KR101213520B1 - 탄화수소함유 공급 스트림의 분리 프로세스 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 올레핀 단량체, 공단량체 및 탄화수소 희석제를 포함하는 탄화수소함유 공급 스트림의 증류에 의한 분리 프로세스에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 본 발명에 따른 프로세스를 실행하기 위한 증류탑을 포함하는 증류 시스템에 관한 것이다.
Description
본 발명은 프로세스 제어에 관한 것이다. 제 1 측면에서, 본 발명은 증류 시스템의 작동을 향상시키기 위한 프로세스, 특히 탄화수소함유 공급 스트림을 분리하도록 되어 있는 프로세스에 관한 것이다. 특히, 본 발명은, 중합 프로세스로부터 획득되는 탄화수소함유 공급 스트림의 분리를 최적화하고 중합 프로세스에 재사용될 수 있는 탄화수소 희석제 (희석제), 단량체 및 공단량체를 회수하기 위한 프로세스에 관한 것이다. 다른 측면에서, 본 발명은 상기 프로세스를 수행하기 위한 증류 시스템에 관한 것이다.
일반적인 중합 반응에서, 단량체가 중합되는 반응기에 단량체, 희석제, 촉매, 공촉매, 및 선택적으로 공단량체와 수소가 공급된다. 희석제는 반응하지 않지만, 고형물 농도 (solids concentration) 를 제어하기 위해 그리고 촉매를 반응기에 도입하기 위한 편리한 메커니즘을 제공하기 위해 이용되는 것이 일반적이다.
그러한 중합 프로세스에 따르면, 희석제, 용해된 비반응 단량체 및 용해된 비반응 공단량체를 포함하는 액체에 중합체 고형물의 슬러리를 포함하는 중합 유출물 (polymerisation effluent) 이 생성된다. 일반적으로, 이 액체는 미량의 더 무거운 원소 (예컨대, 올리고머) 와 더 가벼운 원소 (H2, N2, O2, CO 및/또는 CO2 포함) 를 또한 포함한다. 촉매는 일반적으로 중합체에 포함될 수 있다.
중합체는 순간 기화 (flash vaporisation) 와 같은 기술에 의해 액체로부터 분리된다. 나중에, 비반응 단량체, 비반응 공단량체 및 희석제를 회수하기 위해 증기를 더 처리하는 것이 매우 바람직한데, 이러한 분리된 성분 (단량체, 공단량체, 희석제 포함) 을 중합 프로세스에서 재사용하는 것이 경제적으로 이득이기 때문이다.
본 기술분야에서, 중합 프로세스의 유출물에서 나오는 비반응 단량체, 비반응 공단량체 및 희석제를 포함하는 증기상 스트림의 분리가 그 성분의 분리를 위한 증류 시스템에서 처리될 수 있다는 것이 잘 알려져 있다. 미국특허 제 4,589,957 호에는, 예컨대, 단일중합 및/또는 공중합 프로세스의 유출물에서 나오는 단량체, 공단량체 및 희석제를 포함하는 탄화수소함유 증기상 스트림의 분리 프로세스가 기재되어 있다. 기재된 프로세스는, 증기상 스트림이 공통 축적 구역이 제공된 2단계 증류를 거치는 단계를 포함하며, 여기서 축적 구역으로부터의 응축물은 제 2 증류를 위한 공급물 및 제 1 증류를 위한 환류 (reflux) 의 근원으로서 작용한다.
상기 프로세스에서 중합 프로세스의 유출물로부터 나오는 분리된 성분의 재사용을 고려할 때, 증기상 유출 스트림의 분리 프로세스가 단량체, 공단량체 및 희석제의 고순도 스트림이 개별적으로 회수되도록 행해지는 것이 중요하다. 또한, 그러한 증기상 유출 스트림으로부터, 위에서 언급한 것과 같은 더 가벼운 성분을 실질적으로 제거할 것이 강하게 요구되는데, 그 이유는, 중합 프로세스에서의 그러한 더 가벼운 성분의 재순환은 중합 효율을 현저히 감소시키고 부 최적의 (sub-optimal) 중합 조건을 야기할 수 있기 때문이다.
그러나, 많은 증류 시스템에서 발생하는 주된 문제는, 그러한 시스템에서 사용되는 증류탑이 안정성 문제를 나타낸다는 것이다. 그러한 증류탑의 증류 조건은 온도 및 압력 값을 현저하게 변동시킬 수 있고, 따라서 작동 조건의 변동이 발생할 수 있다. 그 결과, 증기상 유출 스트림의 다른 성분들의 분리가 부 최적으로 된다.
증류 시스템에 관한 다른 문제는 희석제로부터 더 가벼운 성분 (H2, N2, O2, CO 및/또는 CO2 를 포함) 의 부 최적의 분리이다. 결과적으로, 중합 프로세스에서 이러한 성분을 포함하는 희석제의 사용은, 부 최적의 중합 조건을 발생시킬 수 있다.
증기상 중합 유출물 스트림을 분리하기 위한 증류 시스템과 관련된 또 다른 문제는, 분리 프로세스를 수행하는데 요구되는 다량의 에너지이다.
상기 내용을 고려할 때, 본 기술분야에서, 증기상 탄화수소함유 유출 스트림, 예컨대 중합 프로세스로부터 나오는 스트림을 분리하기 위한 더 정확한 시스템에 대한 요구가 존재함이 명백하다.
그러므로, 본 발명의 목적은, 탄화수소함유 공급 스트림의 분리를 최적화하기 위한 프로세스를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은, 증류 시스템의 작동을 향상시키기 위한 프로세스를 제공하는 것이다. 더 구체적으로, 본 발명의 목적은, 증류 시스템의 안정성을 향상시키기 위한 프로세스를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 탄화수소 공급 스트림에 포함된 다른 성분으로부터 더 가벼운 성분의 분리를 최대화하기 위한 프로세스를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 증류 시스템의 에너지 소비를 줄이기 위한 프로세스를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 중합 반응에서 재사용될 수 있는 양보다 더 많은 무올레핀 (무올레핀) 탄화수소 희석제가 재순환되는 프로세스를 제공하는 것이다.
본 발명은 탄화수소함유 공급 스트림의 분리를 위한 프로세스에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 주로, 단일중합 및/또는 공중합 프로세스로부터 유출물로부터 분리된 증기상 탄화수소함유 스트림의 분리를 향상시키기 위한 프로세스에 관한 것이다.
제 1 측면에서, 본 발명은, 올레핀 단량체, 공단량체 및 탄화수소 희석제를 포함하는 탄화수소함유 공급 스트림의 분리 프로세스로서,
- 상기 공급 스트림을 증류탑에 전달하는 단계, 및
- 상기 공급 스트림에 증류 조건을 가하여,
ㅇ 실질적으로 무올레핀의 탄화수소 희석제를 포함하는 탑저 스트림을 제거하고,
ㅇ 탄화수소 희석제를 포함하는 측 스트림을 제거하며,
ㅇ 올레핀 단량체, 탄화수소 희석제, 및 H2, N2, O2, CO, CO2 와 포름알데히드와 같은 다른 성분을 포함하는 탑정 증기 스트림을 제거하는 단계
를 포함하는 상기 분리 프로세스에 있어서, 상기 탑저 스트림의 적어도 일부를 상기 측 스트림에 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 탄화수소함유 공급 스트림의 분리 프로세스에 관한 것이다.
본 기술분야에서, 증류탑에서의 증류 조건이 크게 변화할 수 있고, 그 결과 작동 조건의 변동 및 유출 스트림의 부분적인 분리가 발생할 수 있음이 알려져 있다. 그러므로, 포름알데히드, H2, N2, O2, CO 및/또는 CO2 와 같은 더 가벼운 성분은, 탄화수소 희석제 측 및 탑저 스트림으로부터 불충분하게 분리될 수 있다.
본 발명에 의하면, 더 가벼운 성분을 포함하는 증기상 유출 스트림의 유량을 증가시킬 수 있으므로, 종래 프로세스의 문제점 중 적어도 일부를 극복할 수 있다. 이를 위해, 본 프로세스는, 증류탑으로부터 제거되는 실질적으로 무올레핀의 탄화수소 희석제를 포함하는 탑저 스트림의 양을 증가시키려는 것이다.
일 실시형태에서, 본 발명은,
- 탑저 스트림을 증류탑으로부터 제거하여, 그 탑저 스트림을 탑저 스트림 저장 용기에 저장하는 단계,
- 측 스트림을 증류탑으로부터 제거하여, 그 측 스트림을 측 스트림 저장 용기에 저장하는 단계,
- 탑저 스트림을 상기 탑저 스트림 저장 용기로부터 제거하는 단계, 및
- 탑저 스트림 저장 용기로부터 제거된 탑저 스트림의 적어도 일부를 상기 측 스트림 저장 용기에 공급하는 단계
를 포함하는, 탄화수소함유 공급 스트림의 분리 프로세스를 제공한다.
다른 실시형태에서, 본 발명은, 탑저 스트림 저장 용기로부터 제거된 탑저 스트림의 적어도 일부를 상기 측 스트림 저장 용기에 공급하는 단계가,
- 상기 탑저 스트림 저장 용기 내 상기 탑저 스트림의 높이를 측정하는 단계,
- 그 측정된 높이를 미리 결정된 높이와 비교하는 단계, 및
- 상기 측정된 높이가 상기 미리 결정된 높이를 초과하는 때, 탑저 스트림 저장 용기로부터 제거되는 탑저 스트림의 적어도 일부를 상기 측 스트림 저장 용기에 공급하는 단계
에 의해 조절되는 프로세스를 제공한다.
다른 바람직한 실시형태에서, 공급 스트림이 증류탑에 도입되기 전에 응축되어 응축물이 획득되고, 그 응축물이 응축물 용기에 저장되는 프로세스가 제공된다. 일 실시형태에 따르면, 상기 응축물은 상기 응축물 용기로부터 제거되고, 응축물의 적어도 일부가 환류 스트림으로서 증류탑으로 되돌려진다.
본 발명은, 증류탑으로부터 제거되는 탑저 스트림 (16) 의 유량이,
- B'/F' 와 동일한 비 설정값 (R') 을 결정하는 단계 (여기서, B' 은 탑저 스트림의 유량이고, F' 은 공급 스트림의 유량임),
- 증류탑에 도입되는 공급 스트림의 실제 유량 (F) 을 측정하는 단계,
- 실제 공급 스트림 유량 (F) 에 상기 비 설정값 (R') 을 곱하여, 탑저 스트림의 이론상 유량 (B*) 을 산출하는 단계,
- 증류탑으로부터 제거되는 탑저 스트림의 실제 유량 (B) 을 측정하는 단계, 및
- 실제 탑저 스트림 유량 (B) 을 이론상 탑저 스트림 유량 (B*) 에 맞추기 위하여, 상기 응축물 용기로부터 상기 증류탑으로의 환류 스트림의 유량을 조절하는 단계
에 의해 조절되는 프로세스를 제공한다.
일 실시형태에서, 비 설정값 (R') 은 이론적 값이다. 다른 실시형태에서, 비 설정값은 증기 스트림의 원하는 유량이 달성되도록 실시간으로 제어된다. 바람직하게는, 상기 비 설정값은 1.0 이하이다.
다른 실시형태에서, 상기 프로세스는, 제어된 스팀 유량 하에서 증류탑에서 획득되는 탑저 스트림의 일부를 재비등시키는 단계, 및 그 재비등된 일부를 증류탑으로 되돌리는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 상기 스팀 유량은 증류탑 내 온도, 바람직하게는 증류탑의 하측 절반부에 위치된 단의 온도의 함수로서 제어된다.
