KR0144699B1 - 이중 탈메탄화기 분류 시스템에서의 에틸렌 회수를 위한 예비냉각 방법 - Google Patents

이중 탈메탄화기 분류 시스템에서의 에틸렌 회수를 위한 예비냉각 방법

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Abstract

본 발명은 하나 또는 그 이상의 부분 응축기, 이어서 하나 또는 그 이상의 분류기를 결합하여 사용하므로써 저온 에틸렌 회수 시스템에 대한 에틸렌-함유 공급 기체를 냉각 및 응축시키는 개선된 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 열 교환기를 단순화시키고, 또한 비용을 절감시키며, 약 1몰% 이하의 프로판과 프로필렌을 함유하는 에탄 분해물로부터 압축 및 예비 냉각된 공급 기체를 처리하는데 특히 적합하다.

Description

이중 탈메탄화기 분류 시스템에서의 에틸렌 회수를 위한 예비 냉각 방법
첨부된 도면은 공급물에 대한 본 발명의 개선된 예비 냉각 및 응축 방법을 나타내는 개략적 공정도이다.
본 발명은 저온에서 등용 가스로부터 에틸렌을 회수하는 방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 에틸렌 회수 시스템의 이중 탈메탄화기 저온 분리 부분으로의 공급물을 예비 냉각시키는 개량 방법에 관한 것이다.
미정제 등용 탄화수소 기체 혼합물로부터의 에틸렌 회수는 경제적으로 중요한 반면, 고 에너지를 필요로 하는 공정이다. 저온 분리 방법은 통상적으로 사용되는 방법으로서, 저온에서 상당한 정도의 냉동을 필요로 하며, 계속되는 냉동력을 감소시키는 방법은 광화학 산업에서 올레핀을 회수하는데 중요하다.
에틸렌은 여러 가지 농도의 수소, 메탄, 에탄, 에틸렌, 프로판, 프로필렌, 및 극소량의 고급 탄화수소, 질소, 및 기타 미량 성분을 함유하는 탄화수소 분해 물질로부터 분해된 기체와 같은 등용 기체 혼합물로부터 회수된다. 상기 혼합물의 응축 및 분류를 위한 냉동은 통상적으로 주위 온도의 냉각수, 폐순환 프로판/프로필렌 및 에탄/에틸렌 시스템, 및 분리 공정에서 생성되는 압축된 등용 기체의 작업 팽창 또는 주울-톰슨(Joule-Thomson) 팽창에 의해 저온에서 연속적으로 이루어진다. 이들 유형의 냉동을 이용한 다수의 방법들이 수년동안 개발되어 왔으며, 이들은 미합중국 특허 제 3,675,435호, 제 4,002,042호, 제 4,163,652호, 제 4,629,484호, 제 4,900,347호, 및 제 5,035,732호에 개시되어 있다.
미합중국 특허 제 4,002,042호에는 전술한 개량된 저온 분리 방법이 개시되어 있는바, 상기 특허중에 개시된 방법에 있어서, 약 -75 내지 -175。F에서의 공급 기체의 최종 냉각 및 응축은 분류기 유형의 열 교환기 내에서 수행된다. 이것은 상기 분류기가 부분적인 응축기 유형의 열 교환기에 의해 제공되는 단일 단계의 분리에 비해, 5 내지 15 단계 또는 그 이상의 분리 단계를 제공할 수 있기 때문에, 저온 공급 기체로부터 에틸렌-함유 액체를 응축시킴으로써 매우 높은 정도의 예비 분류를 제공한다. 결과적으로, 상당히 적은 양의 메탄이 공급 기체로부터 응축되어 탈메탄화기 컬럼으로 보내지며, 공급물의 냉각 및 탈메탄화기 컬럼의 재환류 모두에 필요한 냉동 에너지는 감소하게 된다. 상기 개선된 방법은 분류기와 탈메탄화기 컬럼을 조합 사용하므로써 에틸렌 플랜트의 저온 분리 부분 및 저온 분류 부분에서 에너지를 절약할 수 있다.
