KR102513945B1 - 액상 프로판 기화 방법 및 이에 사용되는 기화 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액상 프로판 기화 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액상 프로판을 포함하는 공급 스트림을 공급하는 단계(S10); 공급 스트림 및 순환 스트림을 혼합하여 냉매 스트림을 형성하는 단계(S20); 냉매 스트림을 열교환기로 공급하는 단계(S30); 및 열교환기를 통과한 냉매 스트림을 예열 또는 기화시키는 단계(S40)를 포함하고, 상기 순환 스트림은 프로판보다 기화점이 낮은 탄화수소 화합물을 포함하는 것인 액상 프로판 기화 방법 및 이를 실시하기 위한 액상 프로판 기화 장치를 제공한다.

Description

액상 프로판 기화 방법 및 이에 사용되는 기화 장치{METHOD FOR VAPORIZING LIQUID PROPANE AND APPARATUS USED FOR THE METHOD}
본 발명은 액상 프로판 기화 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액상 프로판을 열분해 반응의 공급 원료로 공급하기 위한 기화 방법 및 이를 실시하기 위한 기화 장치에 관한 것이다.
나프타 열분해는 주로 나프타를 고온에서 스팀과 함께 공급하여 1,000 ℃ 이상의 열을 가해 탄소-탄소 간의 고리를 끊는 방법으로 에틸렌, 프로필렌, 부타디엔 및 BTX 등의 부산물을 생산하기 위해 이용된다.
최근, 나프타 이외의 에틸렌의 생산 원료가 될 수 있는 원료인 에탄, 프로판 및 부탄 등의 가격이 하락하고 있고, 이에 따라 에틸렌 등의 생성물의 생산량을 증가시키기 위해, 공급 원료로서 나프타를 이용하는 액상(liquid)의 분해 공정 이외에, 공급 원료로서 에탄 및 프로판 등을 이용한 기상(gas)의 분해 공정을 추가하는 방법이 이용되고 있다.
여기서, 에탄은 나프타의 분해에 의해 생성된 열분해 생성물 중, 정제 후 순환되는 에탄을 공급 원료로 이용하고, 프로판은 나프타의 분해에 의해 생성된 열분해 생성물 중, 정제 후 순환되는 프로판 등을 공급 원료로 이용하거나, 또는 외부로부터 도입된 프로판을 공급 원료로 이용하게 된다. 특히, 프로판의 경우, 다른 공급 원료에 비해 원가가 저렴하여 외부로부터의 공급이 용이하고, 생산 원가를 절감시키는 장점이 있다.
한편, 나프타 열분해는 생성물을 수득하기 위한 정제 단계에서, 저온의 냉매에 대한 수요처가 매우 많고, 일례로 에틸렌 정제탑에서는 -40 ℃의 냉매의 소비량이 40 Gcal/hr를 넘어서며, 탈에탄탑이나 탈메탄탑에서도 상당량의 냉매를 필요로 한다.
이와 관련하여, 상기 프로판은 일반적으로 액화된 액화석유가스(LPG, Liquefied Petroleum Gas)의 형태인 액상 프로판으로 도입되는데, 기상의 분해 공정의 공급 원료로서 프로판을 이용하기 위해서는 상기 액상 프로판을 기화시켜 공급할 필요가 있다(도 1 참조). 구체적으로, 상기 액상 프로판은 기상의 열분해로에 공급되기에 앞서 기화 및 예열 과정을 거치게 된다. 여기서, 기화 및 예열에 앞서 감압을 수행하는 경우, 액상 프로판의 잠열을 냉매로 활용하는 것이 가능하고, 이를 정제 단계에서의 냉매로 이용할 수 있게 된다(도 2 참조).
그러나, 액상 프로판의 감압 범위가 증가하는 경우에는, 액상 프로판이 기화 및 예열되어 열분해로에 공급되기까지의 흐름성이 유지되지 않는 문제가 있다.
JP 2007-504292 A
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 상기 발명의 배경이 되는 기술에서 언급한 문제들을 해결하기 위하여, 기상의 분해 공정의 공급 원료로 액상 프로판을 도입할 때, 액상 프로판의 잠열을 최대한 냉매로 이용하면서도, 흐름성을 유지시키는 것이다.
