KR101515816B1 - 고비점, 중비점 및 저비점 성분을 포함하는 원료의 정제 장치 및 정제 방법 - Google Patents

고비점, 중비점 및 저비점 성분을 포함하는 원료의 정제 장치 및 정제 방법 Download PDF

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KR101515816B1 KR1020140025836A KR20140025836A KR101515816B1 KR 101515816 B1 KR101515816 B1 KR 101515816B1 KR 1020140025836 A KR1020140025836 A KR 1020140025836A KR 20140025836 A KR20140025836 A KR 20140025836A KR 101515816 B1 KR101515816 B1 KR 101515816B1
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Abstract

본 출원은 저비점 성분, 중비점 성분 및 고비점 성분을 포함하는 원료의 정제 장치 및 이를 이용한 정제 방법에 관한 것으로서, 에너지의 소비를 줄이고 목적물의 생산량을 효율적으로 증대시킬 수 있는 정제 장치 및 제조 방법을 제공할 수 있다.

Description

고비점, 중비점 및 저비점 성분을 포함하는 원료의 정제 장치 및 정제 방법{DEVICE OF REFINING FEED COMPRISING A LOW BOILING COMPONET, A MIDDLE BOILING COMPONENT AND A HIGH BOILING COMPONENT AND REFINEMENT METHOD USING THE SAME}
본 출원은 저비점 성분, 중비점 성분 및 고비점 성분을 포함하는 원료의 정제 장치 및 이를 이용한 정제 방법에 관한 것이다.
고비점, 중비점 및 저비점의 3성분이 혼합된 혼합물로부터 각각의 성분을 분리하는데 사용하는 정제 장치는 이미 널리 사용되고 있다. 예를 들어, 특허 문헌 1 KR 2008-0099034 A는 일반적인 3성분 정제 공정에 관한 것이다. 석유정제 및 석유화학 공정에서 얻어진 C4-유분에는 여러 종류의 탄화수소가 포함되어 있으며 이를 분리하기 위하여 정제 공정을 거친다.
납사분해시 부산물로 생성되는 라피네이트(Raffinate)는 석유 등을 용제로 녹일 때 남는 불용해 성분이다. 라피네이트는 납사 크래커에서 생산되는 C4-유분을 포함하며, 이것은 탄소수가 4인 탄화수소 혼합물로서, 여기에는 1,3-부타디엔, 이소부텐 또는 1-부텐등 여러 종류의 탄화수소류가 포함되어 있다. 상기 유분에 포함된 각 성분들은 합성고무나 플라스틱 원료로 유용하게 사용되므로, 상기 탄화수소 혼합물로부터 각 성분을 효율적으로 분리하는 것이 필요하다.
공개특허공보 제2008-0099034호
본 출원은 저비점 성분, 중비점 성분 및 고비점 성분을 포함하는 원료의 정제 장치 및 이를 이용한 정제 방법을 제공한다.
본 출원은 저비점 성분, 중비점 성분 및 고비점 성분을 포함하는 원료의 정제 장치에 관한 것이다. 상기 정제 장치는 하나의 예시인 도 1을 참조하여 설명할 수 있다. 상기 장치는 저비점 성분, 중비점 성분 및 고비점 성분을 포함하는 원료로부터 목적하는 물질을 생산할 수 있도록 설치된 장치로서, 하부에 재비기(104)를 가지는 헤비 앤드 분류 영역(100), 하부에 응축기(105)를 가지는 제 1 리시버(103), 하부에 재비기(109)를 가지는 라이트 앤드 분류 영역(200), 제 2 리시버(108) 및 이송 시스템(114, 115 및 116)을 포함한다.
본 출원에서 용어 이송 시스템은 상기 장치의 각 설비을 연결하여 원료 또는 배출물을 이송시킬 수 있도록 설치된 모든 종류의 설비를 포함하고, 예를 들면 파이프나 펌프 등으로 되는 배관 시스템일 수 있다.
상기 이송 시스템은 제 1 라인(114) 및 제 2 라인(115)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 라인(114)은 상기 원료를 상기 헤비 앤드 분류 영역(100)으로 도입하고, 상기 헤비 앤드 분류 영역(100)의 상부 생성물을 상기 제 1 리시버(103)로 도입할 수 있도록 설치되어 있을 수 있다. 또한, 상기 제 2 라인(115)은 상기 제 1 리시버(103)의 하부 생성물을 상기 라이트 앤드 분류 영역(200)으로 도입할 수 있도록 설치되어 있을 수 있다. 또한, 상기 제 2 라인(115)은 상기 라이트 앤드 분류 영역(200)의 상부 생성물의 일부를 상기 제 1 리시버의 응축기(105)를 경유시켜 상기 제 2 리시버(108)에 도입하며, 나머지 일부는 상기 제 1 리시버의 응축기(105)를 경유하지 않고, 제 2 리시버(108)로 도입할 수 있도록 설치될 수 있다.
