(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、水素、メタン、エタン及びエチレンを含むガス状炭化水素の高圧ガス流から、水素およびメタンを分離する方法であって、
（１）上記の水素含有ガス状炭化水素の冷却前に、実質的に水素ガスのみを分離できる水素分離器を使用して上記の水素含有ガス状炭化水素の高圧ガス流から水素ガスを回収し、
（２）少なくとも直列に配置された２つ以上の温度帯域において、上記のガス状炭化水素を順次冷却して各温度帯域で気液分離し、そして、分離されたそれらの凝縮液はメタン分離工程に供給し、未凝縮ガスは次の温度帯域に供給し、
（３）メタン分離工程において、メタンガスを回収すると共にメタンを実質的に含有しない凝縮液を回収することを特徴とするガス状炭化水素から水素およびメタンを分離する方法。
【請求項２】
請求項１の方法において、（２）の順次冷却工程の少なくとも１つ以上の温度帯域にデフレグメーターを設置して気液分離を行う方法。
【請求項３】
請求項２の方法において、デフレグメーター装置を使用して（２）の順次冷却工程の最終の温度帯域における未凝縮ガスからエチレンを実質的に含有しないガスを回収すると共にエチレン成分に富む凝縮液を分離し、そして、分離された凝縮液はメタン分離工程に供給する方法。
【請求項４】
請求項１の方法において、（３）のメタン分離工程をプレ脱メタン塔と脱メタン塔とから構成し、
プレ脱メタン塔において、（２）の順次冷却工程で得られた凝縮液から、メタンを実質的に含有しない高沸点炭化水素成分を回収すると共にメタンに富む低沸点成分ガスを分離し、そして、分離されたガスは脱メタン塔に供給し、
脱メタン塔において、メタンガスを回収すると共にメタンを実質的に含有しない凝縮液を回収する方法。
【請求項５】
請求項４の方法において、プレ脱メタン塔で分離された低沸点成分ガスを冷却した後に脱メタン塔に供給する方法。
【請求項６】
請求項１の方法において、（３）のメタン分離工程をプレ脱メタン塔と脱メタン塔とから構成し、
（２）の順次冷却工程の少なくとも１つ以上の温度帯域にデフレグメーターを設置し、気液分離を行う方法。
【請求項７】
請求項６の方法において、デフレグメーター装置を使用して（２）の順次冷却工程の最終の温度帯域における未凝縮ガスからエチレンを実質的に含有しないガスを回収すると共にエチレン成分に富む凝縮液を分離し、そして、分離された凝縮液は脱メタン塔に供給し、
プレ脱メタン塔において、（２）の順次冷却工程で得られた凝縮液から、メタンを実質的に含有しない高沸点炭化水素成分を回収すると共にメタンに富む低沸点成分ガスを分離し、そして、分離されたガスは脱メタン塔に供給し、
脱メタン塔において、メタンガスを回収すると共にメタンを実質的に含有しない凝縮液を回収する方法。
【請求項８】
請求項７の方法において、プレ脱メタン塔で分離された低沸点成分ガスを冷却した後に脱メタン塔に供給する方法。
【請求項９】
請求項１の方法において、水素分離器が水素を選択的に透過できる金属膜である方法。
【請求項１０】
請求項１の方法において、原料となる炭化水素の高圧ガス流がナフサを熱分解して得られたガス状炭化水素を圧縮機で圧縮して得られたものである方法。
【請求項１１】
