WO2018052217A1 - 선택 증류 장치 및 증류 방법 - Google Patents

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WO2018052217A1
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distillation column
distillation
line
column
boiling point
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PCT/KR2017/009739
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김태우
이성규
김성균
신준호
추연욱
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주식회사 엘지화학
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    • C10G2300/10—Feedstock materials
    • C10G2300/1037—Hydrocarbon fractions
    • C10G2300/1044—Heavy gasoline or naphtha having a boiling range of about 100 - 180 °C

Definitions

  • the present invention relates to a selective distillation apparatus capable of switching between high efficiency operation and high capacity operation using two distillation columns and a distillation method using the selective distillation apparatus.
  • the distillation process evaporates and separates a mixture of two or more components present in the feedstock by boiling point difference.
  • the distillation apparatus used in such a distillation process is a distillation column, a rectification column, a stripping column, a stripping tank, etc.
  • the low boiling point material is discharged in the form of a top vapor at the top of the distillation apparatus
  • the high boiling point material is a bottom condensate at the bottom of the distillation apparatus Are separated in the form of.
  • the distillation column used in the distillation process must satisfy the minimum required number of stages according to the mixture to be separated, and in the case of a distillation column requiring high number of stages, two towers may be connected in series to operate as one tower.
  • 1 is a schematic view showing an example of a distillation apparatus in which two distillation columns are connected in series. When the distillation column is operated in series as shown in FIG. 1, the same effect as operating a high distillation column can be obtained, but there is a limit that only two towers can have the processing capacity.
  • the present application relates to a selective distillation apparatus, and an object thereof is to provide a distillation apparatus capable of switching between high efficiency operation and high capacity operation depending on circumstances.
  • the present application relates to a selective distillation apparatus, by connecting two distillation columns, it is characterized in that it is configured to enable the switching between high efficiency operation of the series connection mode and high capacity operation of the parallel connection mode.
  • the selective distillation apparatus includes a top reflux condenser and a bottom reboiler, a top discharge outlet and a bottom discharge outlet are formed, an upper inlet and an upper outlet are formed, and a lower inlet is formed.
  • Distillation column A second distillation column having a column top reflux and a column bottom reboiler, wherein a column top outlet and a column bottom outlet are formed, and an upper inlet and a lower inlet are formed; It may include a piping system and a control unit.
  • the piping system may include a first supply line capable of supplying raw materials to the first distillation column; A second supply line capable of supplying raw materials to the second distillation column; A first discharge line capable of discharging the top product or the top product of the first distillation column; A second discharge line capable of discharging the top product of the second distillation column; A first connection line connecting the bottom outlet of the first distillation column and a bottom inlet of the second distillation column, and a second connection line connecting the top outlet of the first distillation column and the top inlet of the second distillation column; And a third connection line connecting the top outlet of the second distillation column and the bottom inlet of the first distillation column.
  • the controller may adjust at least one of the refluxer, the reboiler, the supply line, the discharge line, and the connection line to an activated or deactivated state.
  • the piping system may further include a fourth connecting line connecting the top outlet of the second distillation column and the top inlet of the first distillation column.
  • the present application may provide a distillation method using the selective distillation apparatus.
  • two distillation columns may be connected in a series connection mode and a parallel connection mode according to circumstances, and may be switched between the serial connection mode and the parallel connection mode.
  • the thermocouple efficiency is improved through the series connection mode to enable high efficiency operation, and the parallel connection mode can significantly increase the throughput of the distillation column to enable high capacity operation.
  • the selective distillation apparatus may be capable of continuously switching between the serial connection mode and the parallel connection mode without shutting down the series connection mode and the parallel connection mode, thereby reducing the economic loss that may occur during shutdown.
  • FIG. 1 is a schematic view showing an example of a distillation apparatus in which two towers are connected in series.
  • FIG. 2 is a schematic view showing an example of a selective distillation apparatus according to the present application.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a series connection mode of a selective distillation apparatus according to an embodiment of the present application.
  • 4 and 5 is a schematic diagram showing a parallel connection mode of the selective distillation apparatus according to an embodiment of the present application.
  • first”, “second”, “one side” and “other side” are used to distinguish one component from another component, and each component is limited by the terms. It doesn't happen.
  • detailed descriptions of related general functions or configurations are omitted.
  • piping system may refer to a structure including a pipe or a line connecting the devices, "line” may substantially mean the same pipe, “flow” is a fluid through the line or pipe It can mean the movement of, the lines, piping and flow herein may share the same reference numerals.
  • open and activation may refer to a state in which a fluid may flow through an operation of a valve attached to a line or a pipe, or a state in which an apparatus requested for an apparatus may operate, and "closed” and “disabled”. May refer to a state in which fluid cannot flow due to an operation of a valve attached to a line or a pipe, or a state in which a facility attached to the device does not operate.
  • the present application relates to a selective distillation apparatus configured to switch between two distillation columns in a serial connection mode and a parallel connection mode.
  • the selective distillation apparatus of the present application enables selective operation of high efficiency operation through serial connection and high capacity operation through parallel connection according to the situation without removing or adding equipment.
  • the serial connection mode is to connect the first distillation column and the second distillation column in series connection state, and the bottom and / or bottom of the first distillation column and the top and / or top of the second distillation column are fluidly connected through a pipe.
  • the low boiling point material may be separated from the top or the top of the first distillation column
  • the high boiling point material may be separated from the bottom or the bottom of the second distillation column.
  • the parallel connection mode according to the present application may include a first distillation column and a second distillation column. By connecting the distillation column in a parallel connection state, the first distillation column and the second distillation column may refer to a structure capable of separating the low boiling point material and the high boiling point material, respectively.
  • high boiling point material may mean a material having a higher boiling point than other materials in a mixture
  • low boiling point material may mean a material having a relatively low boiling point than other materials in a mixture
  • the high boiling point material may mean a material having a boiling point of ⁇ 120 ° C. or higher or ⁇ 110 ° C. or higher at room temperature (25 ° C.) and normal pressure (1 atmosphere), and the upper limit is not particularly limited.
  • the low boiling point material may have a boiling point of 200 ° C. or less at room temperature (25 ° C.) and normal pressure (1 atmosphere), and the lower limit is not particularly limited.
  • the boiling point may refer to the boiling point of the material, may be the same or different depending on the type of the material, and may vary depending on the temperature and / or pressure.
  • the high boiling point material and the low boiling point material may be divided by the height difference of the relative boiling point.
  • a high boiling point material is a material having a relatively high boiling point compared to a low boiling point material at a temperature and a pressure for separating a mixture
  • a low boiling point material has a relatively low boiling point compared to a high boiling point material at a temperature and a pressure for separating a mixture. It can mean a substance.
  • the "upper” means a relatively upper portion in the distillation column, and more specifically, when the distillation column is divided into two vertically, for example, perpendicular to the length or height direction of the distillation column, It may mean the upper part of the two areas.
  • “lower” in the above means a relatively lower portion in the distillation column, more specifically, when dividing the distillation column vertically, for example, divided into two perpendicular to the length or height direction of the distillation column, divided It can mean the lower part of the two regions.
  • the "top” of the distillation column means the highest part of the distillation column, and may be located above the distillation column, and the "top” of the distillation column means the bottom part of the column of the distillation column. It can be located at the bottom of one distillation column.
  • the selective distillation apparatus includes a column head reflux 132 and a column bottom reboiler 192, and a column head outlet and a column bottom outlet are formed, and an upper inlet and an upper outlet.
  • the first distillation column 102 is formed with a lower inlet;
  • a second distillation column 202 having a top reflux 272 and a bottom bottom reboiler 222, wherein a top top outlet and a bottom bottom outlet are formed, and an upper inlet and a lower inlet are formed; It may include a piping system and a control unit.
  • the piping system includes: a first supply line 12 capable of supplying raw materials to the first distillation column; A second supply line 22 capable of supplying raw materials to the second distillation column; A first connection line 152 + 172 connecting the bottom inlet of the first distillation column and a bottom inlet of the second distillation column, and a second connection line 152 connecting the top inlet of the second distillation column with the bottom outlet of the first distillation column +162); And a third connection line 242 + 252 connecting the top outlet of the second distillation column and the bottom inlet of the first distillation column.
  • the piping system includes a first discharge line 142 connected to the overhead outlet or the upper outlet of the first distillation column to discharge the overhead product or the overhead product of the first distillation column; And a second discharge line 292 connected to the top outlet of the second distillation column to discharge the top product of the second distillation column.
  • the piping system may further include, in one example, a fourth connecting line 312 + 322 connecting the top outlet of the second distillation column 202 and the top inlet of the first distillation column 102.
  • the controller may adjust at least one of the refluxer, the reboiler, the supply line, the discharge line, and the connection line to an activated or deactivated state.
  • the control unit may control the flow of the fluid through the opening and closing of the piping system, it is possible to switch between the serial connection mode and the parallel connection mode by activating or deactivating equipment such as reboiler and reflux connected to the distillation column.
