KR102083542B1

KR102083542B1 - 에너지가 절감된 폴리올레핀 수지의 정제 방법

Info

Publication number: KR102083542B1
Application number: KR1020150184202A
Authority: KR
Inventors: 오석영; 이종구; 이정석; 김미경
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2015-12-22
Filing date: 2015-12-22
Publication date: 2020-03-02
Also published as: KR20170074658A

Abstract

폴리올레핀 공중합체 수지의 제조 시 수행되는 정제 공정에 있어서, 분리 정제되는 물질의 열 교환에 의해 스팀 및 냉각수의 사용량을 감소시키는, 에너지가 절감된 폴리올레핀 수지의 정제 방법이 개시된다. 상기 에너지가 절감된 폴리올레핀 수지의 정제 방법은, 폴리올레핀 수지의 제조 시 수행되는 정제 공정에 있어서, 제3 증류탑의 상부로 분리되는 혼합물의 적어도 일부를, 제1 증류탑에 공급되는 유입액을 가열하는 예열기 및 제2 증류탑의 재비기 중 어느 하나 이상의 열원으로 사용하는 단계;를 포함한다.

Description

에너지가 절감된 폴리올레핀 수지의 정제 방법{METHOD FOR PURIFYING OF POLYOLEFIN RESIN WHICH REDUCING AN USE OF ENERGY}

본 발명은 에너지가 절감된 폴리올레핀 수지의 정제 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 폴리올레핀 공중합체 수지의 제조 시 수행되는 정제 공정에 있어서, 분리 정제되는 물질의 열 교환에 의해 스팀 및 냉각수의 사용량을 감소시키는, 에너지가 절감된 폴리올레핀 수지의 정제 방법에 관한 것이다.

통상적으로 폴리올레핀 공중합체 수지를 제조하기 위해서는, 반응기에서 나오는 미반응 모노머, 공중합체(폴리머), 용매(헥산)를 포함하는 혼합물을 기액 분리기를 통해 분리한 후, 하부로 분리된 물질은 압출기를 통해 제품화하고, 상부로 분리된 물질은 응축하여 정제 공정으로 이송하는 과정 등을 거치게 된다. 도 1은 통상적인 폴리올레핀 수지의 제조 시 수행되는 정제 공정도로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 상부로 분리된 물질이 정제 공정으로 유입되기 전 혼합조에서는 상기 상부 분리 물질, 순환 용매의 일부 및 원료 용매가 혼합되어 예열기(pre-heater)를 통과한 후 제1 증류탑(2)으로 이송되며, 계속해서 제1 증류탑(2)의 상부로는 저비점 물질(Lights)과 용매의 일부가 분리되어 제2 증류탑(4)으로 이송되고, 제1 증류탑(2)의 하부로는 옥텐-1, 고비점 물질들 및 용매의 일부가 분리되어 제3 증류탑(6)으로 이송된다. 이때, 제2 증류탑(4)으로 유입된 저비점 물질은 탑 상부를 통해 제거되고, 제2 증류탑(4)의 하부로 분리되는 용매는 순환 공정을 거쳐 공정 내에 재 유입된다. 또한, 제3 증류탑(6)의 상부로는 옥텐-1 및 용매의 일부가 분리되어 반응기(도시되지 않음)로 유입되고, 제3 증류탑(6)의 하부로는 옥텐 이성질체 및 고비점 물질들(올리고머)이 배출 및 제거된다.

대한민국 특허등록 10-0533602호 대한민국 특허등록 10-1357973호

앞서 살펴본 바와 같이, 기존의 폴리올레핀 수지의 제조 시 수행되는 정제 과정에는 통상 3기의 증류탑이 필요한데, 3기의 증류탑 내 재비기(reboiler)에는 스팀이 사용되고, 또한, 응축기에는 냉각수가 사용되어, 적지 않은 에너지가 소모된다.

