ポリマー製造装置
【課題】ポリマー製造装置において、脱水反応器で発生した水蒸気が凝縮する際の熱エネルギーを有効に利用し、エネルギーの無駄を削減する。
【解決手段】脱水反応器２で少なくとも２種の成分を脱水縮合させ、得られた中間体を、重合反応器６で重縮合させてポリマーを製造するポリマー製造装置において、脱水反応器２で発生した蒸気が導入される蒸留塔３と、この蒸留塔３の塔頂部３１から得られた水蒸気を冷却して凝縮させる第１凝縮部４と、重合反応器６で発生した蒸気を冷却液に接触させて凝縮させ、得られた凝縮液の一部を冷却器７３で冷却して前記冷却液とする第２凝縮部７４とを備える。そして、第１凝縮部４を、温水が循環する温水循環ライン（温水配管５）を介して、吸収式冷凍機９の再生器９１に接続し、吸収式冷凍機９の蒸発器９３を、冷水が循環する冷水循環ラインを介して、第２凝縮部７の冷却器７３に接続する。
【解決手段】脱水反応器２で少なくとも２種の成分を脱水縮合させ、得られた中間体を、重合反応器６で重縮合させてポリマーを製造するポリマー製造装置において、脱水反応器２で発生した蒸気が導入される蒸留塔３と、この蒸留塔３の塔頂部３１から得られた水蒸気を冷却して凝縮させる第１凝縮部４と、重合反応器６で発生した蒸気を冷却液に接触させて凝縮させ、得られた凝縮液の一部を冷却器７３で冷却して前記冷却液とする第２凝縮部７４とを備える。そして、第１凝縮部４を、温水が循環する温水循環ライン（温水配管５）を介して、吸収式冷凍機９の再生器９１に接続し、吸収式冷凍機９の蒸発器９３を、冷水が循環する冷水循環ラインを介して、第２凝縮部７の冷却器７３に接続する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脱水反応器で少なくとも２種の成分を脱水縮合させ、得られた中間体を、重合反応器で重縮合させてポリマーを製造するポリマー製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、脱水反応器で２種の成分を脱水縮合させ、得られた中間体を、重合反応器で重縮合させてポリマーを製造することが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、ジカルボン酸成分の液体と、ジオール成分の液体とをエステル化反応器（脱水反応器）で反応させ、得られた中間体を重合反応器で重縮合させてポリエステルを製造する技術が開示されている。
【０００４】
この特許文献１に開示の技術において、脱水反応器では、未反応のジオール成分が、副生成物である水とともに蒸発し、脱水反応器の外へ流出する。この脱水反応器から流出したジオール成分を回収して再利用するため、脱水反応器から流出した蒸気は蒸留塔へと導かれ、水蒸気とジオール成分の液体とに分離される。そして、分離されたジオール成分の液体は脱水反応器へと戻される。このとき、蒸留塔で分離された水蒸気は、凝縮器に移されて凝縮され、得られた凝縮水の一部は、還流液として蒸留塔へ戻される。
【０００５】
また、重合反応器では、中間体と共に脱水反応器から重合反応器内へ流れ込んだ未反応のジオール成分、又は、副生成物として生成したジオール成分が蒸発して、重合反応器の外へ流出する。この重合反応器から流出したジオール成分を含む蒸気（以下、ジオール蒸気という。）は、湿式コンデンサーで冷却液との接触により凝縮して液化し、回収される。ここで回収された凝縮液の一部は、冷却器で冷却された後、湿式コンデンサーに戻され、ジオール蒸気を凝縮させるための冷却液として使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第９８／５０４４８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記した特許文献１に開示のような水蒸気を凝縮させる凝縮器には、一般に、冷媒が循環する第１循環ラインを介して、冷却塔が接続される。この第１循環ラインを流れる冷媒は、凝縮器で水蒸気を冷却させる一方、水蒸気の凝縮熱を吸収して温度上昇する。水蒸気の凝縮熱を吸収した冷媒は、冷却塔へ移動し、冷却塔内で大気中に熱エネルギー（凝縮熱）を放出して、凝縮器へ戻る。
【０００８】
さらに、上記した特許文献１に開示のような湿式コンデンサーで得られた凝縮液を冷却する冷却器には、一般に、冷媒が循環する第２循環ラインを介して、電気エネルギーを駆動源とする電気式冷凍機が接続される。この第２循環ラインを流れる冷媒は、冷却器内で凝縮液を冷却する一方、凝縮液の熱を吸収して温度上昇する。この凝縮液の熱を吸収した冷媒は、電気式冷凍機で冷却された後、冷却器に戻る。
【０００９】
このように、上記した特許文献１に開示の技術で、ポリエステルを製造するためには、冷却塔と電気式冷凍機が必要となる。しかし、冷却塔と電気式冷凍機とを備えると、冷却塔にて、凝縮器で発生した熱エネルギーを大気中に放出する一方で、電気式冷凍機で電気エネルギーを要するため、エネルギーの無駄が多い。
【００１０】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであって、脱水反応器で発生した水蒸気が凝縮する際の熱エネルギーを有効利用することで、エネルギーの無駄が削減されたポリマー製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係るポリマー製造装置は、脱水反応器で少なくとも２種の成分を脱水縮合させ、得られた中間体を、重合反応器で重縮合させてポリマーを製造するポリマー製造装置において、脱水反応器で発生した蒸気が導入される蒸留塔と、この蒸留塔の塔頂部から得られた水蒸気を冷却して凝縮させる第１凝縮部と、重合反応器で発生した蒸気を冷却液に接触させて凝縮させ、得られた凝縮液の一部を冷却器で冷却して前記冷却液とする第２凝縮部とが備えられ、前記第１凝縮部が、温水が循環する温水循環ラインを介して、吸収式冷凍機の再生器に接続され、前記吸収式冷凍機の蒸発器が、冷水が循環する冷水循環ラインを介して、前記第２凝縮部の前記冷却器に接続されていることを特徴とする。
