KR101094483B1 - 에틸렌 플랜트의 전위에 사용되는 이중 압력 접촉 증류 수소화 칼럼 시스템 - Google Patents

에틸렌 플랜트의 전위에 사용되는 이중 압력 접촉 증류 수소화 칼럼 시스템 Download PDF

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Abstract

탄화수소 공급원료의 열분해 공정 유래의 충전 기체가 에틸렌 및 프로필렌 산물의 더욱 효율적 회수 및 부산물 처리를 위해 올레핀 플랜트의 전위 접촉 증류 수소화 시스템에서 처리된다. 이 시스템의 부착오염률은 고압에서 작동하는 제1 칼럼과 저압에서 작동하는 제2 칼럼으로 이루어진 두 칼럼을 시스템에 이용함으로써 감소된다. 수소화 및 분별이 제1 칼럼에서 일어나는 반면, 제2 칼럼은 분별기일 뿐이다. 각 칼럼 유래의 바닥물의 온도는 부착오염 방지를 위해 200℃ 미만의 온도로 유지된다.
접촉 증류, 수소화 칼럼, 에틸렌 플랜트, 탄화수소 열분해, 에틸렌, 프로필렌, 분별, 이중 칼럼, 탈펜탄 칼럼, 탈부탄 칼럼

Description

에틸렌 플랜트의 전위에 사용되는 이중 압력 접촉 증류 수소화 칼럼 시스템{DUAL PRESSURE CATALYTIC DISTILLATION HYDROGENATION COLUMN SYSTEM FOR THE FRONT END OF AN ETHYLENE PLANT}
본 발명은 올레핀 생산에 대한 방법 및 시스템에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 산물 회수 및 부산물 처리를 더욱 효과적으로 수행하기 위한 충전 기체 원료의 처리 방법에 관한 것이다.
에틸렌, 프로필렌 및 다른 유용한 석유화학제품은 에탄에서부터 감압 경유(vacuum gas oil)에 이르기까지 다양한 탄화수소 공급원료의 열 분해를 통해 생산된다. 이러한 공급원료의 열 분해 시, 수소에서부터 열분해 연료유에 이르기까지 다양한 산물이 생산된다. 분해 단계의 배출물은 흔히 충전 기체 또는 분해 기체로 불리는 것으로서, 전 범위의 물질로 구성되어 있어서, 각종 산물과 부산물 스트림으로 분리(분별)되어야 하고, 그 다음 불포화 부산물의 적어도 일부는 반응(수소화)시켜야 한다.
에틸렌 및 프로필렌과 같은 원하는 산물 외에도 전형적인 충전 기체 스트림은 C2 아세틸렌, C3 아세틸렌 및 디엔, C4 이상의 아세틸렌, 디엔 및 올레핀은 물론 유의적인 양의 수소와 메탄도 함유한다. 또한, 방향족 화합물은 물론 다른 고리 화합물 및 포화 탄화수소도 존재한다.
미국 특허 5,679,241 및 미국 특허 출원 10/202,702(2002.7.24)는 아세틸렌 및 디엔과 같은 고도 불포화 탄화수소를 증기 분해기 충전 기체 압축 트레인에서 내재 수소와 반응시켜 올레핀을 형성시키는 에틸렌 플랜트 전위(front-end) 접촉 증류 칼럼 시스템에 대하여 개시한다. 이러한 공정에서, 오염률은 낮게 유지시키면서 촉매 베드 온도는 가능한 한 높게 조절하는 것이 바람직하다. 이러한 최대 온도는 필요한 촉매량을 최소화시킨다. 또한, 에틸렌 및 프로필렌에 대한 총 선택성을 증가시킬 수도 있다. 하지만, 최적의 접촉 증류 촉매 온도를 얻기 위한 조건은 칼럼 바닥 온도를 비교적 높게 만들어, 칼럼 바닥의 부착오염률(fouling rate)을 증가시킬 수 있다. 이러한 부착오염률은 억제제 첨가를 통해 조절될 수 있지만, 접촉 증류 수소화 시스템은 칼럼 시스템의 낮은 바닥 온도와 낮은 중심 부착오염률이 유지되는 가운데 높은 촉매 베드 온도가 달성되도록 설계되는 것이 바람직하다.
