(57)【要約】  超臨界状態のエチレン製品を得る方法を提案するが、該方法では、主に又は排他的にエチレンとエタンを含有する気体混合物を、５〜１５バールの蒸留圧力レベルで運転する蒸留塔（１）で、主に又は排他的にエチレンを含有する塔頂物と主に又は排他的にエタンを含有する塔底物とに、分離し、塔頂物を、蒸留塔（１）の頭部から気体状態で取出し、該塔頂物の第１部分を液化して、蒸留塔（１）に還流として戻し、塔頂物の第２部分を、超臨界状態に変換して、エチレン製品として使用する。第２部分を超臨界状態に変換するために、蒸留圧力レベルから複数の中間圧力レベルを介して超臨界圧力レベルへの多段圧縮を実行し、該多段圧縮において第２部分を、主に又は排他的に、気体状態から超臨界状態に変換するようにする。対応する設備も同様に本発明の主題である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超臨界状態のエチレン製品を得る方法であり、該方法において、主に又は排他的にエチレンとエタンを含有する気体混合物を、５〜１５バールの蒸留圧力レベルで運転する蒸留塔（１）で、主に又は排他的にエチレンを含有する塔頂物と主に又は排他的にエタンを含有する塔底物とに、分離し、前記塔頂物を、前記蒸留塔（１）の頭部から気体状態で取出し、前記塔頂物の第１部分を液化して、還流として前記蒸留塔に戻し、前記塔頂物の第２部分を、超臨界状態に変換して、前記エチレン製品として使用する、方法であって、前記第２部分を前記超臨界状態に変換するために、前記蒸留圧力レベルから複数の中間圧力レベルを介して超臨界圧力レベルへの多段圧縮を実行し、該多段圧縮において前記第２部分を、主に又は排他的に、直接、前記気体状態から前記超臨界状態に変換することを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記中間圧力レベルは、１８〜２５バールである第１中間圧力レベルを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１部分を、前記多段圧縮において、前記蒸留圧力レベルから前記第１中間圧力レベルに圧縮し、その後液化し、前記還流として使用する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記蒸留塔（１）を、底部蒸発器によって運転し、該底部蒸発器を、前記第１中間圧力レベルに圧縮した前記第１部分を使用して加熱する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
更に、主に又は排他的にエチレンを含有する冷媒を、前記多段圧縮において、前記蒸留圧力レベルより下にある複数の始動圧力レベルから、及び前記蒸留圧力レベルからも前記第１中間圧力レベルに圧縮する、請求項２から請求項４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記始動圧力レベルは、０．５〜１．５バールである第１始動圧力レベル及び２〜４バールである第２始動圧力レベルを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記中間圧力レベルは、３５〜４５バールである第２中間圧力レベルを更に含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
第１（Ｉ）圧縮機段を、前記第１始動圧力レベルから前記第２始動圧力レベルに圧縮するのに使用し、第２（ＩＩ）圧縮機段を、前記第２始動圧力レベルから前記蒸留圧力レベルに圧縮するのに使用し、第３（ＩＩＩ）圧縮機段を、前記蒸留圧力レベルから前記第１中間圧力レベルに圧縮するのに使用し、第４（ＩＶ）圧縮機段を、前記第１中間圧力レベルから前記第２中間圧力レベルに圧縮するのに使用し、前記第１〜第４圧縮機段（Ｉ−ＩＶ）を、第１共通シャフト（１０）を用いて同じ速度で駆動する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記中間圧力レベルは、６０〜８０バールである第３中間圧力レベルを更に含み、前記超臨界圧レベルは、１００〜１５０バールである、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
第５（Ｖ）圧縮機段を、前記第２中間圧力レベルから前記第３中間圧力レベルへの圧縮に使用し、第６（ＶＩ）圧縮機段を、前記第３中間圧力レベルから前記超臨界圧レベルへの圧縮に使用し、前記第５及び前記第６圧縮機段（Ｖ、ＶＩ）を、第２共通シャフト（１１）を用いて同じ速度で駆動する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１共通シャフトと前記第２共通シャフトを、歯車機構を用いて互いに連結する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
主に又は排他的にエチレンとエタンを含有する前記気体混合物を、水蒸気分解プロセスからの分解ガスを使用して生成する、請求項１から請求項１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
