JP6140591B2 - 蒸留装置 - Google Patents

Description

本発明は複数の蒸留塔を含む蒸留装置に関し、例えば、原料を蒸留によって３つ以上の留分に分離するために好適な、複数の蒸留塔を含む蒸留装置に関する。

多成分からなる原料を蒸留によって３つ以上の留分に分離するプロセスにおいては、通常２つ以上の蒸留塔が用いられる。

例えば、スチームクラッカーで得られるＣ４留分から、リニアポリエチレン（Ｌ−ＬＤＰＥ）の原料として有用な１−ブテンを分離するプロセス（「１−ブテンプロセス」と呼ばれる）がある。このプロセスでは、Ｃ４留分から、１−ブテンより軽い成分と、１−ブテンより重い成分とを分離して、製品１−ブテンを得る。なお、本明細書において、炭素数を表すために「Ｃ」を使用し、例えば「Ｃ４」は炭素数が４であることを意味する。

そのために、従来から、２つの従来型蒸留塔を用いて、Ｃ４留分を第一の蒸留塔に供給し、第一の蒸留塔の塔頂留分（１−ブテンを含む）を第二の蒸留塔に供給し、第二の蒸留塔の塔底から製品１−ブテンを得るプロセスが知られている（非特許文献１参照）。

一方、省エネルギー化の観点から改良された蒸留塔として、蒸気再圧縮塔（Ｖａｐｏｒ Ｒｅ−Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ：ＶＲＣ）がある。ＶＲＣにおいては、塔頂蒸気をコンプレッサーで圧縮してその温度を上昇させ、この流体をＶＲＣのリボイラーの熱源として利用する。その後、この流体を減圧してその温度を下げ、ＶＲＣの塔頂に還流として戻す。ＶＲＣでは、いわば、ヒートポンプシステムを利用して、１つの塔の塔頂の熱を、その塔の塔底に供給することができる。したがって、リボイラーへの入熱量を削減することができ、蒸留塔におけるエネルギー消費量を削減することができる。

非特許文献１には、２つの蒸留塔を用いてＣ４留分から１−ブテンを得るプロセスにおいて、２つの蒸留塔のそれぞれにＶＲＣを適用することが開示される。

非特許文献１には、また、２つの蒸留塔を用いてＣ４留分から１−ブテンを得るプロセスに関して、次のようなプロセスも開示される。このプロセスでは、第一の蒸留塔にＶＲＣを適用し、第二の蒸留塔には従来型の蒸留塔を用いる。Ｃ４留分を第一の蒸留塔に供給する。この塔では、１−ブテンおよび軽質留分が塔頂から排出され、その流体がコンプレッサーによって昇圧および加熱される。昇圧された流体を２つに分岐して、第一の蒸留塔のリボイラーと第二の蒸留塔のリボイラーに供給し、各リボイラーの熱源として利用する。リボイラー熱源として利用された２つの流体を合流させ、冷却及び減圧する。その後この流体は、第二の蒸留塔のコンデンサーに供給され、第二の蒸留塔の塔頂蒸気を冷却するために利用される。その後、この流体の一部は第一の蒸留塔に還流され、残りの部分は第二の蒸留塔に原料として供給される。

特許文献１にも、２つの蒸留塔を用いてＣ４留分から１−ブテンを得るプロセスが開示される。この文献でも、一方の蒸留塔にＶＲＣが適用される。

なお、省エネルギー化の観点から改良された蒸留塔として、ＶＲＣの他に、内部熱交換型蒸留塔（Ｈｅａｔ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ Ｃｏｌｕｍｎ：ＨＩＤｉＣ）も知られている（特許文献２〜４参照）。ＨＩＤｉＣにおいては、蒸留塔の濃縮部（原料供給位置より上の部分）から回収部（原料供給位置より下の部分）へ熱交換によって熱を移動させることによって、リボイラーにおける入熱量および塔頂コンデンサーにおける除熱量を削減し、もって熱効率を高めている。

ＵＳ４７１８９８６Ａ 特開平８−６６６０１号公報 特開２００４−１６９２８号公報 国際公開第２０１１／０４３１９９号パンフレット

Sulzer Chemtech社のパンフレット,「Sulzer Chemtech Distillation and Heat-Pump Technology, Production of 1-Butene from Tail Gas of a MTBE Plant」

従来型蒸留塔を２つ用いるプロセス（第一のプロセス）では、各蒸留塔において大きなリボイラー負荷が必要となり、大量のエネルギーが消費される。これは、特に各蒸留塔における軽質留分と重質留分の相対揮発度が小さい場合に、顕著である。

非特許文献１に記載されるような、２つの蒸留塔のそれぞれにＶＲＣを適用するプロセス（第二のプロセス）では、第一のプロセスと比較して、消費エネルギーの大幅な削減が見込める。しかし、コンプレッサーが二台必要であるため、装置コストが大幅に高くなってしまうおそれがある。

非特許文献１に記載されるような、２つの蒸留塔の一方のみにＶＲＣを使用するプロセス（第三のプロセス）では、コンプレッサーを一台だけ使用するため、装置コストの上昇は抑えることができるが、第二のプロセスほどの消費エネルギー削減が期待できない。

このように、複数の蒸留塔を有する蒸留装置においては、コスト上昇を抑えつつ省エネルギー化を図るという点で、未だ改善の余地があった。

本発明の目的は、複数の蒸留塔を有する蒸留装置において、コスト上昇を抑えつつ総消費エネルギーを低減することである。

本発明の一態様により、
第一の蒸留塔と、一以上の第二の蒸留塔とを備える蒸留装置であって、
第一の蒸留塔が、
濃縮部の全部もしくは一部を含み相対的に高圧で気液接触を行う高圧部と、
回収部の全部もしくは一部を含み相対的に低圧で気液接触を行う低圧部と、
低圧部の塔頂部から排出される蒸気を高圧部の塔底部に導く、昇圧手段を備える蒸気用ラインと、
高圧部の塔底部から排出される液を低圧部の塔頂部に導く液用ラインと、
を含み、
前記蒸留装置が、
第一の蒸留塔の濃縮部から、一以上の第二の蒸留塔のうちの少なくとも一つの蒸留塔に、熱交換によって熱を移動させるよう構成された第一の熱交換構造と、
一以上の第二の蒸留塔のうちの少なくとも一つの蒸留塔から、第一の蒸留塔の回収部に、熱交換によって熱を移動させるよう構成された第二の熱交換構造と
を含む
蒸留装置が提供される。

上記蒸留装置において、第一の熱交換構造を介して第一の蒸留塔の濃縮部から熱を受け取る蒸留塔と、第二の熱交換構造を介して第一の蒸留塔の回収部に熱を与える蒸留塔とが、同一の蒸留塔であることができる。

上記蒸留装置が、
第一の蒸留塔の高圧部の塔頂部または第一の蒸留塔の低圧部の塔底部を、一以上の第二の蒸留塔のうちの一つの蒸留塔の原料供給口に接続するラインを含むことができる。

この蒸留装置が、
第一の蒸留塔を一つと第二の蒸留塔を一つ備え、第一の蒸留塔の高圧部の塔頂部を第二の蒸留塔の原料供給口に接続するラインを含み、
第一の蒸留塔に、１−ブテンと、１−ブテンより軽質な成分と、１−ブテンより重質な成分とを含む原料が供給され、かつ、
第一の蒸留塔の低圧部の塔底部から、１−ブテンより重質な成分が富化された留分が排出され、かつ、
第一の蒸留塔の高圧部の塔頂部から、１−ブテンと１−ブテンより軽質な成分とが富化された留分が排出され、この留分が第二の蒸留塔に供給され、かつ、
第二の蒸留塔の塔底部から、１−ブテンが富化された留分が排出され、かつ、
第二の蒸留塔の塔頂部から、１−ブテンより軽質な成分がさらに富化された留分が排出される
よう構成されることができる。

本発明によれば、複数の蒸留塔を有する蒸留装置において、コスト上昇を抑えつつ総消費エネルギーを低減することができる。

本発明の蒸留装置の一例を示す概略図である。 本発明の蒸留装置の別の例を示す概略図である。 熱交換構造の詳細例を説明するための図である。 熱交換構造の詳細例を説明するための図である。 熱交換構造の別の詳細例を説明するための図である。 実施例１のプロセスフロー図である。 比較例１のプロセスフロー図である。 比較例２のプロセスフロー図である。 比較例３のプロセスフロー図である。

