(57)【要約】【課題】省エネルギー効果の高い分離プロセスモジュール、集積分離プロセスモジュール、大規模集積分離プロセスモジュールを提供する。【解決手段】分離プロセスモジュール１００では、第１分岐路Ｒ１及び第２分岐路Ｒ２が入力流体を分岐して流す。合流路Ｗはこれらを合流して流す。分離器Ｓは、合流路Ｗを流れる入力流体を、第１出力流体と第２出力流体とに分離する。第１圧縮機Ｃ１は、分離器Ｓから出力された第１出力流体を圧縮することによって昇温させる。第１熱交換器Ｈ１は、圧縮された第１出力流体と合流路Ｗを流れる入力流体との間で熱交換を行う。第２熱交換器Ｈ２は、第１熱交換器Ｈ１を通過した第１出力流体と、第１分岐路Ｒ１を流れる入力流体との間で熱交換を行う。第３熱交換器Ｈ３は、分離器Ｓから出力された第２出力流体と、第２分岐路Ｒ２を流れる入力流体との間で熱交換を行う。【選択図】図１
2010036057.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１成分及び前記第１成分とは異なる第２成分を含む入力流体が入力される入力端と、
前記入力端に入力された前記入力流体を分岐して流す第１分岐路及び第２分岐路と、
前記第１分岐路を流れる前記入力流体と、前記第２分岐路を流れる前記入力流体とを合流して流す合流路と、
前記合流路を流れる前記入力流体を、気体の前記第１成分を含む第１出力流体と、前記第２成分を含む第２出力流体とに分離する分離器と、
前記分離器から出力された前記第１出力流体を圧縮することによって昇温させる第１圧縮機と、
前記第１圧縮機によって圧縮された前記第１出力流体と、前記合流路を流れる前記入力流体との間で熱交換を行う第１熱交換器と、
前記第１熱交換器を通過した前記第１出力流体と、前記第１分岐路を流れる前記入力流体との間で熱交換を行う第２熱交換器と、
前記分離器から出力された前記第２出力流体と、前記第２分岐路を流れる前記入力流体との間で熱交換を行う第３熱交換器と、
前記第２熱交換器を通過した前記第１出力流体を出力する第１出力端と、
前記第３熱交換器を通過した前記第２出力流体を出力する第２出力端と、
を備える、分離プロセスモジュール。
【請求項２】
前記分離器から出力される前記第１出力流体のエンタルピーと、前記分離器から出力される前記第２出力流体のエンタルピーとの和が、前記分離器に入力される前記入力流体のエンタルピーと同じである、請求項１に記載の分離プロセスモジュール。
【請求項３】
前記第１熱交換器を通過した前記第１出力流体は、液体の前記第１成分を含んでいる、請求項１又は２に記載の分離プロセスモジュール。
【請求項４】
前記分離器と前記第１圧縮機との間に配置され、前記分離器から出力された前記第１出力流体を分岐する第１分岐部と、
前記第１分岐部から出力され、気体の前記第１成分を含む前記第１出力流体を圧縮することによって昇温させる第２圧縮機と、
前記分離器と前記第３熱交換器との間に配置され、前記分離器から出力された前記第２出力流体を分岐する第２分岐部と、
前記第２分岐部から出力された前記第２出力流体と、前記第２圧縮機によって圧縮された前記第１出力流体との間で熱交換を行う第４熱交換器と、
を更に備え、
前記第４熱交換器を通過した前記第１出力流体と、前記第４熱交換器を通過した前記第２出力流体とが、前記分離器に入力される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の分離プロセスモジュール。
【請求項５】
前記第４熱交換器を通過した前記第１出力流体は、液体の前記第１成分を含んでいる、請求項４に記載の分離プロセスモジュール。
【請求項６】
前記分離器は、単段の分離器である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の分離プロセスモジュール。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の第１分離プロセスモジュールと、
請求項１〜６のいずれか一項に記載の第２分離プロセスモジュールと、
請求項１〜６のいずれか一項に記載の第３分離プロセスモジュールと、
を備え、
前記第１分離プロセスモジュールの前記第１出力端から出力された前記第１出力流体は、前記第２分離プロセスモジュールの前記入力端に入力され、
前記第１分離プロセスモジュールの前記第２出力端から出力された前記第２出力流体は、前記第３分離プロセスモジュールの前記入力端に入力され、
前記第２分離プロセスモジュールの前記第２出力端から出力された前記第２出力流体と、前記第３分離プロセスモジュールの前記第１出力端から出力された前記第１出力流体とは、前記第１分離プロセスモジュールの前記入力端に入力される、集積分離プロセスモジュール。
【請求項８】
請求項７に記載の第１集積分離プロセスモジュールと、
請求項７に記載の第２集積分離プロセスモジュールと、
請求項７に記載の第３集積分離プロセスモジュールと、
を備え、
前記第１集積分離プロセスモジュールにおける前記第２分離プロセスモジュールの前記第１出力端から出力された前記第１出力流体は、前記第２集積分離プロセスモジュールにおける前記第１分離プロセスモジュールの前記入力端に入力され、
前記第１集積分離プロセスモジュールにおける前記第３分離プロセスモジュールの前記第２出力端から出力された前記第２出力流体は、前記第３集積分離プロセスモジュールにおける前記第１分離プロセスモジュールの前記入力端に入力され、
前記第２集積分離プロセスモジュールにおける前記第３分離プロセスモジュールの前記第２出力端から出力された前記第２出力流体と、前記第３集積分離プロセスモジュールにおける前記第２分離プロセスモジュールの前記第１出力端から出力された前記第１出力流体とは、前記第１集積分離プロセスモジュールにおける前記第１分離プロセスモジュールの前記入力端に入力される、大規模集積分離プロセスモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分離プロセスモジュール、集積分離プロセスモジュール、大規模集積分離プロセスモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸留塔の塔頂蒸気を圧縮機で昇圧した後、再び蒸留塔に供給するように構成された蒸留装置が知られている（例えば特許文献１，２参照）。また、蒸留塔に、水を冷媒とするヒートポンプを連結した蒸留装置が知られている（例えば特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００４−３３８４３号公報
【特許文献２】特開２０００−２４６００１号公報
【特許文献３】特公平６−９６４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記蒸留装置の省エネルギー効果はいずれも不十分である。
