化学プロセス産業 (CPI) では、分離の大部分は蒸留塔を介して行われます。そして、残りのプロセスがこれらのカラムに依存している場合、非効率、ボトルネック、シャットダウンが問題となります。蒸留プロセスとプラントの残りの部分を順調に稼働させ続けるために、塔の効率と信頼性を最適化するために塔の内部構造が調整され、再加工されています。

「精製、化学処理、プラスチックの製造のいずれにおいても、有機化学物質間の分離のほとんどは蒸留によって行われています。同時に、化学処理業者にはプロセスのコスト効率を高めるという絶え間ないプレッシャーがかかっています」と、Koch-Glitsch (カンザス州ウィチタ、www.koch-glitsch.com) の最高技術責任者である Izak Nieuwoudt 氏は述べています。「蒸留塔は膨大なエネルギーを消費し、人々は装置の修理に多くの時間を費やしたくないため、現在、蒸留塔の効率と信頼性を高めることが最前線にあります。」

AMACS Process Tower Internals (テキサス州アーリントン、www.amacs.com) の大量転送ビジネス開発マネージャーである Antonio Garcia 氏は、プロセスが立ち上がって稼働した後、プロセッサーはエネルギー消費が予想よりはるかに高いことに気づくことがよくあると述べています。「より優れたエネルギー効率を得るには、物質移動性能を向上させるオプションを検討する必要があります」と彼は言います。「さらに、加工業者は、分離と処理能力の要件を改善するために、プロセスのボトルネックを解消する方法を模索していることがよくありますが、汚れはボトルネックの一般的な原因であるため、これらの問題を支援するテクノロジーを見つけることも重要です。」

汚れや機械的問題 (振動やカラム内の機構の分解など) によって引き起こされるボトルネックやダウンタイムは、非常にコストがかかる可能性があります。「蒸留塔を停止する必要があるたびに、非常にコストがかかります。上流および下流のユニットも停止することが多いためです」と、ニューウォウト氏は言います。「そして、こうした計画外の閉鎖により、1 日当たり大きな損失が発生します。」

このため、カラム内部のメーカーは、エネルギー効率と信頼性を向上させるプロセッサーを支援するように設計された製品を開発しています。

より高い効率、容量、信頼性を求めるプロセッサーでは、従来のトレイやパッキンを新しい高度なソリューションに置き換える必要が生じることが多く、そのためメーカーは常に製品の改善に努めています。

たとえば、Raschig GmbH (ドイツ、ルートヴィヒスハーフェン、www.raschig.com) は最近、以前の Raschig Ring の性能を超える新しい高性能ランダム パッキングである Raschig Super-Ring Plus をリリースしました。「ラシヒ スーパーリング プラスの最適化された構造により、一定の効率でさらなる容量の増加が可能になります」とラシヒのテクニカル ディレクター、マイケル シュルテスは述べています。「この製品は長年の研究に基づいた設計開発の結果です。目標は、スーパーリングのすべての利点を維持しながら、容量を向上させ、圧力損失を減らすことでした。」

結果として得られる製品は、平らな正弦波ストリップを極端に開いた構造に配置することで圧力損失を最小限に抑え、連続正弦波ストリップ配置での膜の流れの優先性によって容量を最大化し、パッキン内の液滴の形成を最小限に抑えることで効率を向上させ、液滴の発生を減らし低濃度を提供することで汚れの傾向を低減します。圧力降下。連続的な液膜を生成し、パッキン要素全体を濡らすことによって、汚れの感受性も低下します。