따라서, 이를 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 정제 공정 내에서 분리되는 상대적으로 높은 온도의 물질을 이용하여 효율적인 열 교환을 함으로써, 정제 공정에 사용되는 에너지를 절감할 수 있는, 에너지가 절감된 폴리올레핀 수지의 정제 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 폴리올레핀 수지의 제조 시 수행되는 정제 공정에 있어서, 제3 증류탑의 상부로 분리되는 혼합물의 적어도 일부를, 제1 증류탑에 공급되는 유입액을 가열하는 예열기 및 제2 증류탑의 재비기 중 어느 하나 이상의 열원으로 사용하는 단계;를 포함하는, 폴리올레핀 수지의 정제 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 에너지가 절감된 폴리올레핀 수지의 정제 방법에 의하면, 폴리올레핀 공중합체 수지의 제조 공정 중, 정제 공정 내에서 분리되는 상대적으로 높은 온도의 물질을 이용하여 효율적인 열 교환을 함으로써, 정제 공정에 사용되는 에너지를 절감시킬 수 있다.

도 1은 통상적인 폴리올레핀 수지의 제조 시 수행되는 정제 공정도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지가 절감된 폴리올레핀 수지의 정제 방법을 설명하기 위한 정제 공정도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명을 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지가 절감된 폴리올레핀 수지의 정제 방법을 설명하기 위한 정제 공정도이다. 본 발명에 따른 에너지가 절감된 폴리올레핀 수지의 정제 방법은, 폴리올레핀 수지의 제조 시 수행되는 정제 공정에 있어서, 제3 증류탑(30)의 상부로 분리되는 혼합물의 적어도 일부를, 제1 증류탑(10)에 공급되는 유입액을 가열하는 예열기(12) 및 제2 증류탑(20)의 재비기(reboiler, 22) 중 어느 하나 이상의 열원으로 사용하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 에너지가 절감된 폴리올레핀 수지의 정제 방법을 보다 구체적으로 설명하기에 앞서, 먼저, 본 발명에 따른 정제 방법이 적용되는 정제 공정 및 혼합물이 정제 공정에 유입되기까지의 과정에 대해 간략히 설명하도록 한다.

우선, 원료(예를 들어, 에틸렌 및 옥텐-1 등)를 반응기에 공급하여 중합 반응 시킨 후, 반응기에서 나오는 미반응 모노머, 공중합체(폴리머) 및 용매(헥산 등)를 포함하는 혼합물(반응 생성물)을 기액 분리기로 분리한 후, 하부로 분리된 물질은 압출기를 통해 제품화하고, 상부로 분리된 물질은 응축된 후, 순환 용매의 일부 및 원료 용매와 혼합조에서 혼합되어 예열기(pre-heater)를 통과한 후 정제 공정, 즉, 제1 증류탑(10)으로 이송된다. 계속해서, 제1 증류탑(10)의 상부로는 저비점 물질(Lights)과 용매의 일부가 분리되어 제2 증류탑(20)으로 이송되고, 제1 증류탑(10)의 하부로는 옥텐-1(상기 반응 원료에 옥텐-1이 포함되었을 경우), 고비점 물질들 및 용매의 일부가 분리되어 제3 증류탑(30)으로 이송된다. 이때, 제2 증류탑(20)으로 유입된 저비점 물질은 탑 상부를 통해 제거되고, 제2 증류탑(20)의 하부로 분리되는 용매는 순환 공정을 거쳐 공정 내에 재 유입된다. 또한, 제3 증류탑(30)의 상부로는 옥텐-1(상기 반응 원료에 옥텐-1이 포함되었을 경우) 및 용매의 일부가 분리되어 반응기로 유입되고, 제3 증류탑(30)의 하부로는 옥텐 이성질체(상기 반응 원료에 옥텐-1이 포함되었을 경우) 및 고비점 물질들(올리고머)이 배출 및 제거된다.