즉, 본 발명은 기상의 분해 공정의 공급 원료인 액상 프로판을 열분해로에 공급하기 위한 기화에 앞서, 액상 프로판을 감압하여 잠열을 최대한 냉매로 이용함과 동시에, 기상 분해로에 공급시키기 적절한 온도로의 예열을 위한 열원을 절감하면서도 흐름성은 유지할 수 있는 액상 프로판 기화 방법 및 이를 실시하기 위한 기화 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명은 액상 프로판을 포함하는 공급 스트림을 공급하는 단계(S10); 공급 스트림 및 순환 스트림을 혼합하여 냉매 스트림을 형성하는 단계(S20); 냉매 스트림을 열교환기로 공급하는 단계(S30); 및 열교환기를 통과한 냉매 스트림을 예열 또는 기화시키는 단계(S40)를 포함하고, 상기 순환 스트림은 프로판보다 기화점이 낮은 탄화수소 화합물을 포함하는 것인 액상 프로판 기화 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 액상 프로판을 포함하는 공급 스트림을 공급하기 위한 공급 장치; 상기 공급 장치로부터 공급되는 공급 스트림 및 순환 스트림을 혼합하여 냉매 스트림을 형성하기 위한 혼합 장치; 상기 혼합 장치로부터 배출되는 냉매 스트림이 공급되는 열교환기; 및 상기 열교환기를 통과한 냉매 스트림을 기화시키기 위한 기화장치를 포함하는 액상 프로판 기화 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 액상 프로판 기화 방법에 따라, 기상의 분해 공정의 공급 원료인 액상 프로판을 기화시키는 경우, 액상 프로판의 잠열을 최대한 냉매로 이용 가능하고, 나아가, 냉매로 이용한 후의 프로판을 기상의 분해 공정의 공급 원료로 공급하기 위한 기화 시, 필요한 온도로 예열하는 경우 예열을 위한 열원을 절감하면서도, 흐름성은 유지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 액상 프로판 기화 방법에 따른 공정 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 비교예 1에 따른 액상 프로판 기화 방법에 따른 공정 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에틸렌 제조방법에 따른 공정 흐름도이다.
본 발명의 설명 및 청구범위에서 사용된 용어나 단어는, 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선을 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에서 용어 '스트림(stream)'은 공정 내 유체(fluid)의 흐름을 의미하는 것일 수 있고, 또한, 배관 내에서 흐르는 유체 자체를 의미하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 '스트림'은 각 장치를 연결하는 배관 내에서 흐르는 유체 자체 및 유체의 흐름을 동시에 의미하는 것일 수 있다. 또한, 상기 유체는 기체(gas)를 의미할 수 있다.
본 발명에서 용어 '흐름성'은 액상 프로판을 포함하는 공급 스트림(10) 및 순환 스트림(30)이 분해로(Fur)의 입구까지 유체의 흐름에 따라 흐르는 성질을 의미하는 것일 수 있다.
구체적인 예로, 분해로(Fur)에 공급되기 직전의 기화된 공급 스트림(60)은 분해로(Fur)의 입구의 유입 조건에 따른 온도 및 압력의 범위를 가질 수 있는데, 기화된 공급 스트림(60)의 이전에 흐르는 각 스트림(10, 20, 30, 40, 50)의 압력이 기화된 공급 스트림(60)의 압력 보다 낮은 경우에는, 각 스트림(10, 20, 30, 40, 50)이 기화된 공급 스트림(60)까지 흐름성이 저하되거나, 흐르지 않는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 모든 스트림(10, 20, 30, 40, 50, 60)의 압력은, 각 스트림의 이전에 흐르는 각 스트림의 압력과 같거나 작을 수 있다.
이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 액상 프로판 기화 방법은, 나프타 열분해의 일부로서, 기상의 분해 공정에 있어서, 액상 프로판을 공급 원료로 공급하기 위한 액상 프로판 기화 방법일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 나프타 열분해는 나프타, 재순환 C2 및 C3 탄화수소 화합물 및 프로판 등을 각각 공급 원료로 투입하여, 각각의 열분해로에서 열분해를 실시하는 단계(S1, 미도시); 각각의 열분해로에서 열분해되어 수소, C1, C2 및 C3 이상의 탄화수소 화합물을 포함하는 열분해 가스를 냉각하는 단계(S2, 미도시); 냉각된 열분해 가스를 압축하는 단계(S3, 미도시); 및 수소, C1, C2 및 C3 이상의 탄화수소 화합물을 포함하는 열분해 압축 스트림을 정제하는 단계(S4, 미도시)를 포함하여 실시될 수 있다.
구체적으로, 상기 열분해 단계(S1)는 나프타를 공급 원료로 하는 액상의 분해 공정, 에탄 및 프로판 등과 같은 재순환 C2 및 C3 탄화수소 화합물을 공급 원료로 하는 기상의 분해 공정, 및 프로판을 공급 원료로 하는 기상의 분해 공정을 포함하는 것일 수 있다.
상기 냉각 단계(S2)는 상기 열분해 단계(S1)의 각각의 열분해로에서 생성된 열분해 가스를 냉각탑에서 냉각시키는 냉각 공정을 포함하는 것일 수 있다.
