KR102228895B1

KR102228895B1 - 분리판형 탑체

Info

Publication number: KR102228895B1
Application number: KR1020167013561A
Authority: KR
Inventors: 징샨 가오; 시우나 양; 데첸 보; 성중 장; 창지안 랴오
Original assignee: 차이나 페트로리움 앤드 케미컬 코포레이션; 후순 리서치 인스티튜트 오브 페트로리움 앤 페트로케미컬즈 씨노펙 코포레이션
Priority date: 2013-10-23
Filing date: 2014-10-21
Publication date: 2021-03-16
Also published as: EP3061507B1; CN104548641A; KR20160074005A; US10005002B2; EP3061507A1; EP3061507A4; WO2015058671A1; JP6517794B2; CN104548641B; US20160263492A1; JP2016533875A

Abstract

분리판형 증류기(10)로서, 상기 분리판형 탑체(10)의 축 방향을 따라 구비된 분리판(11); 각각 상기 분리판(11) 아래에 구비된, 상기 분리판형 탑체의 방사방향으로 구비된 제1 축(22) 및 상기 제1 축(22)과 일단이 연결된 제1 분류판(23)을 포함하고, 상기 제1 분류판(23)은 상기 제1 축(22) 주위로 피봇 가능하도록 구성되어, 상기 제1 분류판(23) 아래로부터의 흐름을 상기 분리판(11) 양측에 형성되는 공간으로 분배하고; 각각 상기 분리판(11) 위에 구비된, 상기 분리판형 탑체(10)의 방사방향으로 구비된 제2 축(13) 및 상기 제2 축(13)과 일단이 연결된 제2 분류판(20)을 포함하고, 상기 제2 분류판(20)은 상기 제2 축(13) 주위로 피봇 가능하도록 구성되어, 상기 제2 분류판(20) 위로부터의 흐름을 상기 분리판(11) 양측에 형성되는 공간으로 분배하는, 분리판형 탑체.

Description

분리판형 탑체{PARTITIONED COLUMN}

본 개시는 화공 장치 분야에 관한 것이고, 구체적으로는 신형의 분리판형 탑체에 관한 것이다.

화공 분야에서 가장 널리 사용되는 단위 조작인 증류기술은, 많은 장점이 있지만, 비교적 높은 에너지 소비와 투자를 요구한다. 증류의 에너지 소비는 전체 화학 공정의 에너지 소비의 반 이상을 차지한다. 열통합 증류는 1940년대와 1950년대에 제안된 복합 증류 방식이고, 공정 중에 비가역적인 실효 에너지 소비를 저감할 수 있고, 이를 통해 공정의 에너지 소비를 저감한다. 열통합 증류탑이 전통적인 증류 방법에 비해 평균 에너지의 30%를 저감할 수 있게 한다는 것은 이론과 실제로 증명되었다. 열통합 증류는 일반적으로 전열통합 증류를 지칭한다. 3성분 혼합물의 분리 또는 혼합물의 분리로 3개 제품을 얻는 것을 포함하는 증류에 관련하여, 열통합 증류탑은 Petlyuk 증류탑 또는 입식 분리판 증류탑일 수 있다. 2개가 열역학적으로 등가이지만, 입식 분리판 증류탑이 사용될 때 설비에 대한 투자가 더 절감될 수 있다. 그러나 분리판 증류탑은 예비분리탑 및 주탑을 하나의 탑체벽 안에 집성할 수 있기 때문에, 어떤 사람들은 Petlyuk 증류탑의 특수한 경우로 본다. 입식 분리판 증류탑에서, 증류탑을 탑정단, 탑저단, 및 분리판으로 분리되는 공급단과 중간 측선제품 인출단을 포함하는, 실질적으로 4 부분으로 나누도록 수직 분리판이 분류탑 안에 배치된다. 전통적인 2개 정규탑의 연속 공정에 비해, 입식 분리판 증류탑은 에너지 소비의 30-60% 및 약 30%의 설비 투자를 절감할 수 있고, 뿐만 아니라 조작 용량을 증가시킬 수 있다. 분리판형 탑체가 상기와 같은 현저한 장점이 있지만, 1930년대에 처음으로 제안된 분리판형 탑체가 산업적으로 사용되기까지는 꽤 긴 시간이 걸렸다. 이것은 주로 신뢰성있는 설계 방법, 실현 가능한 조작 및 제어 수단의 결여로 인해, 분리판형 탑체의 광범위한 사용이 막혔기 때문이다.

미국특허 US 4230533은 액위 차이로 인해 동력을 얻는 액체 환류를 이용하고, 액위는 유량계로 조절되며, 증류탑 아래로부터 상방으로 이동하는 기체의 분포는 바이패스 관 수단으로 조절되고, 기체 분포는 액체 환류와는 무관하다. 미국특허 US 5755933은 증류탑의 정부 또는 저부까지 연장되는 분리판을 구비하는 분리형 증류탑을 개시하고, 응축기 또는 재가열기 각각이 환류를 위해 사용된다. 미국특허 US 7267746은 서로 다른 성분의 흐름을 각각 증류탑의 서로 다른 부위으로부터 유입하는 것을 포함하는 분리판형 탑체의 제어 방법을 개시하고, 이로써 액체 환류 제어를 형성하고, 탑정의 온도를 조절 인덱스로 삼아 중류탑으로 유입하는 흐름을 조절한다. 상기 기술은 공통적으로, 즉 탑정 액체 환류 및 탑체 저부로부터 상승하는 기체를 독립적으로 제어할 수 없다는 단점을 가진다.

본 발명의 목적은 종래의 분리판형 탑체에서 다성분 분리 과정 중, 탑정 회류 액체와 탑저로부터의 상승 기체의 독립적 제어를 하지 못하는 문제점을 극복하여, 신형의 분리판형 탑체를 제공하고자 하는 것이다.

본 개시는 분리판형 탑체에 관한 것으로서, 상기 분리판형 탑체의 축 방향을 따라 배치된 분리판(partition plate); 및 상기 분리판형 탑체의 방사 방향을 따라 배치된 제1 축 및 상기 제1 축과 일단이 연결된 제1 분류판(splitter plate) - 상기 제1 축 및 상기 제1 분류판은 모두 상기 분리판 아래에 위치함 - 을 포함하고, 상기 제1 분류판은, 상기 제1 분류판 아래에서부터 상기 분리판 양측에 형성되는 공간 내로의 흐름의 분배를 제어하기 위해, 상기 제1 축 주위로 피봇(pivot) 가능하도록 구성된다.

