(57)【要約】本発明のエネルギー再活用システムは、発熱反応によって中間物質を生成して排出するとともに発熱反応で発生する熱と外部から供給される水を熱交換させ水蒸気を生成する熱交換反応器、供給される中間物質に水を混合させて中間物質水溶液を生成する吸収槽、中間物質水溶液の供給を受けて中間物質を中間物質ガスと高含水量の中間物質水溶液に分離するストリッパー、高含水量の中間物質水溶液の供給を受けて中間物質を水と反応させて最終物質水溶液に生成する吸熱反応器、最終物質水溶液の供給を受けて熱交換反応器から出る水蒸気の熱と最終物質水溶液を熱交換させスチームを生成する蒸発濃縮器、蒸発濃縮器から排出される最終物質水溶液の供給を受けて脱水及び精製する脱水蒸留塔、及び蒸発濃縮器から出るスチームを圧縮して圧縮されたスチームを熱源またはスチーム供給源として提供する蒸発スチーム再圧縮機を含む。【選択図】図２
2020536721.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱反応によって中間物質を生成して排出し、前記発熱反応で発生する熱と外部から供
給される水を熱交換させ、水蒸気を生成する熱交換反応器（１０）と、
前記中間物質の供給を受け、前記中間物質に水を混合させて中間物質水溶液を生成する
吸収槽（２０）と、
前記中間物質水溶液の供給を受け、前記中間物質を中間物質ガスと高含水量の中間物質
水溶液に分離するストリッパー（３０）と、
前記高含水量の中間物質水溶液の供給を受け、前記中間物質を水と反応させて最終物質
水溶液に生成する吸熱反応器（４０）と、
前記最終物質水溶液の供給を受け、前記熱交換反応器から出る水蒸気の熱と前記最終物
質水溶液を熱交換させ、スチームを生成する蒸発濃縮器（５０）と、
前記蒸発濃縮器から排出される最終物質水溶液の供給を受けて、脱水及び精製する脱水
蒸留塔（６０）と、
前記蒸発濃縮器（５０）から出るスチームを圧縮し、圧縮されたスチームを熱源または
スチーム供給源として提供する蒸発スチーム再圧縮機（１１０）と
を含むことを特徴とする複合化学工程内の蒸発スチーム再圧縮機を用いたエネルギー再
活用システム。
【請求項２】
前記蒸発濃縮器（５０）は、複数の蒸発濃縮器が順次に連結された多段蒸発濃縮器で構
成され、前記多段蒸発濃縮器の段数は、前記蒸発濃縮器から排出される最終物質水溶液の
濃度と前記熱交換反応器で生成される水蒸気の排出熱量を考慮して、前記蒸発スチーム再
圧縮機で要求するスチームの温度と圧力に応じて決定されることを特徴とする請求項１に
記載の複合化学工程内の蒸発スチーム再圧縮機を用いたエネルギー再活用システム。
【請求項３】
前記多段蒸発濃縮器を構成する蒸発濃縮器は、自然循環式の蒸発濃縮器であることを特
徴とする請求項２に記載の複合化学工程内の蒸発スチーム再圧縮機を用いたエネルギー再
活用システム。
【請求項４】
前記多段蒸発濃縮器を構成する蒸発濃縮器は、薄膜降下式の蒸発濃縮器であることを特
徴とする請求項２に記載の複合化学工程内の蒸発スチーム再圧縮機を用いたエネルギー再
活用システム。
【請求項５】
前記吸熱反応器（４０）が、前記蒸発スチーム再圧縮機から出るスチームから熱の供給
を受けるように、前記蒸発スチーム再圧縮機（１１０）が前記吸熱反応器（４０）に連通
していることを特徴とする請求項１に記載の複合化学工程内の蒸発スチーム再圧縮機を用
いたエネルギー再活用システム。
【請求項６】
前記脱水蒸留塔（６０）が、前記スチームから熱の供給を受けるように、前記脱水蒸留
塔（６０）の再沸器（ｒｅｂｏｉｌｅｒ）（６９）が前記蒸発スチーム再圧縮機に連通し
ていることを特徴とする請求項１に記載の複合化学工程内の蒸発スチーム再圧縮機を用い
たエネルギー再活用システム。
【請求項７】
前記ストリッパー（３０）が、前記スチームから熱の供給を受けるように、前記ストリ
ッパー（３０）の再沸器が前記蒸発スチーム再圧縮機に連通していることを特徴とする請
求項１に記載の複合化学工程内の蒸発スチーム再圧縮機を用いたエネルギー再活用システ
ム。
【請求項８】
前記ストリッパー（３０）から排出される中間物質ガスを凝縮させて、中間物質溶液と
して供給を受け、上部では前記中間物質を蒸留させて、純粋な中間物質として排出し、下
部では残りの中間物質溶液を排出させて前記吸熱反応器４０に供給するように設けられた
蒸留塔（７０）をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の複合化学工程内の蒸発ス
チーム再圧縮機を用いたエネルギー再活用システム。
【請求項９】
前記蒸留塔（７０）が、前記スチームから熱の供給を受けるように、前記蒸留塔（７０
）の再沸器（７９）が前記蒸発スチーム再圧縮機（１１０）に連通していることを特徴と