상기 압축 단계(S3)는 상기 냉각 단계(S2)에서 냉각된 열분해 스트림을 정제하기 위해 2개 또는 그 이상의 압축기로부터 다단 압축을 통해 압축시키는 압축 공정을 포함하는 것일 수 있다.
상기 정제 단계(S4)는 상기 압축 단계(S3)에서 압축되어 배출되는 열분해 압축 스트림으로부터 생성물 및 부산물을 수득하기 위한 정제 공정을 포함하는 것일 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 액상 프로판 기화 방법은 상기 열분해 단계(S1)의 프로판을 공급 원료로 하는 기상의 분해 공정을 실시하기 위해, 액상 프로판을 공급 원료로 공급하기 위한 액상 프로판 기화 방법일 수 있다.
이와 관련하여, 도 1의 공정 흐름도에 나타낸 바와 같이, 종래의 액상 프로판 기화 방법에 따르면, 공급 장치(Tank)로부터 공급되는 액상 프로판을 포함하는 공급 스트림(10)을 분해로(Fur, furnace)에 공급하기에 앞서, 기화 장치(Vap)를 통해 공급 스트림(S10)을 기화시키고, 기화된 공급 스트림(60")을 분해로(Fur)에 공급하게 된다. 즉, 액상 프로판을 분해로(Fur)의 공급 원료로 공급하기 위해서는, 액상 프로판을 기화 장치(Vap)에서 기화시키는데 소모되는 열원만큼의 에너지를 지속적으로 소모하게 되어, 에너지의 낭비가 심한 문제가 발생하게 된다.
이에, 도 2의 공정 흐름도에 나타낸 바와 같이, 종래의 액상 프로판 기화 방법에 따른 기화 시의 에너지 소모를 저감시키면서도, 액상 프로판이 함유하고 있는 잠열(latent heat)을 활용하기 위한 액상 프로판 기화 방법을 고려해 볼 수 있다.
구체적으로, 도 2의 공정 흐름도에 따르면, 공급 장치(Tank)로부터 공급되는 액상 프로판을 포함하는 공급 스트림(10)을 감압 장치(RP)를 이용하여 감압하고, 감압된 공급 스트림(20)을 열교환기(HE)에 공급하여 냉각 또는 응축이 필요한 스트림(70')과 열교환을 실시하고, 냉각 또는 응축된 스트림(80')을 배출함과 동시에, 열교환기를 통과한 감압된 공급 스트림(50')을 기화 장치(Vap)를 통해 기화시키고, 기화된 공급 스트림(60')을 분해로(Fur)에 공급하는 액상 프로판 기화 방법이 개시된다.
그러나, 도 2의 공정 흐름도에 따른 액상 프로판 기화 방법을 이용하더라도, 액상 프로판의 감압 범위가 증가하는 경우에는, 액상 프로판이 기화 및 예열되어 분해로(Fur)에 공급되기까지의 흐름성이 유지되지 않는 문제가 있다.
반면에, 본 발명에 따른 액상 프로판 기화 방법을 이용하여 프로판을 열분해 단계(S1)의 공급 원료로 공급하는 경우, 액상 프로판의 잠열을 최대한 냉매로 이용 가능하여 에너지의 절약 및 활용이 가능함은 물론, 냉매로 이용한 후의 프로판을 기상의 분해 공정의 공급 원료로 공급하기 위한 기화 시, 예열을 위한 열원을 절감하면서도, 흐름성은 유지할 수 있는 효과가 있다.