【００１２】
この本発明のポリマー製造装置によれば、温水循環ラインを流れる温水は、第１凝縮部において、水蒸気を凝縮させるための冷媒として利用される。この第１凝縮部で水蒸気を冷却させるための冷媒として利用され、水蒸気の凝縮熱を吸収した温水は、吸収式冷凍機の再生器で、吸収液を加熱するための加熱源に利用される。また、冷水循環ラインを流れる冷水は、吸収式冷凍機の蒸発器で発生した気化熱により冷却され、第２凝縮部の冷却器において、凝縮液を冷却するための冷媒として利用される。
【００１３】
つまり、本発明のポリマー製造装置では、第１凝縮部で発生した凝縮熱（熱エネルギー）を利用して吸収式冷凍機の再生器を駆動させ、この吸収式冷凍機の蒸発器から、第２凝縮部の冷熱源を得ている。このため、従来と比べて、エネルギーの無駄を削減することができる。
【００１４】
本発明に係るポリマー製造装置において、前記温水循環ラインを流れる温水は、５０〜８０℃の温度で前記第１凝縮部に入り、入る時の温度よりも高い８０〜９５℃の温度で前記第１凝縮部から出ることが好ましい。
【００１５】
この本発明のポリマー製造装置によれば、第１凝縮部で水蒸気は５０〜８０℃の温度の温水で冷却されるので、第１凝縮部で水蒸気を凝縮して得られる凝縮水の温度を、５０℃以上の高温に保つことができる。例えば、凝縮水を還流液として蒸留塔に戻し、蒸留塔の塔底部に溜まった液体を反応溶液として脱水反応器に戻す場合、蒸留塔へ戻す還流液の温度が低いと、蒸留塔の塔底部に溜まる液体の温度を一定に保つために、脱水反応器で加熱する際に、多量のエネルギーが必要となる。しかし、前記温水循環ラインを流れる温水の温度を、５０〜８０℃の温度で前記第１凝縮部に入るように設定すると、蒸留塔へ戻す還流液の温度が高温に保たれるため、蒸留塔の塔底部に溜まる液体の温度を一定に保つための昇温エネルギーが少なく、脱水反応器で加熱する際に必要なエネルギーを節約することができる。また、温水は、第１凝縮部から８０〜９５℃の温度で出るため、吸収式冷凍機の再生器において、吸収液から水蒸気を十分に分離させることができ、蒸発器において、冷水循環ラインを流れる冷水を十分に冷却することができる。
【００１６】
また、本発明に係るポリマー製造装置において、前記冷水循環ラインを流れる冷水は、０〜３０℃の温度で前記冷却器に入り、入る時の温度よりも高い５〜３５℃の温度で前記冷却器から出ることが好ましい。
【００１７】
この本発明のポリマー製造装置によれば、第２凝縮部の冷却器で、凝縮液を十分に冷却することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のポリマー製造装置によれば、脱水反応器で発生した水蒸気が凝縮する際の凝縮熱（熱エネルギー）を利用して吸収式冷凍機の再生器を駆動させて、この吸収式冷凍機の蒸発器から、重合反応器で発生した蒸気を凝縮させるための冷熱源を得ることができるので、エネルギーの無駄を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係るポリエステル製造装置の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図１を参照して説明する。なお、以下に示す実施の形態では、ポリマー製造装置として、ポリエチレンテレフタレート（即ち、ポリエステル）を製造するためのポリエステル製造装置１に本発明を適用した場合を示す。
【００２１】
本実施の形態のポリエステル製造装置１は、図１に示すように、脱水反応器２で、テレフタル酸（図１中では、ＴＰＡと略す。）とエチレングリコール（図１中では、ＥＧと略す。）とを脱水縮合させ、生成した中間体を重合反応器６で重縮合させてポリエチレンテレフタレート（本発明でいうポリマー）を製造する構成とされている。ここで、脱水反応器２は、配管１１を介して蒸留塔３に接続されており、脱水反応器２から発生した蒸気は、蒸留塔３で、水蒸気とエチレングリコール液に分離される。さらに、蒸留塔３の塔頂部３１には、配管１２を介して第１凝縮部４が接続されており、蒸留塔３の塔頂部３１から得られた水蒸気は、第１凝縮部４で凝縮液化される。一方、重合反応器６は、配管１３を介して第２凝縮部７に接続されており、重合反応器６から発生した蒸気は、第２凝縮部７で凝縮される。
【００２２】
このような本実施の形態のポリエステル製造装置１において、第１凝縮部４と第２凝縮部７は、吸収式冷凍機９に接続されており、本実施の形態のポリエステル製造装置１は、第１凝縮部４で発生した凝縮熱を吸収式冷凍機９の熱源に利用して、第２凝縮部７の冷熱源を得る構成とされている。
【００２３】
以下、本実施の形態のポリエステル製造装置１の各部におけるポリエステルの製造工程を具体的に詳述する。
【００２４】
脱水反応器２では、テレフタル酸と、過剰量のエチレングリコールとが、大気圧下、加熱媒体により、２５０〜２６０℃の温度で加熱される。これにより、テレフタル酸とエチレングリコールとが脱水縮合して、２〜３量体のオリゴマー（中間体）が生成する。生成した中間体は、配管１４を通じて、重合反応器６へ移送される。重合反応器６へ移送する中間体の量は、配管１４に設けられた制御弁１４１により適宜調整される。また、脱水反応器２では、副生成物として水が生成し、生成した水が蒸発するとともに、未反応のエチレングリコールが蒸発する。そして、水とエチレングリコールとを含む蒸気は、配管１１を通じて、蒸留塔３へ流れる。
【００２５】