超臨界状態のエチレン製品を得るための設備であり、５〜１５バールの蒸留圧力レベルで主に又は排他的にエチレン及びエタンを含有する気体混合物を、主に又は排他的にエチレンを含有する塔頂物と、主に又は排他的にエタンを含有する塔底物とに分離するよう設定する蒸留塔（１）を含む設備であり、前記蒸留塔（１）の頭部から気体状態の前記塔頂物を取出し、該塔頂物の第１部分を液化して、液化した前記第１部分を前記蒸留塔（１）に還流として戻し、前記塔頂物の第２部分を超臨界状態に変換して、変換した前記第２部分を前記エチレン製品として使用するように設定する手段を設ける、設備であって、前記第２部分を、前記蒸留圧力レベルから、複数の中間圧力レベルを介して超臨界圧力レベルに圧縮することによって、前記超臨界状態に変換するように設定する多段圧縮機（Ｉ−ＶＩ）であって、前記第２部分を、主に又は排他的に前記気体状態から前記超臨界状態に変換する前記多段圧縮機（Ｉ−ＶＩ）を特徴とする、設備。
【請求項１４】
請求項１から請求項１２のいずれかに記載の方法を実行するように設計し、この目的のために設定する手段を含む、請求項１３に記載の設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超臨界状態のエチレン製品を得る方法、及び独立請求項の各プリアンブルによる対応する設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
水蒸気分解（ｓｔｅａｍ  ｃｒａｃｋｉｎｇ）によりエチレン等のオレフィンを得る方法及び対応する設備は、例えば、Ｕｌｌｍａｎｎ’ｓ  Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ  ｏｆ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，ｏｎｌｉｎｅ  ｓｉｎｃｅ  １５  Ａｐｒｉｌ  ２００９，  ＤＯＩ  １０．１００２／１４３５６００７．ａ１０＿０４５．ｐｕｂ３（非特許文献１）の「エチレン」の項目において既知である。水蒸気分解では、処理を施せ、各成分又は成分群に分離するために、分離シーケンスを施せる気体混合物を、初めに得る。例えば、「脱メタン塔第一（ｄｅｍｅｔｈａｎｉｚｅｒ  ｆｉｒｓｔ）」、「脱エタン塔第一（ｄｅｅｔｈａｎｉｚｅｒ  ｆｉｒｓｔ）」及び「脱プロパン塔第一（ｄｅｐｒｏｐａｎｉｚｅｒ  ｆｉｒｓｔ）」プロセスと呼ばれるものが、従来技術から知られている。
【０００３】
また、従来の水蒸気分解対象製品、即ち、エチレンも、対応する分離シーケンスで他の成分から分離する。対応する分離シーケンスでエチレンを得るために、エタン及びエチレンを主に又は排他的に含有する留分を、このために生成する。この留分を、Ｃ２分離器として知られる蒸留塔において、主に又は排他的にエチレンを含有する気体塔頂物と主に又は排他的にエタンを含有する液体塔底物に分離する。Ｃ２分離器の塔頂物を、部分的に、液化形態で、還流としてＣ２分離器に戻す一方で、更なる部分を、液体及び／又は気体のエチレン製品として提供できる。
【０００４】
本発明は、特に、通常約８〜９バールの圧力レベルで運転する低圧（ＬＰ：Ｌｏｗ−ｐｒｅｓｓｕｒｅ）Ｃ２分離器として知られるものの使用に関する。かかる低圧Ｃ２分離器の使用は、高圧（ＨＰ：ｈｉｇｈ−ｐｒｅｓｓｕｒｅ）Ｃ２分離器の使用と比較して、資本コストやエネルギ消費に関して、利点がある。低圧Ｃ２分離器については、Ｕｌｌｍａｎｎ’ｓ  Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ  ｏｆ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ（非特許文献１）の“Ｈｅａｔ−Ｐｕｍｐｅｄ  Ｃ２  Ｆｒａｃｔｉｏｎａｔｉｏｎ”セクションの４７ページにある上記「エチレン」の項目に記載されている。低圧Ｃ２分離器の利点に関する更なる詳細は、同項目に示されている。
【０００５】
時折、エチレン製品を超臨界状態で提供するよう求められることがあった。そのために、図１を参照して説明もする本発明によらない従来技術の方法では、低圧Ｃ２分離器の頭部から得られる主に又は排他的にエチレンを含有する気体塔頂物を、まず第一に、例えば、周囲温度まで加熱することができ、次に、例えば、２０バール超の圧力レベルに圧縮して、この圧力レベルで冷却することによって、液化することができる。ここで得た液化生成物の一部を、Ｃ２分離器への上記還流として使用する。液化生成物の残り又はその一部だけを、ポンプを用いて液体状態から超臨界圧レベルまで搬送して、超臨界圧レベルで加熱する。
【０００６】
