KR102011715B1 - 페놀 정제 방법 - Google Patents

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Abstract

열원의 손실을 최소화 하고, 또한 스팀 사용량을 감소시켜, 공정에 소모되는 에너지의 효율을 극대화 할 수 있는 페놀 정제 방법이 개시된다. 상기 페놀 정제 방법은, 큐멘을 원료로 하여 제조되는 페놀, 아세톤 및 탄화수소를 포함하는 불순물을 다수의 증류탑에 순차적으로 통과 및 공비 증류시키는 단계를 포함하며, 탄화수소의 분리가 최적화 되도록, 상기 공비 증류가 수행되는 증류탑 최상단에서의 페놀 및 물의 비율은 60 : 40 내지 65 : 35이다.

Description

페놀 정제 방법{Method for purification of phenol}
본 발명은 큐멘을 원료로 하여 제조된 페놀의 정제 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 열원의 손실을 최소화 하고, 또한 스팀 사용량을 감소시켜, 공정에 소모되는 에너지의 효율을 극대화 할 수 있는 페놀 정제 방법에 관한 것이다.
페놀을 정제하기에 앞서, 페놀을 제조하기 위해서는, 통상 페놀 수지, 나일론-6, 에폭시 수지, 폴리카보네이트 수지 및 용매 등으로 합성되는 큐멘(cumene)을 원료로 하여, 하기 반응식 1에 나타낸 바와 같이, 간접 산화 반응 등을 이용함으로써, 페놀과 아세톤이 분리 생성되는 방법을 사용하여야 한다.
[반응식 1]
Figure 112015102747584-pat00001
이와 같이 제조된 반응물에는 불순물이 포함되어 있으며, 이를 제거하기 위해서는, 다량의 에너지가 사용되는 다수 단계의 분리 과정이 요구된다. 예를 들어, 페놀과 비점이 유사한 탄화수소(Hydro carbon) 물질을 공비 증류로 분리하는 탄화수소 제거 컬럼(Hydro carbon removal column; HRC)은, 그 하단(bottom)에서 고압력(High pressure; HP)을 사용하고, 사이드 리보일러(side reboiler)의 저압력(Low pressure; LP)을 사용하며, 크루드 페놀 컬럼(Crude phenol column; CPC) 및 페놀 피니싱 컬럼(Phenol finishing column; PFC)의 상부 열원이 사용된다.
반면, 이와 같이 다량의 에너지를 소비하는 탄화수소 제거 컬럼(HRC)은, 페놀 제조 공정의 반응부(1, 2) 및 분리부(3)에 에너지(열원)를 공급하는 것이기도 하지만, 응축되지 않은 증기(vapor, 6)가 존재하기 때문에, 열원이 손실된다는 치명적인 단점이 있다. 따라서, 탄화수소 제거 컬럼(HRC) 등 여러 컬럼들의 운전 조건 등을 변경함으로써, 열원의 손실을 최소화 하는 등, 전체적인 공정에 소모되는 에너지의 절감이 요구된다.
대한민국 등록특허 10-0377297호는 큐멘법에 의해 제조되는 페놀의 정제방법에 관한 것으로서, 페놀 및 불순물을 분리할 때 온도 및 조성 등을 제어하여, 페놀 분리 시 사용되는 촉매의 수행력을 향상시키는 내용을 개시하고 있고, 대한민국 공개특허 10-2006-0130073호 또한 페놀의 정제방법에 관한 것으로서, 초기 농도의 하이드록시아세톤 및 메틸벤조퓨란을 함유하는 페놀 스트림을 50 내지 100 ℃의 온도에서 산성 이온 교환 수지와 접촉시켜 페놀 스트림 중의 하이드록시아세톤 및 메틸벤조퓨란의 초기 농도를 동시에 감소시켜 정제된 페놀 스트림을 생성하는 내용을 개시하고 있는 등, 페놀을 정제하기 위한 다양한 방법이 공지되어 있으며, 이를 보다 개선시키기 위한 연구가 다각도로 수행되고 있다.