본 발명에 따른 에너지가 절감된 폴리올레핀 수지의 정제 방법은, 이와 같은 정제 공정에 적용될 수 있는 것으로서, 본 발명의 특징은, 중합 반응으로 생성되어 여러 단계를 거쳐 정제 공정에 유입되는, 다시 말해, 제1 증류탑(10)에 유입되는 혼합물을 가열시키는 예열기(12)의 온도와, 상기 제1 증류탑(10)의 상부로 분리 배출되는 저비점 물질(Lights)과 일부 용매가 유입되는 제2 증류탑(20)의 재비기(22)의 온도보다 높은 제3 증류탑(30)의 상부로 분리되는 혼합물을, 상기 예열기(12) 및 제2 증류탑(20)의 재비기(22) 중 어느 하나 이상의 열원으로 사용함으로써, 외부로부터 공급되는 에너지의 사용을 절감할 수 있는 것이다.

즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 제3 증류탑(30)의 상부로 분리되는 혼합물은, A 흐름에 의해 상기 예열기(12)의 열원으로 사용되거나, B 흐름에 의해 상기 제2 증류탑(20)의 재비기(22)의 열원으로 사용되거나, 상기 두 가지 흐름(A, B)에 의해, 상기 예열기(12) 및 제2 증류탑(20)의 재비기(22)의 열원으로 동시에 사용될 수 있다.

상기 정제 공정에 유입되는 혼합물을 가열 또는 예열시키기 위해, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 증류탑(10)보다 선(先) 배치되는 예열기(12)와, 상기 제2 증류탑(20)보다 하부에 위치하여 제2 증류탑(20) 내 하부 물질부터(즉, 바닥면부터) 가열시키는 재비기(22) 모두 열 교환기로서, 기존에는 상기 예열기(12) 및 제2 증류탑(20)의 재비기(22) 모두 스팀(steam)만을 열원으로 사용하였다.

하지만, 본 발명에서는, 제3 증류탑(30)의 상부로 분리되는 혼합물을 상기 예열기(12) 및 제2 증류탑(20)의 재비기(22)의 열원으로 사용함으로써, 기존에 상기 예열기(12) 및 제2 증류탑(20)의 재비기(22)의 열원으로 사용되던 스팀의 양을 감소시키거나, 스팀 자체를 열원으로 사용하지 않는 것이 가능하기 때문에, 정제 공정 외부에서 공급되어 소모되던 에너지의 양을 줄일 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 에너지가 절감된 폴리올레핀 수지의 정제 방법은, 상기한 바와 같이, 예열기(12) 및 제2 증류탑(20)의 재비기(22)의 열원으로 사용되던 스팀의 양을 감소시키거나 스팀 자체를 열원으로 사용하지 않음으로써, 에너지의 사용을 절감시키는 점 이외에, 제3 증류탑(30)의 상부로 분리되는 혼합물을 응축시키는데 필요한 냉각수(cooling water)의 사용량 또한 감소시킬 수 있다.

즉, 제3 증류탑(30)의 상부로 분리되는 혼합물을 상기 예열기(12) 및 제2 증류탑(20)의 재비기(22) 중 어느 하나 이상의 열원으로 사용하면, 다시 말해, 상기 예열기(12)에 공급되는 유입액 및 제2 증류탑(20) 내 하부 물질 중 어느 하나 이상과 열 교환을 시키게 되면, 상기 제3 증류탑(30)의 상부로 분리된 혼합물의 온도는 하강하기 때문에, 하강한 온도만큼 상기 혼합물을 응축시키기 위한 냉각수의 사용량이 감소되는 것이다.

이상 상술한 바와 같이, 정제 공정 내의 열원을 이용하여 효율적인 열 교환을 하여, 제1 증류탑(10)의 예열기(12) 및 제2 증류탑(20)의 재비기(22)의 열원으로 사용되던 스팀, 그리고, 제3 증류탑(30)의 응축기에서 열량을 제거하기 위해 사용되던 냉각수의 사용량을 감소시키거나 그 자체를 사용하지 않음으로써, 에너지를 절감할 수 있다. 반대로 설명하면, 상기 예열기(12) 및 재비기(22)에는, 상기 제3 증류탑(30)의 상부로 분리되는 혼합물 이외에, 스팀 열원이 더욱 공급될 수 있는 것이다.