  • the series connection mode of the selective distillation apparatus is that the second supply line 1021, the second connection line 1151 + 1161 and the third connection line 1241 + 1251 are activated, and the first The top reflux 1131 of the distillation column 1101 and the bottom reboiler 1221 of the second distillation column 1201 are activated, and the first supply line 1011 and the first connection line 1151 + 1171 are deactivated, and The bottom bottom reboiler 1191 of the first distillation column 1101 and the top reflux converter 1271 of the second distillation column 1201 may be deactivated.
  • the bottom condensate of the first distillation column 1101 is introduced into the second distillation column 1201 through the second connection line 1151 + 1161, and the top vapor of the second distillation column 1201 is connected to the third. It may be introduced into the first distillation column 1101 through the line 1241 + 1251.
  • the serial connection mode may have the same efficiency as the number of stages of the first distillation column 1101 and the number of stages of the second distillation column 1201, and the rectifying section is extended by supplying a raw material to the second distillation column. There can be. As such, the serial connection mode can improve thermodynamic efficiency to separate high purity products.
  • the parallel connection mode of the selective distillation apparatus is the first supply line 1012 and the first connection line 1152 + 1172 are activated, the top reflux reactor 1132 of the first distillation column 1102 ), The bottom bottom reboiler 1192 of the first distillation column 1102, the top reflux 1272 of the second distillation column 1202 and the bottom bottom reboiler 1222 are activated, the second supply line 1022, the second The connection line 1152 + 1162 and the third connection line 1242 + 1252 may be deactivated.
  • a portion of the bottom condensate of the first distillation column 1102 may be introduced into the second distillation column 1202 through the first connection line 1152 + 1172 to replace the second supply line 1022.
  • FIG. 5 is a view exemplarily illustrating a parallel connection mode in a selective distillation apparatus according to another embodiment of the present application.
  • the parallel connection mode is the first supply line 1013, the first connection line (1153 + 1173) and the fourth connection line (1313 + 1323) is activated, the top reflux of the first distillation column 1103 (1133), top reflux 1273 and bottom reboiler 1223 of second distillation column 1203 are activated, second supply line 1023, second connection line 1153 + 1163 and third connection line 1243 + 1253 may be deactivated, and the bottom reboiler 1193 of the first distillation column 1103 may be deactivated.
  • the bottom condensate of the first distillation column 1103 may be introduced into the second distillation column 1203 through the first connection line 1153 + 1173 to replace the second supply line 1023.
  • a portion of the overhead steam of the second distillation tower 1203 condensed through the overhead reflux column 1273 of the distillation column may be introduced into the first distillation tower 1103 through the fourth connection line 1313 + 1323.
  • the bottom condensate of the first distillation column may be supplied to the second distillation column to distill a relatively high boiling point material.
  • the stripping section may have an effect of condensing the top steam of the second distillation column to introduce a portion to the upper portion of the first distillation column, thereby operating the distillation column even if the first distillation column is deactivated. Control may be possible.
  • the throughput of the distillation column is separated by simultaneously separating the low boiling point materials from the first discharge lines 1142 and 1143 and the second discharge lines 1292 and 1293 of the first distillation columns 1102 and 1103 and the second distillation columns 1202 and 1203. It may be possible to drastically increase high capacity operation.
  • the selective distillation apparatus can continuously switch between the serial connection mode and the parallel connection mode.
  • the switching may be performed by activating and deactivating pipes, thereby enabling a continuous switching between the serial connection mode and the parallel connection mode without shutdown. This reduces the economic losses that can occur during shutdown.
  • the present application also relates to a distillation method using the selective distillation apparatus.
  • the distillation method according to the present application is to control the at least one of the reflux, reboiler, feed line, discharge line and the connection line of the selective distillation apparatus to activate or deactivate the state, separating the raw material into a low boiling point material and a high boiling point material
  • the first distillation column and the second distillation column may be connected in a series connection mode or in a parallel connection mode to distill the raw material to distill the product.
  • the product may mean a low boiling point material flowing out of the top or the top of the first and / or the second distillation column, and a high boiling point material flowing out of the bottom of the first and / or second distillation column.
  • the raw material is introduced into the second supply line, the first supply line, the first connection line, the bottom bottom reboiler of the first distillation column and the top reflux of the second distillation column It may be controlled to deactivate, outflow the low boiling point material from the top or the top of the first distillation column, and outflow the high boiling point material from the bottom of the second distillation column.
  • the raw material is supplied to the second distillation column through a second supply line, the raw material is distilled from the first and second distillation columns, and the bottom condensate of the first distillation column is introduced into the second distillation column through the second connection line.
  • the top steam of the second distillation column may be introduced into the first distillation column through the third connection line.
  • the top vapor of the first distillation column is condensed and refluxed by using the top reflux column of the first distillation column, and the bottom condensate of the second distillation column is heated and introduced into the second distillation column using the bottom reboiler of the second distillation column.
  • the distillation column and the second distillation column can be operated as one tower.
  • the amount of heat supplied to the reboiler of the first distillation column in the series connection mode may be 0 to 40 Gcal / hr, 0 to 30 Gcal / hr, 0 to 20 Gcal / hr.
  • the calorie supplied to the reboiler of the second distillation column may be 1 to 40 Gcal / hr, 1 to 30 Gcal / hr, 1 to 20 Gcal / hr.
  • the distillation may be performed in series using a high thermodynamic efficiency.
  • the raw material is introduced into the first supply line, the second connection line and the third connection line is deactivated, and the top or the top of the first and second distillation column
  • the low boiling point material may be discharged from, and the high boiling point material may be discharged from the bottom of the second distillation column.
  • the parallel connection mode supplies the raw materials to the first distillation column through the first supply line, distills the raw materials from the first and second distillation columns, and introduces the bottom condensate from the first distillation column into the second distillation column through the first connecting line. You can.
  • a part of the bottom condensate of the first distillation column may be supplied to the second distillation column through the first connection line to replace the second supply line, and the low boiling point materials of the first distillation column and the second distillation column may be separated at the same time. High capacity operation may be possible by significantly increasing the throughput of the distillation column.
  • “part of” the bottom condensate of the first distillation column means a state in which a flow of the fluid through the first connection line exists among the flows of the fluid flowing out through the bottom outlet of the first distillation column.
  • the ratio (A / B) of the bottom stream A flowing into the bottom reboiler of the first distillation column and the flow B flowing into the second distillation column through the first connection line may be zero or more.
  • the ratio A / B is 0, it may mean a state in which the bottom condensate of the first distillation column does not flow into the bottom reboiler of the first distillation column.
  • the upper limit of the ratio A / B of the bottom stream A flowing into the bottom reboiler of the first distillation column and the flow B flowing into the second distillation column through the first connection line is not particularly limited. May be 10 or less.
  • the amount of heat supplied to the reboiler of the first distillation column in the parallel connection mode may be 0 to 40 Gcal / hr, 0 to 30 Gcal / hr, 0 to 20 Gcal / hr.
  • the calorie supplied to the reboiler of the second distillation column may be 1 to 40 Gcal / hr, 1 to 30 Gcal / hr, 1 to 20 Gcal / hr.
  • the raw material is introduced into the first supply line, the second connection line, the third connection line and the first reboiler are deactivated, and the condensate of the overhead steam of the second distillation column
  • Some of which may be introduced into the first distillation column through the fourth connecting line, and may be controlled to allow the low boiling point material to flow out at the top or the top of the first and second distillation towers, and the high boiling point material at the bottom of the second distillation column.
  • the parallel connection mode supplies the raw materials to the first distillation column through the first supply line, distills the raw materials from the first and second distillation columns, and introduces the bottom condensate from the first distillation column into the second distillation column through the first connecting line.
  • a portion of the effluent stream of the column head reflux of the second distillation column may be refluxed through the fourth connecting line to the second column and the other portion may be refluxed to the first column.
  • the bottom condensate of the first distillation column may be supplied to the second distillation column through the first connection line to replace the second supply line, and the throughput of the distillation column may be separated by simultaneously separating the low boiling point materials of the first and second distillation columns.
  • “part of” the effluent flow of the overhead reflux column of the second distillation column means a state in which the flow of the fluid through the fourth connection line exists among the flows of the fluid flowing out of the overhead reflux column of the second distillation column.
  • the ratio (C / D) of the flow C flowing into the first distillation column through the fourth connecting line and the flow D flowing back to the second distillation column in the top reflux column of the second distillation column may be zero or more. have.
  • the ratio C / D is 0, it may mean a state in which the outlet flow of the top reflux of the second distillation column does not flow into the first distillation column through the fourth connection line.
  • the upper limit of the ratio (C / D) of the flow (C) flowing into the first distillation column through the fourth connection line and the flow (D) refluxed from the column head reflux of the second distillation column to the second distillation column is not particularly limited. For example, it may be 10 or less.
  • the amount of heat supplied to the reboiler of the first distillation column in the parallel connection mode may be 0 to 40 Gcal / hr, 0 to 30 Gcal / hr, 0 to 20 Gcal / hr.
