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JP7586647B2 - Method and apparatus for concentrating alkenes and/or alkanes - Google Patents

Method and apparatus for concentrating alkenes and/or alkanes Download PDF

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JP7586647B2 JP2020037102A JP2020037102A JP7586647B2 JP 7586647 B2 JP7586647 B2 JP 7586647B2 JP 2020037102 A JP2020037102 A JP 2020037102A JP 2020037102 A JP2020037102 A JP 2020037102A JP 7586647 B2 JP7586647 B2 JP 7586647B2
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求 酒井
▲祥▼ 片岡
雄大 山木
出 堤内
尚之 坂本
正博 久次米
信雄 虎谷
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Waseda University
Mitsubishi Chemical Corp
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Japan Technological Research Association of Artificial Photosynthetic Chemical Process
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Waseda University
Mitsubishi Chemical Corp
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Description

本発明は、膜分離と蒸留とを組み合わせ、同炭素数のアルケンとアルカンを含む混合物からそれらの少なくとも一方を濃縮する濃縮方法や濃縮装置に関するものである。 The present invention relates to a method and apparatus for concentrating at least one of an alkene and an alkane having the same carbon number from a mixture containing the alkene and the alkane by combining membrane separation and distillation.

従来、プロピレンやエチレンなどは、ナフサや液化石油ガスのスチームクラッキング、製油所での流動接触分解(FCC: Fluid Catalytic Cracking)、天然ガス中のプロパンの脱水素法、メタノールを原料としたMTO(Methanol To Olefin)法やMTP(Methanol To
Propylene)法等により生産されている。
そのような生産過程では、プロピレンはプロパンと分離して濃縮する必要があり、また、エチレンはエタンと分離して濃縮する必要がある。そのような同炭素数のアルケン(プロピレン、エチレン等)とアルカン(プロパン、エタン等)を含む混合物からアルケンを分離、濃縮するには、従来蒸留塔が用いられているが、その際多量のエネルギーが消費されることが知られている。
Conventionally, propylene and ethylene have been produced by steam cracking naphtha or liquefied petroleum gas, fluid catalytic cracking (FCC) at oil refineries, dehydrogenation of propane in natural gas, and the MTO (Methanol To Olefin) and MTP (Methanol To Propylene) processes using methanol as a raw material.
It is produced by the (propylene) process, etc.
In such a production process, propylene needs to be separated from propane and concentrated, and ethylene needs to be separated from ethane and concentrated. Conventionally, a distillation column has been used to separate and concentrate alkenes from a mixture containing alkenes (propylene, ethylene, etc.) and alkanes (propane, ethane, etc.) with the same carbon number, but it is known that a large amount of energy is consumed in the process.

そのような多量のエネルギーが必要とされる濃縮工程については、省エネルギー化が検討されてきており、アルケンとアルカンの混合物からアルケンを分離、濃縮する際に膜分離装置を利用することも検討されている。 Energy-saving methods have been studied for the concentration process, which requires such a large amount of energy, and the use of membrane separation devices to separate and concentrate alkenes from a mixture of alkenes and alkanes is also being considered.

プロピレンの濃縮における膜分離装置の利用形態としては、蒸留塔を用いず、膜分離装置を1段、又は、2段で使用するもの、1段又は2段の膜分離装置と蒸留塔とをハイブリット化したものが検討されている(非特許文献1参照)。 As forms of use of membrane separation equipment in concentrating propylene, those using one or two stages of membrane separation equipment without using a distillation tower, and those hybridizing one or two stages of membrane separation equipment with a distillation tower are being considered (see Non-Patent Document 1).

また、膜分離装置と蒸留塔とをハイブリッド化した濃縮において、膜分離装置を2段とし、1段目の膜分離装置の膜透過物を2段目の膜分離装置に供給し、且つ2段目の膜分離装置の未透過物を1段目の膜分離装置に循環させることが検討されている(特許文献1参照)。 In addition, in a concentration process that combines a hybrid membrane separation device and a distillation column, it has been considered to have two membrane separation devices, supplying the membrane permeate of the first membrane separation device to the second membrane separation device, and circulating the retentate of the second membrane separation device to the first membrane separation device (see Patent Document 1).

特開2018-154591号公報JP 2018-154591 A

平成28年度 NEDO 『TSC Foresight』セミナー(第2回)松方正彦「高性能膜分離プロセスの 最新動向と将来展望」8-10頁2016 NEDO "TSC Foresight" Seminar (2nd) Masahiko Matsukata "Latest Trends and Future Outlook of High-Performance Membrane Separation Processes" pp. 8-10

1段又は2段の膜分離装置と蒸留塔とをハイブリッド化したものは、原料ガス中のアルケン濃度が高い場合だけでなく比較的低い場合でも省エネルギー化が可能であるとされているところ、本発明者らが検討したところでは、省エネルギーの観点から更なる改善の余地を残していた。
本発明は、膜分離装置と蒸留塔とを組み合わせ、炭素数が2~4の範囲内であり同炭素数のアルケンとアルカンを含む混合物から少なくとも一方を濃縮する新規な濃縮方法や濃縮装置を提供することを課題とする。
A hybrid of a one- or two-stage membrane separation apparatus and a distillation column is said to be capable of saving energy not only when the alkene concentration in the raw gas is high but also when it is relatively low. However, the inventors' investigations revealed that there is still room for further improvement from the viewpoint of energy saving.
An object of the present invention is to provide a novel concentration method and apparatus that combines a membrane separation apparatus with a distillation column to concentrate at least one of an alkene and an alkane having a carbon number in the range of 2 to 4 from a mixture containing the alkene and the alkane having the same carbon number.

本発明者らは、膜分離装置と蒸留塔とをハイブリッド化した濃縮についての検討をすすめ、省エネルギーの観点から、更なる改善が可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。 The inventors continued to study concentration using a hybrid combination of a membrane separation device and a distillation column, and discovered that further improvements were possible from the perspective of energy conservation, which led to the completion of this invention.

本発明は、以下の要旨を含む。
(1)膜分離装置と蒸留塔とを組み合わせ、炭素数が2~4の範囲内でかつ同炭素数のアルケンとアルカンとを含む原料混合物から該アルケン及び/又は該アルカンを濃縮する濃縮方法であって、
前記原料混合物を膜分離装置に供給しアルケンを膜透過させて濃縮するアルケン濃縮ステップ、及び
前記濃縮ステップの膜透過混合物を蒸留塔に供給し、塔頂から軽沸分を留出させ、塔底からアルケンを回収するアルケン回収ステップ、
を含む濃縮方法。
(2)前記膜分離装置は2段の膜分離装置であり、
前記アルケン濃縮ステップは、前記原料混合物を1段目の膜分離装置に供給して膜透過混合物を蒸留塔に供給するとともに、その膜未透過混合物を2段目の膜分離装置に供給してその膜透過混合物を前記1段目の膜分離装置の供給路に循環供給する、(1)に記載の濃縮方法。
(3)前記膜分離装置の理想分離係数が5以上である(1)又は(2)に記載の濃縮方法。
(4)アルケンを膜透過させて濃縮する膜分離装置と、
蒸留により軽沸分を留出させる蒸留塔と、
前記膜分離装置に接続され、炭素数が2~4の範囲内でかつ同炭素数のアルケンとアルカンとを含む原料混合物を供給する原料供給路と、
前記膜分離装置に接続され、その膜未透過アルカンを回収するアルカン回収路と、
前記膜分離装置及び前記蒸留塔に接続され、その膜透過混合物を前記蒸留塔に供給する膜透過混合物供給路と、
前記蒸留塔に接続され、蒸留塔の塔頂からの留出物を回収する軽沸分回収路と、
前記蒸留塔に接続され、蒸留塔の塔底からのアルケンを回収するアルケン回収路と、
を具備する濃縮装置。
(5)アルケンを膜透過させて濃縮する1段目の膜分離装置及び2段目の膜分離装置と、
蒸留により軽沸分を留出させる蒸留塔と、
前記1段目の膜分離装置に接続され、炭素数が2~4の範囲内でかつ同炭素数のアルケンとアルカンとを含む原料混合物を供給する原料供給路と、
前記1段目の膜分離装置及び前記2段目の膜分離装置に接続され、前記1段目の膜分離装置の膜未透過混合物を前記2段目の膜分離装置に供給する膜未透過混合物供給路と、
前記1段目の膜分離装置及び前記2段目の膜分離装置に接続され、前記2段目の膜分離装置の膜透過混合物を前記1段目の膜分離装置に循環供給する膜透過混合物循環供給路と、
前記2段目の膜分離装置に接続され、その膜未透過アルカンを回収するアルカン回収路と、
前記1段目の膜分離装置及び蒸留塔に接続され、その膜透過混合物を前記蒸留塔に供給する膜透過混合物供給路と、
前記蒸留塔に接続され、蒸留塔の塔頂からの留出物を回収する軽沸分回収路と、
前記蒸留塔に接続され、蒸留塔の塔底からのアルケンを回収するアルケン回収路と、
を具備する濃縮装置。
(6)前記膜分離装置は、理想分離係数が5以上である(4)又は(5)に記載の濃縮装置。
The present invention includes the following gist.
(1) A method for concentrating an alkene and/or an alkane from a raw material mixture containing an alkene and an alkane having a carbon number of 2 to 4, by combining a membrane separation apparatus and a distillation column, comprising:
an alkene concentration step of supplying the raw material mixture to a membrane separation device and concentrating the alkene by permeating the alkene through a membrane; and an alkene recovery step of supplying the membrane-permeated mixture from the concentration step to a distillation column, distilling off low boiling fractions from the top of the column, and recovering alkenes from the bottom of the column.
The method for concentrating comprising the steps of:
(2) The membrane separation apparatus is a two-stage membrane separation apparatus;
The alkene concentration step includes supplying the raw material mixture to a first-stage membrane separation apparatus, supplying the membrane-permeated mixture to a distillation column, and supplying the membrane-retardant mixture to a second-stage membrane separation apparatus, and circulating the membrane-permeated mixture to the supply path of the first-stage membrane separation apparatus.
(3) The method for concentrating according to (1) or (2), wherein the ideal separation factor of the membrane separation device is 5 or more.
(4) a membrane separation device that concentrates alkenes by passing them through a membrane;
a distillation column for distilling out light boiling fractions by distillation;
a raw material supply line connected to the membrane separation device and supplying a raw material mixture containing an alkene and an alkane having a carbon number of 2 to 4 in the range;
an alkane recovery line connected to the membrane separation device for recovering alkane that has not permeated through the membrane;
A membrane permeation mixture supply line connected to the membrane separation device and the distillation column and supplying the membrane permeation mixture to the distillation column;
A light fraction recovery line connected to the distillation column for recovering a distillate from the top of the distillation column;
an alkene recovery line connected to the distillation column for recovering alkene from the bottom of the distillation column;
A concentrating apparatus comprising:
(5) a first-stage membrane separation device and a second-stage membrane separation device for concentrating alkenes by passing them through a membrane;
a distillation column for distilling out light boiling fractions by distillation;
a raw material supply line connected to the first-stage membrane separation device for supplying a raw material mixture containing an alkene and an alkane having a carbon number of 2 to 4 in the range of 2 to 4;
a membrane retentate mixture supply passage connected to the first-stage membrane separation device and the second-stage membrane separation device, for supplying the membrane retentate mixture of the first-stage membrane separation device to the second-stage membrane separation device;
A membrane permeation mixture circulation supply line connected to the first-stage membrane separation device and the second-stage membrane separation device, which circulates and supplies the membrane permeation mixture of the second-stage membrane separation device to the first-stage membrane separation device;
an alkane recovery line connected to the second-stage membrane separation device for recovering alkane that has not permeated through the membrane;
A membrane permeation mixture supply line connected to the first stage membrane separation device and the distillation column and supplying the membrane permeation mixture to the distillation column;
A light fraction recovery line connected to the distillation column for recovering a distillate from the top of the distillation column;
an alkene recovery line connected to the distillation column for recovering alkene from the bottom of the distillation column;
A concentrating apparatus comprising:
(6) The concentrating apparatus according to (4) or (5), wherein the membrane separation device has an ideal separation factor of 5 or more.