발명의 개요
본 발명의 목적은 부착오염률을 저하시키기 위한 낮은 바닥 산물 온도를 유지하는 가운데 시스템의 촉매 베드 온도를 최대화하는 올레핀 플랜트의 전위 접촉 증류 수소화 시스템을 제공하고 작동시키기 위한 것이다. 본 발명은 다른 압력에서 작동하는 두 칼럼을 사용하는 것을 수반한다. 접촉 반응기 구조는 약간의 분별 구간과 함께 제1 고압 칼럼에 위치한다. 고압 칼럼의 바닥에서 온도는 일부 경질 탄화수소가 잔류하도록 조절된다. 고압 칼럼 유래의 바닥물(bottom)은 저압에서 작동하는 분별기인 제2 칼럼으로 이송된다. 이 칼럼의 네트 바닥 산물은 상기 시스템의 네트 바닥 산물이다. 이 스트림의 온도는 낮은데, 그 이유는 이 칼럼의 총 압력이 낮기 때문이다. 이 촉매 베드 온도는 단독 칼럼 단일 압력 시스템과 거의 동일하게 유지되지만, 이 칼럼들 각각의 바닥물 온도는 훨씬 낮다. 저압 칼럼의 네트 오버헤드 산물(overhead)은 완전히 응축된 다음 고압 칼럼으로 다시 반송된다.
도 1은 종래 기술에 따른 전위 접촉 증류 수소화 시스템의 흐름도이다.
도 2는 흐름 도식에서 2가지 변화를 예시하고 있는 본 발명에 따른 전위 접촉 증류 수소화 시스템의 흐름도이다.
도 3은 저압 칼럼에서 고압 칼럼으로의 반송 라인에 대한 대체 흐름 경로를 보여주는 도 2에 도시한 시스템의 부분도이다.
도 4는 고압 칼럼의 상층부에 첨가된 열 회수 단계를 보여주는 도 2에 도시된 시스템의 부분도이다.
바람직한 양태에 대한 설명
본 발명의 보다 상세한 이해를 위하여, 도 1에 제시한 바와 같은 종래 기술의 전위 접촉 증류 수소화 시스템을 간략히 설명할 것이다. 전술한 바와 같이, 이러한 시스템은 미국 특허 5,679,241 및 미국 특허 출원 10/202,702에 개시되고 더욱 상세하게 설명되어 있다. 이러한 시스템의 목적은 에틸렌 및 프로필렌의 유의적 수소화 없이, C2 내지 C5 디올레핀 및 아세틸렌을 수소화하여 수소의 유의적 분획을 제거하는 것이다. 이 시스템에서, 압축 충전 기체(10)는 11에서 가열될 수 있고, 그 다음 접촉 증류 수소화 칼럼(12)으로 공급되어, 여기서 접촉 반응과 증류가 동시에 수행된다. 칼럼(12)은 원료(10)보다 아래 쪽에 있는 스트리핑 구역(14)과 원료보다 위 쪽에 있는 정류/반응 구역(16)을 갖고 있다. 이 구역들은 모두 증류 내장물 형성 분리 구간(18, 20 및 22)을 함유하는 한편, 정류/반응 구역(16)은 촉매 구간(24)을 형성하는 하나 이상의 촉매 베드를 함유한다. 이 칼럼에는 리보일러(reboiler) 루프(26)가 있으며, 또한 부 응축기, 인터리보일러(interreboiler) 및 열교환의 유무를 불문한 펌프-어라운드를 포함할 수 있다. 이러한 장치는 전혀 도시하지 않았지만, 미국 특허 5,679,241 및 미국 특허 출원 10/202,702에는 개시 및 교시되어 있으며, 특정 용도에서 이중 압력 시스템의 성능을 증가시키는 데 유용하게 사용될 수 있다.
칼럼(12)이 탈펜탄 칼럼으로 가동되는 경우 바닥 액체(28)는 C6 및 이보다 중질 성분을 함유하며, 이는 일반적으로 가솔린 가공에 사용된다. 이 칼럼은 또한 바닥물(28)이 C5+ 스트림인 탈부탄 칼럼으로 가동될 수 있다. 칼럼(12) 유래의 상층 증기(30)는 응축기(32)를 통해 흐르고, 부분 응축된 스트림(34)은 분리 용기(36)로 공급된다. 응축기(32)의 바람직한 냉각 매체는 냉각수이다. 증기와 액체가 분리되고, 액체 환류물(38)은 칼럼(12)으로 반송된다. 증기(40)는 42에서 추가 냉각되어 분리 용기(44)로 공급되고, 액체(46)는 반송되어 용기(36)의 환류 액체와 혼합된다. 네트 증기 산물(48)은 그 다음 추가 가공을 위해 이송된다.
