JPH0568283B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、多成分系混合物の蒸溜方法に係
り、特に、蒸溜塔に供給される供給原料の成分組
成が変動するような場合に適用される蒸溜方法に
関する。

〔従来の技術〕

一般に、沸点の異なる多成分系混合物の分離精
製の手段として蒸溜方法が採用されている。

例えば、エチルベンゼンを脱水素して得られる
粗製スチレン中には、反応生成物であるスチレン
の他に、未反応のエチルベンゼンや副反応により
生成したベンゼン、トルエン、α−メチルスチレ
ン等が不純物として含有されており、この粗製ス
チレンから高純度のスチレンを製造する際に蒸溜
方法が採用されている。

ところで、蒸溜塔に供給される供給液の成分組
成が常に一定である場合には問題が無いが、種々
の反応によつて得られた反応混合物においては、
その反応条件やこの反応混合物の経時変化によつ
てその成分組成が変化し、この成分組成の変化が
蒸溜条件に影響を及ぼして安定した蒸溜操作を行
うことができなくなる場合がある。

例えば、上記粗製スチレンの場合においては、
エチルベンゼンの脱水素反応の際における触媒の
性能や経時変化、原料エチルベンゼン中に含有さ
れる不純物の種類や量、反応温度や反応圧力等の
反応条件、さらには脱水素反応に使用されるスチ
レンの量やこのスチーム中の不純物等により影響
を受けて反応生成物である粗製スチームの成分組
成が変化する。

また、スチレンの生産プラントにおいても、機
器のメンテナンスや触媒交換又は法定検査のため
に年１回の定期修理を必要とし、この定期修理の
際に蒸溜塔の運転を停止するが、その後再度運転
を開始する際に脱水素反応触媒系のスタート方法
として、通常、触媒層に窒素ガス等の露点の低い
イナートガスを添加し、徐々に昇温してからエチ
ルベンゼンを導入していく方法が採用されるが、
スタート初期には触媒を保護するために徐々にそ
の反応率を上げていくため、反応生成物である粗
製スチレン中のスチレン濃度が低く、蒸溜塔の正
常運転時に比べて粗製スチレンの成分組成に大き
な差異が生じる。また、正常運転時においても、
反応工程と蒸溜工程との中間タンクからの水分混
入があつたり、反応系の性能低下等があつて、条
件変更を行う必要が生じ、結果的に反応生成物で
ある粗製スチレンの成分組成が変動することがあ
る。

一方、粗製スチレンの蒸溜塔においては、ベン
ゼン、トルエン等の軽質成分とエチルベンゼン類
とを最初の蒸溜塔で分離するシステムにおいて
も、また、最初の蒸溜塔でベンゼン、トルエン、
エチルベンゼン類とスチレン及び重質成分とを分
離する場合においても、上述したような粗製スチ
レンの成分組成に変動があると、蒸溜塔の応答が
遅く、有用なスチレンを蒸溜塔溜出液中に同伴さ
せてしまい、エチルベンゼン回収系での用役負荷
の増大をもたらすほか、エチルベンゼン類を蒸溜
塔塔底液中に同伴させ製品スチレンの品質を低下
させてしまうこともある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このように、蒸溜塔に供給される供給液の成分
組成に変動があつた場合、通常は、運転マンが蒸
溜塔内温度を観察して対応するが常時観察を続け
ることは困難である。また、これに対し、蒸溜塔
の成分組成変動の多いポイント、例えばピンチポ
イントに温度計を設置し、この温度計からの情報
と還流タンクの液面コントロールで制御される蒸
溜塔の塔頂還流量あるいは溜出液流量及び／又は
流量や圧力等で制御されるリボイラー加熱媒体の
伝熱量とをカスケード制御し、これによつて溜出
液中に同伴されるスチレンの量を極力抑制するこ
とも可能であるが、このような方法では供給液の
成分組成の変動に対する蒸溜塔の応答が遅く、粗
製スチレンの成分組成の変動に蒸溜塔が充分に追
従できないという問題があつた。

