KR100445277B1 - 다성분 혼합물의 연속 분별 증류용 분리벽 컬럼 - Google Patents

Abstract

1개 이상의 분리벽이 분리벽 컬럼내에 탈착가능하게 부착되어 있는, 혼합물을 증류에 의해 3종 이상의 유분 (留分)으로 분리하기 위한 분리벽 컬럼이 기재되어 있다.

Description

다성분 혼합물의 연속 분별 증류용 분리벽 칼럼{Dividing Wall Column for Continuous Fractionation of Multicomponent Mixtures by Distillation}

본 발명은 혼합물을 증류에 의해 3종 이상의 유분으로 분리하기 위한 신규한 분리벽 컬럼 및 혼합물을 증류에 의해 분리하기 위한 개선된 방법에 관한 것이다.

다성분 혼합물을 연속 분별 증류하기 위한 여러 방법이 상용되고 있다. 가장 간단한 경우에는, 원료 혼합물은 저비점 탑정 유분과 고비점 탑저 유분의 2종의 유분으로 분별된다. 원료 혼합물을 2종 보다 많은 유분으로 분리하는 경우에는, 이러한 방법에 복수개의 증류 컬럼이 사용되어야만 한다. 장치에 드는 비용을 줄이기 위해서, 다성분 혼합물을 분리할 때는, 가능하다면 증기 또는 액체 측류 유출물을 가지는 컬럼이 사용된다. 그러나, 측류 유출물을 가지는 증류 컬럼을 사용하려는 잠재력은 측류로서 유출된 생성물이 결코 완전히 순수한 성분은 아니라는 사실로 인해 크게 제한된다. 측류가 풍부 구획에서, 통상적으로는 액체 형태로 유출될 때는, 측류 생성물은 여전히 탑정으로 분리 제거되어야 하는 저비점 성분을 갖는 부분을 함유한다. 유사하게, 스트립핑 구획, 일반적으로는 기상의 측류 유출물은 여전히 고비점 성분의 물질을 가진다. 그러므로, 통상의 측류 유출물 컬럼을 사용하는 것은 순수하지 못한 측류 생성물이 허용되는 경우로 한정된다.

분리벽 컬럼은 이러한 경우에 치유법을 제공한다. 이러한 유형의 컬럼은 DE 제3302525 A1호 및 전문가용 문헌 (예를 들면, Chem. Eng. Technol. 10 (1987) 제92 - 98 페이지 및 Chem.-Ing.-Tech. 61 (1989) 제2 호, 제104 - 112 페이지)에 기재되어 있다. 이러한 유형의 컬럼을 사용하면, 측류 생성물을 순수한 형태로 유출시키는 것도 가능하다. 이와 같이 함으로써, 다성분 혼합물을 분리할 때 요구되는 증류 컬럼의 총수를 감소시킬 수 있다. 이러한 유형의 컬럼은 단순화된 형태의 열결합된 증류 컬럼을 나타내기 때문에, 특히 에너지 소모도 적다. 열결합된 증류 컬럼은 마찬가지로 상기 전문가용 참고 문헌에 기재되어 있다. 통상의 증류 컬럼의 배치와 비교하면, 분리벽 컬럼은 에너지 소모와 자본비 면에서 모두 약 30% 유리하며, 따라서 산업계에서 점증적으로 사용되고 있다.

분리벽 컬럼을 사용하는데 있어서의 단점은 컬럼에 부착된 분리벽으로 인해 통상의 컬럼과는 상이한 기계적 구조를 가진다는 점이다. 장치의 개조는 상당한 비용 및 조업중단 (down) 시간과 연관된다. 따라서, 분리벽 컬럼을 사용하는 것은 주로 현재까지는 새로이 설치되는 컬럼으로 제한되어 왔다. 장치의 개조에 있어서, 열결합된 컬럼에는 빈번히 타협책으로서 변경이 행해진다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기 단점을 치유하고, 또한 기존의 분리벽 컬럼 및 신규한 분리벽 컬럼 어셈블리의 개조를 단순화시키는 것이다.

도 1은 여태까지 통상적으로 사용되어 온 고정식 분리벽이 탑재된 분리벽 컬럼.

도 2는 상하로 배치되고 탈착가능한 복수개의 분리벽이 탑재된 신규한 분리벽 컬럼.

도 3은 시트 스트립이 부착된 분리벽을 나타낸 단면도.

도 4는 개별 충전물들 사이에 느슨하게 부착된 분리벽을 나타낸 단면도.

도 5는 얇은 시트로 이루어진 스프렁 (sprung) 밀봉 립이 부착된 분리벽을 나타낸 단면도.

도 6은 U 형상의 가이드 레일에 삽입된 분리벽을 나타낸 단면도.

도 7은 분리벽과 이에 부착된 느슨한 시트의 측면도.