대한민국 등록특허 10-0377297호 대한민국 공개특허 10-2006-0130073호
본 발명의 목적은, 열원의 손실을 최소화 하여 스팀 사용량을 감소시킴으로써, 공정에 소모되는 에너지의 효율을 극대화 할 수 있는 페놀 정제 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 큐멘을 원료로 하여 제조되는 페놀, 아세톤 및 탄화수소를 포함하는 불순물을 다수의 증류탑에 순차적으로 통과 및 공비 증류시키는 단계를 포함하며, 탄화수소의 분리가 최적화 되도록, 상기 공비 증류가 수행되는 증류탑 최상단에서의 페놀 및 물의 비율은 60 : 40 내지 65 : 35인 것을 특징으로 하는 페놀 정제 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 페놀 정제 방법에 의하면, 열원의 손실을 최소화 하여 스팀 사용량을 감소시킴으로써, 공정에 소모되는 에너지의 효율을 극대화 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 페놀 정제 방법을 설명하기 위한 페놀의 정제 공정도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 페놀 정제 방법에 이용되는 탄화수소 제거 컬럼 내 페놀 및 물의 성분비를 보여주는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 페놀 정제 방법에 이용되는 탄화수소 제거 컬럼 내 조성 변화에 따른 온도 변화를 보여주는 그래프이다.
도 4는 아세톤 정제 컬럼을 페놀 증기로 예열시켰을 때의 Q_reb 값을 보여주는 그래프이다.
도 5의 A는 페놀 정제 컬럼의 운전 압력 변화에 따라 달라지는 회수 열량을 보여주는 도면이고, 도 5의 B는 페놀 피니싱 컬럼의 운전 압력 변화에 따라 달라지는 회수 열량을 보여주는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 페놀 정제 방법을 설명하기 위한 페놀의 정제 공정도로서, 도 1을 참조하여, 본 발명에 따른 페놀 정제 방법을 설명하면, 본 발명에 따른 페놀 정제 방법은, 큐멘(Cumene)을 원료로 하여 제조되는 페놀(Phenol), 아세톤(Acetone) 및 탄화수소(Hydro carbon)를 포함하는 불순물을 다수의 증류탑(10, 20, 22, 30, 40)에 순차적으로 통과 및 공비 증류시키는 단계를 포함하며, 탄화수소의 분리가 최적화 되도록, 상기 공비 증류가 수행되는 증류탑 최상단에서의 페놀 및 물의 비율은 60 : 40 내지 65 : 35이다.
즉, 본 발명은 다수의 증류탑을 거치는 통상의 페놀 정제 방법에 의한 것으로서, 이를 보다 상세히 설명하면, 큐멘을 원료로 하여 제조되는 페놀, 아세톤 및 탄화수소를 포함하는 불순물을 아세톤 정제 컬럼(Crude acetone column; CAC, 10)에 공급하여 아세톤을 분리 및 정제하는 단계, 상기 아세톤 정제 컬럼(10)의 하부로 배출되는 페놀 및 탄화수소를 포함하는 불순물을 페놀 정제 컬럼(Crude phenol column; CPC, 20)에 공급하여, 페놀 및 경질 탄화수소(light hydro carbon)는 상부로 배출 및 이동시키고, 중탄화수소(heavy hydro carbon)를 포함하는 헤비(heavies) 불순물 및 미량의 페놀은 하부로 배출하는 단계, 상기 페놀 및 경질 탄화수소를 포함하는 불순물을 탄화수소 제거 컬럼(hydro carbon removal column; HRC, 또는 페놀 및 탄화수소 분리 컬럼, 30)에 공급 및 공비 증류시켜, 페놀 및 미량의 경질 탄화수소를 포함하는 불순물은 하부로 배출하고, 경질 탄화수소를 포함하는 불순물 및 미량의 페놀은 상부로 배출하는 단계 및 상기 페놀이 페놀 피니싱 컬럼(phenol finishing column; PFC, 40)에 공급 및 제품화되는 단계를 포함하며, 이와 같은 통상의 페놀 정제 방법에, 본 발명의 특징이 추가된 것이다.
