(57)【要約】  複数の圧縮段（Ｉ〜ＶＩ）を有する圧縮器構成（１００、２００、３００、４００）においてガスを段階的に圧縮する方法を提案し、圧縮段（Ｉ〜ＶＩ）は、主管路（１）によって一緒に連続的に接続し、圧縮段（Ｉ〜ＶＩ）において、主管路（１）を通して案内するガスはそれぞれ、吸込み側圧力レベルから圧力側圧力レベルまで圧縮し、この圧縮によって、吸込み側温度レベルから圧力側温度レベルまで加熱し、主管路（１）を通して案内するガスの帰還量は、圧縮段の１つ（Ｖ）の下流で主管路（１）から少なくとも一時的に取り出し、膨張工程に送り、同じ圧縮段（Ｖ）の上流で主管路（１）に送り返す。方法は、下流で帰還量を主管路（１）から取り出す圧縮段（Ｖ）の圧力側圧力レベルが、超臨界圧力レベルであること、帰還量を未臨界圧力レベルまで膨張させること、帰還量を、下流で帰還量を主管路（１）から取り出す圧縮段（Ｖ）の圧力側温度レベルで膨張工程に送ること、及び帰還量を、膨張後、並びに主管路（１）に送り返す前及び／又は後にのみ冷却することを提供する。本発明は、圧縮器構成（１００、２００、３００、４００）にも関する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮段（Ｉ〜ＶＩ）を有する圧縮器構成（１００、２００、３００、４００）においてガスを段階的に圧縮する方法であって、前記圧縮段（Ｉ〜ＶＩ）は、主管路（１）によって一緒に連続的に接続し、前記圧縮段（Ｉ〜ＶＩ）において、前記主管路（１）を通して案内するガスはそれぞれ、吸込み側圧力レベルから圧力側圧力レベルまで圧縮し、前記圧縮によって、吸込み側温度レベルから圧力側温度レベルまで加熱し、前記主管路（１）を通して案内したガスの帰還量は、前記圧縮段の１つ（Ｖ）の下流で前記主管路（１）から少なくとも一時的に取り出し、膨張工程に送り、前記同じ圧縮段（Ｖ）の上流で前記主管路（１）に送り返す、方法において、下流で前記主管路（１）から帰還量を取り出す前記圧縮段（Ｖ）の圧力側圧力レベルは、超臨界圧力レベルであること、前記帰還量を未臨界圧力レベルに膨張させること、前記帰還量は、下流で前記主管路（１）から帰還量を取り出す前記圧縮段（Ｖ）の圧力側温度レベルで前記膨張工程に送ること、前記帰還量は、膨張後、並びに前記主管路（１）に送り返す前及び／又は後にのみ冷却することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記主管路（１）を通して案内するガスの更なる帰還量は、更なる圧縮段（ＶＩ）の下流で前記主管路（１）から少なくとも一時的に取り出し、膨張工程に送り、前記同じ更なる圧縮段（ＶＩ）の上流で前記主管路（１）に送り返し、下流で前記更なる帰還量を前記主管路（１）から取り出す前記更なる圧縮段（ＶＩ）の圧力側圧力レベルは、超臨界圧力レベルであり、前記更なる帰還量を超臨界圧力レベルに膨張させ、前記帰還量は、膨張後、並びに前記主管路（１）に送り返す前及び／又は後にのみ冷却する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記主管路（１）を通して案内するガスの更なる帰還量は、更なる圧縮段（ＩＩＩ、ＩＶ）の下流で前記主管路（１）から少なくとも一時的に取り出し、膨張工程に送り、前記同じ更なる圧縮段（ＩＩＩ、ＩＶ）の上流で前記主管路（１）に送り返し、下流で前記更なる帰還量を前記主管路（１）から取り出す前記更なる圧縮段（ＩＩＩ、ＩＶ）の圧力側圧力レベルは、未臨界圧力レベルであり、前記更なる帰還量を未臨界圧力レベルに膨張させ、前記帰還量は、膨張後、並びに前記主管路（１）に送り返す前及び／又は後にのみ冷却する、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
更なる熱交換器は、前記帰還量を戻すために使用する戻り管路、及び／又は前記主管路（１）内で使用する、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記帰還量は、１つ又は複数の圧縮段（Ｉ〜ＩＶ）の上流で前記主管路（１）に送り返し、前記１つ又は複数の圧縮段（Ｉ〜ＩＶ）は、下流で前記帰還量を前記主管路（１）から取り出す前記圧縮段（Ｖ）の上流に配置する、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記帰還量は、前記圧縮段（Ｉ〜ＶＩ）のうち１つの達成可能な若しくは達成される吸込み側圧力レベル又は圧力側圧力レベルに基づき制御する、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記ガスは、所定の温度範囲内に維持した冷却水を使用して前記圧縮段（Ｉ〜ＶＩ）の間で冷却する、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記ガスは、特に