  • the calorie supplied to the reboiler of the second distillation column may be 1 to 40 Gcal / hr, 1 to 30 Gcal / hr, 1 to 20 Gcal / hr.
  • the distillation method according to the present application can be used in a distillation process of separating a mixture of two or more components by boiling point difference into a high boiling point material and a low boiling point material.
  • the distillation method according to the present application may flow out a product satisfying the following general formula (1).
  • BpH is the boiling point of the high boiling point material
  • BpL is the boiling point of the low boiling point material
  • the high boiling point material may mean a product flowing out of the top or the top of the first distillation column and / or the second distillation column using the distillation method according to the present application
  • the low boiling point material is the distillation method according to the present application.
  • the difference between the boiling point and the low boiling point material ( ⁇ BpH-BpL ⁇ ) of the general formula 1 may be at least 5 °C 65 °C, at least 10 °C 65 °C, at least 10 °C 60 °C, at least 15 °C 60 It may be below °C but is not limited thereto.
  • the high efficiency operation of the series connection mode and the high capacity operation of the parallel connection mode can be switched within the range satisfying the general formula 1, and energy efficiency can be improved.
  • the distillation method according to the present application can be applied to the distillation process of nourishing raw materials.
  • the distillation process may be a process of separating a mixture of alkenes and alkanes, and may be, for example, a process of separating cracked gas that is a product of a naphtha decomposition process.
  • the distillation method according to the present application may be applied to a process of refining ethylene with ethane and a low boiling point material as a high boiling point material of naphtha cracking gas or a process of refining propylene with a propane and a low boiling point material as a high boiling point material. It is not limited to this.
  • the distillation method according to the present application can be controlled so that the purity of the low boiling point material is at least 99% by weight, and can also be controlled so that the purity of the high boiling point material is at least 99% by weight.
  • the upper limit of the purity of the low boiling point material and the purity of the high boiling point material is not particularly limited, and may be, for example, 100 wt% or less.
  • Distillation method of the present application may satisfy the above purity in the serial connection mode and / or parallel connection mode. By adjusting the reflux ratio of the first distillation column and / or the second distillation column in the series connection mode and / or the parallel connection mode, it is possible to produce a low boiling point material and a high boiling point material in the purity range.
  • the distillation method according to the present application may be controlled to satisfy the following general formula (2).
  • P is the hourly output of the low boiling point material (kg.hr)
  • Rd is the amount of heat per hour (Gcal / hr) supplied to the reboiler of the distillation column.
  • the upper limit of P / Rd is not particularly limited, and may be, for example, 20,000 or less.
  • a part of the bottom condensate of the first distillation column is supplied to the second distillation column, thereby satisfying the general formula 1, through which the treatment capacity of the distillation column is greatly increased, thereby reducing energy efficiency even in high capacity operation. Can be controlled in a small width.
  • Ethylene and ethane were separated in the C2 component produced in the naphtha cracking process using the selective distillation apparatus illustrated in FIG. 2.
  • the series connection mode may include a second supply line 1021, a second connection line 1151 + 1161 connecting the bottom outlet of the first distillation column 1101 and the upper inlet of the second distillation column 1201. And a first discharge line 1141 connected with the third connection line 1241 + 1251 connecting the top inlet of the second distillation column 1201 and the lower inlet of the first distillation column 1101 and the upper outlet of the first distillation column 1101. ),
  • the top outlet of the first distillation tower (1101) and the top reflux (1131) of the first distillation tower (1101) is connected, the top reflux (1131) of the first distillation tower (1101) is a first distillation column ( Connected to the upper inlet of 1101).
  • the bottom outlet of the second distillation column 1201 and the bottom reboiler 1221 of the second distillation column 1201 are connected to each other, and the bottom reboiler 1221 of the second distillation column 1201 is a lower inlet of the second distillation column 1201. Connected.
  • the column bottom recirculator 1221 of the first distillation column 1101 and the column bottom recirculator 1221 of the second distillation column 1101 are activated, and the column bottom reboiler 1191 and the second distillation column 1201 of the first distillation column 1101 are activated.
  • the raw material is supplied to the second distillation column 1201 through the second supply line 1021 at a flow rate of 59,104 kg / hr, and the bottom condensate of the first distillation column 1101 is
  • the distillation column 1201 is introduced into the second distillation column 1201 through the connection line 1151 + 1161, and the top vapor of the second distillation column 1201 is introduced into the first distillation column 1101 through the third connection line 1241 + 1251.
  • the bottom condensate of the second distillation column 1201 is heated through the bottom bottom reboiler 1221 of the second distillation column, and the top vapor of the first distillation column 1101 is condensed through the top reflux unit 1131 of the first distillation column to reflux.
  • I was. Ethylene, which is a low boiling point material, was separated by the first discharge line 1141 of the first distillation column 1101, and ethane, which is a high boiling point material, was separated from the bottom of the second distillation column 1201.
  • the temperature of the column top in the series connection mode was -36.24 °C
  • the pressure was maintained at 15.54 kg / cm 2
  • the energy supply through the reboiler was 10.18 Gcal / hr
  • the reflux ratio was controlled to 5.33.
  • FIG. 4 Parallel connection mode is illustrated in FIG. 4, the first supply line 1012, the first connection line 1152 + 1172 connecting the bottom outlet of the first distillation column 1102 and the bottom inlet of the second distillation column 1202. And activating a first discharge line 1142 connected to the upper outlet of the first distillation column 1102, connecting the overhead outlet of the first distillation column 1102 and the overhead reflux machine 1132 of the first distillation column 1102, and The top reflux 1132 of the first distillation column 1102 was connected to the upper inlet of the first distillation column 1102.
  • the bottom outlet of the second distillation column 1202 and the bottom reboiler 1222 of the second distillation column 1202 are connected to each other, and the bottom reboiler 1222 of the second distillation column 1202 is connected to the lower inlet of the second distillation column 1202. Connected.
  • the top reflux machine 1132 and the bottom bottom reboiler 1191 of the first distillation column 1102 and the bottom bottom reboiler 1222 of the second distillation column 1202 were activated.
  • the raw material is introduced into the first distillation column 1102 through the first supply line 1012 at a flow rate of 80,000 kg / hr, and a portion of the bottom condensate of the first distillation column 1102 ( 1152) was introduced into the second distillation column 1202 through the first connecting line 1152 + 1172 at a flow rate of 58,500 kg / hr.
  • the bottom condensate is heated in the bottom bottom reboiler 1192 of the first distillation column 1102 and the bottom bottom reboiler 1222 of the second distillation column 1202, and the top reflux 1132 of the first distillation column and the top top of the second distillation column.
  • the top vapor was condensed to reflux in reflux (1272).
  • the low boiling point ethylene is separated into the first discharge line 1142 of the first distillation column 1102 and the second discharge line 1292 of the second distillation column 1202, and the high boiling point material is separated from the bottom of the second distillation column 1202. Phosphorous ethane was separated.
  • a fourth connection line 1313 + 1323 connecting the upper inlet of the first distillation column 1103 and the top outlet of the second distillation column 1203 is activated, and the first distillation column 1103 is used.
  • the same device configuration as in Example 2 was used except that the bottom bottom reboiler 1193 was deactivated. All of the bottom condensate of the first distillation column 1103 is introduced into the second distillation column 1203 through the first connection line 1153 + 1173, and 5 of the effluent streams of the column head reflux 1273 of the second distillation column 1203 are introduced.
  • Example 2 except that the flow of kg / hr flows into the first distillation column 1103 through the fourth connecting line (1313 + 1323) and the energy supply amount through the bottom reboiler of the second distillation column is 15.72 Gcal / hr Similarly, ethylene and ethane were separated.
  • Example 1 ⁇ Example 2-1> ⁇ Example 2-2> ⁇ Example 3> First distillation column output (kg / hr) 48,466 21,256 34,342 18,609 Second distillation column output (kg / hr) - 44,338 31,252 46,985 Production rate (kg / hr) 48,466 65,594 65,594 65,594 1st Distillation Column Reboiler Duty (Gcal / hr) 0 One 6 0 Second Distillation Column Reboiler Duty (Gcal / hr) 10.18 14.95 11.41 15.72 Total Reboiler Duty (Gcal / hr) 10.18 15.95 17.41 15.72 Ethylene Concentration (%) 99.96 99.96 99.96 99.96 99.96 99.96 99.96 99.96

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Abstract

본 출원은 선택 증류 장치 및 증류방법에 관한 것으로, 증류에 사용되는 물질의 종류에 따라 제어부가 환류기, 재비기, 공급 라인, 배출 라인 및 연결 라인의 동작 상태를 활성화 또는 비활성화 상태로 조절함으로써 2개의 증류탑을 직렬 연결 모드와 병렬 연결 모드의 상호 전환이 가능하도록 하고, 이를 통해 증류 장치의 고효율 운전과 고용량 운전의 선택적 운전이 가능하다.

