KR100483171B1 - Fractional distillation device of benzene and toluene from a mixture of aromatic hydrocarbon - Google Patents

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Abstract

본 발명은 석유화학 및 화학물질의 혼합물, 특히 나프타 개질반응기 유출 혼합물로부터 벤젠과 톨루엔을 각각 성분별로 분리하는데 사용하는 증류조작용 장치를 에너지 절감형으로 개선한 증류 장치에 관한 것으로, 본 발명의 분별증류 장치 다성분 평형증류 곡선에 맞는 분별증류 방식으로 열복합 증류탑을 사용하여 달성되는데, 이러한 증류탑은 나프타 개질반응기에서 얻은 방향족 탄화수소 혼합물에서 저비점 성분인 벤젠과 톨루엔을 분리하는 분별증류 공정에서 사용 에너지를 현저히 감소하면서 분별증류가 가능하게 한다. The present invention relates to a distillation apparatus which is an energy-saving distillation apparatus which is used to separate benzene and toluene from each mixture of petrochemicals and chemicals, in particular, a naphtha reformer effluent mixture. Distillation apparatus Achieve the use of a heat-compound distillation column in a fractional distillation method that fits the multi-component equilibrium distillation curve, which uses energy from a fractional distillation process to separate low-boiling benzene and toluene from aromatic hydrocarbon mixtures obtained from a naphtha reforming reactor. Significantly reduced, fractional distillation is possible.

상기와 같이 본 발명에 따른, 열복합 증류방식은 탑 효율이 높기 때문에 열복합형 증류탑을 이용하여 분리조작을 하면 에너지 사용량을 절감할 수 있고 증류탑의 재비기와 냉각기로 사용하는 열교환기의 용량을 줄일 수 있어 열교환기의 설비비를 줄일 수 있다.As described above, according to the present invention, the thermal compound distillation method has a high tower efficiency, so the separation operation using the thermal compound distillation column can reduce the energy consumption and reduce the capacity of the heat exchanger used as a reboiler and a cooler of the distillation column. It can reduce the equipment cost of the heat exchanger.

Description

나프타 개질반응기 유출 혼합물로부터 벤젠과 톨루엔의 분별증류 장치{Fractional distillation device of benzene and toluene from a mixture of aromatic hydrocarbon}Fractional distillation device of benzene and toluene from a mixture of aromatic hydrocarbons

본 발명은 나프타 개질반응기 유출 혼합물로부터 벤젠과 톨루엔의 분별증류 장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 석유화학 및 화학물질의 혼합물로부터 성분별로 분리하는데 사용하는 증류조작용 장치를 에너지 절감형으로 개선한 증류 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a fractional distillation apparatus of benzene and toluene from a naphtha reformer effluent mixture, and more particularly, to an energy-saving distillation apparatus for distillation apparatuses used for separating components from mixtures of petrochemicals and chemicals. It is about.

종래, 나프타 개질반응기에서 얻은 방향족 탄화수소 혼합물에서 저비점 성분인 벤젠과 톨루엔을 분리하는 증류공정은 두 개의 증류탑을 사용하는 방식을 사용하고 있으며 그 구조는 도 1에 나타나 있는 바와 같다. 이러한 종래의 공정은 첫 번째 증류탑에서 가장 저비점인 벤젠을 분리하고 두 번째 증류탑에서 톨루엔과 고비점 혼합물을 분리하는 2탑 방식이다. 이와 같이, 현재의 석유화학공장에서 사용하고 있는 일반적인 증류 방법은 두 개의 재비기와 2개의 냉각기를 사용하기 때문에 에너지 소모가 많다는 단점이 있다.Conventionally, a distillation process for separating benzene and toluene, which are low boiling point components, from an aromatic hydrocarbon mixture obtained from a naphtha reforming reactor uses a method using two distillation columns, the structure of which is shown in FIG. This conventional process is a two tower method in which the lowest boiling benzene is separated in the first distillation column and the toluene and high boiling mixture is separated in the second distillation column. As such, the general distillation method used in the current petrochemical plant has a disadvantage in that energy consumption is high because two reboilers and two coolers are used.

상기와 같은 탄화수소 혼합물의 분별 증류법에 관해서는 몇몇 방법이 제안되어 있는데, 예를 들어 대한민국 특허등록 제 95390호(1981년 3월 26일 등록)는 새로운 증류방식에 대한 발명이 아니라 단지 폐열 회수의 방법을 제시한 것이다. 또 대한민국 특허등록 제 311429호(2001년 9월 26일 등록)는 수소화 변환반응기 유출물 스트림에서 생성물을 증류하여 분리하는 내용을 제시한 것으로 이 방법 또한 기존의 증류방식을 사용하여 분리하는 장치들의 새로운 배열만 포함한 내용으로 상기한 단점을 여전히 해결하지 못하고 있다.Several methods have been proposed for the fractional distillation of hydrocarbon mixtures as described above. For example, Korean Patent Registration No. 95390 (registered on March 26, 1981) is not an invention for a new distillation but merely a method for recovering waste heat. Will be presented. In addition, Korean Patent Registration No. 311429 (registered on September 26, 2001) proposed distillation of the product from the hydroconversion reactor effluent stream. Contents containing only arrays still do not solve the above drawbacks.

