KR100351582B1 - 에틸렌 플랜트 냉동 시스템 - Google Patents

에틸렌 플랜트 냉동 시스템 Download PDF

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Abstract

에틸렌 플랜트용 냉동 시스템이 메탄 및 에틸렌 또는 메탄 및 에탄의 혼합물을 포함하는 2성분 냉매(20)와 저압 디메타나이저(12)를 사용한다. 냉각 조성물은 냉매를 메탄-리치 2성분 냉매(140)와 에틸렌- 또는 에탄-리치 2성분 냉매(142)로 나누어 사용할 수 있는 시스템 또는 분리기들(88, 108, 120, 128) 전체를 통해 일정하다.

Description

에틸렌 플랜트 냉동 시스템{Ethylene plant refrigeration system}
에틸렌 플랜트는 열분해 가열기 유해 방출물로부터 원하는 생성물을 분리해 내기 위해 냉각을 필요로 한다. 통상적으로, C3냉매, 보통 프로필렌, 및 C2냉매, 통상적으로 에틸렌이 사용된다. 종종, 특히 보다 낮은 온도가 요구되는 저압 디메타나이저(demethanizer)들을 사용하는 시스템에 있어서, 분리 메탄 냉동 시스템이 또한 사용된다. 따라서, 최저 온도에서 최고 온도로 급격히 변화하도록 하기 위해서는 3개의 분리 냉동 시스템이 필요로 된다. 흡입 드럼, 분리 교환기, 배관(piping) 등을 완비한 3개의 압축기와 구동 시스템이 필요로 된다. 또한, 메탄 냉각 사이클은 종종 저압 디메타나이저의 사용에 기인하는 주요 비용 저감효과를 일부 상쇄시킬 수 있는 왕복 압축기를 필요로 한다.
이 산업에서는 혼합 냉매 시스템이 수 십 년 동안 잘 알려져 왔다. 이들 시스템에 있어서, 다중 성분이 넓은 범위의 온도에서 냉각을 제공하기 위해 단일 냉동 시스템에 사용되어, 하나의 혼합 냉동 시스템으로 하여금 다원 순수 성분 캐스케이드 냉동 시스템(multiple pure component cascade refrigeration system)을 대체할 수 있게 한다. 이들 혼합 냉동 시스템은 베이스 로드 액화 천연 가스 플랜트(base load liquid natural gas plant)에 널리 사용되는 것을 알았다. 물품들은 또한 에틸렌 플랜트 설계로의 혼합된 냉동 시스템의 응용에 대해 기록되어 왔지만 이들은 냉매의 복잡한 성분으로 인해 동작이 복잡하다. 또한 이들은 -40℃ 또는 그 보다 따뜻한 프로필렌 냉동 압축기 사이클 온도 범위에서 효과가 적다.
본 발명은 에틸렌 플랜트의 냉각 요건을 제공하기 위한 냉동 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 에틸렌 플랜트에서 냉각하기 위한 메탄 및 에틸렌의 혼합물을 포함하는 2성분 냉매의 사용에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 냉동 시스템의 일 실시예를 설명하는 에틸렌 플랜트의 일부를 나타낸 개략 흐름도.
도 2는 도 1과 유사한 개략 흐름도이나 본 발명의 다른 실시예를 설명한 도면.
도 3은 도 2 실시예의 변형예를 설명하는 개략 흐름도.
(발명의 요약)
따라서, 본 발명의 목적은 프로필렌, 또는 대안으로 프로판, 냉동 시스템에 대해 캐스케이딩하는 2성분 냉매로서, 메탄 및 에틸렌, 또는 대안으로 메탄 및 에탄의 혼합물을 사용하는 저압 디메타나이저를 갖는 에틸렌 플랜트를 위한 단순화된 냉동 시스템을 제공하기 위한 것이다. 이러한 시스템은 종래의 플랜트에서 프로필렌 냉동 시스템과 함께 사용되고 하나의 압축 시스템을 감소시키는 별도의 메탄 및 에틸렌 냉동 시스템을 대체한다. 냉매 성분은 시스템을 통해 일정해도 되고 또는 분리기는 하나 이상의 열 교환기에서의 분리 순환을 위해 메탄 리치 스트림 및 에틸렌 리치 스트림으로 2성분 냉매를 부분적으로 흘려 보내고 분할하기 위해 사용될 수 있다. 본 발명의 냉동 시스템의 상기 목적, 장치 및 이점은 다음의 상세한 설명으로부터 명백하게 될 것이다.