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みて為されたものであり、省エネルギー効果の高い分離プロセスモジュール、集積分離プロセスモジュール、大規模集積分離プロセスモジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述の課題を解決するため、本発明の分離プロセスモジュールは、第１成分及び前記第１成分とは異なる第２成分を含む入力流体が入力される入力端と、前記入力端に入力された前記入力流体を分岐して流す第１分岐路及び第２分岐路と、前記第１分岐路を流れる前記入力流体と、前記第２分岐路を流れる前記入力流体とを合流して流す合流路と、前記合流路を流れる前記入力流体を、気体の前記第１成分を含む第１出力流体と、前記第２成分を含む第２出力流体とに分離する分離器と、前記分離器から出力された前記第１出力流体を圧縮することによって昇温させる第１圧縮機と、前記第１圧縮機によって圧縮された前記第１出力流体と、前記合流路を流れる前記入力流体との間で熱交換を行う第１熱交換器と、前記第１熱交換器を通過した前記第１出力流体と、前記第１分岐路を流れる前記入力流体との間で熱交換を行う第２熱交換器と、前記分離器から出力された前記第２出力流体と、前記第２分岐路を流れる前記入力流体との間で熱交換を行う第３熱交換器と、前記第２熱交換器を通過した前記第１出力流体を出力する第１出力端と、前記第３熱交換器を通過した前記第２出力流体を出力する第２出力端と、を備える。
【０００６】
本発明の分離プロセスモジュールでは、第１熱交換器において、合流路を流れる入力流体が、第１圧縮機によって圧縮された第１出力流体によって昇温される。また、第２熱交換器において、第１分岐路を流れる入力流体が、第１熱交換器を通過した第１出力流体によって昇温される。また、第３熱交換器において、第２分岐路を流れる入力流体が、第２出力流体によって昇温される。
【０００７】
この場合、第１圧縮機によって第１出力流体を圧縮する際に所定エネルギーの仕事が必要になるが、合流路を流れる入力流体を別途ボイラー等の加熱炉で加熱する必要は殆どなくなる。一方、第１出力流体を圧縮しない場合、合流路を流れる入力流体を別途ボイラー等の加熱炉で加熱する必要がある。別途ボイラー等の加熱炉で加熱する際に必要なエネルギーは、第１出力流体を圧縮する際に必要な所定エネルギーに比べて非常に大きい。よって、本発明の分離プロセスモジュールでは、省エネルギー効果が高くなる。
【０００８】
また、本発明の分離プロセスモジュールでは、第１分岐路を流れる入力流体の流量と第２分岐路を流れる入力流体の流量との比を調整することによって、第２熱交換器における熱交換量と第３熱交換器における熱交換量の割合を調整することができる。
【０００９】
また、前記分離器から出力される前記第１出力流体のエンタルピーと、前記分離器から出力される前記第２出力流体のエンタルピーとの和が、前記分離器に入力される前記入力流体のエンタルピーと同じであることが好ましい。これにより、分離プロセスモジュールを標準化されたモジュールとすることができる。
【００１０】
前記第１熱交換器を通過した前記第１出力流体は、液体の前記第１成分を含んでいることが好ましい。
【００１１】
この場合、第１熱交換器において、第１圧縮機によって圧縮された第１出力流体が液化する際の潜熱を、合流路を流れる入力流体によって回収することができる。よって、省エネルギー効果が更に高くなる。
【００１２】
上記分離プロセスモジュールは、前記分離器と前記第１圧縮機との間に配置され、前記分離器から出力された前記第１出力流体を分岐する第１分岐部と、前記第１分岐部から出力され、気体の前記第１成分を含む前記第１出力流体を圧縮することによって昇温させる第２圧縮機と、前記分離器と前記第３熱交換器との間に配置され、前記分離器から出力された前記第２出力流体を分岐する第２分岐部と、前記第２分岐部から出力された前記第２出力流体と、前記第２圧縮機によって圧縮された前記第１出力流体との間で熱交換を行う第４熱交換器と、を更に備え、前記第４熱交換器を通過した前記第１出力流体と、前記第４熱交換器を通過した前記第２出力流体とが、前記分離器に入力されることが好ましい。
【００１３】
分離器、第１分岐部、第２圧縮機、第２分岐部及び第４熱交換器を含む分離ユニットを閉じた系とした場合、第１出力流体及び第２出力流体を系外に出力すると共に、分離器から出力された第１出力流体及び第２出力流体を分離器に還流させることができる。その際、第４熱交換器において、第２出力流体が第１出力流体によって昇温される。第２圧縮機によって第１出力流体を圧縮する際に所定エネルギーの仕事が必要になるが、第２出力流体を別途ボイラー等の加熱炉で加熱する必要は殆どなくなる。一方、第１出力流体を圧縮しない場合、第２出力流体を別途ボイラー等の加熱炉で加熱する必要がある。別途ボイラー等の加熱炉で加熱する際に必要なエネルギーは、第１出力流体を圧縮する際に必要な所定エネルギーに比べて非常に大きい。よって、省エネルギー効果が更に高くなる。
【００１４】
また、分離器から出力された第１出力流体を、第２圧縮機によって圧縮する前に第１分岐部によって分岐して系外に出力することができる。このため、系外に出力される第１出力流体を無駄に圧縮する必要がない。よって、第２圧縮機による圧縮に必要なエネルギーを低減することができる。
【００１５】
さらに、分離器から出力された第２出力流体を、第４熱交換器において昇温する前に第２分岐部によって分岐して系外に出力することができる。このため、系外に出力される第２出力流体を無駄に昇温する必要がない。よって、昇温に必要なエネルギーを低減することができる。
【００１６】
前記第４熱交換器を通過した前記第１出力流体は、液体の前記第１成分を含んでいることが好ましい。
【００１７】
この場合、第４熱交換器において、第２圧縮機によって圧縮された第１出力流体が液化する際の潜熱を、第２出力流体によって回収することができる。よって、省エネルギー効果が更に高くなる。
【００１８】
前記分離器は、単段の分離器であってもよい。
【００１９】
単段の分離器を用いると、分離器が安定するまでの待機時間が非常に短くなる。そのため、迅速に第１成分と第２成分とを分離することができる。また、１つの分離プロセスモジュールを用いてバッチ処理で種々の分離プロセスを繰り返すことができるので、複数の分離プロセスモジュールを使用する必要がない。
【００２０】
本発明の集積分離プロセスモジュールは、本発明の第１分離プロセスモジュールと、本発明の第２分離プロセスモジュールと、本発明の第３分離プロセスモジュールと、を備え、前記第１分離プロセスモジュールの前記第１出力端から出力された前記第１出力流体は、前記第２分離プロセスモジュールの前記入力端に入力され、前記第１分離プロセスモジュールの前記第２出力端から出力された前記第２出力流体は、前記第３分離プロセスモジュールの前記入力端に入力され、前記第２分離プロセスモジュールの前記第２出力端から出力された前記第２出力流体と、前記第３分離プロセスモジュールの前記第１出力端から出力された前記第１出力流体とは、前記第１分離プロセスモジュールの前記入力端に入力される。
【００２１】
本発明の集積分離プロセスモジュールは、本発明の分離プロセスモジュールを備えているので、省エネルギー効果が高い。また、この集積分離プロセスモジュールでは、第１分離プロセスモジュールで分離された流体を、第２分離プロセスモジュール及び第３分離プロセスモジュールの両方で更に分離している。また、第２分離プロセスモジュールから出力された第２出力流体及び第３分離プロセスモジュールから出力された第１出力流体を第１分離プロセスモジュールに戻して再度分離している。よって、この集積分離プロセスモジュールでは、第１成分及び第２成分を高純度で分離することができ、第１成分と第２成分の分離比を自由に決定することができる。
【００２２】