水蒸気分解法を使用して供給するエチレン若しくは富エチレンガスであるか、又は前記ガスは、エタン若しくは富エタンガスであるか、又は前記ガスは、二酸化炭素若しくは富二酸化炭素ガスである、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記複数の圧縮段（Ｉ〜ＶＩ）は、１つ又は複数の共通シャフト（８、９）によって駆動し、前記共通シャフト（８、９）によって、前記それぞれの圧縮段（Ｉ〜ＶＩ）は、機械式に結合する、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記複数の圧縮段（Ｉ〜ＶＩ）はそれぞれ、前記複数の共通シャフト（８、９）によって駆動する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記複数の共通シャフト（８、９）は、伝達装置によって機械式に結合する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
ガスを段階的に圧縮するように構成し、圧縮段（Ｉ〜ＶＩ）を有する圧縮器構成（１００、２００、３００、４００）を備える設備であって、前記圧縮段（Ｉ〜ＶＩ）は、主管路（１）によって一緒に連続的に接続し、前記圧縮段（Ｉ〜ＶＩ）において、前記主管路（１）を通して案内するガスはそれぞれ、吸込み側圧力レベルから圧力側圧力レベルまで圧縮し、前記圧縮によって、吸込み側温度レベルから圧力側温度レベルまで加熱することができ、手段は、前記圧縮段の１つ（Ｖ）の下流で、前記主管路（１）を通して案内するガスの帰還量を前記主管路（１）から少なくとも一時的に取り出し、前記帰還量を膨張工程に送り、前記同じ圧縮段（Ｖ）の上流で前記主管路（１）に送り返すように構成して設ける、方法において、前記設備は、下流で前記帰還量を前記主管路（１）から取り出す前記圧縮段（Ｖ）の圧力側圧力レベルが、超臨界圧力レベルであるように動作するように構成すること、前記帰還量は、未臨界圧力レベルまで膨張させること、前記帰還量を、下流で前記帰還量を前記主管路（１）から取り出す前記圧縮段（Ｖ）の圧力側温度レベルで前記膨張工程に送るように構成した手段を設けること、前記帰還量を、膨張後、並びに前記主管路（１）に送り返す前及び／又は後にのみ冷却するように構成した手段を設けることを特徴とする設備。
【請求項１３】
請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法を実施するように構成する、請求項１２に記載の設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主管路によって一緒に連続的に接続した複数の圧縮段を有する圧縮器構成においてガスを段階的に圧縮する方法、及び独立請求項のプリアンブルに記載の対応する圧縮器構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化水素を水蒸気分解する方法及びデバイスは、公知であり、例えば、２００９年４月１５日以降のオンライン版のウルマン産業化学事典の記事「エチレン」、ＤＯＩ  １０．１００２／１４３５６００７．ａ１０＿０４５．ｐｕｂ３に記載されている。
【０００３】
水蒸気分解において、水と油状成分を分離した後、存在する場合、ガス混合物（いわゆる熱分解油）が得られ、このガス混合物は、依然として、水素、メタン、及び２個以上の炭素原子を有する炭化水素を実質的に含有している。当業者には基本的に公知であり、上述の記事にも記載されているように、この種のガス混合物は、分離手順において分離することができる。水蒸気分解における従来の標的生成物、即ち、エチレンも、適切な分離手順において他の成分から分離される。この点において、エチレンは、典型的には、いわゆるＣ２分離器の上部から引き出される。
【０００４】
下流工程又は消費者の要件を条件として、エチレンは、様々な制約条件下、設備に放出することができる。典型的には、エチレンは、昇圧下、ガスの形態で放出される。エチレンが所望の条件下で既に存在していないという条件で、単一段又は多段ターボ圧縮器内で圧縮を実行する。エチレンは、上述の分離手順において冷媒としても使用されるので、この目的でも圧縮される。エチレンは、典型的には、複数の圧縮段及び中間冷却を有する共通のターボ圧縮器において上述の目的で圧縮されるため、ターボ圧縮器は、生成物圧縮器及び冷媒圧縮器としても使用する。エチレンは、このターボ圧縮器から取り出され、異なる圧縮段に対応する異なる圧力レベルで冷媒及び生成物として使用される。対応するターボ圧縮器は、添付の図１に概略的に示し、以下でより詳細に説明する。しかし、原則的に、冷媒及び生成物を圧縮するために、複数の個別の、特に多段のターボ圧縮器を使用することも可能である。
【０００５】