(최선 실시예의 설명)
본 발명은 먼저 열분해 가스가 처리되어 메탄 및 수소를 제거하고 이 후 공지의 방식으로 처리되어 에틸렌뿐만 아니라 프로필렌 및 몇몇 다른 부산물도 생성하고 분리한다. 극저온에서의 응축 및 분류를 통한 에틸렌 플랜트 내에서의 가스의 분리는 넓은 온도 범위에 걸쳐 냉각을 필요로 한다. 에틸렌 플랜트의 냉동 시스템에 포함되는 주요한 비용은 전체 플랜트 비용에서 커다란 부분을 차지할 수 있다. 그러므로, 냉동 시스템의 주요한 비용 저감은 전체 플랜트 비용에 상당한 영향을 미친다.
고압 디메타나이저를 갖춘 에틸렌 플랜트는 2.758MPa(400psi)보다 높은 압력에서 동작하고 순수 성분 에틸렌 냉각을 위해 응축함으로써 전체 역류(reflux)를생성할 수 있다. 이들 시스템의 디메타나이저의 전체 온도는 통상적으로 -85℃ 내지 -100℃의 범위에 있다. 대략 -101℃에서의 에틸렌 냉각은 통상적으로 오버헤드 응축기를 냉각하기 위해 사용된다. 진공 흡입이 사용되지 않는다면 2.758 MPa이하의 압력에서는, 전체 온도가 통상적으로 너무 낮아 에틸렌 냉각을 이용할 수 없다. 그러나 그것은 시스템으로의 잠재적인 공기 누설로 인한 안전과 관련된 문제 및 주요한 비용 증가 때문에 바람직하지 않다.
본 발명은 저압 디메타나이저와 2성분 냉동 시스템을 사용하는 것을 포함한다. 본 발명을 위해, 저압 디메타나이저는 약 2.41 MPa(350psi) 이하에서 일반적으로는 0.345 내지 1.034 MPa(50 내지 150 psi)의 범위에서 그리고 전체 온도는 -200내지 -235℃ 범위에서 동작한다. 저압 디메타나이저의 이점은 보다 낮은 전체 플랜트 전력 요건 및 보다 낮은 전체 플랜트 주 비용에 있으며 한편 문제점은 필요로 되는 낮은 냉각 온도이므로 지금까지 별도의 메탄 냉각 압축기가 필요하다는 것이다.
본 발명의 2성분 냉매는 메탄과 에탄 혼합물을 포함한다. 메탄 대 에틸렌의 비는 에틸렌 플랜트 열분해 공급원료, 열분해가 격렬한 것(cracking severity), 칠링 트레인 압력(chilling train pressure) 및 다른 냉각 사이의 냉매의 속성에 따라 변화지만, 통상적으로 10 : 90 내지 50 : 50의 범위 보다 적합한 범위는 20 : 80 내지 40 : 60에 있다. 프로필렌 또는 프로판 냉동 시스템과 함께, 메탄 및 에틸렌 또는 메탄 및 에탄 성분 냉매의 사용은 메탄, 에틸렌 및 프로필렌의 3개의 별도의 냉매의 필요성을 제거하면서 저압 디메타나이저를 갖는 에틸렌 플랜트에 필요로되는 온도와 냉각 부하를 제공한다.
냉각 레벨을 제공할 필요가 없기 때문에 2성분 냉매가 고압 디메타나이저에 사용될 수 없다. 순수 성분 에틸렌 냉동 시스템을 위한 단순 치환체로서 2성분 냉동 시스템을 사용할 필요가 없다. 그것은 단지 더욱 고가이며 복잡하게 될 수 있다. 에틸렌 및 프로필렌 냉동 시스템 모두를 대체하기 위한 혼합 냉매 시스템이 제안되어 있지만 이들은 메탄 등의 에틸렌보다 가벼운 적어도 하나의 성분을 필요로 한다. 그러므로, 그것은 적어도 3원 시스템이다. 그것은 시스템이 통상적으로 적어도 4원소로 된 냉매 시스템이도록 하기 위해, C4성분 등의 프로필렌보다 무거운 성분을 사용하는 것이 통상적으로 더욱 경제적이다.