미합중국 특허 제 4,900,347호에는 종래 방법의 저온 분리 부분 및 저온 분류 부분에 대한 부가의 개량 부분이 개시되어 있다. 이들 개량된 부분에 있어서, 약 -30。F 미만에서의 에틸렌 회수를 위한 전체 공급 기체의 냉각은 2개 이상의 분류기, 예를들어 가온 분류기 및 저온 분류기에서 연속적으로 수행되며, 탈메탄화기 컬럼은 제1 (가온) 탈메탄화기 컬럼 및 제2 (저온) 탈메탄화기 컬럼으로 분리되는데, 이들 2개의 컬럼 모두는 고압하에서 작동한다. 또한, -30。F 이상에서의 일부 공급 기체의 냉각도 분류기 내에서 수행될 수 있다. 가온 분류기는 기본적으로 대부분의 에탄과 함께 -30。F의 공급 기체중에 잔류하는 프로필렌 모두와 중 탄화수소를 응축 및 예비 분류시키며, 상기 액체는 가온 탈메탄화기 컬럼으로 보내진다. 가온 탈메탄화기 컬럼에 대한 환류는 통상적으로 -40。F 또는 그 이상의 온도에서 프로필렌 또는 프로판 냉동을 사용하여 상층부 증기의 일부를 응축시킴으로써 제공된다. 가온 탈메탄화기 컬럼으로부터의 하부의 액체는 C3및 중탄화수소(C3 +)가 하부 생성물로서 회수되는 탈에탄화기 컬럼에 보내진다. 탈에탄화기 컬럼으로부터의 상층부의 C2탄화수소는 에틸렌/에탄 분리기 컬럼으로 보내진다. 저온 분류기는 저온 공급 기체중의 잔류 에틸렌 및 에탄올 응축 및 예비 분류시키며, 상기 액체는 저온 탈메탄화기 컬럼으로 보내진다. 저온 탈메탄화기 컬럼에 대한 환류는 통상적으로 약 -150。F에서 에틸렌 냉동을 사용하여 상층부 증기의 일부를 응축시킴으로써 제공된다. 저온 탈메탄화기 컬럼으로부터의 에틸렌-풍부한 하부의 액체는 기본적으로 프로필렌 또는 프로판을 전혀 함유하지 않으며,제2 공급물로서 에틸렌/에탄 분리기 컬럼으로 직접 보내져 탈메탄화기 컬럼을 우회한다.
미합중국 특허 제 5,035,732호에는 제2 (저온) 탈메탄화기 컬럼이 175psia 또는 그 이하의 저압 조건하에서 작동되는 전술한 다수의 방법이 개시되어 있다. 저압 저온 탈메탄화기 컬럼에 대한 환류는 -150。F 미만에서 팽창제 및/또는 기타 공정 스트림 냉동을 사용하여, 저온 탈메탄화기 컬럼의 상층부 증기의 일부 또는 저온 분류기의 상층부 증기의 일부를 응축시킴으로써 제공된다.
미합중국 특허 제 4,900,347호 및 제 5,035,732호에 개시된 개량 방법은 다중 분류기와 다중-존 탈메탄화기 컬럼 시스템을 조합 사용하므로써 에틸렌 플랜트의 저온 분리 부분에서 에너지를 절약하며, 또한 에틸렌 플랜트의 저온 분류 부분에서 비용 및 에너지를 절약한다. 종래의 방법과 비교하여,
1) 분류기는 상당히 적은 양의 메탄이 응축됨으로 인해 종래의 부분적인 응축기 유형의 열 교환기에 비해 냉동 에너지를 덜 필요로 하고;
2) 다중-존 탈메탄화기 컬럼 시스템은 가온 컬럼이 보다 저렴한 물질을 사용함으로 인해, 저온 컬럼이 보다 값비싼 물질을 사용하는 종래의 단일-컬럼 탈메탄화기 시스템에 비해 보다 저렴하고, 또한 종래의 단일-컬럼 (저온) 탈메탄화기에 비해 그 규모가 작으며;
3) 다중-존 탈메탄화기 컬럼 시스템은 종래의 단일-컬럼 (저온) 탈메탄화기에 비해 보다 적은 양의 메탄이 응축되어 상기 컬럼으로 보내지고, 또한 가온 컬럼이 더욱 가온인, 저에너지 세기의 냉동을 사용하고, 저온 컬럼이 더욱 저온인, 높은 에너지 세기의 냉동을 사용함으로 인해, 환류에 대해 보다 낮은 냉동 에너지를 필요로 하고;
4) 탈메탄화기 컬럼은 그 규모가 작고, 상기 컬럼내에서 처리되어야만 하는 액체가 소량이기 때문에 보다 낮은 분리 에너지를 필요로 하며;
5) 에틸렌/에탄 분리기 컬럼은 그 규모가 작고, 상기 컬럼에 대한 2개의 공급 스트림에 의해 예비 분리가 제공되기 때문에 보다 낮은 분리 에너지를 필요로 한다.
미합중국 특허 제 4,002,042호, 제 4,900,347호 및 제 5,035,732호에 개시된 개량 방법을 사용하는 경우, 에탄, 에탄/프로판, 또는 중 탄화수소(예; LPG, 나프타 또는 기체 오일)의 분해에 의해 생성되는 공급 기체로부터 에틸렌을 회수할 수 있다.