蒸留塔３は、脱水反応器２の頂部に配管１１を介して接続されており、配管１１を通じて脱水反応器２から流れ込んだ蒸気を、蒸気圧の差により、水蒸気とエチレングリコールの液体とに分離する。具体的には、蒸留塔３の塔頂部３１に水蒸気が溜まり、塔底部３２にエチレングリコールの液体が溜まる。また、蒸留塔３の塔頂部３１は、配管１２を介して、後述する第１凝縮部４の凝縮器４１に接続されており、塔頂部３１に溜まった水蒸気は、配管１２を通じて、第１凝縮部４の凝縮器４１へ流れる。一方、蒸留塔３の塔底部３２は、配管１５を介して、脱水反応器２に接続されており、塔底部３２に溜まったエチレングリコールの液体は、配管１５を通じて、脱水反応器２へと戻される。
【００２６】
第１凝縮部４は、凝縮器４１と、貯留タンク４２とを備えている。ここで、凝縮器４１は、上述した通り、蒸留塔３の塔頂部３１と配管１２を介して接続されている。また、貯留タンク４２は、凝縮器４１と配管４４を介して接続され、蒸留塔３と配管４５を介して接続されている。配管１２を通じて蒸留塔３から凝縮器４１へ流れ込んだ水蒸気は、凝縮器４１で凝縮され、得られた凝縮水は、貯留タンク４２に貯留される。貯留タンク４２に貯留された凝縮水の一部は、配管４５を通じて、蒸留塔３へ戻り、蒸留塔３で還流液として使用される。このとき、蒸留塔３に戻る凝縮水の量は、配管４５に設けられた制御弁４３により調整される。また、余った凝縮水は、系外に排出される。
【００２７】
この第１凝縮部４の凝縮器４１は、温水が循環する温水配管５（本発明でいう温水循環ライン）を介して、後述する吸収式冷凍機９の再生器９１に接続されている。
【００２８】
温水配管５を流れる温水は、第１凝縮部４の凝縮器４１で水蒸気を冷却して凝縮させるための冷媒として使用される一方、後述する吸収式冷凍機９の再生器９１において、水蒸気を吸収した吸収液を加熱するための加熱源として利用される。このため、温水配管５を流れる温水の温度は、水蒸気を冷却凝縮させることができ、且つ、吸収式冷凍機９の再生器９１で吸収液を加熱できる温度に設定されている。
【００２９】
具体例としては、温水配管５を流れる温水は、５０〜８０℃、より好ましくは７０〜８０℃の温度で第１凝縮部４の凝縮器４１に入り、水蒸気との熱交換により温度上昇して、凝縮器４１に入る時の温度よりも高い８０〜９５℃、より好ましくは９０〜９５℃の温度で凝縮器４１から出ることが好ましい。このように温水配管５を流れる温水の温度を、５０〜８０℃の温度、より好ましくは７０〜８０℃の温度で、凝縮器４１に入るように設定すると、蒸留塔３へ還流液として戻す凝縮水の温度が５０℃以上、より好ましくは７０℃以上の高温に保たれるため、塔底部３２に溜まるエチレングリコールの温度を一定に保つための昇温エネルギーが少なく、塔底部３２に溜まったエチレングリコールの液体を脱水反応器２で加熱する際に必要なエネルギーを節約することができる。
【００３０】
重合反応器６は、脱水反応器２と配管１４を介して接続されており、配管１４を通じて脱水反応器２から移送された中間体を、５０〜３００Ｐａ（ａｂｓ）下で、加熱媒体により２８０〜２８５℃の温度に加熱する。これにより、重合反応が起こり、ポリエチレンテレフタレートが生成される。このとき、エチレングリコールを含む副生成物が生成する。生成した副生成物は、蒸発し、重合反応器６と第２凝縮部７のスクラバー７１とを接続する配管１３を通じて、後述する第２凝縮部７のスクラバー７１へ流れ込む。
【００３１】
第２凝縮部７は、スクラバー７１と、貯留タンク７２と、冷却器７３とを備えている。スクラバー７１は、上述したように、重合反応器６に配管１３を介して接続されている。さらに、スクラバー７１の頂部には、配管１６を介して真空発生装置（エゼクター）７５が接続されている。また、スクラバー７１と、貯留タンク７２と、冷却器７３とは、配管７４１，７４２及び循環ポンプ７４３により構成された凝縮液循環ライン７４により接続されている。この凝縮液循環ライン７４は、スクラバー７１内で蒸気を凝縮させて得られた凝縮液を、貯留タンク７２へ移送し、貯留タンク７２へ溜まった凝縮液の一部を、冷却器７３を経由して、スクラバー７１内に移送するように構成されている。この凝縮液循環ライン７４において、貯留タンク７２と冷却器７３との間には、循環ポンプ７４３が設けられている。なお、貯留タンク７２に溜まった凝縮液は、凝縮液循環ライン７４に循環させる一部を残して、脱水反応器２で再使用するために、回収される。
【００３２】
第２凝縮部７のスクラバー７１内では、冷却器７３で冷却された凝縮液が噴射される。これにより、配管１３を通じて重合反応器６からスクラバー７１内に流れ込んだエチレングリコールを含む蒸気が、噴射された凝縮液（冷却液）との接触により冷却されて凝縮し、凝縮液（エチレングリコールを主成分とする液体）となる。この時、配管１３を通じて重合反応器６からスクラバー７１内に流れ込んだ蒸気に含まれる成分のうち、水、窒素、空気等のエチレングリコールよりも沸点の低い成分を主成分とする気体が、真空発生装置７５に吸引され、そして、系外へ排出される。
【００３３】
スクラバー７１で得られた凝縮液は、凝縮液循環ライン７４により貯留タンク７２へ移送される。そして、貯留タンク７２に溜まった凝縮液の一部は、凝縮液循環ライン７４により冷却器７３へ移送される。この冷却器７３は、冷水が循環する冷水配管８（本発明でいう冷水循環ライン）を介して、後述する吸収式冷凍機９の蒸発器９３に接続されており、冷却器７３へ移送された凝縮液は、冷却器７３において、冷水配管８を流れる冷水と熱交換されることで冷却される。そして、冷却器７３で冷却された凝縮液は、上述したように、スクラバー７１へ移送されて、スクラバー７１内でエチレングリコールを含む蒸気を凝縮させるための冷却液として噴射される。
【００３４】