本発明の濃縮方法や濃縮装置によれば、炭素数が2~4の範囲内でかつ同炭素数のアルケンとアルカンとを含む混合物からアルケンとアルカンの少なくとも一方を更に少ないエネルギーで効果的に濃縮することができる。 The concentration method and concentration device of the present invention can effectively concentrate at least one of the alkenes and alkanes from a mixture containing alkenes and alkanes with the same carbon number within the range of 2 to 4, with even less energy.

本発明の一形態である濃縮装置の概略図である。1 is a schematic diagram of a concentrator according to one embodiment of the present invention. 実施例1において膜分離装置10の膜面積と膜分離装置9の膜面積の関係を示す図である。4 is a diagram showing the relationship between the membrane area of a membrane separation device 10 and the membrane area of a membrane separation device 9 in Example 1. FIG. 実施例1において膜分離装置10の膜面積と膜透過物(透過流れ)O中のプロパン流量を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the membrane area of the membrane separation device 10 and the propane flow rate in the membrane permeate (permeate flow) O in Example 1. 比較例1の概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of Comparative Example 1. 実施例1と比較例1の投入エネルギーの比較の図である。FIG. 1 is a diagram comparing the input energy between Example 1 and Comparative Example 1. 比較例2の概略図である。FIG. 13 is a schematic diagram of Comparative Example 2. 比較例3の概略図である。FIG. 11 is a schematic diagram of Comparative Example 3. 比較例4の概略図である。FIG. 11 is a schematic diagram of Comparative Example 4. 実施例1と比較例2,3,4の投入エネルギーの比較の図である。FIG. 1 is a diagram comparing the input energy of Example 1 and Comparative Examples 2, 3, and 4. 膜の分離係数によるエネルギー消費量変化を示す図である。FIG. 1 is a graph showing the change in energy consumption depending on the separation factor of the membrane.

本発明の一実施形態は、膜分離装置と蒸留塔とを組み合わせ、炭素数が2~4の範囲内でかつ同炭素数のアルケンとアルカンとを含む原料混合物から該アルケン及び/又は該アルカンを濃縮する濃縮方法である。具体的には、原料混合物を膜分離装置に供給しアルケンを膜透過させて濃縮するアルケン濃縮ステップ、及び前記濃縮ステップの膜透過混合物を蒸留塔に供給し、塔頂から軽沸分を留出させ、塔底からアルケンを回収するアルケン回収ステップ、を含む。 One embodiment of the present invention is a method for concentrating alkenes and/or alkanes from a raw material mixture containing alkenes and alkanes having a carbon number in the range of 2 to 4, by combining a membrane separation apparatus with a distillation column. Specifically, the method includes an alkene concentration step in which the raw material mixture is supplied to a membrane separation apparatus and the alkene is concentrated by passing it through the membrane, and an alkene recovery step in which the membrane-permeated mixture from the concentration step is supplied to a distillation column, low boiling fractions are distilled from the top of the column, and the alkene is recovered from the bottom of the column.

炭素数が2~4の範囲内でかつ同炭素数のアルケンとアルカンの組み合わせは、エチレンとエタン、プロピレンとプロパン、ブテンとブタン、が挙げられる。原料混合物は、これらのいずれかの組み合わせを含み、更に他の成分を含んでいてもよい。 Examples of combinations of alkenes and alkanes with carbon numbers in the range of 2 to 4 include ethylene and ethane, propylene and propane, and butene and butane. The raw material mixture may contain any of these combinations and may also contain other components.

製品として求められるアルケンの濃度は、使用目的により異なる。例えば、プロピレンの場合、ポリマーグレード(99.5%以上)、ケミカルグレード(93%以上)、リファイナリーグレード(60%以上)などがあり、濃度を高くするには、その分、精製にかかるエネルギー負荷が大きくなる。 The concentration of alkene required as a product varies depending on the intended use. For example, in the case of propylene, there are polymer grade (99.5% or more), chemical grade (93% or more), refinery grade (60% or more), etc., and the higher the concentration, the greater the energy load required for refining.

アルケン濃縮ステップは、原料混合物を膜分離装置に供給しアルケンを膜透過させてアルケン濃度を濃縮するステップである。膜分離装置に用いられる分離膜は、同炭素数のアルケンとアルカンとを含む原料混合物からアルケンを透過できれば特段限定されず、典型的には、ゼオライト膜、MOF膜、シリカ膜が用いられる。ゼオライト膜としては、FAU型ゼオライト分離膜、BEA型ゼオライト膜があげられる。
膜分離装置の形式としては、十字流式、向流式、並流式などの形式が存在するが、いずれの形式も採用することができる。膜分離装置では、アルケンとアルカンは気体状態で膜分離されるので、原料混合物が液体を含むなどの状態に応じて、原料混合物の供給路に原料混合物を加熱する、加熱器を設けることもできる。
The alkene concentration step is a step in which the raw mixture is fed to a membrane separation device and the alkene is permeated through the membrane to concentrate the alkene concentration. The separation membrane used in the membrane separation device is not particularly limited as long as it can permeate the alkene from the raw mixture containing an alkene and an alkane having the same carbon number, and typically, a zeolite membrane, an MOF membrane, or a silica membrane is used. Examples of the zeolite membrane include an FAU type zeolite separation membrane and a BEA type zeolite membrane.
The type of membrane separation apparatus includes a cross-current type, a countercurrent type, a parallel current type, etc., and any type can be adopted. In the membrane separation apparatus, since alkenes and alkanes are separated by membrane in a gaseous state, a heater for heating the raw material mixture can be provided in the supply path of the raw material mixture depending on the state of the raw material mixture, such as the state where the raw material mixture contains liquid.

膜分離装置の分離膜は、理想分離係数が通常5以上、好ましくは8以上、より好ましくは15以上である。理想分離係数が小さいと、十分な省エネルギー効果が得られない。分離膜の理想分離係数の上限は限定する必要がなく、実現可能な範囲(現状では、100程度まで)のものであれば利用できる。 The separation membrane of the membrane separation device usually has an ideal separation factor of 5 or more, preferably 8 or more, and more preferably 15 or more. If the ideal separation factor is small, sufficient energy saving effect cannot be obtained. There is no need to set an upper limit for the ideal separation factor of the separation membrane, and any membrane within the feasible range (currently, up to about 100) can be used.

膜分離装置は、1段の膜分離装置であってよく、2段の膜分離装置であってもよい。
1段の膜分離装置である場合、アルケンが濃縮された膜透過混合物を蒸留塔に供給し、膜未透過混合物はアルカン高濃度混合物として回収する。
2段の膜分離装置である場合、1段の膜分離装置でアルケンが濃縮された膜透過混合物を蒸留塔に供給するとともに、アルカン高濃度混合物であるその膜未透過混合物を2段目の膜分離装置に供給する。そして2段目の膜分離装置の膜透過混合物は再度アルケンが濃縮されることから、前記1段目の膜分離装置の供給路に循環供給する。そして、2段目の膜分離装置の膜未透過混合物は、アルカン高濃度混合物として回収する。
The membrane separation device may be a single-stage membrane separation device or a two-stage membrane separation device.
In the case of a single-stage membrane separation apparatus, the membrane-permeated mixture enriched in alkene is fed to a distillation column, and the membrane-refracted mixture is recovered as an alkane-rich mixture.
In the case of a two-stage membrane separation apparatus, the membrane-permeated mixture in which alkenes are concentrated in the first-stage membrane separation apparatus is supplied to a distillation column, and the membrane-refracted mixture, which is a mixture with a high concentration of alkanes, is supplied to the second-stage membrane separation apparatus. The membrane-permeated mixture in the second-stage membrane separation apparatus is again concentrated in alkenes, so it is circulated and supplied to the supply line of the first-stage membrane separation apparatus. The membrane-refracted mixture in the second-stage membrane separation apparatus is then recovered as a mixture with a high concentration of alkanes.