본 개시의 바람직한 일 실시예에서, 상기 제1 축은 상기 제1 분류판이 회전하도록 구동 가능하게 구성된다.

본 개시의 바람직한 일 실시예에서, 상기 제1 분류판은, 상기 제1 분류판 아래로부터의 흐름이 상기 분리판의 일측에 형성된 공간으로 진입하는 것을 상기 제1 분류판이 막을 수 있는 제1 위치 및 상기 제1 분류판 아래로부터의 흐름이 상기 분리판의 다른 일측에 형성된 공간으로 진입하는 것을 상기 제1 분류판이 막을 수 있는 제2 위치 사이를 회전 가능하게 구성된다. 구체적으로, 상기 제1 분류판은 상기 분리판형 탑체의 축에 대해 90° 내지 -90°, 바람직하게는 80° 내지 -80°의 회전각을 가진다.

본 개시의 바람직한 일 실시예에서, 상기 분리판 및 상기 제1 축은 상기 분리벽형 탑체의 동일 축 평면상에, 즉 상기 분리판형 탑체의 중심축선이 위치한 평면상에 위치된다.

본 개시의 바람직한 일 실시예에서, 상기 분리벽형 탑체는 원형의 횡단면을 가지고, 상기 제1 분류판은 원형의 왕관 형상이다. 구체적으로, 상기 제1 분류판의 직변(直邊)은 상기 분리판과 평행이고, 상기 직변의 길이는 탑체의 내경과 같다. 상기 제1 분류판의 궁형 에지(arcuate edge)의 정점에서 상기 제1 분류판의 직변(直邊)의 중심까지의 수직거리는 1/8 D 내지 1/2 D, 바람직하게는 1/3 D 내지 1/2 D이다(D는 탑체 내경).

본 개시의 바람직한 일 실시예에서, 상기 분리판의 양측에 형성된 공간은 서로 동일한 단면적을 구비하고; 상기 제1 분류판의 원형의 왕관은 상기 분리판형 탑체의 내경과 동일한 현의 길이를 구비하고; 상기 제1 분류판의 원형의 왕관의 상부로부터 제1 분류판의 원형의 왕관의 현까지의 수직거리는, 상기 분리판형 탑체의 중심으로부터 상기 분리판형 탑체의 내벽까지의 거리보다 짧다.

본 개시의 바람직한 일 실시예에서, 상기 제1 분류판이 상기 제1 축에 연결되어 있고, 상기 제1 축은 회전 가능하여 상기 제1 분류판이 회전하도록 구동시킬 수 있고; 상기 제1 축과 상기 분리판은 배플(baffle)에 의해 서로 연결되어 있고, 상기 제1 축, 상기 배플 및 상기 분리판은 동일 평면에 위치하고; 상기 제1 축은 탑체의 내벽 상에 지지되는 일단과, 탑체 외피를 관통하여 회전 제어기와 연결된 타단을 가진다.

본 개시의 바람직한 일 실시예에서, 상기 제1 분류판이 상기 제1 축에 연결되어 있고, 상기 제1 축은 회전 가능하여 상기 제1 분류판을 회전하도록 구동시킬 수 있고; 상기 제1 축은 상기 분리판의 아래에 배치되어 상기 분리판과 심리스 롤링 접촉(seamless rolling contact)을 실현하고; 상기 제1 축은 탑체의 내벽상에 지지되는 일단과, 탑체 외피를 관통하여 회전 제어기와 연결되는 타단을 가진다.

본 개시의 구체적인 일 실시예에서, 상기 분리판형 탑체는 탑체와 분리판을 포함하고, 상기 분리판은 상기 증류탑을, 탑정단, 탑저단, 공급단 및 중간 측선제품 인출단을 포함하는, 4 부분으로 나눈다. 상기 분리판형 탑체는 기체 분류에 사용되는 제1 분류판 및 회전축을 더 포함하고, 상기 제1 분류판은 원형의 왕관 형상이고, 상기 제1 분류판의 직변(直邊)은 상기 회전축과 연결되어, 상기 회전축에 의해 상기 탑저단을 회전시킬 수 있다. 상기 회전축은 상기 분리판의 아래에 배치되어, 상기 분리판의 아래와 심리스 롤링 접촉(seamless rolling contact)을 실현한다. 상기 회전축의 일단은 탑체 내벽에 의해 지지되고, 타단은 탑체벽을 관통하여 회전 제어기와 연결된다. 상기 분리판은 상기 탑체의 중심선을 따라 수직으로 배치되어 있다. 상기 분리판은 0.3 H 내지 0.9 H, 바람직하게는 0.4 H 내지 0.8 H이다(H는 탑체의 높이이다). 상기 회전 제어기는 전기적 또는 공압적 제어를 채용하여, 0.3° 내지 0.5° 범위의 정확도로 연속적 회전 조절을 할 수 있다.

본 개시의 바람직한 일 실시예에서, 상기 분리벽형 탑체는, 상기 분리판의 아래 및 상기 제1 축의 위에 형성된 공간에서 상기 분리벽형 탑체의 내벽상에 배치된 하나 또는 복수의 배플판(baffle plate)을 더 포함한다.

본 개시의 바람직한 일 실시예에서, 상기 분리판의 하부에 인접하여 상기 분리판의 양측에 형성된 공간에서 상기 분리벽형 탑체의 내벽상에 배치된 하나 또는 복수의 배플판을 더 포함한다.

본 개시의 바람직한 일 실시예에서, 상기 배플 판은 원형의 왕관 형상이고, 상기 분리벽형 탑체의 원주 평면에 대해 5° 내지 20° 범위의 경사각을 가진다.

본 개시의 바람직한 일 실시예에서, 상기 분리판이 위치한 평면에 대해 대칭으로 배치된다.

본 개시의 바람직한 일 실시예에서, 상기 배플판의 궁형 에지(arcuate edge)의 정점에서 상기 분리판의 하부까지의 수직거리는 50mm 내지 400mm의 범위 내이다.