한편, 기존의 분별증류 방식은 한 개의 증류탑에서 한 개의 제품만을 생산하는 방식으로 모든 석유화학공장에서 사용하고 있고, 가장 최근까지의 문헌(R. Smith, "Chemical Process Design," p. 129, McGraw-Hill Book Co., N. Y., 1995; W.D. Seider, J.D. Seader and D.R. Lewin, "Process Design Principles," p. 141, John Wiley & Sons, Inc., N. Y., 1999)에서도 증류탑의 배열을 이렇게 하는 것으로 설명하고 있다. 그러나 이러한 방식은 각 증류탑 마다 1개의 재비기와 1개의 냉각기를 독립적으로 사용하기 때문에 에너지 사용의 낭비가 크고 재비기와 냉각기용 열교환기의 용량이 크기 때문에 초기 설비비도 많이 소요되는 문제점이 있다.On the other hand, the existing fractional distillation method is used in all petrochemical plants by producing only one product in one distillation column, and the most recent literature (R. Smith, "Chemical Process Design," p. 129, McGraw) Hill Book Co., NY, 1995; WD Seider, JD Seader and DR Lewin, "Process Design Principles," p. 141, John Wiley & Sons, Inc., NY, 1999). Doing. However, this method has a problem in that the use of one reboiler and one cooler independently for each distillation column causes a large waste of energy use and a large initial facility cost due to the large capacity of the reboiler and the cooler heat exchanger.

이에 본 발명자 등은 상기와 같이 분별 증류 방식에서 에너지 소비가 과다한 이유는 증류탑의 조성분포가 다성분 평형증류 조성곡선과 많은 차이를 가지기 때문이며, 종래의 분별증류 방식은 본질적으로 이러한 평형증류 조성곡선을 맞출 수 없다는 것을 인식하였다. 즉, 증류탑의 조성분포가 평형증류 조성곡선과 유사하면 탑 내에서 스트림의 혼합이 최소가 되어 탑효율을 극대화할 수 있어 에너지 사용을 현저히 절감할 수 있으나, 종래의 방식은 이를 전혀 고려하고 있지 않아 사용 에너지의 소모가 크다는 종래의 요원한 문제점이 해결되지 않고 있었으며, 본 발명자 등은 바로 이점을 인식하여 본 발명을 완성하게 되었다.Therefore, the inventors of the present invention, the energy consumption in the fractional distillation method as described above is because the composition distribution of the distillation column has a lot of differences from the multi-component equilibrium distillation composition curve, the conventional fractional distillation method is essentially the equilibrium distillation composition curve I recognized that I could not fit. That is, if the composition distribution of the distillation column is similar to the equilibrium distillation composition curve, the mixing of streams in the column can be minimized to maximize the tower efficiency, which can significantly reduce energy use, but the conventional method does not consider this at all. The conventional problem of the large consumption of energy used has not been solved, and the present inventors have immediately recognized the advantages and completed the present invention.

따라서, 본 발명의 목적은 분별 증류 방식에 의한 분별 증류에 있어 에너지 소비를 현저히 절감할 수 있는 증류 장치를 제공하기 위한 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a distillation apparatus that can significantly reduce energy consumption in fractional distillation by fractional distillation.

특히, 본 발명의 목적은 나프타 개질 반응기에서 얻은 방향족 탄화수소 혼합물을 분별증류함에 있어, 사용 에너지를 절감할 수 있는 증류 장치를 제공하기 위한 것이다.In particular, it is an object of the present invention to provide a distillation apparatus that can reduce the use energy in fractional distillation of aromatic hydrocarbon mixtures obtained in a naphtha reforming reactor.

더욱이, 본 발명은 증류공정에서 증류방식을 개선함으로서 증류단계의 사용에너지를 절감할 뿐 아니라, 증류설비를 단순화할 수 있게함으로 증류장치의 설비비를 줄일 수 있는 증류 장치를 제공하기 위한 것이다.Furthermore, the present invention is to provide a distillation apparatus that can reduce the equipment cost of the distillation apparatus by not only saving the energy used in the distillation step by improving the distillation method in the distillation process, but also simplify the distillation equipment.

상기한 본 발명의 목적은 다성분 평형증류 곡선에 맞는 분별증류 방식으로 열복합 증류탑을 사용하여 달성되는데, 이러한 증류탑은 나프타 개질반응기에서 얻은 방향족 탄화수소 혼합물에서 저비점 성분인 벤젠과 톨루엔을 분리하는 분별증류 공정에서 사용 에너지를 현저히 감소하면서 분별증류가 가능하게 한다. The object of the present invention described above is achieved by using a heat-distillation distillation column in a fractional distillation method that fits a multicomponent equilibrium distillation curve, which is a fractional distillation for separating low-boiling components of benzene and toluene from an aromatic hydrocarbon mixture obtained in a naphtha reforming reactor. Fractional distillation is possible while significantly reducing the energy used in the process.

