KR102165626B1

KR102165626B1 - 낮은 온도 열을 회수하기 위한 방법 및 아로마틱 콤플렉스에서의 상기 방법의 적용

Info

Publication number: KR102165626B1
Application number: KR1020157015566A
Authority: KR
Inventors: 알랭 뒤네; 이사벨 프레보스뜨; 티에리 레프루
Original assignee: 악상스
Priority date: 2012-11-22
Filing date: 2013-10-17
Publication date: 2020-10-14
Also published as: FR2998301A1; SA515360437B1; EP2922603B1; WO2014080102A1; JP6407161B2; EP2922603A1; ES2660262T3; FR2998301B1; CN105008007B; US9908061B2; JP2016508862A; CN105008007A; PT2922603T; TW201434796A; HRP20180409T1; TWI589548B; US20150336023A1; KR20150091327A

Abstract

본 발명은 프로세스에서 사용 가능한 낮은 온도 열을 회수하는 방법 및 상기 프로세스의 에너지 소비를 감소시키기 위한 그 사용에 관한 것이다. 본 발명은 또한 아로마틱 콤플렉스에 상기 방법의 적용에 관한 것이고, 낮은 온도 열은 낮은 압력 스팀의 형태로 증류 칼럼들의 헤드에서 회수되고 다른 증류 칼럼들을 재비등시키 위해 재사용되고 다른 증류 칼럼들의 작동 압력은 보다 낮을 수 있다.

Description

낮은 온도 열을 회수하기 위한 방법 및 아로마틱 콤플렉스에서의 상기 방법의 적용{METHOD FOR RECOVERING LOW-TEMPERATURE HEAT AND APPLICATION OF SAID METHOD TO AN AROMATIC COMPLEX}

본 발명은 적어도 하나의 분류 칼럼을 사용하고 낮은 압력 스팀을 생성하는 정제 및 석유 화학 프로세스들의 분야에 관한 것이다.

본 발명은 특히 많은 수의 증류 칼럼들을 사용하는 아로마틱스 콤플렉스의 경우에 적용된다. 본 발명의 원리는 소정의 칼럼들에서 낮은 압력 (LP) 스팀의 생성에 기초되고, 이로써 생성된 LP 스팀은 중간 압축으로 또는 중간 압축 없이 열-전달 유체로서 사용되어 다른 칼럼들을 재비등시키고, 상기 다른 칼럼들은 예를 들면 가능하게 압력에서의 감소를 거쳐 상기 칼럼들의 재비등기가 보다 낮은 온도에서 기능하는 것을 가능하게 한다.

생성된 LP 스팀은, 또한 다른 유체들을 예열하도록 중간 압축으로 또는 중간 압축 없이 사용될 수 있고 다른 유체들의 온도는 생성된 스팀의 온도보다 낮다.

보다 일반적으로, 프로세스의 작동 조건들 및/또는 구성은 한편으로는 높은 온도 열의 그 소비를 바람직하게 다른 한편으로는 낮은 온도 열 (이러한 낮은 온도 열은 콤플렉스에서 발생될 수 있음) 의 그 소비를 감소시키도록 변경된다.

일부 칼럼들의 작동 조건들의 변경과 조합된 이로써 생성된 LP 스팀의 사용은 연료 및 전기의 소비의 관점에서 아로마틱스 콤플렉스에 대해 에너지에서 실질적으로 전체적인 이득을 제공한다. 이들 이득들은 에너지 비용들을 감소시키는 경우에 매우 중요하고 상이한 프로세스들, 특히 아로마틱스 콤플렉스들에 적용될 수 있다.

본 발명은, 사용들에 따라 일부 칼럼들의 재비등기들 및/또는 일부 프로세싱된 유체들의 예열기들에서 열 전달 유체로서 사용되도록 가능하게 재압축될 수 있는 낮은 압력 스팀을 생성시킴으로써, 그 낮은 온도 (대략 100 ℃ 내지 180 ℃) 로 인해 손실되는 것으로 간주되는 열이 회수될 수 있는 수단을 구체화한다.

프로세스들의 에너지 효율성의 개선은 현 경제 기류에서 필수적인 트렌드이다. 최근까지 100 ℃ 내지 180 ℃ 범위의 온도로 일부 교환기들에서 그리고 특히 냉각 타워들에서 사용될 수 있는 열은 손실되는 것으로 간주되었다. 실제로, 이러한 온도 레벨에서의 열은 정제 또는 석유 화학 프로세스, 예를 들면 아로마틱스 콤플렉스로부터 유도된 "차가운 (cold)" 프로세스 유체와 직접 교환을 통해 사용되지 않았다.

프로세스의 작동 조건들을 변경함으로써 그리고/또는 공정 흐름도 그 자체를 보다 복잡하도록 만듦으로써 이러한 열의 양을 현저하게 증가시켜 온도를 상승시키는 것은 본 기술 분야에서 숙련된 자에게는 공지되어 있다.

예를 들면, 증류 칼럼과 같은 분류 유닛의 경우에, 본 기술 분야에서 숙련된 자는 증류 칼럼의 압력을 증가시키는 것이 가능하고, 이때 탑정 (경질 유분 (light end)) 증기들은 높은 온도에서 얻어진다는 것을 알고 있다. 그러나, 작동 압력에서의 이러한 증가는 불가피하게 재비등기에 대해 요구되는 열의 양에서의 증가를 동반하고, 그 후 재비등기는 보다 높은 온도에서 작동한다.

본 발명은 이후로는 용어 "콤플렉스 (complex) " 로 칭해지는 정제 또는 석유 화학 프로세스의 일부 열 교환기들에 포함된 낮은 온도 열을 회수하기 위한 방법으로서 규정될 수 있다.

본 발명의 목적을 달성하는 방법은 소정의 열원들로부터 생성된 낮은 압력 (LP) 스팀 네트워크를 만들고, (완전히 또는 부분적으로) 이러한 낮은 압력 스팀을 재압축하여 중간 압력 (MP) 스팀으로 낮은 압력 스팀을 변환하고, 프로세스의 다양한 기능들을 위한 열원으로서 이렇게 생성된 스팀들 (LP 및 MP) 을 사용하는 것으로 본질적으로 이루어진다. 특히 생성된 LP 및 MP 스팀들은 상기 칼럼들의 작동 압력을 가능하게 보다 낮게 만들어서, 그 재비등기들의 작동 온도를 감소시킨 후에 소정의 수의 증류 칼럼들의 재비등기에서 요구되는 열을 제공하도록 사용될 수 있다.