따라서, 다중-존 탈메탄화기 시스템의 사용은 에틸렌-함유 공급 기체로부터 에틸렌을 회수하기 위한 효과적이며 바람직한 작업 방식이다. 또한, 상기 시스템에 대한 개량도 바람직하며, 이러한 개량 시스템은 하기 명세서에서 설명되며, 또한 첨부된 특허청구의 범위에 의해 정의되는 본 발명에 의한 에탄 및 에탄-프로판 분류로부터의 에틸렌-함유 공급 기체에 대해 현실화된다.
본 발명은 에틸렌 회수를 위해 압축된 공급 기체를 예비 냉각 및 응축시키는 개량 방법에 관한 것이다. 에틸렌, 수소, 및 C1내지 C3탄화수소를 함유하는 압축된 공급 기체로부터 에틸렌을 회수하기 위한 공지된 방법은 상기 압축된 공급 기체를 예비 냉각 및 부분 응축시키는 단계;
상기 응축된 공급 기체를 제1 탈메탄화기 존내에서 분류하여 C2 +탄화수소중에 풍부한 제1 탈메탄화기 액체 및 중간 증기를 산출하는 단계;
상기 중간 증기를 제2 탈메탄화기 존내에서 분류하여 C2탄화수소중에 풍부한 제2 탈메탄화기 액체 및 상층부의 경 생성물을 산출하는 단계; 및
상기 제1 및 제2 탈메탄화기 액체를 분류하여 에탄과 C3 +탄화수소를 함유하는 에틸렌 생성물 및 스트림을 회수하는 단계를 포함한다. 압축된 공급기체를 예비 냉각 및 응축시키기 위한 본 발명의 개량 방법은 특정 온도에서 또는 그 이상의 온도에서 작동하는 제1 응축 구역내의 부분 응축기 내에서 상기 압축된 공급 기체를 초기에 냉각 및 부분 응축시키는 단계를 포함한다. 상기 부분 응축된 공급 기체는 제1 증기 스트림과 응축된 액체로 분리되고, 상기 제1 증기 스트림은 특정 온도 이하에서 작동하는 제 2 응축 존내에서 분류기에 의해 냉각, 부분 응축, 및 정류되어 등용 기체 생성물 및 분류기 액체를 산출한다. 상기 응축된 액체는 공급물을 제1 탈메탄화기 존에 제공하며, 분류기 액체는 공급물을 제2 탈메탄화기 존에 제공한다. 상기 특정 온도 범위는 약 -80 내지 약 -120。F이다. 상기 압축된 공급 기체는 프로판과 프로필렌 약 1몰% 이하, 및 메탄 약 25몰% 이하를 함유하는 것이 바람직하다.
본 발명의 공급물 응축 방법은 장비를 단순화시키고, 비용을 절감하며, 또한 다중 분류기 및 2개의 탈메탄화기를 사용하는 선행 기술에 의해 제공되는 에너지 효율의 잇점 및 기타 비용의 절감을 그대로 유지한다.
프로판 또는 중 탄화수소의 분해를 기초로 한 에틸렌 플랜트에 있어서, 저온 분리 부분(또는 냉각 트레인)으로 공급되는 상기 분해된 기체는 통상적으로 온도가 약 -20 내지 -40。F이고, 압력이 약 350 내지 550 psia 이며, 메탄 약 25 내지 45몰%, 에틸렌/에탄 25 내지 45몰%, 프로필렌/프로판과 중 탄화수소 2몰% 또는 그 이상, 및 수소와 기타 등용 기체를 함유한다. 상기 인용된 미합중국 특허 제 4,900,347호 및 제 5,035,732호에 개시된 개량된 저온 분리 및 저온 분류 방법에 있어서, 가온 분류기는 상기 유형의 분해된 기체 공급물을 갖는 제1 응축 존내에 필요한데, 이것은 응축되어 2개의 탈메탄화기 컬럼으로 보내지는 메탄의 양을 최소화시키며, 또한 제2 응축 존내의 저온 분류기내로 들어가는 프로필렌과 프로판의 양을 약 0.05몰% 이하로 감소시킨다. 결과적으로, 저온 분류기내에서 회수되는 에틸렌 및 에탄은 탈메탄화기 컬럼을 통과하지 않는다.