도 1의 종래 기술의 시스템은 전체 접촉 증류 수소화 작업이 좁은 압력 범위에서 수행되는 단일 압력 시스템이다. 하기 표 1은 이러한 종래 기술의 시스템이 탈펜탄 칼럼으로서 가동될 때의 물질 평형의 예를 나타낸 것이고, 수반되는 각 작업 변수를 열거했다. 이 표는 물론 이하 본 명세서에 제시된 표들에서, 압력은 절대 압력으로 표시했다. 원료 기체를 중간 분해 처리조건에서 전형적인 나프타 분해로 원료 기체를 수득하면서, 칼럼 시스템을 약 17kg/㎠의 단일 작업 압력에서 작동시킬 때 촉매 베드 온도를 바람직한 약 125℃로 유지시키고자 하는 경우, 표 1에서 볼 수 있듯이 바닥물 온도는 203℃이다. 이 온도에서는 억제제의 사용 없이도 적은 부착오염이 발생할 것이다. 도 1의 시스템이 탈부탄 칼럼으로 가동된다면 구체적인 데이터는 달라지지만 바닥물 온도는 여전히 높을 것이다. 그 이유는, 탈부탄 칼럼은 칼럼(12) 상층물을 상온의 냉각 매체에 의해 부분 응축시키기 위해서 탈펜탄 칼럼보다 더 높은 온도에서 가동되어야만 하기 때문이다.
[표 1]
Figure 112006008310237-pct00001
본 발명의 이중 압력 접촉 증류 수소화 시스템은 도 2에 도시했다. 이 시스템의 제1 칼럼은, 본 예에서 약 17kg/㎠ 압력의 좁은 범위의 압력 하에 있는 도 1의 칼럼(12)과 동일한 압력에서 일반적으로 가동되는 고압 칼럼(50)이다. 이 고압 칼럼 압력은 분해 기체의 조성 및 냉각 매체의 온도에 따라 14 내지 20kg/㎠ 범위일 수 있다. 전형적인 압력은 16 내지 18kg/㎠ 범위이다. 에틸렌 플랜트의 충전 기체 압축기의 중간 또는 최종 단계 유래의 충전 기체(52)는 이중 압력 칼럼 시스템의 상기 제1 고압 칼럼(50)으로 흐른다. 충전 기체 원료(52)는 가열되는 것이 바람직하며, 예열없이 고압 칼럼에 공급될 수도 있다. 예열 온도는 80 내지 120℃ 범위인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 원료는 이하 설명되는 저압 칼럼의 전체 상층물과 열 교환에 의해 예열되는 것이 좋다. 또는, 환류 응축기(70)에서 냉각되기 전인 고압 칼럼의 전체 상층물(도 2에 도시되지 않음)에 의해 예열될 수도 있다. 이러한 고압 칼럼(50)은 일반적으로 정류/반응 구역(58)에 2개의 분별 구간(54 및 56)을 갖는데, 하나는 촉매 구간(60) 위이고 다른 하나는 그 아래다. 촉매 구간(60)은 또한 분별 구간으로도 작용한다. 칼럼(50)으로 공급되는 증기 충전 기체 원료(52) 이하는 리보일러(62)에 의한 분리만을 이용하는 것이 가능하다. 하지만, 이 스트리핑 구역(66)에는 추가 분별 구간(64)이 있는 것이 바람직하다. 이 분별 구간(66)은 존재하는 경우 극소수의 이론적 분리 단계로 이루어지는 것이 일반적이다. 이러한 고압 칼럼(50) 및 이하 기술될 저압 칼럼 모두에 존재하는 분별 구간은 표준 공업용 물질 전달 접촉 장치(mass transfer contacting device), 예컨대 밸브 트레이, 체 트레이, 분절 트레이와 같은 트레이, 쉐드 데크(shed deck), 또는 불규칙 패킹, 규칙적 패킹과 같은 패킹 등이 이용된다.
충전 기체 원료(52)는 고압 칼럼(50)에서 상향 이동하고 하향 액체와 접촉한다. 충전 기체 원료는, 기체 중의 내장 수소가 불포화물, 구체적으로 아세틸렌 및 디엔과 반응하여, 바람직하게는 이에 상응하는 올레핀 화합물을 형성하는 접촉 증류 수소화 구역(60)으로 유입된다. 형성된 임의의 올리고머화 산물은 하향 탄화수소 액체에 의해 촉매로부터 세척되어진다. 즉, 이러한 화합물은 형성되는 즉시 촉매 표면으로부터 제거되어 촉매 상의 부착오염률을 제한한다. 촉매 구간(60)은 수소화 촉매, 예컨대 귀금속 촉매 또는 이의 혼합물, 예를 들어 팔라듐 또는 은을 함유한다. 또는, 비귀금속 수소화 촉매, 예컨대 니켈을 함유할 수도 있다. 또한, 비귀금속 촉매와 귀금속 촉매를 모두 함유할 수도 있는데, 혼합 상태로 함유하거나 바람직하게는 층상으로 함유할 수 있다. 촉매 베드 온도는 90 내지 135℃ 범위이며, 본 예에서는 125℃이다.