본 출원에 따른 정제 장치는 저비점 성분, 중비점 성분 및 고비점 성분을 포함하는 원료에서 저비점과 중비점 성분 및 고비점 성분을 분리하는 정제 장치일 수 있고, 각 성분의 제거 순서는 특별히 한정되지 않는다. 하나의 예시에서, 상기 원료에서 고비점 성분을 제거하고 저비점 성분을 제거할 수 있다. 본 명세서에서 상기 저비점 성분이란 비점이 -20℃ 내지 -5℃인 성분을 의미할 수 있고, 고비점 성분이란 비점이 -4℃ 내지 10℃인 성분을 의미할 수 있으며, 중비점 성분은 비점이 -10℃ 내지 -3℃인 성분을 의미할 수 있다. 상기에서 저비점, 중비점 및 고비점은 상대적인 개념이므로, 상기 온도에 반드시 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 부텐-1을 정제하는 공정에 있어서, 저비점 성분은 약 -11 ℃ 이하인 성분을 의미할 수 있고, 고비점 성분이란 비점이 약 -1℃ 내지 4℃인 성분을 의미할 수 있으며, 중비점 성분이란 비점이 약 -6℃인 성분을 의미할 수 있다. 상기에서 비점은 대기압하에서 측정된 값을 나타낸다. 하나의 예시로, 부텐-1을 정제하는 공정에서, 상기 고비점 성분은 2-부텐 및 n-부탄을 포함할 수 있고, 저비점 성분은 프로판, 이소부틸렌 및 이소부탄을 포함할 수 있으며, 중비점 성분은 부텐-1을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 「영역」이란 하나 이상의 분류탑을 포함하여 비점의 차이로 혼합물을 분리하는 공정을 수행할 수 있도록 설치된 모든 종류의 영역을 의미할 수 있다.
구체적으로, 본 명세서에서 헤비 앤드 분류영역(100)은 상기 원료에서 고비점 성분을 제거하는 영역을 의미할 수 있다. 헤비 앤드 분류영역(100)은 고비점 성분을 제거할 수 있는 장치라면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 헤비 앤드 분류영역(100)은 하나 이상의 증류탑을 포함할 수 있다. 하나의 예시에서, 도 2를 통하여 설명하면 상기 헤비 앤드 분류 영역(101 및 102)은 원료가 도입될 수 있도록 설치되어 있을 수 있고, 하부에 재비기(104)를 가지는 제 1 분류탑(101) 및 상기 제 1 분류탑(101)과 연결되어 헤비 앤드 분류 영역(100)의 상부 생성물을 배출할 수 있도록 설치된 제 2 분류탑(102)을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 라이트 앤드 분류영역(200)은 상기 원료에서 저비점 성분을 제거하는 영역을 의미할 수 있다. 라이트 앤드 분류영역(200)은 저비점 성분을 제거할 수 있는 장치라면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 라이트 앤드 분류영역(200)은 하나 이상의 증류탑을 포함할 수 있다. 하나의 예시에서, 도 2를 통해 설명하면, 라이트 앤드 분류 영역(106 및 107)은 제 1 리시버(103)의 하부 생성물이 도입될 수 있고, 상기 라이트 앤드 분류 영역(200)의 상부 생성물을 배출할 수 있도록 설치된 제 1 분류탑(106) 및 상기 제 1 분류탑과 연결되어 있고, 하부에 재비기(109)를 가지는 제 2 분류탑(107)을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 출원의 구체예에서 상기 라이트 앤드 분류 영역(200)의 하부 생성물은 중비점 성분을 포함할 수 있으며, 상기 중비점 성분이 목적 물질일 수 있다. 상기 중비점 성분은 특별히 한정되지 않으나, 하나의 예시에서, 부텐-1을 포함할 수 있고 실질적으로 부텐-1일 수 있다. 본 명세서에서 「실질적으로 부텐-1」은 그 혼합물 자체를 실질적으로 부텐-1로 간주할 수 있다는 의미로서, 구체적으로 부텐-1을 주 성분으로 하고, 상기 혼합물에 있어서 적어도 90 중량% 이상, 95 중량% 이상 또는 99중량% 이상 부텐-1을 포함할 수 있다.
본 출원의 구체예에서, 상기 정제 장치의 제 1 라인(114)은 제 1 리시버(103)의 상부 생성물을 다시 제 1 리시버(103)로 환류시키도록 설치될 수 있다. 또한, 상기 정제 장치는 상기 제 1 라인(114) 상에 컴프레서(111)를 추가로 포함할 수 있다. 하나의 예시에서 상기 제 1 라인(114)은, 제 1 리시버(103)의 상부 생성물을 상기 컴프레서(111)를 경유시킨 후에 일부는 헤비 앤드 분류 영역(100)의 재비기(104)로 도입하고, 나머지 일부는 라이트 앤드 분류 영역(200)의 재비기(109)로 도입할 수 있도록 설치되어 있을 수 있다. 즉, 상기에서 제 1 리시버(103)의 상부 생성물은 컴프레서(111)를 경유하여 온도가 상승될 수 있고, 온도가 상승된 상기 생성물은 상기 헤비 앤드 분류영역(100)의 하부의 재비기(104) 및 라이트 앤드 분류 영역(200)의 하부의 재비기(109)에서, 각각 헤비 앤드 분류영역(100)의 하부 생성물 및 라이트 앤드 분류 영역의 하부 생성물과 열교환이 될 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 정제 장치는 상기 제 1 리시버(103)의 상부 생성물을 상기 컴프레서(111)를 경유시킨 후에, 상기 제 1 리시버(103)로 환류시키는 컨덴세이트 드럼(113)을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 리시버(103)의 상부 생성물은 상기 컴프레서(111)를 경유하고, 일부는 상기 헤비 앤드 분류영역(100)의 하부의 재비기(104)를 거치며, 다른 일부는 라이트 앤드 분류 영역(200)의 하부의 재비기(109)를 거친 후 컨덴세이트 드럼(113)으로 이송될 수 있다. 컨덴세이트 드럼(113)은 상기 상부 생성물의 응축물을 다시 상기 제 1 리시버(103)로 환류시킬 수 있으며, 환류시키는 경로 중에 응축기(117)를 거칠 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 정제 장치는 환류 드럼(112)을 추가로 포함할 수 있고, 상기 이송 시스템은 헤비 앤드 분류 영역(100)의 하부 생성물이 상기 환류 드럼(112)으로 도입될 수 있도록 설치된 제 3 라인(116)을 추가로 포함할 수 있다.
