KR101317595B1 - Method for saving energy in aromatic compounds separation from naphtha - Google Patents
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Abstract
본 발명은 원료인 나프타를 처리하여 파라-자일렌과 벤젠을 주요 최종제품으로 하는 방향족 화합물 처리 공정에서, NHT 공정 리런 컬럼 상부 생성물로부터의 폐열을 회수하여, 이를 NHT 공정 스트리퍼 원료 예열, NHT 공정 나프타 스플리터의 리보일러 열원으로 공급함으로써 에너지를 절감하는 공정에 관한 것이다.The present invention recovers the waste heat from the NHT process rerun column top product in the aromatic compound treatment process using para-xylene and benzene as main end products by treating naphtha as a raw material, and preheating NHT process stripper raw material and NHT process naphtha. The present invention relates to a process for saving energy by supplying a splitter reboiler heat source.
Description
본 발명은 원료인 나프타(naphtha)를 처리하여 파라-자일렌(p-xylene: PX)과 벤젠(benzene: BZ)을 주요 최종제품으로 하는 방향족 화합물 처리 공정에서, NHT 공정 리런 컬럼 상부 생성물로부터의 폐열을 회수하여, 이를 NHT 공정 스트리퍼 원료 예열 및 NHT 공정 나프타 스플리터의 리보일러 열원으로 공급함으로써 에너지를 절감하는 공정에 관한 것이다.
The present invention is to treat the raw material naphtha (para-xylene (PX) and benzene (benzene: BZ) in the aromatic compound treatment process, the main final product, from the NHT process rerun column top product The present invention relates to a process for recovering waste heat and saving energy by preheating the NHT process stripper raw material and supplying it to the reboiler heat source of the NHT process naphtha splitter.
석유화학 공업분야에 있어서, 증류탑의 상업적 이용은 잘 알려져 있으며, 통상적으로 사용되는 증류탑의 운전 원리 및 운전 사례는, 예로서 하기 문헌에 잘 설명되어 있다: H.Z. Kister, "Distllation - Operation," McGraw Hill, Nt, 1990; H.Z. Kister, "Distllation - Design," McGraw Hill, NY, 1992; 및 J.D. Seader and E. J. Henley, "Separation Process Principles," 2nd ed., Wiley, NY, 2006.In the petrochemical industry, commercial use of distillation columns is well known, and the operating principles and operating examples of commonly used distillation columns are well described by way of example in the following literature: H.Z. Kister, "Distllation-Operation," McGraw Hill, Nt, 1990; H.Z. Kister, "Distllation-Design," McGraw Hill, NY, 1992; And J.D. Seader and E. J. Henley, "Separation Process Principles," 2nd ed., Wiley, NY, 2006.
방향족 화합물 처리공정(이하, "방향족 공정"이라고도 함)은 석유화학공장에서 원료인 나프타를 처리하여 파라-자일렌과 벤젠을 주요 최종제품으로 하는 공정이다. 종래의 방향족 공정에 있어서, 주요 제품 중 하나인 파라-자일렌(PX)이 포함되는 혼합 자일렌이 만들어지는 근원 공정은, 리포머(reformer), 자일렌 이성질화 공정 및 탄소수 7개의 방향족 화합물과 탄소수 9개의 방향족 화합물의 트랜스알킬화 및 불균등화 공정의 3가지이다.Aromatic compound treatment process (hereinafter also referred to as "aromatic process") is a process in which petrochemical plants process naphtha, a raw material, using para-xylene and benzene as main end products. In the conventional aromatic process, the main process in which the mixed xylene is produced containing para-xylene (PX), which is one of the main products, is a reformer, xylene isomerization process and 7 carbon atoms and carbon atoms Three processes of transalkylation and disproportionation of nine aromatic compounds.