以下図面を参照しつつ本発明の形態について説明するが、本発明はこれによって限定されるものではない。

本発明の蒸留装置は、第一の蒸留塔と第二の蒸留塔を含む。第一および第二の蒸留塔はいずれも連続式蒸留を行う。

〔第一の蒸留塔〕
第一の蒸留塔は、
濃縮部の全部もしくは一部を含み相対的に高圧で気液接触を行う高圧部；
回収部の全部もしくは一部を含み相対的に低圧で気液接触を行う低圧部；
低圧部の塔頂部から排出される蒸気を高圧部の塔底部に導く、昇圧手段を備える蒸気用ライン；および、
高圧部の塔底部から排出される液を低圧部の塔頂部に導く液用ライン
を含む。

・高圧部および低圧部
蒸留操作における「濃縮部」および「回収部」は、蒸留装置、特には連続蒸留装置に関して、古くから使用されている用語である。濃縮部は、単一の塔で構成される従来型の蒸留塔における原料供給位置よりも上の部分に相当する。回収部は、従来型の蒸留塔における原料供給位置よりも下の部分に相当する。つまり、濃縮部は、原料中の分離対象となる軽質留分の濃度を高くしていく部分であり、回収部は重質留分の濃度を高くしていく部分である。

本発明においては、濃縮部の運転温度を回収部の運転温度より高くするために、高圧部の運転圧力が低圧部の運転圧力より高く設定される。ここでいう「相対的に高圧もしくは低圧」は、低圧部と高圧部の圧力の比較に関する。

高圧部は基本的には濃縮部に相当し、低圧部は基本的には回収部に相当する。したがって、第一の蒸留塔の最も基本的な構成においては、高圧部が濃縮部を含むが回収部は含まず、低圧部が回収部を含むが濃縮部は含まない。つまり高圧部が濃縮部の全部を含み、低圧部が回収部の全部を含む。しかし、この限りではなく、低圧部が回収部の全部と濃縮部の一部を含み、高圧部が濃縮部の残りの部分を含むことができる。あるいは、高圧部が濃縮部の全部と回収部の一部を含み、低圧部が回収部の残りの部分を含むことができる。

換言すれば、第一の蒸留塔の基本構成は、従来型の蒸留塔を、原料供給位置を境に二つの領域（濃縮部の全部を含む高圧部、および、回収部の全部を含む低圧部）に区画したような構成である。しかし第一の蒸留塔の構成は、この構成に限定されるわけではない。従来型の蒸留塔の原料供給位置より上において二つの領域に区画したような構成、すなわち、濃縮部の中間位置を境に単一の塔を二つの領域（回収部の全部と濃縮部の一部とを含む低圧部、および、回収部を含まず濃縮部の残りの部分を含む高圧部）に区画したような構成が可能である。あるいは、従来型の蒸留塔を、回収部の中間位置を境に二つの領域（濃縮部の全部と回収部の一部を含む高圧部、および、濃縮部を含まず回収部の残りの部分を含む低圧部）に区画したような構成も可能である。

なお、当然ではあるが、高圧部および低圧部の一方が濃縮部と回収部との両者を含む場合、他方が濃縮部と回収部の両方を含むことはない。

高圧部および低圧部はそれぞれ典型的には一つの塔（容器）によって形成される。高圧部を形成する高圧塔と、低圧部を形成する低圧塔とが、互いに離れて設けられていてもよい。あるいは、高圧塔と低圧塔とが構造物として一体的に設けられていてもよく、例えば単一の容器の内部を隔壁（流体が通過不能な部材）によって区画することにより、二つの領域を形成し、一方の領域を高圧塔として利用し、他方の領域を低圧塔として利用することができる。

・蒸気用ライン
従来型の蒸留塔では、塔の下部（回収部）から上部（濃縮部）へと蒸気が上昇する。本発明で用いる第一の蒸留塔では基本的には回収部と濃縮部とが分離（区画）されているため、この蒸気の流れを実現するために、このラインを設ける。

このラインには低圧部（相対的に低圧）から高圧部（相対的に高圧）に蒸気を送るために、コンプレッサーなどの昇圧手段が設けられる。

・液用ライン
従来の蒸留塔では、塔の上部（濃縮部）から下部（回収部）へと液が下降する。本発明による第一の蒸留塔では基本的には回収部と濃縮部とが分離（区画）されているため、この液の流れを実現するために、このラインを設ける。この流れを「中間還流」と呼ぶことがあり、このラインを「中間還流ライン」と呼ぶことがある。

〔第二の蒸留塔〕
第二の蒸留塔は、従来型の蒸留塔であってよい。従来型の蒸留塔は、単一の容器を有し、濃縮部の全部および回収部の全部がその単一の容器内の連続する領域に存在する。そして、従来型の蒸留塔はコンプレッサーを持たない。

第二の蒸留塔が、改良型蒸留塔、例えばＶＲＣあるいはＨＩＤｉＣであってもよい。ただし、ＶＲＣやＨＩＤｉＣでは熱利用のためにコンプレッサーが用いられるため、コストが上昇する可能性がある。このようなコンプレッサーが不要である点で、従来型の蒸留塔が好ましい。

後に詳述するように、本発明によれば、第一の蒸留塔と第二の蒸留塔との間で熱の授受を行う。或る一つの第一の蒸留塔との間で熱の授受を行う第二の蒸留塔が、一つであってもよいし、二以上であってもよい。

〔熱交換構造〕
本発明の蒸留装置は、第一の熱交換構造および第二の熱交換構造を含む。第一の熱交換構造は、第一の蒸留塔の濃縮部から、一以上の第二の蒸留塔のうちの少なくとも一つの蒸留塔に、熱交換によって熱を移動させるよう構成される。第二の熱交換構造は、一以上の第二の蒸留塔のうちの少なくとも一つの蒸留塔から、第一の蒸留塔の回収部に、熱交換によって、熱を移動させるよう構成される。なお、本明細書において、特に断りのない限り、熱交換という用語は、より正確には間接熱交換を意味する。

これらの熱交換構造は、熱交換器および配管等を利用して、構成することができる。例えば、第一の熱交換構造および第二の熱交換構造のいずれも、第一および第二の蒸留塔のうちの一方の蒸留塔に設けられた熱交換器と、他方の蒸留塔から流体を抜き出してその熱交換器を経由して他方の蒸留塔に戻すラインと、を用いて構成することができる。

例えば、熱交換構造は、次のａ〜ｄに示される構成のうちの少なくとも一つを含むことができる。次のａおよびｂは、後に詳述する第一の熱交換構造Ｅ１に相当し、次のｃおよびｄは、後に詳述する第二の熱交換構造Ｅ２に相当する。
ａ）第一の蒸留塔の濃縮部（典型的には高圧部に含まれる濃縮部）に設けられた熱交換器と、第二の蒸留塔（典型的にはその回収部）から液を抜き出してこの熱交換器を経由して第二の蒸留塔（典型的には回収部）に戻すライン、
ｂ）第二の蒸留塔（典型的にはその回収部）に設けられた熱交換器と、第一の蒸留塔の濃縮部（典型的には高圧部に含まれる濃縮部）から蒸気を抜き出してこの熱交換器を経由して第一の蒸留塔の濃縮部（典型的には高圧部に含まれる濃縮部）に戻すライン、
ｃ）第一の蒸留塔の回収部（典型的には低圧部に含まれる回収部）に設けられた熱交換器と、第二の蒸留塔（典型的には濃縮部）から蒸気を抜き出してこの熱交換器を経由して第二の蒸留塔（典型的には濃縮部）に戻すライン、
ｄ）第二の蒸留塔（典型的には濃縮部）に設けられた熱交換器と、第一の蒸留塔の回収部（典型的には低圧部に含まれる回収部）から液を抜き出してこの熱交換器を経由して第一の蒸留塔の回収部（典型的には低圧部に含まれる回収部）に戻すライン。

あるいは、第一の蒸留塔の外部かつ第二の蒸留塔の外部に熱交換器を設け、第一の蒸留塔から熱交換させるべき流体を抜き出してこの熱交換器を経由して第一の蒸留塔に戻すとともに、第二の蒸留塔から熱交換させるべき流体を抜き出してこの熱交換を経由して第二の蒸留塔に戻すこともできる。

また、第一の熱交換構造は、結果的に第一の蒸留塔の濃縮部から第二の蒸留塔に熱を移動させることのできる構造であればよい。したがって、第一の蒸留塔の濃縮部内の流体および第二の蒸留塔内の流体のいずれも直接用いなくとも第一の熱交換構造は実現できる。例えば、第一の蒸留塔の濃縮部内の流体に替えて、第一の蒸留塔の濃縮部から排出された流体を用いることができる。また、第二の蒸留塔内の流体に替えて、第二の蒸留塔に流入する流体を用いることができる。例えば、第二の蒸留塔に供給される原料と、第一の蒸留塔の濃縮部（典型的には高圧部に含まれる濃縮部）の塔頂から抜き出された塔頂蒸気を熱交換させれば、第一の蒸留塔の濃縮部から第二の蒸留塔に熱を移動させることができる。