〔問題を解決するための手段〕

従つて、本発明は、かかる観点に鑑みて創案さ
れたものであり、多成分系混合物の蒸溜において
操業のポイントとなる位置の蒸溜塔内温度が設定
温度となるように、低沸点溜分の抜取量及び／又
はリボイラー加熱媒体の伝熱量をカスケード制御
するに際し、上記リボイラー加熱媒体として複数
成分蒸気を使用すると共に蒸溜塔に供給される多
成分系混合物の組成分析を連続的に行い、この組
成分析結果と蒸溜塔内温度とをフイードフオワー
ド制御演算させ、その出力信号によりリボイラー
加熱媒体の凝縮温度を決める気液分離タンク内設
定圧力を自動的に調節することにより、原料組成
の変動に対応した蒸溜塔の最適運転条件を作り出
すことができる多成分系混合物の蒸溜方法であ
る。

本発明方法が適用される多成分系混合物として
は、それが分離精製手段として蒸溜法を採用する
ことができるものであれば如何なるものであつて
も適用することができるが、本発明方法が最もそ
の効果を発揮するのは炭化水素混合物であり、特
にスチレン製造工程でエチルベンゼンを脱水素反
応させて得られ、蒸溜によつて精製される粗製ス
チレンである。

上記多成分系混合物を蒸溜するための蒸溜塔の
構成型式としては特に制限があるものではなく、
第１塔で目的の成分を高純度で取出す型式のもの
であつてもよく、また、例えば粗製スチレンの蒸
溜の際に一般に採用される型式、すなわち、第１
塔でベンゼン、トルエン等のエチルベンゼンより
低沸点の軽質成分を分離し、次いで第２塔でエチ
ルベンゼン類とスチレン類及びそれ以上の沸点を
有する重質成分を分離し、その後に第３塔でスチ
レン類と重質成分とを分離する型式や、第１塔で
その塔頂からエチルベンゼン類及びこれより低沸
点の軽質成分を分離し、また、その塔底からスチ
レン類及びそれ以上の沸点を有する重質成分を分
離し、次いで塔頂低沸点溜分及び塔底高沸点溜分
をそれぞれ別の第２塔に装入し、上記塔頂低沸点
溜分についてはエチルベンゼン類と軽質成分とに
分離し、また、上記塔底高沸点溜分についてはス
チレン類と重質成分とに分離するようにした型
式、のもの等に採用することができる。また、本
発明が適用される蒸溜塔の型式についても特に制
限はなく、棚段塔型式、充填塔型式等従来公知の
ものに適用することができる。

本発明方法により蒸溜塔を制御するに当たつ
て、蒸溜塔内温度を検出するために設置される温
度計の設置ポイントは、操業のポイントとなる位
置であり、蒸溜に付される多成分系混合物の種類
によつて適宜定められるもので、蒸溜塔の如何な
る位置であつてもよい。

また、本発明方法により蒸溜塔を制御するに当
たつては、上記蒸溜塔内温度が設定温度に制御さ
れるように、低沸点溜分の抜取量及び／又はリボ
イラー加熱媒体の伝熱量を上記蒸溜塔内温度とカ
スケード制御する。この蒸溜塔内温度とカスケー
ド制御する情報としては、上記低沸点溜分の抜取
量及びリボイラー加熱媒体の伝熱量のいずれであ
つてもよいが、好ましくはその両者に対してカス
ケード制御するのがよい。

蒸溜塔の低沸点溜分の抜取量を検出する流量計
とこの抜取量を制御するコントロール弁とは、蒸
溜塔の塔頂部に設けられた低沸点溜分蒸気の循環
ラインから枝分れした低沸点溜分の抜取ライン、
好ましくは上記低沸点溜分蒸気の循環ラインに設
けられた還流ドラムからの低沸点溜分の抜取ライ
ンに設けられる。また、リボイラー加熱媒体の伝
熱量を検出し制御する手段としては、リボイラー
出口に設置した加熱媒体の気液分離タンク内の圧
力を検出する圧力計とこの気液分離タンクから気
化した蒸気を抜出す抜出ラインに設けられるコン
トロール弁とを組合せて行うことができる。