상업적으로 사용되는 파라-자일렌 분리 공정에는 유사이동층(Simulated moving bed(SMB)) 공정 및 결정화법에 의한 공정이 있으며, 이 중 SMB법에 의한 PX 분리공정은 다단으로 구성된 흡착탑의 각 단마다 위치하는 밸브의 개폐를 주기적으로 제어하여 흡착제와 유체가 마치 향류 접촉하고 있는 것과 같은 효과를 거둠으로써, 자일렌 이성질체를 효과적으로 연속 분리하는 공정으로, 대표적인 예로서, UOP사의 파렉스(Parex) 공정이 있다.Commercially used para-xylene separation processes include a simulated moving bed (SMB) process and a crystallization method, and the PMB separation process using the SMB method is performed at each stage of a multistage adsorption tower. By periodically controlling the opening and closing of the valve to be positioned, the effect is as if the adsorbent and the fluid is in countercurrent contact, effectively separating the xylene isomer, a representative example is UOP's Parex process have.
이러한 기존의 파렉스 공정에 대한 설명은 대한민국 등록특허 10-0741752호에 잘 기술되어 있다. 파렉스 공정에는 PX의 흡착분리를 실시하는 자일렌 컬럼 및 그 후 추출물 및 라피네이트 흐름으로부터 탈착제 물질을 분리, 회수하기 위하여 추출 컬럼 및 라피네이트 컬럼과 같은 증류탑이 사용된다.Description of this conventional Parex process is well described in Korean Patent Registration No. 10-0741752. In the Parex process, a distillation column such as an extraction column and a raffinate column is used to separate and recover the desorbent material from the xylene column which performs the adsorptive separation of PX and then the extract and raffinate streams.
전형적인 종래의 방향족 화합물 처리공정을 도 1, 도 2 및 도 3에 나타내었다.A typical conventional aromatic compound treatment process is shown in FIGS. 1, 2 and 3.
도 1에 따르면, 리포머(1)로부터 스플리터(2)에 투입된 원료 방향족 화합물의 혼합물(리포메이트)은, 탄소수 6개의 방향족 화합물과 탄소수 7개의 방향족 화합물, 즉 벤젠과 톨루엔을 포함하는 혼합물 및 보다 무거운 방향족 혼합물(예컨대 탄소수 8의 자일렌 등)로 분리되어, 전자는 라인(21)을 통해 벤젠-톨루엔 분획공정 및 비-방향족 제거공정인 설포란(SULFOLANE) 공정(3)으로 투입되고, 후자는 라인(22)을 통해 자일렌 컬럼(5)으로 투입된다. 설포란(SULFOLANE) 공정에서, 벤젠과 톨루엔의 혼합물은 벤젠과 톨루엔으로 각각 분리되어, 벤젠은 라인(33)을 통해 배출되고, 톨루엔(TOL)은 라인(31)을 통해 톨루엔과 탄소수 9의 방향족 화합물의 불균등화 및 트랜스알킬화 공정인 TATORAY 공정(4)으로 투입된다. 자일렌 컬럼(5)에서, 탄소수 9 이상의 방향족 화합물들은 라인(52)을 통해 배출되어 무거운 방향족 컬럼(6)으로 투입되고, 탄소수 8의 자일렌 혼합물은 라인(51)을 통해 배출되어 파라-자일렌 분리공정인 PAREX 공정(8)으로 투입된다. 라인(51)을 통해 PAREX 공정(8)으로 투입된 자일렌 혼합물은 파라-자일렌 및 나머지 자일렌 혼합물로 분리되어, 전자는 라인(81)을 통해 배출되고, 후자는 라인(82)을 통해 배출되어 자일렌 이성질화 공정인 ISOMAR 공정(9)으로 투입된다. ISOMAR 공정(9)의 결과물은 라인(91)을 통해 배출되어 자일렌 컬럼(5)으로 재투입된다. 라인(52)을 통해 무거운 방향족 컬럼(6)으로 투입된 탄소수 9 이상의 방향족 화합물의 혼합물은 무거운 방향족 컬럼(6)에서 트리메틸벤젠을 포함하는 탄소수 9의 방향족 화합물(A9)과 탄소수 10 이상의 방향족 화합물(A10+)로 분리되어, 전자는 라인(61)을 통해 톨루엔과 탄소수 9의 방향족 화합물의 불균등화 및 트랜스알킬화 공정인 TATORAY 공정(4)으로 투입되고, 후자는 라인(62)을 통해 배출된다. TATORAY 공정(4)으로 투입된 탄소수 9의 방향족 화합물은, 설포란(SULFOLANE) 공정(3)으로부터 라인(31)을 통해 투입된 톨루엔과 TATORAY 공정(4)에서 트랜스알킬화 반응하여 파라-자일렌을 포함하는 결과 혼합물을 생성하며, 그 결과 혼합물은 라인(71)을 통해 자일렌 공정(5)으로 재투입된다.