상기와 같이 본 발명에 따른, 열복합 증류방식은 탑 효율이 높기 때문에 열복합형 증류탑을 이용하여 분리조작을 하면 에너지 사용량을 절감할 수 있고 증류탑의 재비기와 냉각기로 사용하는 열교환기의 용량을 줄일 수 있어 열교환기의 설비비를 줄일 수 있다.As described above, according to the present invention, the thermal compound distillation method has a high tower efficiency, so the separation operation using the thermal compound distillation column can reduce the energy consumption and reduce the capacity of the heat exchanger used as a reboiler and a cooler of the distillation column. It can reduce the equipment cost of the heat exchanger.

본 발명의 구성을 보다 자세히 설명하면, 본 발명은 나프타 개질반응기로부터 나오는 18가지의 주요 성분이 혼합된 방향족 탄화수소 혼합물로 부터, 그 중 가장 가볍고 양이 많은 벤젠과 톨루엔을 우선 각각 분리하여 제품으로 생산하는 데 이 분리를 열복합형 증류탑을 사용하여 분리하는데, 개질반응기로부터 나오는 방향족 탄화수소 혼합물은 그 성분의 수가 18가지이지만 비점과 함량에 따라 벤젠을 포함한 저비점 혼합물, 톨루엔을 포함한 중간비점 혼합물 및 나머지 고비점 혼합물의 3가지로 분류한다. 이를 위해 본 발명에 따른 증류방법은 도 2에 도시된 바와 같이 재비기와 냉각기가 구비되지 않은 전처리탑을 갖는 분별증류장치에 있어서, 전처리탑과 주탑으로 구성되며, 상기 전처리탑은 유입된 원료가 증류되어 상부로부터는 저비점 혼합물과 일부 중간 비점혼합물을 주탑으로 이송하며, 하부로부터는 나머지의 중간비점 혼합물과 고비점 혼합물을 주탑으로 이송하고, 상기 주탑은 상부에서 발생된 응축액(L2)과 하부에서 발생된 기화액(L2)을 각각 전처리탑으로 이송하고, 상부로부터 저비점 혼합물, 중간비점 혼합물 및 고비점 혼합물을 증류하여 각각 분리시키는 것을 특징으로 하는 나프타 개질반응기 유출 혼합물로부터 벤젠과 톨루엔의 에너지 절감형 분별증류 장치에 의해 분별증류를 하게 된다. 이때 전처리탑과 주탑의 연결단 사이는 증기와 액체가 서로 교환되기 때문에 전처리 탑에서는 재비기와 냉각기를 구비할 필요가 없으며 이러한 이유로 본 발명에 따른 열복합 증류탑을 이용하면 에너지 사용을 절감할 수 있다. 그리고 주탑의 상부에서 응축액(L2), 주탑의 하부에서 기화액(L2)이 각각 전처리탑으로 이송되고, 주탑에서는 저비점 혼합물, 중간비점 혼합물 및 고비점 혼합물이 생산제품의 규격에 맞는 고농도로 각각 분리되어 증류되도록 한다. 이를 위해, 즉 상기와 같은 본 발명에 따른 증류의 조건을 만족하기 위해 본 발명에 따른 열복합형 증류탑은 전처리 탑과 주탑으로 구성되며 탑의 단수, 두 탑의 연결위치, 원료 공급단, 중간제품 배출단의 결정을 위한 설계는 다음과 같이 되어야 한다.In more detail, the present invention is produced from the aromatic hydrocarbon mixture in which 18 main components from the naphtha reforming reactor are mixed, the lightest and most benzene and toluene, respectively, produced as a product. The separation is carried out using a thermal complex distillation column, where aromatic hydrocarbon mixtures from the reforming reactor have 18 components but, depending on their boiling points and contents, low boiling mixtures containing benzene, medium boiling mixtures containing toluene and the remaining high boiling Classify into three types of point mixtures. To this end, the distillation method according to the present invention is a fractional distillation apparatus having a pretreatment tower having no reboiler and a cooler, as shown in FIG. From the top to transfer the low boiling point mixture and some intermediate boiling mixture to the main tower, from the bottom to the remaining middle and high boiling mixture to the main tower, the main tower is the condensate (L 2 ) generated from the top and Energy savings of benzene and toluene from the naphtha reformer effluent mixture are characterized by transferring the generated vaporization liquid (L 2 ) to the pretreatment tower and distilling the low boiling point mixture, the middle boiling point mixture and the high boiling point mixture from the top, respectively. Fractional distillation is performed by a type fractionation device. At this time, the connection between the pretreatment tower and the main tower exchanges steam and liquid, so that the pretreatment tower does not need to have a reboiler and a cooler. For this reason, the use of the thermal complex distillation column according to the present invention can reduce energy use. And condensate (L 2 ) at the top of the main column, the vaporization liquid (L 2 ) is transferred to the pretreatment tower at the bottom of the main tower, respectively, in the main tower low-boiling mixture, medium boiling point mixture and high boiling point mixture at a high concentration to meet the specifications of the product Allow each to separate and distill. To this end, that is, in order to satisfy the conditions of the distillation according to the present invention as described above, the heat-comprising distillation column according to the present invention is composed of a pretreatment tower and a main tower, and the number of stages, the connection position of two towers, a raw material supply stage, and an intermediate product. The design for the determination of the discharge stage should be as follows.

