KR102670703B1 - 혼합 C4s로부터 고순도 이소부탄 및 부텐-1의 공동-생산 - Google Patents

혼합 C4s로부터 고순도 이소부탄 및 부텐-1의 공동-생산 Download PDF

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Abstract

이질적인 출발 조성물을 가지는 혼합 C4 스트림으로부터 고순도 이소부탄 스트림 및 고순도 1-부텐 스트림을 생성하기 위하여 이용될 수 있는 시스템 및 공정이 개시될 수 있다.

Description

혼합 C4s로부터 고순도 이소부탄 및 부텐-1의 공동-생산
본 명세서의 구현예들은 이소부탄 및 1-부텐의 공동-생산(co-production)을 위한 공정 및 시스템에 관한 것이다.
혼합된 C4 스트림으로부터 고순도 이소부텐을 생성하기 위한 다양한 공정들이 개시되어 왔다. 이들 중 다수는 메틸 3차 부틸 에테르(MTBE, methyl tert butyl ether)의 생성을 위한 이소부텐의 에테르화를 포함하고, 이는 잔여 C4s로부터 분리되고 나서 역분해되어 순수한 이소부텐 스트림을 형성할 수 있다. 이러한 공정들은, 예를 들어 US5628880 및 US5321163 등에 개시될 수 있다.
MTBE 형태의 이소부텐의 분리는 부텐(1-부텐 및 2-부텐)의 분리 및 회수를 허용한다.
[본 명세서의 요약]
본 발명자가 알고 있는 한, 어떠한 선행 공정도 고순도 이소부탄 스트림 및 고순도 1-부텐 스트림의 공동-생산을 위하여 제공된 바 없다.
일 양태에 있어서, 본 명세서의 구현예들은 고순도 이소부탄 및 고순도 1-부텐 스트림의 공동-생산을 위한 공정에 관한 것이다. 상기 공정은 각각 이소부텐, 이소부탄, 1-부텐, 및 2-부텐을 포함하는, 제1 혼합 C4 스트림 및 제2 혼합 C4 스트림을 제공하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 제1 혼합 C4 스트림은 상기 제2 혼합 스트림보다 더 높은 이소부탄 농도를 가진다. 제1 반응 시스템에 함유된 이소부텐을 메틸 삼차 부틸 에테르 또는 이소부텐 이량체로 전환시키기 위하여, 반응물 또는 선택제(selectivator)로서, 상기 제1 혼합 C4 스트림 및 메탄올은 상기 제1 반응 시스템으로 공급될 수 있다. 제2 반응 시스템에 함유된 이소부텐을 메틸 삼차 부틸 에테르 또는 이소부텐 이량체로 전환시키기 위하여, 반응물 또는 선택제로서, 상기 제2 혼합 C4 스트림 및 메탄올은 상기 제2 반응 시스템으로 공급될 수 있다. 그리고 나서, 상기 공정은 수세 시스템을 포함하는, 제1 분리 시스템 내의 상기 제1 반응 시스템으로부터 유출액(effluent)을 분리하여, 1-부텐, 2-부텐, 이소부탄을 포함하는 제1 경질물 스트림(lights stream), 제1 메탄올+물 스트림, 및 상기 메틸 3차 부틸 에테르 또는 상기 이소부텐 이량체를 포함하는 제1 중질물 스트림(heavy stream)을 회수하는 단계를 포함할 수 있다. 나아가, 상기 방법은 수세 시스템을 포함하는, 제2 분리 시스템 내의 상기 제2 반응 시스템으로부터 유출액을 분리하여, 1-부텐, 2-부텐, 및 이소부탄을 포함하는 제2 경질물 스트림, 제2 메탄올+물 스트림, 및 상기 메틸 3차 부틸 에테르 또는 상기 이소부텐 이량체를 포함하는 제2 중질물 스트림을 회수하는 단계를 포함한다. 그리고 나서, 상기 제1 및 제2 메탄올+물 스트림을 메탄올 회수 시스템으로 공급되어, 상기 물로부터 메탄올을 분리하고, 상기 메탄올의 적어도 일부분을 상기 제1 및 제2 반응 시스템 모두 또는 이들 중 하나로 반송할 수 있다. 이소부탄 함유 스트림(isobutane containing stream), 1-부텐 스트림, 및 n-부탄 및 2-부텐을 포함하는 제1 중질물 C4 스트림을 회수하기 위하여, 상기 제2 경질물 스트림은 분리 시스템으로 공급될 수 있다. 이소부탄 스트림 및 n-부탄 및 2-부텐을 포함하는 제2 중질물 C4 스트림을 회수하기 위하여, 상기 이소부탄 함유 스트림 및 상기 제1 경질물 스트림은 분리 시스템으로 공급될 수 있다.
또 다른 양태에 있어서, 본 명세서의 구현예들은 고순도 이소부탄 및 고순도 1-부텐 스트림의 공동-생산을 위한 시스템에 관한 것이다. 상기 시스템은 각각 이소부텐, 이소부탄, 1-부텐, 및 2-부텐을 포함하는, 제1 혼합 C4 공급 스트림 및 제2 혼합 C4 공급 스트림을 포함할 수 있다. 상기 제1 혼합 C4 스트림은 상기 제2 혼합 C4 스트림보다 더 높은 이소부탄 농도를 가질 수 있다. 또한, 상기 시스템은 제1 메탄올 공급 스트림 및 제2 메탄올 공급 스트림을 포함한다. 제1 반응 시스템은 상기 제1 혼합 C4 스트림 및 상기 제1 메탄올 스트림을 수용하고, 반응물 또는 선택제로서, 상기 제1 혼합 C4 스트림 및 메탄올을 반응시켜, 상기 제1 반응 시스템에 함유된 이소부텐이 메틸 3차 부틸 에테르 또는 이소부텐 이량체로 전환되도록 구성된다. 제2 반응 시스템은 상기 제2 혼합 C4 스트림 및 상기 제2 메탄올 스트림을 수용하고, 반응물 또는 선택제로서, 상기 제2 혼합 C4 스트림 및 메탄올을 반응시켜, 제2 반응 시스템에 함유된 이소부텐이 메틸 3차 부틸 에테르 또는 이소부텐 이량체로 전환되도록 구성된다. 상기 시스템은 상기 제1 반응 시스템으로부터 유출액을 분리하여, 1-부텐, 2-부텐, 이소부탄을 포함하는 제1 경질물 스트림, 제1 메탄올+물 스트림, 및 상기 메틸 3차 부틸 에테르 또는 상기 이소부텐 이량체를 포함하는 제1 중질물 스트림을 회수하기 위한, 수세 시스템을 포함하는, 제1 분리 시스템, 뿐만 아니라 상기 제2 반응 시스템으로부터 유출액을 분리하여, 1-부텐, 2-부텐, 및 이소부탄을 포함하는 제2 경질물 스트림, 제2 메탄올+물 스트림, 및 상기 메틸 3차 부틸 에테르 또는 상기 이소부텐 이량체를 포함하는 제2 중질물 스트림을 회수하기 위한, 수세 시스템을 포함하는, 제2 분리 시스템을 더 포함한다. 상기 제1 및 제2 메탄올+물 스트림을 수용하여, 상기 물로부터 메탄올을 분리하기 위한 공통 메탄올 회수 시스템(common methanol recovery system) 및 상기 메탄올의 적어도 일부분을 상기 제1 및 제2 반응 시스템 모두 또는 이들 중 하나로 반송하기 위한 유동 라인; 상기 제2 경질물 스트림을 회수하고, 이소부탄 함유 스트림, 1-부텐 스트림, 및 n-부탄 및 2-부텐을 포함하는 제1 중질물 C4 스트림을 회수하기 위한, 제1 경질물 분리 시스템이 제공된다. 제2 경질물 분리 시스템은 상기 제1 경질물 스트림을 회수하고, 이소부탄 스트림 및 n-부탄 및 2-부텐을 포함하는 제2 중질물 C4 스트림을 회수하기 위하도록 구성된다.