According to FIG. 1, the mixture (reformer) of the raw aromatic compound injected from the
방향족 화합물 처리공정의 또 다른 형태에 대한 개략도인 도 2를 보면, 도 2에 나타낸 공정은 도 1의 공정에 있는 TATORAY 공정이 PX-Plus 공정과 TAC9 공정으로 대체된 경우로서, 기본적으로 도 1의 공정과 동일하나 다음 사항에 있어서 도 1과 차이가 있다. 설포란(SULFOLANE) 공정에서 분리된 톨루엔(TOL)이 라인(31)을 통해 톨루엔의 선택적 불균등화 공정인 PX-Plus 공정(4) 및 트랜스알킬화 공정인 TAC9 공정(7)으로 투입되며, PX-Plus 공정(4)에서의 선택적 불균등화 반응의 결과로 생성된 혼합물에는 벤젠(A6), 톨루엔(A7), 자일렌(A8) 및 트리메틸벤젠과 같은 탄소수 9의 방향족 화합물(A9)이 포함되며, 그 중에서도 파라-자일렌이 자일렌 혼합물 중에 약 85~95중량%의 양으로 포함된다. 이 PX-Plus 공정(4)의 결과 혼합물은 라인(41)을 통해 설포란(SULFOLANE) 공정(3)으로 재투입되고, 여기에서 탄소수 8의 자일렌 및 그보다 무거운 트리메틸벤젠 등은 보다 가벼운 성분들로부터 분리된 후, 라인(32)을 통해 배출되어 라인(22)을 거쳐 자일렌 컬럼(5)으로 투입된다. 무거운 방향족 컬럼(6)에서 분리된 트리메틸벤젠을 포함하는 탄소수 9의 방향족 화합물(A9)은 라인(61)을 통해 트랜스알킬화 공정인 TAC9 공정(7)으로 투입된다. TAC9 공정(7)으로 투입된 탄소수 9의 방향족 화합물은, 설포란(SULFOLANE) 공정(3)으로부터 라인(31)을 통해 투입된 톨루엔과 TAC9 공정(7)에서 트랜스알킬화 반응하여 파라-자일렌을 포함하는 결과 혼합물을 생성하며, 그 결과 혼합물은 라인(71)을 통해 자일렌 컬럼(5)으로 재투입된다.Referring to FIG. 2, which is a schematic diagram of another embodiment of the aromatic compound treatment process, the process shown in FIG. 2 is a case where the TATORAY process in the process of FIG. 1 is replaced by a PX-Plus process and a TAC9 process. Same as the process, but different from FIG. 1 in the following matters. Toluene (TOL) separated in the sulfolane process is introduced into the PX-Plus process (4), which is a selective disproportionation process of toluene, and the TAC9 process (7), which is a transalkylation process, through the
방향족 화합물 처리공정의 또 다른 형태에 대한 개략도인 도 3을 보면, 도 3에 나타낸 공정은 도 2의 공정에 결정화 공정이 설치된 경우로서, 기본적으로 도 2의 공정과 동일하며, 설포란(SULFOLANE) 공정(3)으로부터 배출된 탄소수 8의 자일렌 및 그보다 무거운 트리메틸벤젠 등이 라인(32)을 통해 결정화공정(10)으로 투입되고, 이 결정화공정(10)에서 투입 혼합물은 파라-자일렌 및 파라-자일렌 이외의 자일렌 혼합물로 분리된 후, 전자는 라인(101)을 통해 배출되고, 후자는 라인(102)을 통해 배출되어 자일렌 컬럼(5)으로 투입된다는 점에서만, 도 2의 공정과 차이가 있다.Referring to FIG. 3, which is a schematic diagram of another embodiment of the aromatic compound treatment process, the process shown in FIG. 3 is a case where the crystallization process is installed in the process of FIG. 2, and is basically the same as the process of FIG. 2. Xylene and heavier trimethylbenzene, etc. having 8 carbon atoms discharged from the process (3) are introduced into the crystallization process (10) via the