本発明は、主にエチレンガス及び富エチレンガスに言及しながら説明するが、本発明は、エタン及び二酸化炭素等、熱力学的に同様に挙動するガスの圧縮にも等しく適している。したがって、エチレンに関する説明は、一例として使用するにすぎない。
【０００６】
特定のケースでは、超臨界圧力レベルでのエチレンの放出を必要とする。この目的で、エチレンは、超臨界圧力レベルで液化し、次にポンプによって搬送することができるか、又はエチレンは、記載した種類の多段圧縮器において、対応する圧力レベルの状態にする。後者のケースは、添付の図２に概略的に示し、また、以下でより詳細に説明する。後者のケースでは、生成物は、段ＩＶからＶＩにおいて圧縮し、冷媒は、段ＩからＩＩＩにおいて圧縮する。エネルギーの点では、液化を伴わない圧縮がより好ましい代替形態である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】２００９年４月１５日以降のオンライン版のウルマン産業化学事典の記事「エチレン」、ＤＯＩ  １０．１００２／１４３５６００７．ａ１０＿０４５．ｐｕｂ３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、後述するように、従来の多段ターボ圧縮器における超臨界圧力レベルの多段圧縮において、問題が生じることがある。本発明は、こうした問題を克服することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記に鑑みて、本発明は、主管路によって一緒に連続的に接続した複数の圧縮段を有する圧縮器構成内でガスを段階的に圧縮する方法、及び独立請求項の特徴を有する、対応する圧縮器構成を提案する。実施形態は、従属請求項及び以下の説明の主題である。
【００１０】
圧力及び温度を特性化するために、本出願は、用語「圧力レベル」及び「温度レベル」を使用し、これらは、本発明の概念を実現するために、対応する設備において、対応する圧力及び温度を、正確な圧力値及び温度値で使用する必要がないことを表すことを目的とする。しかし、そのような圧力及び温度は、典型的には、例えば、平均を中心として±１％、５％、１０％、２０％又は更には５０％にある特定の範囲内にある。この点について、対応する圧力レベル及び温度レベルは、独立した範囲又は重複範囲内にあってもよい。特に、例えば、圧力レベルは、不可避の又は予測される圧力の損失を含む。相応に、同じことが温度レベルにも適用される。本明細書で述べるバール単位の圧力レベルは、絶対圧力である。
【発明の効果】
【００１１】
エチレンが多段ターボ圧縮器において超臨界圧力レベルに達する前に、比較的中程度の温度で、高圧レベルではあるが依然として未臨界圧力のレベルで液化が生じる可能性がある。エチレンの臨界温度は、約８℃である。この温度は、圧縮段の下流で冷却水による中間冷却によって液化を排除するには十分に低いものである。冷却水は、典型的には、少なくとも１０℃の温度にある。しかし、典型的には、多段ターボ圧縮器には戻り管路、又はいわゆるキックバックが設けられており、戻り管路は、部分負荷下、又は他の間欠的に発生する動作状態下、圧縮段の圧力側から、より低い圧力レベルにエチレンを膨張させ、吸込み側の同じ圧縮段、又はその上流に配置した圧縮段にエチレンを送り返す。このことは、図２に示し、以下でより詳細に説明する。
【００１２】
対応する再循環の前にエチレンを冷却しすぎると、膨張の間に望ましくない部分液化がもたらされることがある。例えば、図２によるターボ圧縮器の段Ｖの後、圧縮したエチレンが約７０バールにあり、この圧力レベルで２０℃に冷却され、次に、絞り弁によって、等エンタルピー的に約４０バールまで膨張させ、段Ｖに送り返した場合、２相領域への直接的な遷移がエンタルピー図にもたらされる。詳細には、関連する専用家の文献で刊行されているエチレンに関するエンタルピー図を参照されたい。しかし、対応する部分液化は、欠点である。というのは、使用する多段ターボ圧縮器は、液相を搬送するように構成されていないためである。
【００１３】
この欠点を克服するために、本発明は、主管路によって一緒に連続的に接続した複数の圧縮段を有する圧縮器構成内でガスを段階的に圧縮する方法を提案する。圧縮段は、特に、前述のターボ圧縮段として構成することができる。特に、圧縮段は、共通の機械式デバイス、例えば共通シャフトによって、部分的又は完全に駆動することができ、このようにして、圧縮段を機械式に一緒に結合する。
【００１４】
前述のように、本発明に使用するガスは、例えば富エチレンガスであってもよい。この種の富エチレンガスは、純粋又は実質的に純粋なエチレンであってもよく、即ち、少なくとも９０％、９５％又は９９％のエチレンを含有することができる。本発明の状況において、富エチレンガスは、特に公知のＣ２分離器の上部から取り出し得るために（冒頭で言及されている専門家の文献を参照されたい）、富エチレンガスは、特に、この関連における通常のエチレン含量を有する。簡略化する目的で、対応する富エチレンガスは、以下で「エチレン」とも呼ぶ。しかし、本発明は、例えば、同等の熱力学特性量を有するエタン若しくは二酸化炭素の圧縮、又は対応する富エタンガス及び富二酸化炭素ガスの圧縮にも適している。