다른 양태 및 이점은 하기 설명 및 첨부된 청구 범위로부터 명백할 것이다.
도 1은 본 명세서의 구현예에 따른 이소부탄 및 1-부텐의 공동-생산을 위한 시스템의 단순화된 공정 흐름도이다.
도 2는 본 명세서의 구현예에 따른 이소부탄 및 1-부텐의 공동-생산을 위한 시스템의 단순화된 공정 흐름도이다.
도 3은 본 명세서의 구현예에 따른 이소부탄 및 1-부텐의 공동-생산을 위한 시스템의 단순화된 공정 흐름도이다.
도 4는 본 명세서의 구현예에 따른 이소부탄 및 1-부텐의 공동-생산을 위한 시스템의 단순화된 공정 흐름도이다.
본 명세서의 구현예들은 이소부탄 및 1-부텐의 공동-생산을 위한 공정 및 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 명세서의 구현예들은 혼합 C4 스트림으로부터 고순도 이소부탄 및 1-부텐 스트림의 생성에 관한 것이다. 보다 더 구체적으로, 본 명세서의 구현예들은 RFCC/FCC 및/또는 증기 분해 유닛(SCU, steam cracker unit)으로부터 오는 혼합 C4 공급원료로부터 고순도 1-부텐 및 이소부탄 스트림의 동시 생성에 관한 것이다.
다양한 업스트림 생성 공정이 C4 스트림을 발생시키기 위하여 이용될 수 있고, 예를 들어, 유동 접촉 분해(FCC, fluid catalytic cracking) 유닛, 잔류물 유동 접촉 분해(resid fluid catalytic cracking, RFCC) 유닛, 증기 분해기, 열분해 유닛(증기를 제외 또는 포함하는 열분해), 및 혼합 C4s 생성의 다양한 다른 방법이 있다. 이들 유닛들로부터 생성된 상기 혼합 C4 스트림은 다른 성분들 중에서 이소부텐, 이소부탄, 1-부텐, 2-부텐, n-부탄, 및 부타디엔을 포함할 수 있다.
유사한 화합물들을 생성하는 동안, 이들 업스트림 C4 생성 시스템은 다양한 C4 화합물의 다른 조성 혼합물을 가지는 스트림을 초래한다. 예를 들어, FCC 또는 RFCC 혼합 C4s는 증기 분해기 부타디엔 생성 공정으로부터 회수된 라피네이트-1(예를 들어, < 5 wt% 또는 < 3 wt% 이소부탄) 보다 상당히 더 높은 이소부탄 농도(예를 들어, >20 wt% 또는 > 25 wt%)를 가질 수 있다. 동시에, 상기 FCC/RFCC C4s 내의 이소부틸렌 농도는 증기 분해기 C4s 보다 상당히 더 낮다(예를 들어, RFCC에 대하여 < 25 또는 30 wt% vs. 증기 분해기 C4s에 대하여 > 35 또는 40 wt%). 마찬가지로, 각각(FCC/RFCC vs. 증기 분해기)은 상이한 1-부텐 농도를 가질 수 있다(예를 들어, 20 또는 15 wt% 미만 vs. 35 또는 40 wt% 초과). 나아가, 상기 FCC/RFCC 혼합 C4s의 다이엔(diene) 함량은 상기 증기 분해기 라피네이트-1보터 상당히 더 높다(예를 들어, 0.3 wt% 또는 3,000 ppmw vs. 40 ppmw).
상기 혼합 C4s를 이소부탄 스트림 및 1-부텐 스트림과 같은 다양한 생성물 스트림으로 분리하고자 하는 경우, 당업자는 동시 처리(co-processing)를 위하여 다양한 C4 스트림 각각을 단순히 혼합할 수 있다. 그러나, 본 발명자들은, 상기 스트림들 간의 조성의 차이점에 기초하여, 원하는 고순도 이소부탄 및 고순도 1-부텐 생성물을 생성하기 위하여, 이들 공급원료는 반응 트레인(reaction train)을 통합하는 공통 장비를 포함하는 병렬 반응 트레인에서 별도로 처리되어야 한다는 것을 발견하였다. 상기 병렬 반응 트레인의 이용은 각각의 반응 트레인으로부터 라피네이트-2 스트림, 이소부텐이 실질적으로 제거된 혼합 C4s 스트림의 회수를 제공하고, 작업자가 이소부탄 및 1-부텐 정제에 필요한 관련 유틸리티 소비 및 장비 크기를 최적화하도록 허용한다. 상기 FCC/RFCC 반응 트레인으로부터의 라피네이트-2는 상대적으로 더 높은 이소부탄 농도 및 더 낮은 1-부텐 농도를 가질 것이다. 이에 비하여, 상기 증기 분해 반응 트레인으로부터의 라피네이트-2는 상당히 더 높은 1-부텐 농도 및 더 낮은 이소부탄 농도를 가질 것이다.
두 반응 트레인에 있어서, 상기 반응 트레인에서 메틸 3차 부틸 에테르로 이합체화(dimerization) 및/또는 전환(conversion)을 통하여(여기서 사용된 바와 같이, 트레인 1 = FCC/RFCC C4 전환, 트레인 2 = 증기 분해기 C4 전환), 이소부틸렌은 개별 라피네이트-2 스트림으로부터 제거될 수 있다. 각각의 트레인에서의 상기 반응기 구성은 제공된 업스트림 C4 공급물에 의하여 특정될 수 있고, 이소부틸렌 전환에 대한 요구에 맞게 조정될 수 있다. 또한, 생성물 분리의 적절한 통합은 고순도 이소부탄 스트림을 제공할 수 있음을 발견하였다. 상기 증기 분해기 C4 공급물은 비교적 낮은 이소부탄 함량을 가짐에도 불구하고, FCC/RFCC 라피네이트 스트림으로 추가되는 추가의 이소부탄은 고순도 이소부탄 생성물 스트림을 제공한다.