본 발명의 경우에 낮은 압력 (LP) 스팀은 1 내지 7 bar absolute 범위의 압력을 갖는 스팀이다. 중간 압력 (MP) 스팀은 7 bar absolute 로부터 15 내지 17 bar absolute 사이의 값 범위의 압력을 갖는 스팀으로서 규정되고, 높은 압력 (HP) 스팀은 17 bar absolute 초과의 압력을 갖는 스팀으로서 규정된다.

보다 구체적으로, 본 발명에 따른 방법은 "콤플렉스" 로 불리우고 적어도 하나의 증류 칼럼을 포함하는 정제 또는 석유 화학 프로세스에서 낮은 온도 열, 즉 100 ℃ 내지 180 ℃ 의 낮은 온도 열을 회수하기 위한 방법을 규정할 수 있고, 상기 방법은 다음의 단계들로 이루어진다:

1) 적어도 하나의 낮은 온도 열원과의 교환에 의해 낮은 압력 스팀 (즉, 1 bar absolute 내지 7 bar absolute (abs) 의 압력에서 (1 bar = 0.1 MPa)) 을 생성하는 단계,

2) 적어도 하나의 압축 단계에서 생성된 스팀의 압력을 증가시켜, MP 스트림을 생성시키는 단계,

3) 프로세스의 작동 조건들 및/또는 구성을 변경하여 한편으로는 높은 온도 열의 소비, 바람직하게 다른 한편으로는 낮은 온도 열의 소비를 감소시키는 단계,

4) 단계 1) 로부터 얻어진 LP 스팀 및 단계 2) 로부터 얻어진 MP 스팀의 적어도 일부를 사용하여 단계 3) 으로부터 얻어진 낮은 온도 열 소비 유닛들에 필수적인 열을 공급하는 단계.

본 발명의 하나의 변형예에 따르면, 단계 1) 로부터 얻어진 스팀의 다른 일부는 전기를 생성하는 데 사용된다.

본 발명의 하나의 변형예에 따르면, 단계 2) 는 2-단 압축기에 의해 실행된다.

본 발명의 또 다른 변형예에 따르면, 단계 2) 는 구동 유체로서 HP 스팀을 사용하는 이젝터에 의해 실행된다.

단계 3) 은 상호 배타적이지 않는 다양한 방법들로 실시될 수 있고, 즉 단계 3) 을 실시하는 다양한 방법들의 임의의 조합은 본 발명의 범위 내에 있다.

- 제 1 실시형태에서 단계 3) 은 프로세스의 하나 이상의 증류 칼럼들에서 작동 압력을 감소시켜 단계 2) 로부터 얻어진 스팀의 온도 미만으로 그 증류 칼럼들의 재비등기의 온도를 낮게 만듦으로써 실시된다.

- 제 2 실시형태에서 단계 3) 은 콤플렉스의 증류 칼럼들의 공급 원료들을 예열하기 위한 교환기 네트워크의 변경에 의해 실행된다.

본 발명의 방법에 따르면, 낮은 압력 (LP) 스팀이 생성될 수 있는 낮은 온도 열원들의 적어도 일부는 제 1 세트 E1 을 형성하는 콤플렉스의 일부 증류 칼럼들의 컨덴서들로부터 선택된다.

본 발명의 변형예에 따르면 단계 1) 로부터 얻어진 낮은 압력 스팀은 콤플렉스의 일부 칼럼들의 재비등기들에 공급되는 열 전달 유체로서 직접 사용된다.

본 발명의 또 다른 변형예에 따르면 단계 1) 로부터 얻어진 낮은 압력 스팀은 콤플렉스의 일부 칼럼들의 재비등기들에 공급된 열 전달 유체로서 재압축 후에 사용된다.

재비등기들이 직접 또는 압축 단계 1) 로부터 얻어진 낮은 압력 스팀의 압축 후에 사용되는 칼럼들은 E1 과 상이한 제 2 세트 E2 를 형성한다. 상이한 세트는 본 발명의 경우에 E1 및 E2 이 공통적으로 칼럼을 갖지 않는다는 것을 나타낸다.

두개의 앞선 변형예들과 양립 가능한 또 다른 변형예에 따르면, 단계 1) 또는 단계 2) 로부터 얻어진 낮은 압력 스팀은 열 전달 유체로서 사용되어 열 교환기들에서 프로세스 유체들로 열을 공급한다.

또한 앞선 변형예들과 양립 가능한 또 다른 변형예에 따르면, 단계 1) 또는 단계 2) 로부터 얻어진 낮은 압력 스팀은 열 전달 유체로서 사용되어 공기 예열기들에서 노들의 연소 공기에 열을 공급한다.

마지막으로, 본 발명의 방법의 변형예에 따르면 세트 E2 의 일부 증류 칼럼들은 보다 낮은 작동 압력에서 기능하여 그 증류 칼럼들의 재비등을 위해 요구되는 온도로 감소된다.

본 발명은 낮은 압력 스팀을 생성할 수 있는 낮은 온도 열원들을 갖는 모든 타입들의 프로세스들에 적용될 수 있다.

특히, 본 발명은 적어도 하나의 추출 증류 유닛 (P1), 파라자일렌 흡착 유닛 (P2), 자일렌들 이성질화 유닛 (P3) 및 트랜스알킬화 유닛 (P4) 을 사용하는 소위 "아로마틱스 콤플렉스" 프로세스에 적용되고, 상기 유닛들로부터의 배출액들은 C1 내지 C11 로 명명된 증류 칼럼들에서 분리되고,

상기 C1 내지 C11 는:

C1 개질유 칼럼, C2 자일렌들 칼럼, C3 중질 아로마틱스 칼럼, C4 라피네이트 칼럼, C5 추출 칼럼, C6 정제 칼럼, C7 디헵타나이저, C8 스트리퍼, C9 벤젠 칼럼, C10 톨루엔 칼럼, C11 안정화 칼럼의 의미를 갖고,

아로마틱스 콤플렉스에서:

- 낮은 온도 열원들은 낮은 압력 (LP) 스팀이 생성될 수 있는 다음의 증류 칼럼들 C3, C4 및 C5 에 의해 형성된 세트 E1 에서 선택되고,

- 세트 E1 (또는 그 서브 세트들 중 임의의 하나) 에 의해 생성된 LP 스팀의 압축 후에 중간 압력 (MP) 스팀의 형태로 열이 공급되고 압력이 해제되는 칼럼들은 다음의 칼럼들 C7, C8, C10, C11 에 의해 형성된 세트로부터 선택되고,

- 칼럼들에는 압력 감소 없이 세트 E1 (또는 그 서브 세트들 중 임의의 하나) 에 의해 생성된 낮은 압력 스팀의 열이 공급된다. 아로마틱스 콤플렉스에 적용의 경우에, 이는 칼럼 C9 이다.