본 개시의 바람직한 일 실시예에서, 상기 배플판의 아래와 상기 제1 축의 위에 형성된 공간에서, 증기 분류판의 양측의 상기 분리벽형 탑체의 내벽에 각각 배치된 속도 프로브(velocity probe)를 더 포함한다.

본 개시의 신형 분리판형 탑체에서, 상기 회전 제어기는 전기적 또는 공압적 제어를 채용하여, 0.3° 내지 0.5° 범위의 정확도로 연속적 회전 조절을 할 수 있다

본 개시의 구체적인 일 실시예에서, 상기 배플(baffle)은 원형의 왕관 형상이고, 상기 탑체 아래의 양 측면에, 상기 분리판이 위치한 평면에 대해 대칭적으로 배치되고, 수평면에 대해 5° 내지 20° 범위의, 바람직하게는 5° 내지 15° 범위의 경사각을 가진다. 상기 배플(baffle)의 궁형 에지(arcuate edge)은 상기 탑체의 내벽과 일체로 심리스하게 용접된다. 상기 배플(baffle)의 궁형 에지(arcuate edge)의 정점에서 상기 분리판의 저단까지의 수직거리는 50mm 내지 400mm, 바람직하게는 80 mm 내지 300 mm이다. 상기 배플(baffle)의 직변(直邊)은 상기 분리판의 저변(底邊)과 평행이고, 상기 배플(baffle)의 궁형 에지(arcuate edge)의 정점에서 상기 배플(baffle)의 직변(直邊)의 중점까지의 수직거리는 1/8 D 내지 1/2 D, 바람직하게는 1/4 D 내지 3/8 D이다(D는 탑체 내경). 배플(baffle)의 아래 영역에서, 2개의 순기체상(相) 공간이 상기 기체 분류판의 양측에 형성된다. 속도 탐침이 상기 상기 기체 분류판의 양측에 형성된 상기 2개의 순기체상 공간에 각각 배치되고, 상기 분리판형 탑체에 수평방향으로 삽입되고, 상기 탐침은 상기 탑체에서 길이가 각각 50 mm 내지 300 mm, 바람직하게는 80 mm 내지 200 mm이다. 상기 속도 탐침에서 상기 배플(baffle)까지의 수직거리는 100 mm 내지 600 mm, 바람직하게는 150 mm 내지 500 mm이다.

본 개시의 바람직한 일 실시예에서, 상기 분리벽형 탑체의 방사 방향을 따라 배치된 제2 축과, 상기 제2 축에 접속된 일단을 가지는 제2 분류판 - 상기 제2 축과 상기 제2 분류판은 모두 상기 분리판 위에 위치함 - 을 더 포함하고, 상기 제2 분류판은, 상기 제2 분류벽 위로부터 상기 분리판의 양측에 형성되는 공간으로의 흐름의 분배를 제어하기 위해, 상기 제2 축 주위에서 피봇 가능하게 구성된다.

본 개시의 바람직한 일 실시예에서, 상기 제2 축은 상기 제2 분류판이 회전하도록 구동 가능하게 구성된다.

본 개시의 바람직한 일 실시예에서, 상기 제2 분류판은, 상기 제2 분류판 위로부터의 흐름이 상기 분리판의 일측에 형성된 공간에 진입하는 것을 상기 제2 분류판이 막을 수 있는 제3 위치 및 상기 제2 분류판 위로부터의 흐름이 상기 분리판의 다른 일측에 형성된 공간으로 진입하는 것을 상기 제2 분류판이 막을 수 있는 제4 위치 사이를 회전 가능하게 구성된다. 구체적으로, 상기 제2 분류판은 상기 분리판형 탑체의 축선에 대해 90° 내지 -90°, 바람직하게는 80° 내지 -80° 범위의 회전각을 갖는다.

본 개시의 바람직한 일 실시예에서, 상기 분리판 및 상기 제2 축은 상기 분리벽형 탑체의 동일 축 평면상에 위치한다.

본 개시의 바람직한 일 실시예에서, 상기 분리판형 탑체는 원형의 횡단면을 가지고, 상기 제2 분류판은 원형의 왕관 형상이다. 구체적으로, 상기 제2 분류판의 직변(直邊)은 상기 분리판과 평행이고, 상기 직변(直邊)의 길이는 상기 탑체 내경과 동일하다. 상기 제2 분류판의 궁형 에지(arcuate edge)의 정점에서 상기 분류판의 직변(直邊)의 중심까지의 수직거리는 1/8 D 내지 1/2 D, 바람직하게는 1/4 D 내지 1/2 D이다(D는 탑체 내경이다).

본 개시의 바람직한 일 실시예에서, 상기 분리판의 양측에 형성된 공간은 동일한 단면적을 가지고; 상기 제2 분류판의 원형의 왕관은 상기 분리벽형 탑체의 내경과 동일한 길이의 현을 가지고; 상기 제2 분류판의 원형의 왕관의 상부로부터 상기 제2 분류판의 원형의 왕관의 현까지의 수직거리는, 상기 분리벽형 탑체의 중심으로부터 상기 분리벽형 탑체의 내벽까지의 거리보다 짧다.

본 개시의 바람직한 일 실시예에서, 상기 제2 분류판이 상기 제2 축에 연결되어 있고, 상기 제2 축은 회전가능하여 상기 제2 분류판을 회전하도록 구동시킬 수 있고; 상기 제2 축은 상기 분리판의 상부에 위치하여 상기 분리판과 심리스 롤링 접촉을 실현하고; 상기 제2 축은 탑체의 내벽 상에 지지되는 일단과, 탑체 외피를 관통하여 회전 제어기와 연결되는 타단을 가진다.

