KR100499650B1 - 증류플랜트 - Google Patents

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Abstract

증류 플랜트(1)는 패킹(240, 250) 및 증발기(20a)를 포함하는 컬럼(2)을 가진다. 이 컬럼의 구성요소는 수직축에 따라 배열되어 하나의 구성유닛으로 조립된다. 상기 요소들은 플랜트의 동작 중에 섬프(sump)(24)와 헤드(25) 사이에 압력강하가 적게 발생하는 방식으로 실행된다. 상기 플랜트는 적어도 2개의 증발기(20a, 20b), 즉 섬프 내에 또는 바로 위에 배열되는 제1 증발기(20a)와, 이 제1 증발기 및 하측 패킹부(240) 위에 배열되는 중간 증발기(20b), 및/또는 적어도 2개의 액화기(21a, 21b), 즉 컬럼의 헤드 내에 배열되는 제1 액화기(21a)와, 이 제1 액화기 및 상측 패킹부(250a) 아래에 배열되는 중간 액화기(21b)를 구비한다.

Description

증류 플랜트{DISTILLATION PLANT}
본 발명은 특허청구범위 제1항의 전제부에 따른 증류 플랜트 및 그 사용법에 관한 것이다.
이러한 종류의 플랜트는 농축 과산화수소(H2O2)의 제조와 관련하여 유럽특허 EP-A 0 419 406에 개시(開示)되어 있다. 이 공지의 플랜트의 특징은 증류 컬럼의 섬프(sump)와 헤드 사이에 압력강하가 적다는 사실이고, 따라서 상대적으로 저속운전 및 최대온도가 플랜트의 안전도를 개선한다.
본 발명의 목적은 공지의 플랜트를 더욱 개발하는 것이다. 이러한 관점에서 에너지 비용의 절감은 특히 히트펌프의 사용에 의해 달성될 수 있을 것이다. 이 목적은 특허청구범위 제1항 및 특히 제2항에 정의된 플랜트에 의해 충족된다.
특허청구범위 제3항 내지 제9항은 본 발명에 따른 증류 플랜트의 바람직한 실시예에 관한 것이다. 특허청구범위 제10항의 요지는 농축 과산화수소의 제조를 위한 플랜트의 사용법에 관한 것이다.
증류 중에 에너지를 절약하기 위하여, 컬럼의 헤드에 도달하는 열에너지의 일부가 히트펌프에 의해 보다 높은 온도레벨로 올라가고, 이와 같이 변환된 열에너지가 섬프 증발기의 가열에 사용될 수 있다. 이러한 구성에 있어서, 직접 배출증기압축이 사용될 수 있고, 또는 증기제트압축기 및 어떠한 다른 종류의 히트펌프도 사용될 수 있다.
섬프의 히트싱크와 컬럼의 헤드에서의 열원 사이의 온도차가 클수록, 히트펌프의 효율은 낮아지고, 따라서 특정 에너지 필요성이 커진다. 본 발명에 따른 컬럼은 온도레벨이 상이한 2개 또는 그 이상의 증발기를 가질 수 있다. 열원의 에너지는 이 경우에 부분적으로만 섬프 증발기를 위해 요구되는 온도레벨로 변환되어야 한다. 증발기에 필요한 열에너지의 나머지는 후속하는 히트싱크의 보다 낮은 레벨로 상승되기만 하면 되므로, 그 결과 히트펌프를 구동하는데 필요한 에너지가 상당량 감소된다.
2단(段) 레이디얼 압축기에 의한 직접 배출증기압축을 사용하고, 이상적으로 매치된 중간증발기를 사용하여 농축 과산화수소(H2O2)의 제조를 예로서 들면, 1,200kW의 구동파워가 필요하다. 이 파워는 마찬가지로 2단 레이디얼 압축기를 가지는 공지의 플랜트의 압축기 구동파워에 비하여 300kW가 적다. 증기제트압축기를 가진 변형예에서는, 구동증기의 양이 12,000kg/h에서 10,000kg/h 보다 약간 적게 감소된다.
본 발명에 따른 증류 플랜트의 진전된 개발 덕분으로, 요구되는 히트펌프가 더 작아지고, 이에 따라 또한 투자비도 절감된다.
본 발명에 따른 플랜트는 또한, 예를 들면 스티렌으로부터 저휘발성분이 분리되는 이른바 순수 스티렌 컬럼을 사용하는 프로세스에도 적합하다.
다음에, 본 발명의 실시예에 대하여 도면에 따라서 상세히 설명한다.
도 1의 플랜트(1)는 증류 컬럼(2), 압축기(6), 증류액 콜렉터(7) 및 응축기(8)로 구성된다. 저장조(3)로부터의 원료용액(F)이 컬럼(2)으로 공급되고, 거기에서 배출증기와 제품(P)[저장조(4)]으로 전환된다. 배출증기는 컬럼(2)의 헤드(25)에서 배출되고, 제품(P)은 섬프(24)로부터 배출된다. 배출증기의 대부분은 압축기(6)에 의해 구동되는 히트펌프의 동작유체로서 사용된다. 압축된 배출증기는 증류를 위한 열원이다. 열전달 중에 생기는 응축액이 응축기(8)내의 압축되지 않은 잔여 배출증기로부터 생기는 응축액과 함께 합쳐져서 증류액(D)을 형성한다 (저장조(5)).
컬럼(2)은 구성품으로서, 섬프(24)의 바로 위에 배치되는 제1 증발기(20a)와, 이 제1 증발기(20a) 및 하측 패킹부(240) 위에 배치되는 중간 증발기(20b)와, 상측 패킹부(250)와, 환류액(증류액(D) 또는 탈염수)을 위한 분배기(201)와, 유입액 즉 공급되는 원료용액(F) 및 펌프(23)에 의해 순환되는 용액을 위한 분배기(203)와, 증발기(20b)에서 농축된 용액을 위한 콜렉터(204) 및 분배기(205)와, 펌프(22)에 의해 순환되는 제품(P)을 위한 또 다른 분배기(206)를 포함한다.