아로마틱스 콤플렉스에 적용의 경우에, 따라서 칼럼들 E1 에 의해 생성된 스팀을 사용하는 칼럼들의 세트 E2 는 칼럼들 C7, C8, C9, C10 및 C11 로 이루어진다.

도 1a 는 그 탑정 컨덴서 및 그 바닥 재비등기가 구비된 증류 칼럼의 기본 구성을 도시하는 종래 기술 분야에 따른 흐름도이고, 상기 재비등기는 노이다.
도 1b 는 본 발명으로서 어떻게 상기 칼럼으로부터의 탑정 증기들을 압축하고 냉각하기 위한 시스템에 의해 증류 칼럼의 작동 압력을 감소시키는 것이 가능한 지를 도시한다. 작동 압력의 이러한 변경은 이러한 칼럼을 재비등시키는 데 요구되는 뜨거운 유체의 온도 및 따라서 이러한 재비등을 실행시키는 데 요구되는 열의 양을 보다 낮게 만들 수 있다.
도 2 는 본 발명으로서 C4 로 명명된 칼럼의 탑정 컨덴서로부터 낮은 압력 및 중간-압력 스팀의 생성, 및 C7 로 명명된 칼럼의 재비등기에 대해 열 전달 유체로서 중간 압력 스팀의 사용을 도시한다.
도 3 은 종래 기술 분야에 따른 아로마틱스 콤플렉스의 공정 흐름도이다.
도 4 는 본 발명에 따른 아로마틱스 콤플렉스, 즉 소정의 수의 칼럼들과 관련된 몇개의 낮은 압력 스팀 회로들 (굵은 선들로 아웃라인됨) 을 포함하는 공정 흐름도이다.

다음의 설명에서 용어 "프로세스" 또는 "콤플렉스" 는 적어도 두개의 증류 칼럼들을 포함하는 임의의 정제 또는 석유 화학 프로세스를 명명하는 데 사용된다.

이러한 정의는 매우 넓고, 예를 들면 가솔린들에 대한 접촉 분해 프로세스, 및 소위 "아로마틱스 콤플렉스" 의 아로마틱 분획물들 (fractions) 로부터 파라자일렌 또는 메타자일렌들을 제조하는 프로세스를 포함한다.

본 발명을 예시하는 다음의 설명 및 실시예는 아로마틱스 콤플렉스의 경우에서 주어지만, 이는 단지 하나의 적용예일 뿐 개시된 방법의 범위를 제한하지 않는다는 것이 이해될 것이다.

본 발명에 따른 프로세스는 재압축 후에 다양한 목적들을 위해 사용될 수 있는 낮은 압력 스팀을 생성하도록 낮은 온도 열을 회수하기 위한 방법으로서 일반적으로 규정될 있고, 상기 방법은 가능하게 상기 칼럼들의 작동 압력을 낮게 만든 후에, 상기 칼럼들의 재비등기가 보다 낮은 온도들로 작동할 수 있도록 논의되는 프로세스의 일부 칼럼들의 재비등기들을 가열하는 것을 포함한다.

본 발명에 따른 낮은 온도 열을 회수하는 방법은 본질적으로 아로마틱스 콤플렉스에서 사용 가능한 낮은 온도 열로부터 스팀을 생성하는 것으로 이루어진다.

실제로, 이들 열원들은 일부 칼럼들의 탑정 증기들의 냉각 타워들에 의해 형성되고, LP 스팀의 생성은 용어 LP 스팀 증발기 (vaporiser) 또는 생성기 (generator) 로 칭하는 교환기들로 냉각 타워들을 교체함으로써 실시된다

따라서 이로써 생성된 스팀은 일반적으로 100 ℃ 내지 170 ℃ 의 온도를 갖는다.

100 ℃ 내지 170 ℃ 의 온도를 갖는 이러한 LP 스팀은 다양한 방법으로 사용될 수 있다:

a) 이러한 스팀은 열 전달 유체로서 직접 운반되어 아로마틱스 콤플렉스의 상이한 지점들에서, 특히 (그리고 비제한적인 방식으로) 일부 칼럼들의 재비등기들에서 사용될 수 있다. 이러한 사용은 도 2 의 유동 f1 의 회로에 상응한다.

b) 또는 스팀은 하나 이상의 과열된 유체들이 제조될 수 있는 중간 압력 (MP) 스팀을 생성하는 하나 이상의 압축 단계들을 포함하는 압축 회로로 운반될 수 있다. 이들 과열된 유체들은 그 후 응축되고, 아로마틱스 콤플렉스의 다양한 사이트들에서, 특히 작동 압력이 가능하게 감소되는 일부 칼럼들의 재비등기들에서 응축열을 방출한다. 충분히 효율적인 열 교환을 얻도록, 뜨거운 유체들의 온도는 바람직하게 열 전달이 발생하는 구역들의 온도보다 5 ℃ 내지 15 ℃ 높게 되어야만 한다는 것이 이해될 것이다. 이러한 사용은 도 2 의 유동 f3 의 회로에 상응한다.

c) 또는 이러한 LP 스팀은 전기를 생성하도록 익스팬더 내로 도입될 수 있다. 이러한 경우에 터보-익스팬더들은 바람직하게 대기압 미만에서 스팀의 응축을 허용하도록 사용된다 ("진공 터보-익스팬더" 로 약칭). 이러한 사용은 도 2 의 유동 f2 의 회로에 상응한다.

