KR100882726B1 - 디메틸에테르 분리방법 - Google Patents

디메틸에테르 분리방법 Download PDF

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임계규
조정호
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Abstract

본 발명은 디메틸에테르(Dimethyl Ether; DME) 분리방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 디메틸에테르 합성 반응으로부터 생성된 혼합물에 함유되어 있는 디메틸에테르를 메탄올 수용액으로 용해시켜 분리하고, 상기 메탄올 수용액에 의해 용해되지 않은 일산화탄소, 이산화탄소 및 수소 등은 상기 디메틸에테르 합성 반응에서 재사용되도록 하며, 상기 디메틸에테르가 용해된 메탄올 수용액은 증류하여 90% 이상 순도의 디메틸에테르를 분리 및 회수하는 것을 특징으로 하는 디메틸에테르 분리방법에 대한 것이다.
상기한 본 발명에 따르면 디메틸에테르 합성 반응으로부터 생성된 혼합물로부터 90% 이상 순도의 연료급 디메틸에테르를 경제적으로 분리해낼 수 있다.
디메틸에테르(DME), 분리

Description

디메틸에테르 분리방법{PROCESS FOR SEPARATING DIMETHYL ETHER}
본 발명은 디메틸에테르 분리방법에 관한 것으로, 디메틸에테르 합성 반응기에서 반응 생성물로 유출되는 디메틸에테르, 메탄올, H2O(물), CO2(이산화탄소) 및 미반응 합성가스(H2, CO)를 포함하는 혼합물로부터 대체연료로 사용될 수 있는 90% 이상 순도의 디메틸에테르를 경제적으로 분리해낼 수 있는 방법에 대한 것이다.
1992년의 UN 기후 변화 협약과 1997년의 교토의정서 채택 등 지속적으로 엄격해지는 지구 환경 문제에 대한 국제적 규제에 대처하기 위하여 가솔린, 경유 등과 같은 기존의 에너지를 대체할 수 있는 친환경적인 청정에너지인 디메틸에테르가 주목받고 있다.
디메틸에테르는 기존의 디젤연료와 상응하는 열효율을 나타내면서도 기존의 가솔린과 디젤연료에 비해 질소산화물 방출이 훨씬 낮으며, 스모그 생성이 거의 없 고 엔진 소음도 작다. 따라서, 기존 국내 수송 연료의 30% 이상을 차지하는 디젤 연료 및 LPG를 대체할 청정연료로 대량 활용될 것으로 전망되어, 효율적이고 안정적인 디메틸에테르의 대량 생산 시스템 구축에 관심이 모아지고 있다. 이러한 디메틸에테르는 에너지 부존자원이 상대적으로 부족한 동북 아시아에서 LPG, 디젤 대체 연료로 각광을 받을 것으로 예상되고 있다. 그 제조 기술을 보면, 일본의 경우 자체 기술개발로 일일 100톤에 이르는 디메틸에테르를 생산하고 있으며, 중국의 경우는 외국 기술을 유치하여 2010년 발전용, 수송용 디메틸에테르 수요를 500만톤~1000만톤으로 예상하고 있다.
이와 같이, 국외의 경우 이러한 디메틸에테르의 제조 기술뿐만 아니라 디메틸에테르를 상용화하는데 있어 꼭 필요한 분리 공정에 대해 많은 연구를 하고 있는 반면에 국내의 경우에는 각종 출연 연구기관, 대학 및 기업체에서 관심을 갖고 1990년대 후반부터 디메틸에테르에 대한 연구를 진행하여 왔으나 벤치(Bench) 규모 또는 파일럿(Pilot) 규모의 합성가스 제조 또는 디메틸에테르 합성 기술이 주로 연구되었을 뿐, 디메틸에테르 합성 반응기에서 유출되는 혼합물로부터 연료급 디메틸에테르를 경제적으로 분리하는 연구는 수행되지 않았다.
한편, 합성가스(H2, CO)로부터 DME를 직접 제조하는 합성 반응기에서는 메탄올 합성반응(2H2 + CO → CH3OH), 메탄올 탈수반응(2CH3OH → DME + H2O), 물 전환 반응(H2O + CO → CO2 + H2)이 진행되는데, 상기 DME 합성 반응기에서 유출되는 혼합물에는 DME 외에 상당량의 메탄올(CH3OH), H2O, CO2 및 미반응 합성가스(H2, CO), 불순물 등이 함유되어 있어 대체연료로 사용될 수 있는 순도로 DME를 분리해야 한다.