ここで、第一の蒸留塔において、低圧部が回収部の全部と濃縮部の一部とを含み、高圧部が濃縮部の一部を含む場合を考える。例えば、第一の蒸留塔が低圧塔と高圧塔を含み、低圧塔が、その回収部の上に濃縮部の一部を有し、高圧塔が濃縮部の残りの部分を含む形態が、この場合に含まれる。このような形態では、低圧塔の塔頂部から排出される流体（低圧塔に含まれる濃縮部から排出される流体）を、コンプレッサーを経由して高圧塔の塔底部に送ることができるが、このとき、コンプレッサーの出口流体が持つ熱を、第二の蒸留塔（特にはその回収部）の内部流体に、熱交換によって与えることができる。例えば、第二の蒸留塔（特にはその回収部）の内部（例えば第二の蒸留塔の塔底部のすぐ上の段）に熱交換構造を設け、低圧塔の塔頂から排出される流体を、コンプレッサーとこの熱交換構造を経て高圧塔の塔底部に供給することができる。このような熱交換によって、第一の蒸留塔の低圧塔に含まれる濃縮部から、第二の蒸留塔（特にはその回収部）に熱を移動させることができる。

これらの熱交換の形態では、一方の蒸留塔のプロセス流体と、他方の蒸留塔のプロセス流体との間で熱交換を行っている。しかし、これらの流体以外の流体（例えば、何れのプロセス流体とも異なる熱媒体）を介して熱交換を行う形態も可能である。

第二の熱交換構造も、結果的に第二の蒸留塔から第一の蒸留塔の回収部（典型的には低圧部に含まれる回収部）に熱を移動させることのできる構造であればよい。

ただし、当然であるが、いずれの場合も、熱を与える流体は、熱を受け取る流体よりも、温度が高い。上述の熱移動が可能であるように、第一の蒸留塔および第二の蒸留塔が選ばれるとともに、第一の蒸留塔の濃縮部と回収部の圧力が設定される。

第一の熱交換構造は、一つだけ用いてもよく、あるいは複数を用いてもよい。第二の熱交換構造も、一つだけ用いてもよく、あるいは複数を用いてもよい。

〔蒸留装置の構成例〕
図１に、本発明の蒸留装置の一例の概略構成を示す。この蒸留装置は、第一の蒸留塔Ａを一つと、第二の蒸留塔Ｂを一つ備える。蒸留塔Ａは、高圧部として高圧塔Ａ１を有し、低圧部として低圧塔Ａ２を有する。

原料が低圧塔Ａ２の塔頂部に供給される。

高圧塔Ａ１の運転圧力は、低圧塔Ａ２の運転圧力より高い。このために、蒸気用ラインＡ３にコンプレッサー等の昇圧手段Ａ４を設ける。低圧塔Ａ２の塔頂から排出される蒸気を、昇圧手段Ａ４によって加圧したうえで、高圧塔Ａ１の塔底部に供給する。高圧塔Ａ１の塔底部から排出される液は低圧塔Ａ２の塔頂部に供給される。必要に応じて、高圧塔Ａ１の塔底部から排出される液を、減圧弁などの減圧手段によって減圧したうえで、低圧塔Ａ２の塔頂部に供給することができる。また、配管の圧力損失や高低差などに起因して高圧塔と低圧塔との運転圧力差だけでは液を高圧塔から低圧塔に送ることができない場合など、必要に応じて送液のためにポンプを用いることができる。高圧塔Ａ１の運転圧力を低圧塔Ａ２の運転圧力より高くする理由は、高圧塔（特には高圧塔に含まれる濃縮部）の運転温度を低圧塔（特には低圧塔に含まれる回収部）、或いは後述する第二の蒸留塔Ｂの回収部の運転温度より高くするためである。

高圧塔Ａ１の塔頂部から排出された蒸気は、塔頂コンデンサーＡ６で冷却され、或いは第二の蒸留塔Ｂの回収部の流体により冷却され、少なくとも一部が凝縮される。凝縮液の一部が高圧塔に還流され、残りの凝縮液（凝縮していない蒸気を伴ってもよい）は留出液として蒸留塔Ａから排出される。

また、低圧塔Ａ２の塔底部から排出された液の一部が、リボイラーＡ７で加熱され、或いは第二の蒸留塔Ｂの濃縮部の流体で加熱され、その少なくとも一部が気化されて低圧塔に戻される。低圧塔の塔底から排出された液の残りの部分は、缶出液として蒸留塔Ａから排出される。

第二の蒸留塔Ｂは、塔本体（容器）Ｂ１、塔頂コンデンサーＢ６、リボイラーＢ７を含む。

蒸留塔Ｂの塔頂部から排出された蒸気は、塔頂コンデンサーＢ６で冷却され、少なくとも一部が凝縮される。凝縮液の一部が蒸留塔Ｂに還流され、残りの凝縮液（凝縮していない蒸気を伴ってもよい）は留出液として蒸留塔Ｂから排出される。

また、蒸留塔Ｂの塔底部から排出された液の一部が、リボイラーＢ７で加熱され、少なくとも一部が気化されて蒸留塔Ｂに戻される。蒸留塔Ｂの塔底から排出された液の残りの部分は、缶出液として蒸留塔Ｂから排出される。

塔頂コンデンサーＡ６およびＢ６周りの構成ならびにリボイラーＡ７およびＢ７周りの構成は、従来から知られた蒸留塔に適用される構成を採用することができる。例えば、必要に応じて塔頂コンデンサーの下流に気液分離ドラム（不図示）を設けることができる。

図１に示した装置では、第一の蒸留塔の濃縮部との間で熱交換を行う第二の蒸留塔と、第一の蒸留塔の回収部との間で熱交換を行う第二の蒸留塔が、同一の蒸留塔である。第一の熱交換構造Ｅ１は、蒸留塔Ａの濃縮部から蒸留塔Ｂに熱を移動させるよう構成され、第二の熱交換構造Ｅ２は、蒸留塔Ｂから蒸留塔Ａの回収部に熱を移動させるよう構成される。なお、図１においては、熱交換構造Ｅ１およびＥ２の詳細構造は示されておらず、熱の移動が概念的に白抜き矢印によって示されている。

熱交換構造Ｅ１によって、蒸留塔Ａの濃縮部の内部流体が冷却される。また、熱交換構造Ｅ２によって、蒸留塔Ａの回収部の内部流体が加熱される。一方、蒸留塔Ｂの内部流体、好ましくは蒸留塔Ｂの濃縮部の内部流体が、熱交換構造Ｅ２によって冷却される。また、蒸留塔Ｂの内部流体、好ましくは蒸留塔Ｂの回収部の内部流体が、熱交換構造Ｅ１によって加熱される。

いわば、第一の熱交換構造Ｅ１は、蒸留塔Ａの濃縮部に設けられたサイドクーラーとして機能すると同時に、蒸留塔Ｂに設けられたサイドリボイラーとして機能する。また、第二の熱交換構造は、いわば、蒸留塔Ａの回収部に設けられたサイドリボイラーとして機能するとともに、蒸留塔Ｂに設けられたサイドクーラーとして機能する。

以上のような構成により、蒸留塔Ａの濃縮部から蒸留塔Ｂの回収部に熱を移動させることができ、また、蒸留塔Ｂの濃縮部から蒸留塔Ａの回収部に熱を移動させることができる。

第一および第二の熱交換構造によって、蒸留塔Ａの塔頂コンデンサーＡ６およびリボイラーＡ７の熱負荷が軽減されるとともに、蒸留塔Ｂの塔頂コンデンサーＢ６およびリボイラーＢ７の熱負荷が軽減される。その結果、蒸留装置の消費エネルギーを削減することができる。しかも、コンプレッサーを複数使用する必要がないので、コスト上昇を抑えることができる。