한편, NHT 공정(Naphtha Hydrotreating Process: 나프타 수첨 공정)은 방향족화 공정(리포머)의 원료로써 요구되는 나프타의 증류범위를 맞추기 위한 탄소수 6이하의 탄화수소를 나프타 스플리터 상부로 제거하고, 탄소수 10이상의 탄화수소를 리런컬럼의 탑저로 제거하는 공정으로, 이후 원료 나프타에 포함되어 공정의 부식 등을 야기할 수 있는 질소, 황 등의 불순물을 수첨하여 제거하는 공정이다.On the other hand, the NHT process (Naphtha Hydrotreating Process) removes C6 or less hydrocarbons above the naphtha splitter to meet the distillation range of naphtha required as a raw material of the aromatization process (reformer), and removes C10 or more hydrocarbons. The process of removing the bottom of the rerun column, which is then included in the raw naphtha to remove the impurities such as nitrogen, sulfur, etc., which may cause corrosion of the process.
리런 컬럼에서는 방향족화 공정(리포머)의 원료로써 요구되는 나프타의 증류범위를 맞추기 위해 탄소수 10이상의 탄화수소를 탑저로 제거하는데, 상부 생성물은 리포머의 원료인 탄소수 6~10사이의 탄화수소이다. 일반적으로, 리런 컬럼 상부는 온도 130℃의 폐열로 직접 타 컬럼의 리보일러 열원으로 사용하기에는 충분하지 않다.
In the rerun column, hydrocarbons of 10 or more carbon atoms are removed to the bottom to meet the distillation range of naphtha required as a raw material for the aromatization process (reformer). The upper product is hydrocarbon having 6 to 10 carbon atoms, which is a raw material of the reformer. In general, the top of the rerun column is not enough to be used directly as a reboiler heat source for other columns with waste heat at a temperature of 130 ° C.
상기 각 기존 공정에서 NHT 공정 스트리퍼 원료 예열 및 NHT 공정 스트리퍼의 리보일러 열원을 각각 별도의 스팀을 이용하여 공급하고 있으나, 에너지 절감의 측면에서 볼 때, 에너지 절감을 보다 더 제고시킬 수 있는 개선의 여지를 지니고 있다.
In each of the existing processes, the NHT process stripper raw material preheating and the reboiler heat source of the NHT process stripper are supplied using separate steams, but in terms of energy saving, there is room for improvement to further enhance energy saving It has
본 발명의 목적은 방향족 화합물 분리공정 중 NHT 공정 리런 컬럼 상부 생성물로부터의 폐열을 회수하여, 이를 NHT 공정 스트리퍼 원료 예열 및 NHT 공정 나프타 스플리터의 리보일러 열원으로 공급함으로써, 종래의 방향족 화합물 분리공정 중 열원으로서 사용되는 중압스팀(middle pressure steam: MS)의 이용량을 절감하므로써, 에너지를 현저히 절감시키고자 하는 것이다.
An object of the present invention is to recover the waste heat from the upper product of the NHT process rerun column during the aromatic compound separation process, and to preheat the NHT process stripper raw material and supply it to the reboiler heat source of the NHT process naphtha splitter, thereby heat source during the conventional aromatic compound separation process By reducing the use of the middle pressure steam (MS) used as a, it is to significantly reduce the energy.