그러나, 에탄 분해, 또는 몇몇 경우 에탄/프로판 분해를 기초로 한 에틸렌 플랜트에 있어서, -20 내지 -40。F의 온도 및 35 내지 550 psia의 압력하에서 저온 분리 부분으로 공급되는 상기 분해된 기체는 통상적으로 메탄 5 내지 20몰%, 프로필렌/프로판과 중 탄화수소 약 1몰% 이하를 함유한다. 이러한 유형의 분해된 기체 공급물을 사용하는 경우, 본 발명은 초기 인용한 미합중국 특허 제 4,900,347호 및 제 5,035,732호에 의한 저온 분리 부분의 제1 응축 존내의 가온 분류기를 하나 또는 그 이상의 부분 응축기로 대체하므로써 상기 공급물을 약 -80 내지 -120。F 로 냉각시킬 수 있다는 것을 발견하였다. 상기 유형의 분해된 기체 공급물을 사용하는 경우, 상기 부분 응축기(들)는 제2 응축 존(저온) 분류기로 들어가는 프로필렌과 프로판의 농도를, 탈메탄화기 컬럼내에서의 유의한 악 조건을 초래하기에 충분한 응축된 메탄의 양을 증가시키지 않으면서 약 0.05몰% 이하로 감소시킬 수 있다. 그러므로, 저온 분류기내에서 회수된 에틸렌과 에탄은 탈메탄화기 컬럼을 통과할 필요가 없다. 에탄/프로판 분해에 있어서, 분해된 기체 공급물 중의 메탄의 양은 분해되는 에탄에 비해, 역시 분해되는 프로판의 분획에 상당히 의존한다.
분류기는 공급 기체를 부분적으로 응축 및 정류시키는 정류 열교환기이다. 통상적으로, 분류기는 다중 분리 단계, 통상적으로 5 내지 15 단계에 상응하는 분리도를 제공한다. 본원에서, 부분 응축기는 공급 기체를 정류시킴 없이 부분적으로 응축시킴으로써 간단한 분리기내에서 증기와 액체 스트림으로 분리되는 증기-액체 혼합물을 산출하는 통상적인 응축기이다. 단일 단계의 분리는 부분 응축기내에서 실현된다.
본 발명의 개념은 또한 전-후 탈메탄화기 컬럼(저온 분리 부분의 상류)을 사용하는 몇몇 에틸렌 플랜트에서 사용될 수 있는데, 그 이유는 저온 분리 부분으로 들어가는 분해된 기체 공급물이 통상적으로 약 1몰% 이하의 프로필렌과 프로판을 함유하기 때문이다. 또한, 저온 분리 부분으로 들어가는 분해된 기체 공급물중의 메탄의 양은 바람직하게는 약 25몰% 이하, 및 더욱 바람직하게는 약 15몰% 이하여서 제1 응축 존의 부분 응축기(들)내에서 응축되는 메탄의 양을 최소화시켜 가온 탈메탄화기 컬럼으로 보내야만 한다. 이 경우, 분해된 기체 공급물중의 메탄의 양은 특정 분해기 공급 원료에 따라 달라진다.
다음에, 분해된 기체(1)를 약 350 내지 550 psia로 압축시키며(도시하지 않음), 통상적인 프로판 또는 프로필렌 냉동을 이용하여 냉각기(101 및 103)내에서 약 -20 내지 -40。F로 냉각시키는 단일 도면에 의거하여 본 발명을 상세히 설명하고자 한다. 현재 부분 응축시킨 스트림(3)은 응축물(5) 및 증기(7)를 제거한 분리기(105)내로 이동한다.
증기(7)는 통상적으로 수소 30 내지 60몰%, 메탄 5 내지 30몰%, 에틸렌 10 내지 40몰%, 및 에탄 5 내지 20몰%를 함유하는, 첨부된 특허청구의 범위에서 정의된 바와 같은 본 발명의 압축된 공급 기체이다. 증기(7)는 약 1몰% 이하의 C3및 중 탄화수소를 함유하는 것이 바람직하며, 또한 25몰% 이하의 메탄을 함유하는 것이 바람직하다. 상기 증기(7)는 통상적으로 에탄 또는 에탄/프로판을 열 분해시킴으로써 수득된다. 증기(7)는 또한 약 -25 내지 -125。F에서 제공되는 냉동기(9)와의 간접적인 열 교환에 의해 제 1 응축존(106)내에서 냉각 및 부분 응축된다. 냉동기(9)는 통상적으로 하나 또는 그 이상의 에틸렌 냉동제 또는 혼합 냉동제를 포함하며, 에틸렌 플랜트에서 생성되는 저온 스트림에 의해 보충된다. 열 교환기(107)는 쉘 및 튜브 또는 납땜한 알루미늄 유형의 통상적인 열 교환기이다. 혼합 증기/응축물 스트림(11)은 약 -80 내지 -120。F 증기(13) 및 액체(15)가 제거되는 분리기(109)로 이동한다. 제1 응축 존(106)의 열 교환기(107) 및 분리기(109)는 부분 응축기 시스템으로서 작동하며, 상기 시스템은 증기(13)와 액체(15)가 대략적으로 열역학적 평형을 이루는 등량의 단일 단계 분리도를 제공한다.