【００１５】
圧縮段において、主管路を通して案内するガスはそれぞれ、吸込み側圧力レベルから圧力側圧力レベルまで圧縮され、この圧縮によって、吸込み側温度レベルから圧力側温度レベルまで加熱される。
【００１６】
本明細書では、用語「吸込み側圧力レベル」は、ガスを圧縮段に送る圧力レベルを意味するものとして理解されたい。この吸込み側圧力レベルは、「吸込み圧力」としても一般的に公知である。「圧力側圧力レベル」は、圧縮段がガスを圧縮する圧力レベルである。
【００１７】
本明細書では、用語「吸込み側温度レベル」は、対応するガスを圧縮段に送る温度レベルを意味するものとして理解されたい。この温度レベルは、ガスを圧縮器に送り込む前、もはや積極的な影響を及ぼすものではなく、特に、吸込み側温度レベルからは、ガスを積極的に加熱又は冷却しない。したがって、「圧力側温度レベル」は、対応する圧縮段の直接下流での温度レベルを示し、したがって、圧力側温度レベルは、対応するガスが圧縮段を離れるときの温度レベルである。したがって、圧縮段の下流では、温度レベルは、もはや、圧力側温度レベルに到達させるほど積極的な影響を及ぼすものではなく、特に、冷却器における積極的な加熱又は冷却はない。中間冷却器を圧縮段の下流で使用する場合、「圧力側温度レベル」は、ガスが中間冷却器に進入するまで存在する。
【００１８】
本発明の文脈の範囲において、従来のキックバック管路に従って、主管路を通して案内されるガスの帰還量は、圧縮段の１つの下流で主管路から少なくとも一時的に取り出され、膨張工程に送られ、膨張後、同じ圧縮段の上流で主管路に送り返される。
【００１９】
「同じ圧縮段の上流での」帰還という表現は、以下でも説明するように、下流で帰還量を取り出す圧縮段の直接上流での帰還を意味することができる。しかし、帰還は、下流で帰還量を主管路から取り出す圧縮段の上流に配置した１つ又は複数の更なる圧縮段の上流でも発生させることができる。
【００２０】
既に述べたように、説明した帰還量の形態で適切なキックバックを使用した場合、図２に示した上述の構成を使用した際に、部分液化という上述の問題が生じることがある。そのような構成において、適切な帰還量を、後部冷却器の下流で主管路から取り出すため、帰還量は、取出し点では既に冷却された状態にある。帰還量は、帰還に必要な膨張工程によって更に冷却される。このことは、冷却水温度が変動する場合又は一般的に低い冷却水温度の場合、特に重大である。というのは、（部分）液化がここで生じ得るためである。前述のように、このことは、例えば、エチレン又は富エチレンガスの場合、比較的中程度の温度でさえ発生することがあり、即ち、例えば、帰還量が約７０バールの圧力にあり、この圧力レベルで２０℃に冷却し、次に、絞り弁によって等エンタルピー的に約４０バールまで膨張させた場合に発生することがある。
【００２１】
下流で帰還量を主管路から取り出す圧縮段の圧力側圧力レベルが、超臨界圧力レベルを超え、この帰還量を未臨界圧力レベルに膨張させるときにのみ、対応する液相の生成が発生するわけではないが、対応する設備を通常動作させる間、液相の生成は、特にこの種の「遷移臨界」膨張の間、不利である。したがって、本発明は、対応する遷移臨界圧縮及び膨張のケースに焦点を当てている。
【００２２】
したがって、本発明は、下流で帰還量を主管路から取り出す圧縮段の圧力側圧力レベルが超臨界圧力レベルであること、帰還量を未臨界圧力レベルに膨張させること、及び帰還量を、下流で帰還量を主管路から取り出す圧縮段の圧力側温度レベルで膨張工程に送ることを提供する。本発明による利点を得るために、帰還量は、膨張後、並びに主管路に送り返す前及び／又は後にのみ冷却する。
【００２３】
原則的に、通常動作の間、帰還量を超臨界圧力レベルから未臨界圧力レベルに膨張させる場合、（即ち、例えば、図２に示す構成の段ＶＩにおいて又は対応する帰還量に対し）対応する問題が生じることもある。例えば、対応する設備の始動時又は誤動作の間、帰還の圧力レベルが、臨界圧力レベルを一時的に下回るか、又は対応する値まで降下することがある。始動時又は中断の間、対応する設備が定常状態に（再度）達するまで、圧力レベルの著しい変動を記録する可能性がある。
【００２４】
したがって、本発明による方法の有利な実施形態は、主管路を通して案内するガスの更なる帰還量を、更なる圧縮段の下流で主管路から少なくとも一時的に取り出し、膨張工程に送り、同じ更なる圧縮段の上流で主管路に送り返すこと、下流で更なる帰還量を主管路から取り出す更なる圧縮段の圧力側圧力レベルは、超臨界圧力レベルであること、この更なる帰還量を超臨界圧力レベルに膨張させること、帰還量は、膨張後、並びに主管路に送り返す前及び／又は後にのみ冷却することを提供する。このようにして、このケースでも液化が回避される。