이를 다시 말하면, 상기 다수의 증류탑은, 상기 페놀, 아세톤 및 탄화수소를 포함하는 불순물이 공급되어, 아세톤을 분리 및 정제하는 아세톤 정제 컬럼(CAC, 10), 상기 아세톤 정제 컬럼의 하부로 배출되는 페놀 및 탄화수소를 포함하는 불순물이 공급되어, 페놀 및 경질 탄화수소는 상부로 배출 및 이동시키고, 중탄화수소를 포함하는 헤비(heavies) 불순물 및 미량의 페놀은 하부로 배출하는 페놀 정제 컬럼(CPC, 20), 상기 페놀 및 경질 탄화수소를 포함하는 불순물이 공급 및 공비 증류되어, 페놀 및 미량의 경질 탄화수소를 포함하는 불순물은 하부로 배출하고, 경질 탄화수소를 포함하는 불순물 및 미량의 페놀은 상부로 배출하는 탄화수소 제거 컬럼(HRC, 30) 및 상기 페놀이 공급 및 제품화되는 페놀 피니싱 컬럼(PFC, 40)을 포함하는 것이다.
우선, 본 발명의 특징 중 하나는, 탄화수소의 분리가 최적화 되도록, 상기 공비 증류가 수행되는 증류탑, 즉, 탄화수소 제거 컬럼(HRC, 30) 내 페놀과 물의 비율을 최적화 하는 것이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 페놀 정제 방법에 이용되는 탄화수소 제거 컬럼 내 페놀 및 물의 성분비를 보여주는 그래프로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 탄화수소 제거 컬럼(HRC, 30)의 최상단(0에 가까울수록 상단)에서의 페놀 및 물의 비율은, 시간당 41톤의 환류(reflux)량 기준으로 60 : 40 내지 65 : 35이며, 시간당 47톤의 환류량을 기준으로 하는 경우(기존 페놀 정제의 경우)에 비하여, 페놀의 비율이 높아지는 것을 알 수 있다. 즉, 다시 말해, 상기와 같이 페놀 및 물의 조성이 최적화 되었을 때의 환류량은, 그렇지 않을 때의 환류량에 비하여 감소하게 되며, 이로부터 컬럼에 공급되는 에너지 또한 감소함을 알 수 있다.
한편, 사이드 리보일러(side reboiler, 32) 상단의 페놀 및 물의 비율은, 기존에 비하여 최적화 됨으로써(즉, 페놀의 비율이 높아짐으로써), 컬럼에 공급되는 에너지가 감소하는 것을 알 수 있으며, 사이드 리보일러(32) 하단은 페놀과 물의 조성이 기존과 유사하여 특별한 장점이 존재하지 않음을 확인할 수 있다.
이와 같이, 시간당 환류량이 감소되도록 페놀 및 물의 조성을 최적화 한다는 것은, 컬럼에 공급되는 에너지의 감소를 의미하는 것이며, 이는 곧 상기 탄화수소 제거 컬럼(HRC, 30) 내 탄화수소의 분리가 최적화 되었다는 것을 의미하는 것이기도 하다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 페놀 정제 방법에 이용되는 탄화수소 제거 컬럼 내 조성 변화에 따른 온도 변화를 보여주는 그래프로서, 도 3의 B는 도 3의 A에서 파란색 원형 부분을 확대한 그래프이다. 한편, 상기 탄화수소 제거 컬럼(HRC, 30)에서 페놀 및 물의 조성 변화에 따라 시간당 환류량이 감소되면, 도 3의 B에 도시된 바와 같이, 컬럼의 일부 구간에서 온도가 약간 상승하는 것을 확인할 수 있는데, 이는 내부 조성이 바뀌면서 페놀의 비율이 높아진 것에 기인한 것으로서, 상승한 온도만큼 상기 탄화수소 제거 컬럼(HRC, 30)으로 공급되는 에너지를 감소시킬 수 있는 효과가 있다. 즉, 다시 말해, 상기 탄화수소의 분리가 최적화 되도록 페놀 및 물의 비율을 최적화 하면 온도가 상승하며, 상승한 온도만큼 공급되는 에너지가 감소되는 것이다.