통상적으로, 수소 50 내지 80몰%, 메탄 10 내지 35몰%, 에틸렌 5 내지 20몰%, 에탄 10몰%이하 및 프로필렌/프로판 0.1몰% 이하를 함유하는 증기(13)는 축압기 드럼(111)으로 이동하며, 제2 응축 존(113)내에서 상기 증기(13)를 동시에 응축 및 정류시키는 분류기(115) 내에서 부가로 냉각된다. 통상적으로, 분류기(115)는 5 내지 15 단계의 분리를 제공하는 반면, 열 교환기(107) 및 분리기(109)로 구성되는 부분 응축 시스템은 오직 한 단계의 분리를 제공한다. 분류기(115)는 약 -85 내지 -235。F로 제공되는 냉동기(17)에 의해 냉각된다. 냉동기(17)는 통상적으로 에틸렌 플랜트에서 생성되는 다수의 저온 스트림과 함께, 하나 또는 그 이상의 에틸렌 냉동체, 또는 혼합 냉동제를 포함한다. 메탄과 수소를 주로 함유하는 등용 기체(19)는 분류기(115)로부터 제거되며, 이의 일부는 통상적으로 에틸렌 플랜트의 수소 회수 부분(도시하지 않음)으로 이동한다.
분류기 액체(21)는 약 -85 내지 -130。F에서 제거되며, 통상적으로 메탄 5 내지 15몰%, 에틸렌 60 내지 80몰%, 에탄 15 내지 30몰% 및 0.5몰% 이하의 프로필렌과 프로판을 함유한다.
액체 스트림(5 및 15)은 기본적으로 모든 프로판, 프로필렌, 및 중 탄화수소를 함유하며, 또한 분해된 기체 스트림(1) 중에 함유된 에탄올 상당 부분 함유한다. 이들 스트림은 증류 컬럼, 상층부 응축기 시스템, 및 당 업계에 공지된 부가의 작동 특징부를 포함하는 제1 탈메탄화기 존(117)에 공급물을 제공한다. 제1 탈메탄화기 존(117)은 통상적으로 60 내지 -40。F의 온도 범위에서 작동하며, 기본적으로 모든 수소와 메탄, 및 공급 스트림(5 및 15)으로부터의 에틸렌 상당량을 함유하는 상층부의 증기(23)를 산출한다. 하부의 액체(25)는 상기로부터 제거되며, 기본적으로 모든 프로판, 프로필렌, 및 중 탄화수소, 그리고 공급 스트림(5 및 15으로 부터의 에탄 상당량을 함유한다. 하부의 액체(25)는 탈메탄화기 컬럼(121)내로 주입되며, 기본적으로 모든 프로판, 프로필렌, 및 중 탄화수소를 함유하는 하부의 스트림(31)은 이로부터 제거된다. 제거된 상층부 증기(33)는 기본적으로 제1 탈메탄화기 존의 하부 액체(25)중의 모든 에탄 및 에틸렌을 함유한다.
25 내지 -230。F의 온도에서 통상적으로 작동하는 제2 탈메탄화기 존(119)은 각각 분류기 액체(21) 및 제1 탈메탄화기 존 상층부 증기(23)에 의해 2지역으로 공급된다. 수소-메탄 상층부 증기(27) 및 에틸렌-풍부한 하부 기체(29)는 상기로부터 제거된다. 에탄-에틸렌 분리기 컬럼(123)내에서는 최종 저온 분류가 행해짐으로써 고순도의 에틸렌 생성물(35) 및 에탄하부 생성물(37)을 산출한다.
[실시예]
단일 도면에 의거 본 발명을 설명하기 위해 질량 및 에너지를 평형화 시켰다. 냉각기(101 및 103)내에서 여러 가지 농도의 C3냉동제를 사용하여 분해된 기체 스트림(1)을 -26。F로 냉각시켰다. 이로써, 냉각 및 부분 응축된 스트림(3)을 수득하였으며, 이것을 -26。F의 온도 및 508 psia의 압력하에 용기(105)내에서 응축물(5)(주로, 프로필렌/프로판 및 중 탄화수소) 및 증기(7)로 분리하였다. 응축물(5)은 제1 (가온) 탈메탄화기 존(117)에 공급물을 제공한다. 증기(7)는 첨부된 특허청구의 범위에서 정의한 바와 같은 본 발명의 압축된 공급 기체로서, 본 실시예에서는 수소 43몰%, 메탄 11몰%, 에틸렌 29.5몰%, 에탄 16몰%, 및 0.5몰%의 프로필렌과 프로판을 함유한다. 부분 응축기 유형의 열 교환기(107)내에서 증기(7)를 -98。F로 냉각시켜 용기(109)내에서 응축물(15)과 증기(13)로 분리되는 2-상 스트림(11)을 수득하였다. 에틸렌 55.5몰%, 에탄 34몰%, 및 메탄 7.5몰%를 함유하는 응축물(15)은 제1 탈메탄화기 존(117)에 또 다른 공급물을 제공한다. -98。F에서 수소 약 72.5몰%, 메탄 13.5몰%, 에틸렌 10.5몰%, 에탄 3.5몰% 및 0.02몰% 이하의 프로필렌과 프로판을 함유하는 증기 스트림(13)을 제2 응축 존(113)의 분류기(115)내에서 -216。F로 냉각시켜 잔류 에틸렌 및 에탄올 응축 및 예비 분류하였다.. -105。F에서 분류기 드럼(111)으로부터 회수되며, 에틸렌 약 67.5몰%, 에탄 22.5몰%, 및 메탄 8몰%를 함유하는 에틸렌-풍부한 액체(21)는 제2 (저온) 탈메탄화기 존(119)에 공급물을 제공한다.
