(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
脱エタン塔から分離されたＣ２化合物がアセチレンコンバータに供給され、Ｃ２化合物のうちアセチレンがエチレン及びエタンに転換される段階；
前記アセチレンから転換されたエチレン及びエタンを含むＣ２化合物が第１Ｃ２スプリッターに移送され、一部のエチレンが分離排出される段階；及び
前記第１Ｃ２スプリッターから排出されていない残りのエチレン及びエタンを含む下部ストリームが第２Ｃ２スプリッターに移送され、エチレンは分離排出され、エタンを含む残りのＣ２化合物はエタンクラッカーに戻された後にエチレンに転換される段階；を含み、
前記脱エタン塔と第１Ｃ２スプリッターの間には熱交換器が備えられ、前記脱エタン塔と第１Ｃ２スプリッターの間で直接的な熱交換が成され、
前記熱交換は、前記第１Ｃ２スプリッターの下部ストリームと前記脱エタン塔の上部蒸気の間で成され、前記熱交換は前記脱エタン塔の圧力と第１Ｃ２スプリッターの圧力の差は４．５ｋｇｆ／ｃｍ2Ｇ以上であり、前記第１Ｃ２スプリッターの下部ストリームに含まれたエチレンの濃度は７０から８０ｍｏｌ％である条件下で行われることを特徴とする、エネルギー効率が向上したエチレン製造方法。
【請求項２】
前記熱交換器による熱交換量は、前記脱エタン塔の圧力（Ｐ１）と第１Ｃ２スプリッターの圧力（Ｐ２）の差（Ｐ１−Ｐ２）、及び第１Ｃ２スプリッターの下部ストリームに含まれたエチレンの濃度（ｍｏｌ％）によって変わることを特徴とする、請求項１に記載のエネルギー効率が向上したエチレン製造方法。
【請求項３】
前記脱エタン塔の圧力と第１Ｃ２スプリッターの圧力の差は、４．５から１５ｋｇｆ／ｃｍ2Ｇであることを特徴とする、請求項１または２に記載のエネルギー効率が向上したエチレン製造方法。
【請求項４】
前記第１Ｃ２スプリッターの下部ストリームは、前記熱交換器に供給された後、前記脱エタン塔の上部蒸気の一部を凝縮させることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のエネルギー効率が向上したエチレン製造方法。
【請求項５】
前記脱エタン塔の上部蒸気の内、前記第１Ｃ２スプリッターの下部ストリームとの熱交換に用いた蒸気以外の残りの蒸気は冷媒によって凝縮されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のエネルギー効率が向上したエチレン製造方法。
【請求項６】
前記脱エタン塔と第１Ｃ２スプリッターの間に熱交換が成されると、前記脱エタン塔の上部で用いる冷媒の使用量が減少することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のエネルギー効率が向上したエチレン製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギー効率が向上したエチレン製造方法に関し、さらに詳細には、工程間の直接的な熱交換をしてエネルギー節減が可能な、エネルギー効率が向上したエチレン製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、エチレンの製造にはエタン熱分解法、石油分解法、燃焼法、アセチレン水素化法及びアルコール脱水法などの多様な方法が用いられている。図１は、通常のエチレンの製造工程図であって、図１に示されたエチレンの製造工程に対して簡単に説明する。先ず、ＤｅＣ２塔２から分離された炭素数２の炭化水素化合物がアセチレンコンバータ４に移送されると、炭素数２の炭化水素化合物のうちアセチレン（Ｃ2Ｈ2）がエチレン（Ｃ2Ｈ4）またはエタン（Ｃ2Ｈ6）に転換される。続いて、エチレン及びエタンは第１Ｃ２Ｓ塔６に移送され、一部のエチレンが先ず分離排出され、残りのエチレン及びエタンは、第２Ｃ２Ｓ塔８に移送された後、エチレンは分離排出され、エタンは先行工程に戻されて循環される過程を経ることとなり、このような工程が行われることにより純粋なエチレンを得ることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前記で検討してみたエチレン製造工程は、各塔毎に冷媒ループと連結されており、冷媒ループの作動のためには高圧スチームのようなエネルギー源が必要である。しかし、この場合、冷媒ループに伝わる負荷が増加して誤作動などの問題点が発生するため、冷媒ループに供給されるエネルギー源の使用を減らし、冷媒ループに伝わる負荷を減少させることができる方案に対する研究の必要性が要求されている実情である。