계속해서, 본 발명의 특징 중 또 다른 하나는, 상기 탄화수소 제거 컬럼(HRC, 30)에서 공비 증류 중 발생하는 페놀 증기(phenolic steam)를 이용하여, 페놀 정제 공정(CAC feed preheating(3)) 및 페놀과 아세톤이 생성되는 큐멘 반응 공정(Cumene stripper reboiling(1), Cumene stripper feed preheating(2))에 열원을 제공하며, 또한, 상기 열원으로 제공하고 남은 잔여 페놀 증기는, 응축기(또는 열 교환기, 6)에서 응축되어 상기 탄화수소 제거 컬럼(HRC, 30)으로 공급된 후 재사용 될 수 있다.
이와 같이, 기존에는 폐기되던 페놀 증기를 열원으로 사용하거나, 응축시킨 후 회수하여 재사용함으로써, 상기 아세톤 정제 컬럼(CAC, 10)을 추가 예열시킬 수 있으며(즉, 페놀 증기에 의한 추가적인 CAC feed preheating), 따라서, 이는 미회수되는 열원을 최소화 할 수 있다는 장점뿐만 아니라, 상기 아세톤 정제 컬럼(CAC, 10)이 이미 예열되어 있기 때문에, 상기 아세톤 정제 컬럼(CAC, 10)에서 사용되는 열원, 예를 들어, 스팀(steam) 등의 열원 사용량을 감소시킬 수 있다.
도 4는 아세톤 정제 컬럼을 페놀 증기로 예열시켰을 때의 Q_reb 값을 보여주는 그래프로서, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 페놀 증기에 의해 컬럼의 피드(feed) 온도가 상승하게 되면 Q_reb 값은 하강하는 것을 알 수 있다. 즉, 예열량이 증가하면 피드 온도 또한 상승하게 되고, 이에 따라, 상기 아세톤 정제 컬럼(CAC, 10)에서의 사용 열량이 감소하게 되는 것이다. 따라서, 이들의 결과로부터, 회수되는 페놀 증기를 상기 아세톤 정제 컬럼(CAC, 10)에 재사용함으로써(정확하게는, 아세톤 정제 컬럼(CAC, 10)의 피드(feed)를 예열시킴으로써), 스팀 등의 열원 사용량이 감소되는 것을 알 수 있다.
본 발명의 마지막 특징은, 상기 증류탑, 즉, 상기 페놀 정제 컬럼(CPC, 20) 및 페놀 피니싱 컬럼(PFC, 40)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 증류탑의 운전 압력을 증가시키면, 사이드 리보일러(side reboiler, 32)의 로그 평균 온도차(logarithmic mean temperature difference; LMTD)가 상승하여, 회수되는 열량이 증가되는 것이다. 여기서, 상기 회수되는 열량이란, 상기 페놀 정제 컬럼(CPC, 20)에서 발생하는 페놀 증기와 페놀 피니싱 컬럼(PFC, 40)에서 발생하는 페놀 증기로서, 상기 탄화수소 제거 컬럼(HRC, 30)에서 발생하는 페놀 증기를 회수하는 것과 마찬가지로, 응축기(또는, 열 교환기)를 이용하여 회수할 수 있다. 한편, 상기 페놀 정제 컬럼(CPC, 20) 및 페놀 피니싱 컬럼(PFC, 40)에서 발생하는 페놀 증기의 회수량이 커질수록, 상기 탄화수소 제거 컬럼(HRC, 30)의 에너지 사용량 또한 감소시킬 수 있다.