사용들 a), b) 또는 c) 로부터 기인한 LP 스팀들은 응축된 상태로 존재하고 그로 기인된 유체는 폐쇄된 워터/스팀 루프 (탈염된 워터의 공급으로써) 를 형성하는 방식으로 다양한 증발기들의 유입구로 리사이클될 수 있는 유체를 형성하도록 응축물 네트워크에서 처리될 수 있다.

따라서 폐쇄된 유틸리티들 회로는,

- 제 1 시리즈들의 증류 칼럼들의 컨덴서에서 낮은 압력 스팀의 생성,

- 프로세스, 특히 제 2 시리즈들의 증류 칼럼들의 재비등기들의 일부 차가운 유체들을 위한 열 전달제로서, 또는 전기를 생성하기 위한 구동 유체로서 (압축되거나 압축되지 않은) 이러한 스팀의 사용 및 그 후,

- 증발들을 위해 의도된 유체를 재구성하도록 처리 후에 응축물들의 회수에 기초하여 구성된다.

도면들의 상세한 설명

도 1a 는 칼럼으로부터의 탑정 유동을 냉각하는 냉각 타워 (AER) 를 사용하는 리플럭스 플래스크 (CD1) 가 제공된 종래 기술 분야에 따른 칼럼 (COL 1), 및 노 (F1) 인 재비등기를 도시한다.

이러한 칼럼의 압력은 칼럼의 헤드에서 가스 제거된 유체를 통한 제품의 손실들을 제한하면서 사용 가능한 차가운 유틸리티들의 온도보다 적어도 더 높은 온도에서 증기들을 응축할 수 있도록 최소화된다. 폭넓게 상이한 휘발성들을 갖는 물질들의 혼합물들을 함유하는 반응 섹션으로부터의 배출액들을 안정화시키도록, 이러한 수단은 대략 5 내지 12 bar absolute 의 압력 하에서 칼럼을 작동시킨다.

도 1b 는 칼럼 (COL 1) 의 헤드에서 제조되어 상기 칼럼의 작동 압력에서의 강하에 대해 보상되고, 압력에서의 상기 강하로부터 기인된 가스 상 보충물을 회수해야 하는 변경예를 도시한다.

칼럼의 바닥에서 노는 보다 낮은 온도에서 작동하는 열 교환기로 교체된다.

보다 구체적으로, 본 발명에 따라 변경된 칼럼 (COL 1) 으로부터의 탑정 증기들을 응축하기 위한 시스템은 다음과 같이 설명될 수 있다:

칼럼 (COL 1) 으로부터의 탑정 증기들은 예를 들면 냉각 타워 (AER) 에서 부분적으로 응축되고 칼럼의 리플럭스 플래스크 (RD1) 에서 혼합된 상의 형태로 회수된다. 리플럭스 플래스크 (RD1) 로부터 탈출한 가스 (OVD1) 는 탑정 가스 압축기 (OVDC1) 의 흡입구로 통과된다.

압축기 (OVDC1) 의 유출구에서의 가스는 컨덴서 (OGC1) 를 통해 부분적으로 (또는 완전히) 응축된다. 컨덴서 (OGC1) 를 떠나는 유동은 플래스크 (SEP1) 에서 회수되고 분리된다.

플래스크 (SEP1) 로부터의 액체 (LSEP1) 는 리플럭스 플래스크 (RD1) 로 다시 보내지고 플래스크 (SEP1) 로부터 얻어진 가스 (VSEP1) 는 유닛의 또 다른 일부 또는 유닛의 단부로 보내진다.

도 2 는 칼럼으로부터의 탑정 증기들의 응축으로부터 얻어진 LP 스팀의 유동들 f2) 및 f3) 의 회로들에 상응하는 사용들을 예시한다.

칼럼 C4 로부터의 탑정 증기들 (OVD2) 의 응축열은 액체 유체가 열 교환기 (STG1) 를 통해 증기화되는 것을 가능하게 한다. 이러한 액체의 압력은 그 증발 온도가 응축될 증기들 (OCD2) 의 온도보다 낮도록 선택된다.

따라서 얻어진 낮은 압력 스팀은 다음의 방법으로 설명될 수 있는 상이한 회로들을 따라 세개의 유동들 f1), f2) 및 f3) 로 분할된다:

- 유동 f1) : LP 스팀의 일부는 일부 칼럼들의 재비등기로 열 전달 유체로서 직접 통과될 수 있다. 본 기술 분야에서 숙련된 자에게 매우 통상적인 이러한 LP 스팀의 사용은 도 2 에서 예시되지 않는다.

- 유동 f2) : LP 스팀의 또 다른 일부는 두개의 압축 단계들 (ST1 및 ST2) 로 통과되어 칼럼 C7 의 재비등기 (REB1) 에서 열 전달 유체로서 사용되는 중간 압력 스팀을 생성한다. 스팀은 재비등기 (REB1) 의 하류에서 응축된다 (CD1). 이러한 사용은 본 발명에 따른다.

- 유동 f3) : LP 스팀의 또 다른 일부는 LP 스팀 터빈 (TES) 으로 도입되어 전기를 생성한다. 스팀 터빈 (TES) 의 유출구에서 유체는 냉각 타워에서 완전히 응축되어 응축물을 제조한다 (CD2).

이러한 사용은 또한 본 발명에 따른다.

도 3 은 종래 기술 분야에 따른 아로마틱스 콤플렉스의 일반적인 공정 흐름도를 도시하고, 다음의 단락에서 상세하게 설명된다. 도 4 는 점선들로 상기 구역들을 둘러쌈으로써 종래 기술 분야의 일반적인 프로세스 (도 3) 와 비교되는 본 발명에 따라 변경된 아로마틱스 콤플렉스의 구역들을 강조한다.

리플럭스 섹션들의 간략화를 위해, 리플럭스 플래스크들 또는 컨덴서 섹션들은 도 2 및 도 4 에서 도시되지 않는다.

실시예 :

다음의 실시예는 아로마틱스 콤플렉스의 경우에서 앞서 설명된 방법의 적용예이다. 이러한 적용예의 양호한 이해를 위해 종래 기술 분야에 따른 도 3 에 대해 주어진 아로마틱스 콤플렉스 그 자체의 설명이 요구된다.