한편, 도 2에는 상기 제3 증류탑(30)의 상부로 분리되는 혼합물에 옥텐-1 및 용매가 포함되는 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 정제 공정 이전 최초 중합 반응에 사용되는 원료에 따라 상이해질 수 있다. 다만, 본 발명에 사용되는 반응 원료로는, 폴리올레핀 공중합체를 제조할 수 있는 것이라면 제한 없이 사용될 수 있는 것이지만, 도 2에 도시된 바와 같은 화합물(옥텐-1 및 옥텐이성질체)이 분리될 수 있도록, 에틸렌 및 옥텐-1을 반응 원료로 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 제3 증류탑(30)의 상부로 분리되어, 상기 예열기(12) 및 제2 증류탑(20)의 재비기(22)의 열원으로 사용되는 혼합물의 양은, 상기 예열기(12)로 공급되는 유입액 및 제2 증류탑(20) 내 하부 물질과의 목적으로 하는 열 교환 정도에 따라 달라질 수 있는 것으로서, 특별한 제한은 없다.

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] 에너지가 절감된 폴리올레핀 수지의 정제

에틸렌 및 옥텐-1을 원료로 한 중합 반응 등 정제 이전 단계를 거친 옥텐 37.6 중량%, 옥텐이성질체 및 고비점 물질(heavies) 17.9 중량%, 저비점 물질(Lights) 0.3 중량% 및 용매 44.2 중량%를 포함하는 혼합물을 24.1 ton/hr의 유량으로 제1 증류탑에 유입시켜 분리한 후, 제1 증류탑의 상부로 배출된 물질은 제2 증류탑으로, 제1 증류탑의 하부로 배출된 물질은 제3 증류탑으로 각각 이송시켜 분리 정제하였으며, 제3 증류탑의 상부로 분리된 130 ℃의 옥텐-1 및 용매가 포함된 혼합물을, 상기 제1 증류탑으로 유입되는 혼합물을 58 ℃에서 92 ℃로 가열시키는 예열기 및 제2 증류탑 내 하부 물질을 가열시키는 재비기의 열원으로 사용하였다. 이때, 제1 증류탑의 예열기 및 제2 증류탑의 재비기에서 각각 열원으로 사용한 스팀의 양 및 제3 증류탑의 상부로 분리되어 열원으로 사용된 후의 124 ℃ 혼합물을 응축시키는데 필요한 냉각수의 양을 하기 표 1에 나타내었다.

[비교예 1] 통상적인 폴리올레핀 수지의 정제

제3 증류탑의 상부로 분리된 옥텐-1 및 용매가 포함된 혼합물을, 제1 증류탑의 예열기 및 제2 증류탑의 재비기의 열원으로 사용하지 않고, 혼합물 전량을 응축시킨 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였으며, 제1 증류탑의 예열기 및 제2 증류탑의 재비기에서 각각 열원으로 사용한 스팀의 양 및 제3 증류탑의 상부로 분리된 혼합물을 응축시키는데 필요한 냉각수의 양을 하기 표 1에 나타내었다.

	에너지 사용량(Gcal/hr)
	제1 증류탑 예열기 (스팀 열원)	제2 증류탑 재비기 (스팀 열원)	제3 증류탑 응축기 (냉각수 열원)
실시예 1	0	0	0.257
비교예 1	0.319	0.839	1.415

[실시예 1, 비교예 1] 정제 공정 내 에너지 사용량 평가

통상의 정제 방법에 의한 비교예 1의 경우, 상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 제1 증류탑의 예열기에서 58 ℃의 유입액을 92 ℃로 가열하는 경우에 필요한 열량은 0.319 Gcal/hr, 제2 증류탑의 재비기에서 필요한 열량은 0.839 Gcal/hr이고, 제3 증류탑의 응축기에서 냉각수를 이용해 제거해야 하는 열량은 1.415 Gcal/hr로서, 제3 증류탑의 응축기 제거 열량이, 상기 2개의 열 교환기(예열기 및 재비기)에서 필요로 하는 총 열량보다도 큰 것을 확인할 수 있다.