この蒸留装置においては、熱交換構造Ｅ１によって加熱する箇所（蒸留塔Ｂの回収部）は、熱交換構造Ｅ２によって冷却する箇所（蒸留塔Ｂの濃縮部）より低い位置にある。蒸留塔Ｂの濃縮部および回収部は、は単一の容器内の連続する領域に存在するため、低い位置のほうが、温度が高い。したがって、熱交換構造Ｅ１によって加熱する箇所の温度は、熱交換構造Ｅ２によって冷却する箇所の温度より高い。その結果、熱交換を行う各箇所の温度に関して、熱交換構造Ｅ１によって冷却する箇所（高圧塔Ａ１）の温度が最も高く、次いで熱交換構造Ｅ１によって加熱する箇所（蒸留塔Ｂの回収部）の温度が高く、次いで熱交換構造Ｅ２によって冷却する箇所（蒸留塔Ｂの濃縮部）の温度が高く、熱交換構造Ｅ２によって加熱する箇所の温度が最も低い。

この蒸留装置においては、いわば、第一の蒸留塔Ａの濃縮部から、熱交換構造Ｅ１、第二の蒸留塔および熱交換構造Ｅ２を介して、第一の蒸留塔Ａの回収部に熱を移動させることができる。

図２に、本発明による蒸留装置の別の例を示す。この例では、第二の蒸留塔として二つの蒸留塔ＢおよびＣが用いられる。蒸留塔ＢおよびＣは、熱利用のためのコンプレッサーが不要であるという点で、従来型蒸留塔が好ましい。この蒸留装置に含まれる第一の蒸留塔Ａは、基本的には図１に示される第一の蒸留塔Ａと同様の構成を有する。ただし、熱交換をする相手となる第二の蒸留塔が、図１の装置とは異なる。

この蒸留装置に含まれる第二の蒸留塔ＢおよびＣは、図１に示される第二の蒸留塔と同様に、塔本体（容器）Ｂ１、Ｃ１を有し、塔頂コンデンサーＢ６、Ｃ６を有し、また、リボイラーＢ７、Ｃ７を有する。

第一の熱交換構造Ｅ１によって、第一の蒸留塔Ａの濃縮部（典型的には高圧塔Ａ１に含まれる濃縮部）から、第二の蒸留塔Ｂ（特にはその回収部）に、熱交換によって熱が移動する。第二の熱交換構造Ｅ２によって、第二の蒸留塔Ｃ（特にはその濃縮部）から、第一の蒸留塔Ａの回収部（典型的には低圧塔Ａ２に含まれる回収部）に、熱交換によって熱が移動する。

図２に示される装置では、第一の熱交換構造Ｅ１が、第一の蒸留塔に含まれる高圧塔Ａ１（典型的にはその濃縮部）に設けられたサイドクーラーとして機能するとともに、第二の蒸留塔Ｂ（特にはその回収部）に設けられたサイドリボイラーとして機能する。第二の熱交換構造Ｅ２は、第一の蒸留塔に含まれる低圧塔（典型的にはその回収部）に設けられたサイドリボイラーとして機能するとともに、第二の蒸留塔Ｃ（特にはその濃縮部）に設けられたサイドクーラーとして機能する。

その結果、この装置においても、塔頂コンデンサーＡ６およびリボイラーＡ７における熱負荷を減少させることができる。また、蒸留塔ＢにおけるリボイラーＢ７および蒸留塔Ｃにおける塔頂コンデンサーＣ６における熱負荷を減少させることができる。したがって、図２に示される蒸留装置の消費エネルギーが低減される。しかも、コンプレッサーを複数使用する必要がないので、コスト上昇を抑えることができる。

さらに、図２に示されるように一つの第一の蒸留塔に対して、第二の蒸留塔（第一の蒸留塔との間で熱交換を行う蒸留塔）が複数存在する場合の変形形態として、次のような形態がある。例えば二つの第二の蒸留塔ＢおよびＣが存在する場合、第一の蒸留塔Ａと第二の蒸留塔Ｂとの間に熱交換構造Ｅ１およびＥ２を設けるとともに、第一の蒸留塔Ａと第二の蒸留塔Ｃとの間にも別の熱交換構造Ｅ１およびＥ２を設ける。これにより蒸留塔Ａの濃縮部から蒸留塔Ｂ（特にはその回収部）に熱を移動させ、かつ、蒸留塔Ｂ（特にはその濃縮部）から蒸留塔Ａの回収部に熱を移動させ、加えて、蒸留塔Ａの濃縮部から蒸留塔Ｃ（特にはその回収部）に熱を移動させ、かつ、蒸留塔Ｃ（特にはその濃縮部）から蒸留塔Ａの回収部に熱を移動させる。つまり、複数の第二の蒸留塔のそれぞれについて、第一の熱交換構造と第二の熱交換構造の両方を設けることができる。

〔第一および第二の蒸留塔の接続〕
第一の蒸留塔と第二の蒸留塔とを直列に接続することができる。例えば、図１に示す蒸留装置において、第一の蒸留塔Ａの留出液の一部または全部を、第二の蒸留塔Ｂに原料として供給することができる。あるいは、第一の蒸留塔Ａの缶出液の一部または全部を、第二の蒸留塔Ｂに原料として供給することができる。このようにして、蒸留塔Ａと蒸留塔Ｂとをこの順に直列に接続することができる。

あるいは、第二の蒸留塔Ｂの留出液の一部または全部を、第一の蒸留塔Ａに原料として供給してもよく、あるいは、第二の蒸留塔Ｂの缶出液の一部または全部を、第一の蒸留塔Ａに原料として供給してもよい。このようにして、蒸留塔Ｂと蒸留塔Ａとをこの順に直列に接続することができる。

このような接続のために、図１に示す装置において、第一の蒸留塔の高圧塔Ａ１の塔頂部または第一の蒸留塔の低圧塔Ａ２の塔底部を、蒸留塔Ｂの原料供給口に接続するラインを設けることができる。

図２に示す蒸留装置においても、蒸留塔Ａ、ＢおよびＣから選ばれる二つもしくは三つの蒸留塔を、直列に接続することができる。

このような接続のために、図２に示す装置において、例えば、第一の蒸留塔の高圧塔Ａ１の塔頂部または第一の蒸留塔の低圧塔Ａ２の塔底部を、第二の蒸留塔Ｂの原料供給口または第二の蒸留塔Ｃの原料供給口に接続するラインを設けることができる。

ただし、第一の蒸留塔と第二の蒸留塔を直列に設ける必要はなく、これらが並列に設けられていてもよい。あるいは、熱移動を除いては、第一の蒸留塔と第二の蒸留塔とが無関係であってもよい。

〔１−ブテンプロセス〕
本発明の蒸留装置を、１−ブテンプロセスに適用することができる。この場合、次のようなプロセスを採用することができる。すなわち、第一の蒸留塔に、１−ブテン、１−ブテンより軽質な成分および１−ブテンより重質な成分を含む原料（例えばスチームクラッカーで得られるＣ４留分）が供給される。第一の蒸留塔の低圧部の塔底部から、１−ブテンより重質な成分が富化された留分が排出される。第一の蒸留塔の高圧部の塔頂部から、１−ブテンと１−ブテンより軽質な成分とが富化された留分が排出され、この留分が第二の蒸留塔に供給される。第二の蒸留塔の塔底部から、１−ブテンが富化された留分（製品１−ブテン）が排出される。第二の蒸留塔の塔頂部から、１−ブテンより軽質な成分がさらに富化された留分が排出される。

このプロセスは、図１に示した蒸留装置において、第一の蒸留塔Ａの留出液が排出されるラインを、第二の蒸留塔Ｂの原料供給口に接続することによって、実施することができる。

〔熱交換構造の詳細〕
・第一の詳細例
前述のａおよびｄに記載したような熱交換構造、すなわち或る塔から液を抜き出して熱交換器を経てその塔に戻すよう構成される熱交換構造は、例えば次のような要素を含むことができる：
・第一の蒸留塔および第二の蒸留塔のうちの一方の蒸留塔（蒸留塔Ｘと称す）の或る段に配置された熱交換器；
・第一の蒸留塔および第二の蒸留塔のうちの他方の蒸留塔（蒸留塔Ｙと称す）の或る段に配置され、この段から一部の液を塔外部へ抜き出す液抜き部；
・液抜き部からの液をこの熱交換器へ導入する配管（第一の配管）；および、
・第一の配管を経由してこの熱交換器へ導入された後にこの熱交換器より流出する流体を、蒸留塔Ｙの液抜き部の直下の段へ導入する配管（第二の配管）。