본 개시의 구체적인 일 실시예에서, 상기 분리판형 탑체는 탑체와 분리판을 포함하고, 상기 분리판은 상기 증류탑을, 탑정단, 탑저단, 공급단 및 중간 측선제품 인출단을 포함하는, 4 부분으로 나눈다. 상기 분리판형 탑체는 액체 분류에 사용되는 제2 분류판 및 회전축을 더 포함하고, 상기 제2 분류판은 원형의 왕관 형상이고, 상기 제2 분류판의 직변(直邊)은 상기 회전축과 연결되어, 상기 회전축에 의해 상기 탑정단을 회전시킬 수 있다. 상기 회전축은 상기 분리판의 정부에 배치되어, 상기 분리판의 정부와 심리스 롤링 접촉(seamless rolling contact)을 실현한다. 상기 회전축의 일단은 탑체 내벽에 의해 지지되고, 타단은 탑체벽을 관통하여 회전 제어기와 연결된다. 상기 분리판은 상기 탑체의 중심선을 따라 수직으로 배치되어 있다. 상기 분리판은 0.3 H 내지 0.9 H, 바람직하게는 0.4 H 내지 0.8 H이다(H는 탑체의 높이이다). 상기 회전 제어기는 전기적 또는 공압적 제어를 채용하여, 0.3° 내지 0.5° 범위의 정확도로 연속적 회전 조절을 할 수 있다.

본 개시의 분리판형 탑체에서, 증기 분류를 위해 사용되는 제1 분류판은 다음 과정에 의해 동작한다. 먼저 유속 측정기가 상기 분리판의 양측에서 기체의 유속을 측정하여 상기 회전 제어기로 유속 신호를 전송한다. 다음에는 상기 회전 제어기가 기설정된 계산 프로그램에 따라 상기 분리판의 양측의 기체분포비를 계산하고, 그 비율을 설정된 기체분포비와 비교하여, 양자의 차이 값에 따라 논리 분석을 수행하여 조절 명령을 발한다. 그리고 상기 회전 제어기는 상기 회전축을 조절하고, 이로써 그에 대한 기체 분류판을 필요한 위치까지 회전되도록 조절한다.

본 개시의 분리판형 탑체에서, 액체 분류를 위해 사용되는 제2 분류판은 다음 과정에 의해 동작한다. 상기 회전 제어기가 기술적 조작상 요구되는 상기 분리판형 탑체 안의 분리판 양측의 액체비 분포에 따라, 내부적으로 정의된 계산 프로그램을 통해, 규정된 액체비에 도달하기 위해 조절이 필요한 상기 액체 분류판의 회전각을 분석 및 산출하고, 실행 명령을 발한다. 그리고 상기 회전 제어기는 상기 회전축을 조절하고, 이로서 그에 대한 액체 분류판을 필요한 위치까지 회전되도록 조절한다.

본 개시의 일 구체적인 실시예에서, 분리판형 탑체는 다음 과정에 의해 동작한다. 분리해야 하는 유입 흐름이 상기 분리판형 탑체에 유입된 후, 공급단에서 플래시 증류가 수행된다. 그 결과 발생하는 기체상 플로우가 탑체를 따라 상승하고, 그러한 기체상 플로우와 탑정으로부터의 액체 환류 간의 접촉 분리가 수행된다. 그 결과 발생하는 액체상 플로우가 공급단 아래에서 탑체를 따라 하강할 때, 그러한 액체상 흐름과 탑체의 아래로부터 상승하는 기체 간의 역류 접촉 분리가 수행된다. 상기 분리판의 양측을 통해 상승하는 기체는 서로 혼합된 후, 탑정 파이프라인을 통해 탑체 외부로 배출된다. 상기 기체 혼합물은 탑정 응축기 안에서 액체로 응축되고, 산출되는 액체의 일부는 탑정 제품으로 인출되고, 일부는 액체 환류로서 탑정 내부로 회수된다. 탑체 안으로 회수된 액체 환류는, 상기 분리판 위의 상기 제2 분류판을 통해, 기설정된 제어 시스템의 분포 비율에 따라 분배된 후, 상기 분리판의 정부에서 양측으로 유입되고, 액체 분배기에 의해 균등분포된 후, 균등 분포된 액체 환류 및 상승하는 기체상 플로우 간에 접촉 분리가 수행된다. 상기 분리판형 탑체의 측선인출측의 적절한 위치에 측선 배출구가 제공된다.

추가적으로, 상기 분리판의 양측으로부터의 액체 환류는, 상기 분리판 아래의 양측에 배치된 배플(baffle)을 통과한 후 상기 탑체의 중심부에서 수집된다. 배플(baffle) 아래에서, 상기 분류판의 양측에 2개의 기체상 유체의 공간이 형성된다. 상기 탑체의 아래로부터 상승하는 기체의 속도를 측정하기 위해, 상기 기체상 유체 공간 내에 2개의 유속 측정기가 설치된다. 상기 기체 유속 측정기에 의해 측정된 신호는 상기 기체 분배 제어 시스템, 예를 들어 본 개시의 상기 제1 분류판에 전송되고, 상기 기체 분배 제어 시스템은 논리 분석을 통해 제어 명령을 발하고 실행한다. 상기 탑체의 아래로부터 상승하는 기체는 상기 기체 분배 제어 시스템에 의해 기설정된 제어 시스템의 분포 비율에 따라 분배된 후, 상기 분리판의 양측으로 유입되고, 탑체의 정부에서 그러한 상승 기체와 상기 분리판의 양측으로부터의 기체 환류 간에 접촉 분리가 수행된다. 아래의 흐름은 탑저제품으로서 배출된다.

상기 제1 분류판 및 제2 분류판 모두를 포함하는 분리판형 탑체에서, 상기 제1 분류판 및 제2 분류판은 상기 분리판의 아래로부터의 흐름 및 상기 분리판의 위로부터의 흐름 모두의 분배를 동시에 수행하도록 작동할 수 있다.

구체적으로 본 개시의 상기 신형 분리판형 탑체는 다음과 같은 장점을 가진다.

(1) 본 개시에서 제공된 방법에 따르면, 기체 분배 및 측정이 모두 분리판형 탑체 내에서 완료되므로, 탑체의 외부 부속 구조를 제거하여, 탑체의 설계를 간략화하고, 설비 투자를 절감시킨다.

(2) 본 개시에서 제공된 방법에 따르면, 탑체 내부의 기체-액체 2상(相) 환경하에서의 기체 유속의 단독 측정 불능 문제가 해결되어, 기체-액체 2상(相)의 공존하에서 액체 유속의 측정을 실현된다.

(3) 본 개시에서 제공된 분리판형 탑체에서, 분리박 양측에서의 기체 분배 및 액체 분배의 독립적이고 정확한 조절 및 제어가 실현된다.