請求項１の方法において、原料となる炭化水素の高圧ガス流が、ナフサを熱分解して得られたガス状炭化水素を圧縮機で圧縮し、さらに、炭素数が３以上の高沸点の炭化水素を凝縮させて除去して得られたものである方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス状炭化水素から水素およびメタンを分離する方法に関し、詳しくは、炭化水素油の熱分解等の際に得られる水素、メタン、エチレン及びエタンを含むガス状炭化水素から水素およびメタンを効率的に分離する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、炭化水素油、例えば、ナフサ等を熱分解して得られる水素、メタン、エタン、プロパン、エチレン、プロピレン等を含有するガス状炭化水素から、水素およびメタンを深冷分離法により分離する方法が知られてれいる。斯かる方法としては、例えば、特公平３−５３２８９号公報に記載された方法が挙げられる。
【０００３】
上記の方法は、図３に示すフローダイアグラムのプロセスを使用して次の様に行われる。ガス状炭化水素は、圧縮機（Ｃ−１）により高圧ガス流とされた後、水冷却器（Ｗ−１）、熱交換器（Ｈ−１）乃至（Ｈ−４）において、順次冷却される。そして、これら各熱交換器のそれぞれの温度帯域において凝縮する炭化水素混合液は、対応するそれぞれの気液分離器（Ｄ−１）乃至（Ｄ−４）において未凝縮ガスから分離される。
【０００４】
気液分離器（Ｄ−１）の塔底から抜き出された分離液は、気液接触装置（Ｔ−１）（プレ脱メタン塔）に供給されて精製される。気液接触装置における留出ガスは、塔頂から抜き出されて熱交換器（Ｈ−６）により冷却された後、中圧精留塔（Ｔ−２）（脱メタン塔）に供給される。また、気液分離器（Ｄ−２）乃至（Ｄ−４）の塔底から抜き出された分離液は、脱メタン塔（Ｔ−２）に供給される。
【０００５】
脱メタン塔（Ｔ−２）により精製されて塔頂から得られるメタンを主成分とする留分は、熱交換器（Ｈ−５）により冷却された後、気液分離器（Ｄ−５）によりメタンを主成分とする未凝縮ガスと凝縮液とに分離され、凝縮液の一部は脱メタン塔（Ｔ−２）に返送される。脱メタン塔（Ｔ−２）の塔底からはエチレン及びこれより沸点の高い炭化水素を含有する炭化水素混合物が得られる。
【０００６】
気液分離器（Ｄ−４）における未凝縮ガスは、熱交換器（Ｈ−７）により、更に冷却され、気液分離器（Ｄ−６）において水素を主成分とする未凝縮ガスとメタンを主成分とする凝縮液に分離される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の方法では、冷却工程に送られるガス状炭化水素中に多くの水素が含まれているので、エチレンを凝縮するため、各分離器の温度を下げる必要がある。このため、各冷媒熱交換器で使用する冷媒は、より低温にして且つ量を多く必要とする。さらに、気液分離器（Ｄ−１）乃至（Ｄ−４）により分離される分離液の量およびその中に含まれるメタン量が多いため、脱メタン塔（Ｔ−２）内における液負荷が大きい。従って、生産量アップを図る場合には、脱メタン塔の能力が生産律速（ボトルネック）となっている。
【０００８】
本発明は、上記実情に鑑みなされたものであり、その目的は、水素およびメタンを分離するために必要とする冷媒エネルギーを従来方法よりも低減して冷凍機の動力を大幅に低下させ、既設の脱メタン塔が生産律速となっている問題を解消して生産量アップを達成する方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の要旨は、少なくとも、水素、メタン、エタン及びエチレンを含むガス状炭化水素の高圧ガス流から、水素およびメタンを分離する方法であって、