本発明において使用されるリボイラー加熱媒体
は、少なくとも沸点の異なる２種以上の成分から
なる複数成分蒸気である。このリボイラー加熱媒
体としては、圧力制御により蒸溜塔塔底液よりも
高い温度条件下で凝縮するものであればよく、従
来公知のものを２種以上組合せて使用することも
できるが、本発明方法によつて蒸溜に付される多
成分系混合物が粗製スチレンである場合には、蒸
溜塔の塔頂から溜出して複数の成分で構成される
低沸点溜分蒸気であり、特にこの低沸点溜分蒸気
を圧縮機で断熱圧縮して昇温させたものが好まし
い。

さらに、本発明においては、上記蒸溜塔に供給
される多成分系混合物の組成分析を連続的に行
い、その組成分析結果と蒸溜塔内温度とをフイー
ドフオワード制御演算させ、その出力信号により
リボイラー加熱媒体の気液分離タンク内設定圧力
を自動的に調節する。

〔作用〕

以下、多成分系混合物としてエチルベンゼンを
脱水素して得られた粗製スチレンに本発明を適用
した場合の一例を図面に示すフローシートに従つ
て詳細に説明する。

第１図において、粗製スチレンは装入ライン１
から減圧系で運転される充填塔型式の蒸溜塔２の
中間部に装入され、この蒸溜塔２で蒸溜されてそ
の塔頂の塔頂ライン３からエチルベンゼン類を主
体とする低沸点溜分蒸気が抜出され、また、その
塔底の塔底ライン４からはスチレン類を主体とす
る高沸点成分液が抜出される。

上記塔頂ライン３から抜出された低沸点溜分蒸
気は、コンデンサー５側のライン６と圧縮機７側
のライン８とに振分けられ、上記ライン６側に振
分けられた低沸点溜分蒸気はコンデンサー５で冷
却されて一旦還流ドラム９に装入され、この還流
ドラム９をでた低沸点溜分液はその一部が還流ラ
イン１０から蒸溜塔２の上部に還流され、また、
残部は抜出ライン１１から外部に抜出される。

一方、上記ライン８側に振分けられた低沸点溜
分蒸気は上記圧縮機７で断熱圧縮により昇温され
てからライン１２よりリボイラー１３に装入さ
れ、蒸溜塔２に装入される粗製スチレンを加熱す
るためのリボイラー加熱媒体として使用される。

上記低沸点溜分蒸気のライン６とライン８とへ
の振分けは、主として圧縮機７に導入される低沸
点溜分蒸気の蒸気量を設定値にコントロールする
ために行われるもので、その制御方法としては、
例えば、コンデンサー５内に低沸点溜分蒸気の凝
縮液を溜めてその液面を液面計と凝縮液出口のコ
ントロール弁とで制御することによりこのコンデ
ンサー５の伝熱面を増減させて制御する方法や、
ライン６のコンデンサー５入口側にコントロール
弁を設けて直接制御する方法等任意の方法を採用
することができる。

また、圧縮機７に導入される低沸点溜分蒸気が
飽和蒸気であると、この圧縮機７で断熱圧縮する
際に圧縮機７内あるいはその出口ラインで凝縮
し、圧縮機７内では液滴によりインペラートラブ
ル又はスチレンモノマーの重合を引起こし、多大
の損害を被ることがあるので、好ましくは上記ラ
イン８に予熱器１４を設け、圧縮機７に導入され
る低沸点溜分蒸気を予め加熱してその温度を上昇
させておく。