する請求項８に記載の複合化学工程内の蒸発スチーム再圧縮機を用いたエネルギー再活用
システム。
【請求項１０】
前記熱交換反応器（１０）に供給される冷却水を予熱するように、前記蒸発スチーム再
圧縮機（１１０）のスチームが前記熱交換反応器の冷却水予熱器に連通するように設けら
れることを特徴とする請求項１に記載の複合化学工程内の蒸発スチーム再圧縮機を用いた
エネルギー再活用システム。
【請求項１１】
前記蒸発スチーム再圧縮機（１１０）と前記ストリッパー（３０）との間、または前記
蒸発スチーム再圧縮機（１１０）と前記熱交換反応器（１０）の冷却水予熱器との間には
、蒸発スチーム再圧縮機（１２０）が追加で配置されていることを特徴とする請求項１〜
１０のいずれか１項に記載の複合化学工程内の蒸発スチーム再圧縮機を用いたエネルギー
再活用システム。
【請求項１２】
前記中間物質は酸化エチレンであり、前記最終物質はエチレングリコールであることを
特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の複合化学工程内の蒸発スチーム再圧縮
機を用いたエネルギー再活用システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高分子化学製品を生産する化学反応工程で発生するスチームを再活用するシ
ステムに関する。より具体的には、化学反応の発熱工程と吸熱工程が結合されている工程
で生成されるスチームと必要な熱を、それぞれの工程特性に合わせて効率的に適用して、
全体のシステムで必要なエネルギーを再分配して自給するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
高分子化学製品を製造する化学反応工程が広く用いられており、代表的な高分子化学製
品は、炭化水素を用いて製造されている。
【０００３】
このような炭化水素は、様々な化学反応工程を経て、化学製品、医薬製品、その他の日
常生活に必要な各種高分子化学製品に生産されている。特に、炭化水素を用いて製造され
る代表的な高分子化学製品として、酸化エチレン、酸化メチレン、酸化プロピレン、酸化
ブチレン、エチレングリコール、メチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレン
グリコールがある。
【０００４】
酸化エチレンは、化学反応性が非常に大きいため、水、アルコール、酸、アミンなどと
よく反応して、多くの誘導体を生産する。それだけでなく、酸化エチレンは、値段も安く
て、様々な方面の合成原料として広く用いられている。特に、酸化エチレンは、エチレン
グリコールを製造するのに一番多く用いられている。エチレングリコールは、酸化エチレ
ンの最大誘導品として、自動車の不凍液などで使用され、最近ではポリエステル繊維の原
料として広く使用されている。
【０００５】
このような炭化水素の分解と結合のための石油化学工程は、大量の熱エネルギーを使用
しているが、このようなエネルギーを節約するための積極的な方案は、あまり知られてい
なかった。
【０００６】
また、原料物質として炭化水素を用いて高分子化学製品を生産する過程は、発熱反応工
程、吸熱反応工程、熱エネルギーを使用する工程など、様々な工程で構成されている。発
熱反応工程で生成される水蒸気を、一部の後続工程で使用することもあるが、ほとんどの
工程で必要な熱エネルギーは、別途に外部の熱源から供給される熱エネルギーで充当して
いる。それだけでなく、システムの運転中に必要な水蒸気もほとんど外部から供給される
スチームを使用している。
【０００７】
石油化学工程で使用されるシステムにおいては、全般的に熱エネルギーの需要が非常に
大きく、工程によっては、大量のスチームが必要であるが、このような熱エネルギーと水
蒸気をすべて外部から供給しようとすれば、該当供給装置の設置及び運転にかかる費用が
相当である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、前述した問題点を解決しようと導入された。
本発明は、化学工程で必要な熱エネルギーを別途の外部熱源から探さず、化学工程システ
ムで発生するスチームを、特に酸化発熱反応時に発生するスチームを、続く蒸発濃縮によ
る脱水工程で全量使用することができるように、蒸発濃縮器の段数を調整する消極的な方
法を越えて、蒸発濃縮器で発生するスチームを圧縮するＭＶＲシステムを積極的に導入し
、ＭＶＲから生成される熱エネルギーを残りの工程に追加することによって、別途に熱エ
ネルギーを供給するのに必要な費用と努力を減少させることを目的とする。
【０００９】
また、本発明は、化学工程システム内で必要なスチームも、外部から供給を受けず、直