特に図５を参照して説明するように、対応する方法は、冷却中に大量のエネルギを取出して、追加エネルギを、超臨界圧レベルで蒸発させるのに供給する必要があるため、エネルギに関して不利である。従って、低圧Ｃ２分離器の頭部からの主に又は排他的にエチレンを含有する気体塔頂物から、超臨界圧でエチレンガスを提供するための改良したプロセス及び装置に対する要求が存在する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｕｌｌｍａｎｎ’ｓ  Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ  ｏｆ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，  ｏｎｌｉｎｅ  ｓｉｎｃｅ  １５  Ａｐｒｉｌ  ２００９，  ＤＯＩ  １０．１００２／１４３５６００７．ａ１０＿０４５．ｐｕｂ３．
【非特許文献２】Ｋ．  Ｓａｔｔｌｅｒ，  “Ｔｈｅｒｍｉｓｃｈｅ  Ｔｒｅｎｎｖｅｒｆａｈｒｅｎ：  Ｇｒｕｎｄｌａｇｅｎ，  Ａｕｓｌｅｇｕｎｇ，  Ａｐｐａｒａｔｅ”  ［“Ｔｈｅｒｍａｌ  ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ：  ｂａｓｉｃ  ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ，  ｄｅｓｉｇｎ，  ａｐｐａｒａｔｕｓ”］，  ３ｒｄ  ｅｄｉｔｉｏｎ，  Ｗｉｌｅｙ−ＶＣＨ，  Ｗｅｉｎｈｅｉｍ  ２００１
【発明の概要】
【０００８】
この背景技術に対して、本発明は、独立請求項の特徴を含む超臨界状態のエチレン製品を得る方法及び対応する設備を提案する。実施形態は、いずれの場合も、従属請求項の主題であり、且つ以下の記述の主題でもある。
【０００９】
本発明の特徴及び利点について説明する前に、本発明の基本原理、及び使用する用語について説明する。
【００１０】
本願では、圧力及び温度を特徴付けるのに用語「圧力レベル」及び「温度レベル」を使用するが、これは、適切な設備における圧力及び温度を、本発明の概念を実現するために正確な圧力値又は温度値の形で使用する必要はないことを表現するものである。しかしながら、かかる圧力及び温度は、通常、特定の範囲内で変動し、例えば、平均値について±１％、５％、１０％、２０％となり、また更には５０％にもなる。対応する圧力レベル及び温度レベルは、この場合、ばらばらな範囲にある、或いは互いに重複する範囲にあることがある。また、特に、例えば、圧力レベルは、避けられない圧力損失から生じる異なる圧力をカバーもする。同じことが、温度レベルにも当てはまる。ここでバール単位で示した圧力レベルは、絶対圧である。
【００１１】
冒頭で説明した種類の方法及び設備では、多段ターボ圧縮機を、圧縮に使用してもよい。ターボ圧縮機の機械構造は、原則的には、当業者に知られている。ターボ圧縮機では、被圧縮媒体を、タービン羽根を用いて圧縮するが、該タービン羽根は、タービン羽根車に配置され、又はシャフトに直接配置される。この場合のターボ圧縮機は、構造ユニットを形成するが、多段圧縮機の場合には、該構造ユニットは、複数の圧縮機段を有してもよい。この場合、原則として、圧縮機段は、タービン羽根車又はタービン羽根の対応する配置を含む。これら全ての圧縮機段を、共通のシャフトによって駆動できる。しかしながら、圧縮機段をグループで異なるシャフトを使用して駆動するようにしてもよく、またシャフトを、歯車機構を介して相互接続することも可能である。
【００１２】
熱交換器は、例えば、互いに対して逆の流れで案内する少なくとも２流体流間で熱を間接的に伝達するのに役立つ。本発明との関連で使用する熱交換器を、単一の熱交換器部分又は並列及び／又は直列に接続した複数の熱交換器部分から、例えば１つ又は複数のプレート式熱交換器ブロックから、形成してもよい。
【００１３】
本出願との関連で使用できる蒸留塔の設計及び特定の構成については、関連する教本（例えば、Ｋ．  Ｓａｔｔｌｅｒ，“Ｔｈｅｒｍｉｓｃｈｅ  Ｔｒｅｎｎｖｅｒｆａｈｒｅｎ：  Ｇｒｕｎｄｌａｇｅｎ，  Ａｕｓｌｅｇｕｎｇ，  Ａｐｐａｒａｔｅ”［“Ｔｈｅｒｍａｌ  ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ：  ｂａｓｉｃ  ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ，  ｄｅｓｉｇｎ，  ａｐｐａｒａｔｕｓ”］，  ３ｒｄ  ｅｄｉｔｉｏｎ，  Ｗｉｌｅｙ−ＶＣＨ，  Ｗｅｉｎｈｅｉｍ  ２００１（非特許文献２）を参照）を参照されたい。
【００１４】
ここで述べたような蒸留塔は、気体状又は液体状で、又は液体部分と気体部分を有する二相混合物の形で、任意には超臨界状態でも提供される混合物質（分離バッチ）を、少なくとも部分的に、分離するように設定した分離ユニットである、即ち、該混合物質から、上記状況において、少なくとも１つの成分に関して、いずれの場合も、該混合物質と比べて、濃縮又は希薄化された複数の純物質又は複数の混合物質を製造するように、設定した分離ユニットである。蒸留塔は、分離技術の分野から周知である。通常、蒸留塔を、筒状の金属容器として形成し、該容器は、内蔵したアイテム、例えば、シーブトレイ又は構造化した若しくはランダムな充填物（ｐａｃｋｉｎｇ）を備える。蒸留塔は、とりわけ、液体留分が、底部とも呼ばれる下部領域に分離される点で、優れている。塔底物とも呼ばれるこの液体留分を、蒸留塔内で、底部蒸発器を用いて加熱し、それにより塔底物の一部を、蒸留塔内で、連続的に蒸発させ、気体状で上昇させる。蒸留塔には、塔頂物とも呼ばれる、蒸留塔の上部領域で濃縮される少なくとも一部の気体混合物又は対応する清浄な気体を、供給し、装置内で液化し、蒸留塔の頭部で液体還流として充填する装置を、通常、更に備える。    