상기 반응 시스템이 이소-옥텐(이소부텐 이량체)를 생성할 때, 두 반응 트레인에서 생성된 상기 이소-옥텐은 결합(combine)되고, 정제되어 함산소물(oxygenates)을 제거하고 나서, 원한다면, 포화 반응기로 보내어 상기 이소-옥텐을 이소-옥탄으로 전환할 수 있다. 상기 이소부텐 이량체는 대안적으로 알킬화에 사용될 수 있다. 상기 반응 시스템이 메틸 3차 부틸 에테르(MTBE)를 생성할 때, 예를 들어, 상기 MTBE는 역분해(back-crack)되어 고순도 이소부텐 스트림을 형성할 수 있다.
상기 반응기 트레인(트레인 1 및 트레인 2)는 각각 (MTBE를 생성하는) 반응물로서 또는 (선택적 이량체화를 위한) 선택제로서 메탄올을 이용할 수 있다. 각각의 반응기 트레인으로부터의 라피네이트 스트림은 별도로 수세되어 상기 메탄올이 제거될 수 있다. 그리고 나서, 상기 최종 물/메탄올 스트림은 공통 메탄올 회수 시스템으로 공급되어, 메탄올 재활용 및 세척수 재활용을 제공할 수 있다.
전술한 바와 같이, 상기 반응기 트레인의 구성은 개별 트레인에 C4 공급을 기반으로 효율성을 제공할 수 있도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 더 높은 초기 이소부텐 농도를 가지는 반응기 트레인은 고정층 반응기(fixed bed reactor) 또는 연속된 고정층 반응기(series of fixed bed reactors)에서 처리될 수 있고, 중간 분리 단계를 포함하여 상기 생성물(MTBE 또는 이량체)의 일부를 제거함으로써, 다운스트림 반응기 내의 연속된 전환을 위한 추가의 구동력을 제공할 수 있다. 상기 초기 이소부텐 농도가 더 낮은 곳에서 중간 분리가 이용되거나 또는 이용되지 않을 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 업스트림 반응기 유출액은 촉매 증류 반응기를 포함할 수 있는 최종 반응기(finishing reactor)로 공급되어, 임의의 잔존하는 이소부텐의 동시 반응 및 n-부탄, 이소부탄, 1-부텐, 및 2-부텐을 포함하는 잔존하는 C4 성분으로부터의 이량체/MTBE 생성물의 분리를 제공할 수 있다. 또한, 상기 촉매 증류 반응기 내의 촉매는 존재하는 임의의 부타디엔의 선택적 수소화를 위한 기능성을 가짐으로써 추가의 부텐을 형성할 수 있다.
이제, 도 1을 참조하면, 본 명세서의 구현예에 따른 이소부탄 및 1-부텐의 공동-생산을 위한 시스템의 단순화된 공정 흐름도가 예시된다. FCC 또는 RFCC C4 스트림과 같은, 상대적으로 높은 이소부탄 농도를 가지는 혼합 C4 스트림(10)은 제1 반응 트레인(12)으로 공급될 수 있다. 반응 트레인(12)은 그 안에 함유된 이소부텐을, 반응물 또는 선택제로서 공급된 메탄올(13)을 포함하는, MTBE 또는 이소부텐 이량체(이소-옥텐)으로 전환하기 위하여 이용될 수 있다. 내부 분리(미도시)를 포함하는 반응 트레인(12)은 잔여 이소부텐이 적거나 또는 전혀 없는 라피네이트-2 스트림(14), 및 중질물(MTBE 및/또는 이소-옥텐) 스트림(16)을 생성할 수 있다.
유사하게, 증기 분해기 C4 스트림과 같은, 상대적으로 낮은 이소부탄 농도를 가지는 혼합 C4 스트림(20)은 제2 반응 트레인(22)으로 공급될 수 있다. 반응 트레인(22)은 그 안에 함유된 이소부텐을, 반응물 또는 선택제로서 공급된 메탄올(23)을 포함하는, MTBE 또는 이소부텐 이량체(이소-옥텐)으로 전환하기 위하여 이용될 수 있다. 내부 분리(미도시)를 포함하는 반응 트레인(22)은 잔여 이소부텐이 적거나 또는 전혀 없는 라피네이트-2 스트림(24), 및 중질물(MTBE 및/또는 이소-옥텐) 스트림(26)을 생성할 수 있다.
각각 MTBE 또는 이소-옥텐을 함유하는 중질물 스트림(16, 26)은 결합되어, 전환된 이소부텐 생성물 스트림(28)을 형성할 수 있다. 이량체 또는 에테르는, 다른 가능성 중에서 수소 첨가(hydrogenation) 또는 역분해(back-cracking)를 통하는 것과 같은 추가 처리(미도시)되어 원하는 생성물을 생성할 수 있다. 또한, 스트림(28)은 중질 함산소 부산물(heavy oxygenate byproducts)을 포함할 수 있다.
(제1 반응기 트레인(12)로부터의) 라피네이트-2 스트림(14)은, 이소부탄, 1-부텐, 2-부텐, 및 n-부탄과 같은 다양한 C4 성분을 포함할 수 있고, 이소부텐이 희박하거나 없을 수 있다. 또한, 라피네이트-2 스트림(14)은 메탄올 및/또는 디메틸 에테르와 같은 기타 함산소 부산물을 포함할 수 있다. 그리고 나서, 메탄올을 추출하기 위하여, 라피네이트-2 스트림(14)은 수세 컬럼(30)으로 공급되어, 물/메탄올 스트림(32) 및 혼합 C4 스트림(34)을 생성할 수 있다.
(제2 반응기 트레인(22)로부터의) 라피네이트-2 스트림(24)은, 이소부탄, 1-부텐, 2-부텐, 부타디엔, 및 n-부탄과 같은 다양한 C4 성분을 포함할 수 있고, 이소부탄이 희박하거나 없을 수 있다. 또한, 라피네이트-2 스트림(24)은 메탄올 및/또는 디메틸 에테르와 같은 기타 함산소 부산물을 포함할 수 있다. 그리고 나서, 메탄올을 추출하기 위하여, 라피네이트-2 스트림(24)은 수세 컬럼(40)으로 공급되어, 물/메탄올 스트림(42) 및 혼합 C4 스트림(44)을 생성할 수 있다.
그리고 나서, 물로부터 메탄올의 분리를 위하여, 물/메탄올 스트림(42, 32)은 공통 메탄올 회수 시스템(50)으로 공급될 수 있다. 회수된 물(미도시)은 수세 시스템(30, 40)으로 다시 공급될 수 있고, 회수된 메탄올은 반응 트레인(12, 22)에서 반응물 또는 선택제로서 메탄올 스트림(13, 23)으로서 공급될 수 있다. 또한, 새로운 메탄올(미도시)은 상기 메탄올 회수 시스템(50) 내에 공급되거나 또는 반응 트레인(12, 22) 내에 필요한 곳으로 공급될 수 있다.
