(57)【要約】  エチレン用チャージガス圧縮トレイン（１）であって、蒸気タービン（２）と、圧縮段の第１の群（３）、圧縮段の第２の群（４）、および圧縮段の第３の群（５）を含む第１の圧縮機（６０）とを、同じ軸線上に備えており、前記圧縮段の第１の群（３）は、第１のインタークーラ入口（１０Ａ）へと接続されるように構成された出口（３Ｂ）を備え、前記圧縮段の第２の群（４）は、第１のインタークーラ出口（１０Ｂ）へと接続されるように構成された第２の圧縮機入口（４Ａ）を備え、前記圧縮段の第２の群（４）は、第２のインタークーラ入口（１１Ａ）へと接続されるように構成された第２の圧縮機出口（４Ｂ）を備え、前記圧縮段の第３の群（５）は、第２のインタークーラ出口（１１Ｂ）へと接続されるように構成された第３の圧縮機入口（５Ａ）を備え、前記圧縮段の第１の群（３）、第２の群（４）、および第３の群（５）は、第１の共通ケーシング（２０）内に統合され、前記蒸気タービン（２）と同じ回転速度で動作し、前記第１の圧縮機（６０）は、複数のシュラウド無しおよびシュラウド付きのインペラを備え、少なくとも１つのシュラウド無しのインペラ（５０）が、少なくとも１つのシュラウド付きのインペラ（５１）に対して上流に位置している、チャージガス圧縮トレイン（１）。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エチレン用チャージガス圧縮トレイン（１）であって、
蒸気タービン（２）と、圧縮段の第１の群（３）、圧縮段の第２の群（４）、および圧縮段の第３の群（５）を含む第１の圧縮機（６０）とを、同じ軸線上に備えており、
ａ．前記圧縮段の第１の群（３）は、第１のインタークーラ入口（１０Ａ）へと接続されるように構成された出口（３Ｂ）を備え、
ｂ．前記圧縮段の第２の群（４）は、第１のインタークーラ出口（１０Ｂ）へと接続されるように構成された第２の圧縮機入口（４Ａ）を備え、前記圧縮段の第２の群（４）は、第２のインタークーラ入口（１１Ａ）へと接続されるように構成された第２の圧縮機出口（４Ｂ）を備え、
ｃ．前記圧縮段の第３の群（５）は、第２のインタークーラ出口（１１Ｂ）へと接続されるように構成された第３の圧縮機入口（５Ａ）を備え、
前記圧縮段の第１の群（３）、第２の群（４）、および第３の群（５）は、第１の共通ケーシング（２０）内に統合され、前記蒸気タービン（２）と同じ回転速度で動作し、
前記第１の圧縮機（６０）は、複数のシュラウド無しおよびシュラウド付きのインペラ（５０，５１）を備え、少なくとも１つのシュラウド無しのインペラ（５０）が、少なくとも１つのシュラウド付きのインペラ（５１）に対して上流に位置している、チャージガス圧縮トレイン（１）。
【請求項２】
前記第１の圧縮機（６０）の前記インペラ（５０，５１）は、互いに積み重ねられ、少なくともタイロッド（７１）によって一体に固定されている、請求項１に記載のチャージガス圧縮トレイン（１）。
【請求項３】
連続するインペラ（５０，５１）は、機械的な接続によって互いに接続されている、請求項１または２に記載のチャージガス圧縮トレイン（１）。
【請求項４】
前記機械的な接続は、Ｈｉｒｔｈ継手（７０）である、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のチャージガス圧縮トレイン（１）。
【請求項５】
前記圧縮段の第１の群（３）、前記圧縮段の第２の群（４）、および前記圧縮段の第３の群（５）は、前記同じ圧縮機シャフト（３０）に取り付けられ、前記蒸気タービン（２）は、前記圧縮機シャフト（３０）に直接結合している、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のチャージガス圧縮トレイン（１）。
【請求項６】
圧縮段の第４の群（６）と圧縮段の第５の群（７）とを備える第２の圧縮機（６１）をさらに備えており、
ａ．前記圧縮段の第３の群（５）は、第３のインタークーラ入口（１２Ａ）に接続されるように構成された第３の圧縮機出口（５Ｂ）を備え、