위와 같은 효과를 나타내기 위한 본 발명에 따른 액상 프로판 기화 방법은, 액상 프로판을 포함하는 공급 스트림(10)을 공급하는 단계(S10); 공급 스트림(10) 및 순환 스트림(30)을 혼합하여 냉매 스트림(40)을 형성하는 단계(S20); 냉매 스트림(40)을 열교환기(HE)로 공급하는 단계(S30); 및 열교환기(HE)를 통과한 냉매 스트림(50)을 예열 또는 기화시키는 단계(S40)를 포함하여 실시되고, 상기 순환 스트림(30)은 프로판보다 기화점이 낮은 탄화수소 화합물을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (S10) 단계는 액상 프로판을 포함하는 공급 스트림(10)을 냉매 및 공급 원료로 이용하기 위해 공급하는 단계일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 액상 프로판 기화 방법은 상기 (S10) 단계에서 공급된 공급 스트림을 감압시키는 단계(S11)를 포함하는 것일 수 있고, 상기 (S11) 단계의 감압은 액상 프로판을 포함하는 공급 스트림(10)의 일부 또는 전부를 기화시키는 것일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 감압에 의해 액상 프로판을 포함하는 공급 스트림(10)의 일부 또는 전부가 기화되는 경우, 기화에 의해 발생하는 기화열, 즉 액상 프로판의 잠열을 냉매로서 이용할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (S11) 단계의 감압은 액상 프로판을 포함하는 공급 스트림(10)의 압력에 대하여 3.5 kg/cm2 이하, 0 kg/cm2 내지 3.0 kg/cm2, 또는 0 kg/cm2 내지 1.5 kg/cm2의 압력을 감압하여 실시될 수 있고, 이 범위 내에서 흐름성을 유지하면서도 액상 프로판의 잠열을 최대한 이용할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 액상 프로판을 포함하는 공급 스트림(10)의 압력은 분해로(Fur) 입구의 압력 보다 높은 것일 수 있다. 공급 스트림(10)의 압력이 분해로(Fur) 입구의 압력 보다 낮거나, 동등 수준인 경우 압력 차이에 따른 흐름성이 유지되지 않아 공급 스트림(10)의 흐름성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 구체적인 예로, 상기 분해로(Fur) 입구의 압력은 6 kg/cm2 내지 8 kg/cm2일 수 있고, 공급 스트림(10)의 압력은 상기 분해로(Fur) 입구의 압력보다 높은 값으로 결정될 수 있으며, 이 범위 내에서 흐름성을 유지하면서도 액상 프로판의 잠열을 최대한 이용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 공급 스트림(10)의 온도, 또는 상기 (S11) 단계에 의해 감압된 공급 스트림(20)의 온도는 -25 ℃ 내지 25 ℃, -20 ℃ 내지 20 ℃, 또는 -18.7 ℃ 내지 17.9 ℃일 수 있고, 이 범위 내에서 액상 프로판의 잠열을 최대한 냉매로 이용하면서도, 예열 또는 기화 시, 예열을 위한 열원을 절감하고, 흐름성도 유지할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (S20) 단계는 공급 스트림(10) 또는 감압된 공급 스트림(20)을 냉매로 이용하기 위해 액상 프로판의 잠열을 최대한 끌어내기 위한 단계일 수 있다.
구체적인 예로, 상기 (S20) 단계는 공급 스트림(10) 또는 감압된 공급 스트림(20)에 대하여 프로판보다 낮은 기화점을 갖는 탄화수소 화합물을 포함하는 순환 스트림(30)을 혼합함으로써, 공급 스트림(10) 또는 감압된 공급 스트림(20)과 순환 스트림(30)이 혼합하여 형성된 냉매 스트림(40)의 기화점을 공급 스트림(10) 또는 감압된 공급 스트림(20)의 기화점 보다 더욱 낮추기 위한 단계일 수 있다.
위와 같은 경우, 공급 스트림(10) 또는 감압된 공급 스트림(20) 대비 냉매 스트림(40)의 기화점이 낮아지기 때문에, 감압 전후의 온도 차이가 작아 공급 스트림(10) 또는 감압된 공급 스트림(20)만으로는 충분히 이용하지 못한 액상 프로판의 잠열을 최대한 이용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 냉매 스트림(40)은 공급 스트림(10) 또는 감압된 공급 스트림(20)보다 기화점이 낮기 때문에, 이 후의 (S40) 단계에서 열교환기(HE)를 통과한 냉매 스트림(50)을 예열 또는 기화시킬 때, 열원의 소모를 저감시키는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 순환 스트림(30)은 열분해 생성물의 정제 단계(S4)로부터 공급되는 것일 수 있다. 즉, 상기 순환 스트림(30)은 외부로부터 별도의 공급 원료를 이용하여 도입하는 것이 아니라, 전체의 열분해 공정 내에서 정제에 의해 재순환되는 탄화수소 화합물을 재사용하기 위해 순환되는 순환 스트림(30)일 수 있다.
구체적인 예로, 상기 순환 스트림(30)은 탄소수 2의 탄화수소 화합물을 포함하는 것일 수 있고, 보다 구체적인 예로, 상기 순환 스트림(30)은 정제 단계(S4)로부터 재순환되는 에탄(ethane)을 포함하는 것일 수 있다. 또한, 상기 에탄을 포함하는 순환 스트림(30)은 열분해 압축 스트림의 정제 단계(S4) 중, 에틸렌을 생성물로서 수득하기 위한 C2 분리장치의 하부 배출 스트림으로부터 유래된 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 순환 스트림(30)의 압력은 6 kg/cm2 내지 24 kg/cm2, 8 kg/cm2 내지 20 kg/cm2, 또는 9 kg/cm2 내지 16 kg/cm2일 수 있으며, 이 범위 내에서 흐름성의 저하를 방지하면서도 공급 스트림(10) 또는 감압된 공급 스트림(20)과의 혼합이 용이한 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 순환 스트림(30)의 온도는 -40 ℃ 내지 20 ℃, -35 ℃ 내지 0 ℃, 또는 -32.8 ℃ 내지 -14.7 ℃일 수 있고, 이 범위 내에서 액상 프로판의 잠열을 최대한 냉매로 이용하면서도, 예열 또는 기화 시, 예열을 위한 열원을 절감하고, 흐름성도 유지할 수 있는 효과가 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (S20) 단계에서 형성된 냉매 스트림(40)은 상기 공급 스트림(10) 또는 감압된 공급 스트림(20)과 순환 스트림(30)의 혼합 비율에 따라 냉매로서의 온도가 결정될 수 있다. 즉, 냉각 또는 응축시키고자 하는 대상 스트림(70)의 종류 및 필요한 온도에 따라, 공급 스트림(10) 또는 감압된 공급 스트림(20)과 순환 스트림(30)의 혼합 비율을 조절하여 냉매 스트림(40)을 열교환기(HE)의 냉매로 이용할 수 있다.