고순도 1-부텐 스트림을 회수하기 위하여, 상대적으로 높은 1-부텐 농도를 가지는 혼합 C4 스트림(44)은 분리 시스템으로 공급될 수 있다. 1-부텐 회수 시스템은, 존재하는 n-부탄 및 2-부텐으로부터 1-부텐을 분리하는, 중질물 컬럼(heavies column)(60)을 포함할 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 2-부텐을 1-부텐으로 이성질화하기 위하여, 반응 구역(업스트림 또는 중질물 컬럼(60) 내, 미도시)이 제공될 수 있다. 중질물 컬럼(60)은 n-부탄 및 2-부텐을 포함하는 중질물 C4 스트림(64), 및 이소부탄 및 1-부텐을 함유하는 탑정 스트림(overhead stream)(64)을 생성할 수 있다. 그리고 나서, 탑정 스트림(64)은 존재하는 이소부탄 및 임의의 디메틸 에테르가 탑정(72)으로서 회수되고, 1-부텐은 탑저 생성물(74)로서 회수될 수 있는 1-부텐 경질물 컬럼(70)으로 공급될 수 있고, 이는(탑저 생성물은) 90, 95, 98 또는 99 wt% 초과의 1-부텐 농도를 가지는 것과 같은 고순도 1-부텐 스트림일 수 있다.
90, 95, 98, 또는 99 wt% 초과의 이소부탄 농도를 가지는 것과 같은 고순도 이소부탄 스트림을 회수하기 위하여, 반응 트레인(2)로부터의 이소부탄, 및 상대적으로 높은 이소부탄 농도를 가지는 혼합 C4 스트림(34)을 함유하는 탑정 스트림(72)은 분리 시스템으로 공급될 수 있다. 이소부탄 회수 시스템은, 존재하는 n-부탄 및 2-부텐으로부터 이소부탄을 분리하는, 탈이소부탄화기 컬럼(deisobutanizer column)(80)을 포함할 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 존재하는 임의의 1-부텐을 2-부텐으로 이성질화하기 위하여, 반응 구역(업스트림 또는 탈이소부탄화기 컬럼(80) 내, 미도시)이 제공될 수 있다. 탈이소부탄화기 컬럼(80)은, n-부탄 및 2-부텐을 포함하는 중질물 C4 스트림(82), 및 이소부탄을 함유하는 탑정 스트림(84)을 생성할 수 있다. 그리고 나서, 탑정 스트림(84)은, 존재하는 임의의 디메틸 에테르로부터 이소부탄이 분리될 수 있는 DME 경질물 컬럼(90)으로 공급될 수 있다. 경질물/DME는 탑정(92)으로서 회수될 수 있고, 이소부탄은 탑저 생성물(94)로서 회수될 수 있으며, 이는(탑저 생성물은) 고순도 이소부탄 스트림일 수 있다.
원하는 경우, 추가의 공정 또는 회수를 위하여, n-부탄 및 2-부텐을 포함하는 중질물 C4 스트림(62, 82)은 중질물 C4 생성물 스트림(95)으로서 결합될 수 있다. 예를 들어, n-부탄 및 2-부텐은 분리되어, 고순도 2-부텐 스트림을 제공할 수 있다.
일부 구현예에 있어서, 전술한 바와 같이, 이합체화를 통하여 또는 에테르화를 통하여 이소부텐의 초기 분리가 될 수 있다. 도 2 및 3은 이합체화를 통하여 이소부텐이 분리되는 시스템의 단순화된 공정 흐름도를 보여준다. 두 시스템 모두 유사한 최종 결과를 달성하고, 유사한 반응기를 포함할 수 있지만, 공급물 조성이 다르기 때문에 개별 트레인은 예상되는 특정 공급물 조성 또는 조성 범위에 대하여 최적화될 수 있다.
이제, 도 2를 참조하면, 반응 트레인 1(높은 이소부탄 함량)의 단순화된 공정 흐름도가 예시된다. 혼합 C4 스트림(10) 및 메탄올(13)은 이소부텐을 이소부텐 이량체로 전환하기 위한 선택적 이합체화 촉매를 각각 함유하는 이합체화 반응기(101, 103)으로 공급될 수 있다. 이소부텐의 추가 전환을 위하여, 제1 이합체화 반응기(101)로부터의 유출물(104)은 제2 이합체화 반응기(103)로 공급될 수 있다. 그리고 나서, 이소부텐의 추가 전환 동안 원하는 이량체 및 임의의 중질 함산소 부산물로부터 반응되지 않은 경질물 C4 성분을 동시에 분리하기 위하여, 제2 이합체화 반응기로부터의 유출물(106)은 촉매 증류 컬럼(108)로 공급될 수 있다. 필요에 따라, 추가의 메탄올(109)이 촉매 증류 컬럼(108)으로 추가될 수 있다. 상기 경질물 C4 성분은 탑정 분획(110)으로서 회수될 수 있는 반면, 이량체 및 중질 부산물은 탑저 분획(112)으로서 회수될 수 있다.
탑정 분획(110)은 다른 성분들 중에서 이소부탄, 1-부텐, 2-부텐, 및 메탄올을 포함할 수 있다. 그리고 나서, C4 탄화수소로부터 메탄올의 분리를 위하여, 탑정 분획(110)은 수세 컬럼(120)으로 공급될 수 있다. 수세(121)는 수세 컬럼(120)의 정상을 향하여 공급될 수 있고, 메탄올을 제거하기 위하여 C4 탄화수소와 역류 흐름으로 접촉될 수 있다. 상기 C4 탄화수소는 탑정 분획(122)으로서 수세 컬럼(120)으로부터 회수될 수 있고, 메탄올/물 혼합물은 탑저 분획(124)로서 회수될 수 있다.
이제 도 3을 참조하면, 반응 트레인 2(높은 이소부텐 함량)의 단순화된 공정 흐름도가 예시된다. 혼합 C4 스트림(20) 및 메탄올(23)은, 이소부텐을 이소부텐 이량체로 전환하기 위한 선택적인 이합체화 촉매를 함유하는 제1 이합체화 반응기(201)로 공급될 수 있다. C4 기준으로 공급물 스트림(20)에 비하여 이소부텐이 더 희박할 수 있는, 미반응된 C4 성분(208)으로부터 이량체(206)를 분리하기 위하여, 제1 이합체화 반응기(201)로부터의 유출액(202)은 탈부탄화기 컬럼(debutanizer column)(204)으로 공급될 수 있다.
그리고 나서, 이소부텐의 추가 전환을 위하여, 탑정 분획(208)(미반응된 C4s)은 제2 이합체화 반응기(210)으로 공급될 수 있다. 그리고 나서, 이소부텐의 추가 전환 동안 원하는 이량체 및 임의의 중질 함산소 부산물로부터 반응되지 않은 경질물 C4 성분을 동시에 분리하기 위하여, 상기 제2 이합체화 반응기로부터의 유출액(212)은 촉매 증류 컬럼(216)으로 공급될 수 있다. 필요에 따라, 추가의 메탄올(218)이 촉매 증류 컬럼(108)으로 추가될 수 있다. 상기 경질물 C4 성분은 탑정 분획(220)으로서 회수될 수 있는 반면, 이량체 및 중질 부산물은 탑저 분획(122)으로서 회수될 수 있다.