接化学工程システムの工程後段で発生するスチームを圧縮して、直接再活用することによ
って、別途にスチームを供給するのに所要される費用と努力を軽減しようとすることを目
的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前述した目的を達成するために、本発明は、発熱反応によって中間物質を生成して排出
し、前記発熱反応で発生する熱と外部から供給される水を熱交換させ、水蒸気を生成する
熱交換反応器と、前記中間物質の供給を受け、前記中間物質に水を混合させて中間物質水
溶液を生成する吸収槽と、前記中間物質水溶液の供給を受け、前記中間物質を中間物質ガ
スと高含水量の中間物質水溶液に分離するストリッパーと、前記高含水量の中間物質水溶
液の供給を受け、前記中間物質を水と反応させて最終物質水溶液に生成する吸熱反応器と
、前記最終物質水溶液の供給を受け、前記熱交換反応器から出る水蒸気の熱と前記最終物
質水溶液を熱交換させ、スチームを生成する蒸発濃縮器と、前記蒸発濃縮器から排出され
る最終物質水溶液の供給を受けて、脱水及び精製する脱水蒸留塔、及び前記蒸発濃縮器か
ら出るスチームを圧縮し、圧縮されたスチームを熱源またはスチーム供給源として提供す
る蒸発スチーム再圧縮機を含むことを特徴とする複合化学工程内の蒸発スチーム再圧縮機
を用いたエネルギー再活用システムを提供する。
【００１１】
好ましくは、前記蒸発濃縮器は、複数の蒸発濃縮器が順次に連結された多段蒸発濃縮器
で構成され、前記多段蒸発濃縮器の段数は、前記蒸発濃縮器から排出される最終物質水溶
液の濃度と前記熱交換反応器で生成される水蒸気の排出熱量を考慮して、前記蒸発スチー
ム再圧縮機で要求するスチームの温度と圧力に応じて決定されることができる。
【００１２】
好ましくは、前記多段蒸発濃縮器を構成する蒸発濃縮器は、自然循環式の蒸発濃縮器で
あり得る。
【００１３】
好ましくは、前記多段蒸発濃縮器を構成する蒸発濃縮器は、薄膜降下式の蒸発濃縮器で
あり得る。
【００１４】
好ましくは、前記吸熱反応器が、前記蒸発スチーム再圧縮機から出るスチームから熱の
供給を受けるように、前記蒸発スチーム再圧縮機が前記吸熱反応器に連通していることが
できる。
【００１５】
好ましくは、前記脱水蒸留塔が、前記スチームから熱の供給を受けるように、前記脱水
蒸留塔の再沸器（ｒｅｂｏｉｌｅｒ）が前記蒸発スチーム再圧縮機に連通していることが
できる。
【００１６】
好ましくは、前記ストリッパーが、前記スチームから熱の供給を受けるように、前記ス
トリッパーの再沸器が前記蒸発スチーム再圧縮機に連通していることができる。
【００１７】
好ましくは、前記ストリッパーから排出される中間物質ガスを凝縮させて、中間物質溶
液として供給を受け、上部では前記中間物質を蒸留させて、純粋な中間物質として排出し
、下部では残りの中間物質溶液を排出させて前記吸熱反応器に供給するように設けられた
蒸留塔をさらに含むことができる。
【００１８】
好ましくは、前記蒸留塔が、前記スチームから熱の供給を受けるように、前記蒸留塔の
再沸器が前記蒸発スチーム再圧縮機に連通していることができる。
【００１９】
好ましくは、前記熱交換反応器に供給される冷却水を予熱するように、前記蒸発スチー
ム再圧縮機のスチームが前記熱交換反応器の冷却水予熱器に連通するように設けられるこ
とができる。
【００２０】
好ましくは、前記蒸発スチーム再圧縮機と前記ストリッパーとの間、または前記蒸発ス
チーム再圧縮機と前記熱交換反応器の冷却水予熱器との間には、蒸発スチーム再圧縮機が
追加で配置されることができる。
【００２１】
好ましくは、前記中間物質は酸化エチレンであり、前記最終物質はエチレングリコール
であり得る。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、化学工程システムにおいて、必要な熱エネルギーとスチームを外部か
ら充当せず、ＭＶＲシステムの適正な設計を導入して、それぞれの工程に必要なスチーム
を適切な圧力と流量で直接生産して自給することによって、熱エネルギーとスチームを供
給するのにかかる費用と努力を大幅に減らすことができる。
【００２３】
また、ＭＶＲを適用した本発明の化学工程システムで蒸発濃縮器を薄膜降下式の蒸発濃
縮器とすれば、自然循環式の蒸発濃縮器を使用する場合と比較して、１次スチームの温度
条件をより柔軟に設計することができ、２次スチームの温度をより高めることができ、生
スチームの使用量も減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明に係るシステムを概略的に示す図である。
【図２】図２は、本発明に係るシステムの一実施例を示す図である。