기본적으로, 모든 프로필렌, 프로판, 및 중 탄화수소와, 분해된 기체(1)로부터 으축된 에탄 85% 이상을 함유하는 상기 2개의 액체 스트림(5 및 15)을 가온 탈메탄화기 존(117)내에서 처리하여, 또한 제1 탈메탄화기내로 들어가는 에틸렌 및 에탄 일부를 함유하는 제1 탈메탄화기 상층부(23)내의 모든 수소, 메탄 및 기타 등용 기체를 제거하였다. 잔류 에틸렌 및 에탄, 모든 프로필렌, 프로판 및 중 탄화수소를 하부 스트림(25)에서 회수하여 탈메탄화기(121)로 보냈다. 분류기(115)로부터 스트림(21)으로서 회수한 에틸렌-풍부한 액체, 및 가온 탈메탄화기 존(117)으로부터의 에틸렌-풍부한 상층부 증기 스트림(23)을 제2 탈메탄화기 존(119)내에서 처리하여 상층부 스트림(27)중의 모든 수소, 메탄 및 기타 등용 기체를 제거하였다.
제2 탈메탄화기 존(119)의 하부로부터의 에틸렌-풍부한 스트림(29), 및 탈메탄화기 컬럼(121)의 상층부로부터의 에틸렌/에탄 스트림(33)을 에틸렌/에탄 분리기 컬럼(123)내에서 분류하여 통상적으로 분해로로 재순환되는 에틸렌 생성물 스트림(35) 및 하부 에탄 스트림(37)을 산출하였다. 제1도에 도시한 분류물(117, 119, 121, 및 123) 모두는 통상적으로 단순화를 위해 도시하지 않은 종래의 재보일러 및 상층부 응축기와 함께 작동한다.
둘 또는 그 이상의 부분 응축기는 압축된 공급 기체를 약 -80 내지 -120。F로 냉각시키기 위해서, 예를들어 편의상 여러 온도의 농도를 갖는 에틸렌 또는 기타 냉동제를 분리된 열 교환기내에서 사용하기 위해서 저온 분리 부분의 제1 응축 존(106)내에서 연속적으로 사용될 수 있다. 대안적으로, 혼합 냉동제를 사용하는 경우, 단일 부분 응축기가 바람직할 것이다. 유사하게는, 응축된 에틸렌 액체를 더욱 더 예비 분류하거나 또는 다수의 냉동제 사용시 편의를 위해, 공급 기체를 약 -80 내지 -120。F로 냉각시키는 제2 응축 존(113)내에서 둘 또는 그 이상의 분류기를 연속적으로 사용할 수 있다.
저온 분리 부분내의 기타 변형체들도 또한 분류기 액체 스트림(21)과 제1 탈메탄화기 존 상층부 증기 스트림(23)간의 열 교환 또는 접촉, 및/또는 응축된 액체 스트림(5 및/또는 15)으로부터의 냉동 회수(재가온)와 같은 공정의 에너지 효율을 증가시킬 수 있다. 제2 탈메탄화기 존 상층부 증기 스트림(27)은 또한 분류기 내에서 냉각되어 그 등용 기체로부터 잔류 에틸렌을 회수할 수 있다.
통상적으로, 분류기(115)의 상층부로부터의 수소-메탄 등용 기체 스트림(19)중 일부 이상은 수소 회수 부분으로 보내어져 냉동 회수를 위해 저온 분리 부분 열 교환기내에서 재가온되는 고순도의 수소 생성물 및 하나 또는 그 이상의 메탄-풍부한 연료 스트림을 산출한다. 또한, 제2 탈메탄화기 존(119)의 상층부로부터의 수소-메탄 등용 기체 스트림(27)중 일부 이상, 및 분류기(115)의 상층부로부터의 수소-메탄 스트림(19)중 잔류하는 일부는 통상적으로 하나 또는 그 이상의 팽창기로 보내어져 공정의 저온 분리 부분 및 선택적으로는 저온 분류 부분내에서 -150。F 이하로 냉각된다.