또 다른 실시형태에서, 상기 프로세스는 증류탑 섬프의 높이를 제어하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시형태에서, 상기 프로세스는 응축물 용기로부터 증류탑으로의 환류 스트림의 유량을 제어하는 단계를 포함한다.
본 프로세스에 따르면, 상기 탑저 스트림의 적어도 일부를 측 스트림에 보내거나 추가하는 단계는 다양한 유리한 효과를 갖는다.
본 발명의 프로세스 및 그의 다양한 향상에 의하면, 여기서 설명하는 것처럼, 중합 프로세스에서 개별적으로 회수되어 재사용될 수 있는 단량체, 공단량체 및 탄화수소 희석제의 다른 높은 순도 스트림에서 탄화수소함유 공급 스트림의 분리가 가능하다.
그리고, 본 발명의 프로세스에 따르면, 증류탑의 매우 안정적인 작동이 보장된다.
더욱이, 가벼운 성분의 유량이 모든 상황에서 증가되고 유지되어, 포름알데히드, H2, N2, O2, CO 및 CO2 와 같은 가벼운 성분의 적절한 제거가 보장된다.
증류탑에 도입되는 공급 스트림 유동에 대한 증류탑으로부터 제거되는 탑저 스트림 유동의 비를 변경함으로써, 탑저 스트림의 유량이 하류 변화에 무관하게 된다. 공급 스트림 유량의 변화만이 탑저 스트림 유량에 영향을 미친다. 비의 적절한 값을 선택함으로써, 모든 상황에서, 충분한 실질적으로 무올레핀의 탄화수소 희석제가 생성되는 것과, 가벼운 성분을 동반하도록 적절한 탑정 스트림 유량이 획득되는 것이 보장될 수 있다.
바람직한 실시형태에서, 증류탑에 도입되는 공급 스트림 유동에 대한 증류탑으로부터 제거되는 탑저 스트림 유동의 비는 1.0 이하이고, 예컨대 0.3 ～ 1.0 또는 0.4 ～ 0.95 이다.
본 발명의 프로세스에 따르면, 비는 이하에서 더 상세히 설명하는 것처럼 증류탑에 다양한 기술적 향상을 도입함으로써 변경될 수 있다.
더욱이, 본 발명의 프로세스에 의하면, 중합 반응의 재사용에 필요한 것보다 더 많은 탑저 스트림 생성물을 제거할 수 있다. 특히, 본 발명의 프로세스에 따라 제거되는 탄화수소 희석제는 중합 프로세스에서 재사용될 수 있다.
증류 구역을 빠져나오는 측 스트림으로부터 유래하는 탄화수소 희석제는, 일반적으로, 중합되는 단량체에 따라 단일중합 또는 공중합의 중합 반응기에서 희석제로서 사용된다. 특히, 바이모달 작동 하에서의 중합의 경우 제 2 중합 반응기에서 또는 모노모달 작동 하에서의 중합의 경우 제 1 및 제 2 반응기에서 희석제로서 사용되기에 매우 적합하다.
증류 구역으로부터 빠져나오는 탑저 측 스트림으로부터 유래하는 탄화수소 희석제는, 단일중합 또는 공중합 여부에 관계없이, 촉매 희석의 경우와 유사하게, 순수 희석제가 요구되는 프로세스의 임의의 장소에서 중합 구역으로 재순환될 수 있다.
몇몇의 경우에, 특히 모노모달 모드에서, 무올레핀 탄화수소 희석제의 제조는 실제 요구, 예컨대 중합 반응에서의 사용을 초과할 수 있다. 그렇지만, 본 발명에 따르면, 심지어 재사용을 위해 필요한 것보다 더 많은 무올레핀 탄화수소 희석제가 분리되는 경우에도, 본 발명의 프로세스는 하류 요구에 관계없이 과잉량의 탑저 스트림의 분리를 보장하고, 따라서 재순환을 위해 요구되는 양을 초과하는 양의 탑저 스트림을 측 스트림에 공급함으로써, 증류 시스템의 안정성을 보장한다. 본 기술분야의 종래 기술과 관련하여, 본 발명의 프로세스는, 특히 정화된 생성물, 즉 무올레핀 탄화수소 희석제를 '더 낮은 품질'과 순도의 생성물, 즉 탄화수소와 잔류량의 올레핀 단량체를 포함하는 측 스트림에 첨가하려 하므로, 통상적이지 않으며 평범하지 않다고 생각될 수 있다.
다른 실시형태에서, 본 발명은,
a) 증류탑에 공급 스트림을 공급하기 전에, 상기 공급 스트림을, a1) 공단량체를 포함하는 탑저 스트림, 및 a2) 탄화수소 희석제, 올레핀 단량체 및 H2, N2, O2, CO, CO2 와 포름알데히드와 같은 다른 성분을 포함하는 탑정 스트림으로 분리하는 단계, 및
b) 상기 탑정 스트림을 상기 증류탑에 공급하는 단계
를 포함하는 프로세스에 관한 것이다.
단계 a) 에서의 분리는 다른 증류탑에서 행해질 수 있다. 그러한 경우, 본 프로세스는 2 개의 증류탑의 사용을 포함한다.
다른 실시형태에서, 본 발명은,
a) 증류탑에 공급 스트림을 공급하기 전에, 상기 공급 스트림을, a1) 공단량체와 탄화수소 희석제를 포함하는 탑저 스트림, 및 a2) 탄화수소 희석제, 올레핀 단량체 및 H2, N2, O2, CO, CO2 와 포름알데히드와 같은 다른 성분을 포함하는 탑정 스트림으로 분리하는 단계, 및
b) 상기 탑정 스트림을 상기 증류탑에 공급하는 단계
를 포함하는 프로세스에 관한 것이다.
단계 a) 에서 얻은 탑저 스트림은, 바람직하게는, 공단량체를 포함하는 스트림과 탄화수소 희석제를 포함하는 스트림으로 더 분리된다. 단계 a) 의 분리는, 2 개의 다른 증류탑에서 행해질 수 있는데, 하나의 증류탑은 탑저 및 탑정 스트림의 분리를 행하고, 다른 증류탑은 상기 탑저 스트림을 추가로 분리한다. 그러한 경우, 본 프로세스는, 3 개의 증류탑의 사용을 포함한다.
다른 측면에서, 본 발명은, 올레핀 단량체, 공단량체 및 탄화수소 희석제를 포함하는 탄화수소함유 공급 스트림을,
- 실질적으로 무올레핀의 탄화수소 희석제를 포함하는 탑저 스트림,
- 탄화수소 희석제를 포함하는 측 스트림, 및
- 올레핀 단량체, 희석제 및 H2, N2, O2, CO, CO2 와 포름알데히드와 같은 다른 성분을 포함하는 탑정 증기 스트림
으로 분리하도록 구성된 증류탑을 포함하는 증류 시스템에 관한 것으로서, 상기 증류 시스템은,
- 상기 공급 스트림을 상기 증류탑에 공급하기 위한 공급 라인,
- 상기 증류탑으로부터 상기 탑저 스트림을 제거하기 위한 제거 장치, 제거된 탑저 스트림을 저장하기 위해 상기 제거 장치에 작동가능하게 연결된 탑저 스트림 저장 용기, 및 상기 탑저 스트림 저장 용기로부터 탑저 스트림을 제거하기 위해 상기 탑저 스트림 저장 용기에 작동가능하게 연결된 제거 라인,
- 상기 증류탑으로부터 상기 측 스트림을 제거하기 위한 제거 장치, 제거된 측 스트림을 저장하기 위해 상기 제거 장치에 작동가능하게 연결된 측 스트림 저장 용기, 및 상기 측 스트림 저장 용기로부터 측 스트림을 제거하기 위해 상기 측 스트림 저장 용기에 작동가능하게 연결된 제거 라인, 및
- 상기 증류탑으로부터 상기 탑정 증기 스트림을 제거하기 위한 제거 장치
를 포함한다.
증류 시스템은, 특히, 상기 제거 라인을 상기 측 스트림 저장 용기에 연결하는 연결 라인을 포함하는 것을 특징으로 한다. 특히, 연결 라인은 상기 제거 라인에 연결되고, 상기 측 스트림 저장 용기에 연결되며, 제거 라인을 측 스트림 저장 용기에 작동가능하게 연결한다.
일 실시형태에서, 증류 시스템은, 증류탑에 도입하기 전에 상기 공급 스트림을 응축시키기 위한 응축기, 및 그 응축된 공급 스트림을 저장하기 위한 응축물 용기를 포함한다.
다른 실시형태에서, 증류 시스템은, 상기 탑저 스트림 저장 용기 내 탑저 스트림의 높이를 측정하고 상기 탑저 스트림의 적어도 일부의 상기 측 스트림으로의 공급을 조절하기 위한 높이 제어기, 및 상기 연결 라인에 제공되고 상기 높이 제어기에 작동 가능하게 연결된 밸브를 포함한다.
또한, 본 발명은, 본 발명에 따른 프로세스를 실행하기에 적합한 증류탑을 포함하는 증류 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 여러 이점뿐만 아니라 다른 목적과 측면은, 상세한 설명, 도면 및 청구범위에 의해 본 기술분야의 당업자에게 명백해질 것이다.
도 1 은, 본 발명에 따른 3 개의 증류탑을 포함하는 증류 시스템의 일 실시형태의 개략도이다.
도 2 는, 도 1 에 나타낸 증류 시스템의 증류탑의 일 실시형태의 더 상세한 개략도이다.
도 3 은, 도 2 에 나타낸 증류탑의 작동을 제어하기 위한 제어 수단의 개략도이다.
도 4 는, 본 발명에 따른 1 개의 증류탑을 포함하는 증류 시스템의 다른 실시형태의 개략도이다.
도 5 및 도 6 은, 종래 증류 시스템과 본 발명에 따른 증류 시스템에서 측정된 증기 스트림의 유량, 응축물 용기 내 압력과 같은 증류 파라미터를 각각 나타내는 그래프이다.
도 2 는, 도 1 에 나타낸 증류 시스템의 증류탑의 일 실시형태의 더 상세한 개략도이다.
도 3 은, 도 2 에 나타낸 증류탑의 작동을 제어하기 위한 제어 수단의 개략도이다.
도 4 는, 본 발명에 따른 1 개의 증류탑을 포함하는 증류 시스템의 다른 실시형태의 개략도이다.
도 5 및 도 6 은, 종래 증류 시스템과 본 발명에 따른 증류 시스템에서 측정된 증기 스트림의 유량, 응축물 용기 내 압력과 같은 증류 파라미터를 각각 나타내는 그래프이다.
본 발명은 증기상 탄화수소 스트림의 분리 프로세스에 관한 것이다. 바람직한 예에서, 그러한 증기상 탄화수소 스트림은 중합 프로세스, 특히 에틸렌의 중합을 위한 중합 프로세스의 유출물로부터 나올 수 있다.
적합한 "에틸렌 중합"은 에틸렌의 단일중합, 에틸렌과 고급 (higher) 1-올레핀 공단량체, 예컨대 부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 1-옥텐 또는 1-데센과의 공중합을 포함하지만, 이에 국한되지 않는다. 바람직한 실시형태에서, 본 발명은, 단량체 에틸렌, 탄화수소 희석제로서의 이소부탄, 촉매, 공단량체 1-헥센과 수소를 포함하는 반응물이 사용되는 에틸렌 중합 반응의 유출물로부터 나오는 증기상 스트림의 분리 프로세스에 관한 것이다. 그러나, 본 분리 프로세스는, 공급 증기가 증류에 의해 분리될 수 있는 탄화수소를 포함하는 한, 다른 단량체, 공단량체 및 희석제 시스템을 포함하는 임의의 다른 중합 반응의 유출물에서 나오는 증기상 스트림을 분리하기 위해 적용될 수 있음을 이해할 것이다.