본 발명에 따른 도 4 는 본 발명의 방법에 따라 변경된 아로마틱스 콤플렉스의 구역들을 도시한다:

- 콤플렉스의 일부 칼럼들의 작동 압력의 감소 구역,

- 스팀을 생성하도록 일부 칼럼들의 탑정 배출액들의 사용 구역,

- 아로마틱스 콤플렉스 내에서 발생된 스팀의 사용 구역.

다음의 실시예에서 설명된 바와 같은 아로마틱스 콤플렉스는 벤젠으로부터, 접촉 개질 유닛로부터 유도된 10개보다 많은 탄소 원자들 (C10+ 로 명명됨) 를 갖는 아로마틱 화합물들까지 구비한, 아로마틱 화합물이 풍부한 공급 원료로부터 시작하여, 자일렌들, 및 보다 구체적으로 PX 로 명명된 파라자일렌으로 불리우는 8개의 탄소 원자들을 갖는 아로마틱 화합물들을 제조하도록 의도된 일련의 변환 및 분리 단계들로서 규정될 수 있다.

공급 원료에서는 이들 화합물들이 콤플렉스의 유닛들에서 사용된 일부 촉매 및 분자체들의 성능들 및 사용 수명에 영향을 줄 수 있기 때문에 황 및 질소 화합물들 및 올레핀들이 제로 함량들까지 매우 낮아야만 한다.

개질유 칼럼 (C1)

처리될 공급 원료는 C1 으로 명명된 제 1 증류 칼럼으로 라인 (1) 및 교환기 ECH1 를 통해 운반되고, 상기 제 1 증류 칼럼은 보다 중질인 화합물들 (C8 내지 C10+ 범위) 로부터 톨루엔 및 보다 경질인 화합물들을 분리한다.

종래 기술 분야에 따른 이러한 칼럼의 재비등기 및 컨덴서의 구성은 아래의 표 1 에 도시된다.

추출 (extractive) 증류 유닛 (P1)

칼럼 C1 의 헤드에서 회수된 톨루엔 및 보다 경질인 화합물들은 P1 으로 명명된 추출 증류 유닛으로 라인 (10) 을 통해 통과되고, 상기 추출 증류 유닛은 파라핀 화합물들로 이루어진 "라피네이트" 로 불리우는 제품으로부터 순수하게 아로마틱 C6-C7 분획물을 분리한다. 상기 라피네이트는 라인 (13) 을 통해 콤플렉스로부터 방출된다. 바람직하게 이러한 추출 증류 유닛에서 사용되는 용제는 N-포르밀모르폴린 (formylmorpholine : NFM) 이다.

자일렌들 칼럼 (C2)

칼럼 (C1) 의 바닥에서 회수되는 C8-C10+ 아로마틱 화합물들은 소위 자일렌들 칼럼 (C2) 으로 라인 (11) 을 통해 통과되고 상기 자일렌들 칼럼 (C2) 은 C8 아로마틱 화합물들 (자일렌들로 불리움) 로부터 C9 및 보다 중질인 화합물들을 분리하고, 상기 C8 아로마틱 화합물들은 하류에 위치된 콤플렉스의 유닛들에 공급된다.

종래 기술 분야에 따르면, 칼럼 C2 으로부터의 탑정 증기들의 응축에 의해 회수되는 열은 칼럼 C1, 칼럼 C4 (소위 라피네이트 칼럼) 및 칼럼 C5 (소위 추출 칼럼) 의 재비등기로 필수적인 열을 공급하는 데 사용되고, 이는 이후에 설명될 것이다.

이를 위해, 칼럼 C2 의 헤드에서의 작동 압력은 일반적으로 요구되는 최소 압력 (일반적으로 7.0 내지 9.0 bar absolute) 으로 유지되고, 이는 칼럼들 (C1), (C4) 및 (C5) 의 재비등기들을 위해 열 전달 유체로서 사용되는 데 충분한 자일렌들 칼럼 (C2) 으로부터의 탑정 증기들의 응축 온도를 가능하게 한다.

파라자일렌 흡착 유닛 (P2)

자일렌들 분획물, 즉 파라자일렌, 메타자일렌 및 올소자일렌 및 에틸벤젠을 함유하는 C8 아로마틱스 분획물은 따라서 칼럼 C2 의 헤드에서 회수되고 흡착 유닛 (P2) 으로 라인 (20) 을 통해 통과되고 상기 흡착 유닛 (P2) 은 상기 분획물을 함유하는 파라자일렌을 선택적으로 회수한다. 흡착 유닛 (P2) 은 따라서 파라자일렌 및 탈착제의 혼합물 (추출물로서 불리움), 및 다른 C8 아로마틱 화합물들 및 탈착제의 혼합물 (라피네이트로 불리움) 을 제조한다.

흡착제는 특히 파라자일렌의 흡착을 위해 의도된 분자체이고, 즉 이러한 화합물에 대해 특히 높은 친화성을 갖는다.

공통적으로 사용되는 고체 흡착제는 바륨 또는 칼륨과 교환되는 실리카 바인더로써 몰딩된 포자사이트 (faujasite) - 타입 제올라이트이다. 바람직하게 사용된 탈착제는 파라디에틸벤젠 (paradiethylbenzene (PDEB)) 이다.

추출 칼럼 (C5)

흡착 칼럼을 나가고 파라자일렌 및 탈착제를 함유하는 추출물의 유동은 추출물 칼럼 (C5) 으로 라인 (22) 을 통해 통과되고 상기 추출 칼럼 (C5) 은 탈착제로부터 파라자일렌을 분리한다.

칼럼 (C5) 의 바닥에서 회수된 탈착제는 라인 (51) 을 통해 흡착 칼럼으로 복귀된다.

추출 칼럼은 바람직하게 낮은 압력, 즉 리플럭스 플래스크에서 1.0 내지 2.0 bar absolute 의 압력 범위로 작동되어, 재비등기의 온도 및 또한 상기 재비등기로 공급되는 열의 양을 최소화시킨다. 종래 기술 분야에 따르면, 추출 칼럼 (C5) 으로부터의 탑정 증기들의 응축은 냉각 타워에 의해 수행된다. 종래 기술 분야에 따른 이러한 칼럼의 재비등기 및 컨덴서의 구성은 표 1 에 도시된다.