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、超臨界状態のエチレン製品を得る方法を提案し、該方法では、主に又は排他的にエチレンとエタンを含有する気体混合物を、５〜１５バール、特に８〜１０バール、例えば約８．１バールの蒸留圧力レベルで運転する蒸留塔で、主に又は排他的にエチレンを含有する塔頂物と主に又は排他的にエタンを含有する塔底物とに、分離する。そのため、気体混合物を分離するのに使用する蒸留塔は、典型的な低圧Ｃ２分離器である。かかる低圧Ｃ２分離器の更なる特徴については、上記の説明の他、そこで引用した関連技術文献も参照する。
【００１６】
蒸留塔で生成した塔頂物を、蒸留塔の頭部から気体状態で取出し、該塔頂物の第１部分を液化して、還流として蒸留塔に戻す。第２部分を生成するために、蒸留塔の頭部から気体状態で取出した塔頂物を、超臨界状態に変換して、エチレン製品として使用する。
【００１７】
ここで説明していることが、塔頂物の第１部分と第２部分を、説明した方法で使用することだとすると、これは、対応する塔頂物の更なる部分を、他の方法で使用できること；例えば、該更なる部分を、亜臨界状態の気体状又は液体状エチレン製品として提供してもよいことを意味すると理解されるべきである。
【００１８】
既に説明したように、従来技術の方法では、図１を参照して説明もするように、対応する塔頂物を、まず第一に、例えば、周囲温度まで加熱して超臨界状態のエチレン製品を提供し、次に、例えば、２０バール超の圧力レベルに圧縮して、この圧力レベルで冷却することによって、液化するようになっている。従来技術では、この場合に生成した液化生成物を、液体状態から超臨界圧レベルまでの本発明により生成した第２部分に相当する部分となして搬送し、この超臨界圧レベルで加熱する。
【００１９】
対照的に、第２部分を超臨界状態に変換するのに、本発明は、蒸留圧力レベル、即ち、蒸留塔を運転し、塔頂物をこの蒸留塔から取出す圧力レベルから、複数の中間圧力レベルを介して、超臨界圧力レベルに圧縮する、多段圧縮を提案する。第２部分を、この多段圧縮では、主に又は排他的に、直接、気体状態から超臨界状態へ変換する。そのため、従来技術とは対照的に、圧縮した液化生成物の液化、及びそれに続く加熱を全く行わない。つまり、本発明との関連で第２部分を超臨界状態に変換することには、如何なる中間的液化も含まない。本発明は、この場合、前述した従来技術の方法と比べて、特にエネルギに関する利点がある。
【００２０】
従来技術によると、２０バール超の前述した圧力レベル、及び対応する上昇温度レベル（例えば、周囲温度プラス圧縮熱）から進行して、蒸留塔の頭部から取出し、超臨界状態のエチレン製品を提供するのに使用する塔頂物の一部に対して、液化も行うため、この場合、極めて大きな温度差を克服する必要があり、従って大熱量を、抽出する必要がある。これを、図５のエンタルピ／圧力線図を参照して、再び説明する。液体状態で加圧した後に、かなりのエネルギ量を、エチレン製品を供給するための周囲条件に対する加熱を行うために、再び供給する必要がある。
【００２１】
対照的に、超臨界状態のエチレン製品を供給するために、本発明は、図６のエンタルピ／圧力線図も参照してより詳細に説明するように、それに相当する大きい温度ジャンプ無しで済ませられる。単に、還流として使用する、蒸留塔の頭部から取出す塔頂物の第１部分に対してのみ、それに応じた強さの冷却及び液化を行う必要がある。第２部分を、多段で圧縮し、いずれの場合も、単に、圧縮熱を、周囲条件を超える温度レベルで抽出する。この場合、例えば、約４０℃に単に冷却することが、いずれの場合も必要だが、これは、冷却水を使用してもたらすことができる。中間の液化を無くすことで、本発明は、方法に対応して必要となる高コストで耐寒性の材料を節約可能にする。
【００２２】
一般に、従来技術では、超臨界状態の加圧製品を提供することは、従来技術を参照して説明したように、中間の液化及び液体状態の液化生成物の加圧を、ここで実行するならば、特に有利であるという先入観が存在する。しかしながら、本発明との関連では、気体状態における各段の圧縮に関するエネルギ関連の利点は、明らかに如何なる欠点をも上回ることが分かった。
【００２３】
本発明との関連では、既に述べたように、蒸留圧力レベルから、複数の中間圧力レベルを介して超臨界圧レベルまでの多段圧縮を、第２部分を超臨界状態に変換するために行う。この場合、第２部分を、主に又は排他的に、直接、気体状態から超臨界状態に、多段圧縮で変換する。