도 5의 A는 페놀 정제 컬럼의 운전 압력 변화에 따라 달라지는 회수 열량을 보여주는 도면이고, 도 5의 B는 페놀 피니싱 컬럼의 운전 압력 변화에 따라 달라지는 회수 열량을 보여주는 도면으로서, 즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 각 컬럼의 운전 압력을 증가시키면, 압력의 증감에 비례하는 온도 또한 증가하게 되며, 이는 사이드 리보일러(32)의 로그 평균 온도차(LMTD)를 상승시킴으로써, 회수되는 열량이 증가된다. 이 때, 컬럼의 운전 압력을 증가시킴으로써 사용되는 열량이 있기 때문에, 회수 열량의 증가분에서 사용 열량의 증가분을 제해준 만큼의 에너지(ΔQsr - ΔQreb)를, 전체 페놀 정제 공정에서 증감시킬 수 있다. 따라서, 이와 같이 상기 페놀 정제 컬럼(CPC, 20) 및/또는 페놀 피니싱 컬럼(PFC, 40)의 운전 조건을 변경시킴으로써, 사이드 리보일러(32)의 수행 효율을 극대화 할 수 있으며, 이렇게 이는 각 컬럼의 열원(스팀 등) 사용량을 감소시켜준다.
한편, 상기 사이드 리보일러(32)는 상기 탄화수소 제거 컬럼(HRC, 30)의 측면에 대응되도록 설치되거나 하부에 설치되는 등, 통상의 증류탑 리보일러가 설치되는 위치를 따를 수 있는 것으로서, 증류탑(탄화수소 제거 컬럼(HRC, 30))의 하부로 내려온 액체를 다시 끓여 증발시키는 일종의 열 교환기이다.
도 1에 있어서, 상기 사이드 리보일러(32)의 'CPC OH' 및 'PFC OH'는 각각 상기 페놀 정제 컬럼(CPC, 20)으로부터 얻어지는 열원 및 페놀 피니싱 컬럼(PFC, 40)으로부터 얻어지는 열원을 의미한다. 상기 탄화수소 제거 컬럼(HRC, 30)의 사이드 리보일링에 요구되는 열량은 일정하기 때문에, 상기 페놀 정제 컬럼(CPC, 20) 및 페놀 피니싱 컬럼(PFC, 40)의 열원 회수량이 커질수록, LP(low pressure steam)의 사용량을 감소시키는 효과가 있다.
한편, 본 발명에 따른 페놀 정제 방법은, 필요에 따라, 페놀 정제 컬럼(CPC, 20)의 하부로 배출되는 중탄화수소(heavy hydro carbon)를 포함하는 헤비(heavies) 불순물 및 미량의 페놀을, 중질 제거 컬럼(Heavies removal column; RC, 22)으로 이송시킨 후, 고압(high pressure) 증류에 의해 미량의 페놀을 다시 상기 페놀 정제 컬럼(CPC, 20)으로 환류시키고, 나머지 헤비 불순물은 배출 및 폐기하는 단계를 더욱 포함할 수 있으며, 이와 같은 과정이 추가로 수행될 경우, 미량이긴 하지만, 제품화 하거나 열원으로 사용 가능한 페놀을 폐기하지 않고 회수하는 것이 가능하므로, 열원의 소비 절감 등 페놀의 정제 공정 중 소요되는 비용을 절약할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 페놀 정제 방법은, 필요에 따라, 탄화수소 제거 컬럼(HRC, 30)의 하부로 배출되는 미량의 경질 탄화수소를 레진 베드(Resin bed, 36)에 통과시켜, 중탄화수소로 전환하여 점착시키는 단계를 더욱 포함할 수 있으며, 이와 같은 과정이 추가로 수행될 경우, 탄화 수소의 분리가 더욱 용이해지는 장점이 있을 수 있다.
그밖에, 상기 페놀 피니싱 컬럼(PFC, 40)에서는 일부 페놀을 상기 페놀 정제 컬럼(CPC, 20)으로 환류시킬 수 있는 것으로서(Recycle Phenol), 이는 정제되지 않은 미정제 페놀을 회수하기 위한 과정이며, 이와 같은 과정이 수행될 경우, 공정의 페놀 손실량(loss)을 감소시키는 장점이 있다.