종래의 디메틸에테르(DME) 분리 공정 중에는 디메틸에테르(DME) 합성 반응기에서 나오는 혼합물을 응축시켜 액상(메탄올, H2O, 용해된 DME)과 기상(미반응물, CO2, DME)으로 먼저 분리하고, 상기 분리된 메탄올을 흡수 용매로 사용하여 기상의 DME를 회수한 후 메탄올 탈수반응기를 통하여 메탄올을 DME로 전환한 다음, 상기 액상으로 분리된 DME와 혼합하여 연료급 DME를 생산하는 공정이 있다.
그런데, 이러한 분리공정은 H2와 CO의 비가 매우 높은 합성가스를 사용하고, CO2를 포함하는 미반응 합성가스 일부를 반응기로 순환시켜 반응기에서 CO2의 생성을 억제함으로써 CO2 처리 비용을 절감할 수 있으나, 합성 가스로부터 DME로의 전환율이 떨어져 DME 생산성이 저하되는 문제점이 있다.
또한, DME 합성 반응기에서 나오는 혼합물을 응축시켜 메탄올과 H2O를 먼저 제거한 후, DME를 흡수 용매로 사용하여 미반응물을 DME와 CO2로부터 분리하여 반응 기로 순환시키고 흡수장치로부터의 유출액은 최종적으로 증류 컬럼을 통하여 DME와 CO2를 분리하는 공정이 있다.
그런데, 상기 분리공정은 DME의 증기압이 높기 때문에 흡수장치에서 분리되어 반응기로 순환되는 미반응물에 상당량의 DME가 함유될 수 있어 DME 생성율을 저하시킬 수 있다. 또한, 흡수 용매로 사용되는 DME에 메탄올이 함유되어 있으면 증류 컬럼에서 메탄올을 회수할 수 있도록 DME를 모두 증발시키고 다시 용매로 사용하기 위하여 액상으로 전환시키는데 필요한 에너지가 소요되는 문제점이 있다.
그리고, 기상의 DME, CO2를 미반응물로부터 분리하는 흡수 용매로서 메탄올과 DME의 혼합물을 사용함으로써, 기존의 DME 제조공정에서 사용되던 순수한 메탄올에 비하여 CO2의 용해도를 높게 만들고 순수한 DME에 비하여 증기압을 낮게 만들어 CO2 분리에 소요되는 비용을 절감하고, 흡수 용매를 재생하는 증류 컬럼에서는 흡수 용매, DME, CO2를 동시에 분리하지 않고 DME와 CO2 분리용 증류 컬럼을 추가로 설치하여 분리하는 공정이 있다.
이러한 분리공정은 순수한 DME에 비하여 메탄올과 DME 혼합물에 대한 CO2의 용해도가 낮기 때문에 재생된 흡수 용매를 흡수장치에서 이용하기 위하여 냉각시키는데 소요되는 비용이 증가되는 문제점이 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 대기로 배출되는 CO2의 양을 최대한 줄일 수 있고, 미반응 합성가스를 DME 합성공정의 원료로 재사용할 수 있도록 하며, DME 흡수 효과가 우수하면서도 가격이 저렴한 메탄올 수용액을 DME 흡수 용매로 사용함으로써, DME 합성 반응기에서 유출되는 혼합물로부터 90% 이상 순도의 연료급 DME를 경제적으로 분리할 수 있는 방법을 제공한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 디메틸에테르(Dimethyl Ether; DME), 수소(H2), 일산화탄소(CO) 및 이산화탄소(CO2)가 포함된 혼합물에 메탄올 수용액을 반응시켜서, 상기 디메틸에테르 및 이산화탄소가 용해된 메탄올 수용액과 상기 메탄올 수용액에 용해되지 않은 수소, 일산화탄소 및 이산화탄소를 따로 분리 및 수집하는 것으로, 상기 혼합물을 포함하고 48~50㎏/㎠G의 내부압력을 가지는 반응기 상부로 상기 메탄올 수용액을 유입시킨 뒤, 상기 혼합물과 반응한 메탄올 수용액을 반응기 하부에서 유출시키고, 상기 반응기 상부에서 메탄올 수용액에 용해되지 않은 수소, 일산화탄소, 이산화탄소를 포집하는 제1단계; 및 상기 분리 및 수집된 메탄올 수용액을 포함하고 20~30㎏/㎠G의 내부 압력을 가지며, 하부 온도는 170~200℃, 상부 온도는 70~100℃인 반응기에서 증류시켜서 순도 90% 이상 100% 미만의 디메틸에테르를 분리시키는 제2단계를 포함하는 디메틸에테르 분리방법을 제공한다.