【００２４】
前述した中間圧力レベルは、この場合、１８〜２５バール、特に２２〜２３バール、例えば、約２２．５バールの、少なくとも第１中間圧力レベルを含む。かかる中間圧力レベルへの圧縮は、特に有利である、というのも、この中間圧力レベルで、この点において、同様に多段圧縮を行い、蒸留塔への還流として使用する第１部分を、放出できるからである。液化する前に第１部分を圧縮することは、十分高温度で、又は入手可能な冷媒を使用して、液化可能にするために、好都合である。
【００２５】
また、以下でも説明するように、かかる第１部分を、対応する圧縮後に、更なる熱交換器で冷却するのに加えて、蒸留塔の底部蒸発器において、伝熱媒体として使用できる。この様に、特に有利なエネルギ効率を有するヒートポンプ効果を、達成する。従ってつまり、第１部分を、有利には、蒸留圧力レベルから第１中間圧力レベルに多段圧縮で圧縮し、その後、液化し、還流として使用することになる。更に、既に述べたように、蒸留塔を、第１中間圧力レベルに圧縮する第１部分を使用して加熱する底部蒸発器を使用して、運転すると、有利である。
【００２６】
有利には、本発明との関連では、多段圧縮は、冷媒回路からの冷媒の圧縮も含み、該冷媒回路は、異なる圧力レベルで運転する少なくとも３つの部分回路を含む。エチレン冷媒を、対応するプロセス及び異なるポイントにある設備で、例えば、脱メタン塔で、又は他の分離ステップで使用する。水蒸気分解によって生じる気体混合物を処理するための方法及び設備は、エチレン冷媒を使用して運転する、異なる圧力、及びそれゆえに異なる温度レベルの部分回路を、通常含む。通常、この場合、低圧冷媒回路を設け、該低圧冷媒回路を、気圧レベルより僅かに上の又は僅かに下の、通常、０．５〜１．５バール、特に１．０〜１．１バール、例えば、約１．０５バール（以下、「第１始動圧力レベル」と呼ぶ）で運転する。かかる低圧冷媒回路の冷媒は、例えば約−９５〜−１００℃の温度レベルを有する。中間圧力冷媒回路を、通常、約２．５〜３．５バール、特に２．８〜３．２バール、例えば、約３バール（以下、「第２始動圧力レベル」と呼ぶ）の圧力レベルで運転する。その冷媒は、通常、約−７５〜−８５℃の温度レベルを有する。最後に、高圧冷媒回路として知られるものが存在し、該高圧冷媒回路を、通常、約５〜１０バール、特に８〜９バール、例えば、約８．１バール、即ち、蒸留圧力レベルの圧力レベルで運転する。高圧冷媒回路の冷媒は、通常、−５５〜−６５℃、特に約−５７℃の温度レベルを有する。
【００２７】
有利には、本発明との関連で使用する多段圧縮では、更に、主に又は排他的にエチレンを含有する冷媒を、そのために、蒸留圧力レベルより下にある複数の始動圧力レベルから、及び蒸留圧力レベルから第１中間圧力レベルに圧縮する。この様に、本発明に従い使用する多段圧縮機又は対応する圧縮を、冷媒を提供するのにも、又は上記部分回路に冷媒を充填するのにも使用できる。この様に、開放式冷媒回路を作製し、該回路を、特にフレキシブルに且つエネルギを節約して運転できる。  
【００２８】
本発明との関連では、多段圧縮は、更なる、即ち、３５〜４５バール、特に３８〜４２バール、例えば、約４０．２バールの第２中間圧力レベルへの圧縮を含むと、好都合である。これは、特に有利である、というのも、この場合、第１圧縮機段を、第１始動圧力レベルから第２始動圧力レベルに圧縮するように設けられ、第２圧縮機段を、第２始動圧力レベルから蒸留圧力レベルに圧縮するように設けられ、第３圧縮機段を、蒸留圧力レベルから第１中間圧力レベルに圧縮するように設けられ、第４圧縮機段を、第１中間圧力レベルから第２中間圧力レベルに圧縮するように設けられ、これらの圧縮機段を、特に第１共通シャフトを用いて同じ速度で駆動できるからである。そのため、共通の原動機を、これらの圧縮機段を駆動するのに設けられるが、これは、圧縮機負荷を、上記圧縮機段の中で略均等に分配するからである。
【００２９】
有利には、本発明との関連で第２中間圧力レベルに圧縮した後に、６０〜８０バール、特に６５〜７５バール、例えば、約７０．４バールである第３圧力レベルへの更なる圧縮が行われ、第３圧力レベルから、第２部分を、その後、１００〜１５０バール、特に１２０〜１３０バール、例えば、約１２５．６バールの超臨界圧レベルに圧縮する。
【００３０】
有利には、第５圧縮機段を、第２中間圧力レベルから第３中間圧力レベルへの圧縮に使用し、第６圧縮機段を、第３中間圧力レベルから超臨界圧レベルへの圧縮に使用する。有利には、第５及び第６圧縮機段を、第２共通シャフトを用いて同じ速度で駆動してもよい。この様に、各圧縮要件に対して特に良好な適応性を確保し、制御に関する利点を、第１〜第４圧縮機段と第５及び第６圧縮機段の両方を、分離した、しかしいずれの場合もグループ化した駆動によって、得られる。特に、この場合、第１共通シャフトと第２共通シャフトが、歯車機構によって連結されるようにしてもよい。この様に、第１〜第４圧縮機段と第５及び第６圧縮機段を、異なる速度で運転できる。
【００３１】