このように冷水配管８を流れる冷水は、第２凝縮部７の冷却器７３で凝縮液を冷却させるための冷媒として使用される。このため、冷水配管８を流れる冷水の温度は、凝縮液を、エチレングリコールを含む蒸気を凝縮させる冷却液として使用可能な温度まで冷却することができる温度に設定されている。具体例としては、冷水配管８を流れる冷水は、０〜３０℃、より好ましくは０〜５℃の温度で冷却器７３に入り、凝縮液との熱交換により温度上昇して、入る時の温度よりも高い５〜３５℃、より好ましくは、５〜１０℃の温度で冷却器７３から出ることが好ましい。
【００３５】
吸収式冷凍機９は、図１に示すように、再生器９１、凝縮器９２、蒸発器９３、吸収器９４とを備えている。上述したように、再生器９１は、温水配管５を介して、第１凝縮部４の凝縮器４１と接続されており、蒸発器９３は、冷水配管８を介して、第２凝縮部７の冷却器７３と接続されている。
【００３６】
このような吸収式冷凍機９では、吸収器９４内で水蒸気を吸収した吸収液が、温水配管５を流れる温水、具体的には、第１凝縮部４の凝縮器４１で加温され、再生器９１に入った温水により加熱される。これにより、吸収液から水蒸気が分離し、分離した水蒸気は、凝縮器９２内に流れ込み、凝縮器９２内を循環する冷却水により冷却されて凝縮し、水となる。この水は、減圧状態に保たれた蒸発器９３内で蒸発する。このとき、冷水配管８を流れる冷水が、蒸発器９３内で水が蒸発する際の気化熱により冷却される。また、蒸発器９３内で水の蒸発により発生した水蒸気は、吸収器９４内に流れ込み、吸収液に吸収される。そして、この吸収液が、再生器９１へ移送され、上記した温水配管５を流れる温水により加熱される。
【００３７】
上記したポリエステル製造装置１では、第１凝縮部４において、水蒸気が、温水配管５を流れる５０〜８０℃の温水により冷却され凝縮される。そして、得られた凝縮水の一部は、還流液として蒸留塔３に戻される。この時、蒸留塔３に戻される凝縮水は、５０〜８０℃の温水により水蒸気を冷却凝縮して得られるものであるため、５０℃以上の温度を有している。このため、塔頂部３１に戻される還流液（水）による過剰冷却を防止する事ができ、（塔底部３２に溜るエチレングリコールの液体の温度を一定に保つための昇温エネルギーが少なく、）塔底部３２に溜まったエチレングリコールの液体を脱水反応器２で加熱する際に必要なエネルギーを節約することができる。また、温水配管５を流れる温水は、第１凝縮部４の凝縮器４１に５０〜８０℃の温度で入り、第１凝縮部４で水蒸気の凝縮熱を吸収して、入る時の温度よりも高い８０〜９５℃の温度で凝縮器４１から出て、吸収式冷凍機９の再生器９１へと移送される。このため、温水配管５を流れる温水は、十分に、吸収式冷凍機９の再生器９１の駆動源、即ち、水蒸気を吸収した吸収液を加熱する加熱源となり得、これにより、第２凝縮部７の冷却器７３に接続された冷水配管８を流れる冷水は、吸収式冷凍機９の蒸発器９３で発生した気化熱により十分に冷却される。
【００３８】
このように、本実施の形態のポリエステル製造装置１は、第１凝縮部４で発生した凝縮熱（熱エネルギー）を利用して吸収式冷凍機９の再生器９１を駆動させ、この吸収式冷凍機９の蒸発器９３から、第２凝縮部７の冷却器７３の冷熱源を得るように構成されているため、脱水反応器で発生した水蒸気を凝縮させるための凝縮器、及び、重合反応器で発生した蒸気の凝縮液を冷却するための冷却器のそれぞれに、冷却塔又は電気式冷凍機等の冷却装置を備える従来のポリエステル製造装置と比べて、エネルギーの無駄を削減することができる。
【００３９】
上記した本実施の形態では、テレフタル酸とエチレングリコールとを脱水反応器２で脱水縮合させて得られた中間体を重合反応器６で重合反応させてポリエチレンテレフタレート（ポリエステル）を製造するポリエステル製造装置１に、本発明のポリマー製造装置を適用した場合の構成を示しているが、本発明のポリマー製造装置は、脱水反応器でテレフタル酸とエチレングリコールとを脱水縮合させるものに限定されない。即ち、本発明のポリマー製造装置の脱水反応器は、２種以上の成分を脱水縮合させるものであれば、特に限定されず、例えば、２つのカルボキシル基を有するジカルボン酸成分と、２つのヒドロキシル基を有するジオール成分とを反応させるものであってよい。
【００４０】
なお、本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施例はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
【符号の説明】
【００４１】
１ ポリエステル製造装置（ポリマー製造装置）
１１〜１６ 配管
２ 脱水反応器
３ 蒸留塔
３１ 塔頂部
３２ 塔底部
４ 第１凝縮部
４１ 凝縮器
４２ 貯留タンク
４３ 制御弁
５ 温水配管（温水循環ライン）
６ 重合反応器
７ 第２凝縮部
７１ スクラバー
７２ 貯留タンク
７３ 冷却器
７４ 凝縮液循環ライン
７４１，７４２ 配管
７４３ 循環ポンプ
７５ 真空発生装置
８ 冷水配管（冷水循環ライン）
９ 吸収式冷凍機
９１ 再生器
９２ 凝縮器
９３ 蒸発器
９４ 吸収器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脱水反応器で少なくとも２種の成分を脱水縮合させ、得られた中間体を、重合反応器で重縮合させてポリマーを製造するポリマー製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、脱水反応器で２種の成分を脱水縮合させ、得られた中間体を、重合反応器で重縮合させてポリマーを製造することが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、ジカルボン酸成分の液体と、ジオール成分の液体とをエステル化反応器（脱水反応器）で反応させ、得られた中間体を重合反応器で重縮合させてポリエステルを製造する技術が開示されている。
【０００４】