첫째 전환류 조작에 의해 증류를 한다고 가정하면 최소의 증류단수를 계산하고 최소 증류단의 단수를 2배로 하여 실제 소요의 증류단수를 계산한다. 최소 소요단을 계산하기 위해서는 도 2의 왼쪽에 있는 전처리 탑의 경우 액체 원료의 조성을 원료 투입단 조성으로 하고 그 보다 1단 위쪽은 원료의 조성과 평형을 이루는 증기의 조성을 그 단의 액체 조성으로 한다. 전환류 조작에서는 탑의 효율이 이상적이고 탑내 조성분포가 평형관계 만으로 계산되기 때문이다. 이렇게 하여 전처리 탑의 상부탑 조성을 각각 계산한다. 전처리탑 하부의 조성분포는 반대로 원료 투입단에서부터 1단 아래의 단의 증기조성이 액체 원료의 조성과 같은 것으로 하여 차례차례 1단씩 내려가면서 계산한다. 전처리 탑의 상부와 하부의 조성분포를 계산하여 두고 각각의 끝은 주탑의 조성분포를 계산한 후에 결정한다.First, assuming distillation by conversion flow operation, the minimum number of distillation stages is calculated and the actual required number of distillation stages is calculated by doubling the number of stages of the minimum distillation stage. In order to calculate the minimum required stage, in the case of the pretreatment tower on the left side of FIG. 2, the composition of the liquid raw material is the composition of the raw material input stage, and the upper stage is the composition of the vapor that is in equilibrium with the composition of the raw material. . This is because the efficiency of the tower is ideal in the divert flow operation, and the composition distribution in the tower is calculated only by the equilibrium relationship. In this way, the top column composition of the pretreatment tower is respectively calculated. The composition distribution of the lower part of the pretreatment column is calculated as the composition of the vapor from the input stage to the bottom stage is the same as the composition of the liquid raw material, and is sequentially lowered one by one. The composition distribution of the top and bottom of the pretreatment column is calculated and each end is determined after calculating the composition distribution of the main column.

도 2의 오른쪽 탑은 주탑인데 주탑의 조성계산은 중간제품의 농도를 기준으로 상부와 하부탑의 조성을 전처리 탑과 동일하게 계산하여 상부는 상부제품의 조성이 얻어질 때까지 계산하고 하부는 하부제품의 조성이 얻어질 때까지 한단 씩 계산해 내려간다. 이렇게 하여 상부 끝과 하부 끝의 단수를 합하면 주탑의 전체 단수가 얻어지고 중간제품의 배출단은 상부와 하부단의 수로부터 결정된다. 전처리탑의 단수와 주탑의 연결단은 두탑의 조성분포를 비교하여 계산하는데 두 탑의 조성분포를 나열하고 불순물의 양과 두탑의 조성이 어느 정도 근접하는지를 고려하여 결정한다. 이렇게 결정된 전처리 탑의 상부조성의 단수와 하부조성의 단수를 합하면 전처리탑의 전체 단수가 되고 원료의 공급단은 상부와 하부의 단수를 비교하여 결정된다. 또 주탑의 연결부위는 전처리탑의 양쪽 끝 조성 각각과 이에 대응하는 위치를 찾아서 알아낸다. 이렇게 하면 열복합 증류탑의 설계를 위한 단수가 결정된다. 도 3에 단수 결정을 위한 평형증류의 조성분포를 표시하였다. 본 도면에서 F로 표시된 것이 원료단의 조성이고 D는 상부제품의 조성 B는 하부제품의 조성 S는 중간제품의 조성을 나타낸다. 우선 원으로 표시한 것이 전처리탑의 조성분포를 위에서 설명한 대로 한 단씩 계산한 것이다. 전처리탑의 상부쪽으로 5번째의 원이 불순물(고비점 성분이 거의 없음)이 적고 주탑의 조성 중 근접하는 조성을 찾을 수 있어 이 단을 전처리 탑의 최상부 단으로 결정하고 하부단의 끝은 세 번째(저비점 성분이 거의 없음)로 결정한다. 아울러 주탑의 연결단은 근접하는 조성의 단으로 정한다.The right top of FIG. 2 is the main tower, and the composition calculation of the main tower calculates the composition of the upper and lower towers in the same way as the pretreatment tower based on the concentration of the intermediate product, the upper part is calculated until the composition of the upper product is obtained, and the lower part is Calculate step by step until the composition of is obtained. In this way the sum of the upper and lower ends yields the total number of stages of the main column and the discharge end of the intermediate product is determined from the number of upper and lower ends. The number of stages of the pretreatment tower and the connection stage of the main tower are calculated by comparing the composition distribution of the two towers. The composition distribution of the two towers is listed and determined by considering the amount of impurities and how close the composition of the two towers is. When the number of stages of the upper composition of the pretreatment tower and the number of stages of the lower composition which are thus determined are added together, the total stage of the pretreatment tower is obtained, and the supply stage of the raw material is determined by comparing the number of stages of the top and bottom. In addition, the connection part of the main tower is found by finding the composition of each end of the pretreatment tower and its corresponding position. This determines the number of stages for the design of the thermal complex distillation column. 3 shows the composition distribution of the equilibrium distillation for determining the singular. In this figure, denoted by F is the composition of the raw material stage, D is the composition of the upper product B is the composition of the lower product S represents the composition of the intermediate product. First, circles indicate the composition distribution of the pretreatment tower, one by one, as described above. The fifth circle to the top of the pretreatment tower is low in impurities (almost no high boiling point components), and the closest composition of the main tower can be found. Low boiling point components). In addition, the connecting end of the pylon is determined to be a step of the adjacent composition.