또한, 상기 제2단계는, 상기 분리 및 수집된 메탄올 수용액을 증류시켜서, 디메틸에테르 및 이산화탄소가 포함된 증류가스와 증류되지 않은 메탄올 수용액을 따로 분리 및 수집하는 단계; 상기 증류가스를 냉각시켜서 액체 상태의 디메틸에테르와 기체 상태의 이산화탄소를 따로 분리 및 수집하는 단계; 및 상기 액체 상태의 디메틸에테르를 상기 분리 및 수집된 메탄올 수용액에 다시 혼합하여 증류시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디메틸에테르 분리방법을 제공한다.
또한, 상기 분리 및 수집한 수소, 일산화탄소 및 이산화탄소를 상기 혼합물 원료로 재활용하는 것을 특징으로 하는 디메틸에테르 분리방법을 제공한다.
또한, 상기 분리 및 수집한 이산화탄소를 상기 혼합물 원료로 재활용하는 것을 특징으로 하는 디메틸에테르 분리방법을 제공한다.
또한, 상기 분리 및 수집한 메탄올 수용액을 상기 제1단계의 메탄올 수용액의 원료로 재활용하는 것을 특징으로 하는 디메틸에테르 분리방법을 제공한다.
또한, 상기 혼합물에 메탄올 수용액을 반응시켜서 디메틸에테르, 일산화탄소가 용해된 메탄올 수용액을 따로 분리 및 수집하는 것은, 상기 혼합물을 포함하고 48~50㎏/㎠G의 내부 압력을 가지는 반응기 상부에서 상기 메탄올 수용액을 유입시킨 뒤, 상기 혼합물과 반응한 메탄올 수용액을 반응기 하부에서 유출시키는 것을 특징으로 하는 디메틸에테르 분리방법을 제공한다.
또한, 상기 메탄올 수용액에 용해되지 않은 수소, 일산화탄소, 이산화탄소를 따로 분리 및 수집하는 것은, 상기 반응기 상부에서 수소, 일산화탄소, 이산화탄소를 포집하는 것을 특징으로 하는 디메틸에테르 분리방법을 제공한다.
또한, 상기 액체 상태의 디메틸에테르를 상기 분리 및 수집된 메탄올 수용액에 다시 혼합하여 증류시키는 것은, 상기 액체 상태의 디메틸에테르와 상기 메탄올 수용액을 포함하고 20~30㎏/㎠G의 내부 압력을 가지며, 하부 온도는 170~200℃, 상부 온도는 70~100℃인 반응기에서 증류시키는 것을 특징으로 하는 디메틸에테르 분리방법을 제공한다.
또한, 상기 메탄올 수용액의 농도는 80%~99.8%인 것을 특징으로 하는 디메틸에테르 분리 방법을 제공한다.
또한, 상기 제2단계는, 순도 95% 내지 96%의 디메틸에테르를 분리시키는 것을 특징으로 하는 디메틸에테르 분리 방법을 제공한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 발명의 실시를 위한 구체적인 내용 및 도면들에 포함되어 있다.