図３および４を参照しつつ、これらの要素について説明する。図３に示すように、蒸留塔Ｙに設けられる液抜き部は、蒸留塔Ｙの上部から流下してきた液１０を液溜め用棚板１に溜め、液１０の一部をその塔の外部へ抜き出す。液抜き部には、液１０の一部を蒸留塔Ｘ内の熱交換器へ向かわせる配管（第一の配管）２１が接続されている。また、液抜き部の直ぐ下の段には、この熱交換器からの配管２２（第二の配管）が蒸留塔Ｙの外壁を貫通して挿入されている。液抜き部の直ぐ下の段（液溜め用棚板の直ぐ下の段）に挿入された配管２２からは、後述するように蒸気１１と液１２が混ざった流体が導入され、蒸気１１は上昇し、液１２は下へ落ちる。液抜き部は、液溜め用棚板１と、蒸留塔Ｙの外壁に設けられた、第一の配管との接続口とを有する。

図４に示すように、蒸留塔Ｘの或る段にはチューブバンドル型熱交換器２が差し込まれている。チューブバンドル型熱交換器２のＵ形チューブにおける平行なチューブ部分は、凝縮した液を一度溜め且つ上昇蒸気を整流するための液溜め用トレイ３に沿って配されている。該平行なチューブ部分のうち下側のチューブ部分２ａは、蒸留塔Ｙの液抜き部に接続された配管（第一の配管）２１と繋がっている。そして上側のチューブ部分２ｂは、液抜き部の直ぐ下の段に挿入されている配管（第二の配管）２２と繋がっている。

ここで、チューブバンドル型熱交換器２の作用について説明する。蒸留塔Ｘ内を上昇する蒸気１３（図４参照）は、チューブバンドル型熱交換器２のＵチューブと接触する。このとき、熱交換器２の下側のチューブ部分２ａには蒸留塔Ｙの或る段における液が配管２１により導入されているため、このチューブ部分２ａ内の液が蒸気１３の熱で加熱されるとともに、チューブ部分２ａに接触した蒸気１３の一部は液１４となって下へと落ちる。さらに、熱交換器２の上側のチューブ部分２ｂも蒸気１３の熱で加熱されているので、配管２１から熱交換器２内に導入された液体は下側のチューブ部分２ａから上側のチューブ部分２ｂを移動するにつれて、液相と気相が混ざった流体に変わる。そして、この流体は塔外の配管２２を通って蒸留塔Ｙの液抜き部（液溜め用棚板１）の直ぐ下の段に導入される（図３参照）。

蒸留塔Ｙの液抜き部が、蒸留塔Ｘの熱交換器より、鉛直方向において高い位置に設置されている場合、このような流体の循環においては、本構成がサーモサイフォン方式となっているため、ポンプなどの圧送手段を特に必要としない。つまり、蒸留塔Ｙの液抜き部から蒸留塔Ｘの熱交換器２の下側のチューブ部分２ａまでを配管２１で接続し、さらには、蒸留塔Ｘの熱交換器２の上側のチューブ部分２ｂから蒸留塔Ｙの液抜き部（液溜め用棚板１）の直ぐ下の段までを配管２２で接続しているため、蒸留塔Ｙから蒸留塔Ｘへ重力により液体が流れ、これによって上記の流体はポンプが無くても蒸留塔Ｘから蒸留塔Ｙへ押し流される。

・第二の詳細例
前述のｂおよびｃに記載したような熱交換構造、すなわち或る塔から蒸気を抜き出して熱交換器を経てその塔に戻すよう構成される熱交換構造は、例えば次のような要素を含むことができる：
・第一の蒸留塔および第二の蒸留塔のうちの一方の蒸留塔（蒸留塔Ｖと称す）の或る段に設けられ、上から流下してきた液を溜める液溜め部；
・前記液溜め部内に配置された熱交換器；
・第一の蒸留塔および第二の蒸留塔のうちの他方の蒸留塔（蒸留塔Ｗと称す）の内部に設けられた、上下の段を完全に仕切る仕切板；
・前記仕切板の下側の蒸気をこの熱交換器へ導入する配管（第三の配管）；
・第三の配管を経由してこの熱交換器へ導入された後にこの熱交換器より流出する流体を、前記仕切板の上側へ導入する配管（第四の配管）。

図５を参照しつつ、これらの要素について説明する。蒸留塔Ｖの或る段に設けられた液溜め部は、上から流下してきた液１０を液溜め用棚板４上に所定量貯留し、液溜め用棚板４から溢れた液は下へ落とせるようになっている。液溜め部に貯留された液の中にチューブバンドル型熱交換器２のＵチューブが浸漬されるように、液溜め部にチューブバンドル型熱交換器２が差し込まれている。チューブバンドル型熱交換器２のＵ形チューブにおける平行なチューブ部分２ａ，２ｂは、液溜め用棚板４に沿って配されている。

該平行なチューブ部分のうち上側のチューブ部分２ｂには、蒸留塔Ｗから蒸留塔Ｖへ流体を送る配管２３が接続されている。下側のチューブ部分２ａには、蒸留塔Ｖから蒸留塔Ｗへ流体を送る配管２４が接続されている。

ここで、液溜め部での熱交換器２の作用について説明する。蒸留塔Ｖの塔頂部から棚段或いは充填層を通って液が流下してくる。この液１０は、任意の段に設けられた液溜め用棚板４上の液溜め部に溜まる。液溜め部内にはチューブバンドル型熱交換器２のＵ形チューブが配置されているため、該Ｕ形チューブは液１０の中に浸漬されることとなる。この状態において熱交換器２の上側のチューブ部分２ｂに蒸留塔Ｗ内の高温蒸気が配管２３によって導入されたとき、高温蒸気が移動するチューブ部分２ｂ，２ａの管壁と接している液１０の一部は加熱され蒸気１５になって上昇する。また配管２３から熱交換器２に導入された高温蒸気は、上側のチューブ部分２ｂから下側のチューブ部分２ａを移動するにつれて、液相と気相が混ざった流体、或いは液体に変わる。この流体は塔外の配管を通り、後述するような蒸留塔Ｗの仕切板上の段に導入される。蒸留塔Ｗの仕切板より上の領域は仕切板より下の領域よりも低い操作圧力に設定されており、この圧力差により流体の循環が行われる。蒸留塔Ｖの熱交換器が、蒸留塔Ｗの仕切り板より、鉛直方向において高い位置に設置されている場合、このような流体の循環においても、ポンプなどの圧送手段を特に必要としない。

つまり、蒸留塔Ｗにおける或る段から蒸留塔Ｖにおける熱交換器２の上側のチューブ部分２ｂまでを配管２３で接続し、蒸留塔Ｖにおける熱交換器２の下側のチューブ部分２ａから蒸留塔Ｗにおける前記の段までを配管２４で接続しているため、蒸留塔Ｗの仕切板上下の圧力差により、蒸留塔Ｗ内の高圧蒸気は蒸留塔Ｖにおける熱交換器２に向かって配管２３を上昇し、これによって、熱交換器２内で蒸気から凝縮した液が蒸留塔Ｖから塔外の配管２４に押し出され、蒸留塔Ｗへ重力により流れる。したがって、ポンプなどの圧送手段は不要である。

蒸留塔Ｗは途中の位置で仕切板により上下の段が完全に仕切られている。仕切板の直ぐ下の段は配管２３と連通しており、この段での上昇蒸気は、配管２３によって、蒸留塔Ｖの液溜め部に配置された熱交換器２の上側のチューブ部分２ｂに送られる。仕切板の上側の段には、蒸留塔Ｖからの配管２４が蒸留塔Ｗの外壁を貫通して挿入されている。この配管２４から仕切板の上側の段に、蒸気と液が混ざった流体が導入され、蒸留塔Ｗ内で蒸気は上昇し、液は下へ落ちて仕切板上に溜まる。また仕切板を挟んで上下に位置する二つの段は、制御弁を備えた配管により連絡可能となっている。仕切板上に溜まった液は、制御弁の開放操作により、仕切板の下方の段へ適時送られる。

以下実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれによって限定されるものではない。

〔実施例１〕
本発明による蒸留装置を適用した１−ブテンプロセスにつき、熱物質収支をとった。図６にそのプロセスフローを示す。図６に圧力（ｋＰａＡ）、温度（℃）、熱負荷（熱交換量や動力）（ＭＷ）を示すが、圧力は円の中に、温度は矩形の中に、熱負荷は長円の中にしめす。圧力単位「ｋＰａＡ」における「Ａ」は、絶対圧を意味する。図７以降の図においても同様である。

この蒸留装置は、図１に示した蒸留装置に相当する。第一の蒸留塔（図１に示す蒸留塔Ａに相当）は、高圧塔６０１（図１に示す高圧塔Ａ１に相当）および低圧塔６０２（図１に示す低圧塔Ａ２に相当）を含む。蒸留塔６０３が第二の蒸留塔（図１に示す蒸留塔Ｂに相当）である。高圧塔６０１は、低圧塔６０２より、鉛直方向下方に設置される。