한편, 본 발명에 있어서, 각 컬럼의 하부에는, 도 1에 도시된 바와 같이, 통상의 컬럼에서 일반적으로 사용되는 열원(HP: high pressure steam, MP: middle pressure steam, LP: low pressure steam)이 구비되어 있으며, 상술한 본 발명에 따른 페놀 정제 방법을 이용함에 따라, 통상적인 페놀 정제에 소비되는 HP, MP 및 LP 열원의 사용량보다 감소시킬 수 있다.
이하 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변경 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
[실시예 1] 페놀 정제
아세톤 정제 컬럼(CAC), 페놀 정제 컬럼(CPC), 탄화수소 제거 컬럼(HRC), 페놀 피니싱 컬럼(PFC), 사이드 리보일러, 중질 제거 컬럼(RC) 및 레진 베드(Resin bed)로 정제 공정을 구성하였으며, 탄화수소의 최적 분리를 위해, 상기 탄화수소 제거 컬럼(HRC) 내 페놀과 물의 성분비를 도 2와 같은 조성(탄화수소 제거 컬럼의 최상단에서, 시간당 41톤의 환류량 기준으로 60 : 40 내지 65 : 35)으로 하여 페놀을 순차적으로 정제시켰다. 이어서, 탄화수소 제거 컬럼(HRC) O/H 회수 열량 및 전체적인 페놀 정제 공정에 사용된 에너지량을 계산한 후, 손실량 및 에너지 절감량을 도출하여, 하기 표 1에 나타내었다. 여기서, HRC O/H 회수 열량 분석 항목 및 페놀 공정 에너지 사용량 항목의 수치 단위는 모두 Gcal/hr이며, 나머지 공정 조건 변화 항목의 수치 단위는 torr이다. 또한, 하기 표 1에 있어서, Phenol Process 에너지 사용량 항목 중 Total값은, CAC, CPC & RC, HRC SR from LP, HRC reb from HP 및 PFC 값을 더한 것이다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1


HRC O/H 회수 열랑 분석		 HRC O/H
제공열량		 22.30 22.30 22.30 25.37
CAC feed preheating 6.39 7.41 7.41 6.39
Cumene stripping 14.78 14.78 14.78 14.78
Loss 1.13 0.11 0.11 4.20



Phenol Process 에너지 사용량		 CAC 9.58 8.56 8.56 9.58
CPC & RC 6.92 6.92 6.99 6.92
HRC Total SR 17.80 17.80 17.80 20.20
HRC SR from CPC O/H & PFC O/H 8.00 8.00 10.40 9.50
HRC SR from LP 9.80 9.80 7.40 10.70
HRC reb from HP 6.47 6.47 6.47 7.15
PFC 5.59 5.59 5.70 5.59
Total 38.36 37.34 35.12 39.94
절감량 1.58 2.60 4.82 -
공정 조건 변화
 ΔP of CPC - - 30 -
ΔP of PFC - - 30 -
[실시예 2] 페놀 정제
탄화수소 제거 컬럼(HRC)에서 공비 증류 중 발생하는 페놀 증기(phenolic steam)를 회수하여, 아세톤 정제 컬럼(CAC)의 페놀, 아세톤 및 탄화수소를 포함하는 불순물의 공급 라인 일단에 공급되어 재사용되도록 한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였으며, 이어서 탄화수소 제거 컬럼(HRC) O/H 회수 열량 및 전체적인 페놀 정제 공정에 사용된 에너지량을 계산한 후, 손실량 및 에너지 절감량을 도출하여, 상기 표 1에 나타내었다.