上記ライン１２を通つてリボイラー１３に装入
された低沸点溜分蒸気は、蒸溜塔２の加熱媒体と
して使用された後、ライン１５から気液分離タン
ク１６に装入され、この気液分離タンク１６で上
記リボイラー１３で凝縮した低沸点溜分と未凝縮
の低沸点溜分蒸気とに分離される。なお、この
際、好ましくはリボイラー１３内における加熱側
の圧力損失を低下させると共に伝熱効率を向上さ
せるために、リボイラー１３から気液分離タンク
１６へのライン１５を３つに分けて設けるのがよ
い。すなわち、第１のラインは凝縮液を気液分離
タンク１６へ流入させるためのラインであり、第
２のラインは未凝縮の低沸点溜分蒸気を気液分離
タンク１６へ流入させるためのラインであり、第
３のラインは空気、窒素等のイナートガスをリボ
イラー１３の上部から気液分離タンク１６へ流入
させるためのラインである。このリボイラー１３
で凝縮する低沸点溜分は低沸点溜分蒸気の中で比
較的高沸点の成分であつてエチルベンゼン類を主
体とするものであり、また、このリボイラー１３
を凝縮しないまま通過する未凝縮の低沸点溜分蒸
気はこの低沸点溜分蒸気の中で比較的低沸点の成
分であつてベンゼンやトルエンあるいは水分、空
気、窒素等を主体とするものである。

上記気液分離タンク１６で分離された未凝縮の
低沸点溜分蒸気はライン１７から抜出され、コン
デンサー５に通じるライン６に合流し、また、気
液分離タンク１６で分割された低沸点溜分はライ
ン１８から抜出され、予熱器１４に導入され、圧
縮機７に導入される低沸点溜分蒸気の加熱源とし
て使用されてからライン１９を通つてライン６に
合流する。

なお、第１図において、符号２０は蒸溜塔２の
スタートアツプ時に使用されるリボイラーであ
り、このリボイラー２０にはライン２１からスチ
ームが導入される。また、圧縮機７の出口側から
ライン６に連通するライン２２も、蒸溜塔２のス
タートアツプ時に蒸溜系が安定するまでの間ある
いは圧縮機７を暖気するのに使用されるバイパス
ラインである。

このフローシートにおいては、上記装入ライン
１にこの装入ライン１を通つて蒸溜塔２に装入さ
れる粗製スチレンの成分組成を連続的に分析する
連続分析用ガスクロマトグフイー２３が設けら
れ、上記蒸溜塔２の中間位置にはこの蒸溜塔２内
温度を検出するための温度計２４が設けられ、上
記還流ドラム９からの抜出ライン１１にはこの抜
出ライン１１を通つて抜出される低沸点溜分の流
量を検出する流量計２５とこの低沸点溜分の流量
をコントロールするコントロール弁２６とが設け
られ、また、上記気液分離タンク１６にこの気液
分離タンク１６内の未凝縮低沸点溜分蒸気の圧力
を検出するための圧力計２７が設けられていると
共にこの気液分離タンク１６内の未凝縮低沸点溜
分蒸気を抜出してライン６に合流させるライン１
７に上記未凝縮低沸点溜分蒸気の圧力をコントロ
ールするためのコントロール弁２８が設けられて
いる。

そして、上記温度計２４で検出される蒸溜塔２
内温度と流量計２５によつて検出される低沸点溜
分の抜取量及び圧力計２７によつて検出される気
液分離タンク１６内の未凝縮低沸点溜分蒸気の圧
力とがそれぞれカスケード制御されていると共
に、上記連続分析用ガスクロマトグフイー２３の
分析結果と上記温度計２４で検出される蒸溜塔２
内温度とがフイードフオワード制御演算され、そ
の出力信号により気液分離タンク１６内の低沸点
溜分蒸気の設定圧力を制御するようになつてい
る。なお、上記フードフオワード制御の演算式
は、装入ライン１より蒸溜塔２内に供給される多
成分系混合物の種類に応じて適宜定めるものであ
る。