【００２５】
特定のケースでは、圧力側圧力レベルが超臨界圧力レベルを下回る場合、即ち、膨張前の帰還量が未臨界圧力レベルにあり、同時に、２相領域を単純な膨張によって達成できる温度レベルにある場合にも、液化が生じることがある。この一例は、約４８バールの圧力レベル及び約１０℃の温度レベルである。圧力エンタルピー図において、対応する圧力レベル及び温度レベルによって定義される点は、２相線より上に位置する。
【００２６】
この場合でも同様に液化を回避するために、本発明の更なる実施形態は、主管路を通して案内するガスの更なる帰還量を、更なる圧縮段の下流で主管路から少なくとも一時的に取り出し、膨張工程に供給し、同じ更なる圧縮段の上流で主管路に送り返すこと、下流で更なる帰還量を主管路から取り出す更なる圧縮段の圧力側圧力レベルは、未臨界圧力レベルであること、この更なる帰還量を未臨界圧力レベルに膨張させること、帰還量は、膨張後、並びに主管路に送り返す前及び／又は後にのみ冷却することを提供する。
【００２７】
本発明は、帰還量（以下の説明は複数の帰還量にも関連する）を、下流で帰還量を主管路から取り出す圧縮段の圧力側温度レベルで膨張工程に送るという点で、上述のケースにおける液化問題を解決する。言い換えれば、本発明の状況において、帰還量の生成に関連する圧縮段の下流では、帰還量を膨張させる前に、対応する帰還量を冷却しない。このことは、従来技術からは本質的に異なる。対応する圧力レベルから開始するが上述の温度よりも高い温度から開始する等エンタルピー膨張の場合（後部冷却が依然として行われていないため）、対応するエンタルピー図の２相領域は、達成されず、したがって、帰還量は完全にガス状態のままである。既に述べたように、膨張は、好ましくは等エンタルピー的に生じる、即ち、絞り弁は、好ましくは膨張のために使用する。
【００２８】
既に述べたように、本発明の状況において、冷却は、帰還量を主管路から取り出した後、帰還量を膨張させる前に行わない。しかし、本発明の状況において、帰還量は、膨張後、並びに帰還量を主管路に送り返す前及び／又は後に冷却され、この目的で、帰還量を戻すために使用する戻り管路、及び／又は帰還量の送込み点の下流の主管路内に、個別の熱交換器を設けることができる。この種の個別の熱交換器は、有利であり得る。というのは、このようにすると、対応する帰還量の冷却を、それぞれの必要な条件に対して個々に適合させ得るためである。しかし、個別の熱交換器を伴わずに、主管路において冷却工程を実行することも可能である。この場合、帰還量は、冷却を伴わずに、又は戻り管路内の個別の熱交換器での（部分）冷却の後に主管路に送り込まれ、主管路に送り返されずに主管路内に残存するガスの冷却にも使用する熱交換器によって冷却される。このようにして、対応する設備は、比較的単純で費用対効果の高い様式で設置することができる。
【００２９】
既に述べたように、本発明の状況において、帰還量は、必ずしも、下流で帰還量を主管路から取り出す圧縮段の直接上流で主管路に送り返す必要はない。代わりに、帰還量は、有利には、下流で帰還量を主管路から取り出す圧縮段の上流に配置した１つ又は複数の圧縮段の上流で主管路に送り返すことができる。このようにして、帰還量を使用して、複数の上流圧縮段の吸込み側温度レベルに特に有利な様式で影響を及ぼすことができる。
【００３０】
本発明の状況において、帰還量は、有利には、圧縮段のうち１つの達成可能な若しくは達成される吸込み側圧力レベル又は圧力側圧力レベルに基づき制御する。特に、対応する方法において、生成物圧力は、最後の圧縮段の下流に配置した制御弁によって固定することができる。この弁は、生成物圧力、即ち、最後の圧縮段の圧力側圧力レベルを固定する。この種の圧力レベルは、例えば約１２５．６バールとすることができる。この場合、最後の圧縮段の下流の後部冷却の下流の圧力側温度レベルは、例えば、約４０℃とすることができる。
【００３１】
エチレンを高圧エチレン冷媒回路から投入し、主管路内で例えば約２２．５バールの圧力レベルまでガスを圧縮する上流圧縮段の吸込み側圧力レベルは、この圧縮段の回転速度によって調節することができる。これにより、その上流に配置した圧縮段の吸込み側圧力レベルも、対応する多段ターボ圧縮器内で固定される。例えば部分負荷の間、対応する吸込み側圧力レベルが達成されない場合、適切なキックバックを開放することによって、即ち、適切な帰還量をもたらす又は増大させることによって、制御を実行することができる。
【００３２】