이렇게 계산된 단수는 최소 소요단으로 실제는 전환류 조작을 하지 않으므로 실제단수는 통상의 설계기준(J.D. Seader and E.J. Henley, "Separation Process Principles," p. 510, John Wiley & Sons, Inc., N. Y., 1998)에 따라 최소단의 2배로 하여 실제 소요단을 결정한다. 표 1에 본 발명의 열복합 증류탑 단수 결정 결과를 정리하였다. 최소단으로부터 계산된 단수는 운전조건의 계산에서 약간 수정되었으며 괄호안에 있는 값이 수정된 단수이다. 전처리탑의 7단에 원료가 공급되고 주탑의 28단에서 중간제품이 생산된다.주탑의 6번단은 전처리탑의 하부와 연결되고 74번단은 전처리탑의 상부와 연결된다. 본 발명의 열복합 증류탑에는 재비기와 냉각기가 주탑에 만 설치되어 있는 것이 기존의 증류탑과 다른 점이다.The number of stages calculated in this way is the minimum required stage and does not actually perform the conversion flow operation. Therefore, the actual stage is a general design standard (JD Seader and EJ Henley, "Separation Process Principles," p. 510, John Wiley & Sons, Inc., NY , 1998) to determine the actual required stage by double the minimum stage. Table 1 summarizes the results of the determination of the number of stages of the thermocomposite distillation column of the present invention. The number of stages calculated from the minimum stage is a minor modification in the calculation of the operating conditions and the number in parentheses has been modified. Raw materials are supplied to the seventh stage of the pretreatment tower and intermediate products are produced at the 28th stage of the pylon. The sixth stage of the pylon is connected to the bottom of the pretreatment tower, and the 74th stage is connected to the top of the pretreatment tower. The heat-comprising distillation column of the present invention differs from the existing distillation column in that only a reboiler and a cooler are installed in the main column.

탑의 구조계산 결과 (단수는 탑하부에서부터 계산한 값임)Result of structural calculation of tower (single is calculated from the bottom of tower) 전처리탑Pretreatment tower 주탑Pylon 총 단수Total singular 18(21)18 (21) 82(89)82 (89) 원료 또는 중간제품단Raw material or intermediate product 77 2828 연결단Connection 6, 58(74)6, 58 (74)

괄호 안은 운전조건 계산 시 일부 수정한 단수임    Figures in parentheses are the singular parts modified in the calculation of operating conditions

나프타 개질반응기로부터 얻어진 제품에는 방향족 화합물과 지방족 화합물이 혼합되어 있고 설포레인 공정에서 방향족 화합물의 혼합물만 분리하여 분별증류를 하여 벤젠과 톨루엔을 각각 분리해 낸다. 본 발명의 장치는 이 분별증류에 사용되는 장치로써 장치에 공급되는 원료는 18가지 방향족 화합물이 혼합되어 있고 그 조성은 표 2와 같다.In the product obtained from the naphtha reforming reactor, aromatic and aliphatic compounds are mixed, and only a mixture of aromatic compounds is separated in a sulforene process to fractionate distillation to separate benzene and toluene, respectively. The apparatus of the present invention is an apparatus used for this fractional distillation, and the raw materials supplied to the apparatus are mixed with 18 aromatic compounds and the composition thereof is shown in Table 2.

표 2에는 원료의 조성과 함께 제품의 규격조성도 포함되어 있는데 이러한 제품을 생산하기 위해서는 장치의 운전조건을 계산하여야 한다. 운전조건을 계산하기 위하여 표 1과 같은 증류탑의 구조를 가진 열복합 증류탑에 여러 가지 운전조건을 사용하였을 때의 증류계산을 반복 실시하여 요구되는 제품을 생산하면서 에너지 사용이 가장 적은 조건을 찾아야 한다. 이러한 계산을 위해 본 발명에서는 상업용 계산 프로그램인 하이시스(HYSYS)를 사용하였으며 표 3의 운전조건에서 요구되는 제품이 얻어진다.Table 2 contains the composition of the product as well as the composition of the raw material. To produce these products, the operating conditions of the device must be calculated. In order to calculate the operating conditions, the distillation calculation when the various operating conditions are used in the thermal complex distillation column having the structure of the distillation column as shown in Table 1 should be repeated to produce the required product and find the condition with the least energy use. For this calculation, the present invention uses a commercial calculation program, HYSYS, and a product required under the operating conditions of Table 3 is obtained.