蒸留塔は、公知の棚段塔や充填塔のいずれのものも使用可能である。蒸留塔の棚段数は、限定されるものではないが、通常10以上300段以下とすることができる。
蒸留塔の塔底からの導出物は、リボイラで加熱された後、その一部は塔底側還流路を通じて最下段の棚段に還流され、残部は、アルケン回収路を通じてアルケンとして回収される。アルケンを気体として回収する場合には、アルケン回収路のリボイラ下流側に加熱器を設けることができる。アルケンを液体として回収する場合には、アルケン回収路のリボイラ下流側に冷却器を設けることもできる。
The distillation column may be any of the known plate columns and packed columns. The number of plates in the distillation column is not limited, but may usually be 10 to 300.
The bottom of the distillation column is heated in a reboiler, and a part of the effluent is refluxed to the lowest tray through a bottom reflux line, and the remainder is recovered as an alkene through an alkene recovery line. When the alkene is recovered as a gas, a heater can be provided downstream of the reboiler in the alkene recovery line. When the alkene is recovered as a liquid, a cooler can be provided downstream of the reboiler in the alkene recovery line.

蒸留塔の塔頂からは軽沸分を留出させ、その一部は、塔頂側還流路に設けたコンデンサで冷却された後、蒸留塔の最上段の棚段に還流される。 Light boiling fractions are distilled from the top of the distillation tower, and some of them are cooled in a condenser installed in the top reflux line and then refluxed to the topmost tray of the distillation tower.

以下、本発明の具体的な実施形態について、プロピレンの濃縮装置の概略図である図1に基づき説明する。
濃縮装置は、第1の蒸留塔1、第2の蒸留塔5、第3の蒸留塔15、1段目膜分離膜装置9、2段目膜分離膜装置10を備える。また、1段目の膜分離装置9に接続され、1段目の膜分離装置9に混合物を供給する原料供給路と、1段目の膜分離装置9及び2段目の膜分離装置10に接続され、1段目の膜分離装置9の膜未透過混合物を2段目の膜分離装置10に供給する膜未透過混合物供給路と、1段目の膜分離装置9及び2段目の膜分離装置10に接続され、2段目の膜分離装置10の膜透過混合物を1段目の膜分離装置9に循環供給する膜透過混合物循環供給路と、2段目の膜分離装置10に接続され、その膜未透過アルカンを回収するアルカン回収路と、1段目の膜分離装置9及び第3の蒸留塔15に接続され、その膜透過混合物を第3の蒸留塔15に供給する膜透過混合物供給路と、第3の蒸留塔15に接続され、第3の蒸留塔15の塔頂からの留出物を回収する軽沸分回収路と、第3の蒸留塔15に接続され、第3の蒸留塔15の塔底からのプロピレンを回収するプロピレン回収路と、
を備える。
Hereinafter, a specific embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1, which is a schematic diagram of a propylene concentrating apparatus.
The concentrating apparatus includes a first distillation column 1, a second distillation column 5, a third distillation column 15, a first-stage membrane separation membrane device 9, and a second-stage membrane separation membrane device 10. The concentrating apparatus also includes a raw material supply passage connected to the first-stage membrane separation device 9 and supplying a mixture to the first-stage membrane separation device 9, a membrane retentate mixture supply passage connected to the first-stage membrane separation device 9 and the second-stage membrane separation device 10 and supplying the membrane retentate mixture of the first-stage membrane separation device 9 to the second-stage membrane separation device 10, and a membrane permeate mixture circulating supply passage connected to the first-stage membrane separation device 9 and the second-stage membrane separation device 10 and circulating the membrane permeate mixture of the second-stage membrane separation device 10 to the first-stage membrane separation device 9. a feed line, an alkane recovery line connected to the second-stage membrane separation device 10 and recovering the alkane that has not permeated through the membrane, a membrane-permeated mixture supply line connected to the first-stage membrane separation device 9 and the third distillation column 15 and supplying the membrane-permeated mixture to the third distillation column 15, a light fraction recovery line connected to the third distillation column 15 and recovering a distillate from the top of the third distillation column 15, and a propylene recovery line connected to the third distillation column 15 and recovering propylene from the bottom of the third distillation column 15.
Equipped with.

エチレン、エタン、プロピレン、プロパン、ブテン、ブタンを含む混合物Aは第1の蒸留塔1に供給される。第1の蒸留塔1では、原料混合物Aを主にエチレン及びその他の軽沸成分を含む混合物Cと、エチレンよりも沸点の高いプロピレン、プロパン、ブテン及びブタンを含む混合物Fと、に分離する。このとき、エタンの一部は混合物Cに回収されてよく、残部は混合物F中に含まれてよい。第1の蒸留塔1の段数は例えば100段であり、混合物の供給段は蒸留塔の任意の段である。 Mixture A containing ethylene, ethane, propylene, propane, butenes, and butanes is supplied to the first distillation column 1. In the first distillation column 1, the raw material mixture A is separated into mixture C containing mainly ethylene and other light boiling components, and mixture F containing propylene, propane, butenes, and butanes, which have higher boiling points than ethylene. At this time, a portion of the ethane may be recovered in mixture C, and the remainder may be contained in mixture F. The number of stages in the first distillation column 1 is, for example, 100 stages, and the feed stage of the mixture is any stage in the distillation column.

混合物Fは、第2の蒸留塔5に供給される。第2の蒸留塔5では、原料混合物Fを主に前述の残留したエタン、プロピレン及びプロパンを含む混合物Kと、主にブテン及びブタンを含む混合物Jと、に分離する。第2の蒸留塔5の段数は例えば100段であり、混合物の供給は蒸留塔の任意の段である。 Mixture F is supplied to the second distillation column 5. In the second distillation column 5, the raw material mixture F is separated into mixture K mainly containing the aforementioned remaining ethane, propylene, and propane, and mixture J mainly containing butenes and butanes. The number of stages in the second distillation column 5 is, for example, 100 stages, and the mixture is supplied to any stage of the distillation column.

混合物Kは、1段目の膜分離装置9に供給される。1段目の膜分離装置では混合物Kを、膜を透過した膜透過物O(透過流れともいう)と膜未透過物L(未透過流れともいう)
とに分離する。膜透過物Oに含まれるC3成分に占めるプロピレンの割合(プロピレン/(プロピレン+プロパン))は製品として求められる濃度以上であり、第3の蒸留塔15に供給される。一方膜未透過物Lは、プロパンが濃縮されていると同時に1段目の膜分離で分離できなかったプロピレンの残部が含まれており、2段目の膜分離装置10に供給される。
The mixture K is supplied to a first-stage membrane separation device 9. In the first-stage membrane separation device, the mixture K is separated into a membrane permeate O (also called a permeate flow) that has permeated the membrane and a membrane retentate L (also called a retentate flow).
The ratio of propylene in the C3 components contained in the membrane permeate O (propylene/(propylene+propane)) is equal to or higher than the concentration required for the product, and is supplied to the third distillation column 15. On the other hand, the membrane retentate L is a concentrated version of the membrane retentate L, which contains the remainder of the propylene that could not be separated in the first-stage membrane separation, and is supplied to the second-stage membrane separation device 10.

2段目の膜分離装置10では、膜未透過物Lを膜透過物Nと膜未透過物Mとに分離する。膜透過物Nは1段目で分離できなかったプロピレンが濃縮されており、再度1段目の膜分離装置9に供給される。一方膜未透過物Mは、目的物であるプロピレンが非常に少なくなっているため、系外へ排出される。 In the second-stage membrane separation device 10, the membrane retentate L is separated into membrane permeate N and membrane retentate M. The membrane permeate N is concentrated with propylene that could not be separated in the first stage, and is fed back to the first-stage membrane separation device 9. On the other hand, the membrane retentate M contains very little propylene, the target product, and is discharged outside the system.

第3の蒸留塔15に供給された膜透過物Oは、第3の蒸留塔で更にプロピレンが濃縮され、塔底からの導出液Tに含まれるプロピレン濃度が製品規格を満たす濃度となり得る。従来の方法では、ここで塔頂からプロピレンを取り出し、塔底からプロパンを取り出しており、この方法では、プロピレンとプロパンの沸点差が小さいため、蒸留塔でのエネルギー消費が大きかった。本実施形態においては、蒸留塔においてプロピレンと沸点の離れたエタンを分離するため、蒸留塔でのエネルギー消費を抑えることができる。一方第3の蒸留塔15の塔頂から留出した流出分Qにはエタンが含まれる。第3の蒸留塔15の段数は例えば100段であり、膜透過物Oの供給は蒸留塔の中央付近の任意の段である。 The membrane permeate O supplied to the third distillation tower 15 is further concentrated in propylene in the third distillation tower, so that the propylene concentration in the effluent T from the bottom of the tower can meet the product standard. In the conventional method, propylene is extracted from the top of the tower and propane is extracted from the bottom of the tower. In this method, the difference in boiling points between propylene and propane is small, so energy consumption in the distillation tower is large. In this embodiment, ethane, which has a different boiling point from propylene, is separated in the distillation tower, so energy consumption in the distillation tower can be reduced. On the other hand, the effluent Q distilled from the top of the third distillation tower 15 contains ethane. The number of stages in the third distillation tower 15 is, for example, 100 stages, and the membrane permeate O is supplied to any stage near the center of the distillation tower.