添付の図面を参照して以下でも説明するように、特定の動作状態において、例えば部分負荷の間又は変動する冷却水流温度において、個々の圧縮段の入力条件が様々な程度に変動することがある。更に、昇圧下の流体の熱力学特性は、不均等効果を有することがある。したがって、対応する多段ターボ圧縮器における下流圧縮段は、可能性としては部分負荷の間、又は冷却水が冷たすぎる場合、過剰な圧力を次第に生成する。この問題も同様に解決するために、適切な帰還量を調節することによって制御を実行することができる。
【００３３】
本発明は、冷却水温度が変動するケースにおいて特に有利である。というのは、本発明の状況において、帰還量を最初に膨張させ、次に冷却するだけであるため、帰還量の温度は、もはや冷却水温度を下回ることがないためである。しかし、（本発明によるものではない）膨張前の帰還量の冷却の場合、温度レベルは、冷却水温度を下回ることになる。というのは、冷却によって達した温度から開始して、更なる冷却が行われるためである。このことは、説明したように、例えば部分負荷の間、キックバックの開放又は帰還量の増大によって、圧縮段の吸込み側圧力レベルを設定するケースでは、特に不利である。そのような圧縮段の圧力側温度レベルは、対応する冷たい帰還量の増大によって、次第に冷たくなる。このことは、この圧縮段及び下流の圧縮段において、制御の点で欠点をもたらす。
【００３４】
記載の方策の代替として又はそれに加えて、この問題を克服するために、所定の温度範囲内で維持した冷却水を使用して、圧縮段の間でガスを冷却することを提供することができる。この場合、圧縮段の回転速度を高圧範囲で個別に制御することもできる。
【００３５】
既に述べたように、本発明の状況において、１つ又は複数の共通シャフトによって、複数の圧縮段を駆動することが可能であり、１つ又は複数の共通シャフトに、それぞれの圧縮段が機械式に結合している。適切なシャフトにより、複数の圧縮段を一緒に駆動することが可能であり、このため、１つの駆動ユニットを設けるだけでよい。特に、既に述べたケースにおいて、特定の圧縮段を個別に制御すべき場合、複数のシャフトの使用が有利である。
【００３６】
しかし、本発明の状況において、複数の共通シャフトによって複数の圧縮段をそれぞれ駆動することも可能であり、これにより、対応する制御を単純化する。そのような場合、複数の共通シャフトは、伝達装置によって一緒に機械式に結合することができ、これにより、例えば、調節可能な伝達装置によっても調節可能である特定の伝達比を達成することができる。
【００３７】
本発明は、ガスを段階的に圧縮するように構成した設備、及び複数の圧縮段を備える圧縮器構成にも関し、複数の圧縮段は、主管路によって一緒に連続的に接続され、複数の圧縮段において、主管路を通じて案内されるガスを、吸込み側圧力レベルから圧力側圧力レベルまでそれぞれ圧縮し、この圧縮によって、吸込み側温度レベルから圧力側温度レベルまで加熱することができ、手段は、主管路を通して案内するガスの帰還量を、圧縮段の１つの下流で主管路から少なくとも一時的に取り出し、帰還量を膨張工程に送り、同じ圧縮段の上流で帰還量を主管路に送り返すように構成して設ける。
【００３８】
本発明によれば、設備は、下流で帰還量を主管路から取り出す圧縮段の圧力側圧力レベルが、超臨界圧力レベルであるように動作するように構成し、帰還量を未臨界圧力レベルに膨張させる。下流で帰還量を主管路から取り出す圧縮段の圧力側温度レベルで帰還量を膨張工程に送るように構成した手段を設ける。更に、帰還量の膨張後、並びに帰還量を主管路に送り返す前及び／又は後にのみ、帰還量を冷却するように構成した手段を設ける。
【００３９】
この種の設備は、既に説明した特徴及び利点から利益を得る。設備は、既に述べた方法を実施するように有利に構成される。したがって、対応する特徴及び利点を明示的に参照されたい。
【００４０】
以下、本発明によるものではない実施形態と比較した本発明の実施形態を示す添付の図面を参照しながら、本発明をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明によるものではない一実施形態による多段圧縮器構成の図である。
【図２】本発明によるものではない一実施形態による多段圧縮器構成の図である。
【図３】本発明の特に好ましい実施形態による多段圧縮器構成の図である。
【図４】本発明の特に好ましい実施形態による多段圧縮器構成の図である。
【図５】本発明の特に好ましい実施形態による多段圧縮器構成の図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下の図面では、相互に対応する要素には、同一の参照符号が与えられている。明確にするために、対応する要素は、それらが異なる機能を実施する及び／又は異なる様式で構成されるものではない限り、全ての図面で説明しない。
【００４３】