정제 칼럼 (C6)

칼럼 (C5) 의 헤드로부터의 유동은 정제 칼럼 (C6) 으로 라인 (50) 을 통해 통과되고 상기 정제 칼럼 (C6) 은 파라자일렌으로부터 톨루엔 (파라자일렌과 함께 부분적으로 추출됨) 을 분리한다. 칼럼 (C6) 의 헤드를 나가는 톨루엔은 벤젠 칼럼 (C9) 의 유입구로 라인 (60) 을 통해 통과된다. 제조된 높은 순도의 파라자일렌은 정제 칼럼 (C6) 의 바닥에서 회수되고 최종 제품으로서 라인 (61) 을 통해 저장 설비로 펌핑함으로써 통과된다.

바람직하게 정제 칼럼 (C6) 은 낮은 압력 (리플럭스 플래스크에서 1.0 내지 2.0 bar absolute 의 압력 범위) 으로 작동되어, 재비등기의 온도 및 상기 재비등기로 공급되는 열의 양을 최소화시킨다.

종래 기술 분야에 따른 이러한 칼럼의 재비등기 및 컨덴서의 구성은 표 1 에 도시된다.

라피네이트 칼럼 (C4)

흡착 칼럼 (P2) 으로부터 얻어진 라피네이트 유동은 라피네이트 칼럼 (C4) 으로 라인 (23) 을 통해 운반되고, 상기 라피네이트 칼럼 (C4) 은 탈착제로부터 C8 아로마틱스 (라피네이트) 를 분리한다.

칼럼 (C4) 의 바닥에서 회수된 탈착제는 라인 (41) 을 통해 흡착 섹션 (P2) 으로 복귀된다.

라피네이트 (C8 아로마틱스 분획물) 는 측 스트림으로서 추출되고 자일렌들 이성질화 유닛 (P3) 을 위한 공급 원료로서 라인 (40) 을 통해 통과된다.

바람직하게 칼럼 (C4) 은 낮은 압력 (리플럭스 플래스크에서 1.0 내지 2.0 bar absolute 의 압력 범위) 으로 작동되어 재비등기의 온도 및 또한 상기 재비등기로 공급되는 열을 최소화시킨다. 종래 기술 분야에 따르면 라피네이트 칼럼 (C4) 으로부터의 탑정 증기들의 응축은 냉각 타워에 의해 수행된다.

탈착 칼럼 (도 3 또는 도 4 에 도시 생략)

흡착 섹션 (P2) 을 순환하는 탈착제의 작은 일부는 소위 탈착 칼럼으로 통과하여 그렇지 않다면 루프에 축척될 중질 화합물들을 제거한다.

자일렌들 이성질화 유닛 (P3)

자일렌들 이성질화 유닛 (P3) 은 파라자일렌에서 대폭 감소된 공급 원료를 열역학적 평형의 자일렌들의 유동으로 변환시키는 데 사용된다.

8 탄소 원자들를 갖는 탄화 수소들을 이성질화할 수 있는 임의의 타입의 촉매가 본 발명에서 사용될 수 있다. 바람직하게 탈수소화 금속, 예를 들면 백금, 팔라듐 또는 니켈 및 산성의 상, 예를 들면 도핑된 알루미나, 제올라이트, 예를 들면 모데나이트, MFI, Y 제올라이트, 또는 산성을 나타낸는 제올라이트 또는 비-제올라이트 분자체들, 예를 들면 인산 알루니늄 (AIPO, SAPO) 을 함유하는 촉매가 사용된다. 따라서 보다 바람직하게 특허들 US 4,640,829, EP-B-042226 또는 EP-B-051318 에 설명된 바와 같은 EUO 구조 타입 제올라이트, 예를 들면 제올라이트 EU1, 제올라이트 ZSM 50 또는 제올라이트 TPZ3 를 함유하는 이성질화 촉매가 사용될 수 있다.

디헵타나이저 (C7) 및 스트리퍼 (C8)

이성질화 반응기 (섹션 (P3)) 으로부터의 배출액은 디헵타나이저 (C7) 로 라인 (42) 을 통해 통과하고, 상기 디헵타나이저 (C7) 는 상기 디헵타나이저 칼럼 (C7) 의 헤드에서 회수된 경질 C7 분획물로부터 이성질체 (C8+ 아로마틱 화합물들) 를 분리한다. 이러한 C7 분획물은 스트립핑 칼럼 (C8) 으로 라인 (71) 을 통해 통과하여 C7 분획물로부터 경질 화합물들을 분리한다.

이로써 안정화된 C7 분획물은 스트립핑 칼럼 (C8) 의 바닥에서 회수되어 라인 (81) 를 통해 리사이클되고 추출 증류 유닛 (P1) 으로 통과하기 전에 칼럼 (C1) 으로부터 나오는 증류액과 조합된다. 종래 기술 분야에 따르면 디헵타나이저 칼럼 (C7) 로부터의 탑정 증기들의 부분적인 응축은 냉각 타워를 사용함으로써, 필수적이라면 이어서 워터 냉각에 의해 수행된다.

디헵타나이저 (C7) 의 작동 압력을 결정하는 제한 파라미터는 리플럭스 플래스크에서 가스 제거된 제품을 통해 손실되는 회수 가능한 화합물들 (예를 들면 벤젠) 의 양이다. 이러한 손실들을 최소화하도록, 디헵타나이저 (C7) 의 리플럭스 플래스크의 작동 압력은 5.0 내지 8.0 bar absolute 의 압력 범위로 일반적으로 유지된다.

디헵타나이저 (C7) 의 바닥에서 그로 인한 온도는 일반적으로 230 ℃ 내지 250 ℃ 이고, 이는 250 ℃ 초과의 온도로 열원의 사용을 요구한다. 일반적으로 사용된 열량 유체는 높은 압력 스팀, 노, 또는 뜨거운 오일이다.

디헵타나이저 (C7) 의 바닥에서 회수되는 중질 화합물들 및 자일렌들로 이루어지는 C8+ 분획물은 자일렌들 칼럼 (C2) 의 유입구로 라인 (72) 을 통해 리사이클된다.

종래 기술 분야에 따른 칼럼들 (C7) 및 (C8) 의 재비등기 및 컨덴서의 구성은 표 1 에 도시된다.