同様に、AMACS は SuperBlend 製品を改善するための研究を行っています。「既存のランダムパッキンを当社の SuperBlend 2-PAC に置き換えることで、タワーの効率が 20%、容量が 15% 向上することが研究でわかっています」と AMACS のアプリケーション エンジニアリング担当マネージャーの Moize Turkey 氏は述べています。SuperBlend 2-PAC テクノロジーは、単一のベッドに配置された高性能のパッキング サイズのブレンドです。「当社は 2 つのサイズの最良の金属ランダム形状をブレンドしており、組み合わせると、特許取得済みのブレンドにより、より大きなパッキング サイズの容量と圧力損失を維持しながら、より小さなパッキング サイズによる効率の利点が得られます。」と彼は言います。混合床は、吸収とストリッピング、ファインケミカル蒸留、製油所の精留塔、および従来型または第 3 世代のランダム充填によって制限される物質または伝熱塔の改修の機会に推奨されます。

汚れや困難な状況などの問題を解決するために、内部の改良も開発されています。

「信頼性は日常の考慮事項にとって非常に重要です。デバイスがどれほど優れた性能を発揮しても、プロセス内の汚れ条件に耐えることができなければ、成功することはありません」と、Sulzer (スイス、ヴィンタートゥール; www.sulzer. com）。「スルザーは過去5年間、防汚機器の完全な製品ラインの開発に膨大な時間を費やしてきました。」トレイでは、同社は VG AF および防汚トレイを提供しており、最近発売した UFM AF バルブは、容量と効率の両方において高性能であり、非常に耐汚損性にも優れています。パッキンでは、真空塔洗浄セクションなどの汚れの多いパッキン用途に適した、Mellagrid AF 防汚グリッドパッキンを発売しました。

ピリング氏は、泡立ちの問題に対して、スルザー社は 2 つの方向からのアプローチに取り組んでいると付け加えました。「私たちは発泡用途に対応するための装置と設計を開発すると同時に、お客様と協力して潜在的な発泡用途を決定します」と彼は言います。「発泡の存在がわかれば、それを考慮した設計が可能になります。問題が発生しやすいのは、顧客が泡立っているのにそれを知らない場合です。私たちはマランゴニ、ロス泡、粒子状泡などあらゆる種類の泡を観察しており、お客様と協力してそのような状況を特定しています。」

また、汚れやコークス化が非常に深刻な用途向けに、Koch-Glitsch は Proflux の厳しいサ​​ービス用グリッド パッキングを開発した、と Nieuwoudt 氏は述べています (図 1)。新しい高性能の過酷な使用に耐えるグリッド パッキングは、構造化パッキングの効率性と、グリッド パッキングの堅牢性および耐汚染性を兼ね備えています。これは、厚手のロッドに溶接された頑丈な波形シートのアセンブリです。溶接されたロッドアセンブリと材料の厚みを増した波形シートの組み合わせにより、タワーのひずみや浸食による損傷に耐える堅牢な設計が実現します。シート間の隙間により防汚性が向上します。「このパッキンは現在、非常に汚れがひどいサービスでほぼ 100 回設置されており、交換対象の製品と比較して非常に良好に機能しています。稼働寿命が長く、圧力降下が低いため、お客様の運用コストが削減されます」と Nieuwoudt 氏は言います。

図 1. Proflux シビア サービス グリッド パッキングは、構造化パッキングの効率性と、コッホ グリッチのグリッド パッキングの堅牢性および耐汚染性を組み合わせた、高性能のシビア サービス グリッド パッキングです。

蒸留に関しては、特別な手段を通じて対処する必要があるプロセス固有の課題もよくあります。

「特定のプロセスと顧客のニーズに合わせて調整されたオーダーメイドのソリューションの市場が存在します」と、RVT Process Equipment (ドイツ、シュタインヴィーゼン、www.rvtpe.com) のマネージング ディレクター、クリスチャン ガイペル氏は述べています。「これは、新しい需要を満たすために既存のプラントを改修する場合に特に当てはまります。課題は多岐にわたり、汚損用途でのより長くより予測可能な稼働時間、より高い容量とより低い圧力降下、または柔軟性を高めるためのより広い動作範囲などの目標が含まれます。」