図１は、本発明によるものではない一実施形態による多段圧縮器構成を示し、全体を参照符号５００で示す。圧縮器構成５００は、約４０バールの圧力レベル、即ち、未臨界圧力レベルでエチレンを供給するように構成される。前述のように、本発明は、メタン及び二酸化炭素等の他のガスを圧縮するのにも適している。圧縮器構成５００は、ここではローマ数字ＩからＩＶで示す複数の圧縮段を備える。圧縮段ＩからＩＶは、主管路１によって一緒に接続されている。圧縮段ＩからＩＶは、圧縮器構成５００において共通シャフト８上に配置される。エチレンは、エチレン冷媒回路から、対応する管路２から４を介して異なる圧力及び温度レベルで圧縮段Ｉ、ＩＩ及びＩＩＩに送られる。管路２は、低圧冷媒回路から出た約１．０５バールでエチレンを搬送し、管路３は、中間圧力冷媒回路から出た約３バールでエチレンを搬送し、管路４は、高圧冷媒回路から出た約８．１バールでエチレンを搬送する。
【００４４】
第１の圧縮段Ｉにおいて、エチレンは、上述の１．０５バールの第１の圧縮段の吸込み側圧力レベルから、約３バールの圧力側の圧力レベルまで圧縮され、第１の圧縮段の圧力側の圧力レベルは、同時に、第２の圧縮段ＩＩの吸込み側圧力レベルである。圧縮段ＩＩは、主管路１において約８．１バールの圧力側圧力レベルまでエチレンを圧縮し、圧縮段ＩＩの圧力側圧力レベルは、同時に、第３の圧縮段ＩＩＩの吸込み側圧力レベルである。圧縮段ＩＩＩにおいて、エチレンは、約２２．５バールの圧力側圧力レベルまで圧縮され、圧縮段ＩＩＩの圧力側圧力レベルは、同時に、第４の圧縮段ＩＶの吸込み側圧力レベルである。圧縮段ＩＶにおいて、エチレンは、約４０バールの圧力側圧力レベルまで圧縮され、この圧力側圧力レベルで、管路５を介してエチレンを生成物として放出することができる。更なるエチレンは、管路４を介して、例えばＣ２分離器の上部から送り込む。圧縮器構成５００は、冷媒・生成物圧縮器の組合せとして構成しているため、中間抽出管路６は、冷媒、及び任意選択でＣ２分離器への戻り流を抽出するように設けられる。
【００４５】
圧縮段ＩＩからＩＶにおける圧縮による圧縮熱を放散させるために、それぞれの後部冷却器ＩＩａからＩＶａが設けられ、後段冷却器ＩＩａからＩＶａ内で、エチレンはそれぞれ約４０℃に冷却される。第３の圧縮段ＩＩＩの吸込み側では、冷却エチレンは高圧冷媒回路からも送り込まれるため、第３の圧縮段ＩＩＩに入ると、約１８℃の混合温度が生成される。低圧力冷媒回路から出て第１の圧縮段Ｉに入るエチレンの進入温度は、約−５７℃であり、中間圧力冷媒回路から出て第２の圧縮段ＩＩに入るエチレンの進入温度は、約１４℃である。
【００４６】
複数の戻り管路７を介して、帰還量は、圧縮段ＩＩからＩＶまでの下流で、それぞれ主管路１から取り出すことができ、これらの圧縮段の上流で主管路１に送り返すことができる。この点において、帰還量を、個別に図示しない弁を介して膨張させる。図１に示す多段圧縮器構成５００において、最初に述べた液化作用の問題が生じる程度は、典型的には、比較的少ない。というのは、ここでは未臨界圧力レベルに達していないためである。
【００４７】
図２は、本発明によるものではない更なる実施形態による多段圧縮器構成６００を示す。圧縮段ＩからＩＶ及びこれらの相互接続は、既に述べている。圧縮器構成６００において、圧縮段ＩからＩＶは、共通シャフト８上に配置される。
【００４８】
図２による圧縮器構成６００において、２つの更なる圧縮段Ｖ及びＶＩが設けられる。圧縮段Ｖ及びＶＩは、圧縮器構成６００の共通シャフト９上に配置され、超臨界圧力レベルまでエチレンを更に圧縮し、エチレンは、図１による圧縮器構成５００の生成物のように、管路５を介して放出される。約４０．２バールまで圧縮され、約４０℃の温度レベルまで冷却されたエチレンは、圧縮器構成６００内の第５の圧縮段Ｖに供給される。したがって、この圧縮段Ｖの吸込み側圧力レベルは、約４０．２バールである。圧縮段Ｖにおいて、エチレンは、この吸込み側圧力レベルから約７０．４バールの圧力側圧力レベルまで圧縮される。このようにしてエチレンは加熱され、後部冷却器Ｖａで約４０℃まで冷却される。その後、エチレンは圧縮段ＶＩに供給され、圧縮段ＶＩにおいて、エチレンは、約１２５．６バールの圧力側圧力レベルまで圧縮される。後部冷却器ＶＩａにおいてエチレンを約４０℃まで冷却した後、エチレンは、約４０℃の温度レベルで、上述の圧力レベルで管路５を介して生成物として放出する。
【００４９】
圧縮段Ｖ及びＶＩの下流にも、戻り管路７が設けられ、戻り管路７により、帰還量は、それぞれ主管路１から取り出され、それぞれの圧縮段の上流で主管路に送り返すことができる。しかし、前述のように、圧縮中、特に圧縮段Ｖにおける帰還及び膨張中、液化作用という欠点が生じる可能性がある。
【００５０】