[실시예 3] 페놀 정제
사이드 리보일러의 로그 평균 온도차(LMTD)를 상승시켜 회수되는 열량이 증가하도록, 페놀 정제 컬럼(CPC) 및 페놀 피니싱 컬럼(PFC)의 운전 압력을 각각 30 torr씩 증가시킨 것을 제외하고는, 상기 실시예 2와 동일하게 수행하였으며, 이어서 탄화수소 제거 컬럼(HRC) O/H 회수 열량 및 전체적인 페놀 정제 공정에 사용된 에너지량을 계산한 후, 손실량 및 에너지 절감량을 도출하여, 상기 표 1에 나타내었다.
[비교예 1] 페놀 정제
상기 실시예 1 내지 3의 조건을 배제한 통상의 운전 조건으로 정제 과정을 수행하였으며, 이어서 탄화수소 제거 컬럼(HRC) O/H 회수 열량을 계산한 후, 손실량을 도출하여, 상기 표 1에 나타내었다.
[실시예 1~3, 비교예 1] 페놀 정제에 사용된 에너지 효율 평가
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 탄화수소의 최적 분리를 위해, 탄화수소 제거 컬럼(HRC) 내 페놀과 물의 성분비를 변경한(다시 말해, 최적의 조성 프로파일로 적용한) 실시예 1이나, 공비 증류 중 발생하는 페놀 증기를 회수하여, 아세톤 정제 컬럼(CAC)의 공급 라인 일단에 공급 및 재사용하는 실시예 2나, 사이드 리보일러의 로그 평균 온도차(LMTD)를 상승시켜 회수되는 열량이 증가하도록, 페놀 정제 컬럼(CPC) 및 페놀 피니싱 컬럼(PFC)의 운전 압력을 증가시킨 실시예 3 모두, 비교예 1에 비하여 열량의 손실이 감소되었음을 알 수 있다. 즉, 탄화수소 제거 컬럼(HRC) O/H 제공 열량에서, 실제 사용된 CAC feed preheating 및 Cumene stripping 수치를 제함으로써 손실량(Loss)의 파악이 가능하며, 비교예 1의 손실량이 4.20임에 비하여, 실시예 1 내지 3의 손실량은 1.13 또는 0.11로써, 최적화된 조성 프로파일의 효과를 알 수 있다. 아울러, 실시예 2 및 3의 손실량은 실시예 1의 손실량보다도 적음을 확인할 수 있으며, 이로부터, 페놀 증기를 회수하여 재사용함으로써 얻을 수 있는 효과를 알 수 있다.
또한, 상기 실시예 1 내지 3 모두, 비교예 1에 비하여 전체 공정에 소요되는 에너지 사용량이 감소하는 것을 알 수 있다(실시예 1 내지 3 각각 1.58, 2.60, 4.82씩 감소). 특히, 페놀 정제 컬럼(CPC) 및 페놀 피니싱 컬럼(PFC)의 운전 압력을 증가시킨 실시예 3의 경우, 실시예 1 및 2의 절감량보다 확연히 높아졌음을 확인할 수 있으며, 이로부터, 페놀 정제 컬럼(CPC) 및 페놀 피니싱 컬럼(PFC)의 운전 압력을 증가시킴으로써 얻을 수 있는 효과를 알 수 있다. 한편, 상기 표 1의 항목 중, 실시예 3의 CPC 및 PFC의 수치가 실시예 1 및 2에 비해 약간 높은 것은, 각 컬럼의 압력을 증가시키는데 에너지가 소모되었기 때문이다.
종합하면, 상기 실시예 1로부터, 탄화수소 제거 컬럼(HRC) 내 페놀과 물의 비율을 최적화 함으로써, 탄화수소 제거 컬럼(HRC)의 운전 에너지 및 기존에는 폐기되던 페놀 증기의 양을 감소시킬 수 있음을 확인할 수 있으며, 상기 실시예 2로부터, 잔존하는 페놀 증기를 응축하여 아세톤 정제 컬럼(CAC)의 피드 예열에 사용함으로써, 기존에 폐기되던 페놀 증기의 회수율을 증가시킴과 동시에, 아세톤 정제 컬럼(CAC)의 운전 에너지량을 감소시킬 수 있음을 알 수 있다. 또한, 상기 실시예 3으로부터, 페놀 정제 컬럼(CPC) 및 페놀 피니싱 컬럼(PFC)의 운전 압력을 증가시킴으로써, 전체 공정에 소요되는 에너지 사용량을 가장 우수하게 절감시킬 수 있음을 확인할 수 있다.