特定のニーズに対応するために、RVT は大容量の構造化パッキングである SP-Line を開発しました (図 2)。「チャネル形状が変更されたため、圧力降下が低くなり、容量が増加しました。」さらに、アプリケーション固有のもう 1 つの課題である非常に低い液体負荷の場合、これらのパッキンを新しいタイプの液体分配器と組み合わせることができます。「スプレー ノズルとスプラッシュ プレートを組み合わせた改良されたスプレー ノズル ディストリビュータが開発され、製油所の真空塔などの用途で使用されて成功しています」とガイペル氏は言います。「これにより、ディストリビューター上のパッキンセクションでの同伴物や汚れが、その下のパッキンセクションへの液体分配の品質を犠牲にすることなく低減されます。」

図 2. RVT の新しい大容量構造化パッキンである SP-Line は、改良されたチャネル形状、より低い圧力降下、より高い容量の RVT プロセス装置を提供します

RVT のもう 1 つの新しい液体ディストリビュータ (図 3) は、スプラッシュ プレートを備えたトラフ タイプのディストリビュータで、低い液体速度、より高い動作範囲、および堅牢で汚れにくい設計を組み合わせています。

図 3. 液体負荷が非常に低い場合、もう 1 つのアプリケーション固有の課題であるパッキンを新しいタイプの液体分配器 RVT プロセス装置と組み合わせることができます

同様に、GTC Technology US, LLC (ヒューストン、www.gtctech.com) は、加工業者の特定のニーズに基づいて蒸留塔の性能向上を支援する新製品を開発しています。GTC のプロセス機器技術部門のゼネラルマネージャーであるブラッド フレミング氏は、最新の開発の 1 つに GT-OPTIM 高性能トレイが含まれていると述べています。何百もの産業設備と Fractionation Research Inc. (FRI、オクラホマ州スティルウォーター、www.fri.org) でのテストにより、高性能トレイが従来のトレイに比べて効率と容量が大幅に向上することが実証されました。クロスフロー トレイはエンド ユーザーのニーズに合わせてカスタマイズされており、各トレイ設計を構成する特許取得済みの独自のデバイスを組み合わせて高効率を実現します。「私たちは、特定の目的に対処するために使用できるテクノロジーと機能のコレクションを提供できます」とフレミング氏は述べています。「あるプロセッサーの目的は効率の向上であるかもしれませんが、別のプロセッサーは容量の増加を望んでおり、さらに別のプロセッサーは圧力降下を最小限に抑え、汚れを軽減し、実行時間を延長することを望んでいます。当社の機器設計兵器にはさまざまな武器があるため、お客様の特定のプロセス改善の目標に焦点を当てることができます。」

一方、AMACS は、石油精製所、石油化学プラント、ガスプラント、および同様の施設が直面するもう 1 つの共通の蒸留課題に取り組んでいます。多くの場合、ミスト除去装置が設置された垂直ノックアウト ドラムまたは分離器は、プロセス ガス流から遊離液体を除去できません。「症状に対処したり修復したりするのではなく、根本的な原因を探します。これには通常、ノックアウト ドラム内のミスト除去装置が関係します」と AMACS のガルシア氏は言います。そこで同社は、遠心力を利用した最先端の分離性能を備えた大容量・高効率のミスト除去装置「マックススワール・サイクロン」を開発した。

Maxswirl Cyclone チューブは、ミストを含んだ蒸気に遠心力を加えて同伴液体をガス流から分離する固定旋回要素で構成されています。この軸流サイクロンでは、遠心力によって液滴が外側に押し出され、サイクロンの内壁に液膜が形成されます。液体はチューブ壁のスリットを通過し、サイクロンボックスの底に集められ、重力によって排出されます。乾燥ガスはサイクロン チューブの中心に集中し、サイクロンを通って排出されます。