탑정 분획(220)은 다른 성분들 중에서 이소부탄, 1-부텐, 2-부텐, 및 메탄올을 포함할 수 있다. 그리고 나서, C4 탄화수소로부터 메탄올의 분리를 위하여, 탑정 분획(220)은 수세 컬럼(230)으로 공급될 수 있다. 수세(232)는 수세 컬럼(230)의 정상을 향하여 공급될 수 있고, 메탄올을 제거하기 위하여 C4 탄화수소와 역류 흐름으로 접촉될 수 있다. 상기 C4 탄화수소는 탑정 분획(234)으로서 수세 컬럼(230)으로부터 회수될 수 있고, 메탄올/물 혼합물은 탑저 분획(236)로서 회수될 수 있다.
그리고 나서, 메탄올/물 스트림(124(도 2), 236)은 결합될 수 있고, 공통 메탄올 회수 시스템(250)으로 공급될 수 있다. 메탄올 회수 시스템(250)은 메탄올로부터 물을 분리하기 위한 증류(distillative) 및/또는 막분리를 포함할 수 있다. 예시된 바와 같이, 물/메탄올 혼합물의 증류는 탑저 물 스트림(260) 및 탑정 메탄올 스트림(262)을 생성할 수 있다. 탑저 물 스트림(260)에서의 물은 스트림(232, 121)을 통하여 수세 컬럼(230, 120(도 2))으로 반송될 수 있는 반면, 스트림(262)에서의 메탄올은 스트림(13, 23)을 통하여 원하는 바와 같이 다양한 반응기(201, 210, 216, 101, 103, 108)로 공급될 수 있다.
일부 구현예에 있어서, 추가 처리를 위하여, 이량체 및 임의의 중질 함산소 부산물을 포함하는 중질물 스트림(208, 222, 124(도 2))은 결합될 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 이량체 분획(282) 및 중질 함산소 분획(284)의 회수를 위하여, 상기 중질물 스트림은 증류 컬럼(280)에서 결합되고 분리될 수 있고, 이들 각각은 추가 처리 및/또는 연료 블랜딩(예를 들어 가솔린, 디젤 등)에 이용될 수 있다.
반응기를 통하여 이소부텐의 제거 및 개별 반응기 트레인 내의 개별 라피네이트-2 스트림의 생성하고 나서, 원하는 이소부탄 및 1-부텐 생성물 스트림의 결과를 위하여 혼합 C4s는 분리될 수 있다. 도 4는 본 명세서의 일부 구현예에 따른, 통합된 이소부탄 및 1-부텐 정제 구역을 예시한다.
고순도 1-부텐 스트림을 회수하기 위하여, 상대적으로 높은 1-부텐 농도를 가지는 혼합 C4 스트림(234)은 분리 시스템으로 공급될 수 있다. 1-부텐 회수 시스템은, 존재하는 n-부탄 및 2-부텐으로부터 1-부텐을 분리하는, 중질물 컬럼(300)을 포함할 수 있다. 중질물 컬럼(300)은, n-부탄 및 2-부텐을 포함하는 중질물 C4 스트림(302), 및 이소부탄 및 1-부텐을 함유하는 탑정 스트림(304)을 생성할 수 있다. 그리고 나서, 탑정 스트림(304)은, 존재하는 이소부탄 및 임의의 디메틸 에테르가 탑정(312)으로서 회수될 수 있고, 1-부텐이 고순도 1-부텐 스트림일 수 있는 탑저 생성물(314)로서 회수될 수 있는, 1-부텐 경질물 컬럼(310)으로 공급될 수 있다.
고순도 이소부탄 스트림을 회수하기 위하여, 반응 트레인 2로부터의 이소부탄을 함유하는 탑정 스트림(312), 및 상대적으로 높은 이소부탄 농도를 가지는 혼합 C4 스트림(122)은 분리 시스템으로 공급될 수 있다. 이소부탄 회수 시스템은, 존재하는 n-부탄 및 2-부텐으로부터 이소부탄을 분리하는, 탈이소부탄화기 컬럼(330)을 포함할 수 있다. 탈이소부탄화기 컬럼(330)은 n-부탄 및 2-부텐을 포함하는 중질물 C4 스트림(332), 및 이소부탄을 함유하는 탑정 스트림(334)을 생성할 수 있다. 그리고 나서, 탑정 스트림(334)은, 존재하는 임의의 디메틸 에테르로부터 이소부탄이 분리될 수 있는, DME 경질물 컬럼(340)으로 공급될 수 있다. 경질물/DME는 탑정(342)으로서 회수될 수 있고, 이소부탄은 고순도 이소부탄 스트림일 수 있는 탑저 생성물(344)로서 회수될 수 있다. n-부탄 및 2-부텐을 포함하는 중질물 C4 스트림(302, 332)은 중질물 C4 생성물 스트림(350)으로서 결합될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 명세서의 구형예들은 상이한 조성을 가지는 다양한 혼합 C4 공급물 스트림으로부터 이소부탄 및 1-부텐 생성물을 효과적으로 생성하기 위하여 이용될 수 있다.
일부 구현예에 있어서, 각각의 반응 트레인으로의 공급물은 전처리를 거칠 수 있다. 하기 기술되는 바와 같이, 두 반응 트레인을 통합하는 일부 공통 시스템과 함께, 제1 반응 트레인은 높은 이소부탄 함량의 C4 스트림의 처리를 위하여 이용될 수 있고, 제2 반응 트레인은 낮은 이소부탄 함량의 C4 스트림의 처리를 위하여 이용될 수 있다. 하기 기술되는 바와 같이 FCC 또는 RFCC 스트림과 같은 높은 이소부탄 함량의 스트림은 트레인 1(Train 1)로 공급될 것인 반면, 하기 기술되는 바와 같이 증기 분해기 C4 스트림과 같은 낮은 이소부탄 함량의 스트림은 트레인 2(Train 2)로 공급될 것이다.
트레인 1 공급물 전처리
FCC/RFCC C4s는 제1 전처리 시스템에서 공급물 전처리(feed pre-treatment)를 거칠 수 있다. LPG 플랜트와 같은 업스트림 플랜트로부터의 불포화 혼합 C4 공급원료는 여과되고 나서, 유동 제어 하에 탈염 세척수의 역류 흐름을 이용하여 수세 컬럼에서 세척되어, 니트릴과 같은 수용성 불순물의 대부분을 제거할 수 있다. 상기 수세 컬럼의 정상은 메쉬 패드가 장착되어, 임의의 미분리된 물을 합치고 제거할 수 있다. 상기 컬럼의 바닥으로부터의 사용된 세척수는 정제소 폐수 시스템에서의 처리를 위하여 보내질 수 있다.
그리고 나서, 세척된 혼합 C4s는 상기 수세 컬럼으로부터 오버헤드로 취하여지고, 압력 제어 하에서 트레인 1 C4 공급물 서지 드럼으로 보내질 수 있다. 또한, 상기 서지 드럼은 코어레서(coalescer) 및 워터 부트(water boot)가 장착되어, 미사용 물(free water)의 임의의 흔적을 제거할 수 있다. 소량의 비응축성 증기가 상기 서지 드럼 내에 축적되는 경우, 관련 질소 퍼지(associated nitrogen purge)를 수반한 압력 배출 시스템이 제공되어, 이들 증기를 플레어로 희석하고 배출할 수 있다. 그리고 나서, 세척된 C4 공급원료는 상기 서지 드럼으로부터 펌핑되고, 트레인 1 1차 반응기로 보내질 수 있다.