더 구체적으로, 본 발명은, 탄화수소함유 공급물의 분리 프로세스에 관한 것으로, 올레핀 단량체, 공단량체 및 탄화수소 희석제를 포함하는 상기 탄화수소함유 공급 스트림은, 폴리에틸렌을 제조하기 위한 그리고 바람직하게는 모노모달 (monomodal) 또는 바이모달 (bimodal) 폴리에틸렌을 제조하기 위한 중합 프로세스에서 획득되는 유출 스트림이다. 분리된 단량체, 탄화수소 희석제 및 공단량체가 상기 중합 프로세스에서 재사용되는 것이 바람직하다. "바이모달 PE"는, 서로 직렬로 연결된 2 개의 반응기 (두 반응기의 작동 조건이 상이함) 를 이용하여 제조되는 PE 를 가리킨다. "모노모달 PE"는 단일 반응기에서 또는 직렬로 연결된 2 개의 반응기 (두 반응기의 작동 조건이 동일함) 에서 생성된다.
여기서 사용되는 용어 "중합 슬러리" 또는 "중합체 슬러리" 또는 "슬러리" 는 실질적으로 중합체 고형물과 액체를 포함하는 2상 조성물을 의미한다. 고형물은 촉매 및 중합된 올레핀 (폴리에틸렌 등) 을 포함한다. 액체는, 용해된 단량체 (에틸렌 등), 공단량체, 분자량 조절제 (수소 등), 대전방지제, 오염방지제 (antifouling agent), 스캐빈저 (scavenger), 및 다른 프로세스 첨가제와 함께, 불활성 희석제 (이소부탄 등) 를 포함한다.
본원에서, 용어 "증류 시스템" 또는 "분리 시스템", "회수 시스템" 은 동의어로서 사용되며, 중합 반응의 유출 스트림으로부터 비반응 반응물을 분리하고 회수하는데 필요한 장치를 모두 포함하는 시스템을 가리킨다. 그러한 회수 시스템은 일반적으로 1 이상의 증류탑을 포함한다. 본원에서, 용어 "증류 구역" 및 "증류탑" 은 동의어로서 사용될 수 있다. 바람직한 실시형태에서, 본 발명의 증류 프로세스는 1 이상의 증류 구역 또는 증류탑을 포함하는 증류 시스템에서 행해진다.
바람직한 실시형태에서, 상기 증류탑 중 1 이상이 단탑 (tray column) 이다. 그러한 단탑은 증기와 액체 사이의 양호한 접촉을 제공하도록 액체를 보유하는 다양한 설계의 다수의 단 (tray) 을 포함한다. 단은 본질적으로 액체와 기체 사이의 분리의 분획을 각각 달성하는 단위 조작 (unit operation) 으로서 작용한다. 단이 많아지면, 분리의 정도가 더 좋아지고, 따라서 탑 (column) 성능이 더 좋아진다는 것은 분명하다. 그렇지만, 증류탑에서 다수의 단을 사용하는 것은, 특히 구조와 관련하여 중요한 단점을 갖는다. 그러므로, 본 발명은, 바람직하게는, 적은 개수, 바람직하게는 25 개 미만, 더 바람직하게는 20 개 미만의 단을 갖는 탑(들)을 구비하는 증류 시스템의 작동에 관한 것이다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 증류 프로세스가 적은 개수의 단을 갖는 증류탑에 적용되지만, 이하에서 더 상세히 설명하는 것처럼, 본 발명의 증류 시스템의 작동에서의 향상으로 인해, 더 많은 개수의 단을 갖는 탑의 경우와 유사한 정도의 분리를 달성할 수 있다. 유리하게는, 본 발명의 증류 프로세스의 적용은 더 적은 에너지 사용 및 더 적은 건설 비용이라는 이점을 포함한다.
대안적인 실시형태에서, 본 증류 프로세스는 분리벽형 증류탑 또는 분리벽형 탑에서 행해질 수 있다. 그러한 탑은, 용기 높이의 일부 또는 전부에 대해 한 측을 다른 측으로부터 분리하는 수직방향 파티션을 갖는 증류 용기이다. 그러한 탑이 다수의 단을 포함하더라도, 그러한 단일 탑의 사용이 건설 비용 및 에너지 요구와 관련하여 유리할 수 있다.
다른 대안적인 실시형태에서, 본 증류 프로세스는 충전탑에서 행해질 수 있다. 충전탑은 예컨대 고형물 입자로 충전된 탑을 의미하고, 이를 통해 액체가 유동하고 기체가 상승한다.
중합 프로세스를 따르면, 중합체 유출물이 일반적으로 순간 기화에 의해 액체로부터 분리된다. 본 발명에 따르면, 이로써 획득되는 증기상 공급 스트림 (단량체 (에틸렌 등), 공단량체 (1-헥센 등) 및 희석제 (이소부탄 등) 를 포함함) 이, 1 이상의 증류 구역을 포함하는 분리 시스템에서 개별 단량체, 공단량체 및 희석제 스트림으로 실질적으로 분리된다. 단량체, 공단량체 및 희석제의 개별 스트림이 다른 사용, 예컨대 중합 반응에서의 사용을 위해 회수된다. 플래시 탱크 (flash tank) 로부터 나오는 증기상 공급 스트림은 미량의 더 무거운 성분 (예컨대, 올리고머) 과 N2, H2, 및 가벼운 유독 성분 (O2, CO 및 CO2 등) 과 포름알데히드를 포함하는 더 가벼운 원소를 또한 포함한다. 또한, 본원에서, 그러한 성분은 촉매의 활동도에 유해하기 때문에 "유독 성분"으로 표기된다. 그러므로, 중합 반응기에 이 성분을 재도입하면, 촉매 활동도를 크게 저하시켜서, 중합 효율이 감소할 수 있다. 그러므로, 중합 프로세스에서의 재사용을 위해 실질적인 잔류량의 그러한 유독 성분없이 (공)단량체 및 희석제의 본질적으로 순수한 스트림을 회수하는 회수 시스템을 구비하는 것이 가장 중요하다.
본 발명의 프로세스에 따르면, 공급 스트림이 증류탑에 도입되고, 실질적으로 무올레핀의 탄화수소 희석제를 포함하는 탑저 스트림, 탄화수소 희석제를 포함하는 측 스트림 및 올레핀 단량체, 희석제와 다른 성분, 예컨대 H2, N2, O2, CO, CO2 와 포름알데히드를 포함하는 탑정 증기 스트림을 제거하는 증류 조건을 거친다.
본 명세서에서, 증류된 스트림의 1 이상의 생성물이라고 인용하는 것은, 80 % 초과, 바람직하게는 90 % 초과, 더 바람직하게는 95 % 초과, 보다 더 바람직하게는 99 % 초과의 언급하는 생성물을 포함하는 스트림을 인용하는 것이다.
탑저 스트림은 실질적으로 무올레핀의 탄화수소 희석제를 포함한다. 용어 "실질적으로 무올레핀의 탄화수소 희석제" 또는 "무올레핀 희석제" 등은, 본원에서, 5000 ppm 미만, 바람직하게는 1000 ppm 미만, 더 바람직하게는 100 ppm 미만의 단량체 및/또는 공단량체를 포함하는 탄화수소 희석제를 나타내는 동의어로서 사용된다. 실질적으로 미량의 단량체 (에틸렌 등) 및/또는 공단량체 (헥센 등) 가 없는, 증류탑에서 나오는 무올레핀 탄화수소 희석제 (이소부탄 등) 의 탑저 스트림은 저장 탱크에 보내져서, 예컨대 중합 반응기의 도관 및 순환 펌프의 플러싱 (flushing) 을 위해 또는 예컨대 머드 폿 (mud pot) 에서의 촉매 제조를 위해 더 사용될 수 있다. 이 무올레핀 희석제는, 촉매 희석과 같이 순수 희석제가 요구되는 프로세스의 임의의 위치에서 단일중합 또는 공중합에 상관없이 중합 구역으로 재순환될 수 있다.
증류탑에서 나오는 탄화수소 희석제의 측 스트림은 일반적으로 저장 탱크에 보내져서 더 사용된다. 바람직하게는, 측 스트림에서의 H2, N2, O2, CO 와 CO2, 포름알데히드와 같은 다른 성분의 양은 10 ppm 미만이고, 바람직하게는 1 ppm 미만, 더 바람직하게는 0.5 ppm 미만이다. 다른 바람직한 실시형태에서, 측 스트림에 남아 있는 단량체 및/또는 공단량체의 양은 25 % 미만, 바람직하게는 10 % 미만, 더 바람직하게는 5 % 이다. 측 스트림 생성물의 저장 탱크 내 다량의 단량체는, 증발 및 실질적인 단량체 손실 (loss) 로 이어질 수 있다. 측 스트림 생성물 내 단량체의 양을 25 % 미만, 바람직하게는 10 % 미만, 또는 심지어 5 % 미만으로 유지함으로써, 저장 탱크로부터 단량체의 증발이 감소될 수 있고, 대기 조건 (atmospheric condition) 에서 측 스트림 생성물의 저장이 가능해진다. 증류 구역으로부터 나오는 측 스트림으로부터 유래하는 탄화수소 희석제는 일반적으로 중합될 단량체에 따라 중합 (단일중합 또는 공중합) 반응기에서 희석제로서 사용된다. 특히, 바이모달 작동 하에서의 중합시 제 2 중합 반응기에서 또는 모노모달 작동 하에서의 중합시 제 1 및 제 2 반응기에서 희석제로서 사용되기에 매우 적합하다.
가벼운 성분, 예컨대 포름알데히드, H2, N2, O2, CO 및 CO2 는, 동반된 희석제 및 단량체의 대부분을 회수하기 위한 배기 응축기를 통과한 후, 증기 스트림으로서 일부 잔류 단량체 및 희석제와 함께 증류 구역을 나온다. 이 가벼운 성분은, 남아 있는 단량체와 탄화수소 희석제로부터 가벼운 성분을 더 분리하는 에틸렌 회수 유닛 (ERU) 에서 더 처리된다. 바람직하게는, ERU 로 보내지는 잔류 희석제의 양은 50 % 미만이고, 바람직하게는 30 % 미만이다. 바람직하게는, ERU 로 보내지는 잔류 단량체의 양은 50 % 미만이다. ERU 유닛에 의해 회수되는 단량체 및 희석제는 중합 프로세스에서 재사용되는 것이 바람직하다.
일 실시형태에서, 본 발명의 증류 프로세스는 하나의 증류 구역 또는 탑을 포함하는 증류 시스템에서 행해진다. 바람직하게는 상기 탑은 분리벽형 증류탑 또는 분리벽형 탑을 포함할 수 있다.
다른 실시형태에서, 본 발명의 증류 프로세스는 2 개의 증류 구역 또는 탑을 포함하는 증류 시스템에서 행해진다. 그러한 경우, 본 발명은, 하기 단계를 포함하는 프로세스를 제공한다:
a) 탄화수소함유 공급물이, a1) 공단량체를 포함하는 탑저 스트림, 및 a2) 탄화수소 희석제, 올레핀 단량체 및 다른 성분, 예컨대 H2, N2, O2, CO, CO2 및 포름알데히드를 포함하는 탑정 스트림을 제거하는 증류 조건을 거치도록, 탄화수소함유 공급물을 제 1 증류 구역에 전달하는 단계, 및
b) 단계 a) 의 탑정 스트림이, b1) 실질적으로 무올레핀의 탄화수소 희석제를 포함하는 탑저 스트림, b2) 탄화수소 희석제를 포함하는 측 스트림 및 b3) 올레핀 단량체, 희석제 및 다른 성분, 예컨대 포름알데히드, H2, N2, O2, CO 및 CO2 를 포함하는 탑정 증기 스트림을 제거하는 증류 조건을 거치도록, 상기 탑정 스트림을 제 2 증류 구역에 도입하는 단계.