図２による圧縮器構成６００において、シャフト８及び９は、以下の図３及び図４にも示すように、伝達装置によって一緒に接続することがある。したがって、圧縮段ＩからＶＩの回転速度は、他の圧縮段とは個別に制御することはもはや可能ではない。ここで、例えば比較的少ない量のエチレンが管路４を介して送り込まれたために、圧縮段Ｖの吸込み側圧力レベルが減少すると、このことは、後部冷却器Ｖａの下流で戻り管路７を開放することによってのみ相殺することができる。このことは、後部冷却器Ｖａの冷却水温度によって、後部冷却器Ｖａの下流で戻り管路７内に案内される帰還量が、十分に高い温度、例えば約４０℃にあることが保証される条件では、問題ではない。しかし、冷却水がより冷たい極端なケースでは、後部冷却器Ｖａの下流で戻り管路７内に案内される帰還量が、例えば２０℃の値まで下がることがある。この温度は、膨張弁における膨張のために更に低下する。これにより、圧縮段Ｖの吸込み側温度レベルも低下し、したがって、吸込み側圧力レベルも低下する。ここでもやはり、このことは、より大きな帰還量を戻すことによってのみ相殺することができるが、このことにより、圧縮段Ｖの吸込み側温度レベルを更に低下させる。最終的に、かなり多量のエチレンが一切の利益を伴わずに循環する。このことは、下流の圧縮器段にも影響を与える。
【００５１】
図３は、本発明の一実施形態による圧縮器構成を概略的に示し、全体を参照符号１００で示す。圧縮器構成１００は、図２による圧縮器構成６００と大部分は同じである。しかし、図２による圧縮器構成６００において、戻り管路７が後部冷却器Ｖａの下流に配置される一方で、図３に示す本発明による圧縮器構成１００の実施形態によれば、対応する戻り管路（ここでは明確にする目的で、参照符号１０で示す）は、この後部冷却器の上流及び圧縮段５の直接下流で主管路１から外れて分岐している。
【００５２】
この方策は、主管路１から外れて分岐し、戻り管路１０を通して案内される帰還量が、図２による圧縮器構成６００の温度レベルよりも高い温度レベルで膨張デバイス１１内、例えば膨張弁内で膨張することを保証することができる。このようにして、膨張デバイス１１での膨張中に液化作用が生じることがない。
【００５３】
戻り管路１０内の膨張デバイス１１の下流に設けられるのは、個別の冷却器１２であり、冷却器１２は、戻り管路１０内で膨張した帰還量を冷却することができる。冷却後、帰還量は、戻り管路１０から出て主管路１に送り返す。
【００５４】
図３に示す、本発明による圧縮器構成１００の実施形態は、共通シャフト８が圧縮段ＩからＩＶを相互接続し、共通シャフト９が圧縮段Ｖ及びＶＩを相互接続するという点でも、図２による圧縮器構成６００とは異なる。シャフト８及び９は、伝達装置１３によって一緒に接続される。したがって、共通の駆動装置１４、例えば蒸気タービンは、シャフト８及びシャフト９を駆動することができる。伝達装置１３の速度は、可変又は固定であるように構成することができる。
【００５５】
図２による圧縮器構成６００について説明した制御の点における欠点は、図３に示す、本発明による圧縮器構成１００の実施形態によって克服される。後部冷却器Ｖａの冷却水温度が低下した場合でさえ、後部冷却器Ｖａの下流で戻り管路７内に案内される帰還量が、図２による圧縮器構成６００について述べた程大幅に冷却されないことが保証される。最大冷却は、その後の更なる膨張が発生しないため、熱交換器１２によって制限される。このことにより、圧縮段Ｖの吸込み側温度レベルの過大な下落を防止することができる。
【００５６】
図４は、本発明の更なる実施形態による多段圧縮器構成を示し、全体を参照符号２００で示す。図４による圧縮器構成２００は、図３による圧縮器構成１００と大部分は同じであるが、戻り管路は、圧縮段Ｖの下流の戻り管路と同様に、圧縮段ＶＩの下流に構成される。明確にするために、同じ参照符号を使用するため、上記の説明を参照されたい。したがって、上述のように、圧縮段ＶＩの場合でも同様に、始動又は誤動作等の異常な動作状態の間に発生することがある望ましくない液化が回避される。
【００５７】
図５は、本発明の更なる実施形態による圧縮器構成を示し、全体を参照符号３００で示す。図４のように、ここでは戻り管路１０は、圧縮段ＶＩの直接下流から外れて分岐し、エチレン帰還量を膨張弁１１内の膨張工程に送出する。しかし、ここでは、エチレンは、膨張デバイス１７の膨張の直接下流で主管路１に送り返される、より詳細には、圧縮段ＶＩの直接上流ではなく、圧縮段Ｖの上流で送り返される。更なる後部冷却器１５は、戻り管路１６からの戻り流のエチレン送込み点の下流に設けられる。
【００５８】
圧縮器構成３００のシャフト８及び９は、互いに個別に構成され、個別の駆動装置１４がそれぞれ設けられる。
【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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【国際調査報告】
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