접촉 수소화 구간에 존재하는 촉매는 압출물, 펠렛, 볼, 열린 고리형 등으로 구성된 벌크 적재물일 수 있다. 더욱 바람직하게는, 촉매는 와이어 메쉬 또는 다른 형태의 거즈 표면에 침착된 촉매, 또는 모노리스 구조의 벽에 함유된 촉매와 같이 구조의 일부인 것이 좋다. 가장 바람직하게는, 촉매는 미국 특허 6,000,685, 5,730,843, 5,189,001 및 4,215,011에 기술된 바와 같이 특정형으로 설계된 용기에 함유된 것이 좋다.
촉매 베드에서 배출되는, 대부분이 수소화된 아세틸렌과 디엔인 상향 기체는 제2 분별 구간(56)으로 유입되어 환류물과 접촉한다. 상층 증기(68)는 상온 냉각 매체, 바람직하게는 냉각수에 의해 환류 응축기(70)에서 부분 응축한다. 증기 및 액체는 72에서 분리되고, 액체 환류물(74)는 고압 칼럼(50)으로 반송된다. 증기(76)는 환기 응축기(78)에서 추가 냉각될 수 있다. 이것이 수행되면, 84에서는 환기 응축기 배출물로부터 액체(82)가 분리되고, 이 액체(82)는 주 환류 응축기(70) 유래의 액체와 혼합되어 환류물(74)로서 고압 칼럼으로 반송된다. 네트 증기 산물(86)은 그 다음 남아있는 임의의 농도의 아세틸렌(제시되지 않음)을 제거하기 위하여 추가 수소화된다. 그 다음, 증기 산물은 충전 기체 압축기로 이동되거나 또는 연료 산물로부터 유용한 탄화수소 및 수소 산물을 분리하기 위하여 에틸렌 플랜트의 냉각 트레인으로 이동될 수 있다. 유용한 탄화수소는 연속적으로 처리되어 화학 약품 등급 및/또는 중합체 등급의 에틸렌 및 프로필렌 산물로 수득될 수 있다.
고압 칼럼(50)에서, 증기 원료(52) 아래에는 작은 분별 구간(64)이 있는 것이 바람직하다. 칼럼에서 증기 원료 아래로 하향 이동하는 액체에는 대부분의 경질 고증기압 성분, 예컨대 에탄 이상의 경질물이, 리보일러(62) 유래의 상향 이동성 증기와 접촉에 의해 제거(안정화)되어 있다. 또한, 대부분의 C3 물질도 제거되어 있다. 하지만, 완전한 탈펜탄화가 이루어진 것은 아니다. 낮은 온도를 유지하기 위해서는 C4 및 C5 산물의 유의적 농도가 바닥물(88)에 남아 있어야 한다. 일반적으로, 리보일러는 응축 증기에 의해 가열된다. 또는, 급냉 오일과 같은 에틸렌 플랜트 유래의 폐기 열이 가열 매체로서 사용될 수도 있다. 고압 칼럼(50) 유래의 바닥 산물(88)은 경질 성분이 적고, 보다 중등 범위의 성분, 구체적으로 C4 및 C5 탄화수소는 물론 C6+ 탄화수소가 많다. 냉각을 사용함이 없이 저압 칼럼에서 상층 스트림을 완전 응축할 수 있게 하기 위해서는 상기 스트림에서 경질 성분을 제거하는 것이 바람직하다. 고압 칼럼 유래의 바닥물(88)의 온도는 200℃ 미만이고, 특히 160℃ 미만인 것이 바람직하다.
고압 칼럼(50) 유래의 바닥 산물(88)은 바람직하게는 냉각 없이 저압 칼럼(90)으로 이송된다. 이 예에서 저압 칼럼(90)도 역시 고압 칼럼(50)과 유사한 탈펜탄 칼럼이며, 약 6kg/㎠의 압력에서 가동된다. 이러한 저압 칼럼의 압력은 조성에 따라 4 내지 10kg/㎠ 범위일 수 있다. 전형적인 압력은 4 내지 8kg/㎠ 범위이다. 이러한 저압 칼럼(90)은 원료의 위와 아래에 각각 분리 구간 92 및 94를 함유한다. 이러한 저압 칼럼은 원료 트레이 위에 92로 표시한 소수의 분별 트레이를 보유하는 것이 바람직하다. 또는, 칼럼(90)은 원료(88)를 상부 트레이로 유입시켜 스트리핑 칼럼으로 작동하거나 또는 칼럼(90)의 상층물을 라인(96)으로 유입시킬 수 있다. 상층 산물은 C5 및 이보다 경질 성분이고 바닥 산물은 C6 및 이보다 중질 성분이다. 