구체적인 예로, 상기 (S20) 단계의 상기 공급 스트림(10) 또는 감압된 공급 스트림(20)과, 상기 순환 스트림(30)의 혼합 비율은 중량을 기준으로 1:0.05 내지 1:0.5, 1:0.1 내지 1:0.4, 또는 1:0.14 내지 1:0.26일 수 있고, 이 범위 내에서 액상 프로판의 잠열을 최대한 냉매로 이용하면서도, 예열 또는 기화 시, 예열을 위한 열원을 절감하고, 흐름성도 유지할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 냉매 스트림(40)의 압력은 6 kg/cm2 내지 9.8 kg/cm2, 8 kg/cm2 내지 9.8 kg/cm2, 또는 8.3 kg/cm2 내지 9.8 kg/cm2일 수 있으며, 이 범위 내에서 흐름성을 유지하면서도 액상 프로판의 잠열을 최대한 이용할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 냉매 스트림(40)의 온도는 -30 ℃ 내지 25 ℃, -30 ℃ 내지 15 ℃, 또는 -17.5 ℃ 내지 0.2 ℃일 수 있고, 이 범위 내에서 액상 프로판의 잠열을 최대한 냉매로 이용하면서도, 예열 또는 기화 시, 예열을 위한 열원을 절감하고, 흐름성도 유지할 수 있는 효과가 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (S30) 단계는 상기 냉매 스트림(40)을, 냉각 또는 응축이 필요한 스트림(70)을 냉각 또는 응축된 스트림(80)으로 냉각 또는 응축하여 배출하기 위한 열교환기(HE)에서 냉매로 활용하기 위해, 냉매 스트림(40)을 공급하기 위한 단계일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 냉매 스트림(40)이 통과하는 상기 열교환기(HE)는 프로필렌 냉매 압축기의 전단에 위치한 것일 수 있다. 구체적인 예로, 상기 열교환기(HE)는 상기 냉매 스트림(40)을 프로필렌 냉매를 과냉각 시키기 위한 냉매로 이용하여, 프로필렌 냉매 압축기의 사용 에너지를 저감시키기 위한 것일 수 있다. 보다 구체적인 예로, 상기 열교환기(HE)는 냉매 스트림(40)을 냉매로 이용하여 프로필렌 냉매 압축기 공급 스트림(70)을 냉각 또는 응축시켜, 냉각 또는 응축된 프로필렌 냉매 압축기 공급 스트림(80)을 배출하기 위한 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 열교환기(HE)를 통과한 냉매 스트림(50)의 압력은 6 kg/cm2 내지 9.6 kg/cm2, 7 kg/cm2 내지 9.6 kg/cm2, 또는 7.8 kg/cm2 내지 9.6 kg/cm2일 수 있으며, 이 범위 내에서 분해로(Fur)까지의 흐름성이 유지되는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 열교환기(HE)를 통과한 냉매 스트림(50)의 온도는 0 ℃ 내지 35 ℃, 10 ℃ 내지 30 ℃, 또는 11.9 ℃ 내지 29.2 ℃일 수 있고, 이 범위 내에서 예열 또는 기화 시, 예열을 위한 열원을 절감하고, 흐름성도 유지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 열교환기(HE)를 통과한 냉매 스트림(50)의 기체 분율은 0.712 이상, 0.9 내지 1.0 또는 0.981 내지 1.0일 수 있고, 이 범위 내에서 냉매 스트림(50) 내의 기체 분율이 높게 형성되어, 이어서 실시되는 (S40) 단계에서의 예열 또는 기화 시, 열원의 사용량을 저감시킬 수 있고, 이에 따라, 분해로(Fur)에 공급 원료의 공급 시, 냉매의 활용은 물론, 에너지 사용량을 저감시키는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (S40) 단계는 열교환기(HE)를 통과한 냉매 스트림(50)을 분해로(Fur)에 공급하기 위해 예열 또는 기화시키는 단계로서, 상기 (S40) 단계에서 예열 또는 기화된 냉매 스트림(60)은 예열기(미도시)를 통과하여 분해로(Fur)로 공급되는 것일 수 있다.