ｂ．前記圧縮段の第４の群（６）は、第３のインタークーラ出口（１２Ｂ）に接続されるように構成された第４の圧縮機入口（６Ａ）と、第４のインタークーラ入口（１３Ａ）に接続されるように構成された第４の圧縮機出口（６Ｂ）とを備え、
ｃ．前記圧縮段の第５の群（７）は、第４のインタークーラ出口（１３Ｂ）に接続されるように構成された第５の圧縮機入口（７Ａ）を備え、
前記圧縮段の第４の群（６）および前記圧縮段の第５の群（７）は、第２の共通ケーシング（２１）内に統合され、前記蒸気タービン（２）と同じ回転速度で動作する、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のチャージガス圧縮トレイン（１）。
【請求項７】
前記圧縮段の第１の群（３）は、３〜４バールの間の吐出圧力で動作し、前記圧縮段の第２の群（４）は、６〜８バールの間の吐出圧力で動作し、前記圧縮段の第３の群（５）は、１０〜１９バールの間の吐出圧力で動作する、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のチャージガス圧縮トレイン（１）。
【請求項８】
前記圧縮段の第４の群（６）は、１８〜２２バールの間の吐出圧力で動作し、前記圧縮段の第５の群（７）は、３５〜４０バールの間の吐出圧力で動作する、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のチャージガス圧縮トレイン（１）。
【請求項９】
前記第２の圧縮機（６１）の前記圧縮段の第４の群および第５の群（６、７）は、前記第１の圧縮機（６０）の前記圧縮段の第１の群、第２の群、および第３の群（３、４、５）の前記同じ圧縮機シャフト（３０）に取り付けられている、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のチャージガス圧縮トレイン（１）。
【請求項１０】
前記蒸気タービン（２）、前記第１の圧縮機（６０）、または前記第２の圧縮機（６１）のうちの少なくとも１つは、最大２２０００ｒｐｍの回転速度、好ましくは５０００〜１２０００ｒｐｍの間に含まれる速度範囲にて動作するように構成されている、請求項１乃至９のいずれか１項に記載のチャージガス圧縮トレイン（１）。
【請求項１１】
前記圧縮機シャフト（３０）は、単一の部品にて形成され、あるいはねじり結合した異なる部品にて形成されている、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のチャージガス圧縮トレイン（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示される主題の実施形態は、エチレン用チャージガス圧縮トレインに対応する。
【背景技術】
【０００２】
エチレンは、石油化学工業において水蒸気分解によって製造される。このプロセスにおいては、気体または軽質液体炭化水素を７５０〜９５０℃に加熱して多数のフリーラジカル反応を引き起こし、その後に即時の冷却によってこれらの反応を停止させる。このプロセスは、大きな炭化水素をより小さな炭化水素に変換し、不飽和を導入する。
【０００３】
エチレンの製造は、分解ガスの一次圧縮（３段または３段階の圧縮）と、その後の二次圧縮（１段または１段階、あるいは２段または２段階）とを含む。硫化水素および二酸化炭素が、通常は、二次圧縮の際に除去される。
【０００４】
一次および二次圧縮のために、機械的に接続された５つの機械、すなわち蒸気タービン、ギアボックス、低圧圧縮機の第１の群、および高圧圧縮機の第２の群を備える形式のターボ圧縮機トレインを使用することができる。ギアボックスは、例えば回転速度を５０００ＲＰＭへと高め、この回転を圧縮機の第１および第２の群へと伝達する増速型のギアである。
【０００５】