Claims (11)

  1. 큐멘을 원료로 하여 제조되는 페놀, 아세톤 및 탄화수소를 포함하는 불순물을 아세톤 정제 컬럼(CAC)으로 공급하여 아세톤을 분리 및 정제하는 단계;
    상기 아세톤 정제 컬럼의 하부로 배출되는 페놀 및 탄화수소를 포함하는 불순물이 페놀 정제 컬럼(CPC)으로 공급되어, 페놀 및 경질 탄화수소는 상부로 배출 및 이동되고, 중탄화수소를 포함하는 헤비(heavies) 불순물 및 미량의 페놀은 하부로 배출하는 단계;
    상기 페놀 및 경질 탄화수소를 포함하는 불순물이 탄화수소 제거 컬럼(HRC)으로 공급 및 공비 증류되어, 페놀 및 미량의 경질 탄화수소를 포함하는 불순물은 하부로 배출하고, 경질 탄화수소를 포함하는 불순물 및 미량의 페놀은 상부로 배출하는 단계; 및
    상기 페놀이 페놀 피니싱 컬럼(PFC)에서 공급 및 제품화되는 단계;를 포함하며,
    상기 탄화수소 제거 컬럼에서 탄화수소의 분리가 최적화 되도록 컬럼 최상단에서의 페놀 및 물의 비율을 60 : 40 내지 65 : 35의 중량비로 하는 것을 특징으로 하는 페놀 정제 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 공비 증류 중 발생하는 페놀 증기를 회수하여 정제 공정에 재사용하는 것을 특징으로 하는, 페놀 정제 방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 페놀 정제 컬럼(CPC) 및 페놀 피니싱 컬럼(PFC)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 컬럼의 운전 압력을 증가시키면, 사이드 리보일러(side reboiler)의 로그 평균 온도차가 상승하여, 회수되는 열량이 증가되는 것을 특징으로 하는, 페놀 정제 방법.
  4. 삭제
  5. 청구항 2에 있어서, 상기 회수되는 페놀 증기는 상기 아세톤 정제 컬럼(CAC)의 피드(feed)를 예열시키는 것을 특징으로 하는, 페놀 정제 방법.
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 탄화수소의 분리가 최적화 되도록 페놀 및 물의 비율을 최적화 하면 온도가 상승하며, 상승한 온도만큼 공급되는 에너지가 감소되는 것을 특징으로 하는, 페놀 정제 방법.
  8. 청구항 2에 있어서, 상기 페놀 증기는 응축기에서 응축된 후, 상기 탄화수소 제거 컬럼(HRC)으로 회수되는 것을 특징으로 하는, 페놀 정제 방법.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 페놀 정제 방법은, 상기 페놀 정제 컬럼(CPC)의 하부로 배출되는 중탄화수소를 포함하는 헤비 불순물 및 미량의 페놀을 중질 제거 컬럼(RC)으로 이송시킨 후, 고압 증류에 의해 미량의 페놀을 다시 상기 페놀 정제 컬럼(CPC)으로 환류시키고, 나머지 헤비 불순물은 배출 및 폐기하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는, 페놀 정제 방법.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 페놀 정제 방법은, 상기 탄화수소 제거 컬럼(HRC)의 하부로 배출되는 미량의 경질 탄화수소를 레진 베드(Resin bed)에 통과시켜, 중탄화수소로 전환하여 점착시키는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는, 페놀 정제 방법.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 페놀 피니싱 컬럼(PFC)은, 미정제 페놀을 회수하기 위하여, 일부 페놀을 상기 페놀 정제 컬럼(CPC)으로 환류시키는 것을 특징으로 하는, 페놀 정제 방법.
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