중질 아로마틱스 칼럼 (C3)

자일렌들 칼럼 (C2) 의 바닥에서 회수되는 C9+ 아로마틱 화합물들의 유동은 중질 아로마틱스 칼럼 (C3) 으로 라인 (21) 을 통해 통과되고, 상기 중질 아로마틱스 칼럼 (C3) 은 트랜스알킬화 촉매에 대해 해로운 영향을 주는 보다 중질인 화합물들 (예를 들면 나프탈렌) 로부터 C9 및 C10 아로마틱 화합물들을 분리한다. 중질 아로마틱스 칼럼은 일반적으로 낮은 압력 (즉 리플럭스 플래스크에서 1.0 내지 2.0 bar absolute 의 압력 범위) 으로 작동되어 온도 및 또한 상기 칼럼의 재비등기에 공급되는 열의 양을 최소화시킨다.

종래 기술 분야에 따른 칼럼 C3 의 재비등기 및 컨덴서의 구성은 표 1 에 도시된다.

트랜스알킬화 유닛 (P4)

중질 아로마틱스 칼럼 (C3) 의 헤드에서 회수된 C9 및 C10 아로마틱 화합물들은 라인 (30) 을 통과하여 톨루엔 칼럼 (C10) 으로부터 얻어진 톨루엔과 혼합되어 트랜스알킬화 유닛 (P4) 으로 공급된다. 이러한 유닛은 열역학에 의해 제한된 반응을 통해 벤젠 및 자일렌들의 혼합물로 유닛 (P3) 의 이소머레이트 (isomerate) 및 개질유로부터 얻어진 톨루엔 및 C9+ 아로마틱 화합물들을 변환시킨다.

모든 타입들의 트랜스알킬화 촉매들은 본 발명에 따른 프로세스에서 사용될 수 있다, 예를 들면 촉매들은 US 특허 3,437,710 에서 설명된 모데나이트 또는 포자사이트에 기초되거나 또는 촉매들은 US 특허 5,030,787 에 설명된 MCM-22 또는 베타 제올라이트들에 기초되거나, 또는 촉매들은 예를 들면 US 특허 출원 2012/0065446 에 설명된 모데나이트 및 MFI 제올라이트들에 기초된다. 이들 촉매들은 일반적으로 또한 바람직하게 레늄, 니켈, 코발트, 몰리브덴, 텅스텐, 팔라듐 및 백금으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 금속 화합물을 포함한다.

안정화 칼럼 (C11)

벤젠, 미변환된 톨루엔 및, C8 및 C9+ 아로마틱스를 함유하는 트랜스알킬화 유닛 (P4) 으로부터의 배출액은, 안정화 칼럼 (C11) 으로 라인 (102) 을 통해 통과되고, 상기 안정화 칼럼 (C11) 은 벤젠 및 C7+ 로 명명된 보다 중질인 아로마틱 화합물들로부터 벤젠보다 경질인 화합물들을 분리한다.

안정화 칼럼 (C11) 의 리플럭스 플래스크를 나가는 가스는 아로마틱스 콤플렉스의 단부로 라인 (110) 을 통해 통과한다.

정제되지 않은 벤젠 분획물은 측 스트림으로서 제거되고 스트립핑 칼럼 (C8) 으로 라인 (111) 을 통해 통과되고, 상기 스트립핑 칼럼 (C8) 은 상기 분획물의 경질 화합물들이 분리될 수 있게 한다.

종래 기술 분야에 따르면 안정화 칼럼 (C11) 으로부터의 탑정 증기들의 부분적인 응축은 냉각 타워에 의해, 필요하다면 이어서 워터 냉각기에 의해 수행된다.

안정화 칼럼 (C11) 의 작동 압력을 결정하는 제한 파라미터는 리플럭스 플래스크를 나가는 가스를 통해 손실된 회수 가능한 화합물들 (예를 들면 벤젠) 의 양이다.

이들 손실들을 최소화하도록, 안정화 칼럼 (C11) 의 리플럭스 플래스크에서의 작동 압력은 일반적으로 리플럭스 플래스크에서 5.0 내지 8.0 bar absolute 의 압력 범위로 유지된다.

재비등기에서 그로 인한 온도는 210 ℃ 내지 230 ℃ 이고, 이는 230 ℃ 초과로 재비등기의 온도를 상승시키도록 열원 (그리고 그것은 일반적으로 높은 압력 증기, 노, 또는 대안적으로 뜨거운 오일로 이루어짐) 의 사용을 요구한다.

종래 기술 분야에서 이러한 칼럼의 재비등기 및 컨덴서의 구성은 표 1 에 도시된다.

벤젠 칼럼 (C9)

벤젠은 라인 (90) 을 통해 최종 제품으로서 벤젠 칼럼 (C9) 의 헤드로부터 추출된다. C7+ 분획물은 칼럼 (C9) 의 바닥에서 추출되고 톨루엔 칼럼 (C10) 으로 라인 (91) 을 통해 통과된다.

칼럼 (C9) 은 바람직하게 리플럭스 플래스크에서 1.0 내지 2.0 bar absolute 범위의 낮은 압력으로 작동되어 재비등기로 부가되는 열의 양 뿐만 아니라 온도를 최소화시킨다.

톨루엔 칼럼 (C10)

톨루엔 칼럼 (C10) 의 헤드에서 회수되는 톨루엔은 트랜스알킬화 유닛의 공급 원료로서 라인 (100) 을 통해 통과된다. 칼럼 (C10) 의 바닥에서 추출된 C8+ 분획물은 자일렌들 칼럼 (C2) 으로 라인 (101) 을 통해 리사이클되고, 상기 자일렌들 칼럼 (C2) 은 아로마틱스 콤플렉스로 공급되는 C8 아로마틱스 분획물로부터 C9+ 및 보다 중질인 화합물들을 분리시킨다.

종래 기술 분야에 따르면, 톨루엔 칼럼 (C10) 으로부터의 탑정 증기의 응축열의 일부는 벤젠 칼럼 (C9) 의 재비등기로 필요한 열을 공급하는 데 사용된다.

이를 위해 톨루엔 칼럼 (C10) 의 헤드 트레이의 작동 압력은 일반적으로 5.0 내지 7.0 bar absolute 이고, 이는 벤젠 칼럼 (C9) 의 재비등을 위해 사용되는 데 충분한 톨루엔 칼럼 (C10) 으로부터의 탑정 증기들에 대한 응축 온도를 가능하게 한다.