本発明の大規模集積分離プロセスモジュールは、本発明の第１集積分離プロセスモジュールと、本発明の第２集積分離プロセスモジュールと、本発明の第３集積分離プロセスモジュールと、を備え、前記第１集積分離プロセスモジュールにおける前記第２分離プロセスモジュールの前記第１出力端から出力された前記第１出力流体は、前記第２集積分離プロセスモジュールにおける前記第１分離プロセスモジュールの前記入力端に入力され、前記第１集積分離プロセスモジュールにおける前記第３分離プロセスモジュールの前記第２出力端から出力された前記第２出力流体は、前記第３集積分離プロセスモジュールにおける前記第１分離プロセスモジュールの前記入力端に入力され、前記第２集積分離プロセスモジュールにおける前記第３分離プロセスモジュールの前記第２出力端から出力された前記第２出力流体と、前記第３集積分離プロセスモジュールにおける前記第２分離プロセスモジュールの前記第１出力端から出力された前記第１出力流体とは、前記第１集積分離プロセスモジュールにおける前記第１分離プロセスモジュールの前記入力端に入力される。
【００２３】
本発明の大規模集積分離プロセスモジュールは、本発明の集積分離プロセスモジュールを備えているので、省エネルギー効果が高い。また、この大規模集積分離プロセスモジュールでは、第１集積分離プロセスモジュールで分離された流体を、第２集積分離プロセスモジュール及び第３集積分離プロセスモジュールの両方で更に分離している。また、第２集積分離プロセスモジュールから出力された第２出力流体及び第３集積分離プロセスモジュールから出力された第１出力流体を第１集積分離プロセスモジュールに戻して再度分離している。よって、この大規模集積分離プロセスモジュールでは、第１成分及び第２成分を更に高純度で分離することができ、第１成分と第２成分の分離比を自由に決定することができる。
【００２４】
なお、上記構成要素を任意に組み合わせてもよいし、本発明の表現を方法、コンピュータプログラム、当該コンピュータプログラムが記録された記録媒体としてもよい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、省エネルギー効果の高い分離プロセスモジュール、集積分離プロセスモジュール、大規模集積分離プロセスモジュールが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。
（第１実施形態）
【００２７】
図１は、第１実施形態に係る分離プロセスモジュールを模式的に示す図である。図２は、第１実施形態に係る分離プロセスモジュールにおける熱量Ｑと温度Ｔとの関係を示すグラフである。図１に示される分離プロセスモジュール１００は、入力端Ｉ、第１分岐路Ｒ１、第２分岐路Ｒ２、合流路Ｗ、分離器Ｓ、第１圧縮機Ｃ１、第１〜第３熱交換器Ｈ１〜Ｈ３、第１出力端Ｅ１及び第２出力端Ｅ２を備える。
【００２８】
入力端Ｉには、第１成分及び第１成分とは異なる第２成分を含む入力流体が入力される。入力流体は、例えば液体の第１成分と液体の第２成分とを含む。第１成分及び第２成分は、気体、液体、気液混合物のいずれであってもよい。第１成分と第２成分とは、例えば沸点が異なる。一実施例において、入力流体は、第１成分としてベンゼン、第２成分としてトルエンを含む混合液である。
【００２９】
入力端Ｉに入力された入力流体は、配管１を通って分岐部Ｊ１に到達する。分岐部Ｊ１に到達した入力流体は、配管２を通って第２熱交換器Ｈ２に到達すると共に、配管２ａを通って第３熱交換器Ｈ３に到達する。第２熱交換器Ｈ２を通過した入力流体は、配管３を通って合流部Ｊ２に到達する。第３熱交換器Ｈ３を通過した入力流体は、配管３ａを通って合流部Ｊ２に到達する。配管２，２ａは、第１分岐路Ｒ１を構成している。配管３，３ａは、第２分岐路Ｒ２を構成している。第１分岐路Ｒ１及び第２分岐路Ｒ２は、入力端Ｉに入力された入力流体を分岐して流す。
【００３０】
分岐部Ｊ１は、第１分岐路Ｒ１を流れる入力流体の流量と第２分岐路Ｒ２を流れる入力流体の流量との比（流量比）を制御可能であってもよい。例えば、第２熱交換器Ｈ２を通過した入力流体の温度と、第３熱交換器Ｈ３を通過した入力流体の温度とが略同じ（温度差が好ましくは３度以内、より好ましくは１度以内）になるように、分岐部Ｊ１が流量比を制御することが好ましい。これにより、第２熱交換器Ｈ２及び第３熱交換器Ｈ３において、最大限に熱交換することができる。
【００３１】
合流部Ｊ２に到達した入力流体は、配管４を通って第１熱交換器Ｈ１に到達する。第１熱交換器Ｈ１では、例えば入力流体が沸点まで加熱されることにより、液体から気体に相変化する。第１熱交換器Ｈ１を通過した入力流体は、配管５を通って分離器Ｓに到達する。配管４，５は、合流路Ｗを構成している。合流路Ｗは、第１分岐路Ｒ１を流れる入力流体と、第２分岐路Ｒ２を流れる入力流体とを合流して流す。
【００３２】
分離器Ｓは、合流路Ｗを流れる入力流体を、気体の第１成分を含む第１出力流体と、第２成分を含む第２出力流体とに分離する。第１出力流体は例えば留出蒸気等であり、第２出力流体は例えば缶出液である。分離器Ｓは、気液分離器であることが好ましく、例えば蒸留塔、膜分離器、吸着分離器、フラッシュドラム等である。また、分離器Ｓは例えばフラッシュドラム等の単段の分離器であってもよいし、多段の分離器であってもよい。分離器Ｓから出力される第１出力流体は、例えば気体の第１成分を含み、配管６を通って第１圧縮機Ｃ１に到達する。分離器Ｓから出力される第２出力流体は、配管９を通って第３熱交換器Ｈ３に到達する。分離器Ｓから出力される第２出力流体は、例えば液体の第２成分を含む。
【００３３】
第１圧縮機Ｃ１は、分離器Ｓから出力された第１出力流体を圧縮することによって昇温させる。第１圧縮機Ｃ１は、例えばターボ圧縮機である。第１圧縮機Ｃ１の圧縮比は１．５〜５であることが好ましい。第１圧縮機Ｃ１は、第１出力流体の温度を１０〜５０℃上昇させることが好ましい。第１圧縮機Ｃ１は、第１出力流体を断熱圧縮することができる。第１圧縮機Ｃ１によって圧縮された第１出力流体は、配管７を通って第１熱交換器Ｈ１に到達する。第１熱交換器Ｈ１は、第１圧縮機Ｃ１によって圧縮された第１出力流体と、合流路Ｗを流れる入力流体との間で熱交換を行う。
【００３４】
第１熱交換器Ｈ１では、第１圧縮機Ｃ１によって圧縮された第１出力流体の温度と第１熱交換器Ｈ１を通過した入力流体との差（温度差Ａ）が、第１熱交換器Ｈ１を通過した第１出力流体の温度と第１熱交換器Ｈ１に入力される入力流体の温度との差（温度差Ｂ）と略同じであることが好ましい（図２参照）。この場合、第１熱交換器Ｈ１において、効率よく熱交換することができる。
【００３５】
第１熱交換器Ｈ１を通過した第１出力流体は、配管８を通って第２熱交換器Ｈ２に到達する。第２熱交換器Ｈ２は、第１熱交換器Ｈ１を通過した第１出力流体と、第１分岐路Ｒ１を流れる入力流体との間で熱交換を行う。第１熱交換器Ｈ１を通過した第１出力流体は、液体の第１成分を含んでいることが好ましい。この場合、第１熱交換器Ｈ１において、第１出力流体が気体から液体に相変化する際の潜熱を、合流路Ｗを流れる入力流体によって回収することができる。よって、省エネルギー効果が高くなる。
【００３６】
第３熱交換器Ｈ３は、分離器Ｓから出力された第２出力流体と、第２分岐路Ｒ２を流れる入力流体との間で熱交換を行う。
【００３７】