상기한 본 발명에 의하는 경우, 공정 중에 발생되는 CO2를 DME 합성공정의 원료로 재사용할 수 있도록 함으로써 대기로 배출되는 CO2의 양을 최대한 줄일 수 있고, 일산화탄소, 수소 등의 미반응 합성가스를 DME 합성 공정의 원료로 재사용하며 가격이 저렴한 메탄올 수용액을 DME 흡수 용매로 사용함으로써 90% 이상 순도의 연료급 DME를 경제적으로 분리해낼 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 분리 방법은 디메틸에테르(Dimethyl Ether; DME) 합성 반응으로부터 생성된 혼합물로부터 연료급 DME를 경제적으로 분리해낼 수 있는 방법으로, 상기 혼합물로부터 DME를 분리하는 과정에서 상기 DME 합성 반응기에서 유출된 일산화탄소 및 수소 등의 미반응 합성가스와 이산화탄소는 DME 합성 반응에서 재사용하고, 가격이 저렴한 메탄올 수용액을 DME 흡수 용매로 사용함으로써 에너지 비용을 절감하고, 대기로 배출되는 이산화탄소의 양을 줄일 수 있는 것을 특징으로 한다. 본 명세서에서 사용되는 용어인 "연료급 DME"란 90% 이상의 순도를 갖는 DME를 의미한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 DME 분리방법을 나타내는 흐름도이다. 본 발명은 DME 합성 반응으로 생성된 혼합물로부터 DME를 경제적으로 분리할 수 있는 공정 개발에 초점을 맞추고 있으므로, DME 합성 반응에 의해 생성된 혼합물부터 도 1에 도시하였다. 여기에 도시된 본 발명은 DME를 분리하는 방법에 관한 것으로, 상기한 방법을 수행하기에 적합한 DME 분리장치 또는 시스템에 의해 수행되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 DME 분리 방법은, 디메틸에테르, 수소, 일산화탄소, 이산화탄소 등이 포함된 혼합물에 메탄올 수용액을 반응시켜서, 상기 디메틸에테르, 이산화탄소 및 물이 용해된 메탄올 수용액과 상기 메탄올 수용액에 용해되지 않은 수소, 일산화탄소 및 이산화탄소를 따로 분리 및 수집하는 제1단계와 상기 분리 및 수집된 메탄올 수용액을 증류시켜서 순도 90% 이상 100% 미만의 디메틸에테르를 분리시키는 제2단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기의 혼합물은 DME 합성 반응으로부터 생성되는 것으로, DME, 수소, 일산화탄소, 이산화탄소, 메탄올 및 물 등이 포함되어 있다. 상기 수소 및 일산화탄소와 같은 미반응 합성가스는 DME 합성 반응을 위한 원료, 즉 혼합물의 원료로 재활용될 수 있고, 상기 이산화탄소는 상기 미반응 합성가스의 원료로 재활용될 수 있다. 그리고, 상기 메탄올 및 물은 매우 미량으로 포함되어 있지만, DME를 분리하기 위한 흡수 용매로서 재활용될 수 있다.
상기 혼합물로부터 DME 성분을 분리하기 위한 DME 흡수 용매(솔벤트)로는 60% 내지 99.8%의 메탄올 수용액인 것이 바람직하다. 상기 60% 내지 99.8%의 메탄올 수용액은 기존의 DME 흡수 용매로 사용되는 MEA(MonoEthanolamine), DME와 메탄올의 혼합물 또는 순수한 메탄올보다는 경제적인 면과 DME 흡수율면에서 바람직하며, 80% 내지 99.8%의 메탄올 수용액은 순수한 메탄올보다 경제적일 뿐만 아니라, DME 흡수율이 거의 100%에 가까우므로 보다 바람직하다.
그리고, 상기 제1반응기에 유입시키는 메탄올 수용액의 양은 혼합물에 포함되어 있는 DME 중량의 약 10배 내지 15배 정도인 것이 DME를 흡수하기에 바람직하며, 13배인 것이 보다 바람직하다.