（１）上記の水素含有ガス状炭化水素の冷却前に、実質的に水素ガスのみを分離できる水素分離器を使用して上記の水素含有ガス状炭化水素の高圧ガス流から水素ガスを回収し、
（２）少なくとも直列に配置された２つ以上の温度帯域において、上記のガス状炭化水素を順次冷却して各温度帯域で気液分離し、そして、分離されたそれらの凝縮液はメタン分離工程に供給し、未凝縮ガスは次の温度帯域に供給し、
（３）メタン分離工程において、メタンガスを回収すると共にメタンを実質的に含有しない凝縮液を回収することを特徴とするガス状炭化水素から水素およびメタンを分離する方法に存する。
【００１０】
そして、本発明の好ましい態様では、上記の構成に加え、
上記（３）のメタン分離工程をプレ脱メタン塔と脱メタン塔とから構成し、
デフレグメーター装置を使用して上記（２）の順次冷却工程の最終の温度帯域における未凝縮ガスからエチレンを実質的に含有しないガスを回収すると共にエチレン成分に富む凝縮液を分離し、そして、分離された凝縮液は脱メタン塔に供給し、
プレ脱メタン塔において、上記（２）の順次冷却工程で得られた凝縮液から、メタンを実質的に含有しない高沸点炭化水素成分を回収すると共にメタンに富む低沸点成分ガスを分離し、そして、分離されたガスは脱メタン塔に供給し、
脱メタン塔において、メタンガスを回収すると共にメタンを実質的に含有しない凝縮液を回収する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づいて説明する。図１は本発明の好ましい態様の一例を示すプロセスフローダイアグラムであり、図２は本発明の別の態様を示すプロセスフローダイアグラムである。各図とも、Ｃ−１は圧縮機、Ｗ−１は水冷却器、Ｓ−１は水素分離器、Ｈ−１〜Ｈ−７は熱交換器、Ｄ−１〜Ｄ−６は気液分離器、Ｔ−１はプレ脱メタン塔、Ｔ−２は脱メタン塔、ＤＥＰ−１はデフレグメーター装置である。
【００１２】
図１に示すプロセスは、主として、圧縮器（Ｃ−１）、水素分離器（Ｓ−１）、水冷却器（Ｗ−１）、熱交換器（Ｈ−１）乃至（Ｈ−６）、気液分離器（Ｄ−１）乃至（Ｄ−３）及び（Ｄ−５）、プレ脱メタン塔（Ｔ−１）、脱メタン塔（Ｔ−２）及びデフレグメーター装置（ＤＥＰ−１）より構成されている。
【００１３】
本発明において、原料ガスとしては、少なくとも、水素、メタン、エチレン及びエタンを含むガス状炭化水素が使用される。特に、ナフサ等の熱分解によって得られるガス状炭化水素が好ましく使用される。上記の水素含有ガス状炭化水素は、圧縮機（Ｃ−１）により圧縮されて高圧ガス流となる。なお、ガス状炭化水素中に存在するＳＯxやＣＯ2は、圧縮過程または圧縮後にアルカリ溶液と接触処理し、これらの酸性ガスを除去することが好ましい。
【００１４】
上記の高圧ガス流の好ましい圧力は、２０〜５０ｋｇ／ｃｍ2Ｇ（約２〜５ＭＰａ）の範囲とされる。圧力が２０ｋｇ／ｃｍ2Ｇ（約２ＭＰａ）未満の場合、高圧ガス流は、最終的に−１６０℃より低い温度まで冷却する必要がある。また、５０ｋｇ／ｃｍ2Ｇ（約５ＭＰａ）を超える場合は、このガスの圧縮に必要な動力が必要以上に増大し、何れの場合も不経済である。
【００１５】
先ず、上記の水素含有ガス状炭化水素の冷却前に、水素分離器（Ｓ−１）において、上記の水素含有ガス状炭化水素の高圧ガス流から、水素ガスを回収すると共にガス状炭化水素を分離する。水素分離器（Ｓ−１）における水素含有ガス状炭化水素の温度は、通常５０〜２５０℃とされる。
