小特集

蒸留用充填物を使いこなす！
（前編）

第四世代高性能不規則充填物
Raschig Super-Ring の性能と実績
小島 照博

1．はじめにRaschig Super-Ring（RSR）は RASCHIG 社（ドイツ）で開発さ小れた高性能不規則充填物であり，1996 年にコマーシャル（現，月島環境エンジリリースされ，国内では日鉄化工機（株）

特ニアリング（株））が 1997 年 10 月に技術導入をはかり，既に 20年以上が経過した。

集

2．不規則充填物の開発経緯
不規則充填物はその開発時期から大まかに 3 世代に分類でき，1890 年末〜 1950 年代の Raschig Ring，Berl Saddle に代表される第一世代，1950 〜 1970 年代初期の Pall Ring に代表される第二世代に続き，1970 〜 1990 年代には Cascade
Mini-Ring（CMR），Intalox Metal Tower Packing（IMTP）に代表されるいわゆる高性能タイプと呼ばれる第三世代が市場に出回ることとなった。これらに対して，RSR は 1990 年以降に開発された充填物であり第四世代と位置づけられる。
更に，2017 年には分離性能は変わらず圧損を 10% ほど改良した Raschig Super-Ring Plus（RSR Plus）が公表された。図 1にこれら不規則充填物の進化を示す。

3．RSR の種類と特徴
豊富なサイズが用意されており図 2 に示す RSR#0.1（表面（表面積：80 m2/m3）の 9 サイズに RSR#4（表積：450 m2/m3）から #3
面積：70 m2/m3）を加えた 10 サイズから選定できる。サイズ

2018 年 1 月 18 日受理

第 82 巻図1

4th Generation High Efﬁciency Random Packing
Raschig Super-Ring： Performance andCommercial Experience
Teruhiro KOJIMA
1977 年 名古屋工業大学大学院工業化学専攻課程修了
現 在 月島環境エンジニアリング（株）充填物機器部 部長
連絡先；〒 104-0053 東 京 都 中 央 区 晴 海3-12-1 KDX 晴海ビル
E-mail kojima@tske.co.jp

第 9 号（2018）

不規則充填物の進化

図2（1）

RSR の種類1

の小さいタイプは充填高さあたりの分離性能（HETP）は優ても 20% ほど小さいことが確認できるが，規則充填物にれるが圧力損失は大きくなる。更に，現状 RSR Plus は #1（表対しては 20% ほど大きい。一方，分離性能については図 4

面積：150 m /m ），#2（表面積：100 m /m ）が適用できる。

より各充填物ともに大きな差異は認められない。

2323

材質はステンレス鋼に加え，ニッケル，チタン，ハステ

これより，図 3，4 の結果をもとに同じ運転条件，分離ロイ等の特殊材料でも製作可能である。また，いわゆる高仕様で必要とされる充填物容量を図 5 に示す。図 5 より，性能タイプに要求される以下の特徴が挙げられる。

充填容量として RSR は第二世代，第三世代と比較して約1）
圧力損失が小さい優れる2）処理量が大きい4）
飛沫同伴量が少ない

3）分離性能が30% の削減が達成でき，規則充填物と比べても大きな差異

5）汚れ系に強いはないことがわかる。

特筆すべきは，気液接触機構が規則充填物に類似する液5．RSR の適用事例

膜による物質移動にもとづく点である。

4．RSR の性能比較

5.1

規則充填物の改造：真空蒸留塔（Degussa AG）

運転圧力 30 mbar）
は表面積 500 m2/m3
既設蒸留塔（塔径 800 mm，

小特

充填物の性能は圧力損失，分離性能より評価できるが，のメッシュタイプの規則充填物を適用していたが，閉塞に2 インチクラスの各世代を代表する不規則充填物に加えほより 3 〜 5 ヵ月ごとに全量交換することが必要であった。

ぼ同じ表面積（133 m /m ）の規則充填物 INTALOX 4T も含めこれを，RSR#0.3（315 m2/m3）に交換することにより，6 ヵた RSR の性能比較を，圧力損失について図 3 に，また，分月以上の連続運転が達成され，スチーム洗浄による充填物離性能（HETP）について図 4 にそれぞれ示す。の再利用も可能となった。

23

この改造では，RASCHIG 社開発による図 6 に示す高性

これらのデータは米国蒸留研究機関（FRI；Fractionation Re-集search Inc.）の設備にて，cyclo-C6-n-C7 系で 1.65 bar で測定さ能ディストリビュータ（DT-MF）が適用された。