【０００４】
したがって、本発明の目的は、エチレンの製造に用いられる塔の間に、塔間の直接的な熱交換を可能にする熱交換器を設置することにより、冷媒の使用量が減少してエネルギーを節減することができる、エネルギー効率が向上されたエチレン製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記目的を達成するために、本発明は、脱エタン塔から分離されたＣ２化合物がアセチレンコンバータに供給され、Ｃ２化合物のうちアセチレンがエチレン及びエタンに転換される段階；前記アセチレンから転換されたエチレン及びエタンを含むＣ２化合物が第１Ｃ２スプリッターに移送され、一部のエチレンが分離排出される段階；及び前記第１Ｃ２スプリッターから排出されていない残りのエチレン及びエタンを含む下部ストリームが第２Ｃ２スプリッターに移送され、エチレンは分離排出され、エタンを含む残りのＣ２化合物はエチレンに転換されて循環される段階；を含み、前記脱エタン塔と第１Ｃ２スプリッターの間には熱交換器が備えられて工程間の直接的な熱交換が成され、熱交換が可能であるように前記脱エタン塔の圧力と第１Ｃ２スプリッターの圧力の差は４．５ｋｇｆ／ｃｍ2Ｇ以上であり、前記第１Ｃ２スプリッターの下部ストリームに含まれたエチレンの濃度は７０から８０ｍｏｌ％であることを特徴とする、エネルギー効率が向上したエチレン製造方法を提供する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によるエネルギー効率が向上したエチレン製造方法によれば、エチレンの製造に用いられる塔の間に、塔間の直接的な熱交換を可能にする熱交換器を設置することにより、冷媒の使用量が減少してエネルギーを節減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】通常のエチレンの製造工程図である。
【図２】本発明の一実施形態によるエネルギー効率が向上したエチレン製造方法を説明するためのエチレンの製造工程図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明を詳しく説明する。
【０００９】
図２は、本発明の一実施形態によるエネルギー効率が向上したエチレン製造方法を説明するためのエチレンの製造工程図である。図２を参照しつつ、本発明によるエネルギー効率が向上したエチレン製造方法を説明する。本発明によるエネルギー効率が向上したエチレン製造方法は、脱エタン塔（Ｄｅｅｔｈａｎｉｚｅｒ  ｃｏｌｕｍｎ）１０から分離されたＣ２化合物がアセチレンコンバータ（Ａｃｅｔｙｌｅｎｅ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）２０に供給され、Ｃ２化合物のうちアセチレン（Ｃ2Ｈ2）がエチレン（Ｃ2Ｈ4）及びエタン（Ｃ2Ｈ6）に転換される段階、前記アセチレンから転換されたエチレン及びエタンを含むＣ２化合物が第１Ｃ２スプリッター（第１Ｃ２Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）３０に移送され、一部のエチレンが分離排出される段階、及び前記第１Ｃ２スプリッター３０から排出されていない残りのエチレン及びエタンを含む下部ストリーム（ｓｔｒｅａｍ）が第２Ｃ２スプリッター４０に移送され、エチレンは分離排出され、エタンを含む残りのＣ２化合物はエチレンに転換されて循環される段階を含み、
前記脱エタン塔１０と第１Ｃ２スプリッター３０の間には熱交換器５０が備えられて工程間の直接的な熱交換が成され、熱交換が可能であるように前記脱エタン塔１０の圧力と第１Ｃ２スプリッター３０の圧力の差は４．５ｋｇｆ／ｃｍ2Ｇ以上であり、前記第１Ｃ２スプリッター３０の下部ストリームに含まれたエチレンの濃度は７０から８０ｍｏｌ％であることを特徴とする。
【００１０】