즉, 상기 기화된 냉매 스트림(60)은 분해로(Fur)에 공급되는 공급 원료일 수 있고, 상기 공급 원료의 공급으로 인해 분해로(Fur)에서의 열분해 단계(S1)가 실시될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 예열 또는 기화된 냉매 스트림(60)의 압력은 6 kg/cm2 내지 9.6 kg/cm2, 7 kg/cm2 내지 9.6 kg/cm2, 또는 7.8 kg/cm2 내지 9.6 kg/cm2일 수 있으며, 이 범위 내에서 분해로(Fur)까지의 흐름성이 유지되는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 예열 또는 기화된 냉매 스트림(60)의 온도는 100 ℃ 내지 200 ℃, 110 ℃ 내지 140 ℃, 또는 120.0 ℃ 내지 123.6 ℃일 수 있고, 이 범위 내에서 분해로(Fur)에 공급 원료가 원활히 공급되는 효과가 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (S40) 단계의 예열 또는 기화는 외부로부터 공급되는 열원에 의해 실시될 수 있다. 구체적인 예로, 상기 열원은 외부로부터 공급되는 스팀(steam)일 수 있다.
본 발명에 따른 액상 프로판 기화 방법을 이용하는 경우, 냉매 스트림(40) 및 열교환기(HE)를 통과한 냉매 스트림(50)에 포함되는 공급 원료의 기화점이 공급 스트림(10) 및 감압된 공급 스트림(20)에 포함되는 액상 프로판보다 낮기 때문에, 분해로(Fur)에 공급하기 위한 예열 또는 기화 시, 열원, 즉 스팀의 사용량을 저감시킬 수 있고, 이에 따라, 분해로(Fur)에 공급 원료의 공급 시, 냉매의 활용은 물론, 에너지 사용량을 저감시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면 상기 액상 프로판 기화 방법을 실시하기 위한 액상 프로판 기화 장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 액상 프로판 기화 장치는 액상 프로판을 포함하는 공급 스트림(10)을 공급하기 위한 공급 장치(Tank); 상기 공급 장치(Tank)로부터 공급되는 공급 스트림(10) 및 순환 스트림(30)을 혼합하여 냉매 스트림(40)을 형성하기 위한 혼합 장치(MZ); 상기 혼합 장치(MZ)로부터 배출되는 냉매 스트림(40)이 공급되는 열교환기(HE); 및 상기 열교환기(HE)를 통과한 냉매 스트림(50)을 예열 또는 기화시키기 위한 기화장치(Vap)를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 공급 장치(Tank)는 외부로부터 도입되는 액상 프로판을 저장하기 위한 저장 장치일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 액상 프로판 기화 장치는 상기 액상 프로판을 포함하는 공급 스트림(10)을 감압시키기 위한 감압 장치(RP)를 포함할 수 있다. 상기와 같이 액상 프로판 기화 장치가 감압 장치(RP)를 포함하는 경우, 상기 액상 프로판을 포함하는 공급 스트림(10)은 감압 장치(RP)로 공급되고, 상기 혼합 장치(MZ)는 상기 감압 장치(RP)로부터 감압되어 배출되는 감압된 공급 스트림(20) 및 순환 스트림(30)을 혼합하여 냉매 스트림(40)을 형성하기 위한 혼합 장치(MZ)일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 감압 장치(RP)는 액상 프로판을 포함하는 공급 스트림(10)을 감압하기 위한 장치로서, 일례로 출구측의 압력을 일정하게 유지하여 감압된 상태로 배출하기 위한 감압 밸브일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 혼합 장치(MZ)는 공급 스트림(10) 또는 감압된 공급 스트림(20) 및 순환 스트림(30)을 혼합하기 위한 장치로서, 도시 및 기재의 편의 상 혼합 장치(MZ)로 기재하였으나, 공급 스트림(10) 또는 감압된 공급 스트림(20)을 이송하기 위한 배관과, 순환 스트림(30)을 이송하기 위한 배관이 서로 연결되어 있는 구역을 의미할 수 있고, 구체적인 예로 감압된 공급 스트림(20)과 순환 스트림(30)이 서로 배관의 흐름에 따라 이송되는 과정에서 혼합되는 지점을 의미할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 혼합 장치(MZ)는 냉매 스트림(40)의 조성과 압력을 유지하기 위해 드럼 등을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 열교환기(HE)는 앞서 기재한 바와 같이, 상기 냉매 스트림(40)을 프로필렌 냉매를 과냉각 시키기 위한 냉매로 이용하여, 프로필렌 냉매 압축기의 사용 에너지를 저감시키기 위한 것일 수 있다. 구체적인 예로, 상기 열교환기(HE)는 냉매 스트림(40)을 냉매로 이용하여 프로필렌 냉매 압축기 공급 스트림(70)을 냉각 또는 응축시켜, 냉각 또는 응축된 프로필렌 냉매 압축기 공급 스트림(80)을 배출하기 위한 열교환기(HE)일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 기화장치(Vap)는 열교환기(HE)를 통과한 냉매 스트림(50)을 공급 원료로서 분해로(Fur)에 공급하기 위해 예열 또는 기화시키는 장치로서, 열원을 공급하기 위한 열원 공급장치일 수 있고, 구체적인 예로 스팀, 또는 퀀치 워터(Quench water)와 열교환을 시키기 위한 열교환 장치일 수 있다.