또 다른 실시형태에서, 본 발명의 증류 프로세스는 3 개의 증류 구역 또는 탑을 포함하는 증류 시스템에서 행해진다. 그러한 경우, 본 발명은 하기 단계를 포함하는 프로세스를 제공한다:
a) 상기 공급물이, a1) 공단량체 및 탄화수소 희석제를 포함하는 탑저 스트림, 및 a2) 탄화수소 희석제, 올레핀 단량체 및 다른 성분, 예컨대 H2, N2, O2, CO, CO2 및 포름알데히드를 포함하는 탑정 스트림을 제거하는 증류 조건을 거치도록, 상기 공급물을 제 1 증류 구역에 전달하는 단계,
b) 단계 a) 의 탑저 스트림이 b1) 공단량체를 포함하는 탑저 스트림 및 b2) 탄화수소 희석제를 포함하는 탑정 스트림을 제거하는 증류 조건을 거치도록, 상기 탑저 스트림을 제 2 증류 구역에 도입하는 단계, 및
c) 단계 a) 의 탑정 스트림이 c1 ) 실질적으로 무올레핀의 탄화수소 희석제를 포함하는 탑저 스트림, c2) 탄화수소 희석제를 포함하는 측 스트림 및 c3) 올레핀 단량체, 희석제 및 다른 성분, 예컨대 포름알데히드, H2, N2, O2, CO 및 CO2 를 포함하는 탑정 증기 스트림을 제거하는 증류 조건을 거치도록, 상기 탑정 스트림을 제 3 증류 구역에 도입하는 단계.
스트림 b2) 에서 얻어지는 탄화수소 희석제는 제 1 증류 구역으로 되돌려질 수 있다.
본 발명의 프로세스는 특히, 상기 탑저 스트림의 적어도 일부를 상기 측 스트림과 합치는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 일반적으로, 증류탑으로부터 나오는 무올레핀 탄화수소 희석제의 탑저 스트림 및 탄화수소 희석제의 측 스트림은 모두 개별 저장 탱크로 보내진다. 본 발명의 프로세스는, 필요한 경우에는 언제나, 증류탑으로부터 얻어지는 탑저 스트림의 적어도 일부를 증류탑으로부터 얻어지는 측 스트림의 저장 탱크에 추가하는 단계를 포함한다. 예컨대 탑저 스트림 저장 용기 내 탑저 스트림의 높이가 미리 결정된 높이보다 높은 경우, 탑저 스트림의 적어도 일부가 측 스트림 용기에 추가된다. 측 스트림을 탑저 스트림으로 "희석"하면, 탑저 스트림 생성물을 위한 저장 탱크 내 생성물의 높이를 제어할 수 있다.
다른 실시형태에서, 공급 스트림은 증류탑에 도입되기 전에 응축되어, 응축물이 얻어지고, 상기 응축물은 응축물 용기 (환류 드럼 (reflux drum)) 에 저장된다.
공급 스트림 유량에 대한 탑저 스트림 유량의 비의 제어의 측면에서, 그리고 특히 이론상 결정된 비 설정값 또는 실시간으로 결정되는 비 설정값을 충족시키기 위해, 탑저 스트림의 일부의 측 스트림으로의 공급이 더 요구된다.
본 발명의 프로세스에 따르면, 증류탑으로부터 제거되는 탑저 스트림 (16) 의 유량은 다음 단계에 의해 조절된다:
- B'/F' 와 동일한 비 설정값 (R') 을 결정하는 단계 (여기서, B' 은 탑저 스트림의 유량이고, F' 은 공급 스트림의 유량임),
- 증류탑에 도입되는 공급 스트림의 실제 유량 (F) 을 측정하는 단계,
- 실제 공급 스트림 유량 (F) 에 상기 비 설정값 (R') 을 곱하여, 탑저 스트림의 이론상 유량 (B*) 을 산출하는 단계,
- 증류탑으로부터 제거되는 탑저 스트림의 실제 유량 (B) 을 측정하는 단계, 및
- 실제 탑저 스트림 유량 (B) 을 이론상 탑저 스트림 유량 (B*) 에 맞추기 위하여, 상기 응축물 용기로부터 상기 증류탑으로의 환류 스트림의 유량을 조절하는 단계.
따라서, 환류 스트림의 유량은 이론상 탑저 스트림 유량 (B*) 을 충족시키도록 조절된다.
일반적으로 여기서 사용되는 용어 "설정값 (set point)" 은 자동으로 또는 수동으로 결정된 값을 나타내려는 것임에 주의해야 한다. 일 실시형태에서, 상기 비 설정값 (R') 은 이론적으로 결정된다. 다른 실시형태에서, 예컨대 도 3 의 제어도에 나타낸 것처럼, 비 설정값 (R') 은 증기 스트림의 원하는 유량이 달성되도록 실시간으로 제어된다.
그리고, 본원에서 사용되는 용어 "환류 스트림" 은, 응축물 용기로부터 증류탑으로 되돌려지는 탄화수소 희석제를 포함하는 생성물 스트림을 가리키는 것이다.
본 발명의 프로세스에 따르면, 비 설정값이 1.0 이하이며, 바람직하게는 0.3 ～ 1.0, 더 바람직하게는 0.4 ～ 0.95 이고, 예컨대 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8 또는 0.9 일 수 있다. 본 발명의 프로세스에 따른 적절한, 공급 스트림 유량에 대한 탑저 스트림 유량의 비 설정값은, 가벼운 성분을 제거하기 위해 ERU 에 충분한 무올레핀 희석제 생성물과 적절한 배기 (venting) 를 보장하도록 수동으로 또는 자동으로 조절될 수 있다. 본 발명의 증류 시스템의 조절, 특히 상기한 비 설정값에 대한 탑저 스트림 유량의 조절에 의해, 탑정 증기 스트림의 양을 조절 및 증가시킬 수 있고, 그 결과 측 스트림에 존재하는 가벼운 독 (poison) 의 양을 줄일 수 있다.
증류탑 작동에 대한 다른 개선점에는, 증류탑 내 증류 조건의 안정화의 향상이 포함된다. 이를 위해, 본 발명의 프로세스는, 바람직한 실시형태에서, 제어된 스팀 유량 하에서 증류탑에서 획득된 탑저 스트림의 일부를 재비등 (re-boiling) 시키고 그 재비등된 부분을 증류탑으로 되돌리는 추가의 단계를 제공한다. 바람직한 실시형태에서, 프로세스는 증류탑 내 온도의 함수로서 스팀 유량을 제어하는 것을 포함한다. 바람직하게는, 스팀 유량은 증류탑의 하측 절반부, 즉 증류탑 높이의 1/2 이하에 위치된, 더 바람직하게는 증류탑의 하측 1/4 부분, 즉 증류탑 높이의 1/4 이하에 위치된 단의 온도의 함수로서 제어된다. 증류 온도의 함수로서 스팀 유량을 제어하면, 비등 속도의 강한 변화가 증류 압력에 미치는 영향을 제거하면서, 적절한 내부 환류 및 분리 품질을 제공할 수 있다. 본 발명에 따른 프로세스의 실행의 다른 중요한 이점은, 증류 프로세스에 의한 스팀 소비의 현저한 감소이다. 평균 스팀 소비뿐만 아니라 그와 관련된 비용도 현저히 감소될 수 있다.
특히, 본 발명에 따르면, 증류탑의 탑저 생성물 스트림의 품질을 나타내기에 적합한 민감성 단 온도가 식별된다. 이 온도가, 재비등기 (reboiler) 스팀 유량을 구동하고 제어하는 온도 제어기 시스템의 입력 파라미터로 사용된다. 그리고, 제어기 시스템을 증류 구역의 압력 변화에 가능한 한 둔감하게 하기 위해, 제어기 파라미터는 제어기 시스템의 비교적 느린 반응을 달성하도록 선택된다. 그렇게 함으로써, 탑 내 장기 변화, 예컨대 처리량 변화는 보상되지만, 단기 압력 변화는 거의 무시되어 제어기 시스템을 통과하고, 따라서 재비등기에 대한 스팀 유량의 불필요한 보정이 회피된다.
실제로, 탑 내 압력의 임의의 변화는 탑 내 모든 곳에서 온도 변화를 발생시키며, 이는 조성의 변화로 연결되지 않는다. "빠른" 제어기가 사용된다면, 재비등 스팀 유동 제어를 위해 사용되는 민감성 단에서 특히 탑 압력의 그러한 임의의 변화 및 그에 따른 온도 변화는, 비록 조성이 동일하게 유지될 수 있지만, 조성 변화로서 제어기에 의해 해석된다. 이 가정된 조성 변화를 수정하기 위해, 제어기는 재비등기로의 스팀 유량을 증가 또는 감소시킬 수 있고, 이는 원하지 않는 참 (true) 조성 변화를 발생시킨다. 일단 압력이 표준 값으로 복귀되면, 민감성 단에서의 온도가 그의 설정값으로부터 멀어지도록 이동하고, 그 결과 새로운 스팀 유량 조절이 이루어진다. 이러한 사이클이 시스템을 위한 약간의 변동을 가지면서 반복된다.
그러한 변동 문제를 회피하기 위해, 본 발명은 느린 제어기의 사용을 포함한다. 제어기를 "느리게" 함으로써, 제어기가 현저한 방식으로 스팀 유량을 수정할 시간을 갖기 전에, 빠른 압력 변화를 발생시키는 온도 변화가 사라지고, 따라서 전술한 변동 거동이 회피된다.
전술한 바와 같이, 바람직한 실시형태에서, 공급 스트림은 증류탑에 도입되기 전에 응축되어, 응축물이 획득되며, 상기 응축물은 응축물 용기 (환류 드럼) 에 저장된다. 일 실시형태에서, 본 발명의 증류 프로세스는, 측 스트림 유량을 응축물 용기의 높이에 맞추는 단계를 포함한다. 이를 위해, 응축물 용기 내 응축물의 높이를 측정하고, 예컨대 (응축물 용기로부터 측 스트림을 제거하기 위한 라인에 제공된) 밸브의 구멍을 조작함으로써, 측 스트림 저장 용기로 보내지는 응축물의 양을 조절하는 높이 제어기 (level controller) 가 제공된다.
다른 실시형태에서, 본 발명의 프로세스는, 부가적인 안전 높이 제어기에 의해 응축물 용기의 환류 유량을 제어하는 단계를 포함하며, 안전 높이 제어기는 응축물 용기가 완전히 건조될 우려가 있는 때에는 언제나 환류 유량의 제어를 맡아서, 환류 펌프를 정지시킨다.
다른 실시형태에서, 본 발명의 프로세스는, 증류탑의 섬프 높이 (sump level) 를 탑저 스트림 유동에 맞추는 단계를 포함한다. 이를 위해, 탑 섬프 내 높이를 측정하고, 예컨대 증류탑으로부터 탑저 스트림을 제거하기 위해 라인에 제공된 밸브의 구멍을 조작함으로써, 탑으로부터 제거되어 탑저 스트림 저장 용기로 보내지는 탑저 스트림의 양을 조절하는, 높이 제어기가 제공된다.
또 다른 실시형태에서, 본 발명의 프로세스는, 부가적인 안전 높이 제어기에 의해 증류탑 섬프의 높이를 제어하는 단계를 포함한다. 그러한 높이 제어기는 증류탑 섬프가 과잉 충전될 우려가 있는 때에는 언제나 섬프 높이의 제어를 맡는다.