본 발명에 따라, 자일렌 컬럼, 추출 컬럼, 라피네이트 컬럼 및 NHT 리런(rerun) 컬럼의 이용을 포함하는, 원료인 나프타를 처리하여 파라-자일렌과 벤젠을 주요 최종제품으로 하는 방향족 화합물 처리공정에 있어서, NHT 공정 리런 컬럼 상부 생성물로부터의 폐열을 회수하여, 이를 NHT 공정 스트리퍼 원료 예열 및 NHT 공정 나프타 스플리터의 리보일러 열원으로 공급함으로써 방향족 화합물 분리 공정에서의 에너지 절감방법이 제공된다.According to the present invention, an aromatics processing process comprising para-xylene and benzene as main end products by treating naphtha as a raw material, including the use of xylene column, extraction column, raffinate column and NHT rerun column. The waste heat from the NHT process rerun column top product is recovered and fed to the reboiler heat source of the NHT process stripper raw material preheat and the NHT process naphtha splitter to provide an energy saving method in the aromatic compound separation process.
증류탑은 일반적으로 기액접촉을 위한 컬럼, 컬럼 하부로 흘러내리는 액체를 다시 끓여서 일정 부분을 기화시켜 다시 증류탑 내부로 되돌리는 리보일러, 및 컬럼 상부에서 배출되는 기체 전체 또는 일부분을 다시 응축시켜 일정 부분을 다시 증류탑 내부로 되돌리는 응축기로 구성된다.A distillation column is generally a column for gas-liquid contact, a reboiler that boils again a liquid flowing down the column, vaporizes a portion of it, and returns it to the inside of the column, and condenses all or a portion of the gas discharged from the column top again. It is composed of a condenser returning back inside the distillation column.
기존의 NHT 공정 스트리퍼 원료 예열 및 NHT 공정 나프타 스플리터의 리보일러 열원으로서는 주로 중압스팀(16~17kg/cm2g, 280℃의 스팀)이 사용되는데, 본 발명은 상기와 같이 NHT 공정 리런 컬럼 상부 생성물로부터의 폐열을 회수하여 열원으로 이용하므로써 기존의 중압 스팀의 이용을 절감시킬 수 있다.
As a reboiler heat source of the existing NHT process stripper raw material preheating and NHT process naphtha splitters, medium pressure steam (16-17 kg / cm 2 g, steam of 280 ° C.) is mainly used. By using the waste heat from the waste as a heat source can reduce the use of the existing medium pressure steam.
본 발명에 따라, NHT 공정 리런 컬럼 상부 생성물로부터의 폐열을 회수하여, NHT 스트리퍼 원료 예열에 사용되는 높은 온도의 탑저 물질을 대체하여 이를 NHT 공정 스트리퍼 원료 예열에 사용하고, NHT 스트리퍼 탑저 물질은 NHT 공정 나프타 스플리터의 리보일러 열원으로 공급함으로써, 종래의 방향족 화합물 분리공정에 비하여, 폐열회수를 통해, 에너지 절감을 현저히 향상시킬 수 있다.
According to the present invention, waste heat from the NHT process rerun column top product is recovered and replaced with the high temperature bottom material used for preheating the NHT stripper raw material and used for preheating the NHT process stripper raw material, the NHT stripper top bottom material being the NHT process. By supplying to the reboiler heat source of a naphtha splitter, energy saving can be remarkably improved through waste heat recovery compared with the conventional aromatic compound separation process.
도 1은 전형적인 방향족 화합물 처리공정에 대한 개략도이다.
도 2는 또 다른 형태의 전형적인 방향족 화합물 처리공정에 대한 개략도이다.
도 3은 또 다른 형태의 전형적인 방향족 화합물 처리공정에 대한 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따른 개선된 방향족 화합물 처리공정의 일 구체예에 대한 개략도이다.
도 5는 종래 방향족 화합물 처리공정의 구체예에 대한 개략도이다.1 is a schematic of a typical aromatics treatment process.
2 is a schematic diagram of another exemplary aromatic compound treatment process.
3 is a schematic diagram of another exemplary aromatic compound treatment process.
4 is a schematic diagram of one embodiment of an improved aromatics treatment process according to the present invention.
5 is a schematic diagram of an embodiment of a conventional aromatic compound treatment process.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 이들 실시예에 의하여 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the scope of the present invention is not limited by these Examples.