このフローシートにおいては、装入ライン１よ
り供給される多成分系混合物が粗製スチレンであ
るので、例えば、その低沸点溜分が増加した場合
には、その分析結果と蒸溜塔２内温度とに基づい
て蒸溜塔２内温度が設定値にコントロールされる
ようにフイードフオワード演算させ、その出力信
号により低沸点溜分の抜取量を増加させるように
コントロール弁２６を制御すると共に気液分離タ
ンク１６内の低沸点溜分蒸気の設定圧力を一定に
させるようにコントロール弁２８を制御するよう
になつており、これによつて、粗製スチレンが蒸
溜塔２内に装入されると同時若しくは装入された
直後に、リボイラー１３内での低沸点溜分蒸気の
凝縮温度を高くし、このリボイラー１３内を流れ
る低沸点溜分蒸気の伝熱量を大きくする。なお、
反対に、低沸点溜分が減少した場合には、上記低
沸点溜分が増加した場合と全く逆の制御が行われ
ることはいうまでもない。

〔実施例〕

第１図に示すフローシートの蒸溜系に従つて、
エチルベンゼンを脱水素して得られた粗製スチレ
ンを蒸溜した。この蒸溜系では蒸溜塔２として規
則充填物（住友重機工業(株)製商品名：メラパツ
ク）を充填した充填塔が使用され、塔頂−塔底間
の差圧が70mmHg以下に制御された。この蒸溜系
の運転は、粗製スチレンを定常供給して行つた。

装入ライン１から蒸溜塔２に供給された粗製ス
チレンの成分組成の変動と、伝熱媒体としてリボ
イラーに供給された低沸点溜分の気液分離タンク
内の圧力変動とをそれぞれ第２図及び第３図に示
す。

この実施例においては、第２図に示すように、
粗製スチレンの成分組成が変動したにもかかわら
ず、蒸溜系を安定に運転することができ、スチレ
ン主体の高沸点塔底成分液の組成が安定した。

〔発明の効果〕

本発明方法によれば、原料組成の変動に対応し
た蒸溜塔の最適運転条件を自動的に作り出すこと
ができ、これによつて、低沸点溜分回収系で用役
負荷が増大するようなことがないほか、低沸点溜
分を蒸溜塔塔底液中に同伴させ製品の品質を低下
させることがなく、蒸溜系を安定に運転すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施の一例に係る多成分系混
合物の蒸溜方法を示すフローシート第２図は粗製
スチレンの成分組成の変動を示すグラフ図、第３
図は気液分離タンク内の低沸点溜分の圧力変動を
示すグラフ図である。 符号説明、２……蒸溜塔、７……圧縮機、１３
……リボイラー、１６……気液分離タンク。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 多成分系混合物の蒸溜において操業のポイン
   トとなる位置の蒸溜塔内温度が設定温度となるよ
   うに、低沸点溜分の抜取量及び／又はリボイラー
   加熱媒体の伝熱量をカスケード制御するに際し、
   上記リボイラー加熱媒体として複数成分蒸気を使
   用すると共に蒸溜塔に供給される多成分系混合物
   の組成分析を連続的に行い、この組成分析結果と
   蒸溜塔内温度とをフイードフオワード制御演算さ
   せ、その出力信号によりリボイラー出口に設置し
   た加熱媒体の気液分離タンク内設定圧力を自動的
   に調節することを特徴とする多成分系混合物の蒸
   溜方法。 ２ リボイラー加熱媒体が蒸溜塔の塔頂から溜出
   する低沸点複数成分蒸気を圧縮機で断熱圧縮する
   ことにより昇温させたものである特許請求の範囲
   第１項記載の多成分系混合物の蒸溜方法。 ３ 多成分系混合物が炭化水素混合物である特許
   請求の範囲第１項又は第２項記載の多成分系混合
   物の蒸溜方法。 ４ 炭化水素混合物がエチルベンゼンを脱水素し
   て得られた粗製スチレンであり、低沸点複数成分
   蒸気がスチレン含有量５重量％以下のエチルベン
   ゼン主体の低沸点炭化水素蒸気である特許請求の
   範囲第３項記載の多成分系混合物の蒸溜方法。