上記圧縮機段の下流では、一般的には冷却水を使用して運転する適当な後段冷却器を用いた後段冷却が、通常行われる。この場合、対応する後段冷却器を、必ずしも第１圧縮機段の下流に設ける必要はない。第２圧縮機段の下流では、対応する後段冷却器が存在するが、対応する圧力レベルでエチレン冷媒を同時に供給することで、第３圧縮機段には、通常約１８℃の温度で流体が供給される。流体を、第４、第５及び第６圧縮機段に、いずれの場合も、通常約４０℃で供給するが、水を使用して運転する後段冷却器により約４０℃になる。また、圧縮機段で、いずれの場合も、圧縮した流体の一部を、特に圧縮を調節するために良好な能力を確保するために、戻すこと（「キックバック」として知られる）もできる。
【００３２】
有利には、本発明による方法を、水蒸気分解プロセスとの関連で使用する、即ち、主に又は排他的にエチレンとエタンを含有する気体混合物を、水蒸気分解プロセスに由来する分解ガスを使用して生成する。既に述べたように、様々な方法が、対応する気体混合物を生成するための従来技術から知られている。
【００３３】
また、本発明は、超臨界状態のエチレン製品を得るための設備であり、５〜１５バールの蒸留圧力レベルで主に又は排他的にエチレン及びエタンを含有する気体混合物を、主に又は排他的にエチレンを含有する塔頂物と、主に又は排他的にエタンを含有する塔底物とに分離するよう設定する蒸留塔を含む設備であって、蒸留塔の頭部から気体状態の塔頂物を取出し、第１部分を液化して、それを蒸留塔に還流として戻し、第２部分を超臨界状態に変換して、それをエチレン製品として使用するように設定する手段を設ける、設備にも関する。本発明によると、第２部分を、蒸留圧力レベルから、複数の中間圧力レベルを介して超臨界圧力レベルに圧縮することによって、超臨界状態に変換するように設定する多段圧縮機を設け、多段圧縮機における第２部分を、主に又は排他的に気体状態から超臨界状態に変換する。
【００３４】
対応する設備を、有利には、以前に詳細に説明した方法を実行するように設定し、このための対応する手段を有する。従って、方法に関して説明した特徴及び利点を、明示的に参照する。
【００３５】
次に、本発明について、添付図を参照して以下でより詳しく説明するが、添付図では、本発明によらない態様と比較して、本発明の態様を示している。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図式的なプロセスフロー図の形で本発明によらない方法を示している。
【図２】図式的なプロセスフロー図の形で本発明の一実施形態による方法を示している。
【図３】図式的なプロセスフロー図の形で本発明によらない圧縮を示している。
【図４】図式的なプロセスフロー図の形で本発明の一実施形態による圧縮を示している。
【図５】図１に示す本発明によらない方法のエンタルピ／圧力線図である。
【図６】本発明の一実施形態による図２に示した方法のエンタルピ／圧力線図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
図面では、対応する要素を、同じ参照記号を使用して示しており、明快にするために、二度以上は説明しない。
【００３８】
図１は、図式的なプロセスフロー図の形でエチレン製品を得るための本発明によらない方法を示している。
【００３９】
この方法は、５〜１５バール、特に８〜１０バール、例えば約８．１バールの圧力レベルで、即ち、数回言及した蒸留圧力レベルで、運転する蒸留塔１の使用を含む。従って、蒸留塔１は、冒頭で説明したように、低圧Ｃ２分離器である。蒸留塔１に、主に又は排他的にエチレン及びエタンを含有する気体混合物を、流れａの形で、適切な高さで供給する。蒸留塔１では、流れａの形で供給する気体混合物を、主に又は排他的にエチレンを含有する塔頂物と、主に又は排他的にエタンを含有する塔底物とに分離する。
【００４０】
この場合、塔頂物を、流れｂの形で蒸留塔１の頭部から気体状態で取出し、熱交換器２で、例えば周囲温度まで加熱し、圧縮機３で２０バール超、例えば、２２．５バールの圧力レベルに圧縮する。圧縮機３で圧縮した後に、流れｂの気体混合物を、熱交換器４〜６で冷却し、液化する。熱交換器６で冷却した後に、流れｂの流体の一部を、更に冷却するために流れｃの形で熱交換器７に供給する。その後、弁８で、流れｃの流体を蒸留塔１の圧力レベルまで圧力解放する。流れｃの流体を、蒸留塔１の頭部で還流として充填する。
【００４１】
蒸留塔１の底部から、そこに蓄積した塔底物を、流れｄの形で取出す。塔底物の一部を、流れｅの形で、底部蒸発器９を通過させ、該蒸発器で沸騰させ、蒸留塔１に戻し、蒸留塔１で、塔底物は、気体状で上昇する。特に、熱交換器６と熱交換器９を、熱的に結合させてもよい、又は共通の熱交換器の形としてもよい。この様にして、先述のように、ヒートポンプ効果を得る。流れｄの塔底物の更なる部分を、流れｆの形で搬出する。流れｆが主に又は排他的にエタンを含有するため、流れｆを、例えば、上流の水蒸気分解装置に供給することもある。
【００４２】