본 발명의 목적은 수소와 메탄을 분리하고 디메타나이저를 위한 공급물을 제공하기 위해 일반적으로 충전 가스(열분해 가스)에 대해 필요한 냉각을 제공하는 것이다. 도 1에 나타낸 본 발명이 일실시예에 있어서, 필요로 되고 냉각될 때 조절되는 열분해 가스인 열분해 가스 충전 가스 공급물(2)은 통상적으로 약 -35 내지 -37℃의 온도 및 약 3.45MPa(500psi)의 압력이며, 통상적으로 이미 부분적으로 액화되어 있다.
충전 가스(2)는 열교환기(4, 6, 8, 10) 내에서 본 발명의 냉동 시스템에 의해 점진적으로 냉각되며, 이하에서 설명하는 것과 같이 디메타나이저 공급물을 생성하기 위해 분리된다. 열교환기(4, 6, 8, 10)는 통상적으로 플레이트핀(platepin) 또는 코어 교환기라고 불리우는 납땜 알루미늄 열교환기이며, 물리적으로 보다 적은 유닛으로 결합되거나 더욱 많은 수의 유닛으로 확장될 수 있다.디메타나이저(12)에 있어서, C1과 보다 가벼운 성분, 주로 메탄과 수소는 C2와 보다 무거운 성분으로 분리된다. 디메타나이저(12)로부터의 네트 오버헤드(14)는 이하에 설명되는 냉동 시스템에서 냉각 스트림으로서 사용된다. 디메타나이저로부터의 찌꺼기(16)는 또한 이하에 설명되는 냉동 시스템의 다른 부분에서 냉각 스트림으로 사용될 수 있다.
냉동 시스템 자체에 있어서, 메탄과 에틸렌의 혼합물과 동일시되는 2성분 냉매는 약 3.0 내지 4.0 MPa의 범위의 압력까지 냉각 압축기(18)에 이해 압축된다. 나중에 보여지는 표에는 본 발명의 하나의 특정 예의 특정 압력과 온도가 나열되어 있다. 압축 2성분 냉매(20)는 냉각수 또는 다른 냉각 스트림 등에 의해 22, 24에서 냉각되고 또한 26에서 약 -30 내지 -40℃ 범위의 온도까지 프로필렌 냉매 등에 의해 더 냉각된다. 액체 2성분 냉각재는 리시버(receiver) 또는 어큐뮬레이터(28)에 수집된다.
리시버(28)로부터의 냉각재(30)는 디메타나이저(12)로부터 찌꺼기(16)를 갖는 열교환기에 의해 32에서 더 냉각될 수 있고 또는 다른 냉각 스트림은 가열되고, 그 온도를 낮출 것이다. 열교환기(32, 34)로부터 나온 디메타나이저 찌꺼기는 에틸렌, 프로필렌 및 다른 부산물의 통상의 제조 및 분리를 위해 디메타나이저에 보내진다.
열교환기(32)로부터의 2성분 냉매(36)는 이후 일련의 열교환기(4, 6, 8, 10, 11)중 첫 번째에 보내진다. 열교환기(4 내지 10)는 열분해기로부터 충전 가스의 냉각을 제공하는 열교환기이다. 열교환기(11)는 디메타나이저에 역류를 제공한다.
먼저, 열교환기(4)를 참조하면, 2성분 냉매(36)는 열교환기 코일(46)을 통과하여 냉각된다. 이 후 2성분 냉매의 일부는 48에서 배출되고 그 온도는 팽창 밸브(50)를 통해 압력을 낮춤으로써 떨어진다. 이렇게 냉각된 2성분 냉매 부분은 이후 열교환기 코일(52)를 통해 되돌아간다. 팽창 밸브(50)는 열교환기(4) 내에서 냉각된 충전 가스 스트림(54)의 온도에 응답하여 제어되므로 열교환기 코일(52) 내의 냉매의 온도를 제어할 수 있다. 열교환기 코일(52) 내의 2성분 냉매는 열을 흡수하고 증발되어 유입 스트림(36a)보다 낮은 1 내지 5℃ 범위의 온도까지 과열된다. 코일(52)로부터의 증발된 2성분 냉매(56)는 흡입 드럼(58)으로 흐르고 여기로부터 냉매 증발 스트림(60)은 2성분 냉각 압축기(18)로 공급된다. 흡입 드럼(58) 및 이하에 기술되는 다른 흡입 드럼(84, 102, 130)은 단지 있을 수 있는 압축기 손상을 방지하기 위해 혼돈 상태에 있을 수 있는 액체를 분리하기 위해 존재한다. 그것은 시스템의 정상 동작이 요구되지 않는다.