この特許文献１に開示の技術において、脱水反応器では、未反応のジオール成分が、副生成物である水とともに蒸発し、脱水反応器の外へ流出する。この脱水反応器から流出したジオール成分を回収して再利用するため、脱水反応器から流出した蒸気は蒸留塔へと導かれ、水蒸気とジオール成分の液体とに分離される。そして、分離されたジオール成分の液体は脱水反応器へと戻される。このとき、蒸留塔で分離された水蒸気は、凝縮器に移されて凝縮され、得られた凝縮水の一部は、還流液として蒸留塔へ戻される。
【０００５】
また、重合反応器では、中間体と共に脱水反応器から重合反応器内へ流れ込んだ未反応のジオール成分、又は、副生成物として生成したジオール成分が蒸発して、重合反応器の外へ流出する。この重合反応器から流出したジオール成分を含む蒸気（以下、ジオール蒸気という。）は、湿式コンデンサーで冷却液との接触により凝縮して液化し、回収される。ここで回収された凝縮液の一部は、冷却器で冷却された後、湿式コンデンサーに戻され、ジオール蒸気を凝縮させるための冷却液として使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第９８／５０４４８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記した特許文献１に開示のような水蒸気を凝縮させる凝縮器には、一般に、冷媒が循環する第１循環ラインを介して、冷却塔が接続される。この第１循環ラインを流れる冷媒は、凝縮器で水蒸気を冷却させる一方、水蒸気の凝縮熱を吸収して温度上昇する。水蒸気の凝縮熱を吸収した冷媒は、冷却塔へ移動し、冷却塔内で大気中に熱エネルギー（凝縮熱）を放出して、凝縮器へ戻る。
【０００８】
さらに、上記した特許文献１に開示のような湿式コンデンサーで得られた凝縮液を冷却する冷却器には、一般に、冷媒が循環する第２循環ラインを介して、電気エネルギーを駆動源とする電気式冷凍機が接続される。この第２循環ラインを流れる冷媒は、冷却器内で凝縮液を冷却する一方、凝縮液の熱を吸収して温度上昇する。この凝縮液の熱を吸収した冷媒は、電気式冷凍機で冷却された後、冷却器に戻る。
【０００９】
このように、上記した特許文献１に開示の技術で、ポリエステルを製造するためには、冷却塔と電気式冷凍機が必要となる。しかし、冷却塔と電気式冷凍機とを備えると、冷却塔にて、凝縮器で発生した熱エネルギーを大気中に放出する一方で、電気式冷凍機で電気エネルギーを要するため、エネルギーの無駄が多い。
【００１０】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであって、脱水反応器で発生した水蒸気が凝縮する際の熱エネルギーを有効利用することで、エネルギーの無駄が削減されたポリマー製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係るポリマー製造装置は、脱水反応器で少なくとも２種の成分を脱水縮合させ、得られた中間体を、重合反応器で重縮合させてポリマーを製造するポリマー製造装置において、脱水反応器で発生した蒸気が導入される蒸留塔と、この蒸留塔の塔頂部から得られた水蒸気を冷却して凝縮させる第１凝縮部と、重合反応器で発生した蒸気を冷却液に接触させて凝縮させ、得られた凝縮液の一部を冷却器で冷却して前記冷却液とする第２凝縮部とが備えられ、前記第１凝縮部が、温水が循環する温水循環ラインを介して、吸収式冷凍機の再生器に接続され、前記吸収式冷凍機の蒸発器が、冷水が循環する冷水循環ラインを介して、前記第２凝縮部の前記冷却器に接続されていることを特徴とする。
【００１２】
この本発明のポリマー製造装置によれば、温水循環ラインを流れる温水は、第１凝縮部において、水蒸気を凝縮させるための冷媒として利用される。この第１凝縮部で水蒸気を冷却させるための冷媒として利用され、水蒸気の凝縮熱を吸収した温水は、吸収式冷凍機の再生器で、吸収液を加熱するための加熱源に利用される。また、冷水循環ラインを流れる冷水は、吸収式冷凍機の蒸発器で発生した気化熱により冷却され、第２凝縮部の冷却器において、凝縮液を冷却するための冷媒として利用される。
【００１３】
つまり、本発明のポリマー製造装置では、第１凝縮部で発生した凝縮熱（熱エネルギー）を利用して吸収式冷凍機の再生器を駆動させ、この吸収式冷凍機の蒸発器から、第２凝縮部の冷熱源を得ている。このため、従来と比べて、エネルギーの無駄を削減することができる。
【００１４】
本発明に係るポリマー製造装置において、前記温水循環ラインを流れる温水は、５０〜８０℃の温度で前記第１凝縮部に入り、入る時の温度よりも高い８０〜９５℃の温度で前記第１凝縮部から出ることが好ましい。
【００１５】
この本発明のポリマー製造装置によれば、第１凝縮部で水蒸気は５０〜８０℃の温度の温水で冷却されるので、第１凝縮部で水蒸気を凝縮して得られる凝縮水の温度を、５０℃以上の高温に保つことができる。例えば、凝縮水を還流液として蒸留塔に戻し、蒸留塔の塔底部に溜まった液体を反応溶液として脱水反応器に戻す場合、蒸留塔へ戻す還流液の温度が低いと、蒸留塔の塔底部に溜まる液体の温度を一定に保つために、脱水反応器で加熱する際に、多量のエネルギーが必要となる。しかし、前記温水循環ラインを流れる温水の温度を、５０〜８０℃の温度で前記第１凝縮部に入るように設定すると、蒸留塔へ戻す還流液の温度が高温に保たれるため、蒸留塔の塔底部に溜まる液体の温度を一定に保つための昇温エネルギーが少なく、脱水反応器で加熱する際に必要なエネルギーを節約することができる。また、温水は、第１凝縮部から８０〜９５℃の温度で出るため、吸収式冷凍機の再生器において、吸収液から水蒸気を十分に分離させることができ、蒸発器において、冷水循環ラインを流れる冷水を十分に冷却することができる。
【００１６】
また、本発明に係るポリマー製造装置において、前記冷水循環ラインを流れる冷水は、０〜３０℃の温度で前記冷却器に入り、入る時の温度よりも高い５〜３５℃の温度で前記冷却器から出ることが好ましい。