第２熱交換器Ｈ２を通過した第１出力流体は、配管１２を通ってバルブＶ１に到達する。バルブＶ１は、第２熱交換器Ｈ２を通過した第１出力流体の圧力を、例えば標準圧力まで低下させる。バルブＶ１を通過した第１出力流体は、配管１３を通って冷却器Ｌ１に到達する。第１出力流体は、冷却器Ｌ１によって例えば標準温度まで冷却される。冷却器Ｌ１によって冷却された第１出力流体は、配管１４を通って第１出力端Ｅ１に到達する。第１出力端Ｅ１は、第２熱交換器Ｈ２を通過した第１出力流体を出力する。
【００３８】
第３熱交換器Ｈ３を通過した第２出力流体は、配管１０を通って冷却器Ｌ２に到達する。第２出力流体は、冷却器Ｌ２によって例えば標準温度まで冷却される。冷却器Ｌ２によって冷却された第２出力流体は、配管１１を通って第２出力端Ｅ２に到達する。第２出力端Ｅ２は、第３熱交換器Ｈ３を通過した第２出力流体を出力する。
【００３９】
ここで、分離器Ｓから出力される第１出力流体（配管６中の第１出力流体）のエンタルピーと、分離器Ｓから出力される第２出力流体（配管９中の第２出力流体）のエンタルピーとの和は、分離器Ｓに入力される入力流体（配管５中の入力流体）のエンタルピーと同じであることが好ましい。これにより、分離プロセスモジュール１００を標準化されたモジュールとすることができる。
【００４０】
本実施形態に係る分離プロセスモジュール１００では、第１熱交換器Ｈ１において、合流路Ｗを流れる入力流体が、図２に示されるように、熱量Ｑ１を吸収して昇温される。一方、第１圧縮機Ｃ１によって圧縮された第１出力流体は、熱量Ｑ１と同等の熱量Ｑ４を放出して降温される。よって、合流路Ｗを流れる入力流体は、第１圧縮機Ｃ１によって圧縮された第１出力流体の自己熱によって昇温される。また、第２熱交換器Ｈ２において、第１分岐路Ｒ１を流れる入力流体が、第１熱交換器Ｈ１を通過した第１出力流体によって昇温される。また、第３熱交換器Ｈ３において、第２分岐路Ｒ２を流れる入力流体が、第２出力流体によって昇温される。
【００４１】
図２に示されるように、第１圧縮機Ｃ１によって第１出力流体を圧縮する際に所定エネルギーの仕事Ｗｃ１が必要になるが、合流路Ｗを流れる入力流体を別途ボイラー等の加熱炉で加熱する必要は殆どなくなる。
【００４２】
図１０は、第１比較例に係る分離プロセスモジュールを模式的に示す図である。図１１は、第１比較例に係る分離プロセスモジュールにおける熱量Ｑと温度Ｔとの関係を示すグラフである。図１０に示される分離プロセスモジュール１００ａは、第１圧縮機Ｃ１及びバルブＶ１を備えず、第１熱交換器Ｈ１に代えて加熱炉Ｂ２を備える点で分離プロセスモジュール１００と相違している。したがって、配管４を通った入力流体は加熱炉Ｂ２に到達し、加熱炉Ｂ２において加熱された入力流体は分離器Ｓに入力される。また、分離器Ｓから出力される第１出力流体は、配管６を通って第２熱交換器Ｈ２に到達する。
【００４３】
分離プロセスモジュール１００ａでは、分離器Ｓから出力された第１出力流体を圧縮せず、第２熱交換器Ｈ２において、第１分岐路Ｒ１を流れる入力流体と熱交換する。また、第３熱交換器Ｈ３において、分離器Ｓから出力された第２出力流体と、第２分岐路Ｒ２を流れる入力流体との間で熱交換を行う。しかしながら、図１１に示されるように、熱量Ｑ１と熱量Ｑ４との重複部分しか熱交換することができないので、入力流体を十分に昇温することができない。よって、合流路Ｗを流れる入力流体を別途ボイラー等の加熱炉Ｂ２で更に加熱する必要がある。加熱炉Ｂ２で加熱する際に必要な熱量は、第１出力流体を圧縮する際に必要な所定エネルギーの仕事Ｗｃ１に比べて非常に大きい。
【００４４】
したがって、本実施形態に係る分離プロセスモジュール１００では、分離プロセスモジュール１００ａに比べて、省エネルギー効果が高くなる。
【００４５】
また、本実施形態に係る分離プロセスモジュール１００では、第１分岐路Ｒ１を流れる入力流体の流量と第２分岐路Ｒ２を流れる入力流体の流量との比を調整することができる。そのため、第２熱交換器Ｈ２における熱交換量と第３熱交換器Ｈ３における熱交換量の割合を調整することができる。
【００４６】
また、本実施形態に係る分離プロセスモジュール１００を閉じた系とした場合、分離プロセスモジュール１００と種々の分離器とを自由に組み合わせることができる。よって、プロセス設計が容易になる。
【００４７】
さらに、分離器Ｓとして単段の分離器を用いると、分離器Ｓが安定するまでの待機時間が非常に短くなる。そのため、迅速に第１成分及び第２成分を分離することができる。また、１つの分離プロセスモジュールを用いてバッチ処理で種々の分離プロセスを繰り返すことができるので、複数の分離プロセスモジュールを使用する必要がない。したがって、分離プロセスのプロセス設計が容易になる。このように、分離器Ｓとして単段の分離器を用いると、少量多品種の製品を簡便に製造することができる。少量多品種の製品としては、例えば、バイオエタノール、エタノール、酒類、蒸留酒、医薬、中間体試薬、食品等が挙げられる。
【００４８】
また、マイクロリアクタを単段の分離器Ｓとして用いると、分離プロセスモジュール１００を小型化することができる。分離プロセスモジュール１００を小型化すると、第１圧縮機Ｃ１による圧力変化が小さくて済む。マイクロマシンやナノテクノロジーを用いて第１分岐路Ｒ１、第２分岐路Ｒ２、合流路Ｗ、分離器Ｓ、第１圧縮機Ｃ１、第１〜第３熱交換器Ｈ１〜Ｈ３を製造することができる。
（第２実施形態）
【００４９】
図３は、第２実施形態に係る分離プロセスモジュールを模式的に示す図である。図４は、第２実施形態に係る分離プロセスモジュールにおける熱量Ｑと温度Ｔとの関係を示すグラフである。図３に示される分離プロセスモジュール２００は、分離器Ｓに代えて分離ユニットＳ１を備える点以外は、図１に示される分離プロセスモジュール１００と同様の構成を備えている。
【００５０】
分離ユニットＳ１は、分離器Ｓ、加熱炉Ｂ１及び冷却器Ｌ３を備える。分離器Ｓから出力された第１出力流体は、配管１５を通って分岐部Ｊ３に到達する。分岐部Ｊ３に到達した第１出力流体は、配管６を通って第１圧縮機Ｃ１に到達すると共に、配管１６を通って冷却器Ｌ３に到達する。冷却器Ｌ３によって冷却された第１出力流体は、配管２０を通って分離器Ｓに戻る。分離器Ｓから出力された第２出力流体は、配管２１を通って分岐部Ｊ４に到達する。分岐部Ｊ４に到達した第２出力流体は、配管９を通って第３熱交換器Ｈ３に到達すると共に、配管２２を通って加熱炉Ｂ１に到達する。加熱炉Ｂ１によって加熱された第２出力流体は、配管２３を通って分離器Ｓに戻る。
【００５１】
分離プロセスモジュール２００では、図１に示される分離プロセスモジュール１００と同様の作用効果が得られる。さらに、第１出力流体及び第２出力流体を分離器Ｓに還流させることによって、第１出力流体中の第１成分の純度及び第２出力流体中の第２成分の純度を高くすることができる。図４に示されるように、加熱炉Ｂ１では熱量Ｑ２が必要となり、冷却器Ｌ３では熱量Ｑ２と同等の熱量Ｑ３が排熱される。
【００５２】
図１２は、第２比較例に係る分離プロセスモジュールを模式的に示す図である。図１３は、第２比較例に係る分離プロセスモジュールにおける熱量Ｑと温度Ｔとの関係を示すグラフである。図１２に示される分離プロセスモジュール２００ａは、加熱炉Ｂ１，Ｂ２、分離器Ｓ、冷却器Ｌ３〜Ｌ５を備えている。入力端Ｉに入力された入力流体は、配管４を通って加熱炉Ｂ２に到達する。加熱炉Ｂ２によって加熱された入力流体は、配管５を通って分離器Ｓに入力される。
【００５３】