본 발명은, 폴리에틸렌을 제조하기 위한 중합 프로세스로부터 얻어지는 유출 스트림인, 올레핀 단량체, 공단량체 및 탄화수소 희석제를 포함하는 탄화수소함유 공급 스트림의 분리를 최적화하기에 특히 적합하다. 본 발명의 프로세스는, 모노모달 또는 바이모달 모드의 폴리에틸렌을 제조하기 위한 중합 프로세스로부터 얻어지는 탄화수소함유 공급 스트림의 분리를 위해 적용될 수 있다. 이러한 측면에서, 증류 시스템의 작동 조건을 현저히 수정할 필요없이, 폴리에틸렌을 제조하는 모노모달 모드로부터 바이모달 모드로 매끄럽게 전환할 수 있다. 특히 바람직한 실시형태에서, 본 발명에 따라 분리된 탄화수소 희석제, 단량체 및 공단량체는 상기 중합 프로세스에서 재사용된다.
본 발명의 회수 프로세스의 개략적인 흐름도 및 장치, 특히 본 발명에서 유용한 증류 구역 또는 탑을 보여주는 도면을 참조하여, 본 발명을 더 설명한다.
도 1 에 나타낸 것처럼, 본 발명에 따른 증류 시스템 (100) 은, 에틸렌 회수 유닛 (도시 생략) 과 3 개의 증류탑 (2, 3, 4) 으로 구성될 수 있다. 그러한 증류 시스템에서 본 발명에 따라 분리될 탄화수소함유 공급 스트림 (1) 은, 일반적으로, 용매 (희석제), 중합체 및 비반응 단량체를 포함하는 스트림이 갑자기 증발되거나 그렇지 않으면 그로부터 용매 또는 희석제 및 단량체를 제거하도록 처리되는 중합 반응기의 플래시 탱크 및 퍼지 칼럼 (purge column) 으로부터 나오는 탑정 스트림일 것이다. 본 발명에 따라 분리되는 현재 바람직한 성분 스트림은 단량체, 예컨대 에틸렌, 공단량체, 예컨대 1-헥센, 및 희석제, 예컨대 이소부탄을 포함한다. 그렇지만, 본 발명의 증류 시스템은, 공급 증기가 증류에 의해 분리될 수 있는 탄화수소를 포함하는 한, 다른 단량체, 공단량체 및 희석제 시스템에 동일하게 적용될 수 있음을 인식해야 한다. 또한, 미량의 더 무거운 성분 (예컨대, 올리고머) 과 더 가벼운 성분, 예컨대, 포름알데히드, N2, H2, 및 O2, CO 와 CO2 와 같은 성분이 그러한 유출 스트림에 일반적으로 존재한다.
제 1 증류탑 (2) 은, 이소부탄, 헥센 및 무거운 성분 (액상 탑저 생성물 (5) 로서 빠져나옴) 의 혼합물을 러프 커트 (rough cut) 한다. 무거운 탑저 생성물은 제 2 증류탑 (4) 에서 더 처리되어, 3 개의 생성물 스트림으로 분리된다. 상부 생성물 (6) 로서 빠져나오는 이소부탄 증기가 제 1 증류탑 (2) 의 공급물을 이루거나 또는 중합 구역으로 재순환된다. 정화된 액상 헥센 스트림 (7) 이 탑 섬프의 바로 위에서 단으로부터 회수되고 보내져서, 중합 반응기(들)로의 재순환을 위해 저장된다. 무거운 성분 (8) 은 탑 (4) 섬프로부터 회수되고, 높은 탑 저부 온도에서 배수 절차가 시작된다. 모든 가벼운 성분과 함께 제 1 증류탑 (2) 의 상부 (9) 로부터 빠져나오는 이소부탄, 잔류 단량체가 더 분리되기 위해 증기 스트림으로서 제 3 증류탑 (3) 으로 보내진다. 제 3 증류탑 (3) 은 3 개의 생성물 스트림을 생성하도록 사용된다. 더 구체적으로, 이 증류탑 (3) 은, 잔류량의 (공)단량체를 포함하는 이소부탄 희석제로부터 그리고 단량체, 부가적인 잔류 이소부탄 및 포름알데히드, H2, N2, O2, CO 와 CO2 와 같은 다른 성분을 포함하는 가벼운 증기 스트림으로부터 무올레핀 이소부탄 희석제를 분리하도록 사용된다. 실질적으로 순수한 이소부탄, 이른바 "실질적으로 무올레핀의" 이소부탄이 액상 탑저 생성물 (10) 로서 획득된다. 가벼운 성분, 예컨대 포름알데히드, H2, N2, O2, CO 및 CO2 가 에틸렌 및 약간의 잔류 이소부탄과 함께 증기 스트림 (12) 으로서 증류탑 (3) 을 빠져나오고, 더 정화 및 분리된다. 잔류 이소부탄은 액상 측 스트림 (11) 으로서 증류탑 (3) 을 빠져나온다. 따라서, 제 3 증류탑에서의 증류 프로세스를 통해, 측 스트림의 잔류량의 에틸렌을 포함하는 이소부탄 희석제뿐만 아니라, 탑저 스트림의 실질적으로 무올레핀의 이소부탄 희석제를 분리할 수 있다. 상기 실질적으로 무올레핀의 이소부탄 희석제 및 상기 이소부탄 희석제는 중합 프로세스에서 재순환되고 재사용된다. 그리고, 증기 스트림 (12) 으로부터 분리되는 이소부탄 희석제 및 에틸렌 단량체도 또한 중합 프로세스에서 재순환되고 재사용된다.
이제, 도 2 및 도 3 을 참조하여 보면, 제 1 증류탑 (2) (도 1 참조) 의 상부로부터 빠져나오는, 단량체, 이소부탄 희석제 및 다른 성분, 예컨대, 포름알데히드, H2, N2, O2, CO 와 CO2 를 포함하는 증기 스트림 (9) 의 분리가 더 도시되어 있다. 증류탑 (3), 측 스트림 생성물을 저장하기 위한 제 1 저장 용기 (22) 및 탑저 스트림 생성물을 저장하기 위한 제 2 저장 용기 (17) 를 포함하는 제 3 증류 구역이 도시되어 있다. 증류탑 (3) 은 탑정 스트림 (9) 의 응축물을 저장하기 위한 응축물 용기 (14) 에 서로 연결되어 있다.
탄화수소함유 공급 스트림은 라인 9 를 통해 제 1 증류탑 (2) (도 1 참조) 으로부터 제거되고, 수냉식 열교환기 또는 응축기 (13) 를 통과한다. 형성된 응축물은 응축물 용기 (14) 에 전달된다. 에틸렌, 이소부탄 및 더 가벼운 원소, 예컨대 포름알데히드, N2, H2, 및 O2, CO 와 CO2 와 같은 성분을 포함하는 액상 응축물의 일부가 응축물 용기 (14) 로부터 라인 15 를 통해 공급물로서 제 3 증류탑 (3) 에 전달된다. 증류탑 (3) 내 조건은, 실질적으로 에틸렌이 없는 이소부탄 희석제를 포함하는 탑저 스트림 (16) 이 획득되도록 된다. 이 탑저 스트림 (16) 은 증류탑 (3) 의 하부로부터 라인 16 을 통해 제거되며, 수냉식 열교환기 (도시 생략) 를 통과하고, 저장 및 이후 핸들링을 위해 용기 (17) 내로 도입된다.
이소부탄 희석제 및 잔류량의 에틸렌은 제 3 증류탑 (3) 으로부터 그리고 응축물 용기 (14) 로부터 액상 측 스트림 (21) 으로서 라인 21 을 통해 제거되고, 저장 및 이후 핸들링을 위해 저장 용기 (22) 내로 도입된다. 이소부탄 희석제는 용기 (22) 로부터 라인 23 을 통해 제거된다. 가벼운 성분, 예컨대 포름알데히드, H2, N2, O2, CO 및 CO2 는 증류탑 (3) 을 빠져나와서 응축물 용기 (14) 로부터 증기 스트림으로서 잔류 에틸렌 및 약간의 잔류 이소부탄과 함께 나와서, 동반된 이소부탄의 대부분의 회수를 위한 배기 응축기 (도시 생략) 를 통과하고, 에틸렌 회수 유닛 (24) 에서 더 처리된다.
제 3 증류 구역은, 제어된 스팀 유량 하에서 탑저 스트림 (16) 의 일부의 재비등을 제공하기 위한 수단 (장치) 을 더 포함한다. 스팀 유량의 제어는 높이 제어기에 의해 획득될 수 있다. 더 구체적으로, 탑저 스트림의 일부는, 탑저 스트림의 일부를 스팀-가열된 열교환기 (19) 를 통과시키고 가열된 스트림을 라인 18 을 통해 증류탑 (3) 으로 되돌림으로써, 증류탑 (3) 을 위한 재비등기 열 (heat) 로서 사용된다. 단일중합 또는 공중합 반응기로의 재순환을 위해, 이소부탄 희석제는 용기 (17) 로부터 라인 20 을 통해 제거된다.
실제로, 온도 제어기 (58) 는, (측정된 온도가 미리 결정된 온도와 다른 때에) 재비등기 (19) 에 스팀 (39) 을 공급하기 위한 라인에 제공된 밸브 (43) 의 구멍을 조작함으로써, 탑저 생성물 품질을 나타내는 민감성 단 온도를 제어할 수 있다. 바람직하게는, 탑의 하측 절반부에 위치된 단의 온도는 상기 온도 제어기 (58) 에 의해 측정될 수 있다.
증류 시스템은 여러 제어기를 제공함으로써 개조된다.
제 3 증류 구역에는, 특히, 제거 라인 (20) 을 측 스트림 저장 용기 (22) 에 연결하기 위한 수단 또는 장치가 제공된다. 과잉 무에틸렌 이소부탄 희석제는, 라인 25 를 통해 잔류량의 에틸렌을 포함하는 이소부탄 희석제를 위한 저장 용기 (22) 로 보내진다. 이로써, 특히 과잉 생성이 측 스트림 생성물에 추가될 수 있으므로, 재순환 목적에 필요한 것보다 더 많은 무에틸렌 이소부탄 희석제의 생성이 가능해진다.
더 구체적으로, 바람직한 실시형태에서, 탑저 스트림 (16) 은 증류탑으로부터 제거되어, 탑저 스트림 저장 용기 (17) 에 공급된다. 이와 유사하게, 측 스트림 (21) 은 측 스트림 저장 용기 (22) 에 공급된다. 공급 라인 (25) 은, 탑저 생성물 용기 (17) 로부터 액상 탑저 생성물을 제거하는 탑저 스트림 라인 (20) 을 측 스트림 저장 용기 (22) 에 연결한다. 저장 용기 (17) 에 존재하는 탑저 스트림의 높이는 높이 제어기 (57) 를 이용하여 측정된다. 측정된 높이는 미리 결정된 높이와 비교된다. 측정된 높이가 미리 결정된 높이를 초과하는 때, 탑저 스트림의 적어도 일부가 측 스트림 용기 (22) 로 보내진다. 높이 제어기 (57) 는, 제거 라인 (20) 을 측 생성물 저장 탱크 (22) 에 연결하는 라인 25 에 제공된 밸브 (40) 의 구멍을 조작함으로써, 저장 용기 (17) 내 탑저 스트림 생성물의 높이를 제어한다. 본 프로세스는 상기 탑저 스트림 저장 용기 (17) 내 탑저 스트림의 높이를 비교적 일정한 값으로 유지하는 것을 목적으로 한다.