Description

선택 증류 장치 및 증류 방법
본 발명은 두개의 증류탑을 이용하여 고효율 운전과 고용량 운전 간의 상호 전환이 가능한 선택 증류 장치 및 상기 선택 증류 장치를 이용한 증류방법에 관한 것이다. 본 출원은 2016.09.13.자 한국 특허 출원 제10-2016-0118045호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된　모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
원유(Crude Oil) 등과 같은 각종 원료물질은 통상적으로 수많은 화학물질의 혼합물인 경우가 많아, 그 자체로 산업에 이용되는 것은 드물고 각각의 화합물로 분리된 후 사용되는 것이 보통이다. 혼합물을 분리하는 화학공정 중 대표적인 것이 증류공정이다.
일반적으로 증류공정은 공급 원료 중에 존재하는 2성분계 이상의 혼합 물질을 비점차에 의해 증발 분리한다. 이러한 증류 공정에 사용되는 증류장치는 증류탑, 정류탑, 탈거탑, 탈거조 등이 이용되며, 증류 장치의 상부에서 저비점 물질이 탑정 증기 형태로 배출되고, 증류 장치의 하부에서 고비점 물질이 탑저 응축액의 형태로 분리된다.
증류 공정에 사용되는 증류탑은 분리하고자하는 혼합물에 따라 최소 요구 단수를 만족하여야하며, 높은 단수가 요구되는 증류탑의 경우 두개의 탑을 직렬로 연결하여 하나의 탑처럼 운전하는 경우가 있다. 도 1은 두 개의 증류탑을 직렬로 연결한 증류 장치의 일례를 나타낸 개략도이다. 도 1과 같이 증류탑을 직렬 연결하여 운전하는 경우 높은 단수의 증류탑을 운전하는 것과 같은 효과를 얻을 수 있으나, 두개의 타워를 이용하여 한 개의 타워만큼의 처리용량 밖에 가질 수 없는 한계가 있다.
본 출원은 선택 증류 장치에 관한 것으로, 상황에 따라 고효율 운전과 고용량 운전의 상호 전환이 가능한 증류 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 출원은 선택 증류 장치에 관한 것으로, 두 개의 증류탑을 연결하여, 직렬 연결 모드의 고효율 운전과 병렬 연결 모드의 고용량 운전의 상호 전환이 가능하도록 구성하는 것을 특징으로 한다.
예를 들어, 본 출원에 따른 선택 증류 장치는 탑정 환류기 및 탑저 재비기를 구비하고, 탑정 유출구 및 탑저 유출구가 형성되어 있으며, 상부 유입구 및 상부 유출구가 형성되어 있고, 하부 유입구가 형성되어 있는 제 1 증류탑; 탑정 환류기 및 탑저 재비기를 구비하며, 탑정 유출구 및 탑저 유출구가 형성되어 있고, 상부 유입구 및 하부 유입구가 형성되어 있는 제 2 증류탑; 배관 시스템 및 제어부를 포함할 수 있다.
상기 배관 시스템은, 상기 제 1 증류탑으로 원료를 공급할 수 있는 제 1 공급 라인; 상기 제 2 증류탑으로 원료를 공급할 수 있는 제 2 공급 라인; 상기 제 1 증류탑의 탑정 생성물 또는 상부 생성물을 배출할 수 있는 제 1 배출 라인; 상기 제 2 증류탑의 탑정 생성물을 배출할 수 있는 제 2 배출 라인; 상기 제 1 증류탑의 탑저 유출구와 제 2 증류탑의 하부 유입구를 연결하는 제 1 연결 라인, 상기 제 1 증류탑의 탑저 유출구와 제 2 증류탑의 상부 유입구를 연결하는 제 2 연결 라인; 및 상기 제 2 증류탑의 탑정 유출구와 제 1 증류탑의 하부 유입구를 연결하는 제 3 연결 라인을 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 환류기, 재비기, 공급 라인, 배출 라인 및 연결 라인의 적어도 하나를 활성화 또는 비활성화 상태로 조절할 수 있다.
또한 하나의 예시에서, 상기 배관 시스템은 상기 제 2 증류탑의 탑정 유출구와 제 1 증류탑의 상부 유입구를 연결하는 제 4 연결 라인을 추가로 포함할 수 있다.
또한 본 출원은 상기 선택 증류 장치를 이용한 증류 방법을 제공할 수 있다.
본 출원의 선택 증류 장치에 의하면, 상황에 따라 두개의 증류탑을 직렬 연결 모드와 병렬 연결 모드로 연결 가능하며, 직렬 연결 모드와 병렬 연결 모드의 상호 전환이 가능할 수 있다. 직렬 연결 모드를 통해 열역학적 효율이 개선되어 고효율의 운전이 가능하고, 병렬 연결 모드를 통해 증류탑의 처리량을 대폭 상승시켜 고용량운전이 가능할 수 있다.
또한, 본 출원에 따른 선택 증류 장치는 직렬 연결 모드와 병렬 연결 모드를 셧다운 없이 연속적으로 직렬 연결 모드와 병렬 연결 모드의 상호 전환이 가능할 수 있어 셧다운시 발생할 수 있는 경제적인 손실을 절감할 수 있다.
도 1은, 두 개의 탑을 직렬로 연결한 증류 장치의 일례를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 출원에 따른 선택 증류 장치의 일례를 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 출원의 일 실시예에 따른 선택 증류 장치의 직렬 연결 모드를 나타낸 개략도이다.
도 4 및 5는 본 출원의 일 실시예에 따른 선택 증류 장치의 병렬 연결 모드를 나타낸 개략도이다.
본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나 이상을 포함하는 의미로 사용된다.
본 명세서에서 "제1", "제2", "일측" 및 "타측" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로서, 각 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 출원을 설명함에 있어서, 관련된 공지의 범용적인 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 명세서에서 용어 「배관 시스템」은 장치들을 연결하는 배관 또는 라인을 포함하는 구조를 의미할 수 있고, 「라인」은 실질적으로 배관과 같은 의미일 수 있으며, 「흐름」은 라인 또는 배관을 통한 유체의 이동을 의미할 수 있고, 본 명세서에서 라인, 배관 및 흐름은 동일한 도면 부호를 공유할 수 있다.
본 명세서에서 「개방」 및 「활성화」는 라인 또는 배관에 부착된 밸브의 조작으로 유체가 흐를 수 있는 상태이거나 장치에 부탁된 설비가 작동할 수 있는 상태를 뜻할 수 있고, 「폐쇄」 및 「비활성화」는 라인 또는 배관에 부착된 밸브의 조작으로 유체가 흐를 수 없는 상태이거나 장치에 부착된 설비가 작동하지 않는 상태를 뜻할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 출원을 상세히 설명한다.
첨부된 도면은 본 출원의 예시적인 실시형태를 도시한 것으로, 이는 본 출원의 이해를 돕도록 하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 출원의 기술적 범위가 한정되는 것은 아니다
본 출원은 두 개의 증류탑을 직렬 연결 모드와 병렬 연결 모드로 상호 전환이 가능하도록 구성하는 선택 증류 장치에 관한 것이다. 구체적으로, 본 출원의 선택 증류 장치는 설비의 제거 또는 추가 없이 상황에 따라 직렬 연결을 통한 고효율 운전과 벙렬 연결을 통한 고용량 운전의 선택적 운전이 가능하다.
본 출원에서 직렬 연결 모드는, 제 1 증류탑과 제 2 증류탑을 직렬 연결 상태로 연결하는 것으로, 제 1 증류탑의 탑저 및/또는 하부와 제 2 증류탑의 탑정 및/또는 상부가 배관을 통하여 유체연결되며, 제 1 증류탑의 탑정 또는 상부에서 저비점 물질이 분리되고 제 2 증류탑의 탑저 또는 하부에서 고비점 물질이 분리되는 구조를 의미할 수 있다 또한, 본 출원에 따른 병렬 연결 모드는 제 1 증류탑과 제 2 증류탑을 병렬 연결 상태로 연결하는 것으로, 제 1 증류탑 및 제 2 증류탑이 각각 저비점 물질과 고비점 물질을 분리하여 유출할 수 있는 구조를 의미할 수 있다.
본 명세서에서 「고비점 물질」은 혼합물 내에서 다른 물질에 비해 상대적으로 비점이 높은 물질을 의미하고, 「저비점 물질」은 혼합물 내에서 다른 물질에 비해 상대적으로 비점이 낮은 물질을 의미할 수 있다. 상기 고비점 물질은 상온(25℃) 및 상압(1기압)에서 비점이 -120℃ 이상 또는 -110℃ 이상인 물질을 의미할 수 있으며, 상한은 특별히 제한되지 않는다. 상기 저비점 물질은 상온(25℃) 및 상압(1기압)에서 비점이 200℃ 이하일 수 있으며, 하한은 특별히 제한되지 않는다. 상기 비점은 물질의 끓는점을 의미할 수 있으며, 물질의 종류에 따라 같거나 다를 수 있고, 온도 및/또는 압력에 따라 변할 수 있다. 상기 고비점 물질과 저비점 물질은 상대적인 비점의 고저 차이에 의해 나눌 수 있다. 본 명세서에서 고비점 물질은 혼합물을 분리하기 위한 온도와 압력에서 저비점 물질에 비해 상대적으로 비점이 높은 물질이고, 저비점 물질은 혼합물을 분리하기 위한 온도와 압력에서 고비점 물질에 비해 상대적으로 비점이 낮은 물질을 의미할 수 있다.