트레인 2 공급물 전처리
또한, 증기 분해기 C4s, 또는 업스트림 부타디엔 플랜트로부터의 라피네이트-1 C4 공급원료와 같은 C4s는 공급물 전처리를 거칠 수 있다. 업스트림 BD 플랜트로부터의 불포화 라피네이트-1 C4 공급원료는 여과되고 나서, 유동 제어 하에 탈염 세척수의 역류 흐름을 이용하여 수세 컬럼에서 세척되어, 니트릴과 같은 수용성 불순물의 대부분을 제거할 수 있다. 상기 수세 컬럼의 정상은 메쉬 패드가 장착되어, 임의의 미분리된 물을 합치고 제거할 수 있다. 상기 컬럼의 바닥으로부터의 사용된 세척수는 추가의 처리를 위하여 폐수 시스템으로 보내질 수 있다.
세척된 혼합 C4s는 상기 수세 컬럼으로부터 오버헤드로 취하여지고, 압력 제어 하에서 트레인 2 C4 공급물 서지 드럼으로 보내질 수 있다. 또한, 상기 서지 드럼은 코어레서(coalescer) 및 워터 부트(water boot)가 장착되어, 미사용 물(free water)의 임의의 흔적을 제거할 수 있다. 소량의 비응축성 증기가 상기 서지 드럼 내에 축적되는 경우, 관련 질소 퍼지(associated nitrogen purge)를 수반한 압력 배출 시스템이 제공되어, 이들 증기를 플레어로 희석하고 배출할 수 있다. 그리고 나서, 세척된 C4 공급원료는 상기 서지 드럼으로부터 펌핑되고, 트레인 2 1차 반응기로 보내질 수 있다.
FCC/RFCC 반응 시스템
일부 구현예에 있어서, 상기 FCC/RFCC 반응 시스템은, 메탄올과의 반응을 통하여, 이소부텐의 메틸 3차 부틸 에테르로의 선택적 전환을 위한 반응기를 포함한다. 다른 구현예에 있어서, 상기 FCC/RFCC 반응 시스템은 이소-옥텐을 형성하기 위한 이소부텐의 선택적 이합체화를 위한 반응기를 포함하고, 여기서 메탄올과 같은 함산소물이 선택제로서 이용될 수 있다.
예를 들어, 상기 트레인 1 C4 공급물 서지 드럼으로부터 처리된 혼합 C4 올레핀 공급물은 재활용 함산소물 및 신규 및 재활용 메탄올(선택제)과 혼합될 수 있고, 1차 템퍼드(tempered) 수냉 관형 반응기(WCTR, Water-Cooled-Tubular-Reactor)와 같은, 이합체화 반응기로 공급될 수 있다. 혼합된 공급물 스트림은 저압(LP, low pressure) 증기 예열기(preheater)에 의하여 예열될 수 있다. 그리고 나서, 상기 공정 흐름은 WCTR의 촉매로 채워진 관 측면(catalyst-filled tube side)을 통과한다.
이소-옥텐으로의 이소부틸렌 이합체화는 상대적으로 낮은 온도 조건 하에 1차 DIB(디-이소부틸렌) WCTR에서 수행된다. WCTR의 쉘 측(shell side)에 제공된 폐-루프 템퍼드 워터 시스템(closed-loop tempered water system)에 의하여 반응열은 제거될 수 있다.
트레인 1 탈부탄화기 컬럼
그리고 나서, 1차 WCTR으로부터의 유출액은 압력 제어 하에 탈부탄화기 컬럼으로 공급될 수 있다. 탈부탄화기에 진입하기 전에, 상기 유출액은 탈부탄화기 컬럼 공급물/기저액(bottoms) 교환기를 통하여 가열될 수 있다.
상기 탈부탄화기로부터의 탑정 증기(주로 C4s 및 메탄올)는 냉각, 응축되고, 응축액은 탈부탄화기 컬럼 탑정 드럼(Debutanizer Column Overhead Drum)에 수집된다. 상기 탑정 드럼으로부터의 증류액은 상기 드럼으로부터 레벨 제어 하에 펌핑된다. 상기 증류액의 일부분은 환류로서 상기 탈부탄화기 컬럼으로 반송되고, 순 증류액 유동(net distillate flow)은 LP 증기 예열기를 통하여 예열되고 나서 2차 WCTR 반응기로 보내질 수 있다.
탈부탄화기 탑저 스트림(debutanizer bottoms stream)은 탈부탄화기 공급물/기저액 교환기를 통하여 냉각되고 나서, 하기 추가로 논의되는 스플리터 컬럼으로 보내진다.
트레인 1 2차 DIB(디-이소부틸렌) 반응기
상기 탈부탄화기 컬럼으로부터의 증류액 스트림은 함산소물 재순환(oxygenate recycle)과 결합되고, 공급물 냉각기(Feed Cooler)를 통하여 냉각되고, 2차 수냉 관형 반응기(WCTR, Water Cooled Tube Reactor)의 유입구로 공급되어 이소-옥텐 및 기타 C8 올레핀으로의 이소부틸렌의 추가 전환을 가능하게 한다. 상기 이소부틸렌 이합체화는 저온 조건 하에 상기 2차 WCTR에서 다시 수행된다. 또한, 템퍼드 워터 시스템을 이용한 반응기의 쉘 측(shell side)을 통한 물의 순환에 의하여 반응열은 제거된다.
트레인 1 CD 반응 컬럼
상기 2차 WCTR으로부터의 유출액은, CD 반응 컬럼 공급물/기저액(bottoms) 교환기를 통하여, CD 반응 컬럼으로 유동한다. 상기 CD 반응 컬럼은 기존의 증류 컬럼과 유사한 방식으로 작동하고, 외부 재비등기 및 탑정 응축기(overhead condenser)가 장착된다. 또한, 상기 CD 반응 컬럼은 공급물 유입 노즐의 상부 및 하부에 트레이를 함유한다. (촉매를 함유한 촉매 지지체가 구조화된) CD모듈(CDModules)은 또한 상기 공급물 노즐 상부의 베드에 위치한다. 상기 CD모듈은 반응 및 동시 증류를 모두 용이하게 하고, MTBE 및 다른 함산소물과 함께 미반응 C4 탄화수소로부터 반응 생성물 및 중질물 탄화수소(C8+)를 분리한다.
기타 C4 탄화수소와 함께, 미반응 이소부틸렌은, 이소부틸렌의 전환을 위하여 공급 지점으로부터 상기 CD모듈 내부의 반응 구역으로 상기 CD 반응 컬럼을 통하여 증류된다. 미반응 C4 탄화수소는, 공급물 내의 과잉 메탄올 및 경질 불순물과 함께, 탑정 증류액으로서 상기 컬럼을 떠난다.