一方、DeDietrich (ドイツ、マインツ、www.dedietrich.com) は、最高 390°F の温度での腐食性の高いプロセス向けのカラムと内部構造の提供に注力していると、DeDietrich のマーケティング責任者である Edgar Steffin 氏は述べています。「DN1000 までのカラムは、QVF ホウケイ酸ガラス 3.3 または DeDietrich グラスライニングスチールで作られています。DN2400 までの大きなカラムは、DeDietrich グラスライニング スチールのみで作られています。耐食性材料はホウケイ酸ガラス 3.3、SiC、PTFE、またはタンタルでできています (図 4)。

図 4. DeDietrich は、最大 390°F の温度での腐食性の高いプロセスのカラムと内部構造に焦点を当てています。DN1000 までのカラムは、QVF ホウケイ酸ガラス 3.3 または DeDietrich グラスライニング鋼で作られています。DN2400 までの大きなカラムは、DeDietrich グラスライニング スチールのみで作られています。耐食性材料はホウケイ酸ガラス 3.3、SiC、PTFE、またはタンタル DeDietrich で作られています。

同氏は、300°Fを超える高温でのほとんどのプロセスではPTFEの使用を避ける必要があると付け加えた。SiC はより高い耐熱性を備えているため、固体を含む飼料や泡立ち、脱ガス、またはフラッシュしやすい飼料に対する影響をあまり受けない、より大きなディストリビュータおよびコレクタの設計が可能になります。

同社のホウケイ酸ガラス 3.3 の Durapack 構造パッキングは、ガラスカラムと同等の耐食性を持ち、ポリマーと比較して高温でも熱安定性を維持するため、耐食性ガラス 3.3 またはガラスライニングスチールカラムに適しています。ホウケイ酸ガラス 3.3 は非多孔質であり、同等のセラミックパッキンと比較して浸食や腐食を大幅にカットします。

また、サイドカットはあるものの熱効率が低い塔は、隔壁塔技術の良い候補になる可能性があると GTC のフレミング氏は述べています。「多くの蒸留塔には上部生成物と底部生成物、およびサイドドロー生成物がありますが、これには大きな熱効率の低下が伴います。従来のカラムを改良した隔壁カラム技術は、エネルギー消費を削減したり、製品の収率不純物を減らしながら容量を増やす 1 つの方法です」と彼は言います (図 5)。

図 5. サイド カットはあるが熱効率が低い塔は、隔壁塔技術の良い候補となる可能性がある GTC Technologies

隔壁塔は、単一塔内で複数成分の供給原料を 3 つ以上の精製ストリームに分離するため、2 番目の塔が不要になります。垂直の壁を使用して柱の中央を 2 つのセクションに分割するデザインです。供給原料は、前分別セクションと呼ばれる塔の片側に送られます。そこで、軽い成分はカラムを上って移動し、そこで精製されますが、重い成分はカラムを下って移動します。塔の上部からの液体の流れと底部からの蒸気の流れは、隔壁のそれぞれの側に送られます。

壁の反対側から、中沸点成分が最も集中している領域から副生成物が除去されます。この配置により、同じ負荷の従来のサイドドロー塔よりもはるかに純粋な中間生成物を、より高い流量で生成することができる。

「従来の塔の制約内では実現できなかった大幅な改善を検討する場合、隔壁柱への転換が検討されますが、隔壁技術に転換できれば、大幅なコスト削減が見られるでしょう」エネルギー消費の面で重要です」と彼は言います。「一般に、一定の処理量で全体のエネルギー消費量が 25 ～ 30% 削減され、製品の収率と純度が劇的に向上し、多くの場合、処理量も増加します。」

同氏は、従来の 2 塔シーケンスの代わりに隔壁塔を使用する機会もあると付け加えました。「隔壁塔を使用して同じ操作を実行し、同じ製品を生産することはできますが、2 つの塔を使用する方式と比較して、1 つの物理的な塔でそれを行うことになります。草の根の領域では、隔壁コラム技術を使用することで設備投資の大幅な削減を達成できます。」

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