반면, 본 발명에 따른 실시예 1의 경우, 제3 증류탑의 상부에서 분리된 130 ℃의 화합물을 이용해, 제1 증류탑의 예열기에 공급되는 유입액 및 제2 증류탑 내 하부 물질과 각각 0.319 Gcal/hr, 0.839 Gcal/hr의 열량을 열 교환하여, 상기 제3 증류탑의 상부에서 분리된 화합물이 약 124 ℃로 냉각되었으며, 냉각수를 이용해 제3 증류탑의 응축기에서 0.257 Gcal/hr의 열량을 제거하면, 최종 119 ℃의 포화 액체로 냉각된다.

따라서, 실시예 1은 비교예 1에 비하여, 제1 증류탑 예열기에서의 에너지 절감율 및 제2 증류탑 재비기에서의 에너지 절감율은 각각 100 %였고, 제3 증류탑 응축기에서의 에너지 절감율은 82 %로서, 전체 정제부의 스팀과 냉각수 사용량을 1.158 Gcal/hr만큼 절감할 수 있으며, 이와 같이, 본 발명에 따른 에너지가 절감된 폴리올레핀 수지의 정제 방법을 이용하면, 기존에 비하여 효율적인 에너지의 사용이 가능함을 알 수 있다.

10: 제1 증류탑
12: 예열기
20: 제2 증류탑
22: 재비기
30: 제3 증류탑
32: 응축기

Claims

폴리올레핀 수지의 제조 시 수행되는 정제 공정에 있어서,
제3 증류탑의 상부로 분리되는 혼합물의 적어도 일부를, 제1 증류탑에 공급되는 유입액을 가열하는 예열기의 열원으로 사용하는 단계;를 포함하며,
상기 제1 증류탑의 상부는 제2 증류탑과, 상기 제1 증류탑의 하부는 제3 증류탑과 연결되고, 상기 제2 증류탑은 재비기를 구비한 것인, 폴리올레핀 수지의 정제 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 제3 증류탑의 상부로 분리되는 혼합물의 온도는, 상기 예열기 및 재비기의 온도보다 높은 것을 특징으로 하는, 폴리올레핀 수지의 정제 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 제3 증류탑의 상부로 분리되는 혼합물은, 상기 예열기 및 재비기의 열원으로 동시에 사용되는 것을 특징으로 하는, 폴리올레핀 수지의 정제 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 제3 증류탑의 상부로 분리되는 혼합물을 상기 예열기의 열원으로 사용하여, 상기 혼합물의 온도를 하강시키는 것을 특징으로 하는, 폴리올레핀 수지의 정제 방법.
청구항 4에 있어서, 상기 하강한 온도만큼 상기 혼합물을 응축시키기 위한 냉각수의 사용량이 감소되는 것을 특징으로 하는, 폴리올레핀 수지의 정제 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 제3 증류탑의 상부로 분리되는 화합물은, 상기 예열기에 공급되는 유입액과 열 교환하는 것을 특징으로 하는, 폴리올레핀 수지의 정제 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 예열기는 상기 정제 공정에 유입되는 혼합물을 가열 또는 예열시키기 위해 상기 제1 증류탑보다 선(先) 배치되는 열 교환기인 것을 특징으로 하는, 폴리올레핀 수지의 정제 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 재비기는 상기 제1 증류탑의 상부로 분리 배출되는 저비점 물질과 일부 용매가 유입되는 제2 증류탑보다 하부에 위치하여, 상기 제2 증류탑 내 하부 물질부터 가열시키는 열 교환기인 것을 특징으로 하는, 폴리올레핀 수지의 정제 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 예열기 및 재비기에는 스팀 열원이 더욱 공급되는 것을 특징으로 하는, 폴리올레핀 수지의 정제 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 정제 공정 이전 수행되는 중합 반응에 사용되는 원료는 에틸렌 및 옥텐-1인 것을 특징으로 하는, 폴리올레핀 수지의 정제 방법.