본 출원의 구체예에서, 상기 제 2 라인(115)은 라이트 앤드 분류 영역(200)의 상부 생성물의 일부를 상기 제 1 리시버의 응축기(105)를 경유시켜 상기 제 2 리시버(108)에 도입하며, 나머지 일부는 상기 제 1 리시버의 응축기(105)를 경유하지 않고, 제 2 리시버(108)로 도입할 수 있도록 설치될 수 있다. 본 출원에 따른, 제 2 라인(115)은 상기 라이트 앤드 분류 영역(200)의 상부 생성물을 나누어, 제 1 리시버의 응축기(105)로 들어가는 상기 상부 생성물의 유량을 제어할 수 있도록 설치될 수 있다. 상기 라이트 앤드 분류 영역(200)의 상부 생성물 전체가 상기 제 1 리시버의 응축기(105)에서 열교환하지 않고, 일부만이 열교환되기 때문에, 실질적으로 상기 제 1 리시버(103)의 전체 열 부하(Heat Duty)는 감소될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 리시버(103)의 열 부하가 감소됨으로써, 원료의 유량을 증가시키더라도 제 1 리시버(114)의 상부 생성물의 유량이 적정 범위로 제어될 수 있다. 또한, 상기 제 1 리시버(114)의 상부에 컴프레서(111)를 설치할 경우, 상기 원료의 유량이 증가될 때 컴프레서의 유량이 증가되어 과부하가 걸리는 문제가 발생할 수 있으나, 본 출원의 따른 상기 제 2 라인(115)을 통하여 상기 제 1 리시버(103)의 상부 생성물의 유량이 제어되어 컴프레서(111)의 유량이 직접적으로 제어 될 수 있다.
본 출원의 정제 장치는 상기 제 2 라인(115)의 라이트 앤드 분류 영역(200)의 상부 생성물의 일부를 제 1 리시버의 응축기(105)를 경유시키지 않고 제 2 리시버(108)로 도입할 수 있도록 설치된 경로에 존재하는 냉각기(110)를 추가로 포함할 수 있다. 즉, 상기 라이트 앤드 분류 영역(200)의 상부 생성물의 일부는 상기 제 1 리시버의 응축기(105)를 경유시켜 상기 제 2 리시버(108)에 도입되고, 나머지 일부는 상기 냉각기(110)를 거쳐 제 2 리시버(108)로 도입될 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 냉각기(110)는 제 1 리시버의 응축기로(105) 유입되는 라이트 앤드 분류 영역(200)의 상부 생성물의 일부를 냉각함으로써, 결과적으로 제 1 리시버(103)의 열부하를 직접적으로 감소시킬 수 있다.
본 출원은 또한 저비점 성분, 중비점 성분 및 고비점 성분을 포함하는 원료의 정제 방법에 관한 것이다. 본 출원의 정제 방법은 상기 원료를 하부에 재비기(104)를 가지는 헤비 앤드 분류 영역(100)으로 도입하여 분리 공정을 수행하는 단계; 상기 헤비 앤드 분류 영역(100)의 상부 생성물을 하부에 응축기(105)를 가지는 제 1 리시버(103)에 도입하는 단계; 상기 제 1 리시버(103)의 하부 생성물을 하부에 재비기(109)를 가지는 라이트 앤드 분류 영역(200)으로 도입하는 단계; 및 상기 라이트 앤드 분류 영역(200)의 상부 생성물을 제 2 리시버(108)에 도입하는 단계를 포함하되, 상기 라이트 앤드 분류 영역(200)의 상부 생성물의 일부를 상기 제 1 리시버의 응축기(105)를 경유시켜 상기 제 2 리시버(108)에 도입하고, 상기 상부 생성물의 나머지 일부는 상기 제 1 리시버의 응축기(105)를 경유하지 않고, 제 2 리시버(108)로 도입하는 단계를 포함할 수 있다.
구체적으로, 본 출원에 따른 정제 방법은 저비점 성분, 중비점 성분 및 고비점 성분을 포함하는 원료를 상기 헤비 앤드 분류 영역(100)으로 도입하여 분리 공정을 수행할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 원료는 부텐-1을 포함할 수 있다. 상기 헤비 앤드 분류 영역(100)은 하나 이상의 증류탑을 포함할 수 있으며, 하나의 예시에서 제 1 분류탑(101) 및 제 2 분류탑(102)을 통하여 분리 정제 공정이 수행될 수 있다. 상기 분리 공정으로 고비점 성분인 하부 생성물은 환류 드럼(112)으로 이송될 수 있으며, 상부 생성물은 제 1 리시버(103)로 도입될 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 고비점 성분은 2-부텐 또는 n-부텐을 포함할 수 있다. 상기 제 1 리시버(103)의 상부 생성물은 응축되어 다시 제 1 리시버(103)로 환류될 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 제 1 리시버(103)의 상부 생성물은 상기 컴프레서(111)를 경유하고, 상기 헤비 앤드 분류영역(100)의 하부의 재비기(104) 및 라이트 앤드 분류 영역(200)의 하부의 재비기(109)를 거친 후 컨덴세이트 드럼(113)으로 이송될 수 있다. 컨덴세이트 드럼(113)은 상기 상부 생성물의 응축물을 다시 상기 제 1 리시버(103)로 환류시킬 수 있으며, 환류시키는 경로 중에 응축기(117)를 거칠 수 있다.