본 발명의 결합 부분 응축기 및 분류기 공정은 기본적으로 미합중국 특허 제 4,900,347호 및 제 5,035,732호에 개시된 종래의 모든-분류기, 다중-존 탈메탄화기 공정의 에너지 및 비용 절감 모두를 그대로 유지하고, 또한 장비를 상당히 단순화시키며 비용을 절감시킨다. 이들 종래 공정의 제1 응축 존에 요구되는 가온 분류기는 통상적으로 4 내지 16개의 평행한 열 교환기로 구성되어 분류기 내에서의 역류 증기/액체 공급물 흐름을 위한 충분한 단면 흐름 면적을 제공한다. 종래 기술의 가온 분류기 대신에 사용되는 본 발명의 부분 응축기는 통상적으로 상기 단면 흐름 면적의 절반 이하를 필요로 하며, 이로써 상기 평행한 장치의 절반 이하를 필요로 하게 되는데, 그 이유는 부분 응축기내에서의 동류 증기/액체 공급물 흐름이 역류 분류기 내에서보다 훨씬 더 높은 공급 기체 유속을 허용하기 때문이다. 따라서, 본 발명에서는 선행 기술의 공정의 가온 분류기와 비교하여, 평행한 열 교환기 및 이와 관련된 파이핑의 수를 감소시킴으로써 비용을 상당히 절감할 수 있다. 본 발명의 제2 응축 존(113)내의 분류기(115)는 기본적으로 선행 기술의 모든-분류기 공정의 저온 분류기와 동일한 것일 것이다. 선행 기술의 다중-분류기 공정에서 실현되는 최소 및 최대 에너지 세기 규모의 냉동의 감소된 양은 본 발명의 공정에서도 그대로 유지된다. 선행 기술의 공정에 있어서 저온 분류기는 통상적으로 훨씬 더 느린 공급 기체 유속으로 인해, 가온 분류기 만큼의 다수의 평행한 열 교환기의 약 절반으로 구성되므로써 가온 분류기보다 훨씬 더 비용을 절감할 수 있다. 그러므로, 선행 기술의 가온 분류기를 본 발명의 부분 응축기로 대체하는 경우, 더욱 단순하며 훨씬 더 저렴한 공급물 냉각 시스템을 제공할 수 있다.
전술한 실시예에서, 본 발명의 결합 부분 응축기/분류기 공정을 사용하여 분해된 기체 공급물로부터 응축시킨 메탄의 전체량은 선행 기술의 모든-분류기 개선 공정과 비교하여 약 50% 증가한 반면, 상기 공급무로부터 응축시킨 액체의 전체량은 단지 약 3% 증가하였다. 그러므로, 상기 2개의 탈메탄화기 존내에서 처리한 액체의 전체량은 단지 약 3% 증가한 반면, 탈메탄화기 및 에틸렌/에탄 분리기 컬럼 내에서 처리한 액체의 양은 기본적으로 전혀 변화가 없었다. 그러므로, 본 발명과 선행 기술의 모든-분류기 공정간의 에틸렌 분리 및 분류에 대한 에너지 요구량의 차이는 매우 작으며, 저온 분류 부분(제1 및 제2 탈메탄화기, 탈메탄화기 및 에탄/에틸렌 분리기 컬럼)내의 장치들의 비용 차이는 중요하지 않다. 그러므로, 본 발명의 부분 응축기/분류기 공정을 이용한 공급 기체의 냉각 및 응축에 필요한 평한 한 열 교환기의 수의 감소는 선행 기술의 모든-분류기 공정에 비해 비용을 상당히 절감시킨다.
본 발명의 중요한 필요 조건은 (1) 액체를 가온 탈메탄화기 존에 제공하기 위해 특정 온도 또는 그 이상의 온도에서 일어나는 모든 공급 기체의 냉각 및 응축이 하나 또는 그 이상의 부분 응축기를 이용한 응축 존내에서 수행되어야 한다는 점과, (2) 액체를 저온 탈메탄화기 존에 제공하기 위해 상기 특정 온도 이하에서 일어나는 모든 공급 기체의 냉각 및 응축이 하나 또는 그 이상의 분류기를 이용한 응축 존내에서 수행되어야 한다는 점을 포함한다. 상기 특정 온도는 약 -80 내지 약 -120。F 범위이며, 증기(7)로서 정의된 압축 공급 기체중의 메탄과 C3 +탄화수소의 압력 및 농도에 의해 결정된다.