(4) 본 개시에서 제공된 방법은 작동하기에 용이하고 조절하기에 편리하다.

도 1은 본 개시에 따른 신형 분리판형 탑체의 구체적인 구조적 개념도이다.
도 2는 분리판형 탑체의 측면을 도시한다.
도 3은 액체 분배 제어 시스템을 도시한다.
도 4는 액체 분류판을 도시한다.
도 5는 기체 분배 제어 시스템을 도시한다.
도 6은 기체 분류판을 도시한다.
도 7은 배플(baffle)을 도시한다.

본 개시는 실시예와 결합하여 구체적으로 설명된다. 이로써 본 개시가 어떻게 본 개시에 따른 기술적 수단에 의해 기술적 문제를 해결하고 그에 따른 기술적 효과를 실현했는지를 충분히 이해할 수 있다. 그리하여 본 개시에 따른 기술적 수단은 실현될 수 있다.

구조적 충돌이 없다면, 각 실시예 중의 각 기술적 특징은 어떤 방식으로든 결합될 수 있고, 이러한 방식으로 획득된 기술적 수단은 본 개시의 보호범위 안에 포함된다.

도 1 내지 7에 도시된 것과 같이, 분리막형 증류탑은 분리판(11), 액체 분배기(12), 액체 분배기(15), 기체 분배기(14), 액체 분배기(31), 기체 분배기(34), 액체 분류판(제2 분류판)(20), 기체 분류판(제1 분류판)(23) 등을 포함한다. 상기 구성요소는 분리막형 증류탑을 구역 1, 구역 2, 구역 3 및 구역 4로 분할한다. 기체 분배기(14)와 액체 분배기(15) 사이에 형성되는 공간이 구역 1이고; 분리판(11) 양측에 형성되는 공간인 구역 2(공급단) 및 구역 3(측선 인출단)은 분리판(11)에 의해 서로 분리되고; 액체 분배기(31) 아래에 위치한 공간은 구역 4이다.

분리판(11)은 탑체의 중심선을 따라 수직으로 배치되고, 그 중심이 탑체의 중심과 일치하고, 길이는 0.3 H 내지 0.9 H, 바람직하게는 0.4 H 내지 0.8 H이다(H는 탑체의 높이이다). 액체 분류판(20)은 분리판형 탑체의 축선에 대해 90° 내지 -90°, 바람직하게는 80° 내지 -80°의 회전각을 가진다. 기체 분류판(23)은 분리판형 탑체의 축선에 대해 90° 내지 -90°, 바람직하게는 80° 내지 -80°의 회전각을 가진다.

액체 분류판(20)의 직변은 제2 축(13)에 연결되고, 회전축에 의해 탑정단에서 회전할 수 있다. 분리판(11)의 정부에 위치한 회전축은 분리판(11)과 심리스한 롤링 접촉(seamless rolling contact)을 실현하고, 일단이 탑체 내벽에 의해 지지되고, 타단은 탑체벽을 관통하여 회전 제어기(35)와 연결된다. 분리판(11)은 탑체의 중심선을 따라 수직으로 배치되고, 그 중심이 탑체의 중심과 일치하고, 길이는 0.3 H 내지 0.9 H, 바람직하게는 0.4 H 내지 0.8 H이다(H는 탑체의 높이이다). 회전 제어기(35)는 전기적 또는 공압적 제어를 채용하여, 0.3° 내지 0.5° 범위의 정확도로 연속적 회전 조절을 할 수 있다.

기체 분류판(23)의 직변은 제1 축(22)에 연결되어 있고, 회전축에 의해 아래단에서 회전할 수 있다. 분리판(11)의 아래에 위치한 회전축은 분리판(11)과 심리스한 롤링 접촉(seamless rolling contact)을 실현하고, 일단이 탑체 내벽에 의해 지지되고, 타단은 탑체벽을 관통하여 회전 제어기(36)와 연결된다. 회전 제어기(36)는 전기적 또는 공압적 제어를 채용하여, 0.3° 내지 0.5° 범위의 정확도로 연속적 회전 조절을 할 수 있다. 분리판(11)은 탑체의 중심선을 따라 수직으로 배치되고, 그 중심이 탑체의 중심과 일치하고, 길이는 0.3 H 내지 0.9 H, 바람직하게는 0.4 H 내지 0.8 H이다(H는 탑체의 높이이다).

개시에서, 분리되어야 하는 유입 흐름(1)은 3종 또는 그 이상의 성분을 포함하고, 소정의 조건 하에 분리판형 탑체(10)에 유입된다. 유입 흐름은 먼저 구역 2에서 플래시 증류를 수행하고, 분리된 기체상은 구역 2에서 상승하여, 구역 3에서 상승한 기체와 기체 분류판(20)의 상부에서 혼합된다. 그 결과 생성된 기체혼합물은 기체 분배기(14)를 통해 분배된 후, 상승하여 구역 1에 유입된다. 구역 1 내에서 상승한 기체혼합물과 탑정의 환류 간에 역류접촉 분리 후, 산출된 기체상은 탑정 파이프라인(2)을 통해 배출되고 탑정 응축기(16)를 통해 액체로 응축된다. 액체는 파이프라인(3)을 통해 탑정 버퍼 탱크(17)에 유입되고 탑정 환류 펌프(19)에 의해 펌핑된다. 펌핑된 액체의 일부는 탑정 제품으로서 파이프라인(5)을 통해 배출되고, 일부는 탑정 액체 환류로서 환류 제어 밸브(18)의 조절 하에 파이프라인(4)을 통해 탑체 안으로 회수된다. 액체 분배기(15)를 통해 분배된 후, 탑정 액체 환류는 구역 1 내의 액체 환류가 된다. 구역 1의 액체 환류는 액체 분배 제어 시스템을 통해 분배된 후, 제어 시스템에 의해 설정된 분배 비율에 따라 분리판(11)의 정부의 양측에 유입되고, 액체 분배기(12)를 통해 분배되고, 분배된 액체 환류와 상승하는 기체상 흐름 간의 접촉 분리가 수행된다. 상기 분리판형 탑체의 측선인출측에 측선인출 제품이 측선인출 펌프(25)에 의해 파이프라인(6)으로 펌핑되고, 플로우 제어 밸브(26)의 조절 하에 유량계(27)에 의해 계량된 후, 설정된 유속으로 파이프라인(7)을 통해 탑체로부터 배출된다. 분리판(11) 양측으로부터의 액체 환류는, 분리판(11)의 아래의 양측에서 서로 대칭적으로 배치되어 있는 배플(baffle)(21, 33)을 통과한 후 탑체의 중앙에서 수집된다. 산출된 액체 수집물은 액체 분배기(31) 내에서 분배된 후 구역 4에 유입된다. 배플(baffle) 아래의 구역 내에서, 2개 순기체상(相)의 공간이 분류판의 양측에 형성된다. 2개 기체 유속 측정기(24, 32)가 기체상 공간 내에 각각 설치되어 탑체의 아래로부터 상승하는 기체의 속도를 측정한다. 기체 유속 측정기에 의해 측정된 신호는 회전 제어기(36)으로 전송되고, 회전 제어기(36)는 논리 분석에 의해 제어 명령을 발하고 실행한다. 탑체의 아래로부터 상승한 기체는 설정된 분배 비율에 따라 기체 분배 제어 시스템에 의해 분배된 후, 분리판(11)의 양측으로 유입되고, 기체 분배기(34)에서 분배되고, 그런 분배된 기체와 탑체의 분리판의 양측으로부터의 액체 환류 간에 접촉 분리가 수행된다. 아래 흐름의 일부는 재비등기(reboiler, 30)에 의해 가열된 후 탑체로 회수되고, 잔여 부분은 파이프라인(8)을 통해 저부 펌프(28)에 의해 펌핑되고, 탑저 제품으로서 액위 제어 밸브(29)에 의해 조절되어 파이프라인(9)를 통해 배출된다.