또한 상기 제 1 리시버(103)의 하부 생성물은 상기 라이트 앤드 분류 영역(200)으로 도입되어 분리공정이 진행될 수 있다. 상기 라이트 앤드 분류 영역(200)은 하나 이상의 증류탑을 포함할 수 있으며, 이를 통해 분리 정제 공정이 수행될 수 있다. 예를 들어, 라이트 앤드 분류 영역(200)은 제 1 분류탑(106) 및 제 2 분류탑(107)을 포함할 수 있다. 상기 라이트 앤드 분류 영역(200)의 상부 생성물의 일부를 상기 제 1 리시버의 응축기(105)를 경유시켜 상기 제 2 리시버(108)에 도입하고, 상기 상부 생성물의 나머지 일부는 상기 제 1 리시버의 응축기(105)를 경유하지 않고, 제 2 리시버(108)로 도입할 수 있다. 또한, 상기 라이트 앤드 분류 영역(200)의 하부 생성물은 중비점 성분을 포함할 수 있으며, 하나의 예시에서 상기 중비점 성분으로서 부텐-1을 포함할 수 있고, 상기 하부 생성물은 실질적으로 부텐-1일 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 라이트 앤드 분류 영역(200)의 상부 생성물로 배출되는 저비점 성분은 이소부탄을 포함할 수 있다.
본 출원의 구체예에서, 제 1 리시버의 응축기(105)를 경유하여 제 2 리시버(108)로 도입되는 라이트 앤드 분류 영역(200)의 상부 생성물의 유량(V1)은 40,000 kg/hr 내지 70,000 kg/hr, 45,000 kg/hr 내지 65,000 kg/hr, 48,000 kg/hr 내지 63,000 kg/hr, 51,000 kg/hr 내지 59,000 kg/hr, 51,000 kg/hr 내지 58,000 kg/hr, 51,000 kg/hr 내지 57,000 kg/hr, 51,000 kg/hr 내지 56,000 kg/hr 또는 52,000 kg/hr 내지 55,000 kg/hr 또는 53,000 kg/hr 내지 54,000 kg/hr 일 수 있다. 또한, 상기 제 1 리시버의 응축기(105)를 경유하지 않고, 제 2 리시버(108)로 도입되는 라이트 앤드 분류 영역(200)의 상부 생성물의 유량(V2)은 3000 kg/hr 내지 20,000 kg/hr, 5,000 kg/hr 내지 18,000 kg/hr, 6000 kg/hr 내지 14,000 kg/hr, 6000 kg/hr 내지 13,000 kg/hr, 7000 kg/hr 내지 12,000 kg/hr, 7000 kg/hr 내지 11,000 kg/hr 또는 8000 kg/hr 내지 10,000 kg/hr 일 수 있다. 하나의 예시에서, 제 1 리시버의 응축기를 경유하여 제 2 리시버로 도입되는 라이트 앤드 분류 영역(200)의 상부 생성물의 유량(V1)과 상기 제 1 리시버의 응축기를 경유하지 않고, 제 2 리시버로 도입되는 라이트 앤드 분류 영역(200)의 상부 생성물의 유량(V2)의 비율(V2/V1)이 0.05 내지 0.3, 0.09 내지 0.25, 0.09 내지 0.22, 0.1 내지 0.2 또는 0.12 내지 0.18 일 수 있다. 상기 비율로 라이트 앤드 분류 영역(200)의 상부 생성물의 유량을 제어함으로써, 전술한 바와 같이 상기 제 1 리시버의 열 부하를 효율적으로 제어할 수 있다.
또한, 상기 제 1 리시버의 응축기(105)를 경유하지 않고, 제 2 리시버(108)로 도입되는 라이트 앤드 분류 영역(200)의 상부 생성물을 제 2 리시버(108)로 도입하기 전에 냉각기를 경유시키는 과정을 추가로 수행할 수 있다. 즉, 상기 라이트 앤드 분류 영역(200)의 상부 생성물의 일부는 상기 제 1 리시버의 응축기(105)를 경유시켜 상기 제 2 리시버(108)에 도입되고, 나머지 일부는 상기 냉각기(110)를 거쳐 제 2 리시버(108)로 도입될 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 냉각기(110)는 제 1 리시버의 응축기(105)로 유입되는 라이트 앤드 분류 영역(200)의 상부 생성물의 일부를 냉각함으로써, 결과적으로 제 1 리시버의 열부하를 직접적으로 감소시킬 수 있다.
본 출원의 구체예에서, 상기 제 1 리시버의 응축기(105)로 도입되기 전 또는 상기 냉각기(110)에 도입되기 전의, 라이트 앤드 분류 영역(200)의 상부 생성물의 온도(T1)는 각각 36℃ 내지 55℃, 38℃ 내지 50℃, 40℃ 내지 48℃ 또는 43℃ 내지 47℃ 일 수 있다. 또한, 상기 제 1 리시버의 응축기(105)를 거친 후 또는 상기 냉각기(110)를 거친 후의 라이트 앤드 분류 영역(200)의 상부 생성물의 온도(T2)는 각각 20℃ 내지 45℃, 22℃ 내지 43℃, 25℃ 내지 42℃, 28℃ 내지 41℃, 30℃ 내지 40℃, 32℃ 내지 38℃ 또는 34℃ 내지 36.5℃ 일 수 있다. 하나의 예시에서, 냉각기에 도입되기 전의 라이트 앤드 분류 영역(200)의 상부 생성물의 온도(T1)와 냉각기를 거친 후의 라이트 앤드 분류 영역(200)의 상부 생성물의 온도(T2)의 비율(T2/T1)이 0.70 내지 0.95, 0.72 내지 0.93, 0.75 내지 0.90, 0.77 내지 0.88 또는 0.80 내지 0.85 일 수 있다. 상기 상부 생성물의 온도의 비율로 제어함으로써, 상기 제 1 리시버의 열 부하를 효율적으로 제어할 수 있다.