50에서 플래싱 전에 냉각하기 위해 2성분 냉매가 먼저 열교환기(4)를 통과하는 이유는 고정 플래시 압력에서 플래시되는 증기의 백분율을 감소시키는 것이다. 따라서, 플래시된 액체는 더 냉각되고 보다 차가운 온도에서 보다 큰 냉각을 제공할 수 있다. 순수 성분 냉각을 위해, 플래시된 액체 온도는 임의의 주어진 플래시된 액체 압력을 위한 고정되고 플래싱 전에 냉각으로부터의 순 이득은 없다. 이러한 동일 원리는 다른 열교환기(6, 8, 10, 11)에 응용한다.
상기 열교환기(4) 및 다른 열교환기(6, 8, 10)에서의 추가 냉각은 각각 수소의 저온 스트림, 저압 메탄 및 고압 메탄인 스트림(62, 64, 66)에 의해 제공된다.이들 저온 스트림(62, 64, 66)은 극저온 수소/메탄 분리 시스템(68) 및 디메타나이저(12)로부터의 오버헤드(14)로부터 온다. 네트 오버헤드 스트림(66)은 또한 디메타나이저 역류 응축기로서 기능하는 열교환기(11)에 대해 칠링을 제공한다.
냉각된 충전 가스(54)는 70에서 더 냉각되고 다음의 열교환기(6)에 공급된다. 열교환기(70)에서의 냉각은 디메탄나이저(12)의 리보일링 및 인터보일링될 수 있다. 열교환기(4)로부터의 나머지 냉각된 2성분 냉매(72)는 또한 다음의 열교환기(6)에 공급된다. 이러한 열교환기(6)는 유입 2성분 냉매 스트림(72), 유출 2성분 냉매 스트림(74), 팽창 밸브(78) 위의 2성분 냉매 스트림(76), 코일(81)로부터의 증발된 2성분 냉매 스트림(80) 및 유출 충전 가스 스트림(82)의 온도들을 포함하는 관련 온도 모두가 낮은 점은 제외하고는 열교환기(4)와 같은 방식으로 동작한다. 증발된 2성분 냉매(80)는 흡입 드럼(84)에 공급되고 이후 86에서 2성분 냉매 압축기(18)로 공급된다.
충전 가스 스트림(82)은 분리기(88)에 공급되며 이 분리기에서 냉각된 충전 가스는 휘발성이 적은 디메타나이저 공급 스트림(90)과 메탄과 수소로 더 많이 농축되는 휘발성이 높은 오버헤드 스트림(92)으로 분리된다. 오버헤드(92) 및 2성분 냉매(74)는 다음 열교환기(8)로 흐르고 여기서 냉각 처리가 추가로 냉각된 충전 가스(94)와 2성분 냉매(96)를 생성하는 것과 같은 방식으로 게속된다. 한번 더, 2성분 냉매의 일부는 팽창 밸브(98)와 코일(100)을 통과하여 흡입 드럼(102)으로 간다. 증기(104)는 이후 2성분 냉매 압축기(18)에 공급된다. 또한 열교환기(8)는 열교환기(10)로부터의 증발된 2성분 냉매 스트림(106)에 의해 더 냉각되어도 된다.
열교환기(8)로부터의 충전 가스(94)는 분리기(108)에 공급되며 여기서 휘발성이 높은 성분들은 부호(110)의 오버헤드에서 제거되어 열교환기(10)에 공급된다. 이러한 오버헤드는 수소와 메탄으로 더욱 농축된다. 분리기(108)로부터의 찌꺼기는 112에서 디메타나이저(12)에 공급된다.
냉각처리는 상기한 2성분 냉매 스트림(106)을 생성하기 위해 팽창밸브(114)를 통한 2성분 냉매의 추가 부분의 팽창 및 코일(116)내의 증발에 의해 열교환기(10)에서 계속된다. 배출 충전 가스(118)는 주로 수소와 메탄인 오버헤드(122)를 갖는 분리기(120)에 공급된다. 오버헤드(122)는 수소/메탄 분리 시스템(68)에 공급되고 여기서 수소와 메탄은 극저온에서 분리되어 수소 스트림(62)과 저압 메탄 스트림(64)을 생성한다. 분리기(12)로부터의 찌꺼기는 124에서 디메타나이저(12)에 공급된다. 나머지 2성분 냉매 스트림(126)은 디메타나이저 네트 오버헤드(66)에 의해 열교환기(11)에서 더 냉각된다. 2성분 냉매 스트림(126)은 133에서 팽창되고 열교환기(11)의 코일(135)을 통해 되돌려져 밸브(114)로부터의 냉매와 혼합된다.