低圧圧縮機の第１の群は、２つの入力を介して入力圧力（例えば、約１．５〜２バール）および入力温度（例えば、約３５〜５０℃）のガス流を受け取り、出力圧力（例えば、約２．５〜４バール）および出力温度（例えば、約８５〜１００℃）のガス流を出力するダブルフロー型の第１の圧縮機（圧縮段の２つの群を有する）を備える。次いで、出力ガスは、冷却され、第２の圧縮機および第３の圧縮機へと入力される。第２および第３の圧縮機は、２セクション型の圧縮機に分類される。
【０００６】
第２の圧縮機は、第１の入力圧力（例えば、２．５〜４バール）および第１の入力温度（例えば、約３５〜４５℃）の入力ガス流を受け取り、第１の出力圧力（例えば、約５．５〜７バール）および第１の出力温度（例えば、約８５〜９５℃）の第１の出力流を出力する。次いで、この第１の出力流は、冷却され、第２の入力圧力（例えば、５〜７バール）および第２の入力温度（例えば、約３５〜４５℃）の第２の流れとして第３の圧縮機に入力される。次いで、第３の圧縮機は、第２の出力圧力（例えば、約１０〜１２バール）および第２の出力温度（例えば、約８５〜９５℃）の第２の出力流を出力する。
【０００７】
第１、第２、および第３の圧縮機（あるいは、圧縮機段の群）において生じる気体の圧縮は、それぞれ一次圧縮の第１、第２、および第３の段（または、段階）を表す。
【０００８】
次いで、出力ガスは、再び冷却され、第４の圧縮機および第５の圧縮機を備える高圧圧縮機の第２の群へと入力される。第４および第５の圧縮機は、やはり２セクション型の圧縮機に分類される。
【０００９】
第４の圧縮機は、第３の入力圧力（例えば、１０〜１１バール）および第３の入力温度（例えば、約３５〜４５℃）の入力ガス流を受け取り、第３の出力圧力（例えば、約１５〜２５バール）および第３の出力温度（例えば、約８５〜９５℃）の第３の出力流を出力する。次いで、この第３の出力流は、冷却され、第４の入力圧力（例えば、１８．５〜２０バール）および第４の入力温度（例えば、約３５〜５０℃）の第４の流れとして第５の圧縮機に入力される。第４の圧縮機は、最終的に、第４の出力圧力（例えば、約３０〜４０バール）および第４の出力温度（例えば、約８５〜９５℃）の第４の出力流を出力する。
【００１０】
第４および第５の圧縮機（あるいは、圧縮機段の群）において生じるガスの圧縮は、それぞれ二次圧縮の第１および第２の段（または、段階）を表す。
【００１１】
低圧圧縮機の第１の群の設置面積が、ダブルフロー型の第１の圧縮機ならびに２セクション型の第２および第３の圧縮機の存在ゆえに問題となる。
【００１２】
さらに、システム全体の信頼性が、高価な構成部品でもあるギアボックスの信頼性に依存する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】オーストラリア特許第２０１３  ２０４  ８８６号明細書
【発明の概要】
【００１４】
したがって、エチレン用チャージガス圧縮トレインであって、既知のトレインと比べてより信頼性が高く、よりコストが低く、より空間（設置面積に関して）を消費しないチャージガス圧縮トレインが、一般的に必要とされている。
【００１５】
重要な考え方は、蒸気タービンを、低圧圧縮機の群へと直接結合させることにある。
【００１６】
もう１つの重要な考え方は、低圧圧縮機を共通のケーシング内に統合することにある。
【００１７】
本明細書に開示される主題の第１の実施形態は、エチレン用チャージガス圧縮トレインに対応する。
【００１８】
本明細書に開示される主題の第２の実施形態は、より小さいサイズのエチレン用チャージガス圧縮トレインに対応する。
【００１９】
本明細書に組み込まれて本明細書の一部を構成する添付の図面は、本発明の典型的な実施形態を例示し、「発明を実施するための形態」と併せて、これらの実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】エチレン用チャージガス圧縮トレインを概略的に示している。
【図２】サイズが縮小されたエチレン用チャージガス圧縮トレインを概略的に示している。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下の典型的な実施形態の説明においては、添付の図面が参照される。