分離器Ｓから出力される第１出力流体は、配管６を通って冷却器Ｌ３に到達する。冷却器Ｌ３によって冷却された第１出力流体は、配管２０を通って分岐部Ｊ５に到達する。分岐部Ｊ５に到達した第１出力流体は、配管２４を通って分離器Ｓに戻ると共に、配管２５を通って冷却器Ｌ４に到達する。冷却器Ｌ４によって冷却された第１出力流体は、配管２６を通って第１出力端Ｅ１に到達する。
【００５４】
分離器Ｓから出力される第２出力流体は、配管９を通って加熱炉Ｂ１に到達する。加熱炉Ｂ１によって加熱された第２出力流体は、配管２３を通って分離器Ｓに戻ると共に、配管２７を通って冷却器Ｌ５に到達する。冷却器Ｌ５によって冷却された第２出力流体は、配管２８を通って第２出力端Ｅ２に到達する。
【００５５】
分離プロセスモジュール２００ａでは、図１３に示されるように、加熱炉Ｂ１では熱量Ｑ２が必要となり、冷却器Ｌ３では熱量Ｑ２と同等の熱量Ｑ３が排熱される。さらに、加熱炉Ｂ２では熱量Ｑ１が必要となり、冷却器Ｌ４，Ｌ５では熱量Ｑ１と同等の熱量Ｑ４が排熱される。
【００５６】
したがって、本実施形態に係る分離プロセスモジュール２００では、分離プロセスモジュール２００ａに比べて、省エネルギー効果が高くなる。
【００５７】
図１４は、第３比較例に係る分離プロセスモジュールを模式的に示す図である。図１５は、第３比較例に係る分離プロセスモジュールにおける熱量Ｑと温度Ｔとの関係を示すグラフである。図１４に示される分離プロセスモジュール２００ｂは、第１圧縮機Ｃ１及びバルブＶ１を備えず、第１熱交換器Ｈ１に代えて加熱炉Ｂ２を備える点で分離プロセスモジュール２００と相違している。
【００５８】
分離プロセスモジュール２００ｂでは、配管４を通った入力流体は加熱炉Ｂ２に到達し、加熱炉Ｂ２を通過した入力流体は分離器Ｓに入力される。分離器Ｓから出力される第１出力流体は、配管６を通って冷却器Ｌ３に到達する。冷却器Ｌ３によって冷却された第１出力流体は、配管２０を通って分岐部Ｊ５に到達する。分岐部Ｊ５に到達した第１出力流体は、配管２４を通って分離器Ｓに戻ると共に、配管２５を通って第２熱交換器Ｈ２に到達する。分離器Ｓから出力される第２出力流体は、配管９を通って加熱炉Ｂ１に到達する。加熱炉Ｂ１によって加熱された第２出力流体は、配管２３を通って分離器Ｓに戻ると共に、配管２７を通って第３熱交換器Ｈ３に到達する。
【００５９】
分離プロセスモジュール２００ｂでは、図１５に示されるように、加熱炉Ｂ１では熱量Ｑ２が必要となり、冷却器Ｌ３では熱量Ｑ２と同等の熱量Ｑ３が排熱される。さらに、熱量Ｑ１と熱量Ｑ４との重複部分しか熱交換することができないので、入力流体を十分に昇温することができない。よって、合流路Ｗを流れる入力流体を別途ボイラー等の加熱炉Ｂ２で更に加熱する必要がある。加熱炉Ｂ２で加熱する際に必要な熱量は、第１出力流体を圧縮する際に必要な所定エネルギーの仕事Ｗｃ１に比べて非常に大きい。
【００６０】
したがって、本実施形態に係る分離プロセスモジュール２００では、分離プロセスモジュール２００ｂに比べて、省エネルギー効果が高くなる。
（第３実施形態）
【００６１】
図５は、第３実施形態に係る分離プロセスモジュールを模式的に示す図である。図６は、第３実施形態に係る分離プロセスモジュールにおける熱量Ｑと温度Ｔとの関係を示すグラフである。図５に示される分離プロセスモジュール３００は、分離器Ｓに代えて分離ユニットＳ２を備える点以外は、図１に示される分離プロセスモジュール１００と同様の構成を備えている。
【００６２】
分離ユニットＳ２は、分離器Ｓ、分岐部Ｊ３（第１分岐部）、第２圧縮機Ｃ２、分岐部Ｊ４（第２分岐部）及び第４熱交換器Ｈ４を備える。分離器Ｓから出力された第１出力流体は、例えば気体の第１成分を含み、配管１５を通って分岐部Ｊ３に到達する。分岐部Ｊ３に到達した第１出力流体は、配管６を通って第１圧縮機Ｃ１に到達すると共に、配管１６を通って第２圧縮機Ｃ２に到達する。分岐部Ｊ３は、分離器Ｓと第１圧縮機Ｃ１との間に配置され、分離器Ｓから出力された第１出力流体を分岐する。第２圧縮機Ｃ２は、分岐部Ｊ３から出力され、気体の第１成分を含む第１出力流体を圧縮することによって昇温させる。第２圧縮機Ｃ２の圧縮比は１．５〜５であることが好ましい。第２圧縮機Ｃ２は、第１出力流体の温度を１０〜５０℃上昇させることが好ましい。第２圧縮機Ｃ２によって圧縮された第１出力流体は、配管１７を通って第４熱交換器Ｈ４に到達する。
【００６３】
一方、分離器Ｓから出力された第２出力流体は、配管２１を通って分岐部Ｊ４に到達する。分岐部Ｊ４に到達した第２出力流体は、配管９を通って第３熱交換器Ｈ３に到達すると共に、配管３２を通って第４熱交換器Ｈ４に到達する。分岐部Ｊ４は、分離器Ｓと第３熱交換器Ｈ３との間に配置され、分離器Ｓから出力された第２出力流体を分岐する。第４熱交換器Ｈ４は、分岐部Ｊ４から出力された第２出力流体と、第２圧縮機Ｃ２によって圧縮された第１出力流体との間で熱交換を行う。第４熱交換器Ｈ４において、加熱装置を用いて第２出力流体を加熱してもよい。第４熱交換器Ｈ４を通過した第１出力流体は、例えば液体の第１成分を含む。第４熱交換器Ｈ４を通過した第２出力流体は、例えば気体の第１成分を含む。
【００６４】
第４熱交換器Ｈ４では、第２圧縮機Ｃ２によって圧縮された第１出力流体の温度と第４熱交換器Ｈ４を通過した第２出力流体との差（温度差Ｃ）が、第４熱交換器Ｈ４を通過した第１出力流体の温度と第４熱交換器Ｈ４に入力される第２出力流体の温度との差（温度差Ｄ）と略同じであることが好ましい（図６参照）。この場合、第４熱交換器Ｈ４において、効率よく熱交換することができる。
【００６５】
第４熱交換器Ｈ４を通過した第１出力流体は、配管１８を通ってバルブＶ２に到達する。バルブＶ２は、第４熱交換器Ｈ４を通過した第１出力流体の圧力を低下させる。バルブＶ２を通過した第１出力流体は、配管１９を通って冷却器Ｌ３に到達する。冷却器Ｌ３によって冷却された第１出力流体は、配管２０を通って分離器Ｓに戻る。一方、第４熱交換器Ｈ４を通過した第２出力流体は、配管２３を通って分離器Ｓに戻る。
【００６６】
分離プロセスモジュール３００では、図１に示される分離プロセスモジュール１００と同様の作用効果が得られる。さらに、分離ユニットＳ２を閉じた系とした場合、第１出力流体及び第２出力流体を系外に出力すると共に、第１出力流体及び第２出力流体を分離器Ｓに還流させることができる。
【００６７】
また、図６に示されるように、第４熱交換器Ｈ４において熱量Ｑ２と熱量Ｑ３とが熱交換されるので、第２出力流体が第１出力流体によって昇温される。第２圧縮機Ｃ２によって第１出力流体を圧縮する際に所定エネルギーの仕事Ｗｃ２が必要になるが、第２出力流体を別途ボイラー等の加熱炉で加熱する必要は殆どなくなる。一方、第１出力流体を圧縮しない場合、第２出力流体を別途ボイラー等の加熱炉で加熱する必要がある。別途ボイラー等の加熱炉で加熱する際に必要なエネルギーは、第１出力流体を圧縮する際に必要な所定エネルギーに比べて非常に大きい。よって、省エネルギー効果が更に高くなる。
【００６８】
分離器Ｓから出力された第１出力流体を、第２圧縮機Ｃ２によって圧縮する前に分岐部Ｊ３によって分岐して系外に出力することができる。このため、系外に出力される第１出力流体を無駄に圧縮する必要がない。よって、第２圧縮機Ｃ２による圧縮に必要なエネルギーを低減することができる。
【００６９】