실시예Example
본 실시예에 따른 방향족 화합물 분리 공정에서의 에너지 절감방법은, 도 4를 참조하여, 열교환기 4기 신설(EA-124, EA-138 및 EA-107C/D)을 통하여 실현하였다.The energy saving method in the aromatic compound separation process according to the present embodiment was realized through the establishment of four heat exchangers (EA-124, EA-138 and EA-107C / D) with reference to FIG.
도 4에 도시한 바와 같이 NHT 공정 리런 컬럼(DA-102) 상부 생성물의 폐열을 각각 NHT 공정 스트리퍼(DA-103) 원료 예열 및 NHT 공정 나프타 스플리터(DA-101)의 리보일러 열원으로 공급하였다.As shown in FIG. 4, waste heat of the NHT process rerun column (DA-102) top product was fed to the NHT process stripper (DA-103) raw material preheat and NHT process naphtha splitter (DA-101) reboiler heat source, respectively.
이와 같은 방법으로 운전함으로써 NHT 공정 스트리퍼 원료 예열 및 NHT 공정 나프타 스플리터의 리보일러 열원으로서 사용되는 MS 사용시에 비해 연간 2.1 MMKcal/시의 에너지를 절감할 수 있었으며, 이를 금전으로 환산하면 연간 5.2억원의 에너지 절감효과를 얻을 수 있다.
By operating in this way, it was possible to save 2.1 MMKcal / hr of energy per year compared to when using MS used as a reboiler heat source for NHT process stripper raw material preheating and NHT process naphtha splitter. Savings can be achieved.
비교예Comparative Example
도 5에 도시된 바와 같은 기존 공법에서는, NHT 공정 스트리퍼 원료 예열 및 NHT 공정 나프타 스플리터의 리보일러 열원으로 MS를 공급함으로써 실시예 만큼의 에너지 절감을 하지 못하였다.
In the conventional method as shown in Figure 5, by preheating the NHT process stripper raw material and supplying MS to the reboiler heat source of the NHT process naphtha splitter did not save energy as the embodiment.
SULFOLANE: 벤젠-톨루엔 분획공정 및 비-방향족 제거공정
TATORAY: 톨루엔과 탄소수 9의 방향족 화합물의 불균등화 및 트랜스알킬화 공정
PAREX: 파라-크실렌 분리공정
ISOMAR: 크실렌 이성질화 공정
PX-Plus: 톨루엔의 선택적 불균등화 공정
TAC9: 탄소수 9의 방향족 화합물의 트랜스알킬화 공정
A6: 탄소수 6의 방향족 화합물
A7: 탄소수 7의 방향족 화합물
A8: 탄소수 8의 방향족 화합물
A9: 탄소수 9의 방향족 화합물
A10+: 탄소수 10 이상의 방향족 화합물
EA-101, EA-104, EA-107, EA-124, EA-201 및 EA-138: 열교환기
DA-102: 리런 컬럼
DA-103: 나프타 스플리터
FA-103: NHT 반응기 원료 서지 드럼(surge drum)
FA-105: NHT 반응기 유출물 분리 드럼SULFOLANE: Benzene-toluene fractionation process and non-aromatic removal process
TATORAY: Disproportionation and transalkylation process of toluene and aromatic compound having 9 carbon atoms
PAREX: Para-Xylene Separation Process
ISOMAR: Xylene Isomerization Process
PX-Plus: Selective Disproportionation Process of Toluene
TAC9: transalkylation process of aromatic compound having 9 carbon atoms
A6: aromatic compound having 6 carbon atoms
A7: aromatic compound having 7 carbon atoms
A8: aromatic compound having 8 carbon atoms
A9: aromatic compound having 9 carbon atoms
A10 +: aromatic compound having 10 or more carbon atoms
EA-101, EA-104, EA-107, EA-124, EA-201, and EA-138: heat exchanger
DA-102: rerun column
DA-103: naphtha splitter
FA-103: NHT reactor raw material surge drum
FA-105: NHT Reactor Effluent Separation Drum
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KR20090094702A (en) * | 2008-03-03 | 2009-09-08 | 주식회사 엘지화학 | Method for recovering heat quantity of Benzene Recovery Unit |
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