<도면의주요부분에대한부호의설명>

1 : 분리벽

2, 9 : 분리벽 컬럼

3 : 분리벽

4 : 충전물

5 : 느슨한 시트

6 : 편류관

7 : 스페이서

8 : 밀봉 립

10 : 가이드 레일

본 발명자들은 본 발명에 이르러, 이 목적이 1개 이상의 분리벽이 분리벽 컬럼내에 탈착가능하게 부착되는, 혼합물을 증류에 의해 3종 이상의 유분으로 분리하기 위한 분리벽 컬럼에 의해 달성된다는 것을 발견하였다. 또한, 본 발명의 분리벽 컬럼을 사용하는 증류에 의해 혼합물을 분리하기 위한 방법도 발견하였다.

이하, 도면을 참고로 하여 신규한 분리벽 컬럼을 보다 구체적으로 기술한다.

도 1은 여태까지 통상적으로 사용되어 온 고정식 분리벽 (1)이 탑재된 분리벽 컬럼 (2)을 나타낸 도면이다.

도 2는 상하로 배치되고 탈착가능한 복수개의 분리벽 (3)이 탑재된 신규한 분리벽 컬럼 (2)을 나타낸 도면이다.

본 발명에 따르면, 컬럼내에 분리벽을 부착시킬 필요가 없는 특수 구조의 배치물이 제공된다. 이러한 신규한 분리벽 컬럼은 충전물의 존재 또는 부재하에 컬럼 본체내에 고정된, 예를 들면 용접된 분리벽을 가지지 않는다. 첫 번째 가능성있는 구조는 배치된 컬럼 충전물에 직접 부착된 요소를 분리함으로써 액체 및 증기 스트림이 종방향으로 세분되는 것이다 (도 3). 이 때, 분리벽 (3)은 충전물 (4)에 통합된 구조 요소로서, 충전물 (4)에 고정된다. 충전물에 결합된 이 시트 (3)의 벽 두께는 컬럼 본체내에 고정된 분리벽을 갖는 경우 보다 현저히 낮게, 대략 0.1 내지 3 mm, 바람직하게는 1 내지 2 mm로 유지될 수 있으며, 컬럼 본체내에 고정된 분리벽을 갖는 경우에는 바람직한 벽 두께는 5 내지 10 mm이다. 특히, 기존의 통상의 컬럼을 개조하는 경우, 이들 충전물로 인해 비용이 절감되고 개조 시간이 단축된다.

상하로 배치된 충전층을 밀봉하기 위해서는, 충전물내로 통합된 루프형 모양의 분리벽이 바람직하다. 도 3은 통합된 분리벽 (3)이 상부 말단과 하부 말단에서 그와 결합된 충전물 (4) 보다 약 1 내지 10 mm 더 길게 제조되고, 하부 말단에는 폭이 약 10 내지 20 mm이고 두께가 약 0.1 내지 2 mm인 추가의 시트 스트립 (5)를 가지는 단순한 구성을 나타낸다. 개별 충전층이 어셈블될 때는, 액체가 교차되는 것을 방지하고 또한 증기가 교차되지 못하도록 충분히 밀착되게 밀봉되는, 루프 형상의 중첩물 (overlapping)이 형성된다. 공학에서 통상적인 다른 밀봉 치수도 이와 같이 특히 단순한 구조체에 적용가능하다.

또다른 보다 단순한 가망성은 분리벽을 충전물로 통합하는 것을 제공하지는 않지만, 두께가 약 0.5 내지 3 mm, 바람직하게는 1 내지 2 mm인 느슨한 시트 (3)과 같이 개별 충전물들 (4) 사이에 분리벽을 느슨하게 부착시키는 것을 제공한다 (도 4). 이 경우의 충전물은 통상의 견고히 부착된 분리벽을 갖는 경우와 마찬가지로 액체 편류관 (6) 및 스페이서 (7)을 가지는 동일 디자인으로 사용될 수 있다. 이 경우에도, 밀봉을 위해 시트 스트립 (5)를 부착시키는 것이 유리하다. 개별 시트 (3)은 충전층에 대응하거나 또는 이 보다 큰 높이로 이루어질 수 있다.

산업적으로 제작된 컬럼으로부터의 결과가 나타내는 바와 같이, 중간 보일러 유분에 대한 중간 정도의 순도 요건과 큰 컬럼의 직경의 충분한 원마도의 경우에 밀봉 요소에 의한 측면 밀봉은 필요하지가 않다. 매우 둥글지 않은 컬럼 영역 및 약 99.8% 보다 큰 중간 보일러 유분에 대한 생성물 규격이 단지 요구된다. 통합된분리벽과 컬럼 벽 사이에는 1 내지 2 mm의 간극 폭이 초과되지 않아야 한다. 측면 밀봉이 요구되는 경우, 가능성있는 간단한 방법은 얇은 시트로 이루어진 스프렁 (sprung) 밀봉 립 (8)을 부착시키는 것이며, 이는 컬럼 벽 (9)에 밀봉재로서 작용한다 (도 5).

보다 효과적으로는, 충전층에 부착된 분리벽의 불완전한 밀봉으로 인해 저비점 성분 또는 고비점 성분에 의한 중간 보일러 유분의 오염은 유출면상의 압력이 언제나 공급면의 압력 보다 다소 높거나 또는 동일한 방식으로 종방향으로 세분된 부분의 양면상에 영향을 받는 컬럼의 높이를 따른 압력에 의해 방지될 수 있다. 이는 공급면상 보다 유출면상에 보다 큰 충전 높이 또는 보다 높은 압력 강하를 가지는 보다 높은 충전물 엔딩 (ending)에 의해, 예를 들면 충전물에서 보다 협소한 흐름 단면으로 인해 간단한 방식으로 달성될 수 있다.