【図３】図３は、本発明に係るシステムのまた他の実施例を示す図である。
【図４】図４は、図３のシステムでスチームが活用される例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、添付された図面を参照して、本発明に係る化学工程内のエネルギー再活用システ
ムについて具体的に説明する。
【００２６】
図１は、本発明に係るシステムを概略的に示す図であり、図２は、本発明に係るシステ
ムをより具体化した一実施例を示す図である。
【００２７】
図１に示すように、主原料（ａ、ｂ）が補助ガスと共に熱交換反応器１０に投入される
。
【００２８】
熱交換反応器１０は、多管式反応器であって、ハウジング内に反応物が通過する管が設
置されており、ハウジングに流入する水が管の外部と接触して熱を交換するように設けら
れている。
【００２９】
主原料と補助ガスが熱交換反応器１０内に流入した状態で、所定の触媒を使用して反応
を起こすと、相当量の発熱量を伴う酸化反応が起きる。
【００３０】
熱交換反応器１０には、外部から水が流入し、水は、熱交換反応器１０内部で発熱反応
によって発生する熱の伝達を受けて蒸発した後、水蒸気として排出される。この水蒸気は
、１次スチームと称することにする。
【００３１】
熱交換反応器１０の反応によって、ガスと混合された中間物質溶液が生成された後、熱
交換反応器の下部にたまって排出される。
【００３２】
熱交換反応器１０から出る中間物質は、吸収槽２０に流入して水で洗取された後、中間
物質水溶液として排出される。
【００３３】
吸収槽２０から出る中間物質水溶液は、ストリッパー３０に流入する。ストリッパー３
０で中間物質水溶液は、水と不純物及びガスに分離する。ストリッパー３０の上部から中
間物質ガスが排出されるが、この中間物質ガスを凝縮させて蒸留塔７０に送った後精製す
ると、後述する酸化エチレンのような純粋な中間物質を得て、最終製品として使用するこ
とができる。同時に、ストリッパー３０の下部では、高含水量の中間物質水溶液を排出す
る。
【００３４】
ストリッパー３０から排出される高含水量の中間物質水溶液は、吸熱反応器４０に流入
する。吸熱反応器４０は、多管式反応器であって、ハウジング内に高含水量の中間物質水
溶液が通過する管が設置されており、外部から流入するスチームが吸熱反応器の管の外部
と接触して、管に熱を伝達するように設けられている。
【００３５】
吸熱反応器４０では、高含水量の中間物質水溶液と水が反応して最終物質水溶液が生成
され、最終物質水溶液が生成される反応は吸熱反応であり、吸熱反応に使用される熱はス
チームから伝達される。
【００３６】
吸熱反応器４０から排出される最終物質の水溶液は、低濃度で蒸発濃縮器５０に入る。
【００３７】
蒸発濃縮器５０は、多管式反応器であって、ハウジング内に最終物質水溶液が通過する
管が設置されており、ハウジングに流入する水蒸気（すなわち、１次スチーム）が管の外
部と接触して熱を交換するように設けられている。
【００３８】
蒸発濃縮器５０は、１次スチーム、すなわち熱交換反応器で生成された水蒸気の供給を
受けて、１次スチームの熱を用いて最終物質水溶液を蒸発させることによって、最終物質
水溶液を濃縮させる。最終物質水溶液から蒸発する蒸気は、２次スチームと称することに
する。
【００３９】
蒸発濃縮器５０の下部では、蒸発によって水分が減少して濃縮された最終物質水溶液が
排出され、脱水蒸留塔６０に送られる。
【００４０】
脱水蒸留塔６０では、最終物質水溶液を加熱することによって、塔下部で最終物質水溶
液からほとんどの水分を除去し、塔上部では低圧力の水蒸気を排出して凝縮させる。
【００４１】
また、必要に応じて、蒸留塔６０を１つ以上追加して多段に設けることができる。多段
蒸留塔を用いると、後述するように、最終物質水溶液がエチレングリコール水溶液である
場合、モノエチレングリコール（ＭＥＧ）、ジエチレングリコール（ＤＥＧ）、トリエチ
レングリコール（ＴＥＧ）に分類して、それぞれ高純度の製品を得ることができる。
【００４２】
本発明によれば、蒸発濃縮器５０で生成された低圧の２次スチームは、蒸発スチーム再
圧縮機１１０で圧縮されて、熱エネルギーが必要な周辺の工程に配分される。蒸発スチー
ム再圧縮機は、周辺の工程で必要とするスチームの圧力に合わせて２次スチームを圧縮し
、スチームを必要とする装置に供給することができる。
【００４３】
蒸発スチーム再圧縮機（ＭＶＲ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｒｅｃｏｍｐｒ
ｅｓｓｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ）は、機械的蒸発スチーム再圧縮機であって、低圧スチーム