본 개시에서, 분리판(11) 정부 양측에서의 액체의 분배 비율은 분리판 정부에 제공되는 액체 분배 제어 시스템에 의해 조절된다. 먼저 회전 제어기(35)는 기술적 조작상 요구되는 상기 분리판형 탑체 안의 분리판 양측의 액체비 분포에 따라, 내부적으로 정의된 계산 프로그램을 통해, 규정된 액체비에 도달하기 위해 조절이 필요한 상기 액체 분류판(20)의 회전각을 분석 및 산출하고, 실행 명령을 발한다. 그리고 회전 제어기는 상기 회전축(13)을 조절하고, 이로서 그에 대한 액체 분류판을 필요한 위치까지 회전되도록 조절한다.

본 개시에서, 분리판 저부 양측에서의 액체 분배는 분리판 아래에 제공된 기체 분배 제어 시스템에 의해 조절된다.

먼저 유속 측정기(24, 32)가 상기 분리판의 양측에서 기체의 유속을 측정하여 상기 회전 제어기(36)로 유속 신호를 전송한다. 다음에는 상기 회전 제어기가 기설정된 계산 프로그램에 따라 상기 분리판의 양측의 기체분포비를 계산하고, 그 비율을 설정된 기체분포비와 비교하여, 양자의 차이 값에 따라 논리 분석을 수행하여 조절 명령을 발한다. 그리고 상기 회전 제어기는 제1 축(22)을 조절하고, 이로써 그에 대한 기체 분류판을 필요한 위치까지 회전되도록 조절한다.

본 개시의 기술수단 및 기술효과는 실시예를 통해 추가적으로 설명한다. 도 1 내지 7에 도시된 실시예에서, 분리판형 탑체의 직경은 0.4m이다. 반원형의 액체 분류판의 반지름은 0.2m이고 넓이는 0.063 m²이다.

기체 분류판의 궁형 에지(arcuate edge)의 정점에서 기체 분류판의 직변(直邊)의 중점까지의 거리는 0.14m이고, 기체 분류판의 넓이는 0.04 m²이다. 배플(baffle)의 경사각은 10°이다. 배플(baffle)의 궁형 에지(arcuate edge)에서 분리판의 저부까지의 거리는 0.1 m이고, 배플(baffle)의 궁형 에지(arcuate edge)의 정점에서 배플(baffle)의 직변(直邊)의 중점까지의 거리는 0.1m이다.

유속 측정기의 속도 탐침은 각각 기체 분배판의 양측에 형성된 2개의 순기체상 공간 안에 설치된다. 속도 탐침이 분리판형 탑체에 수평적으로 삽입될 때, 탑체 내 길이는 0.05 m이고, 배플(baffle)까지의 수직거리는 0.2 m이다.

[실시예 1]

n-부탄(A), n-핵산(B) 및 n-헵탄(C)의 혼합물이 분리 시스템으로 사용되었다. 기본 조작 파라미터는 표 1에 표시되었다.

기본 조작 파라미터

공급 속도	1000 kg/h
공급 물질 구성요소[CA, CB, CC]	[0.3, 0.3, 0.4]
전체 환류 비율	3
전체 온도, ºC	51
저부 온도, ºC	101
액체 분배비(구역 2/구역 4)	0.4:0.6
기체 분배비(구역 2/구역 4)	0.5:0.5

흐름 분배 제어 시스템의 파라미터는 표 2에 표시되었다.

흐름 분배 제어 시스템의 파라미터

액체 분류판(20)의 회전각 (구역 2를 향해)	11.5°
기체 분류판(23)의 회전각 (구역 4를 향해)	8.5°
기체 유속(구역 2)	0.75 m/s
액체 유속(구역 4)	0.75 m/s

분리 효과는 표 3에 표시되었다.

분리 효과

흐름 명칭		탑정 제품	측선 제품	탑저 제품
구성 성분 순도	A	99.9%	70 ppm	40 ppm
	B	100 ppm	99.9%	75 ppm
	C	80 ppm	50 ppm	99.9%

[실시예 2]

직류(直溜) 가솔린이 분리 시스템으로 사용되었다. 가솔린의 성질은 표 4에 나타내었다.

직류 가솔린의 성질

구성 성분	증류범위(D86)/%
IBP	67.1
10%	71.6
30%	78.5
50%	89.9
70%	122.7
90%	165.6
FBP	193.0

기본 조작 파라미터는 표 5에 표시하였다.

기본 조작 파라미터

공급 속도	1000 kg/h
전체 환류 비율	2
전체 온도, °C	74
저부 온도, °C	161
액체 분배비(구역 2/구역 4)	0.4:0.6
기체 분배비(구역 2/구역 4)	0.45:0.55

흐름 분배 제어 시스템의 파라미터는 표 6에 표시되었다.