통합된 분리벽이 없이 통상의 충전층을 사용하고 컬럼 본체에 분리벽을 별도로, 바람직하게는 느슨하게 부착시키는 것도 가능하다. 특히, 분리벽 (3)이 삽입된 U 형상의 가이드 레일 (10)을 컬럼 벽에 부착시키는 것은 간단하다 (도 6). 이 경우에, 분리벽은 그의 숫자를 줄이기 위해 보다 길게, 예를 들면 1 내지 2 m의 길이로 제조할 수 있다. 벽의 두께는 적절한 강성을 달성하도록 약 3 내지 10 mm이어야 한다.

이와 같이 분리벽을 디자인하는 경우, 랜덤 충전물, 예를 들면 폴 링을 사용하는 것도 가능하다. 느슨한 분리벽이 컬럼 단면의 중심부로부터 떨어져서 부착되는 경우, 가이드 레일이 언제나 필요한데, 이는 그렇지 않은 경우 적절한 측면 밀봉이 보장되지 않기 때문이다.

개별 충전층들 사이의 액체 수집기 및 액체 분배기의 영역에서는, 각 경우에 종방향 세분으로서 단일 시트 조각을 제공하는 것이 가장 합당하다.

트레이 컬럼의 경우에는, 이중 흐름 단에 대해 종방향의 세분을 부착시키는 것이 가장 간단하다. 이 경우에, 예를 들면 컬럼 벽에 그리고 단의 상단면상에 그리고(또는) 단의 하단면상에 부착되는 U 형상의 가이드 레일내로 삽입되는 장방형 평면 시트가 충분하다.

시브 트레이, 밸브 트레이 및 포종 트레이는 보다 복잡한 기하의 종방향의 세분을 요하는데, 이는 다운커머 (downcomer)가 세분되어야만 하기 때문이기도 하다. 종방향의 세분이 각각 웨어 (weir)에 수직으로 배치될 때의 구성이 가장 단순하다.

혼합물을 본 발명의 분리벽 컬럼을 사용하여 분리하기 위한 증류 공정에서는, 분리벽 컬럼은 유출면상의 압력이 공급면상의 압력 이상인 방식으로 조작하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 1개 이상의 분리벽이 분리벽 컬럼내에 탈착가능하게 부착되어 있는 분리벽 컬럼을 사용하여, 혼합물을 증류에 의해 3개 이상의 유분 (留分)으로 분리할 수 있다.

Claims (10)

1개 이상의 분리벽이 분리벽 컬럼내에 탈착가능하게 부착되어 있는, 혼합물을 증류에 의해 3종 이상의 유분 (留分)으로 분리하기 위한 분리벽 컬럼.

제1항에 있어서, 분리벽 또는 분리벽들이컬럼 벽상의 가이드 레일에 느슨하게 부착되어 있는 분리벽 컬럼.

제1항에 있어서, 분리벽 컬럼이 혼합물을 분리하기 위한 충전물을 함유하는 것인 분리벽 컬럼.

제1항에 있어서, 분리벽 컬럼이 배치된 충전물을 함유하고, 종방향으로 세분하는 분리벽들이 각각 두께가 0.1 내지 3 mm인 시트로서의 충전층의 한 면에 부착되어 있는 분리벽 컬럼.

제4항에 있어서, 이들 시트가 상부 또는 하부 말단에서 충전층 위로 1 내지 10 mm 연장되고, 상기 하부 말단에는 폭이 10 내지 20 mm이고 두께가 0.1 내지 2 mm인 시트 스트립을 가지며, 이 시트 스트립은 그의 상단부에서만 상기 충전층이 상하로 적층될 때 루프 형상의 적어도 부분적으로 밀봉하는 중첩물 (overlapping)이 형성되어 액체가 분리벽의 한 면으로부터 다른 면으로 교차되는 것을 방지하고또한 증기가 교차되지 못하도록 충분히 밀착되게 밀봉되는 방식으로 상기 분리벽에 결합되는 분리벽 컬럼.

제3항에 있어서, 분리벽이 개개의 충전물들 사이에 두께가 0.5 내지 3 mm인 시트로서 느슨하게 부착되어 있는 분리벽 컬럼.

제4항에 있어서, 분리벽이 스프렁 (sprung) 밀봉 립에 의해 측면으로 밀봉되는 분리벽 컬럼.

제1항에 있어서, 트레이 컬럼으로서 이루어지는 분리벽 컬럼.

혼합물을 제1 내지 8항 중 어느 한 항 기재의 분리벽 컬럼을 사용하여 증류에 의해 3종 이상의 유분으로 분리하는 방법.

제9항에 있어서, 분리벽 컬럼을 유출면상의 압력이 공급면상의 압력 이상이 되도록 조작하는 방법.

Images