を圧縮して高圧スチームを生成する装置である。産業現場では、高速回転するインペラの
遠心力によって、速度エネルギーを圧力エネルギーに変化させて気体を圧縮する遠心圧縮
機をはじめ、様々な類型の機械的蒸発スチーム再圧縮機が使用されている。
【００４４】
本発明により、蒸発スチーム再圧縮機で圧縮された２次スチームを活用する例は、次の
とおりである。
【００４５】
第一、吸熱反応器４０の吸熱反応に所要される熱を供給することができる（図４のＡ参
考）。
【００４６】
第二、蒸留塔またはストリッパーに設置された再沸器３９、６９、７９にスチームを供
給して、蒸留塔またはストリッパーの再沸器の熱源として使用することができる（図４の
Ｂ、Ｃ、Ｄ参考）。この場合、必要時にまた他の蒸発スチーム再圧縮機１２０を配置して
スチームを追加で圧縮することもできる。
【００４７】
第三、熱交換反応器１０に供給される冷却水を予熱するのに使用されることができる（
図４のＥ参考）。
【００４８】
前述したように、本願発明では、工程の後段部で発生するエネルギーを捨てずに、蒸発
スチーム再圧縮機を適用して生成されたエネルギーを、必要な工程に使用することによっ
て、実質的に自足のエネルギーバランスをなすようにする新しい方案を提示している。
【００４９】
すなわち、蒸発濃縮器５０から排出されるスチームを捨てずに、蒸発スチーム再圧縮機
を使用して再活用することによって、システムを運転するとき、消費する熱エネルギーと
費用を大幅に減らして経済性を向上させることができる。
【００５０】
それだけでなく、システムの運転中にスチームを外部から別途に供給する必要がないの
で、スチームを供給する装置が別途に必要なく、したがって該当装置の設置費用及び運転
費用を除外することができるため、経済性を大幅に高めることができる。
【００５１】
以下では、図２〜図４に基づいて、具体的な実施例により本発明を説明することにする
。参考までに、以下に説明する構成要素は、実線と点線で表示される経路に沿って液体が
移動するように互いに連通している。
【００５２】
図２〜図４において、実線は反応物、中間物質及び最終物質が通過する経路を示し、点
線はスチームが通過する経路を示す。特に、図４では、２次スチームが活用される例が明
確に表れるように、太い点線と記号（Ａ〜Ｅ）を使用した。
【００５３】
複合化学工程においては、必要に応じて様々な物質を主原料として選択して、所望の中
間物質と最終物質を生産することができる。以下では、エチレンと酸素を主原料として、
酸化エチレン（ＥＯ：Ｅｔｈｙｌｅｎｅ  Ｏｘｉｄｅ）とエチレングリコール（ＥＧ：Ｅ
ｔｈｙｌｅｎｅ  Ｇｌｙｃｏｌ）を生成する工程を一例として説明することにする。
【００５４】
熱交換反応器１０に原料物質として、低分子炭化水素エチレン（ａ）（Ｈ２Ｃ４）と酸
素（ｂ）（Ｏ２）が供給される。また、熱交換反応器１０にメタン、窒素などのような補
助ガス（ｃ）を追加注入することができ、銀を微細に分散させた触媒を使用して、反応さ
せることができる。そうすると、熱交換反応器１０では、発熱量を伴う酸化反応が起きな
がら、中間物質として酸化エチレン（ＥＯ）が生成される。
【００５５】
熱交換反応器１０は、多管式反応器であって、内部には反応物が通過するチューブ１２
が配置されている。また、熱交換反応器１０は、チューブ１２を囲むハウジング、すなわ
ちシェル部分を含み、冷却水が流入する流入口１６と、水蒸気を排出する流出口１８も含
んでいる。この水蒸気を１次スチームと称することにする。
【００５６】
１次スチームの圧力と流量は、酸化発熱反応の収率に影響を及ぼすので、１次スチーム
の圧力と流量は、最大収率に合わせて制御する。また、１次スチームの圧力と流量は、後
段の多段蒸発濃縮器５０の段数を決定する基準となる。
【００５７】
流入口１６を介して流入した冷却水は、熱交換反応器の内部に配置されたチューブ１２
と接触し、チューブの内部を通過する反応物から熱を受けて蒸発して、流出口１８を介し
て水蒸気として排出される。
【００５８】
同時に、反応物は、冷却水に熱を伝達した後、ガスと混合された酸化エチレン溶液とし
て吸収槽２０に流入する。
【００５９】
熱交換反応器１０に連通した吸収槽２０で酸化エチレンは水で洗取されて、酸化エチレ
ン水溶液としてストリッパー３０に供給される。吸収槽２０から分離したガスは、分離槽
２５（ｇａｓ  ｓｃｒｕｂｂｅｒ；洗浄槽）を通過した後、再び熱交換反応器１０に供給
されることができる。
【００６０】
吸収槽２０と連通したストリッパー３０では、酸化エチレン水溶液を水と不純物とガス
に分離させて、上部では酸化エチレンガスを排出し、下部では高含水量の酸化エチレン水
溶液を排出する。
【００６１】