상기 증류액은 냉각, 응축되고, 응축액은 CD 반응 컬럼 탑정 드럼(CD Reaction Column Overhead Drum)에 수집된다. 상기 탑정 드럼으로부터의 증류액은 상기 드럼으로부터 레벨 제어 하에 펌핑된다. 상기 증류액의 일부분은 환류로서 CD 반응 컬럼으로 반송되고, 그리고 나서 순 증류액 유동(net distillate flow)은 냉각되고, 과잉 메탄올의 분리를 위한 트레인 1 메탄올 추출 컬럼으로 보내진다.
이소-옥텐(DIB), C8 올레핀, 기타 중질 탄화수소는 함산소물과 함께 기저액 생성물(bottoms product)로서 상기 CD 반응 컬럼을 떠난다. 상기 기저액 생성물은 상기 CD 반응 컬럼 공급물/기저액 교환기를 통하여 냉각되고 나서, 상기 함산소물의 분리 및 회수를 위하여 DIB/MTBE 스플리터 컬럼으로 보내져 메인 반응기 구역에서 선택제로서 이용된다. DIB/MTBE 스플리터의 탑정으로부터 퍼지된 임의의 함산소물은 모터 가솔린(Mogas) 풀에서의 블랜딩을 위하여 OSBL로 보내진다.
반응기 트레인 2
일부 구현예에 있어서, 증기 분해기 C4 반응 시스템은, 메탄올과의 반응을 통하여, 이소부텐의 메틸 3차 부틸 에테르로의 선택적 전환을 위한 반응기를 포함한다. 다른 구현예에 있어서, FCC/RFCC 반응 시스템은 이소-옥텐을 형성하기 위한 이소부텐의 선택적 이합체화를 위한 반응기를 포함하고, 여기서 메탄올과 같은 함산소물이 선택제로서 이용될 수 있다.
이량체를 생산할 때, 트레인 2는 1차 DIB(디-이소부틸렌) 반응기를 포함할 수 있다. 트레인 2 C4 공급물 서지 드럼으로부터의 처리된 혼합 C4 올레핀 공급물(라피네이트-1)는 재활용 함산소물 및 새로운 메탄올 및 재활용 메탄올(선택제)와 혼합될 수 있다. 1차 템퍼드(tempered) 수냉 관형 반응기(WCTR)에 진입하기에 앞서, 혼합된 공급물 스트림은 LP 증기 예열기에 의하여 예열될 수 있다. 그리고 나서, 상기 공정 유체는 상기 WCTR의 촉매로 채워진 관 측면(catalyst-filled tube side)을 통과한다.
이소-옥텐으로의 이소부틸렌 이합체화는 상대적으로 낮은 온도 조건 하에 1차 DIB(디-이소부틸렌) WCTR에서 수행된다. WCTR의 쉘 측(shell side)에 제공된 폐-루프 템퍼드 워터 시스템(closed-loop tempered water system)에 의하여 반응열은 제거될 수 있다.
트레인 2 탈부탄화기 컬럼
그리고 나서, 트레인 2 1차 WCTR으로부터의 유출액은 압력 제어 하에 트레인 2 탈부탄화기 컬럼으로 공급된다. 탈부탄화기에 진입하기 전에, 상기 유출액은 탈부탄화기 컬럼 공급물/기저액(bottoms) 교환기를 통하여 가열될 수 있다.
상기 탈부탄화기로부터의 탑정 증기(주로 C4s 및 메탄올)는 냉각, 응축되고, 응축액은 탈부탄화기 컬럼 탑정 드럼(Debutanizer Column Overhead Drum)에 수집된다. 상기 탑정 드럼으로부터의 증류액은 상기 드럼으로부터 레벨 제어 하에 펌핑된다. 상기 증류액의 일부분은 환류로서 상기 탈부탄화기 컬럼으로 반송되고, 순 증류액 유동(net distillate flow)은 LP 증기 예열기를 통하여 예열되고 나서 2차 WCTR 반응기로 보내질 수 있다. 트레인 2 탈부탄화기 탑저 스트림(debutanizer bottoms stream)은 탈부탄화기 공급물/기저액 교환기를 통하여 냉각되고 나서, 유동 제어 하에 MTBE/DIB 스플리터 컬럼으로 보내진다.
트레인 2 2차 DIB(디-이소부틸렌) 반응기
상기 트레인 2 탈부탄화기 컬럼으로부터의 증류액 스트림은 함산소물 재순환(oxygenate recycle)과 결합되고, 트레인 2 2차 수냉 관형 반응기(WCTR)의 유입구로 공급되어 이소-옥텐 및 기타 C8 올레핀으로의 이소부틸렌의 추가 전환을 가능하게 한다. 상기 이소부틸렌 이합체화는 저온 제어 하에 상기 2차 WCTR에서 다시 수행된다.
트레인 2 MTBE CD 반응 컬럼(CD하이드로 기능 포함)
CD 반응 컬럼 공급물/기저액 교환기를 통하여, 상기 2차 WCTR로부터의 유출액은 트레인 2 CD 반응 컬럼으로 유동한다. 상기 CD 반응 컬럼은 기존의 증류 컬럼과 유사한 방식으로 작동하고, 외부 재비등기 및 탑정 응축기(overhead condenser)가 장착된다. 또한, 상기 CD 반응 컬럼은 공급물 유입 노즐의 상부 및 하부에 트레이를 함유한다. (촉매를 함유한 촉매 지지체가 구조화된) CD모듈(CDModules)은 또한 상기 공급물 노즐 상부의 베드에 위치한다.
상기 트레인 2 CD 반응 컬럼 내의 CD모듈은 반응(선택적 수소 첨가 및 이소부틸렌 이합체화) 및 동시 증류를 모두 용이하게 하고, MTBE 및 기타 함산소물과 함께 미반응 C4 탄화수소로부터 반응 생성물 및 중질물 탄화수소(C8+)를 분리한다.
트레인 2의 경우, 상기 CD 반응 컬럼은 2가지 유형의 CD모듈이 장착된다. 제1 유형의 CD모듈은 C8s로의 이소부틸렌의 지속적인 이량체화를 지원하는 촉매를 제공한다. 제2 유형의 CD 모듈은 부타이엔을 선택적으로 수소화하는 촉매를 제공한다. 이들 CD모듈은 독특한(exclusive) CD하이드로 기능(CDHydro functionality)을 제공한다. 또한, 수소 첨가는 상기 CD 반응 컬럼으로 소량의 새로운 수소 주입을 요구한다.
상기 CD하이드로 구역에서 3가지 유형의 화학 반응이 일어난다: n-부텐으로의 부타디엔의 수소 첨가, 1-부텐 및 2-부텐 간의 n-부텐의 하이드로-이성질화, 및 올레핀 포화(saturation). 올레핀 포화는 높은 선택적 촉매를 이용하고 상기 올레핀과 관련된 부타디엔의 높은 반응성에 의하여 최소화될 수 있다.
선택적 수소 첨가는 발열 공정이므로, 상기 반응기 전체에 걸쳐 온도 상승을 야기한다. 반응열은 상기 CD모듈을 통하여 아래쪽으로 이동할 때 CD 컬럼 환류에 의하여 흡수된다.