【００２２】
以下の説明は、本発明を限定するものではない。代わりに、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定義される。
【００２３】
本明細書の全体を通して、「一実施形態」または「実施形態」への言及は、或る実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造、または特性が、開示される主題の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書の種々の箇所に現れる「一実施形態において」または「実施形態において」という表現は、必ずしも同じ実施形態を指すとは限らない。さらに、特定の特徴、構造、または特性は、１つ以上の実施形態において任意の適切なやり方で組み合わせられてよい。
【００２４】
図１は、エチレン用チャージガス圧縮トレインを示している。このトレインは、１年に０．８〜１．４Ｍｔｏｎを生産するプラントの一部であってよい。
【００２５】
トレインは、同じ軸線上に、蒸気タービン２と、圧縮段の第１の群３、圧縮段の第２の群４、および圧縮段の第３の群５を含む第１の圧縮機６０とを備える。圧縮段の第１の群３、第２の群４、および第３の群５は、いわゆる低圧圧縮機群の一部を形成する。
【００２６】
蒸気タービン２は、高速型の蒸気タービンであってよく、すなわちタービンのシャフトが、５０００〜１２０００ＲＰＭの間に含まれる速度で回転することができる。蒸気タービン２は、大径の第１の制御段と、高速タービンブレードを備える最終段とを備えることができる。
【００２７】
圧縮段の第１の群３、第２の群４、および第３の群５は、タービンの同じ回転速度で動作することができる。したがって、圧縮機も、高速型の圧縮機であってよく、すなわち圧縮機のシャフトおよびインペラは、５０００〜１２０００ＲＰＭの間の速度で回転することができ、いくつかの構成においては、回転速度が２２０００ＲＰＭに達してもよい。
【００２８】
この圧縮機の回転速度を達成するために、少なくとも圧縮段の群のうちの少なくとも１つ、好ましくは圧縮段の第１の群が、複数の開放（または、シュラウド無しの）インペラおよびシュラウド付きインペラを備えることができる。シュラウド付きインペラにおいては、各々のブレード先端が、共通の外側シュラウドの一部である一方で、開放またはシュラウド無しのインペラにおいては、各々のブレードが、自由端の先端を有する。１つ以上のインペラ５０，５１は、互いに機械的に接続され、少なくとも軸方向のタイロッド７１によって一体に固定されて圧縮機のロータを形成する積み重ね可能な形式であってよい（積み重ねて配置されてよい）。好ましくは、圧縮機インペラの少なくとも第１の群３の上流インペラが、シュラウド無しのインペラ５０である一方で、残りのインペラは、シュラウド付きのインペラ５１である。さらに、少なくとも２つの連続するインペラの間の機械的な接続は、Ｈｉｒｔｈ式（Ｈｉｒｔｈ継手７０）であってよい。
【００２９】
好ましくは、シュラウド無しのインペラ５０は、シュラウド付きのインペラ５１よりも大きな直径を有することができる。この構成によれば、シュラウド付きのインペラのシュラウドは、遠心力によって多くを求められることがない。
【００３０】
さらに、圧縮機のロータを、２２０００ｒｐｍまでの最大回転速度を得るように構成することができる。
【００３１】
圧縮段の第１の群３は、第１のインタークーラ入口１０Ａに接続されるように構成された出口３Ｂを備えることができる。第１のインタークーラ１０を、第１の圧縮機からの圧縮されたガスを集め、圧縮段の第２の群４へともたらすように構成することができる。
【００３２】