【００１７】
この本発明のポリマー製造装置によれば、第２凝縮部の冷却器で、凝縮液を十分に冷却することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のポリマー製造装置によれば、脱水反応器で発生した水蒸気が凝縮する際の凝縮熱（熱エネルギー）を利用して吸収式冷凍機の再生器を駆動させて、この吸収式冷凍機の蒸発器から、重合反応器で発生した蒸気を凝縮させるための冷熱源を得ることができるので、エネルギーの無駄を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係るポリエステル製造装置の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図１を参照して説明する。なお、以下に示す実施の形態では、ポリマー製造装置として、ポリエチレンテレフタレート（即ち、ポリエステル）を製造するためのポリエステル製造装置１に本発明を適用した場合を示す。
【００２１】
本実施の形態のポリエステル製造装置１は、図１に示すように、脱水反応器２で、テレフタル酸（図１中では、ＴＰＡと略す。）とエチレングリコール（図１中では、ＥＧと略す。）とを脱水縮合させ、生成した中間体を重合反応器６で重縮合させてポリエチレンテレフタレート（本発明でいうポリマー）を製造する構成とされている。ここで、脱水反応器２は、配管１１を介して蒸留塔３に接続されており、脱水反応器２から発生した蒸気は、蒸留塔３で、水蒸気とエチレングリコール液に分離される。さらに、蒸留塔３の塔頂部３１には、配管１２を介して第１凝縮部４が接続されており、蒸留塔３の塔頂部３１から得られた水蒸気は、第１凝縮部４で凝縮液化される。一方、重合反応器６は、配管１３を介して第２凝縮部７に接続されており、重合反応器６から発生した蒸気は、第２凝縮部７で凝縮される。
【００２２】
このような本実施の形態のポリエステル製造装置１において、第１凝縮部４と第２凝縮部７は、吸収式冷凍機９に接続されており、本実施の形態のポリエステル製造装置１は、第１凝縮部４で発生した凝縮熱を吸収式冷凍機９の熱源に利用して、第２凝縮部７の冷熱源を得る構成とされている。
【００２３】
以下、本実施の形態のポリエステル製造装置１の各部におけるポリエステルの製造工程を具体的に詳述する。
【００２４】
脱水反応器２では、テレフタル酸と、過剰量のエチレングリコールとが、大気圧下、加熱媒体により、２５０〜２６０℃の温度で加熱される。これにより、テレフタル酸とエチレングリコールとが脱水縮合して、２〜３量体のオリゴマー（中間体）が生成する。生成した中間体は、配管１４を通じて、重合反応器６へ移送される。重合反応器６へ移送する中間体の量は、配管１４に設けられた制御弁１４１により適宜調整される。また、脱水反応器２では、副生成物として水が生成し、生成した水が蒸発するとともに、未反応のエチレングリコールが蒸発する。そして、水とエチレングリコールとを含む蒸気は、配管１１を通じて、蒸留塔３へ流れる。
【００２５】
蒸留塔３は、脱水反応器２の頂部に配管１１を介して接続されており、配管１１を通じて脱水反応器２から流れ込んだ蒸気を、蒸気圧の差により、水蒸気とエチレングリコールの液体とに分離する。具体的には、蒸留塔３の塔頂部３１に水蒸気が溜まり、塔底部３２にエチレングリコールの液体が溜まる。また、蒸留塔３の塔頂部３１は、配管１２を介して、後述する第１凝縮部４の凝縮器４１に接続されており、塔頂部３１に溜まった水蒸気は、配管１２を通じて、第１凝縮部４の凝縮器４１へ流れる。一方、蒸留塔３の塔底部３２は、配管１５を介して、脱水反応器２に接続されており、塔底部３２に溜まったエチレングリコールの液体は、配管１５を通じて、脱水反応器２へと戻される。
【００２６】
第１凝縮部４は、凝縮器４１と、貯留タンク４２とを備えている。ここで、凝縮器４１は、上述した通り、蒸留塔３の塔頂部３１と配管１２を介して接続されている。また、貯留タンク４２は、凝縮器４１と配管４４を介して接続され、蒸留塔３と配管４５を介して接続されている。配管１２を通じて蒸留塔３から凝縮器４１へ流れ込んだ水蒸気は、凝縮器４１で凝縮され、得られた凝縮水は、貯留タンク４２に貯留される。貯留タンク４２に貯留された凝縮水の一部は、配管４５を通じて、蒸留塔３へ戻り、蒸留塔３で還流液として使用される。このとき、蒸留塔３に戻る凝縮水の量は、配管４５に設けられた制御弁４３により調整される。また、余った凝縮水は、系外に排出される。
【００２７】
この第１凝縮部４の凝縮器４１は、温水が循環する温水配管５（本発明でいう温水循環ライン）を介して、後述する吸収式冷凍機９の再生器９１に接続されている。
【００２８】
温水配管５を流れる温水は、第１凝縮部４の凝縮器４１で水蒸気を冷却して凝縮させるための冷媒として使用される一方、後述する吸収式冷凍機９の再生器９１において、水蒸気を吸収した吸収液を加熱するための加熱源として利用される。このため、温水配管５を流れる温水の温度は、水蒸気を冷却凝縮させることができ、且つ、吸収式冷凍機９の再生器９１で吸収液を加熱できる温度に設定されている。
【００２９】
具体例としては、温水配管５を流れる温水は、５０〜８０℃、より好ましくは７０〜８０℃の温度で第１凝縮部４の凝縮器４１に入り、水蒸気との熱交換により温度上昇して、凝縮器４１に入る時の温度よりも高い８０〜９５℃、より好ましくは９０〜９５℃の温度で凝縮器４１から出ることが好ましい。このように温水配管５を流れる温水の温度を、５０〜８０℃の温度、より好ましくは７０〜８０℃の温度で、凝縮器４１に入るように設定すると、蒸留塔３へ還流液として戻す凝縮水の温度が５０℃以上、より好ましくは７０℃以上の高温に保たれるため、塔底部３２に溜まるエチレングリコールの温度を一定に保つための昇温エネルギーが少なく、塔底部３２に溜まったエチレングリコールの液体を脱水反応器２で加熱する際に必要なエネルギーを節約することができる。