하나의 예시에서, 본 출원의 제조 방법은 제 1 리시버의 상부 생성물을 컴프레서(111)로 도입하는 단계; 상기 컴프레서(111)를 거친 상부 생성물의 일부는 헤비 앤드 분류 영역의 재비기(104)로 도입하고, 나머지 일부는 라이트 앤드 분류 영역의 재비기(109)로 도입하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 컴프레서(111)를 거친 상부 생성물이 각각의 재비기를 거쳐 콘덴세이트 드럼(113)을 통해 상기 제 1 리시버(103)로 환류될 수 있다. 따라서, 상기 컴프레서(111)를 거친 상부 생성물을 각각 헤비 앤드 분류 영역의 재비기(104) 및 라이트 앤드 분류 영역의 재비기(109)로 분리될 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 헤비 앤드 분류 영역의 재비기(104)로 도입되기 전의, 상기 컴프레서(111)를 거친 상부 생성물의 유량(V3)은 50,000 kg/hr 내지 200,000 kg/hr, 60,000 kg/hr 내지 180,000 kg/hr, 90,000 kg/hr 내지 110,000 kg/hr, 92,000 kg/hr 내지 105,000 kg/hr, 95,000 kg/hr 내지 103,000 kg/hr 또는 96,000 kg/hr 내지 100,000 kg/hr일 수 있다. 또한, 상기 라이트 앤드 분류 영역의 재비기(109)로 도입되기 전의, 상기 컴프레서(111)를 거친 상부 생성물의 유량(V4)은 20,000 kg/hr 내지 150,000 kg/hr, 30,000 kg/hr 내지 130,000 kg/hr, 40,000 kg/hr 내지 100,000 kg/hr, 45,000 kg/hr 내지 80,000 kg/hr, 50,000 kg/hr 내지 70,000 kg/hr 또는 55,000 kg/hr 내지 65,000 kg/hr일 수 있다.
또한, 상기 헤비 앤드 분류 영역의 재비기(104)로 도입되기 전 또는 상기 라이트 앤드 분류 영역의 재비기(109)에 도입되기 전의, 상기 컴프레서(111)를 거친 상부 생성물의 온도(T3)는 각각 62℃ 내지 90℃, 64℃ 내지 88℃, 66℃ 내지 85℃, 68℃ 내지 83℃, 70℃ 내지 80℃ 또는 72℃ 내지 74℃ 일 수 있다. 또한, 상기 헤비 앤드 분류 영역의 재비기(104)를 거친 후 또는 상기 라이트 앤드 분류 영역의 재비기(109)를 거친 후의, 상기 상부 생성물의 온도(T4)는 각각 40℃ 내지 70℃, 42℃ 내지 69℃, 44℃ 내지 68℃, 46℃ 내지 67℃, 50℃ 내지 66℃, 53℃ 내지 65℃, 55℃ 내지 64℃, 58℃ 내지 63℃ 또는 60℃ 내지 62℃ 일 수 있다.
본 출원의 구체예에서, 상기 원료는 10,000 kg/hr 이상의 유량(V0)으로 상기 헤비 앤드 분류 영역(100)으로 도입될 수 있으며, 예를 들어, 11,000 kg/hr 내지 100,000 kg/hr, 12,000 kg/hr 내지 90,000 kg/hr 또는 13,000 kg/hr 내지 80,000 kg/hr의 유량(V0)으로 도입될 수 있다. 또한, 컴프레서(111)로 도입되는 제 1 리시버(103)의 상부 생성물의 유량(V5)은 135,000 kg/hr 내지 300,000 kg/hr, 135,000 kg/hr 내지 280,000 kg/hr, 135,000 kg/hr 내지 260,000 kg/hr, 138,000 kg/hr 내지 250,000 kg/hr, 140,000 kg/hr 내지 230,000 kg/hr, 145,000 kg/hr 내지 200,000 kg/hr, 150,000 내지 180,000 kg/hr 155,000 kg/hr 내지 170,000 kg/hr일 수 있다. 또한, 상기 컴프레서(111)로 도입되는 제 1 리시버(103)의 상부 생성물의 온도(T5)는 20℃ 내지 50℃, 22℃ 내지 48℃, 25℃ 내지 45℃, 28℃ 내지 43℃, 30℃ 내지 40℃ 또는 33℃ 내지 37℃일 수 있으며, 상기 컴프레서(111)를 거친 후의 제 1 리시버(103)의 상부 생성물의 온도(T6)는 50℃ 내지 90℃, 53℃ 내지 88℃, 55℃ 내지 85℃, 58℃ 내지 83℃, 60℃ 내지 80℃, 63℃ 내지 78℃, 65℃ 내지 75℃, 70℃ 내지 75℃ 또는 73℃ 내지 75℃일 수 있다. 이에 따라, 상기 컴프레서(111)로 도입되는 제 1 리시버(103)의 상부 생성물의 온도(T5)와 상기 컴프레서(111)를 거친 후의 제 1 리시버(103)의 상부 생성물의 온도(T6)의 비율(T6/T5)은 2.0 내지 3.0, 2.1 내지 2.8 또는 2.2 내지 2.6일 수 있다. 즉, 본 출원에 따른 제조 방법은 목적 물질을 효율적으로 증대시키기 위하여 원료의 유량을 증대시키되, 제 1 리시버(103)의 상부 생성물이 급격히 증가되는 것을 방지하고, 컴프레서(111)가 설치되는 경우 상기 상부 생성물이 상기 컴프레서(111)로 유입되어 과부하가 오지 않도록 조절할 수 있다. 이에 따라, 전체 공정의 증가된 엔탈피를 제거할 수 있고, 에너지 균형을 유지할 수 있다. 예를 들어, 상기 제조 방법에 따르면, 제 1 리시버의 열 부하를 감소시켜 전체 공정의 에너지 불균형을 방지할 수 있다.