ストリッパー３０の上部から排出される酸化エチレンガスは、凝縮機３５を介して凝縮
されて蒸留塔７０に流入する。蒸留塔７０では、酸化エチレン溶液を精製して、純粋な酸
化エチレンとして排出する。このように製造された酸化エチレンは、最終製品として使用
されることができる。
【００６２】
ストリッパー３０の下部から排出された高含水量の酸化エチレン水溶液は、吸熱反応器
４０に供給されるように、ストリッパー３０は吸熱反応器４０と連通している。
【００６３】
吸熱反応器４０では、酸化エチレンの加水反応によって最終物質としてエチレングリコ
ールを生成する。特に、吸熱反応器では、過剰量の水（約５倍〜１０倍）との反応によっ
て、エチレングリコール水溶液を得る。
【００６４】
吸熱反応器４０で生成されたエチレングリコール水溶液は、後述する過程で濃縮及び脱
水されて精製することによって、最終エチレングリコールを製造することができる。
【００６５】
吸熱反応器４０は、蒸発濃縮器５０に連通して、吸熱反応器４０で生成されたエチレン
グリコール水溶液は、蒸発濃縮器５０に流入する。
【００６６】
蒸発濃縮器５０は、多管式反応器であって、内部にチューブが設けられてチューブを介
して最終物質の水溶液、すなわちエチレングリコール水溶液が通過する。また、蒸発濃縮
器５０は、チューブを囲むハウジングに該当するシェルを含み、シェルには水蒸気流入口
が備えられて、シェル内部に水蒸気が流入する。
【００６７】
運転初期には蒸発濃縮器５０に別途の生スチーム（ｄ）が供給されることができる。正
常運転時には、熱交換反応器１０で生成された水蒸気（１次スチーム）が水蒸気流入口を
介して流入して、チューブ内部のエチレングリコール水溶液に熱を伝達し、これによりエ
チレングリコール水溶液を蒸発させて蒸気を生成することができる。この蒸気を２次スチ
ームと称し、２次スチームは、スチーム排出口を介して低圧スチームとして排出される。
【００６８】
一方、蒸発濃縮器５０は、エチレングリコールの濃度を高めるために多段で構成される
ことができる。すなわち、図２〜図４に示すように、蒸発濃縮器５０は、複数の蒸発濃縮
器を順次に連結して多段（例えば２段〜７段）で構成することができる。これにより、数
回の蒸発過程によってエチレングリコールの濃度を高めることができる。
【００６９】
すなわち、多段蒸発濃縮器は、熱交換反応器１０で生成された水蒸気である１次スチー
ムが１段蒸発濃縮器に流入すると、１段蒸発濃縮器１５０ａ、２５０ａで１次スチームが
最終物質水溶液を加熱し、最終物質水溶液から蒸発したスチームは、２段蒸発濃縮器１５
０ｂ、２５０ｂに流入する。また、１段蒸発濃縮器で加熱されて水分が減少することによ
って濃縮された最終物質水溶液も、２段蒸発濃縮器に流入する。このような過程は、いく
つかの段の蒸発濃縮器を介して順次的に進行されて、最終物質水溶液をさらに濃縮する。
このとき、１次スチームの圧力と流量に基づいて、蒸発濃縮器の段数を決定し、段数を決
定するときの総蒸発量の１／ｎに必要な各段の熱量と各段の温度差も共に考慮する。
【００７０】
一方、高段数で蒸発濃縮器を構成すると、エチレングリコールの濃度を高めて後続する
脱水蒸留塔６０の脱水負荷を減らすことができる。しかし、段数を上げると、相対的に２
次スチームの温度が低くなるので、２次スチームを蒸発スチーム再圧縮機１１０で圧縮し
て残りの工程に必要な熱量を供給しようとする本発明では、２次スチームの温度が低くな
りすぎることは好ましくない。
【００７１】
したがって、蒸発スチーム再圧縮機１１０を活用する本発明では、エネルギーの効率性
を考慮して、蒸発スチーム再圧縮機１１０に流入する２次スチームの温度を適切に調節し
なければならない。すなわち、本発明においては、複合化学工程でスチームを再活用する
効率を最適化するように、最終物質であるエチレングリコールの排出濃度と熱交換反応器
１０の排出熱量を考慮して、蒸発濃縮器５０の段数を調節することが好ましい。
【００７２】
図２は、多段蒸発濃縮器に使用されるそれぞれの蒸発濃縮器を、自然循環式の蒸発濃縮
器、すなわちサーモサイホン蒸発濃縮器（ｔｈｅｒｍｏ−ｓｙｐｈｏｎ  ｅｖａｐｏｒａ
ｔｏｒ）で構成した実施例を示す。
【００７３】
複合化学工程を行う産業現場では、一般的に蒸発濃縮器として自然循環式の蒸発濃縮器
を使用している。自然循環式の蒸発濃縮器は、技術分野に広く知られている構成であり、
詳細な説明は省略することにする。自然循環式の蒸発濃縮器を使用すると、循環動力を有
する落差を用いることによって、ポンプなしで運転することができるという利点がある。
【００７４】
それぞれの自然循環式の蒸発濃縮器１５０ａ、１５０ｂ、...、１５０ｎは、蒸発器１
５２ａ、１５２ｂ、...、１５２ｎとチャンバ１５４ａ、１５４ｂ、...、１５４ｎで構成