第1の膜分離装置の膜透過物Oは、第3の蒸留塔15においてそのアルケン濃度と棚段上のアルケン濃度との差異が最も小さくなる棚段に供給される。膜透過物Oは、その温度が供給される棚段内と大差がないように、原料混供給路の加熱器を調整することが望ましい。第3の蒸留塔15の棚段に供給される膜透過物Oの温度を該棚段内の温度に近づけるように、膜透過物供給路に膜透過物の温度を調整する加熱器及び/又は冷却器などの温度調節器を設けてもよい。 The membrane permeate O from the first membrane separation device is supplied to the third distillation column 15 at the tray where the difference between its alkene concentration and the alkene concentration on the tray is the smallest. It is desirable to adjust the heater in the raw material mixture supply path so that the temperature of the membrane permeate O is not significantly different from the temperature in the tray to which it is supplied. A temperature regulator such as a heater and/or cooler that adjusts the temperature of the membrane permeate may be provided in the membrane permeate supply path so that the temperature of the membrane permeate O supplied to the tray of the third distillation column 15 approaches the temperature in the tray.

上記濃縮装置での、膜分離装置9及び10、並びに第3の蒸留塔15が濃縮する濃縮対象は、プロピレンとプロパンを含む混合物であるが、これに限られず、エチレンとエタンとを含む混合物、1-ブテンとn-ブタンとを含む混合物であっても、濃縮することができる。
この場合、例えば公知の分離膜と蒸留塔を組み合わせることにより濃縮することができる。分離膜の前段で、目的とするアルケン、同じ炭素数のアルカン、目的アルケンよりも炭素数の少ないアルカンの混合物と、それ以外の成分を分離し、分離膜で目的とするアルケンと同じ炭素数のアルカンを分離し、後段の蒸留塔で目的とするアルケンと目的アルケンよりも炭素数の少ないアルカンを分離することでエネルギー消費を抑えることができる。
In the above-mentioned concentrating apparatus, the target of concentration by the membrane separation units 9 and 10 and the third distillation column 15 is a mixture containing propylene and propane, but is not limited thereto. Even a mixture containing ethylene and ethane, or a mixture containing 1-butene and n-butane can be concentrated.
In this case, for example, the concentration can be achieved by combining a known separation membrane with a distillation column. In the upstream stage of the separation membrane, a mixture of the target alkene, an alkane with the same carbon number, and an alkane with a carbon number smaller than that of the target alkene is separated from the other components, the separation membrane separates the alkane with the same carbon number as the target alkene, and the downstream distillation column separates the target alkene and the alkane with a carbon number smaller than that of the target alkene, thereby reducing energy consumption.

1段目の膜分離装置に供給する混合物のアルケン濃度は特に限定されるものではないが、60モル%以上である場合に、比較的低エネルギーでの濃縮が可能となる。上限は特に限定されないが、通常90%以下である。アルケンとアルカンを含む原料混合物は、それ以外の成分や不純物などを含有しないことが望ましいが、濃縮に支障がない程度であれば、それ以外の成分や不純物を所定量以下(例えば、10モル%以下、好ましくは5モル%以下、より好ましくは1モル%以下)含有することも許容される。 The alkene concentration of the mixture supplied to the first-stage membrane separation device is not particularly limited, but if it is 60 mol% or more, concentration with relatively low energy is possible. There is no particular upper limit, but it is usually 90% or less. It is desirable for the raw material mixture containing alkenes and alkanes to contain no other components or impurities, but it is acceptable for other components and impurities to be contained in a predetermined amount or less (for example, 10 mol% or less, preferably 5 mol% or less, more preferably 1 mol% or less) as long as it does not interfere with concentration.

実施例及び比較例については、汎用プロセスシミュレータPro/II v9.4を利用し、炭素数が2から4のアルカン及びアルケンの混合物から、プロピレンを分離するプロセスをシミュレーションにより評価した。シミュレーションにあたり、混合物の熱力学的物性は、Peng-Robinson式を適用、物性推算に必要なデータは、Pro/II v9.4に内蔵のデータ
を利用した。
For the examples and comparative examples, a general-purpose process simulator Pro/II v9.4 was used to evaluate by simulation the process of separating propylene from a mixture of alkanes and alkenes having carbon numbers of 2 to 4. In the simulation, the Peng-Robinson equation was applied to the thermodynamic properties of the mixture, and the data required for property estimation was the data built into Pro/II v9.4.

(フィード条件)
フィードはMTO反応器から得られる混合物を想定し、供給流量は2360kmol/h、エチレン、エタン、プロピレン、プロパン、ブテン、ブタンの濃度は、それぞれ18.7、25.6、46.2、3.4、4.2、1.9モル%、温度は39.8℃、圧力は3873.6kPaとした。
(Feed conditions)
The feed was assumed to be a mixture obtained from an MTO reactor, with a feed flow rate of 2360 kmol/h, ethylene, ethane, propylene, propane, butene and butane concentrations of 18.7, 25.6, 46.2, 3.4, 4.2 and 1.9 mol%, respectively, a temperature of 39.8° C. and a pressure of 3873.6 kPa.

(製品規格)
ポリマーグレードのプロピレン製造を想定し、流量は1082kmol/h、製品中のプロピレンの濃度は、99.5モル%以上、プロピレンの回収率は99.5%以上とした。
(Product Specifications)
The production of polymer-grade propylene was assumed, with a flow rate of 1082 kmol/h, a propylene concentration in the product of 99.5 mol % or more, and a propylene recovery rate of 99.5% or more.

(膜性能)
膜はAg-FAU型のゼオライト膜を想定し、プロピレンの透過率は1×10-7 mol/(m・Pa・s)、プロピレンとパラフィンの透過率比を25、プロピレンとエチレンの透過率比を3と設定した。
(Membrane performance)
The membrane was assumed to be an Ag-FAU type zeolite membrane, with the propylene permeability set to 1×10 −7 mol/(m 2 ·Pa·s), the propylene to paraffin permeability ratio set to 25, and the propylene to ethylene permeability ratio set to 3.

(実施例1)
図1に、実施例1の膜分離と蒸留のハイブリッドプロセスの概略を示す。3基の蒸留塔1、5、15、リボイラ3、7、17、コンデンサ2、6、16、2基の膜分離装置9、10、圧縮機11、13、熱交換器8、12、14、1基のバルブ4を備える。
Example 1
1 shows an outline of the hybrid process of membrane separation and distillation in Example 1. It includes three distillation columns 1, 5, and 15, reboilers 3, 7, and 17, condensers 2, 6, and 16, two membrane separation devices 9 and 10, compressors 11 and 13, heat exchangers 8, 12, and 14, and one valve 4.

1塔目の蒸留塔1では、主にエチレン及びエチレンよりも沸点の低い軽沸成分を塔頂から回収する。1塔目の蒸留塔1の段数は50段とした。蒸留塔の塔頂圧力は、3873kPaとした。混合物の供給段は、1塔目の蒸留塔1のリボイラ3の熱量が最小となる28段目とした。1塔目の蒸留塔1の缶出液Fの流量を1333kmol/hと設定し、この缶出液に含まれるプロピレン流量を1089kmol/hと設定した。また、缶出液に含まれるエタンの流量を20kmol/hと設定した。 In the first distillation column 1, mainly ethylene and light boiling components with boiling points lower than ethylene are recovered from the top of the column. The number of stages in the first distillation column 1 was 50. The pressure at the top of the distillation column was 3873 kPa. The feed stage for the mixture was the 28th stage, where the heat quantity of the reboiler 3 of the first distillation column 1 was the smallest. The flow rate of the bottoms F of the first distillation column 1 was set to 1333 kmol/h, and the flow rate of propylene contained in this bottoms was set to 1089 kmol/h. The flow rate of ethane contained in the bottoms was set to 20 kmol/h.

2塔目の蒸留塔5では、主に、プロピレン・プロパンとブテン・ブタンを分離する。2塔目の蒸留塔5の段数は50段とした。蒸留塔の塔頂圧力は、1667kPaとした。混合物の供給段は2塔目の蒸留塔5のリボイラ7の熱量が最小となる8段目とした。2塔目の蒸留塔5の留出蒸気Kの流量を1164kmol/hと設定し、この留出蒸気に含まれるプロピレン流量を1082kmol/hと設定した。 In the second distillation column 5, propylene/propane and butene/butane are mainly separated. The number of stages in the second distillation column 5 was 50. The pressure at the top of the distillation column was 1667 kPa. The feed stage for the mixture was the 8th stage, where the heat quantity of the reboiler 7 of the second distillation column 5 was the smallest. The flow rate of the distillate vapor K from the second distillation column 5 was set to 1164 kmol/h, and the flow rate of propylene contained in this distillate vapor was set to 1082 kmol/h.

2塔目の留出蒸気を熱交換器8で120℃に昇温した後に、膜分離装置9に供給し、主にプロピレンとプロパンを分離する。膜分離装置9の未透過流れを膜分離装置10に供給し、主にプロピレンとプロパンを分離する。膜分離装置10の透過流れNは昇圧した後に、膜分離装置9に供給する。膜分離装置9の透過流れOを昇圧した後に、3塔目の蒸留塔15に供給する。 The distillate vapor from the second column is heated to 120°C in heat exchanger 8 and then supplied to membrane separation unit 9, where propylene and propane are mainly separated. The retentate stream from membrane separation unit 9 is supplied to membrane separation unit 10, where propylene and propane are mainly separated. The permeate stream N from membrane separation unit 10 is pressurized and then supplied to membrane separation unit 9. The permeate stream O from membrane separation unit 9 is pressurized and then supplied to the third distillation column 15.