전체 상층물(96)은 부분적으로 충전 기체 원료와 함께 98에서 열 교환에 의해 응축된 뒤, 열 교환기(100)에서 완전 응축되어진다. 열 교환기(100)에 사용되는 바람직한 냉각제는 냉각수이다. 완전 응축된 스트림(102)은 103에서 강제 유동되고, 액체 스트림의 일부(104)는 환류물로서 반송된다. 이 환류물은 도 2에 도시된 바와 같이 펌프(103)에서 배출되는 온도에서 반송될 수 있다. 또는, 환류물은 다중통과 평판휜형 교환기(도시 안됨)를 사용하여 110의 추가 교환기 시설로서 또는 별도의 교환기 시설에서 전체 상층 스트림(96)에 대하여 예열할 수 있다. 칼럼(90) 유래의 네트 오버헤드 산물 액체 스트림(106)은 상층물(96) 유래의 열에 의해 110에서 예열된 다음, 스트림(112)으로서 고압 칼럼(50)으로 반송된다. 이 스트림(112)은 고압 칼럼으로 반송되기 전에 부분 기화되는 것이 바람직하다. 예열은 열교환기(114)에서 스팀과 같은 외부 열 스트림 또는 일부 폐기 열 스트림에 의해 추가로 수행될 수 있다. 이와 같이 가열된 반송 스트림(112)의 칼럼 유입 지점은 시스템으로 도입되는 증기 원료(52)와 동일한 유입 지점 등과 같이 촉매 베드(60) 아래인 것이 일반적이다. 전술한 바와 같은 열 교환기(114)에서의 추가 예열은 고압 칼럼에 필요한 리보일러 효율 조건을 완화시킬 수 있다. 반송 스트림에는 잠재 올리고머의 농도가 미량인 바, 이 스트림으로 투입되는 열량은 고압 칼럼 리보일러로 투입되는 열에 비해 최대화하는 것이 바람직하다.
저압 칼럼의 바닥물(116)은 C6+ 탄화수소 성분이다. 이 스트림(116)의 C5 함량은 일반적으로 1mol% 미만이고, 바람직하게는 0.1mol% 미만이다. 또한, 이 바닥 스트림(116)의 온도는 200℃ 미만이고, 바람직하게는 160℃ 미만이다. 이 물질은 일반적으로 에틸렌 플랜트의 다른 장치에서 수집되는 열분해 가솔린 스트림과 혼합되고, 추가로 수소화되어 자동차용 가솔린을 생산한다. 또는, 이 스트림은 추가로 방향족 화합물, 예컨대 벤젠 또는 톨루엔이나 크실렌을 회수하기 위한 처리를 받을 수 있다. 표 2는 탈펜탄 칼럼으로서 가동되는 도 2에 도시된 본 발명의 시스템에서 관찰되는 물질 균형에 대한 것이다. 이 표에는 주요 작업 변수들도 포함되어 있다.
[표 2]
Figure 112006008310237-pct00002
이상의 설명은 본 발명이 탈펜탄 칼럼으로서 가동되는 경우에 대한 것이나, 본 발명은 탈부탄 칼럼으로서 사용될 수도 있다. 이 때 흐름 도식은 유사하나 작업 압력은 높아진다. 압력은 환류물 생산을 유도하는 고압 칼럼 및 상층물을 냉각시켜 상온 매체, 바람직하게는 냉각수에 의해 완전 응축되게 하는 저압 칼럼 모두에서 높아진다. 탈펜탄 칼럼 작업과 비교했을 때 고압 칼럼에서의 높아진 작업 압력은 촉매 베드 온도를 적당한 온도 범위 100 내지 135℃, 바람직하게는 110 내지 125℃ 범위로 유지시킨다. 탈부탄 칼럼으로서 가동되는 경우의 흐름 도식은 도 2 또는 도 3과 유사하다. 고압 칼럼 압력은 분해 기체의 조성과 냉각 매체의 온도에 따라서 28 내지 43kg/㎠ 범위이다. 전형적인 압력은 34 내지 39kg/㎠ 범위이다. 저압 칼럼의 압력은 5 내지 14kg/㎠ 범위이다. 전형적인 압력은 11 내지 12kg/㎠ 범위이다. 탈부탄 칼럼으로서 가동될 EO, 스트림(86) 중의 C5 함량은 일반적으로 1mol% 미만, 바람직하게는 0.1mol% 미만이다. 스트림(116) 중의 C4 함량은 일반적으로 1mol% 미만, 바람직하게는 0.1mol% 미만이다.