されている。自然循環式の蒸発濃縮器を適用した構成を簡単に説明すると、最終物質水溶
液は、１段の自然循環式の蒸発濃縮器１０５ａの蒸発器１５２ａの下部に流入した後、加
熱されることによって、チューブ１５３ａを介して上部に上がる。最終物質水溶液の加熱
は、熱交換反応器１０で生成されて流入口１５６を介して蒸発器１５２ａに流入する１次
スチームによって行われる。運転初期には、生スチーム（ｄ）が供給されることができる
。
【００７５】
加熱された最終物質水溶液は、チャンバ１５４ａに入り、スチームがチャンバ１５４ａ
の上部を介して排出され、濃縮された残りの最終物質水溶液は、チャンバ１５４ａの下部
に排出されて、再び循環されるか、次の段の蒸発器に伝達される。排出されたスチームと
最終物質水溶液は、次の段の蒸発器に、すなわち２段蒸発濃縮器１５０ｂの蒸発器１５２
ｂに流入して、先に行われた蒸発濃縮工程を繰り返し、このような工程は最終段まで順次
的に行わる。
【００７６】
蒸発スチーム再圧縮機１１０を使用する本願発明では、蒸発スチーム再圧縮機１１０に
流入する２次スチームの温度が低すぎると、２次スチームを圧縮しても上昇した温度が必
要な温度に到達できず、圧縮された２次スチームを使用することができないか、必要な温
度まで圧縮するために多段の蒸発スチーム再圧縮機を使用しなければならないという問題
がある。したがって、前述したように、蒸発スチーム再圧縮機１１０に流入するスチーム
、すなわち２次スチームの温度が適正温度になるようにシステムを設計しなければならな
い。
【００７７】
具体的には、システムの設計と関連して次の事項を考慮しなければならない。自然循環
式の蒸発濃縮器では、最終物質水溶液が蒸発器１５２のチューブ１５３の下部側に流入し
て上部に上がるので、チューブ１５３の下部側で最終物質水溶液を加熱して蒸発させるた
めには、上下部の圧力差に伴う飽和温度の差も共に考慮しなければならない。すなわち、
最終物質水溶液を蒸発させるためには、チューブ上下部の飽和温度差を考慮して、システ
ムの設計時に蒸発濃縮器に供給される１次スチームの温度を高めなければならない。また
、多段蒸発濃縮器であるため、飽和温度の差に該当段数をかけた分、１次スチームの温度
を高めなければならない。
【００７８】
続いて、図３は、多段蒸発濃縮器に使用されるそれぞれの蒸発濃縮器を薄膜降下式の蒸
発濃縮器（ｆａｌｌｉｎｇ  ｆｉｌｍ  ｅｖａｐｏｒａｔｏｒ）で構成した実施例を示す
。
【００７９】
それぞれの薄膜降下式の蒸発濃縮器２５０ａ、２５０ｂ、...、２５０ｎは、多管式反
応器であって、蒸発器２５２ａ、２５２ｂ、...、２５２ｎと、蒸発器に連結されたチャ
ンバ２５４ａ、２５４ｂ、...、２５４ｎを含む。蒸発器内部には、最終物質水溶液であ
るエチレングリコール水溶液が通過するチューブ２５３が設けられている。また、蒸発濃
縮器は、チューブを囲むハウジング、すなわちシェルを含んでおり、蒸発器に設置された
水蒸気流入口２５６とチャンバ２５４に設置されたスチーム排出口２５８も備えている。
【００８０】
運転初期には、蒸発濃縮器２５０に別途の生スチーム（ｄ）が供給されることができ、
正常運転時には熱交換反応器１０で生成された水蒸気（１次スチーム）が水蒸気流入口２
５６を介して流入する。
【００８１】
最終物質水溶液は、１段蒸発濃縮器２５０ａの上部に供給されて、蒸発器２５２ａのチ
ューブ２５３を介して下方に流れながら、１次スチームによって加熱される。加熱された
最終物質水溶液は蒸発しながら、蒸発器２５２ａの下部の気液分離部に移動する。１次ス
チームによって加熱される最終物質水溶液は蒸発して、スチームとしてチャンバ２５４ａ
を通って排出され、最終物質から生成されたスチームを２次スチームと称する。また、蒸
発によって水分量が減少して濃縮された最終物質水溶液は、蒸発器２５２ａの下部に排出
される。
【００８２】
１段蒸発濃縮器２５０ａから排出されたスチームと最終物質水溶液は、ポンプによって
次の段の蒸発濃縮器に、すなわち２段蒸発濃縮器２５０ｂに流入する。このとき、１段蒸
発濃縮器から排出されたスチームは、次の段に流入する最終物質水溶液を蒸発させるのに
使用される。
【００８３】
蒸発によって水分量が減少したエチレングリコール水溶液は、最終段の蒸発濃縮器の下
部から排出されて、蒸発濃縮器と連通した脱水蒸留塔６０に供給される。
【００８４】
一方、多段蒸発濃縮器を構成するそれぞれの蒸発濃縮器を薄膜降下式の蒸発濃縮器とす
ると、自然循環式の蒸発濃縮器を使用する場合と比較して、以下で説明するようにいくつ
かの利点がある。
【００８５】
第一、薄膜降下式の蒸発濃縮器は、自然循環式の蒸発濃縮器よりシステム設計時に有利
である。薄膜降下式の蒸発濃縮器では、最終物質水溶液が蒸発器の上部に供給されるので