さらに、分離器Ｓから出力された第２出力流体を、第４熱交換器Ｈ４において昇温する前に分岐部Ｊ４によって分岐して系外に出力することができる。このため、系外に出力される第２出力流体を無駄に昇温する必要がない。よって、昇温に必要なエネルギーを低減することができる。
【００７０】
また、第４熱交換器Ｈ４を通過した第１出力流体が、液体の第１成分を含む場合、第４熱交換器Ｈ４において、第２圧縮機Ｃ２によって圧縮された第１出力流体が液化する際の潜熱を、第２出力流体によって回収することができる。よって、省エネルギー効果が更に高くなる。
【００７１】
さらに、現状の分離器を分離ユニットＳ２に置換するだけで高い省エネルギー効果が低コストかつ短時間で得られる。
（集積分離プロセスモジュール）
【００７２】
図７は、実施形態に係る集積分離プロセスモジュール（Integrated-ProcessModule）を模式的に示す図である。図７に示される集積分離プロセスモジュール５００は、第１〜第３分離プロセスモジュールＭ１〜Ｍ３を備える。第１〜第３分離プロセスモジュールＭ１〜Ｍ３のそれぞれは、第１〜第３実施形態に係る分離プロセスモジュール１００，２００，３００のいずれか一つである。
【００７３】
第１分離プロセスモジュールＭ１は、入力端Ｉ１０、第１出力端Ｅ１１及び第２出力端Ｅ１２を有している。第２分離プロセスモジュールＭ２は、入力端Ｉ２０、第１出力端Ｅ２１及び第２出力端Ｅ２２を有している。第３分離プロセスモジュールＭ３は、入力端Ｉ３０、第１出力端Ｅ３１及び第２出力端Ｅ３２を有している。入力端Ｉ１０，Ｉ２０，Ｉ３０は、分離プロセスモジュール１００，２００，３００の入力端Ｉに相当する。第１出力端Ｅ１１，Ｅ２１，Ｅ３１は、分離プロセスモジュール１００，２００，３００の第１出力端Ｅ１に相当する。第２出力端Ｅ１２，Ｅ２２，Ｅ３２は、分離プロセスモジュール１００，２００，３００の第２出力端Ｅ２に相当する。
【００７４】
集積分離プロセスモジュール５００の入力端Ｉ５００に入力された入力流体は、合流部Ｊ５０１を経由して第１分離プロセスモジュールＭ１の入力端Ｉ１０に入力される。第１分離プロセスモジュールＭ１の第１出力端Ｅ１１から出力された第１出力流体は、入力流体として第２分離プロセスモジュールＭ２の入力端Ｉ２０に入力される。第１分離プロセスモジュールＭ１の第２出力端Ｅ１２から出力された第２出力流体は、入力流体として第３分離プロセスモジュールＭ３の入力端Ｉ３０に入力される。第２分離プロセスモジュールＭ２の第２出力端Ｅ２２から出力された第２出力流体と、第３分離プロセスモジュールＭ３の第１出力端Ｅ３１から出力された第１出力流体とは、合流部Ｊ５０２，Ｊ５０１を経由して、第１分離プロセスモジュールＭ１の入力端Ｉ１０に入力される。第２分離プロセスモジュールＭ２の第１出力端Ｅ２１から出力された第１出力流体は、集積分離プロセスモジュール５００の第１出力端Ｅ５０１から出力される。第３分離プロセスモジュールＭ３の第２出力端Ｅ３２から出力された第２出力流体は、集積分離プロセスモジュール５００の第２出力端Ｅ５０２から出力される。
【００７５】
集積分離プロセスモジュール５００は、分離プロセスモジュール１００，２００，３００のいずれか一つを備えているので、省エネルギー効果が高い。また、集積分離プロセスモジュール５００では、第１分離プロセスモジュールＭ１で分離された流体を、第２分離プロセスモジュールＭ２及び第３分離プロセスモジュールＭ３の両方で更に分離している。また、第２分離プロセスモジュールＭ２から出力された第２出力流体及び第３分離プロセスモジュールＭ３から出力された第１出力流体を第１分離プロセスモジュールＭ１に戻して再度分離している。よって、集積分離プロセスモジュール５００では、第１成分及び第２成分を高純度で分離することができ、第１成分と第２成分の分離比を自由に決定することができる。
【００７６】
図８は、実施形態に係る集積分離プロセスモジュールの変形例を模式的に示す図である。図８に示される集積分離プロセスモジュール６００は、第１〜第５分離プロセスモジュールＭ１〜Ｍ５を備える。第１〜第５分離プロセスモジュールＭ１〜Ｍ５のそれぞれは、第１〜第３実施形態に係る分離プロセスモジュール１００，２００，３００のいずれか一つである。
【００７７】
第４分離プロセスモジュールＭ４は、入力端Ｉ４０、第１出力端Ｅ４１及び第２出力端Ｅ４２を有している。第５分離プロセスモジュールＭ５は、入力端Ｉ５０、第１出力端Ｅ５１及び第２出力端Ｅ５２を有している。入力端Ｉ４０，Ｉ５０は、分離プロセスモジュール１００，２００，３００の入力端Ｉに相当する。第１出力端Ｅ４１，Ｅ５１は、分離プロセスモジュール１００，２００，３００の第１出力端Ｅ１に相当する。第２出力端Ｅ４２，Ｅ５２は、分離プロセスモジュール１００，２００，３００の第２出力端Ｅ２に相当する。
【００７８】
集積分離プロセスモジュール６００の入力端Ｉ６００に入力された入力流体は、合流部Ｊ６０１を経由して第１分離プロセスモジュールＭ１の入力端Ｉ１０に入力される。第１分離プロセスモジュールＭ１の第１出力端Ｅ１１から出力された第１出力流体は、合流部Ｊ６０２を経由して、入力流体として第２分離プロセスモジュールＭ２の入力端Ｉ２０に入力される。第１分離プロセスモジュールＭ１の第２出力端Ｅ１２から出力された第２出力流体は、合流部Ｊ６０３を経由して、入力流体として第３分離プロセスモジュールＭ３の入力端Ｉ３０に入力される。第２分離プロセスモジュールＭ２の第２出力端Ｅ２２から出力された第２出力流体と、第３分離プロセスモジュールＭ３の第１出力端Ｅ３１から出力された第１出力流体とは、合流部Ｊ６０１を経由して、第１分離プロセスモジュールＭ１の入力端Ｉ１０に入力される。
【００７９】
第２分離プロセスモジュールＭ２の第１出力端Ｅ２１から出力された第１出力流体は、第４分離プロセスモジュールＭ４の入力端Ｉ４０に入力される。第３分離プロセスモジュールＭ３の第２出力端Ｅ３２から出力された第２出力流体は、第５分離プロセスモジュールＭ５の入力端Ｉ５０に入力される。第４分離プロセスモジュールＭ４の第２出力端Ｅ４２から出力された第２出力流体は、合流部Ｊ６０２を経由して、第２分離プロセスモジュールＭ２の入力端Ｉ２０に入力される。第５分離プロセスモジュールＭ５の第１出力端Ｅ５１から出力された第１出力流体は、合流部Ｊ６０３を経由して、第３分離プロセスモジュールＭ３の入力端Ｉ３０に入力される。第４分離プロセスモジュールＭ４の第１出力端Ｅ４１から出力された第１出力流体は、集積分離プロセスモジュール６００の第１出力端Ｅ６０１から出力される。第５分離プロセスモジュールＭ５の第２出力端Ｅ５２から出力された第２出力流体は、集積分離プロセスモジュール６００の第２出力端Ｅ６０２から出力される。
【００８０】
なお、分離プロセスモジュール１００，２００，３００等の分離プロセスモジュールを組み合わせることによって、自由に集積分離プロセスモジュールを設計することができる。さらに、一つの分離プロセスモジュール１００，２００，３００を繰り返し用いて、集積分離プロセスモジュールを設計してもよい。
（大規模集積分離プロセスモジュール）
【００８１】
図９は、実施形態に係る大規模集積分離プロセスモジュール（Large-ScaleIntegrated-Process Module）を模式的に示す図である。図９に示される大規模集積分離プロセスモジュール７００は、第１〜第３集積分離プロセスモジュールＮ１〜Ｎ３を備える。第１〜第３集積分離プロセスモジュールＮ１〜Ｎ３のそれぞれは、集積分離プロセスモジュール５００，６００のいずれか一つである。