이하, 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 통상의 기술자에게 있어서 명백한 것이며, 이들 만으로 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
실험예
실시예 1 내지 2
도 3에 도시된 공정 흐름도에 대하여, ASPENTECH 社의 ASPEN Plus 시뮬레이터를 이용하여, 공정을 시뮬레이션 하였다.
상기 공정에서의 각 스트림의 압력, 냉매 활용량 및 열 에너지 소모량과, 열교환기(HE)를 통과한 냉매 스트림(50)의 기체 분율을 하기의 표 1에 나타내었다.
구분 실시예
1 2
공급 스트림(10) 압력(kg/cm2G) 9.80 9.80
온도(℃) 17.9 -18.7
유량(ton/hr) 78.659 70.002
감압된 공급 스트림(20) 압력(kg/cm2G) 8.30 9.80
온도(℃) 17.9 -18.7
유량(ton/hr) 78.659 70.002
순환 스트림(30) 압력(kg/cm2G) 9.00 16.00
온도(℃) -32.8 -14.7
유량(ton/hr) 20.0 10.0
냉매 스트림(40) 압력(kg/cm2G) 8.30 9.80
온도(℃) 0.2 -17.5
유량(ton/hr) 98.659 80.002
열교환기(HE)를 통과한 냉매 스트림(50) 압력(kg/cm2G) 7.80 9.60
온도(℃) 11.9 29.2
기체 분율 0.981 1.0
유량(ton/hr) 98.659 80.002
기화된 냉매 스트림(60) 압력(kg/cm2G) 7.80 9.60
온도(℃) 120.0 123.6
유량(ton/hr) 98.659 80.002
프로필렌 냉매 압축기 공급 스트림(70) 압력(kg/cm2G) 12.80 13.90
온도(℃) 29.0 34.2
유량(ton/hr) 913.300 624.500
냉각된 프로필렌 냉매 압축기 공급 스트림(80) 압력(kg/cm2G) 12.60 13.50
온도(℃) 14.9 13.3
유량(ton/hr) 913.300 624.500
감압된 공급 스트림(20):순환 스트림(30)의 혼합비(중량) 1:0.254 1:0.143
냉매 활용량 Total
(Gcal/hr)		 8.56 8.81
프로판 1톤당
(Gcal/hr)		 0.108 0.126
예열 열량 Total
(Gcal/hr)		 5.16 3.65
프로판 1톤당
(Gcal/hr)		 0.052 0.052
비교예 1 내지 2
도 2에 도시된 공정 흐름도에 대하여, ASPENTECH 社의 ASPEN Plus 시뮬레이터를 이용하여, 공정을 시뮬레이션 하였다.
상기 공정에서의 각 스트림의 압력, 냉매 활용량 및 열 에너지 소모량과, 열교환기(HE)를 통과한 냉매 스트림(50')의 기체 분율을 하기의 표 2에 나타내었다.