디메타나이저(12)로부터의 총 오버헤드 스트림(14)은 열교환기(11)로 가고 여기서 그로스 오버헤드 스트림은 부분적으로 응축된다. 이렇게 부분적으로 응축된 스트림(127)은 분리기(128)로 흐른다. 분리기(128)로부터의 액체는 역류로서 디메타나이저(12)로 되돌아 흐른다. 분리기(128)로부터의 오버헤드(66)는 열교환기(11, 10, 8, 6, 4)를 되돌아 흘러 재가열되는 메탄을 주성분으로 하는 순 디메타나이저 오버헤드이다. 디메타나이저 컬럼(12)은 도시하지 않은 단(stage) 사이에 통상의리보일러와 인터리보일러를 가진다. 디메타나이저의 찌꺼기(16)는 C2와 무거운 성분들이다. 리보일링 및 인터리보일링은 통상적으로 충전 가스의 냉각 예를 들면 열교환기(70)에 의해 제공된다.
스트림(106)은 흡입 드럼(130)으로 가고 이후 132에서 2성분 냉매 압축기(18)로 간다. 도 1에는 4개의 열교환기(4, 6, 8, 10)를 도시하고 있지만, 다수의 이들 열교환기는 어떤 특정 에틸렌 처리를 위한 특별한 요구 및 특히 특별한 충전 가스에 의존하여 변할 수 있다. 다음의 표는 하나의 특정 예에 대한 도 1의 처리 흐름도에서의 여러 위치에 있어서 2성분 냉매 및 디메타나이저 시스템을 포함하는 충전 가스(처리 가스)를 위한 온도 및 몇몇 압력을 나열하고 있다.
본 발명의 2성분 냉매 시스템의 몇 가지 이점은 이미 언급되었고 압축 시스템의 수 감소 및 메탄 왕복 압축기 대신에 모든 원심 또는 축류 압축기를 사용할있는 능력을 포함한다. 다른 이점은 2성분 냉매 조성물이 3개 이상의 성분을 포함하는 더욱 복잡한 혼합 냉매보다 유지하기 쉽다는 것이다. 이것은 냉매의 배출을 야기하는 시스템 트립 또는 업셋이 있을 경우에 가장 명백하다. 배출 처리는 무거운 성분의 손실보다 냉매의 가벼운 성분의 더 많은 손실을 가져온다. 이것은 재기동시 보정되어야 하는 성분의 비를 변경시킨다. 냉매 조성물이 복잡하면 복잡할수록, 그 비율을 보정하는 것은 더욱 어렵다.
도 1에 도시된 본 발명의 처리에 있어서, 냉매의 조성물은 그 처리 전체에 걸쳐 일정하다. 그러나, 도 2에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 2성분 메탄-리치 스트림과 2성분 에틸렌-리치 스트림으로의 2성분 냉매의 분리가 있다.
도 1의 일부만을 나타내고 있는 변형된 도 2에 있어서, 팽창 밸브(36)는 라인(36)에 위치되어 있다. 2성분 냉매의 압력은 강하하고 일부가 증발된다. 액화된 부분과 증기 부분은 플래시 탱크(138)에서 분리되므로 증기 부분(140)은 메탄이 많고 액체 부분(142)은 에틸렌 또는 에탄이 많다. 이 도 2의 실시예에 있어서, 메탄-리치 스트림(140)은 모든 열교환기(4, 6, 8, 10)를 통과하고 이때 일부가 144에서 팽창되고 모든 열교환기(10, 8, 6, 4)를 통해 스트림(146)으로서 되돌아간다. 교환기(10)를 떠난 스트림(140)의 다른 부분(126)은 교환기(11)에서 냉각되고, 133에서 팽창되고 교환기(11)로 되돌아가고 교환기(10)의 입구에서 스트림(146)에 연결한다. 유출 메탄-리치 2성분 냉매 스트림(146)은 이 후 압축기(18)의 첫 번째 단으로 되돌아간다. 에틸렌-리치 스트림(142)은 다소 도 2의 2성분 냉매 스트림과 같이 취급되며, 이 도면에서 148, 150, 152에 있는 첫 번째 3개의 열교환기의 각각에서 일부가 회수되고 154, 156, 158에서 팽창된다. 팽창된 부분은 이후 하나 이상의 열교환기를 통해 되돌아가서 적당한 압축기 단으로 피드백되는 유출 에틸렌- 또는 에탄-리치 2성분 냉매 스트림(160, 162, 164)을 생성한다.