원료와 제품의 조성Composition of Raw Materials and Products 성분ingredient 원료Raw material 상부제품Upper product 중간제품Intermediate products 하부제품Subproduct 저비점Low boiling point 벤젠benzene 0.10960.1096 0.99980.9998 0.00280.0028 디메칠c-펜탄Dimethylc-pentane 0.000020.00002 0.000140.00014 0.00000.0000 중간비점Middle boiling point 메칠 c-헥산Methyl c-hexane 0.000010.00001 0.000020.00002 0.000010.00001 톨루엔toluene 0.42170.4217 0.000040.00004 0.99350.9935 0.00870.0087 옥탄octane 0.00010.0001 0.00010.0001 0.00000.0000 고비점High boiling point 에칠벤젠Ethylbenzene 0.01870.0187 0.00070.0007 0.03900.0390 p-자일렌p-xylene 0.07210.0721 0.00090.0009 0.15200.1520 m-자일렌m-xylene 0.16030.1603 0.00180.0018 0.33830.3383 o-자일렌o-xylene 0.07500.0750 0.00020.0002 0.15920.1592 노난Nonan 0.000010.00001 0.000020.00002 펜틸벤젠Pentylbenzene 0.00040.0004 0.00080.0008 메칠에칠벤젠Methyl ethylbenzene 0.03240.0324 0.06890.0689 트리메칠벤젠Trimethylbenzene 0.09470.0947 0.20120.2012 메칠프로필벤젠Methylpropylbenzene 0.00070.0007 0.00150.0015 디에칠벤젠Diethylbenzene 0.00040.0004 0.00090.0009 o-사이멘o-cymen 0.00510.0051 0.01090.0109 테트라메칠벤젠Tetramethylbenzene 0.00590.0059 0.01260.0126 펜타메칠벤젠Pentamethylbenzene 0.00280.0028 0.00590.0059

열복합 증류탑의 운전조건Operating Conditions of Thermal Complex Distillation Column 전처리탑Pretreatment tower 주탑Pylon 원료유량 (kg-mol/h)Raw material flow rate (kg-mol / h) 801.8801.8 상부제품유량 (kg-mol/h)Upper product flow rate (kg-mol / h) 86.886.8 하부제품유량 (kg-mol/h)Lower product flow rate (kg-mol / h) 337.7337.7 중간제품 유량 (kg-mol/h)Medium product flow rate (kg-mol / h) 377.3377.3 환류유량 (kg-mol/h)Reflux Flow Rate (kg-mol / h) 290.1290.1 17921792 증기유량 (kg-mol/h)Steam flow rate (kg-mol / h) 492.9492.9 16341634 열공급량 (Gcal/h)Heat supply amount (Gcal / h) 14.1814.18

도 4는 하이시스로 본 발명의 열복합 증류탑을 사용하여 운전계산을 할 때의 장치를 도시한 것이다. 도면에서 왼 쪽에 있는 탑이 전처리 탑이고 오른 쪽에 있는 탑이 주탑이다. 두 탑의 단수와 연결단의 위치, 원료 공급단과 중간제품 공급단의 위치는 표 1에 제시된 대로 설정하였다. 도면에서 F로 표시된 것이 원료이고 D로 표시된 것이 상부제품, S로 표시된 것이 중간제품, B로 표시된 것이 하부 제품이며 원료의 공급량을 표 3에서 제시된 대로 공급하고 원료의 조성이 표1 에서와 같을 때 상부, 중간, 하부제품 각각의 조성은 표 1에 제시된 대로 얻어 졌고 이 때의 생산량은 표 3에 나열된 바와 같다. 여기서 얻어진 증류탑 내에서의 각 단의 액체조성의 분포를 정리한 것이 도면 5이다. 본 도면에서 원으로 표시된 것이 전처리탑의 조성이며 곱하기 표시는 주탑의 조성을 나타낸다. F로 표시한 부분이 원료의 조성이고 이 것과 가장 가까이 있는 원이 원료 공급단의 조성이다. 이들 둘 사이의 거리가 매우 짧은 것은 원료 공급단에서 서로 다른 스트림 간 혼합이 많이 일어나지 않는다는 것을 의미하며 열복합 증류탑의 증류효율이 높은 것도 혼합이 적기 때문이다.Figure 4 shows the apparatus when calculating the operation using the heat-comprising distillation column of the present invention with a high sheath. The tower on the left is the pretreatment tower and the tower on the right is the main tower. The positions of the number of stages and the connection stages of the two towers, the feeder stage and the intermediate product feeder, were set as shown in Table 1. In the drawing, when F is the raw material, D is the upper product, S is the intermediate product, B is the lower product, and the supply amount of the raw material is supplied as shown in Table 3, and the composition of the raw material is as shown in Table 1. The composition of each of the upper, middle and lower products was obtained as shown in Table 1, and the yields are as listed in Table 3. 5 shows the distribution of the liquid composition of each stage in the distillation column obtained here. Circles in this figure indicate the composition of the pretreatment tower and the multiplication marks indicate the composition of the main tower. The part indicated by F is the composition of the raw material, and the closest circle is the composition of the raw material supply stage. The very short distance between the two means that the mixing of different streams in the feedstock does not occur much, and the high distillation efficiency of the thermocomposite distillation column also means less mixing.