본 명세서에서 「상부」는 상기 증류탑 내에서 상대적으로 위쪽 부분을 의미하고, 보다 구체적으로는, 상기 증류탑을 세로 방향, 예를 들어, 증류탑의 길이 또는 높이 방향에 수직하게 2등분 하였을때, 나뉘어진 2개의 영역 중 위쪽 부분을 의미할 수 있다. 또한, 상기에서 「하부」는 상기 증류탑 내에서 상대적으로 아래쪽 부분을 의미하고, 보다 구체적으로는, 상기 증류탑을 세로 방향, 예를 들어, 증류탑의 길이 또는 높이 방향에 수직하게 2등분 하였을 때, 나뉘어진 2개의 영역 중 아래쪽 부분을 의미할 수 있다. 또한, 상기 증류탑의 「탑정」은 상기 증류탑의 가장 꼭대기 부분을 의미하며, 전술한 증류탑의 상부에 위치할 수 있고, 상기 증류탑의 「탑저」는 상기 증류탑의 탑의 가장 바닥 부분을 의미하며, 전술한 증류탑의 하부에 위치할 수 있다.
도 2는 상기 본 출원의 일 실시예에 따른 선택 증류 장치의 구조를 개략적으로 나타낸다. 도 2를 참조하면, 예를 들어, 본 출원에 따른 선택 증류 장치는 탑정 환류기(132) 및 탑저 재비기(192)를 구비하고, 탑정 유출구 및 탑저 유출구가 형성되어 있으며, 상부 유입구 및 상부 유출구가 형성되어 있고, 하부 유입구가 형성되어 있는 제 1 증류탑(102); 탑정 환류기(272) 및 탑저 재비기(222)를 구비하며, 탑정 유출구 및 탑저 유출구가 형성되어 있고, 상부 유입구 및 하부 유입구가 형성되어 있는 제 2 증류탑(202); 배관 시스템 및 제어부를 포함할 수 있다.
상기 배관 시스템은, 상기 제 1 증류탑으로 원료를 공급할 수 있는 제 1 공급 라인(12); 상기 제 2 증류탑으로 원료를 공급할 수 있는 제 2 공급 라인(22); 상기 제 1 증류탑의 탑저 유출구와 제 2 증류탑의 하부 유입구를 연결하는 제 1 연결 라인(152+172), 상기 제 1 증류탑의 탑저 유출구와 제 2 증류탑의 상부 유입구를 연결하는 제 2 연결 라인(152+162); 및 상기 제 2 증류탑의 탑정 유출구와 제 1 증류탑의 하부 유입구를 연결하는 제 3 연결 라인(242+252)을 포함할 수 있다.
상기 배관 시스템은 제 1 증류탑의 탑정 생성물 또는 상부 생성물을 배출할 수 있도록 제 1 증류탑의 탑정 유출구 또는 상부 유출구와 연결되어 있는 제 1 배출 라인(142); 상기 제 2 증류탑의 탑정 생성물을 배출할 수 있도록 제 2 증류탑의 탑정 유출구와 연결되어 있는 제 2 배출 라인(292);을 포함할 수 있다.
또한 상기 배관 시스템은, 하나의 예시에서, 제 2 증류탑(202)의 탑정 유출구와 제 1 증류탑(102)의 상부 유입구를 연결하는 제 4 연결 라인(312+322)을 추가로 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 환류기, 재비기, 공급 라인, 배출 라인 및 연결 라인의 적어도 하나를 활성화 또는 비활성화 상태로 조절할 수 있다. 상기 제어부는 상기 배관 시스템의 개폐를 통해 유체의 흐름을 제어하고, 증류탑에 연결된 재비기 및 환류기 등의 장비를 활성화 또는 비활성화 함으로써 직렬 연결 모드와 병렬 연결 모드의 상호 간의 전환이 가능할 수 있다.
도 3은 본 출원의 구현예에 따른 선택 증류 장치에서 직렬 연결 모드를 예시적으로 나타낸 도면이다. 하나의 예시에서, 본 출원에 따른 선택 증류 장치의 직렬 연결 모드는 제 2 공급 라인(1021), 제 2 연결 라인(1151+1161) 및 제 3 연결 라인(1241+1251)이 활성화되고, 제 1 증류탑(1101)의 탑정 환류기(1131) 및 제 2 증류탑(1201)의 탑저 재비기(1221)가 활성화되며, 제 1 공급 라인(1011) 및 제 1 연결 라인(1151+1171)이 비활성화되고 제 1 증류탑(1101)의 탑저 재비기(1191) 및 제 2 증류탑(1201)의 탑정 환류기(1271)가 비활성화될 수 있다. 상기 직렬 연결 모드는 제 1 증류탑(1101)의 탑저 응축액을 제 2 연결 라인(1151+1161))을 통하여 제 2 증류탑(1201)으로 유입시키고, 제 2 증류탑(1201)의 탑정 증기를 제 3 연결 라인(1241+1251)을 통하여 제 1 증류탑(1101)로 유입시킬 수 있다.
상기 직렬 연결 모드는 제 1 증류탑(1101)의 단수와 제 2 증류탑(1201)의 단수를 더한 것과 같은 효율을 가질 수 있으며, 제 2 증류탑으로 원료 물질을 공급함으로써 정류부(rectifying section)가 길어지는 효과가 있을 수 있다. 이와 같이 직렬 연결 모드는 열역학적 효율이 개선되어 높은 순도의 생성물을 분리할 수 있다.
도 4는 본 출원의 구현예에 따른 선택 증류 장치에서 병렬 연결 모드를 예시적으로 나타낸 도면이다. 하나의 예시에서, 본 출원에 따른 선택 증류 장치의 병렬 연결 모드는 제 1 공급 라인(1012) 및 제 1 연결 라인(1152+1172)이 활성화되고, 제 1 증류탑(1102)의 탑정 환류기(1132), 제 1 증류탑(1102)의 탑저 재비기(1192), 제 2 증류탑(1202)의 탑정 환류기(1272) 및 탑저 재비기(1222)가 활성화되며, 제 2 공급 라인(1022), 제 2 연결 라인(1152+1162) 및 제 3 연결 라인(1242+1252)이 비활성화될 수 있다. 상기 병렬 연결 모드는 제 1 증류탑(1102)의 탑저 응축액의 일부를 제 1 연결 라인(1152+1172)을 통하여 제 2 증류탑(1202)으로 유입시켜 제 2 공급 라인(1022)을 대체할 수 있다.
도 5는 본 출원의 또다른 구현예에 따른 선택 증류 장치에서 병렬 연결 모드를 예시적으로 나타낸 도면이다.
상기 예시에서, 상기 병렬 연결 모드는 제 1 공급 라인(1013), 제 1 연결 라인(1153+1173) 및 제 4 연결 라인(1313+1323)이 활성화되고, 제 1 증류탑(1103)의 탑정 환류기(1133), 제 2 증류탑(1203)의 탑정 환류기(1273) 및 탑저 재비기(1223)가 활성화되며, 제 2 공급 라인(1023), 제 2 연결 라인(1153+1163) 및 제 3 연결 라인(1243+1253)이 비활성화되고, 제 1 증류탑(1103)의 탑저 재비기(1193)가 비활성화될 수 있다. 상기 병렬 연결 모드는 제 1 증류탑(1103)의 탑저 응축액을 제 1 연결 라인(1153+1173)을 통하여 제 2 증류탑(1203)으로 유입시켜 제 2 공급 라인(1023)을 대체할 수 있고, 제 2 증류탑의 탑정 환류기(1273)을 통해 응축된 제 2 증류탑(1203)의 탑정 증기의 일부를 제 4 연결 라인(1313+1323)을 통하여 제 1 증류탑(1103)으로 유입시킬 수 있다.
상기 병렬 연결 모드는 제 1 증류탑의 탑저 응축액을 제 2 증류탑에 공급하여 상대적으로 고비점 물질이 응축된 상태로 증류할 수 있다. 또한, 제 2 증류탑의 탑정 증기를 응축하여 일부를 제 1 증류탑의 상부로 유입시킴으로써 탈거부(stripping section)가 길어지는 효과가 있을 수 있으며, 이를 통해 제 1 증류탑의 재비기를 비활성화 하여도 증류탑의 운전 제어가 가능할 수 있다. 또한, 제 1 증류탑(1102, 1103) 및 제 2 증류탑(1202, 1203)의 제 1 배출 라인(1142, 1143) 및 제 2 배출 라인(1292, 1293)에서 저비점 물질을 동시에 분리하여 증류탑의 처리량을 대폭 상승시켜 고용량운전이 가능할 수 있다.