탈펜탄 칼럼으로서 가동될 때의 도 2의 흐름 도식의 변형예를 도 3에 도시했다. 이 변형예에서, 저압 탈펜탄 칼럼(90) 유래의 네트 오버헤드 산물(112)은 촉매 베드(60) 위의 지점에서 고압 탈펜탄 칼럼의 최상부로 밸브(118)를 통해 이송될 수 있다. 이것은 네트 오버헤드 스트림(112)이 촉매 베드 아래의 고압 탈펜탄 칼럼으로 이송되는 도 2와는 상반된다. 이러한 대체 반송 지점은 도 2의 도식과 비교했을 때 액체 유속 및 촉매 베드 위의 조성에 따라 달라지지만, 시스템의 최대 온도를 약 50℃ 정도 감소시킨다는 목표는 동일하게 달성되어진다. 이에 따라, 저압 칼럼에서 고압 칼럼으로 이동되는 네트 오버헤드 산물은 예열 없이 또는 적은 예열 하에 반송될 수 있다. 도 2의 흐름 도식과 달리, 도 3 스트림에서의 반송 스트림은 기화되지 않는다. 또한, 네트 오버헤드 산물의 일부는 저압 탈펜탄 칼럼으로부터 밸브(120)를 통해 고압 탈펜탄 칼럼의 바닥으로 이송하고, 나머지는 촉매 베드의 최상부로 이송할 수도 있다. 이는 두 탈펜탄 칼럼 바닥의 전체 최대 온도가 동일한 가운데 촉매 베드 조건을 변화시킬 수 있게 하여 작업의 유연성을 추가로 제공한다.
본 발명의 장점은 모두 나프타 공급원료 스팀 분해기에서의 전위 접촉 증류 수소화 시스템에 사용되는 탈펜탄 칼럼으로서 가동되는, 표 2에 제시한 바와 같은 본 발명에 따른 이중 압력 시스템과 표 1에 제시한 바와 같은 종래 기술의 단일 압력 시스템의 주요 작업 특성에 대한 비교를 통해 확인할 수 있다.
표 1에 기술한 바와 같이, 스트림의 작업 압력은 16.2 내지 17.7kg/㎠ 범위이다. 평균 촉매 베드 온도는 약 125℃로 유지되고, 최고 온도는 203℃의 네트 바닥 산물인 스트림(28)에서 나타난다.
표 2에 기술한 바와 같이, 도 2의 고압 칼럼(50)은 도 1의 칼럼(12)와 동일한 압력에서 가동된다. 시스템에 도입되는 원료(52) 및 시스템에서 배출되는 네트 오버헤드 산물(86)은 표 1에 제시된 유속, 조성 및 온도 측면에서 동일하다. 시스템의 네트 바닥 산물을 나타내는 스트림(116)은 표 1의 스트림(28)과 유속 및 조성 면에서 동일하다. 하지만, 표 2에서 스트림(116)의 온도는 147℃인 반면 표 1의 스트림(28)의 온도는 203℃이다. 이러한 낮은 온도는 표 2의 스트림(116)이 6.5kg/㎠인 반면표 1은 17.7kg/㎠이기 때문이다.
표 2의 스트림(88)은 제1의 고압 탈펜탄 칼럼에서 제2의 저압 탈펜탄 칼럼으로 흐르는 스트림이다. 이 스트림 압력은 17.4kg/㎠ 또는 표 1의 스트림(28)과 거의 동일한 압력이다. 하지만, 이 스트림(88)의 온도는 표 1의 스트림(28)이 203℃인 것에 반해, 150℃이다. 이러한 낮은 온도는 스트림(88)에 C5 및 이보다 경질의 탄화수소가 약 15mol% 존재하도록 도 2에 도시한 고압 탈펜탄 칼럼을 작동시키면 이 스트림의 온도가 낮아져 달성된다. 평균 촉매 베드 온도는 도 1에 도시된 종래 기술의 단일 압력 시스템 형태와 거의 동일한 평균 베드 온도인 약 120℃이다. 즉, 도 2의 흐름 도식은 이 흐름 도식에 대해 기술한 표 2의 데이터에서 확인되듯이 촉매 베드 온도는 유지되지만, 동시에 시스템의 최대 온도는 약 50℃ 감소시키는 목적을 달성한다.
도 4는 도 2에 도시된 공정 도식의 변형예이다. 이 변형예에서, 강제 유동되는 환류 스트림(74)은 고압 칼럼의 상층물(68)의 일부를 냉각 및 부분 응축시킴으로써 열 교환기(122)에서 예열된다. 이러한 예열은 칼럼(50)의 상부 트레이에서 배출되는 증기의 온도를 증가시킨다. 칼럼 내의 다른 모든 공정 조건은 거의 동일하다. 이와 같이 증가된 칼럼 배출물의 고온은 교환기(124)에서처럼 폐기 열의 회수량을 증가시킨다. 이러한 폐기 열은 원료(52) 예열(도 4에는 도시되지 않음)과 같은 예열이나 저온 가열을 필요로 하는 에틸렌 플랜트의 다른 시설에서 이용될 수 있다. 또는, 폐기 열은 환류물의 예열 없이 폐기 열 회수 교환기(124)를 첨가함으로써 간단히 회수할 수도 있다. 이 예는 설계와 작업이 보다 간단하지만, 적은 폐기 열이 회수될 수 있다.