본 발명의 부가의 중요한 필요 조건은 에틸렌 플랜트의 저온 분리 부분에 대한 공급 기체, 즉 증기(7)로서 정의된 압축 공급 기체가 바람직하게는 프로필렌과 프로판 약 1몰%, 및 더욱 바람직하게는 약 0.5몰% 이하를 함유하여서, 제1 응축 존(106)내의 부분 응축기 유형의 열 교환기(들)가 제2 응축 존(113)내의 분류기로 들어가는 프로필렌과 프로판의 양을 약 0.05몰% 이하로 감소시킬 있도록 해야 한다는 점이다. 이것은 분류기(들)내에서 회수되는 에틸렌과 에탄올 탈메탄화기 컬럼내에서 처리할 필요가 없다는 점에서 바람직하다.
본 발명의 공정의 또 다른 중요한 필요 조건은 에틸렌 플랜트의 저온 분리 부분에 대한 증기(7)로서 정의된 압축 공급 기체가 바람직하게는 메탄 약 25몰% 이하, 및 더욱 바람직하게는 약 15몰% 이하를 함유하여서, 제1 응축 존(106)의 부분 응축기(들)내에서 응축되어 스트림(15)으로서 가온 분류기 존으로 보내지는 메탄의 양을 최소화시켜야 한다는 점이다.
이들 필요 조건들은 선행 기술의 모든-분류기/다중-탈메탄화기 시스템에 의해 제공되는 에너지 효율의 잇점 및 기타 비용의 절감을 소멸시킴 없이 본 발명에 의해 제공되는 부가의 장치의 단순화 및 비용의 절감을 완전히 현실화시키는데 필요하다.
본 발명의 기본적 특징은 하기의 요약서에 완전히 기술하였다. 본 발명은 당 업자들에게는 이해될 수 있는 것으로서, 본 발명의 기본 원리, 및 하기 특허청구의 범위를 벗어나지 않는 한도내에서 다수가 수정될 수 있는 것이다.

Claims (10)

  1. 압축된 공급 기체를 예비 냉각 및 응축시키는 단계, 상기 응축된 공급 기체를 제1 탈메탄화기 존내에서 분류하여 C2 +탄화수소중에 풍부한 제1 탈메탄화기 액체 및 중간 증기를 산출하는 단계, 상기 중간 증기를 제2 탈메탄화기 존내에서 분류하여 C2탄화수소중에 풍부한 제2 탈메탄화기 액체 및 등용 상층부 생성물을 산출하는 단계, 및 상기 제1 및 제2 탈메탄화기 액체를 분류하여 에탄 및 C3 +탄화수소를 함유하는 에틸렌 생성물 및 스트림을 회수하는 단계를 포함하여, 에틸렌, 수소, 및 C1내지 C3탄화수소를 함유하는 압축된 공급 기체로부터 에틸렌을 회수하는 방법에 있어서, 상기 압축된 공급기체를 예비냉각 및 응축시키는 단계가, (a) 특정 온도 또는 그 이상의 온도에서 작동하는 제1 응축 존내의 부분 응측기내에서 상기 압축된 공급 기체를 냉각 및 부분 응축시키는 단계; (b) 단계 (a)의 부분 응축된 공급 기체를 제1 증기 스트림 및 응축된 액체로 분리하는 단계; 및 (c) 상기 특정 온도 이하에서 작동하는 제2 응축 존내의 분류기로 상기 제1 증기 스트림을 냉각, 부분 응축, 및 정류하여 등용 기체 생성물 및 분류기 액체를 산출하는 단계를 포함하고, 상기 응축된 액체는 공급물을 상기 제1 탈메탄화기 존에 제공하며, 상기 분류기 액체는 공급물을 상기 제2 탈메탄화기 존에 제공하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 특정 온도가 약 -80 내지 약 -120。F인 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 압축된 공급 기체가 약 1몰% 이하의 프로판과 프로필렌을 함유하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 압축된 공급 기체가 약 0.5몰% 이하의 프로판과 프로필렌을 함유하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 압축된 공급 기체가 메탄 약 25몰% 이하를 함유하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 압축된 공급 기체가 메탄 약 15몰% 이하를 함유하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 압축된 공급 기체가 에탄의 열 분해에 의해 수득되는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 압축된 공급 기체가 에탄과 프로판의 열 분해에 의해 수득되는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 압축된 공급 기체가 탈메탄화기 컬럼의 상층부로부터 수득되는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제2 응축 존에 대한 상기 제1 증기 스트림이 약 0.05몰% 이하의 프로판과 프로필렌을 함유하는 방법.
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