低圧塔６０２の途中の段（塔頂部に近い段）に、原料（表１に流量および組成を示す）が、１３００ｋＰａＡ、４２℃で供給される。低圧塔６０２において、原料供給位置より下は第一の蒸留塔の回収部であり、原料供給位置より上が第一の蒸留塔の濃縮部の一部である。高圧塔６０１は、第一の蒸留塔の濃縮部の残りの部分を含む。なお、表１において、Ｃ１は炭素数１の炭化水素、Ｃ３は炭素数３の炭化水素を意味する。

低圧塔６０２の塔頂部から蒸気（９００ｋＰａＡ、６７℃）が抜き出され、コンプレッサー６０４（図１に示す昇圧手段Ａ４に相当）によって昇圧されると同時に昇温され（２１２１ｋＰａＡ、１３３℃）、熱交換器６０５によって１０８℃に冷却され、高圧塔６０１の塔底部（２０９０ｋＰａＡ、１０８℃）に供給される。低圧塔６０２の塔底部（１０６０ｋＰａＡ、８３℃）から抜き出される液の一部が、重質留分（表１に流量および組成を示す）として蒸留装置から排出され、残りの部分は熱交換器（リボイラー）６０６で加熱され、低圧塔の塔底部に戻される。コンプレッサー６０４における圧縮によって、高圧塔の運転温度は、低圧塔の運転温度より高くなる。

高圧塔６０１の塔底部から抜き出された液は、ポンプ６０７を経て、低圧塔６０２の塔頂部に供給される。ポンプ６０７は、低い位置から高い位置に液を送るために必要に応じて設けられる。

高圧塔の塔頂部（２０５０ｋＰａＡ、１０６℃）から抜き出された蒸気の一部が、熱交換器６０６に供給され、ここで冷却され、還流ドラム６０８に送られる。高圧塔の塔頂部から抜き出された蒸気の残りの部分は、二つの流れに分岐され、蒸留塔６０３に設けられた二つの熱交換器６１９でそれぞれ冷却されて、ドラム６０８に送られる。

熱交換器６０６は、第一の蒸留塔の塔頂コンデンサーとして機能すると同時に、第一の蒸留塔のリボイラーとして機能する。これによって、第一の蒸留塔における濃縮部から回収部への熱移動が実現されている。このように、第一の蒸留塔においてこのような熱交換が行われてもよいが、これは必ずしも必要ではない。

気液分離ドラム６０８には、補助塔頂コンデンサーとして熱交換器６０９が設けられる。熱交換器６０９では、冷却媒体として冷却水が用いられる（図中ＣＷは冷却水を意味する）。ドラム６０８から蒸気が補助塔頂コンデンサー６０９に送られ、冷却および凝縮されて、ドラム６０８に戻される。ドラム６０８からの液がポンプ６１０に送られる。ポンプ６１０の出口液の一部が、高圧塔６０１の塔頂部に還流として戻される。ポンプ６１０の出口液の残りの部分が、蒸留塔６０３に供給される（蒸留塔６０３の原料として）。

蒸留塔６０３の塔頂部（１５５０ｋＰａＡ、８６℃）から抜き出された蒸気が、塔頂コンデンサー６１１で冷却および全凝縮され気液分離ドラム６１２に送られる。コンデンサー６１１でも、冷却媒体として冷却水が用いられる。ドラム６１２からの液の一部が、ポンプ６１３を経由して、還流として蒸留塔６０３の塔頂に戻され、残りの部分が蒸留装置から軽質留分（表１に流量および組成を示す）として排出される。

蒸留塔６０３の塔底部（１７８０ｋＰａＡ、９９℃）から抜き出された液の一部が、熱交換器６０５に送られ、残りの部分が、製品１−ブテン（表１に流量および組成を示す）として蒸留塔から排出される。熱交換器６０５に送られた液は、この熱交換器で加熱され、蒸留塔６０３の塔底部に戻される。熱交換器６０５は、蒸留塔６０３のリボイラーとして機能する。

低圧塔６０２（特には低圧塔に含まれる第一の蒸留塔の回収部）の５つの段に、先に熱交換構造の第一の詳細例にて詳述したように、液抜き部６１４がそれぞれ設けられている。また、蒸留塔６０３（特にはその濃縮部）の内部には、それぞれの液抜き部に対応して、チューブバンドル型熱交換器６１５が設けられている。各液抜き部６１４から液が抜き出され、対応する熱交換器６１５で加熱され、各液抜き部６１４の直ぐ下の段に戻される。液抜き部６１４、液抜き部から液を熱交換器６１５に送るライン、熱交換器６１５、および熱交換器６１５から流体を低圧塔に戻すラインによって、第二の熱交換構造（図１に示されるＥ２に相当）が構成される。これにより、蒸留塔６０３（特にはその濃縮部）から、低圧塔６０２（特には、第一の蒸留塔の回収部）に熱が移動する。各熱交換器６１５は、第一の蒸留塔（低圧塔６０２）に設けられたサイドリボイラーとして機能するとともに、第二の蒸留塔（蒸留塔６０３）に設けられたサイドクーラーとして機能する。

同じように、蒸留塔６０３（特にはその回収部）の２つの段にも、先に熱交換構造の第一の詳細例にて詳述したように、液抜き部６１６がそれぞれ設けられている。また、高圧塔６０１（特には高圧塔に含まれる第一の蒸留塔の濃縮部）の内部には、それぞれの液抜き部に対応して、チューブバンドル型熱交換器６１７が設けられている。各液抜き部６１６から液が抜き出され、対応する熱交換器６１７で加熱され、各液抜き部６１６の直ぐ下の段に戻される。液抜き部６１６、液抜き部から液を熱交換器６１７に送るライン、熱交換器６１７、および熱交換器６１７から流体を蒸留塔６０３に戻すラインによって、第一の熱交換構造（図１に示されるＥ１に相当）が構成される。これにより、蒸留塔６０３（特にはその回収部）へ、高圧塔６０１（特には、第一の蒸留塔の濃縮部）から熱が移動する。各熱交換器６１７は、第一の蒸留塔（高圧塔６０１）に設けられたサイドクーラーとして機能するとともに、第二の蒸留塔（蒸留塔６０３）に設けられたサイドリボイラーとして機能する。

さらに、蒸留塔６０３（特にはその回収部）の二つの段に、先に熱交換構造の第二の詳細例にて詳述した、液溜め部６１８と、液溜め部に溜まった液に浸るように設けられたチューブバンドル型熱交換器６１９が設けられている（ただし、第二の詳細例で述べた仕切り板、第三および第四の配管は、ここでは採用していない）。

前述のように、高圧塔６０１の塔頂部から抜き出された蒸気の一部が二つの流れに分岐され、それぞれの流れが各熱交換器６１９を経た後に合流してドラム６０８に送られる。高圧塔６０１の塔頂部から熱交換器６１９に蒸気を導くライン、熱交換器６１９、液溜め部６１８、熱交換器６１９から排出される流体をドラム６０８、およびポンプ６１０を経て高圧塔６０１の塔頂部に戻すラインによって、第一の熱交換構造（図１に示されるＥ１に相当）が構成される。つまり、第一の蒸留塔の濃縮部の熱が第二の蒸留塔（蒸留塔６０３）の回収部に移動する。熱交換器６１９は、第一の蒸留塔の塔頂コンデンサーとして機能するとともに、第二の蒸留塔のサイドリボイラーとして機能する。

表２に、この第一の蒸留塔および第二の蒸留塔の塔頂運転圧力、用役冷却負荷、用役加熱負荷、消費電力を示し、また総用役冷却負荷、総用役加熱負荷、総消費電力を示す。ここでいう用役冷却負荷は、用役による冷却の負荷であり、詳しくは、塔頂コンデンサーにおいて冷却水によって蒸留装置から取り除かれる熱量である。ここでいう用役加熱負荷は、用役による加熱の負荷であり、詳しくは、リボイラーにおいてスチーム（図中、「ＳＴＭ」と表す）によって蒸留装置に与えられる熱量である。

第一の蒸留塔に関しては、用役冷却負荷は、具体的には、熱交換器６０９における熱交換量である。熱交換器６０６、６１９も塔頂コンデンサーとして機能するが、これらにおいては蒸留装置内の流体を用いて冷却を行っているため、外界に熱を取り出す必要がなく、用役冷却負荷はゼロである。第一の蒸留塔のリボイラー（熱交換器６０６）においては、蒸留塔内の流体を加熱源として利用しているため、外界からリボイラーを加熱する必要がなく、したがって用役加熱負荷はゼロである。消費電力は、コンプレッサー６０４で消費される電力である。消費電力は、機械損失を含んだ値（圧縮に必要な電力を１．０７倍した）で示した（他の例においても同様）。