れたものである。

5.2

Schwarzheide）

図 3 より，RSR の圧力損失は第二世代の Pall Ring と比較

既設蒸留塔は表面積 250 m2/m3 のシートタイプの規則充して約 60% 小さく，第三世代の IMTP，Nutter-Ring と比べ

図3

図42

規 則 充 填 物 の 改 造：TDI プ ロ セ ス 蒸 留 塔（BASF-

圧力損失の比較

分離性能（HETP）の比較（2）

図5充填物ボリュームの比較

図6

高性能ディストリビュータ
化学

工学

填物を適用していたが，汚れによる処理量，分離性能不足

表1

代表的な適用分野のため12〜16ヵ月ごとに全量交換することが必要であった。

Natural gas plant

Methanol plant

これを，RSR#1（150 m /m ）に交換することにより，24 ヵMethionine plant

Butadiene plant

Caprolactam plant

N-Methylpyrrolidone plantReﬁnery

Synthesis gas plant

Fatty acid plant

Efﬂuent water treatment

Efﬂuent gas plant

Ethylene plant

Ammonia plant

Hydrogen sulﬁde plant

Ethanol plant

TDI plant

Formaldehyde plant

Ethylenoxid plantUhde-Morphilan process

Uhde-Butanex process

23

月の連続運転が可能となった。
5.3新設分割塔（Aral Aromatics）

Uhde Morphylane 抽出蒸留塔を分割塔（通常 2 塔を必要とする分離に対し 1 塔を内部に組み込む設計）とし，RSR を適用する

ことで設備費，用役費ともに約 20% の削減が達成できた。
塔仕様は塔径 2,000 mm，充填高さ 68,000 mm，処理量は30,000 T/ 年，トルエン製品純度は 99.99% 以上である。
5.4

LNG receiving terminals

第三世代不規則充填物の改造：a-MDEA プロセス蒸留塔（BASF）

BASF ライセンスによる a-MDEA（酸性ガス吸収プロセス）の表2

適用実績
14.4 m〜 3,700 mm，充填高さ 2,000 〜 7,000 mm）を第三世代不規則充填

最大塔径

：

9m

物から RSR へ交換することで 10% 以上の処理能力アップ

最大塔径／充填物径：250

最大充填高／塔径：28

最大理論段／ベッド：

15 〜 20

液流量：0.4 〜 350 m3/m2h

運転圧力：20 mbar 〜 100 bar

実績数（1996 より）：6000 以上が実現された。
5.5

第 二世代不規則充填物の改造：バッチ真空蒸留塔（Sasol/Marl）

既設蒸留塔（塔径 600 mm，運転圧力 300 mbar）は 15 mm Pall

集：

特最大充填高小

既設吸収塔，蒸留塔，低圧フラッシュドラムの 3 塔（塔径 1,900

Ring による充填高さ 2,500 mm × 2 ベッドであったが，大きな還流比にも拘わらず製品中の不純物濃度が高く収率も組み合わせ（塔径 2,400 〜 4,200 mm，充填高さ 5,000 〜 9,000 mm）で60% 程度であった。これを，RSR#0.3（315 m /m ）により充填あったが，これを RSR#0.5，RSR#1 に交換することでソル高さ 6,000 mm × 1 ベッドへ交換することにより，還流をベント循環量を変更せず25%の処理量アップが達成できた。

23

概ね 1/2 に下げても不純物濃度を抑え収率 80% 以上を達成

6．おわりにした。
5.6

高圧蒸留塔の改造：C3 スプリッター（Tagor/Basell）

既設蒸留塔（塔径 1,850 mm，運転圧力 12.9 bar）は第三世代不

表 1，表 2 に RSR の代表的な適用分野，適用実績を示す。

規則充填物を適用し，充填高さは濃縮部 6,000 mm（理論段

近年，充填塔は規則充填物の適用が好まれる傾向にある

10），回収部 6,000 mm × 5 ベッド（理論段 52）であったが，こが，適用事例で紹介したように不規則充填物が望ましい例

れを濃縮部 RSR#1，回収部 RSR#1.5 に交換することで処理もあり，アプリケーションごとに適した充填物の選定が必量を 150% までアップすることができた。

要である。

このとき要求された製品純度は塔頂プロピレン 86.2%，

また，充填塔の性能を発揮させるためには，本小特集後塔底プロパン 97.8% である。
5.7編のテーマでもあるインターナルの性能が重要となる。

第三世代不規則充填物の改造：ブタジエン抽出蒸留塔（Oxeno/Marl）

参考文献
1）RASCHIG 社プレゼンテーション資料
2）分離技術会 蒸留フォーラム 2008, 2012, 2015 発表原稿

既設蒸留塔はトレイ（段間隔 400 mm），第三世代充填物の第 82 巻

第 9 号（2018）（3）

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