【００８２】
第１集積分離プロセスモジュールＮ１は、入力端Ｇ１０、第１出力端Ｋ１１及び第２出力端Ｋ１２を有している。第２集積分離プロセスモジュールＮ２は、入力端Ｇ２０、第１出力端Ｋ２１及び第２出力端Ｋ２２を有している。第３集積分離プロセスモジュールＮ３は、入力端Ｇ３０、第１出力端Ｋ３１及び第２出力端Ｋ３２を有している。入力端Ｇ１０，Ｇ２０，Ｇ３０は、集積分離プロセスモジュール５００，６００の入力端Ｉ５００，Ｉ６００に相当する。第１出力端Ｋ１１，Ｋ２１，Ｋ３１は、集積分離プロセスモジュール５００，６００の第１出力端Ｅ５０１，Ｅ６０１に相当する。第２出力端Ｋ１２，Ｋ２２，Ｋ３２は、集積分離プロセスモジュール５００，６００の第２出力端Ｅ５０２，Ｅ６０２に相当する。
【００８３】
大規模集積分離プロセスモジュール７００の入力端Ｉ７００に入力された入力流体は、合流部Ｊ７０１を経由して第１集積分離プロセスモジュールＮ１の入力端Ｇ１０に入力される。第１集積分離プロセスモジュールＮ１の第１出力端Ｋ１１から出力された第１出力流体は、入力流体として第２集積分離プロセスモジュールＮ２の入力端Ｇ２０に入力される。第１集積分離プロセスモジュールＮ１の第２出力端Ｋ１２から出力された第２出力流体は、入力流体として第３集積分離プロセスモジュールＮ３の入力端Ｇ３０に入力される。第２集積分離プロセスモジュールＮ２の第２出力端Ｋ２２から出力された第２出力流体と、第３集積分離プロセスモジュールＮ３の第１出力端Ｋ３１から出力された第１出力流体とは、合流部Ｊ７０２，Ｊ７０１を経由して、第１集積分離プロセスモジュールＮ１の入力端Ｇ１０に入力される。第２集積分離プロセスモジュールＮ２の第１出力端Ｋ２１から出力された第１出力流体は、大規模集積分離プロセスモジュール７００の第１出力端Ｅ７０１から出力される。第３集積分離プロセスモジュールＮ３の第２出力端Ｋ３２から出力された第２出力流体は、大規模集積分離プロセスモジュール７００の第２出力端Ｅ７０２から出力される。
【００８４】
大規模集積分離プロセスモジュール７００は、集積分離プロセスモジュール５００，６００のいずれか一つを備えているので、省エネルギー効果が高い。また、大規模集積分離プロセスモジュール７００では、第１集積分離プロセスモジュールＮ１で分離された流体を、第２集積分離プロセスモジュールＮ２及び第３集積分離プロセスモジュールＮ３の両方で更に分離している。また、第２集積分離プロセスモジュールＮ２から出力された第２出力流体及び第３集積分離プロセスモジュールＮ３から出力された第１出力流体を第１集積分離プロセスモジュールＮ１に戻して再度分離している。よって、大規模集積分離プロセスモジュール７００では、第１成分及び第２成分を更に高純度で分離することができ、第１成分と第２成分の分離比を自由に決定することができる。
【００８５】
なお、集積分離プロセスモジュール５００，６００等の集積分離プロセスモジュールを組み合わせることによって、自由に大規模集積分離プロセスモジュールを設計することができる。さらに、一つの集積分離プロセスモジュール５００，６００を繰り返し用いて、大規模集積分離プロセスモジュールを設計してもよい。
【００８６】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。
【００８７】
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
【００８８】
図１に示される分離プロセスモジュール１００について、プロセスシミュレータ（ＰＲＯ／ＩＩＴＭ）を用いてシミュレーションを行った。全ての熱交換器内の最小近接温度差は１０度とした。実在気体の状態方程式として、Soave-Redlich-Kwong式を用いた。入力端Ｉに入力される入力流体として、５０ｍｏｌ％ベンゼン、５０ｍｏｌ％トルエンの混合液を用いた。
【００８９】
入力流体の流量を１００ｋｇ・ｍｏｌ／時間、温度を標準温度（２５℃）、圧力を標準圧力（１ａｔｍ）とした。第１出力端Ｅ１から出力される第１出力流体の流量を５０ｋｇ・ｍｏｌ／時間、温度を標準温度（２５℃）、圧力を標準圧力（１ａｔｍ）とした。第２出力端Ｅ２から出力される第２出力流体の流量を５０ｋｇ・ｍｏｌ／時間、温度を標準温度（２５℃）、圧力を標準圧力（１ａｔｍ）とした。
【００９０】
第１出力端Ｅ１から出力される第１出力流体は、６０．７ｍｏｌ％ベンゼン、３９．３ｍｏｌ％トルエンの混合液とした。第２出力端Ｅ２から出力される第２出力流体は、標準状態（２５℃、１ａｔｍ）で、３９．３ｍｏｌ％ベンゼン、６０．７ｍｏｌ％トルエンの混合液とした。
【００９１】
シミュレーションの結果、配管３を通る入力流体の流量は４７．７ｋｇ・ｍｏｌ／時間、温度は８５．９℃であった。配管３ａを通る入力流体の流量は５２．３ｋｇ・ｍｏｌ／時間、温度は８５．９℃であった。配管４を通る入力流体の温度は８５．９℃であった。配管５を通る入力流体の温度は９５．９℃であった。配管６を通る第１出力流体の流量は５０ｋｇ・ｍｏｌ／時間、温度は９５．９℃であった。配管７を通る第１出力流体の温度は１３５．９℃、圧力は２．９２ａｔｍであった。配管１２を通る第１出力流体の温度は３８．３℃であった。配管９を通る第２出力流体の流量は５０ｋｇ・ｍｏｌ／時間、温度は９５．９℃であった。
【００９２】
また、第１圧縮機Ｃ１において必要な仕事は４５．１ｋＷであった。なお、第１熱交換器Ｈ１における熱交換量は４８８ｋＷであった。第２熱交換器Ｈ２における熱交換量は１２０ｋＷであった。第３熱交換器Ｈ３における熱交換量は１３１ｋＷであった。
（比較例１）
【００９３】
図１０に示される分離プロセスモジュール１００ａについて、プロセスシミュレータ（ＰＲＯ／ＩＩＴＭ）を用いて、実施例１と同様にシミュレーションを行った。
【００９４】
シミュレーションの結果、加熱炉Ｂ２において必要な熱量は４８８ｋＷであった。
【００９５】
実施例１の結果と比較例１の結果とを比較すると、実施例１では比較例１に比べて大幅な省エネルギーが実現されていることが分かる。
（実施例２）
【００９６】
図７に示される集積分離プロセスモジュール５００について、プロセスシミュレータ（ＰＲＯ／ＩＩＴＭ）を用いて、第１出力端Ｅ５０１から出力される第１出力流体を７４ｍｏｌ％ベンゼン、２６ｍｏｌ％トルエンの混合液としたこと以外は実施例１と同様にして、シミュレーションを行った。集積分離プロセスモジュール５００の分離プロセスモジュールＭ１，Ｍ２，Ｍ３として、図１に示される分離プロセスモジュール１００を用いた。
【００９７】
シミュレーションの結果、分岐部Ｊ５０１から入力端Ｉ１０に入力される入力流体の流量は３２４．９ｋｇ・ｍｏｌ／時間、温度は２５℃、圧力は１ａｔｍであった。第１出力端Ｅ１１から出力される第１出力流体の流量は１３４．４ｋｇ・ｍｏｌ／時間、温度は２５℃、圧力は１ａｔｍであった。第２出力端Ｅ１２から出力される第２出力流体の流量は１９０．４ｋｇ・ｍｏｌ／時間、温度は２５℃、圧力は１ａｔｍであった。
【００９８】
また、分離プロセスモジュールＭ１の第１圧縮機Ｃ１において必要な仕事は１４６．７ｋＷであった。分離プロセスモジュールＭ２の第１圧縮機Ｃ１において必要な仕事は５９．２ｋＷであった。分離プロセスモジュールＭ３の第１圧縮機Ｃ１において必要な仕事は８９．１ｋＷであった。したがって、全体に必要な合計エネルギーは２９５．０ｋＷであった。