【００３０】
重合反応器６は、脱水反応器２と配管１４を介して接続されており、配管１４を通じて脱水反応器２から移送された中間体を、５０〜３００Ｐａ（ａｂｓ）下で、加熱媒体により２８０〜２８５℃の温度に加熱する。これにより、重合反応が起こり、ポリエチレンテレフタレートが生成される。このとき、エチレングリコールを含む副生成物が生成する。生成した副生成物は、蒸発し、重合反応器６と第２凝縮部７のスクラバー７１とを接続する配管１３を通じて、後述する第２凝縮部７のスクラバー７１へ流れ込む。
【００３１】
第２凝縮部７は、スクラバー７１と、貯留タンク７２と、冷却器７３とを備えている。スクラバー７１は、上述したように、重合反応器６に配管１３を介して接続されている。さらに、スクラバー７１の頂部には、配管１６を介して真空発生装置（エゼクター）７５が接続されている。また、スクラバー７１と、貯留タンク７２と、冷却器７３とは、配管７４１，７４２及び循環ポンプ７４３により構成された凝縮液循環ライン７４により接続されている。この凝縮液循環ライン７４は、スクラバー７１内で蒸気を凝縮させて得られた凝縮液を、貯留タンク７２へ移送し、貯留タンク７２へ溜まった凝縮液の一部を、冷却器７３を経由して、スクラバー７１内に移送するように構成されている。この凝縮液循環ライン７４において、貯留タンク７２と冷却器７３との間には、循環ポンプ７４３が設けられている。なお、貯留タンク７２に溜まった凝縮液は、凝縮液循環ライン７４に循環させる一部を残して、脱水反応器２で再使用するために、回収される。
【００３２】
第２凝縮部７のスクラバー７１内では、冷却器７３で冷却された凝縮液が噴射される。これにより、配管１３を通じて重合反応器６からスクラバー７１内に流れ込んだエチレングリコールを含む蒸気が、噴射された凝縮液（冷却液）との接触により冷却されて凝縮し、凝縮液（エチレングリコールを主成分とする液体）となる。この時、配管１３を通じて重合反応器６からスクラバー７１内に流れ込んだ蒸気に含まれる成分のうち、水、窒素、空気等のエチレングリコールよりも沸点の低い成分を主成分とする気体が、真空発生装置７５に吸引され、そして、系外へ排出される。
【００３３】
スクラバー７１で得られた凝縮液は、凝縮液循環ライン７４により貯留タンク７２へ移送される。そして、貯留タンク７２に溜まった凝縮液の一部は、凝縮液循環ライン７４により冷却器７３へ移送される。この冷却器７３は、冷水が循環する冷水配管８（本発明でいう冷水循環ライン）を介して、後述する吸収式冷凍機９の蒸発器９３に接続されており、冷却器７３へ移送された凝縮液は、冷却器７３において、冷水配管８を流れる冷水と熱交換されることで冷却される。そして、冷却器７３で冷却された凝縮液は、上述したように、スクラバー７１へ移送されて、スクラバー７１内でエチレングリコールを含む蒸気を凝縮させるための冷却液として噴射される。
【００３４】
このように冷水配管８を流れる冷水は、第２凝縮部７の冷却器７３で凝縮液を冷却させるための冷媒として使用される。このため、冷水配管８を流れる冷水の温度は、凝縮液を、エチレングリコールを含む蒸気を凝縮させる冷却液として使用可能な温度まで冷却することができる温度に設定されている。具体例としては、冷水配管８を流れる冷水は、０〜３０℃、より好ましくは０〜５℃の温度で冷却器７３に入り、凝縮液との熱交換により温度上昇して、入る時の温度よりも高い５〜３５℃、より好ましくは、５〜１０℃の温度で冷却器７３から出ることが好ましい。
【００３５】
吸収式冷凍機９は、図１に示すように、再生器９１、凝縮器９２、蒸発器９３、吸収器９４とを備えている。上述したように、再生器９１は、温水配管５を介して、第１凝縮部４の凝縮器４１と接続されており、蒸発器９３は、冷水配管８を介して、第２凝縮部７の冷却器７３と接続されている。
【００３６】
このような吸収式冷凍機９では、吸収器９４内で水蒸気を吸収した吸収液が、温水配管５を流れる温水、具体的には、第１凝縮部４の凝縮器４１で加温され、再生器９１に入った温水により加熱される。これにより、吸収液から水蒸気が分離し、分離した水蒸気は、凝縮器９２内に流れ込み、凝縮器９２内を循環する冷却水により冷却されて凝縮し、水となる。この水は、減圧状態に保たれた蒸発器９３内で蒸発する。このとき、冷水配管８を流れる冷水が、蒸発器９３内で水が蒸発する際の気化熱により冷却される。また、蒸発器９３内で水の蒸発により発生した水蒸気は、吸収器９４内に流れ込み、吸収液に吸収される。そして、この吸収液が、再生器９１へ移送され、上記した温水配管５を流れる温水により加熱される。
【００３７】
上記したポリエステル製造装置１では、第１凝縮部４において、水蒸気が、温水配管５を流れる５０〜８０℃の温水により冷却され凝縮される。そして、得られた凝縮水の一部は、還流液として蒸留塔３に戻される。この時、蒸留塔３に戻される凝縮水は、５０〜８０℃の温水により水蒸気を冷却凝縮して得られるものであるため、５０℃以上の温度を有している。このため、塔頂部３１に戻される還流液（水）による過剰冷却を防止する事ができ、（塔底部３２に溜るエチレングリコールの液体の温度を一定に保つための昇温エネルギーが少なく、）塔底部３２に溜まったエチレングリコールの液体を脱水反応器２で加熱する際に必要なエネルギーを節約することができる。また、温水配管５を流れる温水は、第１凝縮部４の凝縮器４１に５０〜８０℃の温度で入り、第１凝縮部４で水蒸気の凝縮熱を吸収して、入る時の温度よりも高い８０〜９５℃の温度で凝縮器４１から出て、吸収式冷凍機９の再生器９１へと移送される。このため、温水配管５を流れる温水は、十分に、吸収式冷凍機９の再生器９１の駆動源、即ち、水蒸気を吸収した吸収液を加熱する加熱源となり得、これにより、第２凝縮部７の冷却器７３に接続された冷水配管８を流れる冷水は、吸収式冷凍機９の蒸発器９３で発生した気化熱により十分に冷却される。