3塔目の蒸留塔15では、主に、プロピレンと少量含まれるエタンを分離する。3塔目の蒸留塔15の段数は150段とした。蒸留塔の塔頂圧力は、1618kPaとした。膜分離装置9の透過流れOの供給段は、3塔目の蒸留塔15のリボイラ17の熱量が最小となる27段目とした。3塔目の蒸留塔15の缶出液Tの流量を1082kmol/hとし、この缶出液Tに含まれるプロピレンの濃度を99.5モル%以上となるように分離した。 In the third distillation column 15, propylene and a small amount of ethane are mainly separated. The number of stages in the third distillation column 15 was 150. The pressure at the top of the distillation column was 1618 kPa. The feed stage of the permeate stream O of the membrane separation device 9 was the 27th stage, where the heat quantity of the reboiler 17 of the third distillation column 15 was the smallest. The flow rate of the bottoms T of the third distillation column 15 was 1082 kmol/h, and the propylene concentration in this bottoms T was separated to be 99.5 mol% or more.

図1に示した膜分離と蒸留のハイブリッドプロセスの膜分離装置9、10において、膜の分離性能(透過率比)は共通とした。膜分離の透過側圧力は200kPaとして、供給
側圧力は1667kPaとした。
In the membrane separation devices 9 and 10 of the hybrid process of membrane separation and distillation shown in Fig. 1, the separation performance (permeability ratio) of the membrane was the same. The pressure on the permeation side of the membrane separation was 200 kPa, and the pressure on the supply side was 1667 kPa.

(解析例)
実施例1の膜分離と蒸留のハイブリッドプロセスにおいて製品規格を満たすためには、透過流れOに含まれるプロピレンの流量が回収率を満たしており、さらに、プロピレンとプロパンの総量中のプロパン濃度が0.5モル%以下にする必要がある。
そこで上記の条件を満たすことが可能な膜分離装置9、10の膜面積についてプロセスシミュレータを用いて解析した。計算方法として、膜分離装置10の膜面積を変更した場合に、透過流れOに含まれるプロピレンの流量が1080kmol/hになるための膜分離装置9の膜面積を算出した。
(Analysis example)
In order to satisfy the product specifications in the hybrid process of membrane separation and distillation in Example 1, the flow rate of propylene contained in the permeate stream O must satisfy the recovery rate, and further, the propane concentration in the total amount of propylene and propane must be 0.5 mol% or less.
Therefore, the membrane areas of the membrane separation devices 9 and 10 that can satisfy the above conditions were analyzed using a process simulator. As a calculation method, the membrane area of the membrane separation device 9 was calculated so that the flow rate of propylene contained in the permeate flow O becomes 1080 kmol/h when the membrane area of the membrane separation device 10 is changed.

図2に膜分離装置10の膜面積を変更した場合の膜分離装置9の膜面積を示す。膜分離装置10の膜面積を大きくすることで、膜分離装置9の膜面積は小さくなる。膜分離装置10の膜面積の増加は、透過流れNの流量が増えることを意味しており、膜分離装置9、10間のリサイクル流量の増加につながる。これにより、膜分離装置10で取り除かれるパラフィンが増えるため、膜分離装置9に供給されるプロピレンの濃度が高くなる。その結果、膜分離装置9の膜面積が小さくなる。 Figure 2 shows the membrane area of the membrane separation device 9 when the membrane area of the membrane separation device 10 is changed. By increasing the membrane area of the membrane separation device 10, the membrane area of the membrane separation device 9 decreases. An increase in the membrane area of the membrane separation device 10 means that the flow rate of the permeate flow N increases, leading to an increase in the recycle flow rate between the membrane separation devices 9, 10. As a result, more paraffin is removed by the membrane separation device 10, and the concentration of propylene supplied to the membrane separation device 9 increases. As a result, the membrane area of the membrane separation device 9 decreases.

図3に、膜分離装置10の膜面積に対する、透過流れO中のプロパンの流量を示す。
膜分離装置10によりパラフィン(特に、プロパン)が取り除かれることで、膜分離装置9の透過流れOに含まれるプロパンの流量は低下する。実施例1では、3塔目の蒸留塔15の缶出液Tからプロピレンを回収するため、製品規格を満たすためには、透過流れOに含まれるプロパンの流量は5.41kmol/h よりも少なくする必要がある。つまり、膜分離装置10の膜面積が2656mよりも大きくする必要があることがわかる。
その一方で、膜分離装置10の膜面積を過剰に大きく設定することは、圧縮機11の負荷も増加し、投入エネルギーが多くなる。そのため、膜分離装置10の膜面積は、実施例の実現可能な領域内で小さい値を採用することで投入エネルギーを抑えることができる。
FIG. 3 shows the flow rate of propane in the permeate stream O versus the membrane area of the membrane separation device 10.
By removing paraffins (particularly propane) by the membrane separation apparatus 10, the flow rate of propane contained in the permeate stream O of the membrane separation apparatus 9 decreases. In Example 1, in order to recover propylene from the bottoms T of the third distillation column 15 and to satisfy the product standard, the flow rate of propane contained in the permeate stream O needs to be less than 5.41 kmol/h. In other words, it can be seen that the membrane area of the membrane separation apparatus 10 needs to be greater than 2656 m2 .
On the other hand, setting the membrane area of the membrane separation device 10 to be excessively large increases the load on the compressor 11, and increases the input energy. Therefore, by adopting a small membrane area for the membrane separation device 10 within the feasible range of the embodiment, the input energy can be reduced.

(比較例1)
実施例1の膜分離と蒸留のハイブリッドプロセスと、蒸留のみの分離プロセス(比較例1)との投入エネルギーをプロセスシミュレータにより解析した。図4に、蒸留プロセスの概略を示す。
(Comparative Example 1)
The input energy of the hybrid process of membrane separation and distillation in Example 1 and the separation process of distillation only (Comparative Example 1) was analyzed by a process simulator. Figure 4 shows an outline of the distillation process.

1塔目の蒸留塔18では、主に、エチレン・プロピレンとプロピレン・プロパン・ブテン・ブタンを分離する。1塔目の蒸留塔18の段数は50段とした。蒸留塔の塔頂圧力は、3873kPaとした。混合物の供給段は、1塔目の蒸留塔18のリボイラ20の負荷が最小となる21段目とした。1塔目の蒸留塔18の缶出液流量を1313kmol/hと設定し、この缶出液に含まれるプロピレン流量を1089kmol/hと設定した。 In the first distillation column 18, ethylene and propylene are mainly separated from propylene, propane, butene, and butane. The number of stages in the first distillation column 18 was 50. The pressure at the top of the distillation column was 3,873 kPa. The feed stage for the mixture was the 21st stage, which is the stage at which the load on the reboiler 20 of the first distillation column 18 is the smallest. The flow rate of the bottoms of the first distillation column 18 was set to 1,313 kmol/h, and the flow rate of propylene contained in this bottoms was set to 1,089 kmol/h.

2塔目の蒸留塔22では、主に、プロピレン・プロパンとブテン・ブタンを分離する。2塔目の蒸留塔22の段数は50段とした。蒸留塔の塔頂圧力は、1667kPaとした。混合物の供給段は、2塔目の蒸留塔22のリボイラ24の負荷が最小となる18段目とした。2塔目の蒸留塔22の留出液流量を1164kmol/hと設定し、この留出液に含まれるプロピレン流量を1082kmol/hと設定した。 In the second distillation column 22, propylene/propane and butene/butane are mainly separated. The number of stages in the second distillation column 22 was 50. The distillation column top pressure was 1667 kPa. The feed stage for the mixture was the 18th stage, which is the stage where the load on the reboiler 24 of the second distillation column 22 is the smallest. The distillate flow rate of the second distillation column 22 was set to 1164 kmol/h, and the flow rate of propylene contained in this distillate was set to 1082 kmol/h.

3塔目の蒸留塔25では、主に、プロピレンとプロパンを分離する。3塔目の蒸留塔25の段数は150段とした。蒸留塔の塔頂圧力は、1618kPaとした。混合物の供給段は、3塔目の蒸留塔25のリボイラ27の負荷が最小となる89段目とした。3塔目の蒸留塔25の留出液流量を1082kmol/hと設定し、この留出液に含まれるプロピレンプロピレンの濃度を99.5モル%となるように分離した。 In the third distillation column 25, propylene and propane are mainly separated. The number of stages in the third distillation column 25 was 150. The pressure at the top of the distillation column was 1618 kPa. The feed stage for the mixture was the 89th stage, which is the stage at which the load on the reboiler 27 of the third distillation column 25 is the smallest. The distillate flow rate of the third distillation column 25 was set to 1082 kmol/h, and propylene was separated so that the concentration of propylene contained in the distillate was 99.5 mol%.

実施例1の膜分離と蒸留のハイブリッドプロセスと比較例1の蒸留プロセスの投入エネルギーを比較した結果を図5に示す。投入エネルギーは、リボイラ、熱交換器、圧縮機の値を比較した。ここで、圧縮機の投入エネルギーは、所要動力と1次エネルギーへの変換係数(9.76×10-3GJ/h/kW)から算出した値である。 The results of comparing the input energy of the hybrid process of membrane separation and distillation in Example 1 and the distillation process in Comparative Example 1 are shown in Figure 5. The input energy values of the reboiler, heat exchanger, and compressor were compared. Here, the input energy of the compressor was calculated from the required power and the conversion coefficient to primary energy (9.76 x 10-3 GJ/h/kW).