본 프로세스는, 제 3 증류 구역에 도입되는 탑정 스트림 (9) 유량에 대한 제 3 증류 구역으로부터 제거되는 탑저 스트림 (16) 유량의 비를 비 제어기 (도시 생략) 에 의해 변경하는 단계를 포함한다. 따라서, 비 제어기는 무올레핀 이소부탄 탑저 스트림 (16) 과 라인 9 를 통한 탑에의 공급 사이의 비를 제어한다. 이 비는, 라인 15 를 통한 탑으로의 환류를 조작하고 그 라인 15 에 있는 제어 밸브 (27) 를 개폐함으로써 제어된다. 그렇게 함으로써, 탑저 인출 속도 (bottom draw rate) 는 하류 변화에 무관하게 된다. 라인 9 를 통한 탑에의 공급 속도의 변화만이 무올레핀 이소부탄 인출 속도에 영향을 미친다. 비 설정값의 적절한 값을 선택함으로써, 측 스트림에서 이소부탄의 생성이 감소되고 모든 가벼운 성분이 동반되게 에틸렌 회수 유닛으로의 적절한 증기 유량을 보장하도록, 모든 경우에 충분한 무올레핀 이소부탄이 생성되는 것이 보장된다.
실제로, 비 설정값, 즉 공급 스트림 (9) 유량에 대한 탑저 스트림 (16) 유량의 비는 비 제어기에 의해 설정된다. 유동 제어기 (50) 는 탑정 스트림 (112) 을 제어하고, 따라서 비 제어기의 설정값을 조작함으로써 에틸렌 회수 유닛으로 배출되는 가벼운 성분의 양을 제어한다. 비 설정값은 원하는 탑정 스트림 유량의 함수이다. 이 비 설정값은 바람직하게는 1.0 이하이고, 예컨대 0.3 ～ 1.0, 또는 0.4 ～ 0.95 이다.
증류탑 (3) 으로의 공급 스트림 (9) 의 유량은 유동 측정 장치 (51) 에 의해 측정된다. 이 측정된 유량은, 저부 유량 (16) 의 설정값 또는 이론적 값을 산출하기 위해, 비 설정값과 함께 승수기 (multiplier, 52) 에서 사용된다. 특히, 그러한 승수기 (52) 는 공급 유량에 비 설정값을 곱하고, 이 산출된 값을, 저부 유량 (16) 을 제어하는 유동 제어기 (53) 를 위한 설정값으로서 사용한다. 유동 제어기 (53) 는, 환류 유량 제어기 (54) 를 통해 환류 스트림 (15) 유량을 조작함으로써 저부 유량을 제어한다. 환류 유량 제어기 (54) 는, 응축물 용기 (14) 를 증류탑 (3) 에 연결하는 환류 라인 (15) 에 제공된 밸브 (27) 의 구멍을 조작함으로써, 환류 스트림 유량 (15) 을 제어한다.
더욱이, 본 프로세스는 증류탑 섬프 (26) 의 높이를 제어하는 단계를 포함한다. 증류탑 섬프 (26) 의 높이는, 탑 섬프 (26) 내 높이를 측정하고, (측정된 높이가 미리 결정된 높이와 다른 때에) 증류탑 (3) 으로부터 탑저 스트림 (16) 을 제거하기 위한 라인에 제공된 밸브 (28) 의 구멍을 조작함으로써, 이 높이를 조절하는 높이 제어기 (59) 에 의해 제어된다.
그리고, 본 프로세스는 응축물 용기의 환류 유량을 제어하는 단계를 또한 포함한다. 높이 제어기 (56) 는, (측정된 높이가 미리 결정된 높이와 다른 때에) 응축물 용기 (14) 로부터 측 스트림 (21) 을 제거하기 위한 라인에 제공된 밸브 (41) 의 구멍을 조작함으로써, 응축물 용기 (14) 내 높이를 제어한다. 더욱이, (측정된 압력이 미리 결정된 압력과 다른 때에) 탑정 스트림 (112) 의 제거를 위한 라인에 제공된 밸브 (42) 의 구멍을 조작함으로써, 증류탑 (3) 의 응축 용기 (14) 내 압력을 제어하는 압력 제어기 (55) 가 제공된다.
적어도 2 개의 큰 장애에 맞서기 위해, 증류 시스템의 다른 진전이 가해졌다. 특히, 본 발명은 2 개의 부가적인 안전 제어기를 더 제공하는데, 이 안전 제어기는 공급 스트림의 큰 변화가 존재하는 조건에서 작동하고 변화된 공급 조건 하에서 증류 시스템이 작동하며 안정적으로 유지될 수 있게 한다. 하나의 안전 제어기 (60) 는 응축물 용기 (14) 에 부가되는 부가적인 높이 제어기로 구성된다. 이 실시형태에서, 부가적인 높이 제어기 (60) 는 응축물 용기가 완전히 건조될 우려가 있는 때에는 언제나 환류 유량의 제어를 맡는 (환류 펌프를 정지시킴) 응축물 용기 (14) 에 부가된다. 탑으로의 공급물 (9) 의 차단 또는 강한 감소의 경우, 문제가 발생할 수 있다. 그 결과, 환류 드럼 (14) 의 높이가 빠르게 감소할 수 있다. 그러나, 환류 펌프 (31) 를 보호하기 위해, 이 용기가 완전히 비는 것은 회피되어야 한다. 이 제어기 (60) 는 응축물 용기가 완전히 건조될 우려가 있는 때에는 언제나 환류 유량의 제어를 맡는다. 그러므로, 본 발명은 부가적인 제어기 (60) 의 사용을 포함하는데, 이 부가적인 제어기는 환류 제어 밸브 (27) 의 조작을 제어하고 그 밸브의 구멍을 재빨리 줄여서 환류를 감소시킨다.
다른 실시형태에서, 부가적인 높이 제어기 (61) 가 제 3 증류탑 섬프에 부가된다. 불충분한 탑저 생성물 품질의 경우에 무올레핀 이소부탄 인출 밸브 (28) 의 경우에 다른 문제가 발생할 수 있다. 온라인 분석기 (29) 로 모니터링 했을 때, 무올레핀 희석제 스트림이 과잉량의 단량체 및/또는 공단량체를 포함하는 경우, 저장 탱크 (17) 에 나쁜 생성물을 보내는 것을 회피하기 위해, 탑저 스트림에 있는 제어 밸브 (28) 가 자동으로 폐쇄된다. 그러한 경우, 탑 섬프 (26) 가 충전을 시작하고, 과잉 충전될 수 있다. 본 발명은 부가적인 제어기 (61) 의 사용을 제공하는데, 이 부가적인 제어기는 환류 제어 밸브 (27) 의 조작을 제어하고 그 밸브의 구멍을 재빨리 줄여서 환류를 감소시킨다.
높이 제어기 (56, 59) 는 각각 X % 와 Y % (양자 모두 일반적으로 50 % 임) 로 표현되는 표준 설정값을 가지며, 여기서 X 는 응축물 용기 내 응축물의 높이에 해당하고, Y 는 탑 섬프 내 생성물의 높이에 해당한다. 안전 높이 제어기 (60) 는 (X-5) % 로 항상 변경되는 설정값을 갖는 반면, 안전 높이 제어기 (61) 는 (Y+5) % 로 항상 변경되는 설정값을 가지므로, 이들 부가적인 제어기는 대응 높이가 그의 표준 설정값으로부터 5 % 초과로 벗어나는 때는 언제나 작용하게 된다. 두 안전 제어기는, 그들이 작용하게 되는 경우 재빨리 반응하기 위해, 매우 "공격적 (aggressive)" (높은 게인 (gain) 및 낮은 통합 시간 (integral time)) 이다.
본 발명은, 안전 높이 제어기 (60, 61) 에 그리고 유동 제어기 (53, 54) 에 작동가능하게 연결된 3방향 로우 선택기 (3-way low selector, 62) 를 또한 제공한다. 환류 스트림 유량 제어기 (54) 의 설정값은 이 3방향 로우 선택기 (62) 에 의해 결정되며, 이 3방향 로우 선택기는 3 개의 설정값, 즉
- 저부 유량 (16) 을 제어하는 유동 제어기 (53) 에 의해 결정되는 제 1 설정값,
- 응축물 용기의 안전 높이 제어기인 높이 제어기 (60) 에 의해 결정되는 제 2 설정값, 및
- 탑 섬프 (26) 의 안전 높이 제어기인 높이 제어기 (61) 에 의해 결정되는 제 3 설정값
중에서 가장 낮은 설정값을 선택한다.
표준 조건에서, 설정값은 제어기 (53) 에 의해 결정된다. 그렇지만, 변화된 공급 조건 하에서, 제어기 (60 및/또는 61) 에 의해 결정된 설정값이 결정적일 수 있다.
그리고, 측정된 압력이 미리 결정된 압력과 다른 때에 탑정 스트림 (112) 을 제거하기 위한 라인에 제공된 밸브 (42) 의 구멍을 조작함으로써 증류탑 (3) 의 응축물 용기 (14) 내 압력을 제어하는 압력 제어기 (55) 를 포함하는 프로세스가 제공된다.
본 발명에 따라 행해지는 제어 절차가 도 3 에 또한 도시되어 있으며, 다음과 같이 요약될 수 있다:
유동 제어기 (50) 가, 비 제어기의 설정값, 즉 공급 스트림 유량 (9) 에 대한 탑저 스트림 유량 (16) 의 비를 조작함으로써, 탑정 스트림 (112) 을 제어한다.
유동 측정 장치 (51) 가 증류탑 (3) 으로의 공급 스트림 유량 (9) 을 측정한다. 이 측정은, 탑저 스트림 유량 (16) 의 설정값을 산출하기 위해, 비 설정값과 함께 승수기 (52) 에서 사용된다.
승수기 (52) 는 공급 유량에 비 설정값을 곱하여, 그 결과를, 탑저 스트림 유량 (16) 을 제어하는 유동 제어기 (53) 를 위한 설정값으로서 보낸다.
유동 제어기 (53) 는, 환류 유량 제어기 (54) 를 통해, 환류 유량 (15) 을 조작함으로써 탑저 스트림 유량을 제어한다.
유량 제어기 (54) 는 환류 스트림 (15) 의 밸브 (27) 의 구멍을 조작함으로써 환류 유량 (15) 을 제어한다. 이 제어기의 설정값은 제어기들, 즉 유동 제어기 (53) (탑저 스트림 유량 (16) 제어기), 안전 높이 제어기 (60) (부가적인 응축물 용기 (14) 높이 제어기) 및 안전 높이 제어기 (61) (부가적인 탑 섬프 (26) 높이 제어기) 로부터 나오는 3 개의 설정값 중에서 가장 낮은 설정값을 선택하는 3방향 로우 선택기 (62) 에 의해 주어진다. 표준 조건에서, 설정값은 유동 제어기 (53) 로부터 나온다.
압력 제어기 (55) 는, 탑정 스트림 (112) 의 밸브 (42) 의 구멍을 조작함으로써, 증류탑 (3) 의 응축물 용기 (14) 내 압력을 제어한다.
높이 제어기 (56) 는, 측 스트림 (21) 의 밸브 (41) 의 구멍을 조작함으로써, 응축물 용기 (14) 내 높이를 제어한다.
높이 제어기 (57) 는, 제거 라인 20 으로부터 측 생성물 저장 탱크 (22) 까지의 라인 25 의 밸브 (40) 의 구멍을 조작함으로써, 저장 용기 (17) 내 탑저 스트림 생성물의 높이를 제어한다.
온도 제어기 (58) 는, 재비등기 (19) 로의 스팀 유량 (39) 의 밸브 (43) 의 구멍을 조작함으로써, 탑저 생성물 품질을 나타내는 민감성 단 온도를 제어한다.