（比較例２）
【００９９】
図１４に示される分離プロセスモジュール２００ｂにおいて加熱炉Ｂ２を用いず、分岐部Ｊ５をコンデンサに置換したものについて、プロセスシミュレータ（ＰＲＯ／ＩＩＴＭ）を用いて、実施例１と同様にシミュレーションを行った。分離器Ｓの段数を３、還流比を１．７６とした。
【０１００】
シミュレーションの結果、配管３を通る入力流体の流量は３０．２ｋｇ・ｍｏｌ／時間、温度は７６．１℃であった。配管３ａを通る入力流体の流量は６９．８ｋｇ・ｍｏｌ／時間、温度は７６．１℃であった。配管５を通る入力流体の温度は７６．１℃であった。配管２５を通る第１出力流体の温度は８６．１℃であった。配管２７を通る第２出力流体の温度は１００．４℃であった。
【０１０１】
加熱炉Ｂ１において必要な熱量は１３０４．５ｋＷであった。
【０１０２】
実施例２の結果と比較例２の結果とを比較すると、実施例２では比較例２に比べて大幅な省エネルギーが実現されていることが分かる。
（実施例３）
【０１０３】
図５に示される分離プロセスモジュール３００について、プロセスシミュレータ（ＰＲＯ／ＩＩＴＭ）を用いて、第１出力端Ｅ１から出力される第１出力流体を７３ｍｏｌ％ベンゼン、２７ｍｏｌ％トルエンの混合液としたこと以外は実施例１と同様にして、シミュレーションを行った。分離器Ｓの段数を３とした。第１圧縮機Ｃ１の圧縮比は１．５４とした。第２圧縮機Ｃ２の圧縮比は８．０とした。
【０１０４】
シミュレーションの結果、配管３を通る入力流体の流量は４０．０ｋｇ・ｍｏｌ／時間、温度は９０．２℃であった。配管３ａを通る入力流体の流量は６０．０ｋｇ・ｍｏｌ／時間、温度は９２．４℃であった。配管４を通る入力流体の温度は９１．５℃であった。配管５を通る入力流体の温度は９５．０℃であった。配管１７を通る第１出力流体の温度は１７８．６℃であった。配管２０を通る第１出力流体の流量は８５ｋｇ・ｍｏｌ／時間、温度は８６．３℃であった。配管７を通る第１出力流体の温度は１０６．６℃であった。配管８を通る第１出力流体の温度は１０２．４℃であった。配管２２を通る第２出力流体の流量は９５．５ｋｇ・ｍｏｌ／時間であった。配管２３を通る第２出力流体の温度は１０５．０℃であった。配管９を通る第２出力流体の温度は１００．２℃であった。
【０１０５】
また、第１圧縮機Ｃ１において必要な仕事は１７．９ｋＷであった。第２圧縮機Ｃ２において必要な仕事は１４７．０ｋＷであった。第４熱交換器Ｈ４において必要な熱量は７４．１ｋＷであった。したがって、全体に必要な合計エネルギーは２３９．０ｋＷであった。
（比較例３）
【０１０６】
図１４に示される分離プロセスモジュール２００ｂにおいて、分岐部Ｊ５をコンデンサに置換したものについて、プロセスシミュレータ（ＰＲＯ／ＩＩＴＭ）を用いて、実施例１と同様にシミュレーションを行った。分離器Ｓの段数を２、還流比を１．７とした。なお、加熱炉Ｂ１も１段の分離器として機能するので、分離器Ｓ及び加熱炉Ｂ１の合計段数は３である。
【０１０７】
シミュレーションの結果、配管３を通る入力流体の流量は３０．７ｋｇ・ｍｏｌ／時間、温度は７６．３℃であった。配管３ａを通る入力流体の流量は６９．３ｋｇ・ｍｏｌ／時間、温度は９０．２℃であった。配管４を通る入力流体の温度は８３．７℃であった。配管５を通る入力流体の温度は９５．０℃であった。配管２５を通る第１出力流体の温度は８６．３℃であった。配管２７を通る第２出力流体の温度は１００．２℃であった。加熱炉Ｂ１において必要な熱量は８８８．３ｋＷであった。加熱炉Ｂ２において必要な熱量は３７０．３ｋＷであった。したがって、全体に必要な合計エネルギーは１２５８．６ｋＷであった。
【０１０８】
実施例３の結果と比較例３の結果とを比較すると、実施例３では比較例３に比べて大幅な省エネルギーが実現されていることが分かる。
（実施例４）
【０１０９】
分離機Ｓの段数を１９、第１出力端Ｅ１から出力される第１出力流体を９５ｍｏｌ％ベンゼン、５ｍｏｌ％トルエンの混合液としたこと以外は実施例３と同様にして、シミュレーションを行った。
【０１１０】
シミュレーションの結果、全体に必要な合計エネルギーは２８１．１ｋＷであった。
。
（比較例４）
【０１１１】
分離機Ｓの段数を１８、第１出力端Ｅ１から出力される第１出力流体を９５ｍｏｌ％ベンゼン、５ｍｏｌ％トルエンの混合液としたこと以外は比較例３と同様にして、シミュレーションを行った。
【０１１２】
シミュレーションの結果、全体に必要な合計エネルギーは１２１４．１ｋＷであった。
【０１１３】
実施例４の結果と比較例４の結果とを比較すると、実施例４では比較例４に比べて大幅な省エネルギーが実現されていることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】第１実施形態に係る分離プロセスモジュールを模式的に示す図である。
【図２】第１実施形態に係る分離プロセスモジュールにおける熱量Ｑと温度Ｔとの関係を示すグラフである。
【図３】第２実施形態に係る分離プロセスモジュールを模式的に示す図である。
【図４】第２実施形態に係る分離プロセスモジュールにおける熱量Ｑと温度Ｔとの関係を示すグラフである。
【図５】第３実施形態に係る分離プロセスモジュールを模式的に示す図である。
【図６】第３実施形態に係る分離プロセスモジュールにおける熱量Ｑと温度Ｔとの関係を示すグラフである。
【図７】実施形態に係る集積分離プロセスモジュール（Integrated-ProcessModule）を模式的に示す図である。
【図８】実施形態に係る集積分離プロセスモジュールの変形例を模式的に示す図である。
【図９】実施形態に係る大規模集積分離プロセスモジュール（Large-ScaleIntegrated-Process Module）を模式的に示す図である。
【図１０】第１比較例に係る分離プロセスモジュールを模式的に示す図である。
【図１１】第１比較例に係る分離プロセスモジュールにおける熱量Ｑと温度Ｔとの関係を示すグラフである。
【図１２】第２比較例に係る分離プロセスモジュールを模式的に示す図である。
【図１３】第２比較例に係る分離プロセスモジュールにおける熱量Ｑと温度Ｔとの関係を示すグラフである。
【図１４】第３比較例に係る分離プロセスモジュールを模式的に示す図である。
【図１５】第３比較例に係る分離プロセスモジュールにおける熱量Ｑと温度Ｔとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１１５】
Ｉ…入力端、Ｒ１…第１分岐路、Ｒ２…第２分岐路、Ｗ…合流路、Ｓ…分離器、Ｃ１…第１圧縮機、Ｈ１…第１熱交換器、Ｈ２…第２熱交換器、Ｈ３…第３熱交換器、Ｅ１…第１出力端、Ｅ２…第２出力端、１００，２００，３００…分離プロセスモジュール、Ｊ３…分岐部（第１分岐部）、Ｃ２…第２圧縮機、Ｊ４…分岐部（第２分岐部）、Ｈ４…第４熱交換器、Ｍ１…第１分離プロセスモジュール、Ｍ２…第２分離プロセスモジュール、Ｍ３…第３分離プロセスモジュール、５００，６００…集積分離プロセスモジュール、Ｎ１…第１集積分離プロセスモジュール、Ｎ２…第２集積分離プロセスモジュール、Ｎ３…第３集積分離プロセスモジュール、７００…大規模集積分離プロセスモジュール。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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