前記エネルギー効率が向上したエチレン製造方法をより詳しく説明する。先ず、脱メタン塔（図示省略）から炭素数２以上の炭化水素化合物が脱エタン塔１０に供給されると、炭素数２個を有する炭化水素化合物は脱エタン塔１０の上部を介して後続段階に分離移送され、炭素数３以上の炭化水素化合物は、前記脱エタン塔１０の下部を介して脱プロパン塔（図示省略）に移送される。続けて、前記脱エタン塔１０の上部を介して分離された炭素数２の炭化水素化合物は、アセチレンコンバータ２０に移送及び供給され、炭素数２の炭化水素化合物のうちアセチレンがエチレン及びエタンに転換される。次いで、アセチレンから転換されたエチレン及びエタンが含まれた炭素数２の炭化水素化合物が第１Ｃ２スプリッター３０に移送されて一部のエチレンが分離排出され、残りのエチレン及びエタンを含む第１Ｃ２スプリッター３０の下部ストリームは、前記第２Ｃ２スプリッター４０に移送されるか熱交換器５０に供給され、前記第２Ｃ２スプリッター４０に移送された後、エチレンは分離排出され、エタンを含む残りの炭素数２の炭化水素化合物は先行工程に戻されて循環される過程を経ることとなり（特に、炭素数２の炭化水素化合物のうちエタンは、一般にエタンクラッカー（ｅｔｈａｎｅ  ｃｒａｃｋｅｒ、図示省略）に戻された後でエチレンに転換され、このとき、このようなエタンクラッカーは、第２Ｃ２スプリッター４０で生産される副産物、すなわち、エタンをエチレンに作る反応が成される反応器であって、一般にＮＣＣ工程に含まれている）、このような工程が行われることにより純粋なエチレンを得ることができる。その他、前記第１Ｃ２スプリッター３０及び第２Ｃ２スプリッター４０の上部には低分子（Ｌｉｇｈｔ）不純物が排出され、排出前に冷媒による凝縮過程が行われてよい。
【００１１】
一方、前記脱エタン塔１０、第１Ｃ２スプリッター３０及び第２Ｃ２スプリッター４０の各上部に排出される炭化水素化合物は蒸気（ｖａｐｏｒ）の形態で排出され、プロピレン冷媒（Ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ  ＲｅｆｒｉｇｅｒａｎｔまたはＰｒｏｐｙｌｅｎｅ  Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｏｒ；  ＰＲ）によって凝縮される。このように凝縮された各凝縮物は、次の段階に移送されるか外部に排出され、一部は前記脱エタン塔１０、第１Ｃ２スプリッター３０及び第２Ｃ２スプリッター４０の各熱源として用いられる。また、前記プロピレン冷媒（ＰＲ）はＰＲループ（Ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ  Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔ  ｌｏｏｐ）で凝縮及び冷却されるものであって、冷媒の圧縮に用いられるＰＲコンプレッサー（Ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ  Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔ  ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ）は超高圧スチーム（ｖｅｒｙ  ｈｉｇｈ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｓｔｅａｍ；ＸＳ）によって運転され、ＰＲコンプレッサーが駆動された後、一部は高圧スチーム（ｈｉｇｈ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｓｔｅａｍ；ＨＳ）を生産し、残りはコンデンセート（Ｃｏｎｄｅｎｓａｔｅ）に転換される。
【００１２】
一方、前記脱エタン塔１０の上部に排出されてアセチレンコンバータ２０に移送されるＣ２化合物とは、炭素数２個を有する大部分の炭化水素化合物であって、より正確には、エチレンの沸騰点（ｂｏｉｌ  ｐｏｉｎｔ；ｂｐ）と類似の炭素数２の炭化水素化合物を意味する。
【００１３】
本発明の特徴は、図２に示されたところのように、前記脱エタン塔１０と第１Ｃ２スプリッター３０の間に熱交換器５０が備えられることにより、工程（または、塔）の間、言い換えると、前記脱エタン塔１０と第１Ｃ２スプリッター３０の間に直接的な熱交換が可能になるとのことである。ここで、前記脱エタン塔１０と第１Ｃ２スプリッター３０の間の直接的な熱交換は、前記第１Ｃ２スプリッター３０の下部ストリームと前記脱エタン塔１０の上部蒸気（または、上部ストリーム）の間に成されることであって、具体的には、前記第１Ｃ２スプリッター３０の下部ストリームが前記熱交換器５０に供給された後、前記脱エタン塔１０の上部蒸気の一部を凝縮させることである（残りの蒸気は冷媒によって凝縮される）。すなわち、これは、既存に前記第１Ｃ２スプリッター３０の下部ストリームは気化器（ｖａｐｏｒｉｚｅｒ）から熱の供給を受けて気化され、前記脱エタン塔１０の上部蒸気は冷媒による熱回収のみを介して凝縮されていたこととは違いがある。