상기 구성품의 설계방식은 컬럼(2)의 섬프(24)와 헤드(25) 사이에 압력강하가 적도록 하고, 유하막식(流下膜式) 증발기(falling film vaporiser)(20a 및 20b)와, 라멜라(lamella)를 가진 공지의 장치 형태의 콜렉터(204)와, 순서대로 배열된 패킹(240 및 250)(파형(波形) 라멜라를 가진 수직층)으로 되어 있다.
헤드(25)에서 배출된 배출증기는 라인(200)과 라인(72 및 82)을 통하여 각각 증류액 콜렉터(7) 및 응축기(8)로 들어간다. 증류액 콜렉터(7)의 비말(飛沫)분리기(70)를 통과한 배출증기의 대부분은 라인(76)을 통하여 압축기(6)(모터(61)로 구동되는 레이디얼 압축기)의 제1 단(6b)으로 들어가고, 거기에서 배출증기는 중간 증발기(20b)에서 응축이 일어날 수 있는 압력으로 압축된다. 중간 정도로 압축된 배출증기의 일부는 라인(62b)을 거쳐서 중간 증발기(20b)로 흐르고, 일부는 라인(60)을 거쳐서 압축기(6)의 제2 단(6a)으로 흐른다. 상기 배출증기의 나머지 부분은 제2 단계 압축 후 라인(62a)을 통하여 제1 증발기(20a)로 들어가고, 거기에서 배출증기는 중간 증발기(20b)내의 온도보다 높은 온도에서 발열하면서 응축된다. 증발기(20a 및 20b)에서 응축된 배출증기는 라인(72a 및 72b)을 통하여 증류액 콜렉터(7)로 흐르고, 거기에서 압축기의 흡입 압력으로 이완된다.
도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 도 1의 실시예와는 달리, 제1 증발기(20a)는 또한 섬프(24)에 배치될 수도 있다. 제1 증발기(20a)는 자연순환 증발기(natural circulation vaporiser), 상승막식 증발기(climbing film vaporiser) 또는 상승관 증발기(rising tube vaporiser)로서 실행될 수 있다. 또한, 중간 증발기(20b)는 공지의 증발기 중 어느 한 형태로 설계될 수 있다.
도 2의 증류 컬럼(2)은 원료의 분배기(203)와 중간 증발기(20b) 사이에 또 다른 패킹부(230)를 부가하는 것을 나타낸다. 도 1에서 알 수 있는 각종의 상세는 도 2에는 나타내지 않는다.
도 3은 배출증기가 제1 액화기(21a)에 의하여 컬럼 내에서 응축되는 본 발명에 따른 플랜트를 개략적으로 나타낸다. 중간 액화기(21b)는 제1 액화기와 상측 패킹부(250a) 아래에 배치된다. 제2 패킹부(250b)는 중간 액화기(21b)와 원료 분배기(203) 사이에 위치한다. 이 실시예에서는 하측 패킹부(240) 아래에 단지 1개의 증발기(20)가 배치되어 있다. 여기에는 열원으로서 사용되는 액화기(21a 및 21b)에 의해 2가지 온도레벨­상이한 압력­에서 증발될 수 있는 동작유체로서 물질의 폐쇄순환로를 가지는 2단 히트펌프가 구비되어 있다. 따라서, 압축기(6)는 증기상태의 동작유체를 위한 2개의 유입 및 공급라인(26a 및 26b)을 가진다. 압축된 동작유체는 라인(62)을 통하여 증류 컬럼의 1개뿐인 증발기(20)에 도달하고, 여기에서 발열하면서 응축된다. 응축된 동작유체는 스로틀부재(63b 및 63a)를 통과하여 각각 2개의 액화기(21b 및 21a)로 흐르고, 여기에서 흡열하면서 증발된다.
도 4는 끝으로 2개의 증발기(20a 및 20b)와 2개의 액화기(21a 및 21b)가 배설된 증류 컬럼(2)을 나타낸다. 상측 액화기(21a) 아래에서 콜렉터(202)는 증류액(D)을 포집한다. 다른 구성품은 다른 예와 관련하여 이미 설명하였다.
히트펌프가 사용될 때, 열원으로서 2개의 액화기(21a 및 21b) 중 1개, 또는 히트 싱크로서 2개의 증발기(20a 및 20b) 중 1개만을 사용하는 것이 유리할 수 있다. 이것이 유리할 것인가는 증류를 실행할 때 간헐적으로 사용될 수 있는 가열 및/또는 냉각을 위한 더 바람직한 수단이 있는가에 달려 있다.
본 발명에 따른 플랜트(1)는 특히 바람직하게는 농축 과산화수소(H2O2)의 제조에 사용될 수 있고, 여기에서 약 30%의 H2O2를 함유하는 원료용액(F)으로부터 약 70%의 H2O2를 함유하는 제품용액(P)이 제조될 수 있다. 증류액(D)은 최대 0.01%의 H2O2 를 함유하는 물이다. 원료용액의 H2O2 농도는 25∼45% 범위 내이다. 때로 50∼60%의 H2O2를 함유한 제품용액을 제조하는 것으로 충분할 경우도 있다.
도 1은 본 발명에 따른 플랜트가 제1 증발기와 중간 증발기를 가진 것을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 플랜트의 변형을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 플랜트가 2개의 액화기를 가진 것을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 플랜트의 증류 컬럼이 2개의 액화기와 2개의 증발기를 가진 것을 나타낸 도면이다.