実施例1の膜分離と蒸留のハイブリッドプロセスと蒸留プロセスの投入エネルギーを比較すると、膜分離を導入することでリボイラ3と17の投入エネルギーが削減されるが、リボイラ7の投入エネルギーは増加した。実施例1の膜分離と蒸留のハイブリッドプロセスにおいては、圧縮機と熱交換器の投入エネルギーが必要となるが、プロセス全体の投入エネルギーは、実施例1の膜分離と蒸留のハイブリッドプロセスの方が蒸留プロセスよりも約57.9%削減された。 Comparing the energy input of the hybrid process of membrane separation and distillation in Example 1 with the distillation process, the introduction of membrane separation reduced the energy input of reboilers 3 and 17, but increased the energy input of reboiler 7. In the hybrid process of membrane separation and distillation in Example 1, energy input is required for the compressor and heat exchanger, but the energy input for the entire process is reduced by approximately 57.9% in the hybrid process of membrane separation and distillation in Example 1 compared to the distillation process.

実施例1の膜分離と蒸留のハイブリッドプロセスと、膜分離装置を1台だけ導入した膜分離と蒸留のハイブリッドプロセス(比較例2、3及び4)の投入エネルギーをプロセスシミュレータにより解析した。 The input energy of the hybrid process of membrane separation and distillation in Example 1 and the hybrid process of membrane separation and distillation in which only one membrane separation device was installed (Comparative Examples 2, 3, and 4) was analyzed using a process simulator.

(比較例2)
図6に、3塔目の蒸留塔39の直前に膜分離装置36を導入した膜分離と蒸留のハイブリッドプロセスの概略を示す。1塔目の蒸留塔28では、主に、エチレン・プロピレンとプロピレン・プロパン・ブテン・ブタンを分離する。1塔目の蒸留塔28の段数は50段とした。蒸留塔の塔頂圧力は、3873kPaとした。混合物の供給段は、1塔目の蒸留塔28のリボイラ30の熱量が最小となる21段目とした。1塔目の蒸留塔28の缶出液流量を1313kmol/hと設定し、この缶出液に含まれるプロピレン流量を1089kmol/hと設定した。
(Comparative Example 2)
FIG. 6 shows an outline of a hybrid process of membrane separation and distillation in which a membrane separation device 36 is introduced immediately before the third distillation column 39. In the first distillation column 28, ethylene and propylene and propylene, propane, butene and butane are mainly separated. The number of stages in the first distillation column 28 was 50. The top pressure of the distillation column was 3873 kPa. The feed stage for the mixture was the 21st stage, which is the minimum heat amount of the reboiler 30 of the first distillation column 28. The bottoms flow rate of the first distillation column 28 was set to 1313 kmol/h, and the propylene flow rate contained in the bottoms was set to 1089 kmol/h.

2塔目の蒸留塔32では、主に、プロピレン・プロパンとブテン・ブタンを分離する。2塔目の蒸留塔32の段数は50段とした。蒸留塔の塔頂圧力は、1667kPaとした。混合物の供給段は2塔目の蒸留塔32のリボイラ34の熱量が最小となる19段目とした。2塔目の蒸留塔32の留出蒸気の流量を1164kmol/hと設定し、この留出蒸気に含まれるプロピレン流量を1082kmol/hと設定した。 In the second distillation column 32, propylene/propane and butene/butane are mainly separated. The number of stages in the second distillation column 32 was 50. The pressure at the top of the distillation column was 1667 kPa. The feed stage for the mixture was the 19th stage, where the heat quantity of the reboiler 34 of the second distillation column 32 was the smallest. The flow rate of the distillate steam from the second distillation column 32 was set to 1164 kmol/h, and the flow rate of propylene contained in this distillate steam was set to 1082 kmol/h.

2塔目の留出蒸気を熱交換器35で加熱し、膜分離装置36に供給し、主にプロピレンとプロパンを分離。膜分離装置の面積は、3塔目の蒸留塔39のリボイラ40の負荷が最小となる1991mとした。膜分離の透過側の圧力は200kPaとした。 The distillate vapor from the second column is heated by a heat exchanger 35 and supplied to a membrane separation device 36, where propylene and propane are mainly separated. The area of the membrane separation device was set to 1991 m2 , which is the minimum load on the reboiler 40 of the third distillation column 39. The pressure on the permeation side of the membrane separation was set to 200 kPa.

膜分離の透過流れは圧縮機37により1700kPaまで昇圧して3塔目の蒸留塔39に供給する。膜分離の未透過流れも3塔目の蒸留塔39に供給する。3塔目の蒸留塔39では、主に、プロピレンとプロパンを分離する。3塔目の蒸留塔39の段数は150段とした。蒸留塔の塔頂圧力は、1618kPaとした。膜分離装置35の透過流れと未透過流れの供給段は、それぞれ、3塔目の蒸留塔39のリボイラ41の負荷が最小となる8と116段目とした。3塔目の蒸留塔39の缶出液の流量を1082kmol/hとし、この缶出液に含まれるプロピレンの濃度を99.5モル%となるように分離した。 The permeate stream from the membrane separation is pressurized to 1700 kPa by a compressor 37 and supplied to the third distillation tower 39. The retentate stream from the membrane separation is also supplied to the third distillation tower 39. In the third distillation tower 39, propylene and propane are mainly separated. The number of stages in the third distillation tower 39 was 150. The top pressure of the distillation tower was 1618 kPa. The feed stages for the permeate stream and the retentate stream of the membrane separation device 35 were the 8th and 116th stages, respectively, at which the load on the reboiler 41 of the third distillation tower 39 was minimized. The flow rate of the bottoms from the third distillation tower 39 was set to 1082 kmol/h, and the concentration of propylene contained in the bottoms was separated to 99.5 mol%.

(比較例3)
図7に、2塔目の蒸留塔50の直前に膜分離装置47を導入した膜分離と蒸留のハイブリッドプロセスの概略を示す。1塔目の蒸留塔42では、主に、エチレン・プロピレンとプロピレン・プロパン・ブテン・ブタンを分離する。1塔目の蒸留塔42の段数は50段とした。蒸留塔の塔頂圧力は、3873kPaとした。混合物の供給段は、1塔目の蒸留塔42のリボイラ43の負荷が最小となる21段目とした。1塔目の蒸留塔42の缶出液
流量を1313kmol/hと設定し、この缶出液に含まれるプロピレン流量を1089kmol/hと設定した。
(Comparative Example 3)
FIG. 7 shows an outline of a hybrid process of membrane separation and distillation in which a membrane separation device 47 is introduced immediately before the second distillation column 50. In the first distillation column 42, ethylene and propylene and propylene, propane, butene and butane are mainly separated. The number of stages of the first distillation column 42 was 50. The top pressure of the distillation column was 3873 kPa. The feed stage of the mixture was the 21st stage, which is the minimum load on the reboiler 43 of the first distillation column 42. The bottoms flow rate of the first distillation column 42 was set to 1313 kmol/h, and the propylene flow rate contained in the bottoms was set to 1089 kmol/h.

1塔目の蒸留塔42の缶出液を熱交換器46により加熱し蒸発させ膜分離装置47に供給し、オレフィンとパラフィンを分離する。膜分離装置47の膜面積は、2塔目の蒸留塔50のリボイラ負荷が最小となる2705mとした。膜分離の透過側の圧力は200kPaとした。 The bottoms of the first distillation column 42 are heated and evaporated by a heat exchanger 46 and supplied to a membrane separation device 47 to separate olefins and paraffins. The membrane area of the membrane separation device 47 was set to 2705 m2 , which minimizes the reboiler load of the second distillation column 50. The pressure on the permeation side of the membrane separation was set to 200 kPa.

膜分離の透過流れは圧縮機48により1700kPaまで昇圧して蒸留塔に供給し、膜分離の未透過流れも蒸留塔に供給する。2塔目の蒸留塔50では、主に、プロピレン・プロパンとブテン・ブタンを分離する。2塔目の蒸留塔50の段数は50段とした。蒸留塔の塔頂圧力は、1667kPaとした。膜分離装置47の透過流れと未透過流れの供給段は、それぞれ、2塔目の蒸留塔50のリボイラ52の負荷が最小となる15と29段目とした。2塔目の蒸留塔50の留出液流量を1164kmol/hと設定し、この留出液に含まれるプロピレン流量を1082kmol/hと設定した。 The permeate stream from the membrane separation is pressurized to 1700 kPa by the compressor 48 and fed to the distillation tower, and the retentate stream from the membrane separation is also fed to the distillation tower. In the second distillation tower 50, propylene/propane and butene/butane are mainly separated. The number of stages in the second distillation tower 50 was 50. The top pressure of the distillation tower was 1667 kPa. The feed stages for the permeate stream and the retentate stream of the membrane separation device 47 were the 15th and 29th stages, respectively, at which the load on the reboiler 52 of the second distillation tower 50 was minimized. The distillate flow rate of the second distillation tower 50 was set to 1164 kmol/h, and the flow rate of propylene contained in this distillate was set to 1082 kmol/h.