【００１６】
なお、本発明において、「水素含有ガス状炭化水素の冷却前」とは、メタンやエチレン等を分離するのに必要な深冷分離のための冷却の前、と言う意味であり、ナフサ分解温度から取り扱い容易な温度への冷却や、圧縮による温度上昇に対する冷却、あるいは、炭素数３以上の高沸点炭化水素を予め分離する過程での冷却は予め行ってもよい。
【００１７】
上記の水素分離器（Ｓ−１）としては、ガス状炭化水素中の水素を選択的に透過させて分離できる分離膜が好適に使用される。分離膜としては、ガス状炭化水素から水素を選択的に透過できる金属膜、特に、パラジウム膜、パラジウム合金膜または白金膜が好適に使用される。これらの金属膜は、シリカ、アルミナ、それらの混合物などの支持部材で保持して使用することが好ましい。
【００１８】
水素分離器（Ｓ−１）で分離された水素は、実質的に水素のみであるため、燃料として消費するばかりではなく、隣接プラントで水素添加反応などの原料として使用することが出来る。
【００１９】
次に、少なくとも直列に配置された２つ以上の温度帯域において、上記のガス状炭化水素を順次冷却して各温度帯域で気液分離する。そして、分離された上記の凝縮液はプレ脱メタン塔（Ｔ−１）及び脱メタン塔（Ｔ−２）に供給される。この場合、通常、最初の温度帯域で気液分離された凝縮液をプレ脱メタン塔（Ｔ−１）に供給し、第２番目以降の温度帯域で気液分離された凝縮液を脱メタン塔（Ｔ−２）に供給する。未凝縮ガスは次の温度帯域に供給される。
【００２０】
上記の気液分離を行う各温度帯域とは、各熱交換器（Ｈ−１）乃至（Ｈ−３）とそれぞれに後続する各気液分離器（Ｄ−１）乃至（Ｄ−３）の１組を意味し、図１に示すプロセスは、気液分離を行う温度帯域を３個有する。すなわち、上記の分離膜によって水素濃度を低下したガス状炭化水素は、水冷却器（Ｗ−１）、熱交換器（Ｈ−１）乃至（Ｈ−３）により順次冷却され、気液分離器（Ｄ−１）乃至（Ｄ−３）で順次凝縮液に分離される。
【００２１】
上記の分離膜を経た高圧ガス流は、水冷却器（Ｗ−１）により常温まで冷却され、熱交換器（Ｈ−１）乃至（Ｈ−３）で順次に冷却されて気液分離器（Ｄ−１）乃至（Ｄ−３）で順次凝縮液に分離されるが、この際、熱交換器（Ｈ−１）乃至（Ｈ−３）の冷却温度は、水素分離器（Ｓ−１）における分離水素量に応じて特定温度範囲内に設定する。例えば、熱交換器（Ｈ−１）の出口において−２０℃〜−４０℃の温度領域に、熱交換器（Ｈ−２）の出口において−４０℃〜−７０℃の温度領域に、熱交換器（Ｈ−３）の出口において−７０℃〜−９０℃の温度領域になる様に冷媒との熱交換量を調整する。
【００２２】
上記の温度設定により、各気液分離器（Ｄ−１）乃至（Ｄ−３）及び後述のデフレグメーター装置（ＤＥＰ−１）における凝縮液量とその組成を調整できる。この結果、熱交換器における冷媒使用量の低下および冷媒温度の上昇を図ることが出来、冷凍機の動力低下が可能となると共に、脱メタン塔（Ｔ−２）への供給液量を減少でき、ガス状炭化水素の処理量を増加させることが出来る。さらに、デフレグメーター装置へ供給される未凝縮ガス量が減少することにより、デフレグメーター装置の小型化が可能となるばかりではなく、デフレグメーター装置の分離性能を向上させることが出来る。
【００２３】
なお、上記の熱交換器（Ｈ−１）には冷媒液体プロピレンが、また、熱交換器（Ｈ−２）乃至（Ｈ−５）には冷媒液体エチレンが低温側液体の冷媒源として、それぞれ使用される。