흐름 분배 제어 시스템의 파라미터

액체 분류판(20)의 회전각 (구역 2를 향해)	11.5°
기체 분류판(23)의 회전각 (구역 2를 향해)	7°
기체 유속(구역 2)	0.63 m/s
액체 유속(구역 4)	0.77 m/s

분리 효과는 표 7에 표시하였다.

분리 효과

구성 성분 (D86)	탑정 제품/°C	측선 제품/°C	탑저 제품/°C
IBP	56.8	85.2	144.7
10%	60.5	94.3	149.1
30%	62.8	107.1	157.0
50%	69.1	114.1	163.7
70%	73.6	121.3	171.9
90%	86.8	131.5	186.8
FBP	98.9	149.6	194.5

표에서 IBP와 FBP는 각각 구성요소(D86)이 0% 및 100%로 표시되었다(이하 동일 내용이 적용된다).

[실시예 3]

기본 조작 파라미터는 표 8에 표시하였다.

기본 조작 파라미터

공급 속도	1000 kg/h
전체 환류 비율	2.5
전체 온도, °C	73.1
저부 온도, °C	162
액체 분배비(구역 2/구역 4)	0.5:0.5
기체 분배비(구역 2/구역 4)	0.48:0.52

흐름 분배 제어 시스템의 파라미터는 표 9에 표시되었다.

흐름 분배 제어 시스템의 파라미터

액체 분류판이 설치되지 않음
기체 분류판(23)의 회전각 (구역 2를 향해)	4.5°
기체 유속(구역 2)	0.72 m/s
액체 유속(구역 4)	0.78 m/s

분리 효과는 표 10에 표시하였다.

분리 효과

구성 성분 (D86)	탑정 제품/°C	측선 제품/°C	탑저 제품/°C
IBP	56.8	83.1	141.1
10%	61.2	91.2	144.4
30%	63.5	105.3	155.3
50%	69.8	111.4	160.1
70%	75.2	118.5	169.9
90%	89.1	129.5	181.8
FBP	103.4	148.4	193.8

[실시예 4]

나프타가 분리 시스템으로 사용되었다. 나프타의 성질은 표 11에 나타내었다.

나프타의 성질

구성 성분	증류범위(D86)/%
IBP	55.3
10%	85.3
30%	101.0
50%	117.1
70%	132.9
90%	153.7
FBP	171.5

기본 조작 파라미터는 표 12에 표시하였다.

기본 조작 파라미터

전체 환류 비율	15
전체 온도, °C	68.5
저부 온도, °C	208.4
액체 분배비(구역 2/구역 4)	0.83:0.17
기체 분배비(구역 2/구역 4)	0.4:0.6

흐름 분배 제어 시스템의 파라미터는 표 13에 표시되었다.

흐름 분배 제어 시스템의 파라미터

분류판(20)의 회전각 (구역 2를 향해)	55°
기체 분류판(23)의 회전각 (구역 2를 향해)	11°
기체 유속(구역 2)	0.44 m/s
액체 유속(구역 4)	0.67 m/s

분리 효과는 표 14에 표시하였다.

분리 효과

구성 성분 (D86)	탑정 제품/°C	측선 제품/°C	탑저 제품/°C
IBP	35.4	77.4	151.2
10%	37.5	86.7	156.5
30%	42.2	98.0	159.8
50%	48.3	108.6	163.9
70%	52.1	119.5	169.3
90%	55.6	130.7	171.4
FBP	60.3	141.5	174.5

[비교예 1]

실시예 4의 흐름은 미국특허 US 4230533에 개시된 방법으로 분리되었다. 조작 파라미터와 분리 효과는 각각 표 15 및 16에 표시되었다.

기본 조작 파라미터

환류 비율	16
전체 온도, °C	69.0
저부 온도, °C	212.3
액체 분배비(구역 2/구역 4)	0.85:0.15
기체 분배비(구역 2/구역 4)	0.4:0.6

분리 효과

구성 성분 (D86)	탑정 제품/°C	측선 제품/°C	탑저 제품/°C
IBP	35.2	76.8	149.1
10%	36.9	85.9	155.5
30%	41.5	98.1	159.1
50%	47.7	108.2	164.3
70%	51.1	118.2	169.9
90%	55.9	132.1	170.4
FBP	61.3	143.1	174.9

10: 분리판형 탑체;
11: 분리판;
12: 액체 분배기;
13: 제2 축;
14: 기체 분배기;
15: 액체 분배기;
16: 탑정 응축기;
17: 탑정 버퍼 탱크;
18: 환류 제어 밸브;
19: 탑정 환류 펌프;
20: 액체 분류판(제2 분류판);
21: 배플(baffle);
22: 제1 축;
23: 기체 분류판(제1 분류판);
24: 유속 측정기;
25: 측선 펌프;
26: 플로우 제어 밸브;
27: 유속계;
28: 탑저 펌프;
29: 액위 제어 밸브;
30: 탑저 재비등기;
31: 액체 분배기;
32: 유속 측정기;
33: 배플(baffle);
34: 기체 분배기; 및
35, 36: 회전 제어기.