본 발명에 따른 DME 분리방법은 먼저, 상기 혼합물(스트림 1)을 열교환기(냉각기)를 거쳐 제1 반응기인 DME 흡수탑으로, 바람직하게는 상기 흡수탑의 하부로 주입시킨다. 그리고, 상기 제1 반응기 상부로 메탄올 수용액(스트림 4)을 DME 흡수 용매로서 유입하여 고압 조건하에서 상기 혼합물과 반응시킨 다음, 상기 혼합물 중에 함유되어 있던 DME의 99% 이상과 이산화탄소 등의 일부를 상기 메탄올 수용액에 용해된 상태로 제1 반응기(흡수탑)의 하부(스트림 5)로 분리시킨다. 이때, 위와 같은 혼합물에서 DME의 일부는 액체 상태로 존재하고, 일부는 기체 상태로 존재합니다. 결국, 상기 DME 기체는 가벼우므로, 다른 기체와 함께 위(상기 제1 반응기 상부)로 올라가게 됩니다. 이러한 DME 기체를 흡수시켜 아래로 내보내기 위하 여 흡수용매로서 메탄올 수용액을 사용합니다. 그리고, 상기 DME 기체와 메탄올 수용액이 잘 접촉하기 위해서는 상기 제1 반응기 내부에 기능성 충진제를 사용할 수 있다. 이때, 상기 반응기 내부의 압력은 48~50㎏/㎠G의 범위 내로 운전하는 것이 DME 성분을 흡수하기에 바람직하다.
또한, 상기 메탄올 수용액에 의해 용해되지 않은 상기 수소 및 일산화탄소와 같은 미반응 DME 합성가스와 이산화탄소 등은 기체 상태로 상기 제1 반응기 상부에서 포집하여 유출시킴으로써 따로 분리 및 수집한다. 상기 제1 반응기 상부에서 포집 및 유출되는 기상류는 DME 합성 반응을 위한 원료, 즉 상기 혼합물의 원료로 재활용할 수 있다. 이에 따라, 에너지 비용을 절감할 수 있을 뿐 아니라, 이산화탄소의 배출량을 현저히 줄일 수 있게 된다.
상기 제1 반응기 상부에서 포집 및 유출되는 기상류를 DME 합성 반응을 위한 원료, 즉 상기 혼합물의 원료로 재활용하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 DME 분리 장치는, 상기 미반응 합성가스 및 이산화탄소 등을 따로 분리 및 수집하여 DME 합성 반응기로 재순환시킬 수 있는 설비를 포함하고 있으며, 상기 미반응 합성가스를 재순환시킬 필요가 없는 경우에는 배가스 연소탑으로 보내어(스트림 3) 연소시키는 설비를 포함하고 있다.
다음으로, 상기 흡수탑 하부에서 유출되는 DME, 이산화탄소 및 미량의 메탄올과 물 등을 포함하는 메탄올 수용액(스트림 5)을 제2 반응기인 DME증류탑으로 유입시킨다.
상기 제2 반응기(증류탑)에서는 상기 유입된 메탄올 수용액을 증류시켜서, 메탄올과 물이 주성분인 액상류(메탄올 수용액)를 탑 하부로 분리 및 수집한다(스트림 10). 상기 분리 및 수집된 액상류는 제1 반응기로 이동시켜(스트림 4) DME 흡수 용매로 재사용될 수 있도록 한다.
상기 제2 반응기에서는 또한, 증류를 통하여 DME와 이산화탄소가 주성분인 기상류를 탑 상부로 유출시킨다. 그리고, 상기 탑 상부로 유출된 기상류는 열교환기(냉각기)(100)를 거쳐 제3 반응기(환류드럼)로 주입시킨다.
상기 제3 반응기에서는 각각 이산화탄소가 주성분인 기상류(스트림 6)와 DME가 주성분인 액상류(스트림 8)를 따로 분리 및 수집한다.
상기 제3 반응기로부터 따로 분리 및 수집된 기상류는 DME 합성 반응을 위한 원료, 즉 상기 혼합물의 원료로 재활용할 수 있다. 이에 따라, 이산화탄소의 배출량을 현저히 줄일 수 있게 된다.
상기 제3 반응기로부터 따로 분리 및 수집된 기상류를 DME 합성 반응을 위한 원료, 즉 상기 혼합물의 원료로 재활용하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 DME 분리 장치는, 상기 기상류를 DME 합성 반응기로 재순환시킬(스트림 6) 수 있는 설비를 포함하고 있으며, 상기 기상류를 재순환시킬 필요가 없는 경우에는 배가스 연소탑으로 보내어(스트림 7) 연소시키는 설비를 포함하고 있다.
또한, 상기 제3 반응기에서 따로 분리 및 수집된 DME가 주성분인 액상류는 제2 반응기로 보내어 상기 제1 반응기로부터 유입된 메탄올 수용액과 다시 혼합하여 증류시킨다(스트림 8).