본 출원은 에너지의 소비를 줄이고, 목적물의 생산량을 효율적으로 증대시킬 수 있는 저비점 성분, 중비점 성분 및 고비점 성분을 포함하는 원료의 정제 장치 및 정제 방법을 제공할 수 있다.
도 1 및 2는 본 출원에 따른 정제 장치를 나타내는 도면이다.
이하 본 출원에 따르는 실시예 및 본 발명에 따르지 않는 비교예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
즉, 본 출원의 권리 범위는 하기 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
실시예 1
하기 표 1의 원료를 안정탑을 거쳐 분리한 후, 도 2에 나타난 본 출원에 따른 장치를 이용하여, 분리 정제하였다.
STREAM (kg/hr)
 원료 (안정탑 전)
 헤비 앤드 제1분류탑 원료 (안정탑후)
비 응축성 물질 7.0 0.0
물 14.0 14
저비점 성분 729.4 718.3
중비점 성분 7,184.8 7,139.8
고비점 성분 6,069.0 6,042.4
합계 14000.0 13914.5
표 1은 실시예 1의 헤비 앤드 분류 영역의 제 1 분류탑으로 도입되는 원료의 성분 분류표를 표시한다.
성분 제품 분류
수소 비 응축성 물질
(안정탑 상부에서 기체 제품으로 생산)
메탄
프로판 저비점 성분
(라이트 앤드 분류 영역 제 1 분류탑 상부에서 생산)
이소부탄
이소부틸렌
1-부텐 중비점 성분 (부텐-1 제품)
(라이트 앤드 분류 영역 제 2 분류탑 하부에서 생산)
N-부탄 고비점 성분
(헤비 앤드 분류 영역 제 1 분류탑 하부에서 생산)
트랜스-2-부탄
시스-2-부탄
표 2는 표 1에 표시된 성분의 제품 분류를 나타내는 표이다.
상기 표 1에 나타난 원료를 도 2의 장치를 이용하여, 하기 표 3의 조건으로 분리 정제 공정을 진행하였다.
실시예 1 비교예 1 비교예 2
제 1 분류탑(101) 상부온도,압력 40.0℃,
3.65kg/cm2 		38.6℃,
3.23 kg/cm2 		39.3℃,
3.4 kg/cm2
하부온도,압력 52.4℃,
4.3kg/cm2 		49.9℃,
3.97 kg/cm2 		51.5℃,
4.16 kg/cm2
제 2 분류탑(102) 상부온도,압력 34.1℃,
3.0kg/cm2 		30.8℃,
2.63 kg/cm2 		31.9℃,
2.77 kg/cm2
하부온도,압력 39.9℃,
3.6kg/cm2 		38.7℃,
3.35 kg/cm2 		39.4℃,
3.52 kg/cm2
제 1 리시버(103) 상부온도,압력 33.3℃,
2.9kg/cm2 		30.7℃,
2.65 kg/cm2 		31.7℃,
2.98 kg/cm2
제 1 분류탑(106) 상부온도,압력 44.1℃,
4.9kg/cm2 		49.6℃,
4.59 kg/cm2 		51.2℃,
4.73 kg/cm2
하부온도,압력 51.2℃,
5.3kg/cm2 		55.0℃,
5.87 kg/cm2 		51.8℃,
5.36 kg/cm2
제 2 분류탑(107) 상부온도,압력 51.3℃,
5.35kg/cm2 		50.5℃,
5.01 kg/cm2 		51.4℃,
5.19 kg/cm2
하부온도,압력 54.3℃,
5.8kg/cm2 		53.9℃,
5.66 kg/cm2 		55℃,
5.87 kg/cm2
제 2 리시버(108) 온도, 압력 36℃,
4.3kg/cm2 		34.7℃,
3.86 kg/cm2 		38.9℃,
4.35 kg/cm2
실시예 1에서 헤비 앤드 분류 영역의 제 1 분류탑(101)에 도입된 원료는 제 2 분류탑(102)을 거쳐 헤비 앤드 분류 영역의 상부 생성물로서 저비점 성분(717.7kg/hr) 및 중비점 성분(6782.3kg/hr)이 배출되고, 하부 생성물로서 저비점 성분(0.6 kg/hr), 중비점 성분(357.5 kg/hr) 및 고비점 성분(6042.4 kg/hr)이 배출된다. 라이트 앤드 분류 영역의 제 1 분류탑(106)으로 도입된 제 1 리시버(103)의 하부 생성물은 라이트 앤드 분류 영역에서 저비점 성분 및 고비점 성분으로 분리 정제된다. 상기 라이트 앤드 분류 영역의 제 1 분류탑(106)은 상부 생성물로서 저비점 성분(43762.8 kg/hr) 및 중비점 성분(17892.6 kg/hr)을 배출하고, 제 2 분류탑(107)은 하부 생성물로서 저비점 성분(50.5 kg/hr) 및 중비점 성분(6509.5 kg/hr)을 배출한다. 라이트 앤드 영역의 제 1 분류탑(106)의 상부 생성물 총 유량은 61655.4 kg/hr이며, 제 1 리시버의 응축기(105)를 경유하는 유량(V1) 53265.3 kg/hr과 응축기를 경유하지 않고 냉각기를 거쳐 제 2 리시버로 도입되는 유량(V2) 8390.1 kg/hr로 분리 되었다. 후술하는 비교예 1 및 2는 라이트 앤드 영역의 제 1 분류탑(106)의 상부 생성물 총 유량이 분리되지 않고 제 1 리시버 응축기 (105)를 경유하는 한 가지 흐름 만으로 구성되어 있다.