열복합 증류탑의 운전방법은 원료를 시간당 801.8 kg-몰 씩 전처리탑의 밑에서 7번째 단에 공급하고 주탑의 6번째 단으로부터 시간당 492.9 kg-몰 씩 증기를 유출하여 전처리 탑의 하부로 공급한다. 이 증기를 사용하기 때문에 전처리 탑은 재비기를 사용할 필요가 없다. 또 주탑의 74번 째 단에서 액을 시간 당 290.1 kg-몰 씩 유출하여 전처리탑의 최상단에 공급한다. 그러므로 전처리 탑에는 냉각기를 필요로 하지 않는다. 전처리 탑의 최상단에서 유출된 증기는 주탑의 74번 단에 공급하고 전처리탑의 최하단에서 유출된 액은 주탑의 6번째 단에 공급한다. 주탑의 최상단에서 얻은 증기를 냉각하여 일부는 환류시키고 일부는 상부제품으로 생산하며 최하단에서 유출된 액 중 일부는 하부제품으로 생산하고 나머지는 재비기에서 가열하여 증기로 다시 주탑 하부에 공급한다. 주탑에서중간제품은 28번 단에서 생산한다.The operating method of the thermocomposite distillation column supplies the raw material to the seventh stage at the bottom of the pretreatment tower at 801.8 kg-mol per hour, and to the bottom of the pretreatment tower by distilling steam at 492.9 kg-mol per hour from the sixth stage of the main tower. Because of this steam, the pretreatment tower does not need to use a reboiler. In the 74th stage of the main column, the liquid flows out at 290.1 kg-mol per hour and is supplied to the top of the pretreatment tower. Therefore, the pretreatment tower does not require a cooler. The steam flowing out of the top of the pretreatment tower is supplied to stage 74 of the main tower and the liquid outflow from the bottom of the pretreatment tower is supplied to the sixth stage of the tower. The steam obtained at the top of the main tower is cooled to reflux, some as top products, some as bottom products, some as bottom products and the other is heated in a reboiler and fed back to the bottom of the tower. In the pylons, intermediate products are produced at stage 28.

기존의 증류방식에 의한 운전조건을 본 발명의 장치와 비교하기 위하여 도 6과 같은 장치로 하이시스를 이용하여 계산한 결과 표 4와 같은 결과를 얻었다. 기존의 증류탑과 본 발명의 증류탑 전체의 단수를 일치시키기 위하여 도 6의 첫 번째 증류탑은 60단, 두 번 째는 50단을 사용하였다. In order to compare the operating conditions of the conventional distillation method with the apparatus of the present invention, a result as shown in Table 4 was obtained using a device like FIG. In order to match the number of stages of the existing distillation column and the entire distillation column of the present invention, the first distillation column of FIG. 6 used 60 stages and the second stage 50 stages.

기존 증류탑의 운전조건Operation condition of existing distillation column 제1탑First tower 제2탑Second tower 원료유량 (kg-mol/h)Raw material flow rate (kg-mol / h) 801.8801.8 716.1716.1 상부제품유량 (kg-mol/h)Upper product flow rate (kg-mol / h) 85.7085.70 337.5337.5 하부제품유량 (kg-mol/h)Lower product flow rate (kg-mol / h) 716.1716.1 378.6378.6 환류유량 (kg-mol/h)Reflux Flow Rate (kg-mol / h) 401.3401.3 11061106 증기유량 (kg-mol/h)Steam flow rate (kg-mol / h) 595.2595.2 13151315 열공급량 (Gcal/h)Heat supply amount (Gcal / h) 4.954.95 11.4211.42

이렇게 조작하여 얻은 제품의 조성은 표 1에 제시된 제품의 조성과 동일하였다.The composition of the product thus obtained was the same as that of the product shown in Table 1.

상기 표 3및 4의 결과를 비교하면, 원료를 도 6의 종래의 장치로 처리하였을 때 필요한 에너지의 양은 첫 번째 증류탑에서 4.95 Gcal/h, 두 번째 증류탑에서 11.42 Gcal/h가 필요하나 본 발명의 장치를 사용할 경우 주탑에서만 14.18 Gcal/h가 필요하다. 즉 13.4%의 에너지 절감 효과를 얻을 수 있다. 국내 하루 처리량이 14만 바렐이므로 국내 총 생산량을 기준할 때 하루의 에너지 절감 비용이 1,650만원에 상당한다. 이 비용은 증기의 재사용을 고려한 증기의 비용으로 실제 증기의 생산비용보다 적은 값이며 공장에서 생산제품의 원가 계산에 사용하는 수치이다. 또 재비기와 냉각기의 용량을 상당하는 비율로 줄일 수 있어 초기 설치비를 절감할 수 있다. 이를 국내 총생산량 기준의 비용으로 계산하면 22억 1천만원의 비용절감에 해당한다.Comparing the results of Tables 3 and 4, the amount of energy required when the raw material is treated with the conventional apparatus of FIG. 6 requires 4.95 Gcal / h in the first distillation column and 11.42 Gcal / h in the second distillation column. If the device is used, only 14.18 Gcal / h is required at the pylon. That is, 13.4% energy savings can be achieved. Since the domestic daily throughput is 140,000 barrels, the energy saving cost per day is equivalent to 16.5 million Yuan, based on the domestic total production. This cost is the cost of steam considering the reuse of steam, which is less than the actual cost of steam production, and is used by the factory to calculate the cost of the product. In addition, the capacity of reboilers and chillers can be reduced by a significant proportion, which reduces initial installation costs. If this is calculated as the cost of gross domestic product, it is equivalent to the cost reduction of 2.12 billion won.