이상 설명한 이중 압력 시스템의 작업 조건에 대한 변형은 종래 기술의 단일 작업 압력의 접촉 증류 수소화 시스템에 의해 달성되는 것보다 시스템의 최대 온도를 낮게 유지시키면서, 평균 촉매 온도를 낮거나 높게 조정할 수 있다.

Claims (21)

  1. 수소, 메탄, 에틸렌, 프로필렌, C2 내지 C5 불포화 탄화수소, 및 C6+ 불포화 탄화수소를 함유하는 분해 기체 원료 스트림 중에서 상기 에틸렌 및 프로필렌을 상기 C2 내지 C5 불포화 탄화수소 및 C6+ 불포화 탄화수소 중 적어도 일부로부터 분리시키고, 에틸렌 및 프로필렌의 수소화 없이 상기 C2 내지 C5 불포화 탄화수소 및 C6+ 불포화 탄화수소의 적어도 일부를 수소화하도록 상기 원료 스트림을 처리하는 방법으로서,
    a. 하나 이상의 촉매 베드와 분별 구간을 함유하고 제1 압력에서 작동하는 접촉 증류 수소화 칼럼을 포함하는 제1 칼럼에 상기 원료 스트림을 도입시키고, 동시적으로
    (i) 상기 에틸렌 및 프로필렌의 수소화 없이 상기 C2 내지 C5 불포화 탄화수소 및 C6+ 불포화 탄화수소의 적어도 일부를 선택적으로 수소화하는 단계;
    (ii) 수득되는 탄화수소 혼합물을 분별 증류하여,
    미반응 수소, 메탄, 에틸렌, 프로필렌 및 C4 및 C5 화합물을 함유하는 제1 칼럼 전체 오버헤드(overhead) 스트림, 및
    다수부의 C6+ 탄화수소 및 소수부의 C2 내지 C5 불포화 탄화수소를 함유하는 제1 칼럼 바닥(bottom) 스트림
    으로 분리하는 단계; 및
    (iii) 상기 제1 칼럼 바닥 스트림이 200℃ 미만의 온도로 유지되도록 상기 제1 칼럼을 작동시키는 단계;
    b. 상기 제1 칼럼의 전체 오버헤드 스트림을 제1 칼럼 네트 오버헤드 스트림 및 제1 칼럼 환류 스트림으로 분리하고, 이러한 제1 칼럼 환류 스트림을 상기 제1 칼럼으로 환송시키는 단계;
    c. 상기 제1 칼럼 유래의 상기 제1 칼럼 바닥 스트림을, 상기 제1 압력보다 낮은 제2 압력에서 작동하는 분별 칼럼을 함유한 제2 칼럼으로 도입시킨 후,
    이 제1 칼럼 바닥 스트림을 C6+ 탄화수소를 함유하는 제2 칼럼 네트 바닥 스트림, 및 C6+ 탄화수소 및 C2 내지 C5 탄화수소를 함유하는 제2 칼럼 전체 오버헤드 스트림으로 분리하고,
    상기 제2 칼럼 네트 바닥 스트림의 온도가 200℃ 미만으로 유지되도록 상기 제2 칼럼을 작동시키는 단계;
    d. 상기 제2 칼럼 전체 오버헤드 스트림을 제2 칼럼 네트 오버헤드 스트림 및 제2 칼럼 환류 스트림으로 분리하고 상기 제2 칼럼 환류 스트림을 상기 제2 칼럼으로 반송시키는 단계; 및
    e. 상기 제2 칼럼 네트 오버헤드 스트림을 상기 제1 칼럼으로 재순환시키는 단계를 포함하는 것이 특징인 방법.
  2. 제1항에 있어서, 제1 칼럼 바닥 스트림 및 제2 칼럼 네트 바닥 스트림의 온도가 160℃ 미만인 것이 특징인 방법.
  3. 제1항에 있어서, 제2 칼럼 유래의 제2 칼럼 네트 바닥 스트림에 존재하는 C5 탄화수소의 양은 1% 미만인 것이 특징인 방법.
  4. 제3항에 있어서, 제1 칼럼은 14 내지 20kg/㎠ 범위의 압력에서 작동되고, 제2 칼럼은 4 내지 10kg/㎠ 범위의 압력에서 작동되는 것이 특징인 방법.
  5. 제1항에 있어서, 제2 칼럼 네트 바닥 스트림에 존재하는 C4 탄화수소의 양은 1mol% 미만인 것이 특징인 방법.
  6. 제5항에 있어서, 제1 칼럼은 28 내지 43kg/㎠ 범위의 압력에서 작동되고, 제2 칼럼은 5 내지 14kg/㎠ 범위의 압력에서 작동되는 것이 특징인 방법.
  7. 제1항에 있어서, 촉매 베드의 온도가 90 내지 135℃ 범위인 것이 특징인 방법.
  8. 제1항에 있어서, 제2 칼럼 네트 오버헤드 스트림의 재순환 단계가 촉매 베드 아래로의 재순환인 것이 특징인 방법.