본 출원에 따른 선택 증류 장치는 직렬 연결 모드와 병렬 연결 모드를 연속적으로 상호 전환할 수 있다. 상기 전환은 배관의 활성화 및 비활성화를 통해 수행함으로써, 셧다운 없이 연속적으로 직렬 연결 모드와 병렬 연결 모드의 상호 전환이 가능할 수 있다. 이를 통해 셧다운시 발생할 수 있는 경제적인 손실을 절감할 수 있다.
본 출원은 또한, 상기 선택 증류 장치를 이용한 증류방법에 관한 것이다. 본 출원에 따른 상기 증류방법은 상기 선택 증류 장치의 환류기, 재비기, 공급 라인, 배출 라인 및 연결 라인의 적어도 하나를 활성화 또는 비활성화 상태로 제어하여, 원료 물질을 저비점 물질과 고비점 물질로 분리할 수 있으며, 제 1 증류탑 및 제 2 증류탑을 직렬 연결 모드 또는 병렬 연결 모드로 연결하여 원료 물질을 증류하여 생성물을 유출할 수 있다. 상기 생성물은 제 1 증류탑 및/또는 제 2 증류탑의 탑정 또는 상부에서 유출되는 저비점 물질과, 제 1 증류탑 및/또는 제 2 증류탑의 탑저에서 유출되는 고비점 물질을 의미할 수 있다.
본 출원의 증류 방법에서, 상기 선택 증류 장치에 관한 자세한 설명은 전술한 선택 증류 장치에서 설명한 바와 동일한 바, 생략하기로 한다.
본 출원의 일 구현예에 따른 직렬 연결 모드의 증류 방법은 제 2 공급 라인으로 원료가 유입되며, 제 1 공급 라인, 제 1 연결 라인, 제 1 증류탑의 탑저 재비기 및 제 2 증류탑의 탑정 환류기를 비활성화시키고, 제 1 증류탑의 탑정 또는 상부에서 저비점 물질을 유출하며, 제 2 증류탑의 탑저에서 고비점 물질을 유출시키도록 제어할 수 있다.
상기 직렬 연결 모드는 제 2 공급 라인을 통해 제 2 증류탑으로 원료를 공급하며 제 1 증류탑 및 제 2 증류탑에서 원료 물질을 증류하고 제 1 증류탑의 탑저 응축액을 제 2 연결 라인을 통해 제 2 증류탑으로 유입시키며 제 2 증류탑의 탑정 증기를 제 3 연결 라인을 통해 제 1 증류탑으로 유입시킬 수 있다. 또한, 제 1 증류탑의 탑정 환류기를 이용하여 제 1 증류탑의 탑정 증기를 응축시켜 환류시키고, 제 2 증류탑의 탑저 재비기를 이용하여 제 2 증류탑의 탑저 응축액을 가열하여 제 2 증류탑으로 유입시킴으로써, 제 1 증류탑 및 제 2 증류탑을 하나의 탑처럼 운전할 수 있다. 상기 직렬 연결 모드에서 제 1 증류탑의 재비기에 공급되는 열량은 0 내지 40 Gcal/hr 일 수 있으며, 0 내지 30 Gcal/hr, 0 내지 20 Gcal/hr 일 수 있다. 또한 제 2 증류탑의 재비기에 공급되는 열량은 1 내지 40Gcal/hr 일 수 있으며, 1 내지 30 Gcal/hr, 1 내지 20 Gcal/hr일 수 있다. 상기 직렬 연결하여 증류하는 단계는 높은 열역학적 효율을 이용하여 고효율 운전이 가능할 수 있다.
본 출원의 일 구현예에 따른 병렬 연결 모드의 증류 방법은, 제 1 공급 라인으로 원료가 유입되며, 제 2 연결 라인 및 제 3 연결 라인을 비활성화시키고, 제 1 증류탑 및 제 2 증류탑의 탑정 또는 상부에서 저비점 물질을 유출시키며, 제 2 증류탑의 탑저에서 고비점 물질을 유출시키도록 제어할 수 있다.
상기 병렬 연결 모드는 제 1 공급 라인을 통해 제 1 증류탑으로 원료를 공급하며 제 1 증류탑 및 제 2 증류탑에서 원료 물질을 증류하고 제 1 증류탑의 탑저 응축액을 제 1 연결 라인을 통해 제 2 증류탑으로 유입시킬 수 있다. 상기 병렬 연결 모드에서 제 1 증류탑의 탑저 응축액의 일부를 제 1 연결 라인을 통해 제 2 증류탑으로 공급하여 제 2 공급 라인을 대체할 수 있으며, 제 1 증류탑 및 제 2 증류탑의 저비점 물질을 동시에 분리하여 증류탑의 처리량을 대폭 상승시켜 고용량운전이 가능할 수 있다.
상기 병렬 연결 모드에서 제 1 증류탑의 탑저 응축액의 "일부"는, 제 1 증류탑의 탑저 유출구를 통해 유출되는 유체의 흐름 중 제 1 연결 라인을 통한 유체의 흐름이 존재하는 상태를 뜻하며, 예를 들어 제 1 증류탑의 탑저 재비기로 유입되는 탑저 흐름(A)과 제 1 연결 라인을 통해 제 2 증류탑으로 유입되는 흐름(B)의 비(A/B)는 0 이상일 수 있다. 상기 비(A/B)가 0인 경우는 제 1 증류탑의 탑저 응축액이 제 1 증류탑의 탑저 재비기로 유입되지 않는 상태를 의미할 수 있다. 상기 제 1 증류탑의 탑저 재비기로 유입되는 탑저 흐름(A)과 제 1 연결 라인을 통해 제 2 증류탑으로 유입되는 흐름(B)의 비(A/B)의 상한은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 10 이하일 수 있다. 상기 병렬 연결 모드에서 제 1 증류탑의 재비기에 공급되는 열량은 0 내지 40 Gcal/hr 일 수 있으며, 0 내지 30 Gcal/hr, 0 내지 20 Gcal/hr 일 수 있다. 또한 제 2 증류탑의 재비기에 공급되는 열량은 1 내지 40 Gcal/hr 일 수 있으며, 1 내지 30 Gcal/hr, 1 내지 20 Gcal/hr일 수 있다.
본 출원의 다른 구현예에 따른 병렬 연결 모드의 증류 방법은 제 1 공급 라인으로 원료가 유입되며, 제 2 연결 라인, 제 3 연결 라인 및 제 1 재비기를 비활성화시키고, 제 2 증류탑의 탑정 증기의 응축액 중 일부를 제 4 연결 라인을 통하여 제 1 증류탑으로 유입시키며, 제 1 증류탑 및 제 2 증류탑의 탑정 또는 상부에서 저비점 물질을 유출시키고, 제 2 증류탑의 탑저에서 고비점 물질을 유출시키도록 제어할 수 있다.
상기 병렬 연결 모드는 제 1 공급 라인을 통해 제 1 증류탑으로 원료를 공급하며 제 1 증류탑 및 제 2 증류탑에서 원료 물질을 증류하고 제 1 증류탑의 탑저 응축액을 제 1 연결 라인을 통해 제 2 증류탑으로 유입시키며, 제 2 증류탑의 탑정 환류기의 유출 흐름 중 일부를 제 4 연결 라인을 통해 제 2 증류탑으로 환류시키고 나머지 일부는 제 1 증류탑으로 환류시킬 수 있다. 상기 병렬 연결에서 제 1 증류탑의 탑저 응축액을 제 1 연결 라인을 통해 제 2 증류탑으로 공급하여 제 2 공급 라인을 대체할 수 있으며, 제 1 증류탑 및 제 2 증류탑의 저비점 물질을 동시에 분리하여 증류탑의 처리량을 대폭 상승시켜 고용량운전이 가능할 수 있다. 또한, 제 2 증류탑의 탑정 환류기의 유출 흐름 중 일부를 제 1 증류탑의 상부로 유입시킴으로써, 제 1 증류탑의 탑저 재비기를 비활성화 하여도 증류탑의 운전 제어가 가능할 수 있다.
상기 병렬 연결 모드에서 제 2 증류탑의 탑정 환류기의 유출 흐름 중 "일부"는, 제 2 증류탑의 탑정 환류기에서 유출되는 유체의 흐름 중 제 4 연결 라인을 통한 유체의 흐름이 존재하는 상태를 뜻하며, 예를 들어 제 4 연결 라인을 통해 제 1 증류탑으로 유입되는 흐름(C)과 제 2 증류탑의 탑정 환류기에서 제 2 증류탑으로 환류되는 흐름(D)의 비(C/D)는 0 이상일 수 있다. 상기 비(C/D)가 0인 경우는 제 2 증류탑의 탑정 환류기의 유출 흐름이 제 4 연결 라인을 통해 제 1 증류탑으로 유입되지 않는 상태를 의미할 수 있다. 상기 제 4 연결 라인을 통해 제 1 증류탑으로 유입되는 흐름(C)과 제 2 증류탑의 탑정 환류기에서 제 2 증류탑으로 환류되는 흐름(D)의 비(C/D)의 상한은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 10 이하일 수 있다. 상기 병렬 연결 모드에서 제 1 증류탑의 재비기에 공급되는 열량은 0 내지 40 Gcal/hr 일 수 있으며, 0 내지 30 Gcal/hr, 0 내지 20 Gcal/hr 일 수 있다. 또한 제 2 증류탑의 재비기에 공급되는 열량은 1 내지 40 Gcal/hr 일 수 있으며, 1 내지 30 Gcal/hr, 1 내지 20 Gcal/hr일 수 있다.