구분 비교예
1 2
공급 스트림(10) 압력(kg/cm2G) 9.80 9.80
온도(℃) 17.9 -18.7
유량(ton/hr) 78.659 70.002
감압된 공급 스트림(20) 압력(kg/cm2G) 8.30 9.80
온도(℃) 17.9 -18.7
유량(ton/hr) 78.659 70.002
열교환기(HE)를 통과한 냉매 스트림(50') 압력(kg/cm2G) 7.80 9.60
온도(℃) 21.1 29.2
기체 분율 0.441 0.205
유량(ton/hr) 78,659 70.002
기화된 냉매 스트림(60') 압력(kg/cm2G) 7.80 9.60
온도(℃) 120 123.6
유량(ton/hr) 78,659 80.002
프로필렌 냉매 압축기 공급 스트림(70') 압력(kg/cm2G) 12.80 13.90
온도(℃) 29.0 34.2
유량(ton/hr) 913.300 624.500
냉각된 프로필렌 냉매 압축기 공급 스트림(80') 압력(kg/cm2G) 12.60 13.50
온도(℃) 24.1 26.8
유량(ton/hr) 913.300 624.500
냉매 활용량 Total
(Gcal/hr)		 3.05 3.26
프로판 1톤당
(Gcal/hr)		 0.039 0.047
예열 열량 Total
(Gcal/hr)		 7.34 7.65
프로판 1톤당
(Gcal/hr)		 0.093 0.109
상기 표 1 및 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따라 액상 프로판을 분해로의 공급 원료로 공급하기 위한 기화에 앞서, 냉매로 활용한 실시예 1의 경우, 단순히 공급 스트림을 감압하여 실시한 비교예 1에 비해, 냉매 스트림의 냉매 활용량이 총 5.51 Gcal/hr 증가한 것을 확인할 수 있었고, 나아가, 기화 시의 소모된 예열 열량도 냉매 스트림 내 재순환 에탄의 유량이 20 ton/hr가 증가하였음에도 불구하고, 2.18 Gcal/hr가 감소한 것을 확인할 수 있었다.
또한, 공급 스트림의 감압을 실시하지 않더라도, 순환 스트림(30)과 혼합하여 냉매 스트림(40)을 형성한 실시예 2의 경우, 냉매 스트림의 냉매 활용양이 총 5.55 Gcal/hr 증가한 것을 확인할 수 있었고, 나아가, 예열 시의 소모된 예열 열량도 냉매 스트림 내 재순환 에탄의 유량이 10 ton/hr가 증가하였음에도 불구하고, 4 Gcal/hr가 감소한 것을 확인할 수 있었다.
상기 실시예 1 및 2에서 예열 또는 기화 시의 소모된 예열 열량은, 특히 열교환기(HE)를 통과한 냉매 스트림(50)의 기체 분율의 상승으로부터 기인한 것일 수 있다.
본 발명자들은 상기와 같은 결과로부터, 본 발명에 따라 액상 프로판을 기화시키는 경우, 액상 프로판의 잠열을 최대한 냉매로 이용 가능하고, 나아가, 냉매로 이용한 후의 프로판을 기상의 분해 공정의 공급 원료로 공급하기 위한 기화 시, 예열을 위한 열원을 절감하면서도, 흐름성은 유지할 수 있는 것을 확인하였다.

Claims (11)

  1. 액상 프로판을 포함하는 공급 스트림을 공급하는 단계(S10);
    공급 스트림 및 순환 스트림을 혼합하여 냉매 스트림을 형성하는 단계(S20);
    냉매 스트림을 열교환기로 공급하는 단계(S30); 및
    열교환기를 통과한 냉매 스트림을 예열 또는 기화시키는 단계(S40)를 포함하고,
    상기 순환 스트림은 프로판보다 기화점이 낮은 탄화수소 화합물을 포함하고,
    상기 (S40) 단계에서 예열 또는 기화된 냉매 스트림은 분해로로 공급되는 것인 액상 프로판 기화 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (S10) 단계에서 공급된 공급 스트림을 감압시키는 단계(S11)를 포함하는 것인 액상 프로판 기화 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 순환 스트림은 열분해 생성물의 정제 단계로부터 공급되는 것인 액상 프로판 기화 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 순환 스트림은 탄소수 2의 탄화수소 화합물을 포함하는 것인 액상 프로판 기화 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 열교환기 내에서의 열교환은, 냉매 스트림의 잠열을 이용하는 것인 액상 프로판 기화 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 열교환기를 통과한 냉매 스트림의 기체 분율은 0.712 이상인 액상 프로판 기화 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 열교환기를 통과한 냉매 스트림의 기체 분율은 0.981 내지 1.0인 액상 프로판 기화 방법.
  8. 삭제
  9. 액상 프로판을 포함하는 공급 스트림을 공급하기 위한 공급 장치;
    상기 공급 장치로부터 공급되는 공급 스트림 및 순환 스트림을 혼합하여 냉매 스트림을 형성하기 위한 혼합 장치;
    상기 혼합 장치로부터 배출되는 냉매 스트림이 공급되는 열교환기;
    상기 열교환기를 통과한 냉매 스트림을 예열 또는 기화시키기 위한 기화장치; 및
    상기 기화장치에 의하여 예열 또는 기화된 냉매 스트림이 공급되어 열분해되는 분해로를 포함하는 액상 프로판 기화 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 액상 프로판 기화 장치는, 상기 액상 프로판을 포함하는 공급 스트림을 감압시키기 위한 감압 장치를 포함하는 것인 액상 프로판 기화 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 열교환기는 프로필렌 냉매 압축기의 전단에 위치하는 것인 액상 프로판 기화 장치.
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