第二の蒸留塔に関しては、用役冷却負荷は塔頂コンデンサーにおいて蒸留装置から取り除かれる熱量（具体的には熱交換器６１１における熱交換量）である。第二の蒸留塔のリボイラーにおいても、蒸留塔内の流体を加熱源として利用しているため、外界からリボイラーを加熱する必要がなく、したがって用役加熱負荷はゼロである。第二の蒸留塔は従来型の蒸留塔であるため、コンプレッサーは無く、消費電力はゼロである。

なお、実施例および比較例において、液を圧送するためのポンプについては、配管の圧力損失や、液を低い位置から高い位置に送るための揚程に相当する分だけ圧力を上昇させればよく、消費動力はコンプレッサーに比べて充分小さい。よって、ポンプの消費動力は無視した。

省エネルギー指標ＥＳＩは、総用役加熱負荷と総消費電力（消費する電力を一次エネルギーに換算した値、一次エネルギー換算値＝電力÷０．３６６）が、従来型蒸留塔を二基用いた１−ブテンプロセス（比較例３）に対してどれだけ低減できたかを示す指標である。

〔比較例１〕
図７に示す構成を有する、１−ブテンプロセスを行う蒸留装置について熱物質収支をとった。この蒸留装置は、二つの蒸留塔すなわち第一の蒸留塔７０１および第二の蒸留塔７０２を有し、それぞれの蒸留塔がＶＲＣである。この蒸留装置の基本的なプロセスフローは、非特許文献１に示されている。

蒸留装置に供給される原料、蒸留装置から排出される留分（製品１−ブテン、重質留分、軽質留分）は、実施例１と同様とした（表１に示される）。

原料は第一の蒸留塔７０１に供給される。その塔頂部から抜き出された蒸気がドラム７０３に送られる。ドラム７０３からの蒸気がコンプレッサー７０４で昇圧および昇温される。昇圧された蒸気の一部が、熱交換器７０５で冷却され、弁７０６を経てドラム７０７に送られる。コンプレッサーで昇圧された蒸気の残りの部分が、熱交換器７０８で冷却され、弁７０９を経て気液分離ドラム７０７に送られる。ドラム７０７からの蒸気がドラム７０３に戻される。ドラム７０７からの液が、ポンプ７１０に送られる。ポンプ出口液の一部が、第一の蒸留塔７０１の塔頂に戻され、残りの部分が、第二の蒸留塔７０２に供給される。第一の蒸留塔の塔底部から抜き出された液の一部が、重質留分として蒸留装置から排出され、残りの部分は熱交換器７０８で加熱されて第一の蒸留塔の塔底部に戻される。熱交換器７０５および７０８が、第一の蒸留塔の塔頂コンデンサーとして機能し、熱交換器７０８は第一の蒸留塔のリボイラーとしても機能する。

第二の蒸留塔の塔頂から抜き出された蒸気が、ドラム７１１に送られる。ドラム７１１からの蒸気が、コンプレッサー７１２で昇圧される。昇圧された蒸気の一部が、熱交換器７１３で冷却され、弁７１４を経てドラム７１５に送られる。昇圧された蒸気の残りの部分は、熱交換器７１６で冷却され、弁７１７を経て、ドラム７１５に送られる。ドラム７１５からの蒸気がドラム７１１に戻される。ドラム７１５からの液が、ポンプ７１８に送られる。ポンプ出口液の一部が、第二の蒸留塔７０２の塔頂部に戻され、残りの部分が、軽質留分として蒸留装置から排出される。第二の蒸留塔の塔底部から抜き出された液の一部が、製品１−ブテンとして蒸留装置から排出され、残りの部分が熱交換器７１６で加熱されて第二の蒸留塔の塔底部に戻される。熱交換器７１３および７１６が第二の蒸留塔の塔頂コンデンサーとして機能し、熱交換器７１６は第二の蒸留塔のリボイラーとしても機能する。

表２に、この第一の蒸留塔および第二の蒸留塔の塔頂運転圧力、用役冷却負荷、用役加熱負荷、消費電力を示し、また総用役冷却負荷、総用役加熱負荷、総消費電力を示し、さらに省エネルギー指標ＥＳＩを示す。

第一の蒸留塔に関しては、用役冷却負荷は、具体的には、熱交換器７０５における熱交換量である。熱交換器７０８も塔頂コンデンサーとして機能するが、これにおいては蒸留装置内の流体を用いて冷却を行っているため、外界に熱を取り出す必要がなく、用役冷却負荷はゼロである。第一の蒸留塔のリボイラー（熱交換器７０８）においては、蒸留塔内の流体を加熱源として利用しているため、外界からリボイラーを加熱する必要がなく、したがって用役加熱負荷はゼロである。消費電力は、コンプレッサー７０４で消費される電力である。

第二の蒸留塔に関しては、用役冷却負荷は塔頂コンデンサーにおいて蒸留装置から取り除かれる熱量（具体的には熱交換器７１３における熱交換量）である。熱交換器７１６も塔頂コンデンサーとして機能するが、これにおいては蒸留装置内の流体を用いて冷却を行っているため、外界に熱を取り出す必要がなく、用役冷却負荷はゼロである。第二の蒸留塔のリボイラーにおいても、蒸留塔内の流体を加熱源として利用しているため、外界からリボイラーを加熱する必要がなく、したがって用役加熱負荷はゼロである。消費電力は、コンプレッサー７１２で消費される電力である。

〔比較例２〕
図８に示す構成を有する、１−ブテンプロセスを行う蒸留装置について熱物質収支をとった。この蒸留装置は、二つの蒸留塔すなわち第一の蒸留塔および第二の蒸留塔を有し、コンプレッサーを一台有する。このコンプレッサーの出口流体が、二つの蒸留塔の各リボイラーの熱源として利用される。この蒸留装置の基本的なプロセスフローは、非特許文献１に示されている。

第一の蒸留塔８０１に原料が供給される。第一の蒸留塔の塔頂部から、蒸気が気液分離ドラム８０３に送られる。ドラム８０３からの蒸気が、コンプレッサー８０４で昇圧および昇温される。昇圧された蒸気の一部が、熱交換器８０５で冷却され、弁８０６を経て熱交換器８０７で冷却される。昇圧された蒸気の残りの部分が熱交換器８０８で冷却され、弁８０９を経て熱交換器８０７で冷却される。熱交換器８０７からの流体が、弁（圧力調整弁）８１１を経て、ドラム８０３に戻される。ドラム８０３からの液が、ポンプ８１０に送られる。ポンプ出口液の一部が第二の蒸留塔８０２に供給され、残りの一部が第一の蒸留塔８０１の塔頂部に戻される。第一の蒸留塔８０１の塔底部から抜き出された液の一部が、重質留分として蒸留装置から排出され、残りの部分が熱交換器８０５で加熱されて、第一の蒸留塔８０１の塔底部に戻される。

第二の蒸留塔８０２の塔頂部から抜き出される蒸気は、ドラム８０３内に設けられた熱交換器において冷却された後、一部が第二の蒸留塔８０２の塔頂部に戻され、残りの部分が軽質留分として蒸留装置から排出される。第二の蒸留塔の塔底部から抜き出される液の一部が、製品１−ブテンとして蒸留装置から排出され、残りの部分が熱交換器８０８で加熱されて、第二の蒸留塔の塔底部に戻される。

熱交換器８０５、８０８、８０７が第一の蒸留塔の塔頂コンデンサーとして機能する。熱交換器８０５が第一の蒸留塔のリボイラーとして機能し、熱交換器８０８が第二の蒸留塔のリボイラーとして機能する。ドラム８０３（特にはその内部に設けられた熱交換器）が、第二の蒸留塔の塔頂コンデンサーとして機能する。

表２に、この第一の蒸留塔および第二の蒸留塔の塔頂運転圧力、用役冷却負荷、用役加熱負荷、消費電力を示し、また総用役冷却負荷、総用役加熱負荷、総消費電力を示し、さらに省エネルギー指標ＥＳＩを示す。