톨루엔 칼럼 (C10) 의 바닥에서의 상응하는 온도는 약 240 ℃ 내지 250 ℃ 이고, 이는 250 ℃ 초과의 온도로 재비등기에 열을 공급하도록 열원 (이는 일반적으로 높은 압력 스팀, 노, 또는 뜨거운 오일로 이루어짐) 을 요구한다.

종래 기술 분야에 따른 표 1 은 탑정 증기들의 응축을 위해 사용되는 수단 및 아로마틱스 콤플렉스의 칼럼들의 바닥의 재비등을 위해 사용되는 수단을 요약한다.

본 발명에 따른 표 2 는 다음의 특징들을 나타낸다:

- 도 2 의 원리에 따라 낮은 압력 스팀의 생성을 위해 사용되는 칼럼들의 세트 E1 (본 발명에 따른 실시예에서 칼럼들 C3, C4, C5).

- 생성된 스팀을 사용하여 재비등기로 열을 공급하는 칼럼들의 세트 E2 (본 발명에 따른 실시에에서 칼럼들 C7, C8, C9, C10, C11).

이러한 세트에서 일부 칼럼들은 보다 낮은 작동 압력에서 기능한다 : 칼럼들 (본 발명에 따른 실시에에서 칼럼들 C7, C8, C10, C11) 및 일부 칼럼들 (본 발명에 따른 실시에에서 칼럼들 C7 및 C11) 은 따라서 도 1b 의 흐름도에 따라 그 탑정 가스를 위한 재압축 단계를 요구한다.

- 세트 E2 의 일부 칼럼들은 (본 발명에 따른 실시예에서 칼럼들 C7, C10, C11) 은 도 2 (유동 회로 (f2)) 의 흐름도에 따라 재비등을 위한 열 전달 유체로서 LP 스팀의 두개의 압축 단계들에 의해 얻어진 MP 스팀을 사용한다.

아래의 표 3 은 종래 기술 분야에 따른 프로세스에 대해 베이스 (1) 로부터 시작하여 본 발명에 따른 아로마틱스 콤플렉스의 에너지 이득들을 요약한다. 연료, 스팀 생성 및 전기의 세개의 소비 아이템에 관해 매우 현저한 이득이 존재한다.

종래 기술에 따른 칼럼들의 재비등기들 및 콘덴서들의 구성

본 발명에 따른 아로마틱스 콤플렉스에 적용예

주의

(n.a.) 적용 불가능함

주의 1 : (n.a.) 는 적용 불가능함을 나타냄

주의 2 : 칼럼 C8 의 압력은 이러한 압력이 칼럼 C7 의 압력으로 조정되기 때문에 감소됨.

Claims

적어도 하나의 추출 (extractive) 증류 유닛 (P1), 파라자일렌 흡착 유닛 (P2), 자일렌들 이성질화 유닛 (P3) 및 트랜스알킬화 유닛 (P4) 을 포함하는 "콤플렉스 (complex)" 로 불리우는 정제 또는 석유 화학 프로세스에서 소위 낮은 온도 열원으로부터 100℃ 내지 180℃ 와 같은 낮은 온도 열을 회수하는 방법으로서,
유닛들로부터의 배출액들은 C1-C11 로 명명된 증류 칼럼들에서 분리되고,
상기 C1-C11 은:
C1 개질유 칼럼, C2 자일렌들 칼럼, C3 중질 아로마틱스 칼럼, C4 라피네이트 칼럼, C5 추출 칼럼, C6 정제 칼럼, C7 디헵타나이저, C8 스트리퍼, C9 벤젠 칼럼, C10 톨루엔 칼럼, C11 안정화 칼럼의 의미를 갖고,
상기 방법은 다음의 단계들로 이루어지는, 낮은 온도 열을 회수하는 방법:
- 1) 상기 콤플렉스의 증류 칼럼들 C3, C4 및 C5 의 컨덴서들로부터 선택된 적어도 하나의 낮은 온도 열원과 교환함으로써 낮은 압력 (LP) 스팀 (1 bar 내지 7 bar 의 절대 압력) 을 생성시켜, 칼럼들 E1 의 제 1 세트를 형성하는 단계,
- 2) 적어도 하나의 압축 단계에서 생성된 상기 스팀의 압력을 증가시켜, 중간 압력 (MP) 스팀을 발생시키는 단계,
- 3) 상기 콤플렉스의 하나 이상의 증류 칼럼들의 작동 압력을 감소시킴으로써 상기 정제 또는 석유 화학 프로세스에서 작동 조건들을 변경하여, 단계 2) 로부터 얻어진 상기 스팀의 온도 미만으로 상기 하나 이상의 증류 칼럼들의 재비등기 (reboiler) 의 온도를 낮추는 단계,
- 4) 단계 1) 로부터 얻어진 상기 낮은 압력 (LP) 스팀의 적어도 일부를 칼럼 C9 의 재비등기들에 공급되는 열 전달 유체로서 사용하고, 압축 후에 단계 2) 로부터 얻어진 상기 중간 압력 (MP) 스팀의 적어도 일부를 상기 콤플렉스의 칼럼들 C7, C8, C10 및 C11 중 하나 이상의 재비등기들에 공급되는 열 전달 유체로서 사용하고, 상기 칼럼들 C7, C8, C9, C10 및 C11 은 칼럼들 E1 과 구별되는 칼럼들 E2 의 제 2 세트를 형성하는 단계.
제 1 항에 있어서,
단계 1) 로부터 얻어진 상기 낮은 압력 (LP) 스팀의 일부는 전기를 생성하는 데 사용되는, 낮은 온도 열을 회수하는 방법.
제 1 항에 있어서,
단계 2) 는 2-단 압축기에 의해 실행되는, 낮은 온도 열을 회수하는 방법.
제 1 항에 있어서,
단계 2) 는 구동 유체로서 높은 압력 (HP) 스팀을 사용하여 이젝터에 의해 실행되는, 낮은 온도 열을 회수하는 방법.
제 1 항에 있어서,
단계 1) 로부터 얻어진 낮은 압력 (LP) 스팀, 또는 단계 2) 로부터 얻어진 중간 압력 (MP) 스팀은 공기 예열기들에서 노들의 연소 공기로 열을 공급하도록 열 전달 유체로서 사용되는, 낮은 온도 열을 회수하는 방법.
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