱メタンカラムに戻されるC2 に富んだ液体
    流中に回収される特許請求の範囲第4項記載の方法。 6 上記分縮区域にはじめに導入されるペーパー流が約
    2%までのエチレンを含み、そのエチレンの60%以上
    が上記脱メタンカラムに戻されるC2に富んだ液体流中
    に回収される特許請求の範囲第3項記載の方法。 7 上記非凝縮ペーパー流が28〜42 kg/crr
    tの絶対圧及び170〜195°K の温度で上記分縮
    区域にまず導入される特許請求の範囲第1項記載の方法
    。 8 上記のC2に富んだ液体流が168〜194°にの
    範囲の温度で上記分縮区域から取出される特許請求の範
    囲第7項記載の方法。 9 上記分縮区域からの上記上方に流れるペーパーが分
    縮区域への冷凍補充のために上記流れの少くとも1つを
    減圧するに先だって、更に部分凝縮され、H2に富んだ
    ペーパー流とC1に富んだ流体流に分離される特許請求
    の範囲第1項記載の方法。 10 上記分縮区域からの上記上方に流れるペーパー
    が熱交換器区域で部分凝縮され、得られた部分凝縮ペー
    パー流がH2に富んだペーパー流とC1に富んだ流体流
    に分離される特許請求の範囲第9項記載の方法。
JP55158078A 1979-11-09 1980-11-10 脱メタンカラム頂部流出物からのc↓2炭化水素類の回収方法 Expired JPS5829924B2 (ja)

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