圧縮段の第２の群４は、第１のインタークーラ出口１０Ｂに接続されるように構成された第２の圧縮機入口４Ａを備えることができる。さらに、第２の圧縮機４は、第２のインタークーラ入口１１Ａに接続されるように構成された第２の圧縮機出口４Ｂを備えることができる。第２のインタークーラ１１は、圧縮段の第２の群からの圧縮されたガスを集め、圧縮段の第３の群５へともたらすことができる。
【００３３】
圧縮段の第３の群５は、第２のインタークーラ出口１１Ｂに接続されるように構成された第３の圧縮機入口５Ａを備えることができる。
【００３４】
一態様によれば、圧縮段の第１の群３、第２の群４、および第３の群５は、第１の共通ケーシング２０内に統合され、蒸気タービン２と同じ回転速度で回転することができる。それらは、同じ圧縮機シャフト３０上に取り付けられてよい。さらに、蒸気タービン２を、単一の部品にて形成されてよく、あるいはねじり結合した異なる部品にて形成されてよい圧縮機シャフト３０に、直接結合させることができる。
【００３５】
そのような構成は、トレインの設置面積を大幅に削減し、低圧圧縮機の第１の群によって使用される空間を小さくする。
【００３６】
さらに、蒸気タービン２を圧縮機シャフト３０に直接結合させることで、ギアボックスがもはや必要とされず、システムの全体的な信頼性が改善される。
【００３７】
図１の説明に戻ると、高圧圧縮機の第２の群を蒸気タービン２と同じ速度で駆動することができることに、注目することができる。それは、同じ圧縮機シャフト３０に取り付けられてよい。
【００３８】
高圧圧縮機の第２の群は、圧縮段の第４の群６と圧縮段の第５の群７とを含む第２の圧縮機６１を備えることができる。
【００３９】
圧縮段の第３の群５が、第３のインタークーラ入口１２Ａに接続されるように構成された第３の圧縮機出口５Ｂを備えることができる。第３のインタークーラ１２を、圧縮段の第３の群５を出るガスを集めて、圧縮段の第４の群６へと送るように構成することができる。
【００４０】
この理由のために、圧縮段の第４の群６は、第３のインタークーラ出口１２Ｂに接続されるように構成された第４の圧縮機入口６Ａと、第４のインタークーラ入口１３Ａに接続されるように構成された第４の圧縮機出口６Ｂとを備えることができる。上述のインタークーラと同様に、第４のインタークーラ１３は、圧縮段の第４の群６から出るガスを集め、圧縮段の第５の群７へと送ることができる。
【００４１】
第４のインタークーラ出口１３Ｂを、直接または苛性タワー５０を介して、第４のインタークーラ出口１３Ｂに接続されるように構成された第５の圧縮機入口７Ａへと接続することができる。
【００４２】
気付くことができるとおり、圧縮段の第４の群６および第５の群７は、第２の共通ケーシング２１内に統合されてよく、同じ圧縮機シャフト３０に取り付けられてよい。したがって、圧縮段の第４の群および第５の群は、２セクション型の圧縮機であってよい。
【００４３】
以上の説明において、いずれかの圧縮器の入口または出口について、インタークーラ（すなわち、熱交換器）の入口または出口に接続されるように構成されるという言及がなされた場合、接続は、（例えば、管を介して）直接に実現されても、あるいはインタークーラおよび圧縮器へとガスを運び、さらにはインタークーラおよび圧縮器からガスを運ぶために使用することができる他の適切な装置を介して実現されてもよいと、理解しなければならない。
【００４４】
上述の例において、圧縮機シャフト３０は、通常の動作の際に、５５００ＲＰＭ（すなわち、蒸気タービン２および圧縮機と同じ回転速度）で回転することができる。
【００４５】
この状態において、圧縮段の第１の群３は、３〜４バールの間の吐出圧力で動作することができる。次いで、ガスは、圧縮段の第２の群４に進入する。
【００４６】
圧縮段の第２の群４は、６〜８バールの間の吐出圧力を含むことができる。ガスは、５〜７バールの間の圧力で圧縮段の第３の群５に進入することができる。
【００４７】
圧縮段の第３の群５は、１０〜１９バールの間の吐出圧力で動作することができる。ガスは、１０〜１２バールの圧力で圧縮段の第４の群６に進入することができる。
【００４８】