  9. 제1항에 있어서, 제2 칼럼 네트 오버헤드 스트림의 재순환 단계가 촉매 베드 위로의 재순환인 것이 특징인 방법.
  10. 제8항에 있어서, 제1 칼럼으로 재순환시키기 전, 제2 칼럼 네트 오버헤드 스트림을 제2 칼럼 전체 오버헤드 스트림과의 열 교환에 의해 예열시키고, 이에 따라 상기 제2 칼럼 전체 오버헤드 스트림을 냉각 및 부분 응축시키는 단계를 추가로 포함하는 것이 특징인 방법.
  11. 제10항에 있어서, 예열된 제2 칼럼 네트 오버헤드 스트림이 외부 열 스트림에 의해 추가 예열되는 것이 특징인 방법.
  12. 제9항에 있어서, 제2 칼럼 네트 오버헤드 스트림의 재순환 단계가 추가로 제2 칼럼 네트 오버헤드 스트림을 냉각하는 단계를 포함하는 것이 특징인 방법.
  13. 제1항에 있어서, 제1 칼럼 환류 스트림이 제1 칼럼 전체 오버헤드 스트림과의 열 교환에 의해 예열되는 것이 특징인 방법.
  14. 제1항에 있어서, 냉각된 제1 칼럼 전체 오버헤드 스트림이 추가로 상온 냉각에 의해 냉각되는 것이 특징인 방법.
  15. 수소, 메탄, 에틸렌, 프로필렌, C2 내지 C5 불포화 탄화수소, 및 C6+ 불포화 탄화수소를 함유하는 분해 기체 원료 스트림 중에서 상기 에틸렌 및 프로필렌을 상기 C2 내지 C5 불포화 탄화수소 및 C6+ 불포화 탄화수소 중 적어도 일부로부터 분리시키고, 에틸렌 및 프로필렌의 수소화 없이 상기 C2 내지 C5 불포화 탄화수소 및 C6+ 불포화 탄화수소의 적어도 일부를 수소화하도록 상기 원료 스트림을 처리하는 방법으로서,
    a. 수소화 촉매 및 분별 구간을 함유하고 제1 압력에서 작동하는 접촉 증류 수소화 칼럼으로 상기 원료 스트림을 도입시켜, 상기 C2 내지 C5 불포화 탄화수소 및 C6+ 불포화 탄화수소의 적어도 일부를 수소화하는 단계;
    b. 에틸렌, 프로필렌, 및 상기 C2 내지 C4 탄화수소 및 C5 탄화수소의 일부를 함유하는 네트 오버헤드 스트림을 분리하는 단계;
    c. 상기 C6+ 탄화수소, 및 상기 C2 내지 C5 탄화수소의 일부를 함유하는 제1 바닥 스트림을 분리하고, 이 제1 바닥 스트림을 200℃ 미만의 온도로 유지시키는 단계;
    d. 상기 제1 바닥 스트림을 상기 제1 압력 보다 낮은 제2 압력에서 작동하는 분별 칼럼으로 도입시키는 단계;
    e. 상기 C6+ 탄화수소를 함유하는 네트 바닥 스트림을 분리하고, 이 네트 바닥 스트림을 200℃ 이하의 온도로 유지시키는 단계;
    f. 상기 C6+ 탄화수소의 일부와 상기 C2 내지 C5 탄화수소의 일부를 함유하는 분별 칼럼 네트 오버헤드 스트림을 분리하는 단계; 및
    g. 상기 분별 칼럼 네트 오버헤드 스트림을 상기 접촉 증류 수소화 칼럼으로 재순환시키는 단계를 포함하는 것이 특징인 방법.
  16. 제15항에 있어서, 제1 바닥 스트림 및 네트 바닥 스트림의 온도가 160℃ 미만인 것이 특징인 방법.
  17. 제15항에 있어서, 상기 네트 바닥 스트림에 존재하는 C5 탄화수소의 양이 1mol% 미만인 것이 특징인 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 접촉 증류 수소화 칼럼이 14 내지 20kg/㎠ 범위의 압력에서 작동하고, 상기 분별 칼럼이 4 내지 10kg/㎠ 범위의 압력에서 작동하는 것이 특징인 방법.
  19. 제15항에 있어서, 상기 네트 바닥 스트림에 존재하는 C4 탄화수소의 양이 1mol% 미만인 것이 특징인 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 접촉 증류 수소화 칼럼이 28 내지 43kg/㎠ 범위의 압력에서 작동하고, 상기 분별 칼럼이 5 내지 14kg/㎠ 범위의 압력에서 작동하는 것이 특징인 방법.
  21. 제15항에 있어서, 촉매 베드의 온도가 90 내지 135℃ 범위인 것이 특징인 방법.
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