Claims

분리벽형 탑체로서,
상기 분리벽형 탑체의 축 방향을 따라 배치된 분리판(partition plate); 및
상기 분리벽형 탑체의 방사 방향을 따라 배치된 제1 축 및 상기 제1 축과 일단이 연결된 제1 분류판(splitter plate) - 상기 제1 축 및 상기 제1 분류판은 모두 상기 분리판 아래에 위치함 -
을 포함하고,
상기 제1 분류판은, 상기 제1 분류판 아래에서부터 상기 분리판 양측에 형성되는 공간 내로의 흐름의 분배를 제어하기 위해, 상기 제1 축 주위로 피봇(pivot) 가능하도록 구성되고,
상기 분리판 및 상기 제1 축은 상기 분리벽형 탑체의 동일 축 평면상에 위치하고,
상기 분리벽형 탑체는 원형의 횡단면을 가지고, 상기 제1 분류판은 원호 형상이고,
상기 분리판의 양측에 형성된 공간은 동일한 단면적을 가지고;
상기 제1 분류판의 원호는 상기 분리벽형 탑체의 내경과 동일한 길이의 현(chord)을 가지고;
상기 제1 분류판의 원호의 상부로부터 상기 제1 분류판의 원호의 현까지의 수직거리는, 상기 분리벽형 탑체의 중심으로부터 상기 분리벽형 탑체의 내벽까지의 거리보다 짧은,
분리벽형 탑체.
제1항에 있어서,
상기 제1 축은 상기 제1 분류판이 회전하도록 구동 가능하게 구성되는, 분리벽형 탑체.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 분류판은, 상기 제1 분류판 아래로부터의 흐름이 상기 분리판의 일측에 형성된 공간으로 진입하는 것을 상기 제1 분류판이 막을 수 있는 제1 위치 및 상기 제1 분류판 아래로부터의 흐름이 상기 분리판의 다른 일측에 형성된 공간으로 진입하는 것을 상기 제1 분류판이 막을 수 있는 제2 위치 사이를 회전 가능하게 구성되는, 분리벽형 탑체.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 분류판이 상기 제1 축에 연결되어 있고, 상기 제1 축은 회전 가능하여 상기 제1 분류판이 회전하도록 구동시킬 수 있고;
상기 제1 축과 상기 분리판은 배플(baffle)에 의해 서로 연결되어 있고, 상기 제1 축, 상기 배플 및 상기 분리판은 동일 평면에 위치하고;
상기 제1 축은 탑체의 내벽 상에 지지되는 일단과, 탑체 외피를 관통하여 회전 제어기와 연결된 타단을 가지는, 분리벽형 탑체.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 분류판이 상기 제1 축에 연결되어 있고, 상기 제1 축은 회전 가능하여 상기 제1 분류판을 회전하도록 구동시킬 수 있고;
상기 제1 축은 상기 분리판의 아래에 배치되어 상기 분리판과 심리스 롤링 접촉(seamless rolling contact)을 실현하고;
상기 제1 축은 탑체의 내벽상에 지지되는 일단과, 탑체 외피를 관통하여 회전 제어기와 연결되는 타단을 가지는, 분리벽형 탑체.
제4항에 있어서,
상기 분리벽형 탑체는, 상기 분리판의 아래 및 상기 제1 축의 위에 형성된 공간에서 상기 분리벽형 탑체의 내벽상에 배치된 하나 또는 복수의 배플판(baffle plate)을 더 포함하는, 분리벽형 탑체.
제5항에 있어서,
상기 분리벽형 탑체는, 상기 분리판의 하부에 인접하여 상기 분리판의 양측에 형성된 공간에서 상기 분리벽형 탑체의 내벽상에 배치된 하나 또는 복수의 배플판을 더 포함하는, 분리벽형 탑체.
제6항에 있어서,
상기 배플판은 원호 형상이고, 상기 분리벽형 탑체의 원주 평면에 대해 5° 내지 20° 범위의 경사각을 가지는, 분리벽형 탑체.
제6항에 있어서,
상기 배플판은 상기 분리판이 위치한 평면에 대해 대칭으로 배치된, 분리벽형 탑체.
제6항에 있어서,
상기 배플판의 궁형 에지(arcuate edge)의 정점에서 상기 분리판의 하부까지의 수직거리는 50mm 내지 400mm의 범위 내인, 분리벽형 탑체.
제6항에 있어서,
상기 분리벽형 탑체는, 상기 배플판의 아래와 상기 제1 축의 위에 형성된 공간에서, 증기 분류판의 양측의 상기 분리벽형 탑체의 내벽에 각각 배치된 속도 센서(velocity sensors)를 더 포함하는, 분리벽형 탑체.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 분리벽형 탑체의 방사 방향을 따라 배치된 제2 축과, 상기 제2 축에 접속된 일단을 가지는 제2 분류판 - 상기 제2 축과 상기 제2 분류판은 모두 상기 분리판 위에 위치함 - 을 더 포함하고,
상기 제2 분류판은, 상기 제2 분류벽 위로부터 상기 분리판의 양측에 형성되는 공간으로의 흐름의 분배를 제어하기 위해, 상기 제2 축 주위에서 피봇 가능하게 구성되는, 분리벽형 탑체.
제12항에 있어서,
상기 제2 축은 상기 제2 분류판이 회전하도록 구동 가능하게 구성되는, 분리벽형 탑체.
제12항에 있어서,
상기 제2 분류판은, 상기 제2 분류판 위로부터의 흐름이 상기 분리판의 일측에 형성된 공간에 진입하는 것을 상기 제2 분류판이 막을 수 있는 제3 위치 및 상기 제2 분류판 위로부터의 흐름이 상기 분리판의 다른 일측에 형성된 공간으로 진입하는 것을 상기 제2 분류판이 막을 수 있는 제4 위치 사이를 회전 가능하게 구성되는, 분리벽형 탑체.
제12항에 있어서,
상기 분리판 및 상기 제2 축은 상기 분리벽형 탑체의 동일 축 평면상에 위치하는, 분리벽형 탑체.
제15항에 있어서,
상기 분리벽형 탑체는 원형의 횡단면을 가지고, 상기 제2 분류판은 원호 형상인, 분리벽형 탑체.
제16항에 있어서,
상기 분리판의 양측에 형성된 공간은 동일한 단면적을 가지고;
상기 제2 분류판의 원호는 상기 분리벽형 탑체의 내경과 동일한 길이의 현을 가지고;
상기 제2 분류판의 원호의 상부로부터 상기 제2 분류판의 원호의 현까지의 수직거리는, 상기 분리벽형 탑체의 중심으로부터 상기 분리벽형 탑체의 내벽까지의 거리보다 짧은, 분리벽형 탑체.
제15항에 있어서,
상기 제2 분류판이 상기 제2 축에 연결되어 있고, 상기 제2 축은 회전가능하여 상기 제2 분류판을 회전하도록 구동시킬 수 있고;
상기 제2 축은 상기 분리판의 상부에 위치하여 상기 분리판과 심리스 롤링 접촉을 실현하고;
상기 제2 축은 탑체의 내벽 상에 지지되는 일단과, 탑체 외피를 관통하여 회전 제어기와 연결되는 타단을 가지는, 분리벽형 탑체.
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