流れｃの形で蒸留塔１に戻らない流れｂの塔頂物を含み、従って主に又は排他的にエチレンを含む流れｇを、本発明によらない方法では、ポンプ１０を用いて液体状態で加圧する。その結果、圧力上昇が超臨界圧レベルまで行われる。液体状態から始める場合には、超臨界状態のエチレン製品を提供するために、流れｇを、更なる熱交換器１１で加熱する。
【００４３】
図２は、本発明の特に好適な実施形態による超臨界状態のエチレン製品を得る方法を、同様に図式的なプロセスフロー図の形で、示している。この場合、図１の発明による方法の要素と対応する要素を、同じ参照記号によって示しており、既に述べたように、明快にするために、二度以上は説明しない。
【００４４】
図２に示した本発明の一実施形態による方法との関連でも、流れｂを、熱交換器２で過熱する。しかしながら、加熱後に、流れｂを多段圧縮機の圧縮機段で圧縮し、ここでは、該圧縮機段を、図４と比較し易くするために、ＩＩＩ〜ＶＩで表す。圧縮の下流では、ＩＩＩａ〜ＶＩａで表す後段冷却器における後段冷却を、いずれの場合も行う。圧縮機段ＩＩＩにおける圧縮の下流では、原則として図１の流れｃに対応する流れｈを、分岐させて、蒸留塔１への還流として使用する。この流れｈを、熱交換器５、６及び７で冷却し、液化するが、ここでも、熱交換器６を熱交換器９と熱的に結合できる、或いは共通の熱交換器の形とすることができる。対応する冷却及び液化の後に、流れｈを、弁８を介して蒸留塔に戻し、還流としてそこで使用する。
【００４５】
圧縮機段ＩＩＩ〜ＶＩでは、流れｈの形で分岐しない残りを、ここではｉと表し、該残りを超臨界圧レベルに圧縮し、如何なる中間的液化も行わない。圧縮機段ＩＩＩは、この場合、流れｈを、上述した蒸留圧力レベルから第１中間圧力レベルに圧縮し、圧縮機段ＩＶは、流れｈを、第１中間圧力レベルから第２中間圧力レベルに圧縮し、圧縮機段Ｖは、流れｈを、第２中間圧力レベルから第３中間圧力レベルに圧縮し、圧縮機段ＶＩは、流れｈを、第３中間圧力レベルから超臨界圧レベルに圧縮する。圧力レベルについては、以前に説明した。
【００４６】
図３では、本発明によらない実施形態による圧縮を、プロセスフロー図の形で図式的に示している。ここでは、多段圧力機の圧縮機段を、Ｉ〜ＩＶによって示しており、図３で示した圧縮の圧縮機段ＩＩＩ及びＩＶは、図２で示した圧縮の圧縮機段ＩＩＩ及びＩＶと略対応しているが、ここでは、圧縮機段Ｖ及びＶＩはない。これらを、本発明の一実施形態による圧縮を示す次の図４では示している。図３で示す圧縮を、かかる場合では、低圧Ｃ２分離器と共に使用してもよく、該分離器では、超臨界圧レベルへの圧縮、及び、ひいては超臨界状態のエチレン製品の提供は、全く求められていない。対応する圧縮では、要求圧力レベルに応じて、第４圧縮段ＩＶを無くすことも可能である。この場合、エチレン製品を、第３圧縮段ＩＩＩの圧力側の圧力レベルで放出する。
【００４７】
図３に示した圧縮を、３つの部分回路を含むエチレン冷媒回路に、更に統合し、冷媒流れを、ｋ、ｌ及びｍで表す。既に述べたように、超臨界状態のエチレン製品を、図３による圧縮では提供しない。ここでも、しかしながら、図２に示したように、塔頂物を、蒸留塔１の頭部から充填できる。違いを明確にするために、対応する流れを、ここではｂ’で表す。流れｋは、低圧冷媒に相当し、該低圧冷媒を、第１始動圧力レベルで、約−９５〜−１００℃の温度レベルで提供する。流れｌは、中間圧冷媒を表し、該中間圧冷媒を、第２始動圧力レベルで、約−７５〜−８５℃の温度レベルで提供する。流れｍは、高圧冷媒を表し、該高圧冷媒を、蒸留圧力レベルで、約−５５〜−６５℃の温度レベルで提供する。図３に示したような対応する流れを、過熱後に、任意で、圧縮機段Ｉ〜ＩＩＩに供給する。圧縮機段Ｉから圧縮機段ＩＩへの冷媒の移送を、中間冷却なしで、直接機械で行うが、ここでは、点線で表現した流れｎの形で示している。
【００４８】
圧縮機段Ｉ〜ＩＶを、ここでは１０で表す共通のシャフトによって相互接続してもよい。圧縮機段ＩＩで圧縮した流体を、熱交換器ＩＩａで冷却し、次に、少なくとも主な部分を、圧縮機段ＩＩＩに供給する。また、一定部分を、圧縮機段Ｉに、キックバックとして知られる形で、戻すこともできる。それに応じて、流体を、圧縮機段ＩＩＩで圧縮し、次に、熱交換器ＩＩＩａで冷却する。しかしながら、圧縮機段ＩＩＩの前に、一部を、流れｐで示したように、戻せる。ここで流れｈ’の形で示した、更なる部分を、蒸留塔への還流として使用してもよい。ここでｎで示した、更なる流れを、圧縮機段ＩＩＩが流体を圧縮する第１中間圧力レベルで冷媒回路に戻す。ここでは示さないが、流れｎの冷媒は、次に、部分回路の、又は流れｋ、ｌ及びｍの前述した圧力レベルに、圧力解放できる。ここで流れｉ’の形で示した、残りの部分を、第４圧縮機段ＩＶに供給し、そこで第２中間圧力レベルに圧縮し、次に後段冷却器ＩＶａで冷却する。しかしながら、ここで流れｑの形で示した部分を、圧縮機段ＩＶの前に戻せる。ここで流れｉ’の形で示した残りを、エチレン製品として亜臨界圧レベルで提供できる。
【００４９】