3塔目の蒸留塔53では、主に、プロピレンとプロパンを分離する。3塔目の蒸留塔53の段数は150段とした。蒸留塔の塔頂圧力は、1618kPaとした。混合物の供給段は、3塔目の蒸留塔53のリボイラ55の負荷が最小となる87段目とした。3塔目の蒸留塔53の留出液流量を1082kmol/hとし、この缶出液に含まれるプロピレンの濃度を99.5モル%となるように分離した。 In the third distillation column 53, mainly propylene and propane are separated. The number of stages in the third distillation column 53 was 150. The pressure at the top of the distillation column was 1618 kPa. The feed stage for the mixture was the 87th stage, which was the minimum load on the reboiler 55 of the third distillation column 53. The distillate flow rate of the third distillation column 53 was 1082 kmol/h, and the concentration of propylene contained in the bottoms was separated to be 99.5 mol%.

(比較例4)
図8に、1塔目の蒸留塔60の直前に膜分離装置57を導入した膜分離と蒸留のハイブリッドプロセスの概略を示す。混合物を熱交換器56により蒸発させ膜分離装置57に供給し、オレフィンとパラフィンを分離する。膜分離装置57の膜面積は、1塔目の蒸留塔60のリボイラ62の負荷が最小となる4123mとした。膜分離の透過側の圧力は200 kPaとした。
(Comparative Example 4)
8 shows an outline of a hybrid process of membrane separation and distillation in which a membrane separation device 57 is introduced immediately before the first distillation column 60. The mixture is evaporated by a heat exchanger 56 and supplied to the membrane separation device 57 to separate olefins and paraffins. The membrane area of the membrane separation device 57 was set to 4123 m2 , which minimizes the load on the reboiler 62 of the first distillation column 60. The pressure on the permeation side of the membrane separation was set to 200 kPa.

膜分離の透過流れは圧縮機58により3900kPaまで昇圧して1塔目の蒸留塔59に供給し、膜分離の未透過流れも1塔目の蒸留塔60に供給する。1塔目の蒸留塔60では、主に、エチレン・プロピレンとプロピレン・プロパン・ブテン・ブタンを分離する。1塔目の蒸留塔60の段数は50段とした。蒸留塔の塔頂圧力は、3873kPaとした。膜分離装置57の透過流れと未透過流れは、それぞれ、1塔目の蒸留塔60のリボイラ62の負荷が最小となる10と28段目とした。1塔目の蒸留塔60の缶出液流量を1313kmol/hと設定し、この缶出液に含まれるプロピレン流量を1089kmol/hと設定した。 The permeate stream from the membrane separation is pressurized to 3900 kPa by a compressor 58 and supplied to the first distillation tower 59, and the retentate stream from the membrane separation is also supplied to the first distillation tower 60. The first distillation tower 60 mainly separates ethylene and propylene and propylene, propane, butene, and butane. The number of stages in the first distillation tower 60 is 50. The top pressure of the distillation tower is 3873 kPa. The permeate stream and the retentate stream from the membrane separation device 57 are respectively set to the 10th and 28th stages where the load on the reboiler 62 of the first distillation tower 60 is the minimum. The bottoms flow rate of the first distillation tower 60 is set to 1313 kmol/h, and the propylene flow rate contained in this bottoms is set to 1089 kmol/h.

2塔目の蒸留塔64では、主に、プロピレン・プロパンとブテン・ブタンを分離する。2塔目の蒸留塔64の段数は50段とした。蒸留塔の塔頂圧力は、1667kPaとした。混合物の供給段は、2塔目の蒸留塔64のリボイラ66の負荷が最小となる19段目とした。2塔目の蒸留塔64の留出液流量を1164kmol/hと設定し、この留出液に含まれるプロピレン流量を1082kmol/hと設定した。 In the second distillation column 64, propylene/propane and butene/butane are mainly separated. The number of stages in the second distillation column 64 was 50. The distillation column top pressure was 1667 kPa. The feed stage for the mixture was the 19th stage, which is the minimum load on the reboiler 66 of the second distillation column 64. The distillate flow rate of the second distillation column 64 was set to 1164 kmol/h, and the flow rate of propylene contained in this distillate was set to 1082 kmol/h.

3塔目の蒸留塔67では、主に、プロピレンとプロパンを分離する。3塔目の蒸留塔67の段数は150段とした。蒸留塔の塔頂圧力は、1618kPaとした。混合物の供給段は、3塔目の蒸留塔67のリボイラ69の負荷が最小となる89段目とした。3塔目の蒸留塔67の留出液流量を1082kmol/hとし、この缶出液に含まれるプロピレンの濃度を99.5モル%となるように分離した。 In the third distillation column 67, mainly propylene and propane are separated. The number of stages in the third distillation column 67 was 150. The pressure at the top of the distillation column was 1618 kPa. The feed stage for the mixture was the 89th stage, which was the minimum load on the reboiler 69 of the third distillation column 67. The distillate flow rate of the third distillation column 67 was 1082 kmol/h, and the concentration of propylene contained in the bottoms was separated to be 99.5 mol%.

図1に示した膜分離と蒸留のハイブリッドプロセス(実施例)と図6、7、8に示した膜分離と蒸留のハイブリッドプロセス(比較例2,3,4)の投入エネルギーを比較した結果を図9に示す。投入エネルギーは、リボイラ、熱交換器、圧縮機の値を比較した。ここで、圧縮機の投入エネルギーは、所要動力と1次エネルギーへの変換係数(9.76×10-3GJ/h/kW)から算出した値である。 The results of comparing the input energy of the hybrid process of membrane separation and distillation shown in Figure 1 (Example) and the hybrid processes of membrane separation and distillation shown in Figures 6, 7, and 8 (Comparative Examples 2, 3, and 4) are shown in Figure 9. The input energy values of the reboiler, heat exchanger, and compressor were compared. Here, the input energy of the compressor is a value calculated from the required power and the conversion coefficient to primary energy (9.76 x 10-3 GJ/h/kW).

実施例1の膜分離と蒸留のハイブリッドプロセスの投入エネルギーは、比較例2、3、4の膜分離と蒸留のハイブリッドプロセスの投入エネルギーよりも、それぞれ、約36、60、65%少なくなった。実施例1のとおりプロピレンの回収方法とプロパンの分離方法を変えることにより、2塔目の蒸留塔5のリボイラ7の負荷は増加量よりも、1塔目の蒸留塔1のリボイラ3と3塔目の蒸留塔15のリボイラ17の負荷の削減量の方が大きくなり、圧縮機11、13や熱交換器8の負荷を考慮しても、プロセス全体で投入エネルギーを削減できることを明らかにした。 The input energy of the hybrid process of membrane separation and distillation in Example 1 was approximately 36, 60, and 65% less than the input energy of the hybrid process of membrane separation and distillation in Comparative Examples 2, 3, and 4, respectively. By changing the propylene recovery method and the propane separation method as in Example 1, the reduction in the load of the reboiler 3 of the first distillation column 1 and the reboiler 17 of the third distillation column 15 was greater than the increase in the load of the reboiler 7 of the second distillation column 5, demonstrating that the input energy can be reduced throughout the entire process, even when the loads of the compressors 11 and 13 and the heat exchanger 8 are taken into account.

(比較例5)
実施例1と同様のプロセスを想定し、1塔目の蒸留塔1でエタン及びエタンよりも沸点の低い成分を全て留出液Cから回収するとして、プロセス全体のエネルギー消費量を算出した。本比較例においては、膜分離装置9に導入されるのはプロピレンとプロパンのみとなる。そのため、製品規格のプロピレンを膜分離装置9の透過流れOから回収することとなり、3塔目の蒸留塔15は不要となる。
(Comparative Example 5)
The energy consumption of the entire process was calculated assuming a process similar to that of Example 1, with the first distillation column 1 recovering all ethane and components with boiling points lower than that of ethane from the distillate C. In this comparative example, only propylene and propane are introduced into the membrane separation device 9. Therefore, product-grade propylene is recovered from the permeate flow O of the membrane separation device 9, making the third distillation column 15 unnecessary.

比較例5のプロセス全体のエネルギー消費量は、168.8GJ/hとなり、実施例1のエネルギー消費量148.9GJ/hよりも大きくなった。すなわち、第1の蒸留塔1でエタンを全量回収せず、膜分離装置9の後段の蒸留塔15により、塔頂からエタンを分離し、塔底からプロピレンを回収することで、プロセス全体のエネルギー消費量を削減できることが示された。 The energy consumption of the entire process in Comparative Example 5 was 168.8 GJ/h, which was greater than the energy consumption of 148.9 GJ/h in Example 1. In other words, it was shown that the energy consumption of the entire process can be reduced by not recovering all of the ethane in the first distillation column 1, but by separating ethane from the top of the column using the distillation column 15 downstream of the membrane separation device 9 and recovering propylene from the bottom of the column.

(実施例2)
実施例1の膜分離と蒸留のハイブリッドプロセスにおいて、比較例1に対して省エネルギー化が達成可能な膜の分離性能を解析した。具体的には、プロピレンの透過率は固定して、パラフィンの透過率を変更することで、プロピレンとパラフィンの分離係数を変化させ、それ以外の条件は実施例1と同様にしてプロセスシミュレーションを実施した。
Example 2
In the hybrid process of membrane separation and distillation in Example 1, the separation performance of the membrane capable of achieving energy saving compared to Comparative Example 1 was analyzed. Specifically, the propylene permeability was fixed and the paraffin permeability was changed to change the separation factor between propylene and paraffin, and the other conditions were the same as in Example 1, and a process simulation was performed.