【００２４】
熱交換器（Ｈ−１）により、−２０℃〜−４０℃の温度領域まで冷却された高圧ガス流は、気液分離器（Ｄ−１）により気液分離される。分離された凝縮液は、プレ脱メタン塔（Ｔ−１）の上部に供給される。この凝縮液は、比較的沸点の高い炭化水素を多く含有しているがメタンも含んでいる。例えば、ナフサの熱分解ガスを使用した場合には、メタンを１０〜２５モル％程度含み、プレ脱メタン塔（Ｔ−１）でメタンを実質的に含有しない塔底液とメタンに富む塔頂留出ガスとに分離される。
【００２５】
上記のプレ脱メタン塔（Ｔ−１）には、塔内に通常の精留塔と同様に気液接触用の棚段または充填物が具備されている。この塔に供給された凝縮液は、塔内を落下する際、塔の下部まで到達した液が塔底の加熱源（図示せず）により加熱されて発生する炭化水素の上昇流と向流接触し、メタンが蒸発し、高沸点成分が凝縮する。塔底液は塔底から抜き出す。メタンに富む留出ガスは、熱交換器（Ｈ−６）を経て脱メタン塔（Ｔ−２）の上段部に供給される。
【００２６】
気液分離器（Ｄ−１）における未凝縮ガスは、熱交換器（Ｈ−２）に供給されて−４０℃〜−７０℃の温度領域に冷却された後、気液分離器（Ｄ−２）に供給されて気液分離される。分離された凝縮液は、塔底から抜き出されて脱メタン塔（Ｔ−２）に供給される。
【００２７】
一方、未凝縮ガスは、熱交換器（Ｈ−３）に供給されて−７０℃〜−９０℃の温度領域まで冷却された後、気液分離器（Ｄ−３）に供給されて気液分離される。分離された凝縮液は、塔底から抜き出されて脱メタン塔（Ｔ−２）に供給される。
【００２８】
次に、デフレグメーター装置（ＤＥＰ−１）において、上記の最終の温度帯域の未凝縮ガスから、エチレンを実質的に含有しないガスを回収すると共にエチレン成分に富む凝縮液を分離し、そして、分離された凝縮液は脱メタン塔（Ｔ−２）に供給する。すなわち、気液分離器（Ｄ−３）の未凝縮ガスは、必要に応じて熱交換器（Ｈ−４）で冷却された後、デフレグメーター装置（ＤＥＰ−１）に供給される。
【００２９】
デフレグメーター装置（ＤＥＰ−１）は、供給されたガスをメタンを主成分とするガスとエチレン成分に富む凝縮液とに分離する。エチレン成分に富む凝縮液は、塔底から抜き出されて脱メタン塔（Ｔ−２）に供給される。デフレグメーター装置（ＤＥＰ−１）は、複数の垂直に設けられた間接熱交換通路からなる上部精留塔熱交換部分（２０Ｒ）及びこの上部精留塔熱交換部分で冷却され重力で流下する凝縮液を集める下部ドラム（２０Ｄ）から成る。デフレグメーター装置（ＤＥＰ−１）への供給は、その下部に行うのが好ましい。
【００３０】
上記のデフレグメーター装置（ＤＥＰ−１）へ供給された未凝縮ガスは、上部精留塔熱交換部分（２０Ｒ）を上方向に通過する際、他の冷媒（図示せず）で冷却されて一部凝縮して流下する。その結果、上部精留塔熱交換部分（２０Ｒ）内で、上昇するガスと凝縮液とが直接気液接触熱交換を行い、次第に流下する凝縮液はエチレンに富み、また、上昇するガスはメタンに富む様になる。
【００３１】
従来技術の様に、デフレグメーター装置（ＤＥＰ−１）に供給される未凝縮ガスに多量の水素が含まれている場合には、水素が掃気ガスとして作用し、エチレンの凝縮を妨害するが、本発明では、水素が予め水素分離器（Ｓ−１）で除去されているので、デフレグメーター装置での分離が効率良く行われる。
【００３２】