비교예 1
헤비 앤드 분류 영역의 제 1 분류탑으로 원료의 유량을 14450.0 kg/hr으로 도입하고, 라이트 앤드 분류 영역의 제 1 분류탑(106)에서 배출된 상부 생성물 전부가 제 1 리시버의 응축기(105)를 거치는 것 (냉각기(110)로 도입되는 라인이 존재하지 않음)을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 표 3의 조건에 따라 원료를 분리 정제하였다.
비교예 2
헤비 앤드 분류 영역의 제 1 분류탑으로 원료의 유량을 13720.0 kg/hr으로 도입한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 표 3의 조건에 따라 원료를 분리 정제하였다.
헤비 앤드 제 1 분류탑 (101) 하부 생성물 헤비 앤드 제 2 분류탑 (102) 상부 생성물
실시예1 비교예1 비교예2 실시예1 비교예 1 비교예 2
STREAM (kg/hr) 6414.5 6730 6409 7500 6858 6394
표 4는 헤비 앤드 분류 영역의 제 1 분류탑(101) 및 제 2 분류탑(102)의 생성물의 유량을 나타낸다.
라이트 엔드 제1분류탑(106)
상부 생성물		 라이트 엔드 제2분류탑 (107) 하부 생성물
실시예1 비교예1 비교예2 실시예 1 비교예 1 비교예 2
STREAM(kg/hr) 61655.4 44880 49530 6560 5735 5189
표 5는 라이트 앤드 분류 영역의 제 1 분류탑(106) 및 제 2 분류탑(107)의 생성물의 유량을 나타낸다.
실시예 1
부텐-1 중량%
[제2분류탑(102) 상부 생성물]		 90.4%
( 6782.3 / 7500 * 100=90.4 )
부텐-1 전체 공정 회수율 90.6%
( 6509.5 / 7184.8 * 100=90.6 )
부텐-1 제품 순도 중량%
[제2분류탑(102) 하부 생성물]		 99.2%
(6509.5 / 6560 * 100=99.2 )
표 6은 본 발명의 실시예 1에 따른 중비점 성분인 부텐-1의 제품 순도 및 회수율을 나타낸다. 본 발명의 실시예 1 결과인 상기 표에서 나타난 것처럼 부텐-1 제품 순도는 99.2 %로 목표치 99 %를 초과하였으며 부텐-1 전체 공정 회수율은 90.6 %로 목표치 90 % 이상으로 나타났다.
STREAM 제 1 리시버(103)의 상부 생성물
분류 실시예 1 비교예 1 비교예 2
컴프레서(111)전 유량 (kg/hr) 160,000 123,700 133,980
컴프레서(111)전 온도 (℃) 33.3 30.7 31.7
컴프레서(111)후 유량 (kg/hr) 160,000 123,700 133,980
컴프레서(111)후 온도 (℃) 74.0 66.5 67.6
표 7은 제 1 리시버(103)의 상부 생성물이 컴프레서(111)로 도입되기 전과 후의 유량 및 온도를 각각 나타낸다. 상기에서 볼 수 있듯이, 실시예 1에서의 컴프레서 운전 능력이 비교예 1 및 2 보다 상당히 향상됨을 알 수 있다. 즉, 비교예 1의 경우는 본원보다 원료를 더 많이 투입했음에도 불구하고 컴프레서로의 유량이 더 작아지는 결과가 발생하고, 비교예 2의 경우도 본 발명보다 컴프레서로 유입되는 물질이 더 적음을 알 수 있다. 이는 컴프레서의 운전 능력이 현저히 떨어짐을 나타내고 있으며, 이에 반해 실시예 1은 비교예 1 및 2에 비해 상당히 많은 유량을 컴프레서에서 수용할 수 있고, 온도도 효율적으로 증가시키고 있다. 결과적으로, 실시예 1은 더 많은 양의 유량을 효율적으로 압축시킬 수 있고, 이에 따라 전체 공정이 효율적으로 운영됨을 알 수 있다.
STREAM 라이트 앤드 영역 제 1분류탑(106)
상부 생성물
분류 실시예 1 비교예 1 비교예 2
응축기(105)전 유량 (kg/hr) 53265.3 44880 49530
응축기(105)전 온도 (℃) 43.9 49.6 51.2
응축기(105)후 유량 (kg/hr) 53265.3 44880 49530
응축기(105)후 온도 (℃) 36 34.7 38.9
표 8은 라이트 앤드 영역의 제 1 분류탑(106)의 상부 생성물이 제 1 리시버의 응축기(105)로 도입되기 전과 후의 유량 및 온도를 나타냈다. 실시예 1은 라이트 앤드 영역 제 1 분류탑의 상부 생성물이 두 개의 라인으로 나뉨에도 불구하고, 비교예 1 및 2에 비하여 유량이 더 많음을 알 수 있는데, 이는 비교예 1 및 2에 비하여 공정이 효율적으로 운영됨을 알 수 있다.