Claims (10)

  1. 패킹(240, 250) 및 증발기(20a)를 포함하는 컬럼을 가지고, 이 컬럼의 구성요소는 수직축에 따라 배열되어 하나의 구성유닛으로 결합되고, 플랜트의 동작 중에 컬럼의 헤드(25)와 섬프(sump)(24) 사이에 압력강하가 적게 발생하는 방식으로 실행되는 증류 플랜트(1)에 있어서,
    2개의 증발기(20a, 20b), 즉 섬프 내에 또는 바로 위에 배열되는 제1 증발기(20a)와, 이 제1 증발기 및 하측 패킹부(240) 위에 배열되는 중간 증발기 (20b); 및
    2개의 액화기(21a, 21b), 즉 컬럼의 헤드 내에 배열되는 제1 액화기(21a)와, 상기 제1 액화기 및 상측 패킹부(250a) 아래에 배열되는 중간 액화기(21b)를 구비하는 것을 특징으로 하는 증류 플랜트.
  2. 제1항에 있어서,
    헤드(25)와 섬프(24) 사이에 열전달 및 열변환 연결라인(200, 72, 62a, 62b)을 만드는 히트펌프(25, 6, 20a, 20b; 21a, 21b, 6, 20)를 추가로 포함하고,
    상기 히트펌프는 2단(段)(60a, 20a / 6b, 20b; 6, 21a, 21b)으로 실행되고, 상기 제1 증발기(20a) 및 중간 증발기(20b)는 2가지 온도레벨에서 히트펌프의 히트싱크에 상당하는 것을 특징으로 하는 증류 플랜트.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 액화기(21a) 및 중간 액화기(21b)는 2가지 온도레벨에서 히트펌프의 열원에 상당하는 것을 특징으로 하는 증류 플랜트.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 히트펌프(21a, 21b, 6, 20)는 열원으로서 사용되는 액화기(21a, 21b)에 의해 증발될 수 있는 동작유체로서 폐쇄순환로 내의 물질을 사용하는 것을 특징으로 하는 증류 플랜트.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 히트펌프는 2단의 압축기(6)를 포함하고, 증기 압축 후에 증발기(20; 20a, 20b)의 온도레벨로 응축될 수 있는 동작유체를 사용하고, 압축기로서 2단 레이디얼 압축기(6a, 6b, 61)가 구비되는 것을 특징으로 하는 증류 플랜트.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 컬럼(2)의 헤드(25)에서 배출될 수 있는 배출증기를 동작유체로서 사용하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 증류 플랜트.
  7. 제1항에 있어서,
    중간 증발기(20b), 또는 중간 증발기(20b)와 제1증발기(20a)가 유하막식(流下膜式) 증발기로서 실행되는 것을 특징으로 하는 증류 플랜트.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 증발기(20a)는 자연순환 증발기, 상승막식 증발기 또는 상승관 증발기로서 실행되는 것을 특징으로 하는 증류 플랜트.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 패킹(230, 240, 250, 250a, 250b)은 순서대로 구성되고, 파형 라멜라를 구비한 수직층을 가지는 것을 특징으로 하는 증류 플랜트.
  10. 제1항에 있어서,
    분배기(203)를 가진 원료용액(F)용 공급라인을 추가로 포함하고,
    상기 공급 라인은 상기 중간 증발기(20b) 위에 배열되고, 분배기와 중간 증발기 사이에 패킹부(230)가 추가로 배열되는 것을 특징으로 하는 증류 플랜트.
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