デフレグメーター装置（ＤＥＰ−１）における上部精留塔熱交換部分（２０Ｒ）の未凝縮ガス温度は、−９０℃〜−１１０℃温度領域に、下部ドラム部分（２０Ｄ）の凝縮液温度は、−７０℃〜−８５℃温度領域にそれぞれ設定される。その結果、下部ドラム部分（２０Ｄ）から抜き出される凝縮液は、図３に示す従来の気液分離器で分離された凝縮液に比較して液量が低下し、脱メタン塔（Ｔ−２）への供給液量を減少できる。
【００３３】
上記の結果、既設脱メタン塔能力で原料ガスの処理量増加が図れると共に、深冷分離において必要とされる冷媒液体であるエチレン液量が大幅に節減され、最終的にはエチレン圧縮機（図示せず）に必要な動力が大幅に節減できる。また、デフレグメーター装置（ＤＥＰ−１）から得られる未凝縮ガスは、メタン濃度が高い。熱交換器（Ｈ−１）乃至（Ｈ−３）の出口の高圧ガス温度は、従来ほど低下させる必要がなく、冷却効率を向上させることが出来る。
【００３４】
一方、プレ脱メタン塔（Ｔ−１）において、メタンを実質的に含有しない高沸点炭化水素成分を回収すると共にメタンに富む低沸点成分のガスを分離し、そして、分離されたガスは脱メタン塔（Ｔ−２）に供給される。プレ脱メタン塔（Ｔ−１）の塔頂から抜き出された留出ガスは、通常、メタンを４０〜５０％、エチレンを４０〜５０％程度含有している。他の脱メタン塔供給液に比較し、メタンの含有率が高く、エチレンの割合が低い。このメタンに富む留出ガスは、熱交換器（Ｈ−６）で冷却した後、脱メタン塔（Ｔ−２）へ供給される。
【００３５】
次に、脱メタン塔（Ｔ−２）において、メタンガスを回収すると共にメタンを実質的に含有しない凝縮液を回収する。脱メタン塔（Ｔ−２）は、通常の深冷分離の際に使用される棚段または充填物の充填された精留塔であり、メタンとエチレンとを分離する。脱メタン塔（Ｔ−２）の塔頂部には、留出ガスを循環冷媒のエチレン液により冷却してその大部分を凝縮させてこの塔の還流液とするための熱交換器（Ｈ−５）及びこの還流液と未凝縮ガスとに分離するための気液分離器（Ｄ−５）が設けられている。
【００３６】
脱メタン塔（Ｔ−２）において、この塔に供給された上記の凝縮液および留出液は、気液分離器（Ｄ−５）からの留出液がこの塔に返送される還流液の作用および塔底の加熱源（図示せず）による塔底液の加熱作用により精留され、メタンを実質的に含有しないエチレンを主成分とする凝縮液として塔底から取り出される。脱メタン塔（Ｔ−２）の塔頂部から取り出された留出ガスは、熱交換器（Ｈ−５）により冷却された後、気液分離器（Ｄ−５）においてエチレンを実質的に含有しないメタンを主成分とする留出ガスとして分離される。
【００３７】
プレ脱メタン塔（Ｔ−１）及びデフレグメーター装置（ＤＥＰ−１）の好ましい圧力は、１５〜４０ｋｇ／ｃｍ2Ｇ（約１．５〜４ＭＰａ）の範囲とされる。脱メタン塔（Ｔ−２）の圧力は、通常、プレ脱メタン塔（Ｔ−１）及びデフレグメーター装置（ＤＥＰ−１）より少し低い圧力、好ましくはプレ脱メタン塔（Ｔ−１）及びデフレグメーター装置（ＤＥＰ−１）より０．１〜１０ｋｇ／ｃｍ2Ｇ（約０．０１〜１ＭＰａ）低い圧力の範囲とされる。
【００３８】
本発明の最も好ましい態様は、上記の様に、順次冷却されて行われる最後の気液分離での未凝縮ガスをデフレグメーター装置で分離し、メタン分離工程はプレ脱メタン塔と脱メタン塔から構成される態様であるが、本発明は、これ以外にも、他の気液分離工程でデフレグメーター装置を使用する態様、デフレグメーター装置を使用しない態様、プレ脱メタン塔を使用しない態様なども本発明に包含される。