【００１４】
つまり、このように、前記脱エタン塔１０と第１Ｃ２スプリッター３０の間に直接的な熱交換が可能になれば（成されれば）、前記脱エタン塔１０の上部で用いるプロピレン冷媒の使用量が減少し、これは冷媒を圧縮するＰＲコンプレッサー（Ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ  Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔ  ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ）の軸仕事（シャフトワーク、ｓｈａｆｔ  ｗｏｒｋ）の減少に繋がり、ＰＲコンプレッサーの運転に必要な超高圧スチーム（ＸＳ）を節減するか、転換されるコンデンセート量の減少を介して高圧スチーム（ＨＳ）の生産量を増加させることができる。
【００１５】
一方、前記熱交換器５０による熱交換量は、２つの運転条件、すなわち、前記脱エタン塔１０の圧力（Ｐ１）と第１Ｃ２スプリッター３０の圧力（Ｐ２）の差（Ｐ１−Ｐ２）、及び第１Ｃ２スプリッター３０の下部ストリームに含まれたエチレンの濃度（ｍｏｌ％）によって変わり、このような運転条件が最適化されてこそ工程間の直接的な熱交換が可能になる。
【００１６】
前記脱エタン塔１０の圧力（Ｐ１）と第１Ｃ２スプリッター３０の圧力（Ｐ２）の差（Ｐ１−Ｐ２）は、４．５ｋｇｆ／ｃｍ2Ｇ以上、好ましくは４．５から１５ｋｇｆ／ｃｍ2Ｇであって、前記脱エタン塔１０の圧力と第１Ｃ２スプリッター３０の圧力差が４．５ｋｇｆ／ｃｍ2Ｇ未満の場合は、熱交換に必要な最小ＬＭＴＤ（ｌｏｇ  ｍｅａｎ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）の確保が不可能で、熱交換自体が不可能になるとの問題点が発生し得る。
【００１７】
また、前記第１Ｃ２スプリッター３０の下部ストリームに含まれたエチレンの濃度は７０から８０ｍｏｌ％であって、前記第１Ｃ２スプリッター３０の下部ストリームに含まれたエチレンの濃度が７０ｍｏｌ％未満であれば、熱交換器５０に流入される温度が下がって熱交換が難しくなり、前記第１Ｃ２スプリッター３０の下部ストリームに含まれたエチレンの濃度が８０ｍｏｌ％を超過すると、前記第１Ｃ２スプリッター３０のエチレン生産量が減少し、却って非効率的なエチレン製造工程になる問題が発生する恐れがある。
【００１８】
以下、本発明の理解を助けるために好ましい実施例を提示するが、下記実施例は本発明を例示するものであるだけで、本発明の範疇及び技術思想の範囲内で多様な変更及び修正が可能であることは当業者において明らかなことであり、このような変更及び修正が特許請求の範囲に属するのも当然のことである。
【００１９】
［実施例１］エネルギー効率が向上したエチレンの製造
エチレンを製造するための既存の脱エタン塔、アセチレンコンバータ、第１Ｃ２スプリッター及び第２Ｃ２スプリッター以外に、工程間の直接的な熱交換のための熱交換器を前記脱エタン塔と第１Ｃ２スプリッターの間に更に設置し、最適の熱交換のため、前記脱エタン塔の圧力（Ｐ１）と第１Ｃ２スプリッターの圧力（Ｐ２）の差（Ｐ１−Ｐ２）は４．５ｋｇｆ／ｃｍ2Ｇにし、前記第１Ｃ２スプリッターの下部ストリーム内のエチレンの濃度は７０ｍｏｌ％にしてエチレンを製造した。エチレンの製造において、最終の熱交換量、冷媒を凝縮及び冷却させるのに用いられたＰＲループの軸仕事（Ｓｈａｆｔ  ｗｏｒｋ）とその節減量、冷媒の圧縮に用いられるＰＲコンプレッサーの運転に用いられた超高圧スチーム（ＸＳ）の量、ＰＲコンプレッサーの駆動後に生産される高圧スチーム（ＨＳ）の量、及びＰＲコンプレッサーの駆動によって転換されるコンデンセート（Ｃｏｎｄｅｎｓａｔｅ）の量の減少と同時に転換される高圧スチーム（ＨＳ）の量を下記表１に示した。
【００２０】
【表１】
0006651622.tif 000002
【００２１】