높이 제어기 (59) 는, 탑저 스트림 (16) 에 있는 밸브 (28) 의 구멍을 조작함으로써, 탑 섬프 (26) 내 높이를 제어한다.
높이 제어기 (60) 는 응축물 용기 (14) 에 부가된 부가적인 높이 제어기로서, 응축물 용기가 완전히 건조될 우려가 있는 때에는 언제나 환류 유량의 제어를 맡는다.
높이 제어기 (61) 는 탑 섬프에 부가된 부가적인 높이 제어기로서, 탑 섬프가 과잉 충전될 우려가 있는 때에는 언제나 환류 유량의 제어를 맡는다.
도 4 는 단일 증류탑 (30) 을 포함하는 본 발명에 따른 증류 시스템 (101) 의 다른 실시형태를 보여준다. 이 증류 시스템에서 하기와 같이, 이소부탄 희석제, 에틸렌 단량체 및 헥센 공단량체를 포함하는 탄화수소함유 공급 스트림 (1) 이 분리된다. 증류탑 (30) 은, 공급 스트림 (1) 을,
- 액상 탑저 생성물 (108) 로서 빠져나오고 탑 (30) 섬프로부터 배치 (batch) 식으로 회수될 수 있는 무거운 성분;
- 중합 반응기(들)로의 재순환을 위해 회수되고 보내져서 저장될 수 있는 정화된 액상 헥센 스트림 (107);
- 라인 120 을 통해 액상 생성물로서 획득되는 실질적으로 무올레핀의 이소부탄 희석제;
- 라인 123 을 통해 액상 측 생성물로서 증류탑 (30) 을 빠져나오는 잔류 이소부탄 희석제; 및
- 에틸렌, 잔류 이소부탄 및 다른 성분, 예컨대 포름알데히드, H2, N2, O2, CO 와 CO2 를 포함하며, 에틸렌과 이소부탄을 더 회수하기 위해 에틸렌 회수 유닛 (ERU) (124) 으로 보내지는 가벼운 증기 스트림
으로 분리한다.
결론적으로, 본 발명은 탄화수소함유 공급 스트림의 분리를 위한 최적화된 증류 프로세스와 시스템을 제공한다. 본 발명은 다양한 프로세스 제어 개선을 포함하며, 이러한 개선에 의해, 유리한 효과가 얻어지고, 탄화수소 공급 스트림에 포함된 다른 성분으로부터 더 가벼운 성분의 향상된 분리가 제공된다.
예
본 예는 본 발명에 따른 증류 시스템의 실행을 보여준다.
공단량체로서 1-헥센 및 탄화수소 희석제로서 이소부탄의 존재 하에서, 에틸렌의 중합을 위한 모노모달 중합 프로세스에서 나오는 이소부탄함유 공급 스트림이, 종래 증류 시스템, 특히 탑저 스트림을 측 스트림에 연결하는 수단이 제공되지 않은 시스템으로 보내진다.
비교를 위해, 공단량체로서 1-헥센 및 탄화수소 희석제로서 이소부탄의 존재 하에서, 에틸렌의 중합을 위한 모노모달 중합 프로세스에서 나오는 이소부탄함유 공급 스트림이, 탑저 스트림을 측 스트림에 연결하는 수단이 제공된 본 발명에 따른 증류 시스템에 보내진다.
두 시스템에서, 질량 유량, 즉 에틸렌 회수 유닛 (ERU, 24) 으로 보내지는 증기 스트림 (112) 의 유량이 연속적으로 측정된다. 또한, 응축물 용기 내 압력이 측정되고, 결정된 설정값과 비교된다.
도 5 및 도 6 은 이 측정의 결과를 보여준다. 나타낸 파라미터는 연속적으로 측정되었다. 이들 도면은 수일의 기간에 걸친 시간당 평균 값을 나타낸다. 이들 도면에서, 설정값 압력은 수평방향 직선으로 도시되어 있다. 특히, 압력 설정값은 도 5 및 도 6 의 시스템에서 각각 14 barg 및 13.8 barg 이다. 두 시스템 사이에서 압력 설정값의 차이점은 현저하지 않으며, 이로 인해, 두 증류 시스템 사이에서 발견되는 다른 차이점이 설명되지 않는다.
도 5 는, 대부분의 시점에서 질량 (증기) 유량이 매우 낮거나 심지어 부존재하는 것, 즉 0 인 것을 보여주며, 이는 증기 스트림을 통해 가벼운 성분이 증류 시스템 밖으로 약간 배출 (evacuation) 되거나 또는 심지어 전혀 배출되지 않음을 나타낸다. 그 결과, 이 가벼운 성분은 측 스트림으로 보내지고, 재순환된 이소부탄과 함께, 중합 반응에서 재사용될 수 있다. 따라서, 이러한 종래 증류 시스템은, 희석제로부터 가벼운 성분 (H2, N2, O2, CO 및/또는 CO2 를 포함) 의 부 최적의 분리를 제공한다. 결과적으로, 이러한 가벼운 성분을 포함하는 희석제의 중합 프로세스에서의 재사용이 부 최적의 중합 조건을 발생시킬 수 있다.
더욱이, 응축물 용기 내 압력이 압력 설정값과 현저히 상이하므로, 증류 시스템이 안정성 문제를 나타냄을 도 5 에서 확인할 수 있다. 응축물 용기 내 조건은 증류탑 내 조건을 반영하고, 응축물 용기 내 압력 값의 변동은 증류탑이 작동 조건의 중요한 변화를 겪게됨 (효과적인 작동에 악영향을 미침) 을 나타낸다.
도 6 은 본 발명에 따른 증류 시스템의 상황을 보여주는데, 평균이 약 1000 ㎏/hour 이고 모든 경우에 0 보다 더 큰 현저한 질량 (증기) 유량을 확실히 보여준다. 그 결과, 이 시스템은 증기 스트림에 포함된 가벼운 성분의 증류 시스템 밖으로의 만족스러운 배출을 제공하고, 측 스트림으로 보내지는 가벼운 성분의 양을 줄일 수 있다.
더욱이, 응축물 용기 내 압력이 모든 측정 시점에서 설정값 압력에 가깝다는 점에 의해 보여지는 것처럼, 증류 시스템이 매우 안정적임을 도 6 에서 볼 수 있다. 이 시스템에 따르면, 증류탑은 비교적 일정한 작동 조건 (공급 스트림의 효과적인 분리를 보장함) 을 거친다.
본 발명에 따른 증류 프로세스와 시스템의 향상된 효율 및 안정성이 하기 비교 데이터 (표 1) 에 더 나타나 있으며, 이 비교 데이터는 종래 증류 시스템과 본 발명에 따른 증류 시스템 사이의 몇몇 정량적 차이를 보여준다.
Claims (28)
- 올레핀 단량체, 공단량체, 탄화수소 희석제 및 H2, N2, O2, CO, CO2 와 포름알데히드와 같은 성분을 포함하는 탄화수소함유 공급 스트림 (9) 의 분리 방법으로서,
- 상기 공급 스트림을 증류탑에 전달하는 단계, 및
- 상기 공급 스트림에 증류 조건을 가하여,
ㅇ 실질적으로 무올레핀의 탄화수소 희석제를 포함하는 탑저 스트림을 제거하고,
ㅇ 탄화수소 희석제를 포함하는 측 스트림을 제거하며,
ㅇ 올레핀 단량체, 탄화수소 희석제, 및 H2, N2, O2, CO, CO2 와 포름알데히드와 같은 다른 성분을 포함하는 탑정 증기 스트림을 제거하는 단계
를 포함하는 상기 분리 방법에 있어서,
상기 탑저 스트림의 일부 또는 전부의 상기 측 스트림으로의 공급을 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 탄화수소함유 공급 스트림 (9) 의 분리 방법. - 제 1 항에 있어서,
- 증류탑으로부터 탑저 스트림을 제거하여, 그 탑저 스트림을 탑저 스트림 저장 용기에 저장하는 단계,
- 증류탑으로부터 측 스트림을 제거하여, 그 측 스트림을 측 스트림 저장 용기에 저장하는 단계,
- 탑저 스트림을 상기 탑저 스트림 저장 용기로부터 제거하는 단계, 및
- 탑저 스트림 저장 용기로부터 제거된 탑저 스트림의 일부 또는 전부를 상기 측 스트림 저장 용기에 공급하는 단계
를 포함하는, 탄화수소함유 공급 스트림 (9) 의 분리 방법. - 제 2 항에 있어서, 탑저 스트림 저장 용기로부터 제거된 탑저 스트림의 일부 또는 전부를 상기 측 스트림 저장 용기에 공급하는 단계는,
- 상기 탑저 스트림 저장 용기 내 상기 탑저 스트림의 높이를 측정하는 단계,
- 그 측정된 높이를 예정된 높이와 비교하는 단계, 및
- 상기 측정된 높이가 상기 예정된 높이를 초과하는 때, 탑저 스트림 저장 용기로부터 제거되는 탑저 스트림의 일부 또는 전부를 상기 측 스트림 저장 용기에 공급하는 단계
에 의해 조절되는, 탄화수소함유 공급 스트림 (9) 의 분리 방법. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 공급 스트림은 증류탑에 도입되기 전에 응축되어 응축물이 획득되고, 그 응축물은 응축물 용기에 저장되는, 탄화수소함유 공급 스트림 (9) 의 분리 방법.
- - 탄화수소함유 공급 스트림 (9) 을 응축기 (13) 에 통과시켜서, 응축물을 형성하고, 형성된 그 응축물을 응축물 용기 (14) 에 전달하고,
- 에틸렌, 이소부탄 및 더 가벼운 원소, 예컨대 포름알데히드, N2, H2, 및 O2, CO 와 CO2 와 같은 성분을 포함하는 상기 응축물의 일부 또는 전부를, 공급물로서, 상기 응축물 용기 (14) 로부터 증류탑 (3) 에 전달하고,
- 이소부탄 희석제 및 잔류량의 에틸렌을, 액상 측 스트림 (21) 으로서, 응축물 용기 (14) 로부터 제거하고, 측 스트림 저장 용기 (22) 에 공급하고, 용기 (22) 로부터 제거하며,
- 포름알데히드, H2, N2, O2, CO 및 CO2 와 같은 가벼운 성분이 증류탑 (3) 을 빠져나와서 응축물 용기 (14) 로부터 증기 스트림으로서 잔류 에틸렌 및 잔류 이소부탄과 함께 나오고,
- 상기 증류탑 (3) 내에 조건이 가해져서, 실질적으로 에틸렌이 없는 이소부탄 희석제를 포함하는 탑저 스트림 (16) 이 증류탑 (3) 의 하부로부터 제거되어, 탑저 스트림 저장 용기 (17) 에 공급되고, 상기 용기 (17) 로부터 제거되는,
탄화수소함유 공급 스트림 (9) 의 분리 방법에 있어서,
- 상기 탑저 스트림 저장 용기 (17) 내에 존재하는 상기 탑저 스트림의 높이를 측정하는 단계,
- 그 측정된 높이를 예정된 높이와 비교하는 단계, 및
- 상기 측정된 높이가 상기 예정된 높이를 초과하는 때에, 탑저 스트림의 일부 또는 전부를 상기 측 스트림 저장 용기 (22) 로 보내는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는, 탄화수소함유 공급 스트림 (9) 의 분리 방법. - 제 5 항에 있어서,
증류탑 (3) 으로부터 제거되는 탑저 스트림 (16) 의 유량이,
- 1.0 이하인 비 설정값 (R') 을 결정하는 단계,
- 증류탑 (3) 에 도입되는 공급 스트림 (9) 의 실제 유량 (F) 을 측정하는 단계,
- 실제 공급 스트림 유량 (F) 에 상기 비 설정값 (R') 을 곱하여, 탑저 스트림 (16) 의 이론상 유량 (B*) 을 산출하는 단계,
- 증류탑 (3) 으로부터 제거되는 탑저 스트림 (16) 의 실제 유량 (B) 을 측정하는 단계, 및
- 실제 탑저 스트림 유량 (B) 을 이론상 탑저 스트림 유량 (B*) 에 맞추기 위하여, 상기 응축물 용기 (14) 로부터 상기 증류탑 (3) 으로의 환류 스트림의 유량을 조절하는 단계
에 의해 조절되는, 탄화수소함유 공급 스트림 (9) 의 분리 방법. - 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서, 제어된 스팀 유량 하에서 증류탑 (3) 에서 획득되는 탑저 스트림 (16) 의 일부를 재비등 (19) 시키는 단계, 및 그 재비등된 일부 (18) 를 증류탑 (3) 으로 되돌리는 단계를 포함하는, 탄화수소함유 공급 스트림 (9) 의 분리 방법에 있어서, 상기 스팀 유량이 증류탑 (3) 내 온도의 함수로서 제어되고, 상기 온도는 재비등기 스팀 유량을 구동하고 제어하는 온도 제어기 시스템의 입력 파라미터로 사용되는 탄화수소함유 공급 스트림 (9) 의 분리 방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 스팀 유량이 증류탑 (3) 의 하측 절반부에 위치된 단의 온도의 함수로서 제어되는, 탄화수소함유 공급 스트림 (9) 의 분리 방법.