【００３９】
例えば、図２に示す様に、図１のデフレグメーター装置（ＤＥＰ−１）に代えて、熱交換器（Ｈ−４）と気液分離装置（Ｄ−４）とを設けることも出来る。この場合、熱交換器（Ｈ−４）での出口における温度帯域は−９０〜−１１５℃に調節することが好ましい。
【００４０】
【実施例】
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
【００４１】
実施例１
以下に図１に示すフローダイアグラムのプロセスによってガス状炭化水素から水素およびメタンを分離する場合についてのシミュレーション結果を示す。なお、シミュレーションプログラムはASPENPLUS(ASPEN  TECHNOLOGY,INC.社製）を使用した。
【００４２】
原料ガスとしては、水素１５モル％、メタン３１モル％、エチレン３３モル％、エタン７モル％、プロピレン１０モル％及びその他の炭化水素４モル％よりなるナフサの熱分解ガスをモデルとした。
【００４３】
また、水素分離装置（Ｓ−１）には分離膜、プレ脱メタン塔（Ｔ−１）には２１段の棚段塔、脱メタン塔（Ｔ−２）には４１段の棚段塔とした。ここで、分離膜の性能は、水素ガスのみを選択的に透過するものとし、膜透過量を７４８ｋｍｏｌ／Ｈとした。
【００４４】
原料ガスは、圧縮機（Ｃ−１）を経て３４ｋｇ／ｃｍ2Ｇ（約３．５ＭＰａ）及び９１℃の高圧ガス流として水素分離器（Ｓ−１）に供給する。水素分離器（Ｓ−１）では、原料ガス中の水素７５％が分離されて回収される。水素分離後の原料ガスは、水冷却器（Ｗ−１）において１５℃まで冷却された後、熱交換器（Ｈ−１）において−２３℃まで冷却されて気液分離器（Ｄ−１）に供給される。気液分離器（Ｄ−１）における未凝縮ガスは、熱交換器（Ｈ−２）において−６１℃まで冷却された後、気液分離器（Ｄ−２）に供給され、気液分離器（Ｄ−１）における凝縮液は、プレ脱メタン塔（Ｔ−１）に供給される。
【００４５】
気液分離器（Ｄ−２）における未凝縮ガスは、熱交換器（Ｈ−３）において−８１℃まで冷却された後、気液分離器（Ｄ−３）に供給され、気液分離器（Ｄ−２）における凝縮液は、脱メタン塔（Ｔ−２）に供給される。気液分離器（Ｄ−３）における未凝縮ガスは、熱交換器（Ｈ−４）により冷却後、デフレグメーター装置（ＤＥＰ−１）へ供給され、気液分離器（Ｄ−３）における凝縮液は、脱メタン塔（Ｔ−２）に供給される。
【００４６】
上記のデフレグメーター装置（ＤＥＰ−１）へ供給される上記の未凝縮ガスは、上部精留塔熱交換部分（２０Ｒ）を上方向に通過する際に冷却されて分縮されて落下する。その結果、上部精留塔熱交換部分（２０Ｒ）内において、上昇するガスと凝縮液とが直接気液接触交換を行い、次第に落下する凝縮液はエチレンに富み、また、上昇するガスはメタンに富む様になる。メタンに富む留出ガスは、塔頂から抜き出された後、常温まで加熱されて回収される。一方、デフレグメーター装置（ＤＥＰ−１）におけるエチレンに富む凝縮液は、脱メタン塔（Ｔ−２）へ供給される。
【００４７】
一方、前述のプレ脱メタン塔（Ｔ−１）へ供給される凝縮液は、メタンに富む留出ガスとメタンを実質的に含有しない塔底液とに分離される。そして、メタンに富む留出ガスは、熱交換器（Ｈ−６）で冷却して凝縮された後、脱メタン塔（Ｔ−２）へ供給され、メタンを実質的に含有しない塔底液（高沸点炭化水素成分）は回収される。
【００４８】