그리고, 상기 제2 반응기에서는 상기 제1 반응기로부터 유입된 메탄올 수용액에 상기 제3 반응기로부터 유입된 DME가 주성분인 액상류를 다시 혼합하여 증류시켜서 90% 이상 순도의 DME를 분리시킨다. 상기 제2 반응기에서, 상기 반응기 하부로 메탄올과 물을 주성분으로 하는 액상류와 90% 이상 순도의 DME가 따로 분리되어 회수되기 위한 반응기의 운전 조건으로는, 상기 제2 반응기 내부의 압력이 20~30Kg/㎠G이고, 상기 반응기 하부 온도는 170~200℃, 반응기 상부 온도는 70~100℃의 범위 내인 것이 바람직하다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 하나의 실시형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 본 발명은 하기의 실시예에 의해 보다 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시일 뿐, 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
[실시예]
DME 합성 반응기로부터 유출된 혼합 가스(스트림 1)를 제1 반응기인 DME 흡수탑으로 유입시켰다.
운전 조건이 안정화되면 48~50Kg/㎠G의 고압 조건하에서 80%의 메탄올 수용액을 공급(스트림 4)하여 상기 혼합물(스트림 1)에 함유되어 있는 성분들 중에서 DME 성분을 99% 이상 흡수시켜 흡수탑 하부로 분리하였다. 여기에서, 상기 메탄올 수용액은 상기 혼합 가스(스트림 4)에 함유된 DME 중량의 13배가 되도록 공급하였다. 도 2는 메탄올 조성에 따른 순수한 DME의 흡수율을 나타낸 그래프로서, 첨가량이 DME 중량의 13배이고 농도가 80% 이상인 메탄올 수용액의 경우, DME 흡수율이 거의 100%인 것을 나타내고 있다.
다음은, 제1 반응기인 DME 흡수탑의 레벨을 50% 정도로 유지하면서 상기 흡수탑의 하부로 분리되는 물질(스트림 5)을 제2 반응기인 DME 증류탑으로 유입시켰다. 상기에서, DME 흡수탑의 레벨을 50%로 유지하는 이유 및 의미는, 유체의 흐름이 끊기지 않게 하기 위하여 반응기 안에 여유분을 채워 놓고 운전하는 것으로, 만약 DME 흡수탑 안에 들어갈 수 있는 액체의 부피가 100이라면 50을 채우고 운전을 시작한다는 의미입니다.
제2 반응기인 증류탑은 상기 증류탑 내의 압력은 20~30Kg/㎠G이고, 탑 하부 온도는 170~200℃, 탑 상부 온도는 70~100℃의 범위 내로 운전하였다. 상기 운전 조건은 증류탑 하부로 분리되는 물질로 메탄올과 물을 주성분으로 얻고, 상기 탑의 중간 단으로 90% 이상 순도의 DME를 분리하여 회수하기 위한 조건이다. 결과적으로, 상기 증류탑의 측면토출(Side Cut)(스트림 9)로 90% 이상 순도의 최종 DME 생성물을 얻을 수 있었다.
상기 DME 분리 방법에 대한 시뮬레이션 실험 결과를 하기 표 1에 나타내었으 며, 상기 분리 방법에 따른 분리 장치의 실제 운전을 통한 GC 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
[표 1]
스트림 번호 6 9 10 단위
유량 2.3943 2.0991 38.6325 ㎏/hr
조성 수소(H2) 0.83 0.00 0.00 중량%
일산화탄소(CO) 10.79 0.03 0.00 중량%
이산화탄소(CO2) 53.68 0.45 0.00 중량%
CH2 0.73 0.00 0.00 중량%
질소(N2) 0.13 0.00 0.00 중량%
물(H2O) 0.00 0.00 5.29 중량%
디메틸에테르(DME) 33.85 99.20 0.02 중량%
메탄올 0.00 0.32 94.69 중량%
상기 표 1을 보면, 스트림 9로 유출되는 DME의 일일 생산량은 정확히 50㎏이고, 본 발명에 따른 DME 분리 공정의 생성물은 상기 혼합물 원료에 포함되어 있는 DME의 순도가 시뮬레이션 실험결과로서 99% 이상이 나왔다.