상기와 같은 본 발명의 구성에 따라, 동일한 원료를 가공하여 동일한 제품을 생산함에 있어 본 발명은 종래의 증류방식에 비해 적은 에너지를 요함을 표 3의 열 공급량과 표 4의 열공급량의 비교로 부터 용이하게 알 수 있다.According to the configuration of the present invention as described above, in the production of the same product by processing the same raw material, the present invention requires less energy than the conventional distillation method from the comparison of the heat supply of Table 3 and the heat supply of Table 4 It is easy to see.

상기와 같은 본 발명의 구성에 따른 나프타 개질반응기 유출 혼합물로부터 벤젠과 톨루엔의 분별증류 장치는 종래의 증류 장치에 비하여, 동일한 원료를 가공하여 동일한 제품을 생산함에 있어 보다 적은 에너지를 사용함으로 에너지를 절감할 수 있을 뿐 아니라, 증류설비를 단순화할 수 있게함으로 증류장치의 설비비를 줄일 수 있게 하는 유용한 발명이다.The fractional distillation apparatus of benzene and toluene from the naphtha reformer effluent mixture according to the configuration of the present invention as described above, compared to the conventional distillation apparatus, by using the same energy to produce the same product to save energy by using less energy In addition, it is a useful invention that can reduce the equipment cost of the distillation apparatus by simplifying the distillation apparatus.

도 1은 종래의 증류 방법에 따른 증류장치를 개략적으로 나타낸 개략도이고,1 is a schematic diagram schematically showing a distillation apparatus according to a conventional distillation method,

도 2는 본 발명의 증류 방법에 따른 증류장치를 개략적으로 나타낸 개략도이고,Figure 2 is a schematic diagram schematically showing a distillation apparatus according to the distillation method of the present invention,

도 3은 본 발명에 따른 최소단 설계의 액체조성 분포를 나타내는 그래프이고,3 is a graph showing the liquid composition distribution of the minimum stage design according to the present invention,

도 4는 본 발명의 증류 방법에 따른 분별증류 공정의 배치도이고,4 is a layout view of a fractional distillation process according to the distillation method of the present invention,

도 5는 실제단을 사용한 증류탑의 액체조성 분포를 나타내는 그래프이고,5 is a graph showing the liquid composition distribution of the distillation column using the actual stage,

도 6은 종래의 증류 방법에 따른 분별증류 공정의 배치도이다.6 is a layout view of a fractional distillation process according to a conventional distillation method.

*도면의 주요부분의 부호의 설명* Explanation of symbols in main part of drawing

F --- 원료 D --- 벤젠F --- Raw Material D --- Benzene

S --- 톨루엔 B --- 고비점 제품S --- toluene B --- high boiling point product

o --- 전처리탑의 조성 x --- 주탑의 조성o --- Composition of pretreatment tower x --- Composition of pylon

Claims (4)

재비기와 냉각기가 구비되지 않은 전처리탑을 갖는 분별증류장치에 있어서, In a fractionation distillation apparatus having a pretreatment tower without a reboiler and a cooler, 전처리탑과 주탑으로 구성되며, It consists of a pretreatment tower and a pylon, 상기 전처리탑은 유입된 원료가 증류되어 상부로부터는 저비점 혼합물과 일부 중간 비점혼합물을 주탑으로 이송하며, 하부로부터는 나머지의 중간비점 혼합물과 고비점 혼합물을 주탑으로 이송하고, The pretreatment tower distills the raw materials introduced therein to transfer the low boiling point mixture and some intermediate boiling point mixtures from the top to the main tower, and transfers the remaining middle boiling point mixture and the high boiling point mixture to the main tower from the bottom, 상기 주탑은 상부에서 발생된 응축액(L2)과 하부에서 발생된 기화액(L2)을 각각 전처리탑으로 이송하고, 상부로부터 저비점 혼합물, 중간비점 혼합물 및 고비점 혼합물을 증류하여 각각 분리시키는 것을 특징으로 하는 나프타 개질반응기 유출 혼합물로부터 벤젠과 톨루엔의 분별증류 장치.The main tower transfers the condensate (L 2 ) generated in the upper portion and the vaporization liquid (L 2 ) generated in the lower portion to the pretreatment tower, and distills the low boiling point mixture, the middle boiling point mixture, and the high boiling point mixture from the top to separate them. A fractional distillation apparatus for benzene and toluene from a naphtha reformer effluent mixture. 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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