［実施例２］  エネルギー効率が向上したエチレンの製造
前記脱エタン塔の圧力（Ｐ１）と第１Ｃ２スプリッターの圧力（Ｐ２）の差（Ｐ１−Ｐ２）を４．６ｋｇｆ／ｃｍ2Ｇにし、前記第１Ｃ２スプリッターの下部ストリーム内のエチレンの濃度を７８．８０ｍｏｌ％にしたことを除き、前記実施例１と同様に行ってエチレンを製造し、エチレンの製造において、最終の熱交換量、ＰＲループの軸仕事（Ｓｈａｆｔ  ｗｏｒｋ）とその節減量、ＰＲコンプレッサーの運転に用いられた超高圧スチーム（ＸＳ）の量、ＰＲコンプレッサーの駆動後に生産される高圧スチーム（ＨＳ）の量、及びＰＲコンプレッサーの駆動によって転換されるコンデンセート（Ｃｏｎｄｅｎｓａｔｅ）の量の減少と同時に転換される高圧スチーム（ＨＳ）の量を前記表１に示した。
【００２２】
［比較例１］エチレンの製造
前記脱エタン塔の圧力（Ｐ１）と第１Ｃ２スプリッターの圧力（Ｐ２）の差（Ｐ１−Ｐ２）を５．０ｋｇｆ／ｃｍ2Ｇにし、前記第１Ｃ２スプリッターの下部ストリーム内のエチレンの濃度を６０．００ｍｏｌ％にしたことを除き、前記実施例１と同様に行ってエチレンを製造し、エチレンの製造において、最終の熱交換量、ＰＲループの軸仕事（Ｓｈａｆｔ  ｗｏｒｋ）とその節減量、ＰＲコンプレッサーの運転に用いられた超高圧スチーム（ＸＳ）の量、ＰＲコンプレッサーの駆動後に生産される高圧スチーム（ＨＳ）の量、及びＰＲコンプレッサーの駆動によって転換されるコンデンセート（Ｃｏｎｄｅｎｓａｔｅ）の量の減少と同時に転換される高圧スチーム（ＨＳ）の量を前記表１に示した。
【００２３】
［比較例２］エチレンの製造
前記脱エタン塔の圧力（Ｐ１）と第１Ｃ２スプリッターの圧力（Ｐ２）の差（Ｐ１−Ｐ２）を４．０ｋｇｆ／ｃｍ2Ｇにし、前記第１Ｃ２スプリッターの下部ストリーム内のエチレンの濃度を６０．００ｍｏｌ％にしたことを除き、前記実施例１と同様に行ってエチレンを製造し、エチレンの製造において、最終の熱交換量、ＰＲループの軸仕事（Ｓｈａｆｔ  ｗｏｒｋ）とその節減量、ＰＲコンプレッサーの運転に用いられた超高圧スチーム（ＸＳ）の量、ＰＲコンプレッサーの駆動後に生産される高圧スチーム（ＨＳ）の量、及びＰＲコンプレッサーの駆動によって転換されるコンデンセート（Ｃｏｎｄｅｎｓａｔｅ）の量の減少と同時に転換される高圧スチーム（ＨＳ）の量を前記表１に示した。
【００２４】
［実施例１〜２、比較例１〜２］エチレン製造に用いられたエネルギー効率評価
前記表１に示したところのように、２つの運転条件が最適化された、言い換えれば、脱エタン塔の圧力（Ｐ１）と第１Ｃ２スプリッターの圧力（Ｐ２）の差（Ｐ１−Ｐ２）が４．５ｋｇｆ／ｃｍ2Ｇ以上であり、第１Ｃ２スプリッターの下部ストリーム内のエチレンの濃度が７０から８０ｍｏｌ％に設定された実施例１及び２の場合に熱交換が可能であり（熱交換量：実施例１は０．０３５Ｇｃａｌ／ｈｒ、実施例２は３．０Ｇｃａｌ／ｈｒ）、これによって冷媒の使用が減少したが、これは、冷媒を凝縮及び冷却させるのに用いられたＰＲコンプレッサーの必要な軸仕事（Ｓｈａｆｔ  ｗｏｒｋ）が節減されたとの点（ＰＲコンプレッサーの軸仕事の節減量：実施例１は１０．４ｋＷ、実施例２は８８９ｋＷ）、そして、冷媒の圧縮に用いられるＰＲコンプレッサーの駆動によって転換されるコンデンセート（Ｃｏｎｄｅｎｓａｔｅ）の量の減少と同時に、コンデンセートから高圧スチーム（ＨＳ）に転換されて高圧スチーム（ＨＳ）が更に生産されるとの点（ＨＳ追加生産量：実施例１は０．０５ｔｏｎ／ｈｒ、実施例２は４．２ｔｏｎ／ｈｒ）から確認することができる。
【００２５】
一方、前記２つの運転条件のうち何れか（脱エタン塔の圧力と第１Ｃ２スプリッターの圧力差）のみを満足する比較例１の場合、前記２つの運転条件全てを満足することができない比較例１と同様に熱交換が可能でないことを確認することができ、このことから、本発明によるエネルギー効率が向上したエチレン製造方法は、脱エタン塔の圧力と第１Ｃ２スプリッターの圧力の差、及び第１Ｃ２スプリッターの下部ストリーム内のエチレンの濃度が同時に最適化されなければならないことが分かった。
【符号の説明】
【００２６】
１０：  脱エタン塔
２０：  アセチレンコンバータ
３０：  第１Ｃ２スプリッター
４０：  第２Ｃ２スプリッター
５０：  熱交換器
【図１】
0006651622.tif 000003
【図２】
0006651622.tif 000004