図10に、膜の分離係数を変えた時のプロセス全体のエネルギー消費量を示す。本実施例において、プロピレンとパラフィンの分離係数が8よりも大きければ、比較例1よりも消費エネルギーが小さくなり、効率的な分離が可能であることが示された。
なお、これは本実施例のフィード条件の場合であって、フィード条件が変わった場合、プロセス全体の最適な運転条件を選択することにより分離係数8未満でも効果が得られる。具体的には、フィード組成を変えたり、分離膜の非透過側・透過側の圧力を変えたりすることにより、分離係数が小さい場合でも消費エネルギーを低下させることが可能である。
10 shows the energy consumption of the entire process when the separation factor of the membrane is changed. In this example, if the separation factor of propylene and paraffin is greater than 8, the energy consumption is smaller than that of Comparative Example 1, and it was shown that efficient separation is possible.
This applies to the feed conditions in this example, and if the feed conditions are changed, the effect can be obtained even with a separation factor of less than 8 by selecting the optimal operating conditions for the entire process. Specifically, by changing the feed composition or the pressure on the non-permeate and permeate sides of the separation membrane, it is possible to reduce energy consumption even when the separation factor is small.

本発明は、例えば、プロピレンとプロパン等の同炭素数のアルケンとアルカンとを含む混合物からそれらの少なくとも一方を高濃度に分離、濃縮するための手段として有利に利用することができ、産業上の利用可能性は極めて高い。
本発明は、既設の蒸留塔に膜分離装置を導入する手段としても利用可能であり、また、新設の膜分離と蒸留を組み合わせた装置を設計する手段としても利用可能であり、産業上の利用可能性は極めて高い。
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be advantageously used as a means for separating and concentrating at least one of an alkene and an alkane having the same carbon number, such as propylene and propane, from a mixture containing the alkene and the alkane, and has extremely high industrial applicability.
The present invention can be used as a means for introducing a membrane separation device into an existing distillation column, and can also be used as a means for designing a new device that combines membrane separation and distillation, and has extremely high industrial applicability.

1、5、15 蒸留塔
9、10 膜分離装置
2、6、16 コンデンサ
3、7、17 リボイラ
4 バルブ
11、13 圧縮機
8、12、14 熱交換器
18、22、25 蒸留塔
19、20、26 コンデンサ
20、24、27 リボイラ
21 バルブ
28、32、39 蒸留塔
36 膜分離装置
29、33、40 コンデンサ
30、34、41 リボイラ
31 バルブ
37 圧縮機
35、38 熱交換器
42、50、53 蒸留塔
47 膜分離装置
43、51、54 コンデンサ
44、52、55 リボイラ
45 バルブ
48 圧縮機
46、49 熱交換器
60、64、67 蒸留塔
57 膜分離装置
61、65、68 コンデンサ
62、66、69 リボイラ
63 バルブ
58 圧縮機
56、59 熱交換器
1, 5, 15 Distillation column 9, 10 Membrane separation device 2, 6, 16 Condenser 3, 7, 17 Reboiler 4 Valve 11, 13 Compressor 8, 12, 14 Heat exchanger 18, 22, 25 Distillation column 19, 20, 26 Condenser 20, 24, 27 Reboiler 21 Valve 28, 32, 39 Distillation column 36 Membrane separation device 29, 33, 40 Condenser 30, 34, 41 Reboiler 31 Valve 37 Compressor 35, 38 Heat exchanger 42, 50, 53 Distillation column 47 Membrane separation device 43, 51, 54 Condenser 44, 52, 55 Reboiler 45 Valve 48 Compressor 46, 49 Heat exchanger 60, 64, 67 Distillation column 57 Membrane separation device 61, 65, 68 Condenser 62, 66, 69 Reboiler 63 Valve 58 Compressor 56, 59 Heat exchanger

Claims (6)

膜分離装置と蒸留塔とを組み合わせ、炭素数がで且つ同炭素数のアルケンとアルカンとを含む原料混合物から該アルケン及び/又は該アルカンを濃縮する方法であって、
前記原料混合物を膜分離装置に供給しアルケンを膜透過させて、該アルケンと同炭素数のアルカンを分離し濃縮するアルケン濃縮ステップ、及び
前記濃縮ステップの膜透過混合物を蒸留塔に供給し、塔頂から軽沸分を留出させ、塔底からアルケンを回収するアルケン回収ステップ、
を含む濃縮方法。
A method for concentrating an alkene and/or an alkane from a raw material mixture having a carbon number of 3 and containing an alkene and an alkane having the same carbon number, comprising the steps of:
an alkene concentration step in which the raw material mixture is supplied to a membrane separation device, the alkene is permeated through a membrane, and an alkane having the same carbon number as the alkene is separated and concentrated; and an alkene recovery step in which the membrane-permeated mixture from the concentration step is supplied to a distillation column, a light boiling fraction is distilled from the top of the column, and an alkene is recovered from the bottom of the column.
The method for concentrating comprising the steps of:
前記膜分離装置は2段の膜分離装置であり、
前記アルケン濃縮ステップは、前記原料混合物を1段目の膜分離装置に供給して膜透過混合物を蒸留塔に供給するとともに、その膜未透過混合物を2段目の膜分離装置に供給してその膜透過混合物を前記1段目の膜分離装置の供給路に循環供給する、請求項1に記載の濃縮方法。
The membrane separation device is a two-stage membrane separation device,
2. The method according to claim 1, wherein the alkene concentration step comprises supplying the raw material mixture to a first-stage membrane separation apparatus, supplying the membrane-permeated mixture to a distillation column, and supplying the membrane-retardant mixture to a second-stage membrane separation apparatus, and circulating the membrane-permeated mixture to the supply path of the first-stage membrane separation apparatus.
前記膜分離装置の理想分離係数が5以上である請求項1又は2に記載の濃縮方法。 The concentration method according to claim 1 or 2, wherein the ideal separation factor of the membrane separation device is 5 or more. アルケンを膜透過させて、該アルケンと同炭素数のアルカンを分離し濃縮する膜分離装置と、蒸留により軽沸分を留出させる蒸留塔と、
前記膜分離装置に接続され、炭素数がでかつ同炭素数のアルケンとアルカンとを含む原料混合物を供給する原料供給路と、
前記膜分離装置に接続され、その膜未透過アルカンを回収するアルカン回収路と、
前記膜分離装置及び前記蒸留塔に接続され、その膜透過混合物を前記蒸留塔に供給する膜透過混合物供給路と、
前記蒸留塔に接続され、蒸留塔の塔頂からの留出物を回収する軽沸分回収路と、
前記蒸留塔に接続され、蒸留塔の塔底からのアルケンを回収するアルケン回収路と、
を具備する濃縮装置。
a membrane separation apparatus for separating and concentrating an alkane having the same carbon number as the alkene by passing the alkene through a membrane; and a distillation column for distilling out a light boiling fraction by distillation;
a raw material supply line connected to the membrane separation device and supplying a raw material mixture having a carbon number of 3 and containing an alkene and an alkane having the same carbon number;
an alkane recovery line connected to the membrane separation device for recovering alkane that has not permeated through the membrane;
A membrane permeation mixture supply line connected to the membrane separation device and the distillation column and supplying the membrane permeation mixture to the distillation column;
A light fraction recovery line connected to the distillation column for recovering a distillate from the top of the distillation column;
an alkene recovery line connected to the distillation column for recovering alkene from the bottom of the distillation column;
A concentrating apparatus comprising:
アルケンを膜透過させて、該アルケンと同炭素数のアルカンを分離し濃縮する1段目の膜分離装置及び2段目の膜分離装置と、
蒸留により軽沸分を留出させる蒸留塔と、
前記1段目の膜分離装置に接続され、炭素数がでかつ同炭素数のアルケンとアルカンとを含む原料混合物を供給する原料供給路と、
前記1段目の膜分離装置及び前記2段目の膜分離装置に接続され、前記1段目の膜分離装置の膜未透過混合物を前記2段目の膜分離装置に供給する膜未透過混合物供給路と、
前記1段目の膜分離装置及び前記2段目の膜分離装置に接続され、前記2段目の膜分離装置の膜透過混合物を前記1段目の膜分離装置に循環供給する膜透過混合物循環供給路と、
前記2段目の膜分離装置に接続され、その膜未透過アルカンを回収するアルカン回収路と、
前記1段目の膜分離装置及び蒸留塔に接続され、その膜透過混合物を前記蒸留塔に供給する膜透過混合物供給路と、
前記蒸留塔に接続され、蒸留塔の塔頂からの留出物を回収する軽沸分回収路と、
前記蒸留塔に接続され、蒸留塔の塔底からのアルケンを回収するアルケン回収路と、
を具備する濃縮装置。
a first-stage membrane separation device and a second-stage membrane separation device which allow an alkene to permeate through a membrane and separate and concentrate an alkane having the same carbon number as the alkene;
a distillation column for distilling out light boiling fractions by distillation;
a raw material supply line connected to the first-stage membrane separation device for supplying a raw material mixture having a carbon number of 3 and including an alkene and an alkane having the same carbon number;
a membrane retentate mixture supply passage connected to the first-stage membrane separation device and the second-stage membrane separation device, for supplying the membrane retentate mixture of the first-stage membrane separation device to the second-stage membrane separation device;
A membrane permeation mixture circulation supply line connected to the first-stage membrane separation device and the second-stage membrane separation device, which circulates and supplies the membrane permeation mixture of the second-stage membrane separation device to the first-stage membrane separation device;
an alkane recovery line connected to the second-stage membrane separation device for recovering alkane that has not permeated through the membrane;
A membrane permeation mixture supply line connected to the first stage membrane separation device and the distillation column and supplying the membrane permeation mixture to the distillation column;
A light fraction recovery line connected to the distillation column for recovering a distillate from the top of the distillation column;
an alkene recovery line connected to the distillation column for recovering alkene from the bottom of the distillation column;
A concentrating apparatus comprising:
前記膜分離装置は、理想分離係数が5以上である請求項4又は5に記載の濃縮装置。 The concentrator according to claim 4 or 5, wherein the membrane separation device has an ideal separation factor of 5 or more.
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