2성분 냉매가 분리되는 도 2의 방법이 이점은 압축기 출구에서 임의의 주어진 2성분 냉매 조성물을 위한 압축기 흡입에서 보다 높은 압력을 가능하게 한다는 것이다. 냉매 조성물은 메탄이 더 많으므로 고정된 냉매 온도를 위해, 압력은 더욱 높게 되기 때문에 흡입 압력은 더욱 높다. 이것은 압축기의 압축비가 더욱 낮고 이것은 압축기 비용을 감소시키게 된다.
도 2의 변형예는 라인(36)에 밸브(136)를 가지지 않는다. 오히려, 라인(36)의 압력은 낮아지므로 스트림은 완전히 액화되지 않으며 증기 부분이 남는다. 분리기(138)는 응축된 액체 부분을 메탄이 풍부하게 된 증기 부분으로부터 분리한다. 이러한 변형은 압축기(18)로 하여금 스트림(36)을 위한 임의의 주어진 메탄-에틸렌(또는 메탄-에탄) 조성물을 위한 더욱 낮은 방출 압력을 가지도록 한다. 압축기(18)를 위한 전체 압축비는 더욱 낮아진다. 이러한 방법은 특히 압축기(18)의 방출물에서의 실제 압축기 체적이 원심 압축기 설계에 의해 허용 가능한 하한에 접근하는 더욱 작은 에틸렌 프랜트에 관심이 있다.
도 3은 도 2에 나타낸 실시예와 유사하지만 2성분 냉매를 위한 추가의 분리 단계를 갖는 본 발명의 다른 변경예이다. 도시된 것과 같이, 도 2의 실시예에서와 같은 제 1 분리기(138)가 있다. 메탄-리치 2성분 냉매 증기 스트림(140)은 열교환기(4)를 통과하고 부분적으로 액화되고, 이후 라인(166)을 통과하여 냉매가 제 2메탄-리치 증기 스트림(172)과 제 2 에틸렌- 또는 에탄-리치 액체 스트림(174)으로 다시 분리되는 추가 냉매 분리기(170)를 통과한다. 메탄-리치 스트림(172)은 스트림(174)과 스트림(140)보다 메탄이 더 많다. 에틸렌- 또는 에탄-리치 스트림(142)은 도 2의 실시예와 같이 열교환기를 통과한다. 마찬가지로, 제 2 메탄-리치 스트림(172)은 제 2 열교환기(6)를 통과하고, 이후 다른 실시예에서와 같이 저온 열교환기로 흐르며, 여기서 제 2 메탄-리치 스트림은 팽창되고 열교환기를 통해 되돌아간다. 제 2 에틸렌- 또는 에탄-리치 스트림(174)은 제 2 열교환기를 통과하고, 178에서 팽창되고 열교환기로 되돌아간다. 이 도 3은 단순화하기 위해 단지 열교환기를 나타냈지만 분리기(170)와 유사한 추가의 열교환기 및 추가의 분리기가 있어도 된다.
이 도 3의 프로세스를 변형한 것의 이점은 2성분 냉매 압력이 임의의 주어진 냉매 온도 레벨에서 더욱 높다는 것이다. 이것은 2성분 냉매 압축기에서의 압축비를 감소시키고 압축기의 주요 비용을 감소시킬 수 있다.