脱メタン塔（Ｔ−２）は、通常の深冷分離の際に使用される精留塔であり、塔頂部には、その塔頂留出ガスを冷却し、その一部を凝縮させ、この塔の還流液とするための熱交換器（Ｈ−５）及びこの還流液と未凝縮ガスとに分離するための気液分離器（Ｄ−５）を設けられている。
【００４９】
脱メタン塔（Ｔ−２）においては、気液分離器（Ｄ−２）における凝縮液、気液分離器（Ｄ−３）における凝縮液、デフレグメーター装置（ＤＥＰ−１）におけるエチレンに富む凝縮液、熱交換器（Ｈ−６）で得られたメタンに富む凝縮液が処理される。
【００５０】
そして、脱メタン塔（Ｔ−２）の塔頂部から取り出した留出ガスは、熱交換器（Ｈ−５）により冷却された後、気液分離器（Ｄ−５）において、エチレンを実質的に含有しないメタンを主成分とする留出ガスとして分離された後、常温まで加温されて回収される。脱メタン塔（Ｔ−２）の塔底からは、エチレンを主成分とする凝縮液が回収される。
【００５１】
上記の熱交換器の冷媒として、熱交換器（Ｈ−１）ではプロピレン冷媒を、（Ｈ−２）乃至（Ｈ−５）ではエチレン冷媒を使用するものとして計算した。表１に定常状態における運転条件および物質収支の計算結果を示す。
【００５２】
【表１】
0003730362.tif 000002
【００５３】
比較例１
実施例１において、図３に示すプロセスに変更した以外は、実施例１と同様にシミュレーションを行った。表２に定常状態における運転条件および物質収支の計算結果を示す。
【００５４】
【表２】
0003730362.tif 000003
【００５５】
実施例１および比較例１における冷凍機馬力および脱メタン塔への供給量の比較を表３に示す。
【００５６】
【表３】
0003730362.tif 000004
【００５７】
実施例２
実施例１において、図２の示すプロセスに変えた以外は、実施例１と同様に操作した。定常状態における運転条件および物質収支の計算結果を表４に示す。また、実施例２と比較例１との比較を表５に示す。
【００５８】
【表４】
0003730362.tif 000005
【００５９】
【表５】
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【００６０】
【発明の効果】
以上、説明した本発明によれば、従来法に比較して気液分離器の温度を高く設定できるため、従来法より高温の冷媒を使用できることにより、冷凍機の吸い込み圧力を高く設定でき、冷凍機動力の低減が図れる。よって、本発明による冷凍機動力節減により大きな経済的利益を得ることが出来る。さらに、デフレグメーター装置を併用すれば、脱メタン塔へのメタン供給量を低下させることが出来る。すなわち、既設のプラントの場合には、現状より多くの原料ガスを処理でき、新設プラントの場合には、脱メタン塔の小型化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい態様の一例を示すプロセスフローダイアグラム
【図２】本発明の別の態様を示すプロセスフローダイアグラム
【図３】従来技術のプロセスフローダイアグラム
【符号の説明】
Ｃ−１：圧縮機
Ｗ−１：水冷却器
Ｓ−１：水素分離器
Ｈ−１〜Ｈ−７：熱交換器
Ｄ−１〜Ｄ−６：気液分離器
Ｔ−１：プレ脱メタン塔
Ｔ−２：脱メタン塔
ＤＥＰ−：デフレグメーター装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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