본 출원에 따른 증류 방법은 2성분계 이상의 혼합물을 고비점 물질과 저비점 물질로 비점차에 의해 분리하는 증류 공정에 사용될 수 있다. 하나의 예시에서, 본출원에 따른 증류 방법은 하기 일반식 1을 만족하는 생성물을 유출시킬 수 있다.
[일반식 1]
5℃ ≤│BpH-BpL│ ≤65℃
상기 일반식 1에서 BpH는 고비점 물질의 비점이고, BpL은 저비점 물질의 비점이다.
상기 일반식 1에서 고비점 물질은 본출원에 따른 증류 방법을 사용하여 제 1 증류탑 및/또는 제 2 증류탑의 탑정 또는 상부에서 유출되는 생성물을 의미할 수 있고, 저비점 물질은 본출원에 따른 증류 방법을 사용하여 제 1 증류탑 및/또는 제 2 증류탑의 탑저에서 유출되는 생성물을 의미할 수 있다. 상기 일반식 1의 고비점 물질의 비점과 저비점 물질의 차이(│BpH-BpL│)는 5℃ 이상 65℃ 이하일 수 있으며, 10℃ 이상 65℃ 이하, 10℃ 이상 60℃ 이하, 15℃ 이상 60℃ 이하일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 일반식 1을 만족하는 범위에서 직렬 연결 모드의 고효율 운전과 병렬 연결 모드의 고용량 운전의 전환이 가능함과 동시에 에너지 효율 또한 개선할 수 있다.
본 출원에 따른 증류 방법은 자양한 원료 물질의 증류 공정에 적용될 수 있다. 상기 증류 공정은 알켄과 알칸의 혼합물을 분리하는 공정일 수 있으며, 예를 들어 납사(Naphtha) 분해 공정의 생성물인 분해 가스를 분리하는 공정일 수 있다. 상기 납사 분해 가스 중 고비점 물질로 에탄과 저비점 물질로 에틸렌(Ethylene)을 정제하는 공정 또는 고비점 물질로 프로판과 저비점 물질로 프로필렌을 정제하는 공정에 본 출원에 따른 증류 방법을 적용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
하나의 예시에서, 본출원에 따른 증류 방법은 저비점 물질의 순도가 99중량% 이상이 되도록 제어할 수 있으며, 또한 고비점 물질의 순도가 99중량% 이상이 되도록 제어할 수 있다. 상기 저비점 물질의 순도 및 고비점 물질의 순도의 상한은 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를들어 100 중량% 이하일 수 있다. 본 출원의 증류방법은 직렬 연결 모드 및/또는 병렬 연결 모드에서 상기 순도를 만족할 수 있다. 상기 직렬 연결 모드 및/또는 병렬 연결 모드에서 제 1 증류탑 및/또는 제 2 증류탑의 환류비를 조절함으로써 상기 순도범위의 저비점 물질과 고비점 물질을 생산할 수 있다.
하나의 예시에서, 본출원에 따른 증류 방법은 하기 일반식 2를 만족하도록 제어할 수 있다.
[일반식 2]
P/Rd≥3700
일반식 1에서 P는 저비점 물질의 시간당 생산량(kg.hr)이고, Rd는 증류탑의 재비기에 공급되는 시간당 열량(Gcal/hr)이다.
상기 일반식 1에서 P/Rd의 상한은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 20,000 이하일 수 있다.
본 출원에 따른 증류방법은 제 1 증류탑의 탑저 응축액의 일부를 제 2 증류탑으로 공급하여, 상기 일반식 1을 만족할 수 있으며, 이를 통해 증류탑의 처리 용량을 대폭 상승시켜 고용량 운전을 하더라도 에너지 효율의 하락을 적은 폭으로 제어할 수 있다.
이하, 본 출원에 따르는 실시예를 통하여 본 출원을 보다 상세히 설명하나, 본 출원의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
<실시예 1>
도 2에 예시된 선택 증류 장치를 이용하여 납사 분해 공정에서 생산된 C2 성분 중 에틸렌과 에탄을 분리하였다.
직렬 연결 모드는 도 3에서 예시하듯이, 제 2 공급 라인(1021), 제 1 증류탑(1101)의 탑저 유출구와 제 2 증류탑(1201)의 상부 유입구를 연결하는 제 2 연결 라인(1151+1161), 제 2 증류탑(1201)의 탑정 유출구와 제 1 증류탑(1101)의 하부 유입구를 연결하는 제 3 연결 라인(1241+1251) 및 제 1 증류탑(1101)의 상부 유출구와 연결된 제 1 배출 라인(1141)을 활성화시키고, 제 1 증류탑(1101)의 탑정 유출구와 제 1 증류탑(1101)의 탑정 환류기(1131)가 연결시키며, 제 1 증류탑(1101)의 탑정 환류기(1131)은 제 1 증류탑(1101)의 상부 유입구와 연결시켰다. 제 2 증류탑(1201)의 탑저 유출구와 제 2 증류탑(1201)의 탑저 재비기(1221)을 연결시키고 제 2 증류탑(1201)의 탑저 재비기(1221)는 제 2 증류탑(1201)의 하부 유입구로 연결시켰다. 제 1 증류탑(1101)의 탑정 환류기(1131) 및 제 2 증류탑(1201)의 탑저 재비기(1221)을 활성화시키고, 제 1 증류탑(1101)의 탑저 재비기(1191) 및 제 2 증류탑(1201)의 탑정 환류기(1271)을 비활성화시켰다.
상기 직렬 연결 모드의 선택 증류 장치에서 원료 물질을 59,104 kg/hr의 유량으로 제 2 공급 라인(1021)을 통해 제 2 증류탑(1201)로 공급하고, 제 1 증류탑(1101)의 탑저 응축액을 제 2 연결 라인(1151+1161)을 통해 제 2 증류탑(1201)으로 유입시키며, 제 2 증류탑(1201)의 탑정 증기를 제 3 연결 라인(1241+1251)을 통해 제 1 증류탑(1101)로 유입시켰다. 제 2 증류탑의 탑저 재비기(1221)을 통해 제 2 증류탑(1201)의 탑저 응축액을 가열하고, 제 1 증류탑의 탑정 환류기(1131)을 통해 제 1 증류탑(1101)의 탑정 증기를 응축하여 환류시켰다. 제 1 증류탑(1101)의 제 1 배출 라인(1141)으로 저비점 물질인 에틸렌을 분리하고 제 2 증류탑(1201)의 탑저에서 고비점 물질인 에탄을 분리하였다. 상기 직렬 연결 모드에서 탑정의 온도는 -36.24℃이고, 압력은 15.54 kg/cm2로 유지하였으며, 재비기를 통한 에너지 공급량은 10.18Gcal/hr이고, 환류비는 5.33으로 제어하였다.
<실시예 2>
병렬 연결 모드는 도 4에서 예시하듯이, 제 1 공급 라인(1012), 제 1 증류탑(1102)의 탑저 유출구와 제 2 증류탑(1202)의 하부 유입구를 연결하는 제 1 연결 라인(1152+1172) 및 제 1 증류탑(1102)의 상부 유출구와 연결된 제 1 배출 라인(1142)을 활성화시키고, 제 1 증류탑(1102)의 탑정 유출구와 제 1 증류탑(1102)의 탑정 환류기(1132)를 연결시키고 제 1 증류탑(1102)의 탑정 환류기(1132)은 제 1 증류탑(1102)의 상부 유입구와 연결시켰다. 제 2 증류탑(1202)의 탑저 유출구와 제 2 증류탑(1202)의 탑저 재비기(1222)을 연결시키고 제 2 증류탑(1202)의 탑저 재비기(1222)는 제 2 증류탑(1202)의 하부 유입구로 연결시켰다. 제 1 증류탑(1102)의 탑정 환류기(1132) 및 탑저 재비기(1191)와 제 2 증류탑(1202)의 탑저 재비기(1222)를 활성화시켰다.