[표 2]
RT(min) 피크이름 면적 면적(%) 높이 높이(%) 농도(%)
0.9058 CH4 30.6516 0.0015 10.1424 0.0118 0.0028
1.6617 CO2 2281.3904 0.1131 295.4887 0.3427 0.2045
8.1658 487.5711 0.0242 32.449 0.0376 0
8.7467 DME 1936402.36 96.0171 83285.9385 96.6026 91.516
11.7767 14554.7335 0.7217 494.4458 0.5735 0
12.8525 54282.8581 2.6916 1844.3248 2.1392 0
13.5242 8686.1954 0.4307 252.244 0.2926 0
합계 2016725.875 86215.0313 91.7233
상기 표 2를 보면, 스트림 9로부터 생산되는 DME의 순도는 GC 결과 91.516%로써 90% 이상의 순도가 얻어지는 것을 알 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 DME 분리방법을 나타내는 흐름도이고,
도 2는 메탄올 수용액 농도에 따른 순수한 DME의 흡수율을 나타낸 그래프이다.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***
100...냉각기 101...재비기
110...제1 반응기(DME 흡수탑) 120...제2 반응기(DME 증류탑)
130...제3 반응기(환류 드럼)

Claims (10)

  1. 디메틸에테르(Dimethyl Ether; DME), 수소(H2), 일산화탄소(CO) 및 이산화탄소(CO2)가 포함된 혼합물에 메탄올 수용액을 반응시켜서, 상기 디메틸에테르 및 이산화탄소가 용해된 메탄올 수용액과 상기 메탄올 수용액에 용해되지 않은 수소, 일산화탄소 및 이산화탄소를 따로 분리 및 수집하는 것으로,
    상기 혼합물을 포함하고 48~50㎏/㎠G의 내부압력을 가지는 반응기 상부로 상기 메탄올 수용액을 유입시킨 뒤, 상기 혼합물과 반응한 메탄올 수용액을 반응기 하부에서 유출시키고, 상기 반응기 상부에서 메탄올 수용액에 용해되지 않은 수소, 일산화탄소, 이산화탄소를 포집하는 제1단계; 및
    상기 분리 및 수집된 메탄올 수용액을 포함하고 20~30㎏/㎠G의 내부 압력을 가지며, 하부 온도는 170~200℃, 상부 온도는 70~100℃인 반응기에서 증류시켜서 순도 90% 이상 100% 미만의 디메틸에테르를 분리시키는 제2단계를 포함하는 디메틸에테르 분리방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2단계는,
    상기 분리 및 수집된 메탄올 수용액을 증류시켜서, 디메틸에테르 및 이산화탄소가 포함된 증류가스와 증류되지 않은 메탄올 수용액을 따로 분리 및 수집하는 단계;
    상기 증류가스를 냉각시켜서 액체 상태의 디메틸에테르와 기체 상태의 이산화탄소를 따로 분리 및 수집하는 단계; 및
    상기 액체 상태의 디메틸에테르를 상기 분리 및 수집된 메탄올 수용액에 다시 혼합하여 증류시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디메틸에테르 분리방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 분리 및 수집한 수소, 일산화탄소 및 이산화탄소를 상기 혼합물 원료로 재활용하는 것을 특징으로 하는 디메틸에테르 분리방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 분리 및 수집한 이산화탄소를 상기 혼합물 원료로 재활용하는 것을 특징으로 하는 디메틸에테르 분리방법.
  5. 제2항에 있어서, 상기 분리 및 수집한 메탄올 수용액을 상기 제1단계의 메탄올 수용액의 원료로 재활용하는 것을 특징으로 하는 디메틸에테르 분리방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제2항에 있어서, 상기 액체 상태의 디메틸에테르를 상기 분리 및 수집된 메탄올 수용액에 다시 혼합하여 증류시키는 것은, 상기 액체 상태의 디메틸에테르와 상기 분리 및 수집된 메탄올 수용액을 포함하고 20~30㎏/㎠G의 내부 압력을 가지며, 하부 온도는 170~200℃, 상부 온도는 70~100℃인 반응기에서 증류시키는 것을 특징으로 하는 디메틸에테르 분리방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 메탄올 수용액의 농도는 80%~99.8%인 것을 특징으로 하는 디메틸에테르 분리 방법.
  10. 삭제
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