、１次スチームの温度を決定するにおいて、上下部の間の飽和温度差を考慮する必要がな
い。したがって、同じ段数の蒸発濃縮器を使用する場合、薄膜降下式の蒸発濃縮器は、自
然循環式の蒸発濃縮器と比較して、１次スチームの温度をより低く設計することができる
。
【００８６】
第二、前記ような原理に基づいて、同じ段数の蒸発濃縮器を使用しながら、同じ温度の
１次スチームを供給すると、薄膜降下式の蒸発濃縮器で得る２次スチームの温度が自然循
環式の蒸発器で得る２次スチームの温度よりも高い。したがって、蒸発スチーム再圧縮機
に流入する２次スチームの温度を高めることができ、２次スチームをよりよく活用するこ
とができ、蒸発スチーム再圧縮機の数を減らすこともできる。
【００８７】
第三、自然循環式の蒸発濃縮器の場合、運転が正常化するのに時間がかかり、運転初期
に生スチームを多く供給しなければならない。一方、薄膜降下式の蒸発濃縮器は、正常運
転時までかかる時間が相対的に速いので、運転初期時に生スチームの使用量を減らすこと
ができる。
【００８８】
続いて、最終物質水溶液が流入する脱水蒸留塔６０について説明すると、脱水蒸留塔６
０は、エチレングリコール水溶液から最終的に水分を除去する装置である。脱水蒸留塔６
０を介して、脱水された最終エチレングリコール製品を得ることができる。
好ましくは、必要に応じて別の脱水蒸留塔６０を追加で配置することによって、脱水蒸留
塔を多段で構成することができる。普通、エチレングリコールの製造時に、ジエチレング
リコールが約９〜１０％程度、そしてトリエチレングリコールが約２〜３％程度共に生産
される。このような状況では、多段の脱水蒸留塔６０、６０’を使用することによって、
蒸留法（ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ）により、モノ-エチレングリコール（ＭＥＧ）、ジ-
エチレングリコール（ＤＥＧ）、トリ-エチレングリコール（ＴＥＧ）を分類して得るこ
とができる。
【００８９】
蒸発濃縮器５０から排出される２次スチームを捨てずに、蒸発スチーム再圧縮機（ＭＶ
Ｒ）１１０に供給する。蒸発スチーム再圧縮機１１０で２次スチームを圧縮して、システ
ム上で必要な工程に適切に供給することができる。
【００９０】
吸熱反応器４０を介してエチレングリコールを生成する工程は吸熱反応であり、吸熱反
応に使用されるスチームを供給するためには、別途のスチーム発生装置が必要であり、し
たがってスチーム発生装置の設置と運営には、相当な費用が所要される。しかし、本願発
明の図４でＡで表示したように、蒸発濃縮器５０から排出される２次スチームを再圧縮し
て吸熱反応器４０に供給して、２次スチームを再活用すると、別途のスチーム発生装置に
伴う費用をなくすことができるため、経済性を大幅に向上させることができる。
【００９１】
また、蒸発スチーム再圧縮機１１０で圧縮された２次スチームは、本願のシステムで使
用される生スチームに加わって、生スチームを補充する役割をすることもできる。
【００９２】
さらに、蒸発スチーム再圧縮機１１０で圧縮された２次スチームは、システムの各装置
に必要な熱源として使用されることができる。具体的には、２次スチームは、図４でＢで
表示するように、脱水蒸留塔６０に使用される再沸器６９に供給されることができ、図４
でＣで表示するように、蒸留塔７０に使用される再沸器７９に供給されることもでき、図
４でＤで表示するように、ストリッパー３０に使用される再沸器３９に供給されることも
でき、図４でＥで表示するように、熱交換反応器１０の冷却水予熱器に供給されて、熱交
換反応器１０に流入する冷却水を予熱することもできる。
【００９３】
好ましくは、蒸発スチーム再圧縮機１１０から排出された２次スチームは、必要に応じ
て別途の蒸発スチーム再圧縮機１２０、１３０を介して追加で圧縮されることができる。
【符号の説明】
【００９４】
１０：熱交換反応器               ２０：吸収槽
２５：分離槽                     ３０：ストリッパー
４０：吸熱反応器                 ５０：蒸発濃縮器
６０：脱水蒸留塔                 ７０：蒸留塔
１１０、１２０：蒸発スチーム再圧縮機
【図１】
2020536721.tif 000003
【図２】
2020536721.tif 000004
【図３】
2020536721.tif 000005
【図４】
2020536721.tif 000006
【国際調査報告】
2020536721.tif 000007
2020536721.tif 000008
2020536721.tif 000009
2020536721.tif 000010