第一の蒸留塔に関しては、用役冷却負荷は塔頂コンデンサーにおいて蒸留装置から取り除かれる熱量である。用役冷却負荷は、具体的には、熱交換器８０７における熱交換量である。熱交換器８０５、８０８も塔頂コンデンサーとして機能するが、これらにおいては蒸留装置内の流体を用いて冷却を行っているため、外界に熱を取り出す必要がなく、用役冷却負荷はゼロである。第一の蒸留塔のリボイラー（熱交換器８０５）においては、蒸留塔内の流体を加熱源として利用しているため、外界からリボイラーを加熱する必要がなく、したがって用役加熱負荷はゼロである。消費電力は、コンプレッサー８０４で消費される電力である。

第二の蒸留塔に関しては、塔頂コンデンサーにおいて蒸留装置内の流体を用いて冷却を行っているため、用役冷却負荷はゼロである。また、リボイラーにおいて蒸留塔内の流体を加熱源として利用しているため、用役加熱負荷はゼロである。第二の蒸留塔にはコンプレッサーが設けられないため、消費電力は、ゼロである。

〔比較例３〕
図９に示すように、従来型の蒸留塔を二つ有する、１−ブテンプロセスを行う蒸留装置について熱物質収支をとった。

この蒸留装置は、二つの蒸留塔すなわち第一の蒸留塔９０１および第二の蒸留塔９０２を有し、それぞれの蒸留塔が従来型蒸留塔である。この蒸留装置の基本的なプロセスフローも、非特許文献１に示されている。

蒸留装置に供給される原料、蒸留装置から排出される留分（製品１−ブテン、重質留分、軽質留分）は、実施例１と同様とした（表１に示される）。

第一の蒸留塔９０１に原料が供給される。第一の蒸留塔の塔頂部から排出される蒸気が熱交換器（塔頂コンデンサー）９０３において冷却水によって冷却され、全凝縮する。凝縮液がドラム９０４を経て、ポンプ９０５に導かれる。ポンプ出口液の一部が弁９０６を経て第一の蒸留塔の塔頂部に還流として戻される。ポンプ出口液の残りの部分が弁９０７を経て第二の蒸留塔に原料として供給される。第一の蒸留塔の塔底部から抜き出された液の一部が、重質成分として蒸留装置から排出され、残りの部分が熱交換器（リボイラー）９０８においてスチームによって加熱されて、第一の蒸留塔の塔底部に戻される。

第二の蒸留塔の塔頂部から排出される蒸気が熱交換器（塔頂コンデンサー）９０９において冷却水によって冷却され、全凝縮する。凝縮液がドラム９１０を経て、ポンプ９１１に導かれる。ポンプ出口液の一部が弁９１２を経て第二の蒸留塔の塔頂部に還流として戻される。ポンプ出口液の残りの部分が弁９１３を経て、軽質留分として蒸留装置から排出される。第二の蒸留塔の塔底部から抜き出された液の一部が、製品１ーブテンとして蒸留装置から排出され、残りの部分が熱交換器（リボイラー）９１４においてスチームによって加熱されて、第二の蒸留塔の塔底部に戻される。

表２に、この第一の蒸留塔および第二の蒸留塔の塔頂運転圧力、用役冷却負荷、用役加熱負荷、消費電力を示し、また総用役冷却負荷、総用役加熱負荷、総消費電力を示す。省エネルギー指標ＥＳＩは、本例を基準としているので、本例のＥＳＩの値はゼロである。

第一の蒸留塔に関しては、用役冷却負荷は塔頂コンデンサー９０３において蒸留装置から取り除かれる熱量である。用役加熱負荷はリボイラー９０８において蒸留装置に与えられる熱量である。第一の蒸留塔にコンプレッサーは備わらないため、消費電力はゼロである。

第二の蒸留塔に関しては、用役冷却負荷は塔頂コンデンサー９０９において蒸留装置から取り除かれる熱量である。用役加熱負荷はリボイラー９１４において蒸留装置に与えられる熱量である。第二の蒸留塔にもコンプレッサーが設けられないため、消費電力はゼロである。

表２からわかるように、実施例１においては、比較例３と比べて、約７０％と大幅なエネルギー削減が可能である。比較例１でも実施例１よりやや低い程度のエネルギー削減が可能であるが、比較例１ではコンプレッサーを二台用いるため、実施例１（コンプレッサーは一台）と比べてコストが高くなる。比較例２ではコンプレッサーが一台であるが、エネルギー削減がかなり小さくなってしまう。

以上から、本発明によれば、コスト上昇を抑えつつ、省エネルギー化を図ることが可能であることがわかる。

Ａ：第一の蒸留塔
Ｂ、Ｃ：第二の蒸留塔
Ａ１：第一の蒸留塔に含まれる高圧塔
Ａ２：第一の蒸留塔に含まれる低圧塔
Ａ３：蒸気用ライン
Ａ４：昇圧手段
Ａ５：液用ライン
Ａ６、Ｂ６、Ｃ６：塔頂コンデンサー
Ａ７、Ｂ７、Ｃ７：リボイラー
Ｂ１、Ｃ１：塔本体（容器）
１、４：液溜め用棚板
２：チューブバンドル型熱交換器
２ａ：下側チューブ部分
２ｂ：上側チューブ部分
３：液溜め用トレイ
１０、１２、１４：液
１１、１３、１５：蒸気（ベーパー）
２１、２２、２３、２４：配管
６０１：第一の蒸留塔に含まれる高圧塔
６０２：第一の蒸留塔に含まれる低圧塔
６０３、７０２、８０２、９０２：第二の蒸留塔
６０４、７０４、７１２、８０４：コンプレッサー
６０５、６０６、６０９、６１１、７０５、７０８、７１３、７１６、８０５、８０７、８０８、９０３、９０８、９０９、９１４：熱交換器
６０７、６１０、６１３、７１０、７１８、８１０、９０５、９１１：ポンプ
６０８、６１２、７０３、７０７、７１１、７１５、８０３、９０４、９１０：ドラム
６１４、６１６：液抜き部
６１５、６１７、６１９：チューブバンドル型熱交換器
６１８：液溜め部
７０１、８０１、９０１：第一の蒸留塔
７０６、７０９、７１４、７１７、８０６、８０９、８１１、９０６、９０７、９１２、９１３：弁

Claims (4)

1. 第一の蒸留塔と、一以上の第二の蒸留塔とを備える蒸留装置であって、
   第一の蒸留塔が、
   濃縮部の全部もしくは一部を含み相対的に高圧で気液接触を行う高圧部と、
   回収部の全部もしくは一部を含み相対的に低圧で気液接触を行う低圧部と、
   低圧部の塔頂部から排出される蒸気を高圧部の塔底部に導く、昇圧手段を備える蒸気用ラインと、
   高圧部の塔底部から排出される液を低圧部の塔頂部に導く液用ラインと、
   を含み、
   前記蒸留装置が、
   第一の蒸留塔の濃縮部から、一以上の第二の蒸留塔のうちの少なくとも一つの蒸留塔に、熱交換によって熱を移動させるよう構成された第一の熱交換構造と、
   一以上の第二の蒸留塔のうちの少なくとも一つの蒸留塔から、第一の蒸留塔の回収部に、熱交換によって熱を移動させるよう構成された第二の熱交換構造と
   を含む
   蒸留装置。
   
2. 第一の熱交換構造を介して第一の蒸留塔の濃縮部から熱を受け取る蒸留塔と、第二の熱交換構造を介して第一の蒸留塔の回収部に熱を与える蒸留塔とが、同一の蒸留塔である
   請求項１記載の蒸留装置。
3. 第一の蒸留塔の高圧部の塔頂部または第一の蒸留塔の低圧部の塔底部を、一以上の第二の蒸留塔のうちの一つの蒸留塔の原料供給口に接続するラインを含む請求項１または２記載の蒸留装置。
4. 第一の蒸留塔を一つと第二の蒸留塔を一つ備え、第一の蒸留塔の高圧部の塔頂部を第二の蒸留塔の原料供給口に接続するラインを含み、
   第一の蒸留塔に、１−ブテンと、１−ブテンより軽質な成分と、１−ブテンより重質な成分とを含む原料が供給され、かつ、
   第一の蒸留塔の低圧部の塔底部から、１−ブテンより重質な成分が富化された留分が排出され、かつ、
   第一の蒸留塔の高圧部の塔頂部から、１−ブテンと１−ブテンより軽質な成分とが富化された留分が排出され、この留分が第二の蒸留塔に供給され、かつ、
   第二の蒸留塔の塔底部から、１−ブテンが富化された留分が排出され、かつ、
   第二の蒸留塔の塔頂部から、１−ブテンより軽質な成分がさらに富化された留分が排出される
   よう構成された請求項３記載の蒸留装置。
   

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