100: 헤비 앤드 분류 영역
200: 라이트 앤드 분류 영역
101: 헤비 앤드 분류 영역 제 1 분류탑
102: 헤비 앤드 분류 영역 제 2 분류탑
103: 제 1 리시버
104: 헤비 앤드 분류 영역의 재비기
105: 제 1 리시버의 응축기
106: 라이트 앤드 분류 영역 제 1 분류탑
107: 라이트 앤드 분류 영역 제 2 분류탑
108: 제 2 리시버
109: 라이트 앤드 분류 영역의 재비기
110: 냉각기
111: 컴프레서
112: 환류 드럼
113: 컨덴세이트 드럼
114: 제 1 라인
115: 제 2 라인
116: 제 3 라인
117: 응축기

Claims (16)

  1. 저비점 성분, 중비점 성분 및 고비점 성분을 포함하는 원료를 정제하는 정제 장치에 있어서,
    하부에 재비기를 가지는 헤비 앤드 분류 영역; 하부에 응축기를 가지는 제 1 리시버; 하부에 재비기를 가지는 라이트 앤드 분류 영역; 제 2 리시버; 및
    상기 원료를 상기 헤비 앤드 분류 영역으로 도입하고, 상기 헤비 앤드 분류 영역의 상부 생성물을 상기 제 1 리시버로 도입할 수 있도록 설치된 제 1 라인과 상기 제 1 리시버의 하부 생성물을 상기 라이트 앤드 분류 영역으로 도입하고, 상기 라이트 앤드 분류 영역의 상부 생성물의 일부를 상기 제 1 리시버의 응축기를 경유시켜 상기 제 2 리시버에 도입하며, 나머지 일부는 상기 제 1 리시버의 응축기를 경유하지 않고, 제 2 리시버로 도입할 수 있도록 설치된 제 2 라인을 가지는 이송 시스템을 포함하는 정제 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 컴프레서를 추가로 포함하고, 제 1 라인은, 제 1 리시버의 상부 생성물을 상기 컴프레서를 경유시킨 후에 일부는 헤비 앤드 분류 영역의 재비기로 도입하고, 나머지 일부는 라이트 앤드 분류 영역의 재비기로 도입할 수 있도록 설치되어 있는 정제 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 환류 드럼을 추가로 포함하고, 이송 시스템은 헤비 앤드 분류 영역의 하부 생성물을 상기 환류 드럼으로 도입할 수 있도록 설치된 제 3 라인을 추가로 포함하는 정제 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 제 2 라인의 라이트 앤드 분류 영역의 상부 생성물의 일부를 제 1 리시버의 응축기를 경유시키지 않고 제 2 리시버로 도입할 수 있도록 설치된 경로에 존재하는 냉각기를 추가로 포함하는 정제 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 헤비 앤드 분류 영역은 원료가 도입될 수 있도록 설치되어 있고, 하부에 재비기를 가지는 제 1 분류탑 및 상기 제 1 분류탑과 연결되어 헤비 앤드 분류 영역의 상부 생성물을 배출할 수 있도록 설치된 제 2 분류탑을 포함하는 정제 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 라이트 앤드 분류 영역은 제 1 리시버의 하부 생성물이 도입될 수 있고, 상기 라이트 앤드 분류 영역의 상부 생성물을 배출할 수 있도록 설치된 제 1 분류탑 및 상기 제 1 분류탑과 연결되어 있고, 하부에 재비기를 가지는 제 2 분류탑을 포함하는 정제 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 중비점 성분이 부텐-1을 포함하는 정제 장치.
  8. 저비점 성분, 중비점 성분 및 고비점 성분을 포함하는 원료를 하부에 재비기를 가지는 헤비 앤드 분류 영역으로 도입하여 분리 공정을 수행하는 단계;
    상기 헤비 앤드 분류 영역의 상부 생성물을 하부에 응축기를 가지는 제 1 리시버에 도입하는 단계;
    상기 제 1 리시버의 하부 생성물을 하부에 재비기를 가지는 라이트 앤드 분류 영역으로 도입하는 단계; 및
    상기 라이트 앤드 분류 영역의 상부 생성물을 제 2 리시버에 도입하는 단계를 포함하되,
    상기 라이트 앤드 분류 영역의 상부 생성물의 일부를 상기 제 1 리시버의 응축기를 경유시켜 상기 제 2 리시버에 도입하고, 상기 상부 생성물의 나머지 일부는 상기 제 1 리시버의 응축기를 경유하지 않고, 제 2 리시버로 도입하는 단계를 포함하는 정제 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 제 1 리시버의 응축기를 경유하여 제 2 리시버로 도입되는 라이트 앤드 분류 영역의 상부 생성물의 유량(V1)과 상기 제 1 리시버의 응축기를 경유하지 않고, 제 2 리시버로 도입되는 라이트 앤드 분류 영역의 상부 생성물의 유량(V2)의 비율(V2/V1)이 0.05 내지 0.3 인 정제 방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 제 1 리시버의 응축기를 경유하지 않고, 제 2 리시버로 도입되는 라이트 앤드 분류 영역의 상부 생성물을 제 2 리시버로 도입하기 전에 냉각기를 경유시키는 과정을 추가로 수행하는 정제 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 냉각기에 도입되기 전의 라이트 앤드 분류 영역의 상부 생성물의 온도(T1)와 냉각기를 거친 후의 라이트 앤드 분류 영역의 상부 생성물의 온도(T2)의 비율(T2/T1)이 0.7 내지 0.95 인 정제 방법.
  12. 제 8 항에 있어서, 제 1 리시버의 상부 생성물을 컴프레서로 도입하는 단계; 상기 컴프레서를 거친 상부 생성물의 일부는 헤비 앤드 분류 영역의 재비기로 도입하고, 나머지 일부는 라이트 앤드 분류 영역의 재비기로 도입하는 단계를 추가로 포함하는 정제 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 컴프레서로 도입되는 제 1 리시버의 상부 생성물의 온도(T5)와 상기 컴프레서를 거친 후의 제 1 리시버의 상부 생성물의 온도(T6)의 비율(T6/T5)은 2.0 내지 3.0인 정제 방법.
  14. 제 8 항에 있어서, 원료의 유량은 10,000 kg/hr 이상인 정제 방법.
  15. 제 8 항에 있어서, 제 1 리시버의 상부 생성물의 유량이 135,000 kg/hr 내지 200,000 kg/hr 인 정제 방법.
  16. 제 8 항에 있어서, 상기 중비점 성분이 부텐-1을 포함하는 정제 방법.
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