圧縮段の第４の群６は、１８〜２２バールの間の吐出圧力で動作することができる。
【００４９】
ガスは、１７〜２１バールの圧力で圧縮段の第５の群７に進入することができる。
【００５０】
圧縮段の第５の群７は、３５〜４０バールの間の吐出圧力で動作することができる。
【００５１】
以上の説明において、温度および圧力などのいくつかのパラメータは、例として示されている。当然ながら、個々のパラメータの範囲は、トレインの構成および具体的なプロセスパラメータに応じて、上述のパラメータの範囲からわずかに相違してもよい。
【００５２】
図２は、生産が０．８Ｍｔｏｎ／年未満であるプラントに特有のエチレンガスチャージ圧縮トレインの別の実施形態を示している。
【００５３】
主な違いは、この構成においては、圧縮段が３群だけしか存在しない点にある。したがって、低圧圧縮機の第１の群と高圧圧縮機の第２の群との間の差が存在しない。
【００５４】
３群の圧縮機段によって形成される単一ケーシング圧縮機は、２１バールまでの圧力のガスを生成することができる。
【００５５】
この実施形態の説明において、既に説明した部分と機能的に同様の部分は、同じ参照符号によって示され、それらの説明は省略される。
【００５６】
この構成において、蒸気タービン２は、圧縮機段の群の回転速度に対応する約９０００ＲＰＭで回転する。
【００５７】
この状態において、圧縮段の第１の群３は、３〜４バールの間の吐出圧力で動作することができる。ガスは、２〜３．５バールの間の圧力で圧縮段の第２の群４に進入することができる。
【００５８】
圧縮段の第２の群４は、６〜８バールの間の吐出圧力を含むことができる。ガスは、６〜７．５バールの間の圧力で圧縮段の第３の群５に進入することができる。
【００５９】
圧縮段の第３の群５は、１０〜１９バールの間の吐出圧力で動作することができる。
【００６０】
本明細書に記載の主題について開示した実施形態を、図面に示し、いくつかの典型的な実施形態との関連において具体的かつ詳細に上記において充分に説明してきたが、多数の修正、変更、および省略が、本明細書に記載の新たな教示、原理、および概念、ならびに添付の特許請求の範囲に述べられる主題の利点から実質的に離れることなく可能であることが、当業者にとって明らかであろう。したがって、開示した技術革新の適切な範囲は、すべてのそのような修正、変更、および省略を含むように、添付の特許請求の範囲の最も広い解釈によってのみ定められるべきである。加えて、プロセスまたは方法のあらゆるステップの順序または並びは、代案の実施形態によれば、変更されてよく、あるいは並べ直されてよい。
【符号の説明】
【００６１】
１  エチレン用チャージガス圧縮トレイン
２  蒸気タービン
３  圧縮機段の第１の群
３Ｂ  出口
４  圧縮機段の第２の群
４Ａ  圧縮機入口
４Ｂ  圧縮機出口
５  圧縮機段の第３の群
５Ａ  圧縮機入口
５Ｂ  圧縮機出口
６  圧縮段の第４の群
６Ａ  圧縮機入口
６Ｂ  圧縮機出口
７  圧縮段の第５の群
７Ａ  圧縮機入口
７Ｂ  圧縮機出口
１０  第１のインタークーラ
１０Ａ  インタークーラ入口
１０Ｂ  インタークーラ出口
１１  第２のインタークーラ
１１Ａ  インタークーラ入口
１１Ｂ  インタークーラ出口
１２  第３のインタークーラ
１２Ａ  インタークーラ入口
１２Ｂ  インタークーラ出口
１３  第４のインタークーラ
１３Ａ  インタークーラ入口
１３Ｂ  インタークーラ出口
２０  第１の共通ケーシング
２１  第２の共通ケーシング
３０  圧縮機シャフト
５０  シュラウド無しのインペラ、苛性タワー
５１  シュラウド付きのインペラ
６０  第１の圧縮機
６１  第２の圧縮機
７０  インペラ間の機械的な接続、Ｈｉｒｔｈ継手
７１  タイロッド
【図１】
2018524519.tif 000003
【図２】
2018524519.tif 000004
【国際調査報告】
2018524519.tif 000005
2018524519.tif 000006