【００３８】
このように、本実施の形態のポリエステル製造装置１は、第１凝縮部４で発生した凝縮熱（熱エネルギー）を利用して吸収式冷凍機９の再生器９１を駆動させ、この吸収式冷凍機９の蒸発器９３から、第２凝縮部７の冷却器７３の冷熱源を得るように構成されているため、脱水反応器で発生した水蒸気を凝縮させるための凝縮器、及び、重合反応器で発生した蒸気の凝縮液を冷却するための冷却器のそれぞれに、冷却塔又は電気式冷凍機等の冷却装置を備える従来のポリエステル製造装置と比べて、エネルギーの無駄を削減することができる。
【００３９】
上記した本実施の形態では、テレフタル酸とエチレングリコールとを脱水反応器２で脱水縮合させて得られた中間体を重合反応器６で重合反応させてポリエチレンテレフタレート（ポリエステル）を製造するポリエステル製造装置１に、本発明のポリマー製造装置を適用した場合の構成を示しているが、本発明のポリマー製造装置は、脱水反応器でテレフタル酸とエチレングリコールとを脱水縮合させるものに限定されない。即ち、本発明のポリマー製造装置の脱水反応器は、２種以上の成分を脱水縮合させるものであれば、特に限定されず、例えば、２つのカルボキシル基を有するジカルボン酸成分と、２つのヒドロキシル基を有するジオール成分とを反応させるものであってよい。
【００４０】
なお、本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施例はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
【符号の説明】
【００４１】
１ ポリエステル製造装置（ポリマー製造装置）
１１〜１６ 配管
２ 脱水反応器
３ 蒸留塔
３１ 塔頂部
３２ 塔底部
４ 第１凝縮部
４１ 凝縮器
４２ 貯留タンク
４３ 制御弁
５ 温水配管（温水循環ライン）
６ 重合反応器
７ 第２凝縮部
７１ スクラバー
７２ 貯留タンク
７３ 冷却器
７４ 凝縮液循環ライン
７４１，７４２ 配管
７４３ 循環ポンプ
７５ 真空発生装置
８ 冷水配管（冷水循環ライン）
９ 吸収式冷凍機
９１ 再生器
９２ 凝縮器
９３ 蒸発器
９４ 吸収器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
脱水反応器で少なくとも２種の成分を脱水縮合させ、得られた中間体を、重合反応器で重縮合させてポリマーを製造するポリマー製造装置において、
脱水反応器で発生した蒸気が導入される蒸留塔と、
この蒸留塔の塔頂部から得られた水蒸気を冷却して凝縮させる第１凝縮部と、
重合反応器で発生した蒸気を冷却液に接触させて凝縮させ、得られた凝縮液の一部を冷却器で冷却して前記冷却液とする第２凝縮部と
が備えられ、
前記第１凝縮部が、温水が循環する温水循環ラインを介して、吸収式冷凍機の再生器に接続され、
前記吸収式冷凍機の蒸発器が、冷水が循環する冷水循環ラインを介して、前記第２凝縮部の前記冷却器に接続されている
ことを特徴とするポリマー製造装置。
【請求項２】
請求項１に記載のポリマー製造装置であって、
前記温水循環ラインを流れる温水は、５０〜８０℃の温度で前記第１凝縮部に入り、入る時の温度よりも高い８０〜９５℃の温度で前記第１凝縮部から出ることを特徴とするポリマー製造装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のポリマー製造装置であって、
前記冷水循環ラインを流れる冷水は、０〜３０℃の温度で前記冷却器に入り、入る時の温度よりも高い５〜３５℃の温度で前記冷却器から出ることを特徴とするポリマー製造装置。
【請求項１】
脱水反応器で少なくとも２種の成分を脱水縮合させ、得られた中間体を、重合反応器で重縮合させてポリマーを製造するポリマー製造装置において、
脱水反応器で発生した蒸気が導入される蒸留塔と、
この蒸留塔の塔頂部から得られた水蒸気を冷却して凝縮させる第１凝縮部と、
重合反応器で発生した蒸気を冷却液に接触させて凝縮させ、得られた凝縮液の一部を冷却器で冷却して前記冷却液とする第２凝縮部と
が備えられ、
前記第１凝縮部が、温水が循環する温水循環ラインを介して、吸収式冷凍機の再生器に接続され、
前記吸収式冷凍機の蒸発器が、冷水が循環する冷水循環ラインを介して、前記第２凝縮部の前記冷却器に接続されている
ことを特徴とするポリマー製造装置。
【請求項２】
請求項１に記載のポリマー製造装置であって、
前記温水循環ラインを流れる温水は、５０〜８０℃の温度で前記第１凝縮部に入り、入る時の温度よりも高い８０〜９５℃の温度で前記第１凝縮部から出ることを特徴とするポリマー製造装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のポリマー製造装置であって、
前記冷水循環ラインを流れる冷水は、０〜３０℃の温度で前記冷却器に入り、入る時の温度よりも高い５〜３５℃の温度で前記冷却器から出ることを特徴とするポリマー製造装置。
【図１】
【公開番号】特開２０１２−１１１８３１（Ｐ２０１２−１１１８３１Ａ）
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６１２７２（Ｐ２０１０−２６１２７２）
【出願日】平成２２年１１月２４日（２０１０．１１．２４）
【出願人】（５１０３１０２４４）日本電気機器株式会社 (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２４日（２０１０．１１．２４）
【出願人】（５１０３１０２４４）日本電気機器株式会社 (1)
【Ｆターム（参考）】
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