対照的に、本発明の一実施形態よる、図４に示した圧縮は、既に図２で示した２つの更なる圧縮機段Ｖ及びＶＩを含む。これらは、原則として、圧縮機段ＩＶと同等に動作するが、ここでは、図２の流れｉに対応するため、ここでは同様に表す、流れの流体を、再びより高い圧力レベルへと更に圧縮する。圧縮機段Ｖは、この場合、流体を、第３中間圧力レベルに圧縮し；後段冷却器Ｖａで、流体を、この場合、例えば、約４０℃の温度に冷却する。圧縮機段ＶＩは、最終的に、流体を超臨界圧レベル（第３中間圧力レベルも既に超臨界である可能性がある）に圧縮し、例えば約４０℃の温度レベルへの冷却を、ここでもまた後段冷却器ＶＩａで行う。
【００５０】
本発明によらない方法に勝る本発明の利点について、図５及び図６に示したエンタルピ／圧力線図を参照して、以下で説明する。これらの図では、どちらの場合にも、圧力をＭＰａで、縦軸にプロットし、エンタルピをｋＪ／ｋｇで横軸にプロットしている。１０１（連続した太線）は、どちらの場合にも、エンタルピ／圧力線図の二相線を示している。等温線を、各温度毎に（部分的に）表している。
【００５１】
既に述べたように、図５は、図１で示した本発明によらない方法のエンタルピ／圧力線図である。より明快にするために、この場合では、図１で示した装置によってもたらされた状態の変化を、対応する参照記号で、エンタルピ／圧力線図において示しており、該参照記号には、いずれの場合も、限定目的のためにプライム記号を付している。エチレン製品（図１の流れｇ）の処理を、二重線の形で示し、蒸留塔への還流（図１の流れｃ）の処理を、太い点線の形で示している。これらの流れには、共通路（図１の流れｂ）があり、二重線と点線を重ねて示している。
【００５２】
ここで２’で表す、図１による熱交換器２における加熱により、蒸留塔の頭部から取出した流れｂの流体は、エネルギを吸収する。その結果、ここで３’で示すように、圧縮が、圧縮機３内で行われる。このために、流体は、圧力上昇と圧縮熱の吸収による加熱の両方を受ける。次に、流れｂの流体を、熱交換器４〜６で冷却し、その際、液化される。これについて、図５のエンタルピ／圧力線図において、４’〜６’で示す。エンタルピ／圧力線図で、７’及び８’で表すように、流れｃの流体を、次に、熱交換器７で更に冷却し、次に、弁８で圧力を解放する。その結果、流体は、二相域に入り、それに応じて、二相形態で蒸留塔１に充填される。対照的に、蒸留塔に戻らない流れｇを、図５のエンタルピ／圧力線図において１０’で表す、ポンプ１０で液体状で加圧し、その結果、それに応じて圧力及び温度が上昇し、前述した超臨界値への圧縮が行われる。続いて、熱交換器１１で超臨界流体の加熱を行う。
【００５３】
図５のエンタルピ／圧力線図から分かるように、ここでは、熱交換器４〜６での冷却により、顕著な温度差を、解消する必要があるため、かなりのエネルギ量を、流れｂの流体から抽出する。その後、かなりのエネルギ量を、熱交換器１１において流れｇの流体を加熱するために、再び供給する。これは、本発明により明らかになったように、エネルギに関して有利とはならない。
【００５４】
既に述べたように、図６は、図２で示した実施形態による方法のエンタルピ／圧力線図である。ここでも、図２で示した装置に対応する状態の変化を、プライム記号を有する参照記号で示す。エチレン製品（図２の流れｉ）の処理を、二重線の形で示し、蒸留塔への還流（図２の流れｈ）の処理を、太い点線の形で示している。これらの流れには、共通路（図２の流れｂ）があり、ここでも、二重線と点線を重ねて示している。
【００５５】
エンタルピ／圧力線図６において２’で示した熱交換器２での加熱は、この場合、まず第一に、図２による本発明によらない方法での加熱と対応する。また、同じことが、図５のＩＩＩ’で表した、圧縮段ＩＩＩにおける圧縮にも当てはまる。この圧縮後に、図６でＩＩＩａ’で示したように、冷却が行われる。これは、対応する等温線からここで見られるように、例えば、約４０℃の温度レベルに対して行われる。しかしながら、図６で破線で示したように、流れｂの流体の一部だけ、即ち流れｈの流体を、液化する。ここでは、熱交換器５〜７を使用する；対応する冷却運転を、図６のエンタルピ／圧力線図において５’〜７’で示す。同じことが、８’で示した安全弁８における圧力解放にも当てはまる。
【００５６】
次に、流れｉの形の残りを、図６においてＩＶ’で示した圧縮機段ＩＶで圧縮し、次に、図６においてＶＩａ’等で示した後段冷却器ＶＩａで冷却する。更なる圧縮及び冷却段を、図６から直接見ることができる。圧縮機段ＶＩでの圧縮と後段冷却器ＶＩａでの冷却の後に、エチレン製品が、通常約１２５．６バールの超臨界圧レベルで、且つ例えば、約４０℃の温度レベルで現れる。
【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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【図６】
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【国際調査報告】
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