상기 병렬 연결 모드의 선택 증류 장치에서 원료 물질을 80,000 kg/hr의 유량으로 제 1 공급 라인(1012)을 통하여 제 1 증류탑(1102)으로 유입시키고, 제 1 증류탑(1102)의 탑저 응축액 중 일부(1152)를 58,500 kg/hr의 유량으로 제 1 연결 라인(1152+1172)을 통하여 제 2 증류탑(1202)으로 유입시켰다. 제 1 증류탑(1102)의 탑저 재비기(1192) 및 제 2 증류탑(1202)의 탑저 재비기(1222)에서 탑저 응축액을 가열하고, 제 1 증류탑의 탑정 환류기(1132) 및 제 2 증류탑의 탑정 환류기(1272)에서 탑정 증기를 응축하여 환류시켰다. 제 1 증류탑(1102)의 제 1 배출 라인(1142) 및 제 2 증류탑(1202)의 제 2 배출 라인(1292)으로 저비점 물질인 에틸렌을 분리하고, 제 2 증류탑(1202)의 탑저에서 고비점 물질인 에탄을 분리하였다. 상기 병렬 연결 모드에서 제 1 증류탑의 재비기를 통한 에너지 공급량이 1 Gcal/hr일 때 제 2 증류탑의 재비기를 통한 에너지 공급량은 14.95 Gcal/hr으로 유지하였으며, 제 1 증류탑의 재비기를 통한 에너지 공급량이 6 Gca/hr일 때 제 2 증류탑의 재비기를 통한 에너지 공급량은 11.41 Gcal/hr로 유지하였고, 제 1 증류탑의 환류비는 4.18이며 제 2 증류탑의 환류비는 3.06이 되도록 제어하였다. 상기 병렬 연결 모드에서 탑정의 온도는 -36.24℃이고, 압력은 15.54 kg/cm2로 유지하였다. 상기 병렬 연결 모드에서 전체 생산량을 일정하게 유지할 때 제 1 증류탑 및 제 2 증류탑의 재비기를 통한 에너지 공급량과 제 1 증류탑과 제 2 증류탑의 생산량을 하기 표 1에 도시하였다.
<실시예 3>
도 5에서 예시하듯이 병렬 연결 모드에서 제 1 증류탑(1103)의 상부 유입구와 제 2 증류탑(1203)의 탑정 유출구를 연결하는 제 4 연결 라인(1313+1323)을 활성화하고, 제 1 증류탑(1103)의 탑저 재비기(1193)를 비활성화하는 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 장치 구성을 사용하였다. 제 1 증류탑(1103)의 탑저 응축액을 전부 제 1 연결 라인(1153+1173)을 통해 제 2 증류탑(1203)으로 유입시키며, 제 2 증류탑(1203)의 탑정 환류기(1273)의 유출 흐름 중 5 kg/hr의 흐름을 제 4 연결 라인(1313+1323) 을 통하여 제 1 증류탑(1103)으로 유입시키고 제 2 증류탑의 탑저 재비기를 통한 에너지 공급량이 15.72 Gcal/hr인 것을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 에틸렌과 에탄을 분리하였다.
<실시예 1> <실시예 2-1> <실시예 2-2> <실시예 3>
제 1 증류탑 생산량(kg/hr) 48,466 21,256 34,342 18,609
제 2 증류탑 생산량(kg/hr) - 44,338 31,252 46,985
생산량(kg/hr) 48,466 65,594 65,594 65,594
제 1 증류탑 Reboiler Duty (Gcal/hr) 0 1 6 0
제 2 증류탑 Reboiler Duty (Gcal/hr) 10.18 14.95 11.41 15.72
Total Reboiler Duty (Gcal/hr) 10.18 15.95 17.41 15.72
에틸렌 농도 (%) 99.96 99.96 99.96 99.96
실시예 및 표 1에서 나타나듯이, 본 출원의 실시예에 따른 선택 증류 장치를 이용하여 증류탑을 운전할 경우, 설비의 변경 없이 고효율 운전과 고용량 운전을 선택적으로 운전할 수 있다.

Claims (13)

  1. 탑정 환류기 및 탑저 재비기를 구비하고, 탑정 유출구 및 탑저 유출구가 형성되어 있으며, 상부 유입구 및 상부 유출구가 형성되어 있고, 하부 유입구가 형성되어 있는 제 1 증류탑; 탑정 환류기 및 탑저 재비기를 구비하며, 탑정 유출구 및 탑저 유출구가 형성되어 있고, 상부 유입구 및 하부 유입구가 형성되어 있는 제 2 증류탑; 배관 시스템 및 제어부를 포함하고,
    상기 배관 시스템은, 상기 제 1 증류탑으로 원료를 공급할 수 있는 제 1 공급 라인; 상기 제 2 증류탑으로 원료를 공급할 수 있는 제 2 공급 라인; 상기 제 1 증류탑의 탑정 생성물 또는 상부 생성물을 배출할 수 있는 제 1 배출 라인; 상기 제 2 증류탑의 탑정 생성물을 배출할 수 있는 제 2 배출 라인; 상기 제 1 증류탑의 탑저 유출구와 제 2 증류탑의 하부 유입구를 연결하는 제 1 연결 라인, 상기 제 1 증류탑의 탑저 유출구와 제 2 증류탑의 상부 유입구를 연결하는 제 2 연결 라인; 및 상기 제 2 증류탑의 탑정 유출구와 제 1 증류탑의 하부 유입구를 연결하는 제 3 연결 라인을 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 환류기, 재비기, 공급 라인, 배출 라인 및 연결 라인의 적어도 하나의 동작 상태를 활성화 또는 비활성화 상태로 조절할 수 있는 선택 증류 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 배관 시스템은 상기 제 2 증류탑의 탑정 유출구와 제 1 증류탑의 상부 유입구를 연결하는 제 4 연결 라인을 추가로 포함하는 선택 증류 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 제어부는 제 2 공급 라인으로 원료가 공급될 때, 제 1 공급 라인, 제 1 연결 라인, 제 1 증류탑의 탑저 재비기 및 제 2 증류탑의 탑정 환류기를 비활성화시키도록 구성되어 있는 선택 증류 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 제어부는 제 1 공급 라인으로 원료가 공급될 때, 제 2 연결 라인 및 제 3 연결 라인을 비활성화 시키도록 구성되어 있는 선택 증류 장치.
  5. 제 2 항에 있어서, 제어부는 제 1 공급 라인으로 원료가 공급될 때, 제 2 연결 라인, 제 3 연결 라인 및 제 1 증류탑의 탑저 재비기를 비활성화 시키도록 구성되어 있는 선택 증류 장치.
  6. 제 1 항의 선택 증류 장치를 사용하여 원료를 증류하는 방법으로서,
    상기 선택 증류 장치의 환류기, 재비기, 공급 라인, 배출 라인 및 연결 라인의 적어도 하나를 활성화 또는 비활성화 상태로 제어하여, 제 1 및 제 2 증류탑의 연결상태를 직렬 연결 또는 병렬 연결 상태로 유지하면서 생성물을 유출시키도록 제어하는 증류 방법.
  7. 제 6항에 있어서, 제 1 공급 라인, 제 1 연결 라인, 제 1 증류탑의 탑저 재비기 및 제 2 증류탑의 탑정 환류기를 비활성화시킨 상태에서 제 2 공급 라인으로 원료를 유입시키면서, 제 1 증류탑의 탑정 또는 상부와, 제 2 증류탑의 탑저에서 생성물을 유출시키도록 제어하는 증류 방법.
  8. 제 6항에 있어서, 제 2 연결 라인 및 제 3 연결 라인을 비활성화시킨 상태에서 제 1 공급 라인으로 원료가 유입시키면서, 제 1 증류탑 및 제 2 증류탑의 탑정 또는 상부와, 제 2 증류탑의 탑저에서 생성물을 유출시키도록 제어하는 증류 방법.
  9. 제 6항에 있어서, 선택 증류 장치는 제 2 증류탑의 탑정 유출구와 제 1 증류탑의 상부 유입구를 연결하는 제 4 연결 라인을 추가로 포함하고, 제 2 연결 라인, 제 3 연결 라인 및 제 1 재비기를 비활성화시킨 상태에서 제 1 공급 라인으로 원료가 유입시키면서, 제 2 증류탑의 환류기의 유출흐름 중 일부를 제 4 연결 라인을 통하여 제 1 증류탑으로 유입시키며, 제 1 증류탑 및 제 2 증류탑의 탑정 또는 상부와 제 2 증류탑의 탑저에서 생성물을 유출시키도록 제어하는 증류 방법.
  10. 제 6항에 있어서, 생성물은 하기 일반식 1을 만족하는 증류방법.
    [일반식 1]
    5℃ ≤│BpH-BpL│ ≤65℃
    상기 일반식 1에서 BpH는 고비점 물질의 비점이고, BpL은 저비점 물질의 비점이다.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 저비점 물질은 알켄이고 고비점 물질은 알칸인 증류 방법.
  12. 제 10항에 있어서, 상기 저비점 물질과 고비점 물질의 순도가 99중량% 이상이 되도록 제어하는 증류 방법.
  13. 제 6항 내지 제 11항에 있어서, 하기 일반식 1을 만족하도록 제어하는 증류 방법:
    [일반식 2]
    P/Rd≥3700
    일반식 1에서 P는 저비점 물질의 시간당 생산량(kg/hr)이고, Rd는 증류탑의 재비기에 공급되는 시간당 열량(Gcal/hr)이다.
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