- 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서, 증류탑 섬프 (26) 의 높이를 제어하는 단계를 포함하는, 탄화수소함유 공급 스트림 (9) 의 분리 방법.
- 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서, 응축물 용기 (14) 로부터 증류탑 (3) 으로의 환류 스트림 (15) 의 유량을 제어하는 단계를 포함하는, 탄화수소함유 공급 스트림 (9) 의 분리 방법.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
a) 증류탑 (3) 에 공급 스트림을 공급하기 전에, 상기 공급 스트림을, a1) 공단량체를 포함하는 탑저 스트림 (5), 및 a2) 탄화수소 희석제, 올레핀 단량체 및 H2, N2, O2, CO, CO2 와 포름알데히드와 같은 다른 성분을 포함하는 탑정 스트림 (9) 으로 분리하는 단계, 및
b) 상기 탑정 스트림 (9) 을 상기 증류탑 (3) 에 공급하는 단계
를 포함하는, 탄화수소함유 공급 스트림 (9) 의 분리 방법. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
a) 증류탑 (3) 에 공급 스트림을 공급하기 전에, 상기 공급 스트림을, a1) 공단량체를 포함하는 스트림 (7) 과 탄화수소 희석제를 포함하는 스트림 (6) 으로 더 분리되는, 공단량체와 탄화수소 희석제를 포함하는 탑저 스트림 (5), 및 a2) 탄화수소 희석제, 올레핀 단량체 및 H2, N2, O2, CO, CO2 와 포름알데히드와 같은 다른 성분을 포함하는 탑정 스트림 (9) 으로 분리하는 단계, 및
b) 상기 탑정 스트림 (9) 을 상기 증류탑 (3) 에 공급하는 단계
를 포함하는, 탄화수소함유 공급 스트림 (9) 의 분리 방법. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 올레핀 단량체, 공단량체 및 탄화수소 희석제를 포함하는 상기 탄화수소함유 공급 스트림 (9) 이 폴리에틸렌을 제조하기 위한 중합 방법로부터 획득되는 유출 스트림인, 탄화수소함유 공급 스트림 (9) 의 분리 방법.
- 제 13 항에 있어서, 폴리에틸렌이 모노모달 또는 바이모달 폴리에틸렌인, 탄화수소함유 공급 스트림 (9) 의 분리 방법.
- 제 13 항에 있어서, 분리된 탄화수소 희석제, 올레핀 단량체 및 공단량체가 상기 중합 방법에서 재사용되는, 탄화수소함유 공급 스트림 (9) 의 분리 방법.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 올레핀 단량체는 에틸렌이고, 상기 공단량체는 1-헥센이고, 상기 탄화수소 희석제는 이소부탄인, 탄화수소함유 공급 스트림 (9) 의 분리 방법.
- 올레핀 단량체, 공단량체, 탄화수소 희석제 및 H2, N2, O2, CO, CO2 와 포름알데히드와 같은 성분을 포함하는 탄화수소함유 공급 스트림을,
- 실질적으로 무올레핀의 탄화수소 희석제를 포함하는 탑저 스트림,
- 탄화수소 희석제를 포함하는 측 스트림, 및
- 올레핀 단량체, 희석제 및 H2, N2, O2, CO, CO2 와 포름알데히드와 같은 다른 성분을 포함하는 탑정 증기 스트림
으로 분리하도록 구성된 증류탑을 포함하는 증류 시스템으로서,
- 상기 공급 스트림을 상기 증류탑에 공급하기 위한 공급 라인,
- 상기 증류탑으로부터 상기 탑저 스트림을 제거하기 위한 제거 장치, 제거된 탑저 스트림을 저장하기 위해 상기 제거 장치에 작동가능하게 연결된 탑저 스트림 저장 용기, 및 상기 탑저 스트림 저장 용기로부터 탑저 스트림을 제거하기 위해 상기 탑저 스트림 저장 용기에 작동가능하게 연결된 제거 라인,
- 상기 증류탑으로부터 상기 측 스트림을 제거하기 위한 제거 장치, 제거된 측 스트림을 저장하기 위해 상기 제거 장치에 작동가능하게 연결된 측 스트림 저장 용기, 및 상기 측 스트림 저장 용기로부터 측 스트림을 제거하기 위해 상기 측 스트림 저장 용기에 작동가능하게 연결된 제거 라인, 및
- 상기 증류탑으로부터 상기 탑정 증기 스트림을 제거하기 위한 제거 장치
를 포함하는, 상기 증류 시스템에 있어서,
상기 증류 시스템이, 상기 제거 라인을 상기 측 스트림 저장 용기에 연결하는 연결 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는, 증류 시스템. - 제 17 항에 있어서, 증류탑에 도입하기 전에 상기 공급 스트림을 응축시키기 위한 응축기, 및 그 응축된 공급 스트림을 저장하기 위한 응축물 용기를 포함하는, 증류 시스템.
- 탄화수소함유 공급 스트림 (9) 을,
- 에틸렌의 실질적으로 올레핀이 없는 이소부탄 희석제를 포함하는 탑저 스트림 (16), 및
- 포름알데히드, H2, N2, O2, CO, CO2 와 같은 가벼운 성분, 잔류 에틸렌 및 잔류 이소부탄을 포함하는 탑정 증기 스트림 (112)
으로 분리하도록 구성된 증류탑(3) 을 포함하는 증류 시스템으로서,
- 상기 공급 스트림을, 상기 공급 스트림 (9) 을 응축물로 응축시키기 위한 응축기 (13) 및 그 응축물을 저장하기 위한 응축물 용기 (14) 에 공급하기 위한 공급 라인 (9),
- 상기 증류탑 (3),
- 상기 증류탑 (3) 으로부터 상기 탑저 스트림 (16) 을 제거하기 위한 제거 라인, 제거된 탑저 스트림을 저장하기 위해 상기 제거 라인에 작동가능하게 연결된 탑저 스트림 저장 용기 (17), 및 상기 탑저 스트림 저장 용기로부터 탑저 스트림을 제거하기 위해 상기 탑저 스트림 저장 용기 (17) 에 작동가능하게 연결된 제거 라인 (20),
- 상기 응축물 용기 (14) 로부터 측 스트림 (21) 을 제거하기 위한 제거 라인, 제거된 상기 측 스트림을 저장하기 위해 상기 제거 라인에 작동가능하게 연결된 측 스트림 저장 용기 (22), 및 상기 측 스트림 저장 용기 (22) 로부터 이소부탄과 잔류량의 에틸렌을 포함하는 측 스트림 (21) 을 제거하기 위해 상기 측 스트림 저장 용기 (22) 에 작동가능하게 연결된 제거 라인 (23),
- 상기 응축물 용기 (14) 로부터 상기 탑정 증기 스트림 (112) 을 제거하기 위한 제거 라인
을 포함하는, 상기 증류 시스템에 있어서,
상기 증류 시스템이, 상기 제거 라인 (20) 을 상기 측 스트림 저장 용기 (22) 에 연결하는 공급 라인 (25) 을 포함하는 것을 특징으로 하는, 증류 시스템. - 제 17 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탑저 스트림 저장 용기 (17) 내 탑저 스트림의 높이를 측정하고 상기 탑저 스트림의 일부 또는 전부의 상기 측 스트림으로의 공급을 조절하기 위한 높이 제어기 (57), 및 상기 연결 라인 (25) 에 제공되고 상기 높이 제어기 (57) 에 작동 가능하게 연결된 밸브 (40) 를 포함하는, 증류 시스템.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 방법를 실행하는데 사용될 수 있는 제 17 항에 따른 증류 시스템.
- 제 5 항에 따른 방법를 실행하는데 사용될 수 있는 제 19 항에 따른 증류 시스템.
- 제 6 항에 있어서,
a) 증류탑 (3) 에 공급 스트림을 공급하기 전에, 상기 공급 스트림을, a1) 공단량체를 포함하는 탑저 스트림 (5), 및 a2) 탄화수소 희석제, 올레핀 단량체 및 H2, N2, O2, CO, CO2 와 포름알데히드와 같은 다른 성분을 포함하는 탑정 스트림 (9) 으로 분리하는 단계, 및
b) 상기 탑정 스트림 (9) 을 상기 증류탑 (3) 에 공급하는 단계
를 포함하는, 탄화수소함유 공급 스트림 (9) 의 분리 방법. - 제 6 항에 있어서,
a) 증류탑 (3) 에 공급 스트림을 공급하기 전에, 상기 공급 스트림을, a1) 공단량체를 포함하는 스트림 (7) 과 탄화수소 희석제를 포함하는 스트림 (6) 으로 더 분리되는, 공단량체와 탄화수소 희석제를 포함하는 탑저 스트림 (5), 및 a2) 탄화수소 희석제, 올레핀 단량체 및 H2, N2, O2, CO, CO2 와 포름알데히드와 같은 다른 성분을 포함하는 탑정 스트림 (9) 으로 분리하는 단계, 및
b) 상기 탑정 스트림 (9) 을 상기 증류탑 (3) 에 공급하는 단계
를 포함하는, 탄화수소함유 공급 스트림 (9) 의 분리 방법. - 제 6 항에 있어서, 올레핀 단량체, 공단량체 및 탄화수소 희석제를 포함하는 상기 탄화수소함유 공급 스트림 (9) 이 폴리에틸렌을 제조하기 위한 중합 방법로부터 획득되는 유출 스트림인, 탄화수소함유 공급 스트림 (9) 의 분리 방법.
- 제 25 항에 있어서, 폴리에틸렌이 모노모달 또는 바이모달 폴리에틸렌인, 탄화수소함유 공급 스트림 (9) 의 분리 방법.
- 제 25 항에 있어서, 분리된 탄화수소 희석제, 올레핀 단량체 및 공단량체가 상기 중합 방법에서 재사용되는, 탄화수소함유 공급 스트림 (9) 의 분리 방법.
- 제 25 항에 있어서, 상기 올레핀 단량체는 에틸렌이고, 상기 공단량체는 1-헥센이고, 상기 탄화수소 희석제는 이소부탄인, 탄화수소함유 공급 스트림 (9) 의 분리 방법.
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