Claims (9)

  1. 수소, 메탄, 에틸렌 및 다른 C2및 무거운 탄화수소를 포함하는 충전 가스로부터 에틸렌을 제조하는 방법으로서, 상기 방법은 2.41 MPa(350psi) 이하의 압력에서 동작하는 저압 디메타나이저(low pressure demethanizer)를 구비하고, 상기 충전 가스는 냉동 시스템에 의해 냉각되고, 상기 냉동 시스템내에서 2성분 냉매를 사용하여 상기 충전 가스를 냉각하기 위한 방법이, 2성분 냉매를 생성하기 위해 메탄 및 에틸렌 또는 메탄 및 에탄의 혼합물을 압축하는 단계와, 상기 2성분 냉매를 일련의 열교환기들을 통해 점진적으로 팽창 및 냉각하는 단계와, 상기 수소와 상기 메탄의 일부를 냉각하여 분리하고 상기 에틸렌과 다른 C2및 무거운 탄화수소들로 농축된 액체 디메타나이저 공급물 스트림들을 생성하기 위해 상기 점진적으로 냉각된 2성분 냉매와 상기 충전 가스를 상기 열교환기들 내의 열교환기와 접촉시키는 단계와, 상기 액체 디메타나이저 공급물 스트림들을 상기 저압 디메타나이저에 공급하고 메탄을 주성분으로 하는 그로스 디메타나이저 오버헤드 스트림(gross demethanizer overhead stream)을 생성하는 단계와, 상기 그로스 디메타나이저 오버헤드 스트림을 상기 점진적으로 냉각된 2성분 냉매와 접촉시키고 디메타나이저 역류 스트림과 네트 디메타나이저 오버헤드 스트림(net demethanizer overhead stream)을 분리하고 상기 디메타나이저 역류 스트림을 상기 디메타나이저로 복귀시키는 단계를 포함하는 에틸렌 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 네트 디메타나이저 오버헤드 스트림은 열교환기를 상기 열교환기들 내의 상기 충전 가스와 접촉시키는 에틸렌 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 열교환기들 내에서의 냉각에 의해 상기 충전 가스로부터 분리된 상기 메탄의 일부와 상기 수소는 극저온에서 분리되어 수소 스트림과 메탄 스트림을 생성하고 상기 수소와 메탄 스트림은 열교환기를 상기 열교환기들 내의 상기 충전 가스와 각각 접촉되게 되는 에틸렌 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 일련의 열교환기들을 통해 상기 2성분 냉매를 점진적으로 팽창 및 냉각하는 단계는 상기 2성분 냉매를 상기 열교환기들 중 하나를 통해 통과시키는 단계와, 상기 하나의 열교환기를 통과시킨 후 상기 2성분 냉매의 일부를 팽창시키는 단계와, 상기 팽창된 부분을 상기 하나의 열교환기로 되돌려 보내고 상기 2성분 냉매의 나머지 부분을 상기 열교환기들 중 다음의 하나에 및 상기 열교환기들 중 다음의 열교환기를 통해 보내는 단계 및 다른 부분을 팽창시키고 상기 다른 부분을 상기 열교환기를 통해 되돌려 보내는 단계를 반복하는 단계를 포함하는 에틸렌 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 열교환기들로 되돌려 보낸 후의 상기 2성분 냉매의 상기 부분들은 상기 2성분 냉매를 압축하는 단계로 되돌아가는 에틸렌 제조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 각각의 상기 열교환기들에 의해 분리된 상기 디메타나이저 공급물 스트림은 상기 디메타나이저의 상이한 단들(stages)에 각각 공급되는 에틸렌 제조 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 2성분 냉매를 메탄-리치 2성분 냉매와 에틸렌- 또는 에탄-리치 2성분 냉매로 분리하는 단계를 더 포함하고, 상기 충전 가스를 상기 점진적으로 냉각된 2성분 냉매와 점진적으로 접촉시키는 상기 단계는 상기 충전 가스를 상기 열교환기들 내의 상기 메탄-리치 2성분 냉매와 상기 에틸렌- 또는 에탄-리치 2성분 냉매의 분리 스트림과 접촉시키는 단계를 포함하는 에틸렌 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 메탄-리치 2성분 냉매를 제 2 메탄-리치 2성분 냉매와 제 2 에틸렌- 또는 에탄- 리치 2성분 냉매로 분리하는 단계를 더 포함하고, 상기 충전 가스를 접촉시키는 상기 단계는 상기 충전 가스를 상기 제 2 메탄-리치 2성분 냉매와 상기 제 2 에틸렌- 또는 에탄-리치 2성분 냉매의 별개의 스트림과도 접촉시키는 단계를 포함하는 에틸렌 제조 방법.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 메탄과 에틸렌 또는 메탄과 에탄의 상기 혼합물을 압축하는 상기 단계는 액체-증기 혼합물을 형성하기 위해 압축하는 단계를 포함하고, 상기 액체-증기 혼합물은 상기 메탄-리치 2성분 냉매와 상기 에틸렌- 또는 에탄-리치 2성분 냉매를 형성하기 위해 분리되는 에틸렌 제조 방법.
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