기타 C4 탄화수소와 함께, 미반응 이소부틸렌과 부타디엔은, 이소부틸렌의 전환 및 다이엔의 포화를 위하여 컬럼 공급 지점(column feed point)으로부터 CD모듈 내부의 반응 구역으로 상기 CD 반응 컬럼을 통하여 증류된다. 미반응 C4 탄화수소는, 공급물 내의 과잉 메탄올 및 경질 불순물과 함께, 탑정 증류액으로서 상기 컬럼으로부터 회수된다.
상기 증류액은 냉각, 응축되고, 응축액은 트레인 2 CD 반응 컬럼 탑정 드럼에 수집된다. 상기 탑정 드럼으로부터의 증류액은 상기 드럼으로부터 레벨 제어 하에 펌핑된다. 상기 증류액의 일부분은 환류로서 CD 반응 컬럼으로 반송되고, 그리고 나서 순 증류액 유동(net distillate flow)은 냉각되고, 과잉 메탄올의 분리를 위한 메탄올 추출 컬럼으로 보내진다. 비-응축성 물질(Non-condensables)은 원격 HC 밸브를 이용하여 상기 탑정 드럼으로부터 배출된다.
이소-옥텐(DIB, 이량체8(dimer8)), C8 올레핀, 기타 중질 탄화수소는 함산소물과 함께 기저액 생성물(bottoms product)로서 상기 CD 반응 컬럼을 떠난다. 상기 기저액 생성물은 상기 CD 반응 컬럼 공급물/기저액 교환기를 통하여 냉각되고 나서, 상기 함산소물의 분리 및 회수를 위하여 DIB/MTBE 스플리터 컬럼으로 보내어져 메인 반응기 구역에서 선택제로서 이용된다. DIB/MTBE 스플리터의 탑정으로부터 퍼지된 함산소물의 일부는 모터 가솔린(Mogas) 풀에서의 블랜딩을 위하여 보내질 수 있다.
이량체8 공통 메탄올 회수 구역(반응 트레인 1 & 2)
(C4 탄화수소 및 메탄올의 혼합물을 함유하는) 트레인 1 & 2 내의 CD 반응 컬럼으로부터의 C8 증류액 스트림은, 전술한 바와 같이, 트레인 1 및 트레인 2 메탄올 추출 컬럼에서 먼저 별도로 처리된다. 역류 탈염수 유동을 이용하여 각각의 C8 증류액 스트림으로부터 메탄올이 세척될 수 있다. 상기 메탄올 추출 컬럼은 각각 물의 잔류(carry-over)를 방지하기 위하여 상기 컬럼의 정상에 메쉬 패드가 장착될 수 있다. 개별 라피네이트-2 스트림을 제공하기 위하여, 세척된 C8 탄화수소는 트레인 1 & 2 각각으로부터 정상(overhead)으로 취한다.
그리고 나서, 트레인 1 메탄올 추출 컬럼으로부터의 세척된 라피네이트-2는 이소부탄 정제 구역으로 공급된다. 그리고 나서, 트레인 2 메탄올 추출 컬럼으로부터의 세척된 라피네이트-2는 1-부텐 회수 및 정제 구역으로 공급된다.
그리고 나서, 상기 트레인 1 및 트레인 2 메탄올 추출 컬럼으로부터의 수상의 추출물(기저액) 스트림은 결합되고, 증류에 의한 메탄올과 물 모두의 분리를 위하여 상기 공통 메탄올 회수 컬럼으로 보내진다. 상기 공통 메탄올 회수 컬럼으로부터의 탑정 증기는 냉각, 응축되고, 응축액은 상기 메탄올 회수 컬럼 탑정 드럼에서 수집된다. 상기 탑정 드럼으로부터의 증류액은 상기 드럼으로부터 레벨 제어 하에 펌핑된다. 상기 증류액의 일부는 환류로서 메탄올 분리 컬럼으로 반송되고, 순 증류액 유동(정제된 메탄올)은 반응 트레인 1 및 트레인 2 1차 및 2차 반응기 및 CD 반응 컬럼으로 되돌려져 재활용된다. 또한, 새로운 보충(make-up) 메탄올은 상기 탑정 드럼에 추가된다. 상기 메탄올 회수 컬럼 기저액으로부터의 세척액은 재이용을 위하여 트레인 1 및 트레인 2 메탄올 추출 컬럼으로 되돌려져 재활용된다.
공통 이량체8 DIB/함산소 스플리터 컬럼
이량체8 반응 트레인 1 및 트레인 2 탈부탄화기 및 CD 반응 컬럼으로부터의 기저액(bottoms) 스트림은, 상기 DIB/함산소 스플리터 컬럼(DIB/Oxygenate Splitter Column)에서 제거되는 TBA, MTBE, MSBE 및 C9 에테르와 같은 함산소물을 함유할 수 있다. 트레인 1 및 트레인 2로부터의 이들 기저액 스트림은 결합되고, 단일 DIB/함산소 스플리터 컬럼으로 공급된다.
상기 DIB/함산소 컬럼에 있어서, 보다 경질의 함산소물(MTBE, MSBE 및 TBA)의 대부분은 증기상으로 위쪽으로 증류되고 나서, 탑정에서 응축된다. 탑정 증기는 스플리터 응축기에서 수냉, 응축되고, 응축액은 함산소/DIB 탑정 드럼에서 수집된다.
상기 탑정 드럼으로부터의 증류액은 펌핑되고, 상기 증류액의 일부는 환류로서 MTBE/DIB 스플리터 컬럼으로 반송된다. 상기 컬럼으로부터의 함산소 퍼지의 대부분은 다시 펌핑되고, 단위 공급원료(unit feedstock)와 혼합되어 이량체8 반응 트레인 1 및 트레인 2 1차 및 2차 반응기에서 선택제로서 이용된다. 상기 증류액의 더 작은 부분은 모터 가솔린(Mogas) 풀에서의 블랜딩을 위하여 함산소 퍼지(oxygenate purge)로서 보내진다. 스플리터 기저액 스트림은 이소-옥텐(DIB), 기타 C8 올레핀, C12, C16 및 C9 에테르로 구성된다. 그리고 나서, 기저액 스트림은 이소-옥탄 생성물을 제공하기 위하여 C8 포화 구역으로 보내진다.
공통 이소-옥텐 포화
원하는 경우, 상기 스플리터 기저액 스트림으로부터 회수된 이소-옥텐은 이소-옥탄 형태로 수소화될 수 있다.
이소부탄 정제(트레인 1로부터의 라피네이트-2)
반응 트레인 1로부터의 라피네이트-2 스트림은 B1 경질물 컬럼으로부터의 탑정 생성물과 결합되고(하기 1-부텐 분리 유닛에서의 공정 서술 참조), 이소부탄 정제 구역으로 보내진다.
결합된 라피네이트-2 공급원료는 먼제 탈이소부탄화기 컬럼으로 공급된다. 상기 탈이소부탄화기는 상기 라피네이트 2 내의 나머지 C4s로부터 이소부탄 및 경질 탄화수소를 제거하는 데에 기여한다. 그리고 나서, 상기 탈이소부탄화기 컬럼으로부터의 순 응축액 유동은 DME 경질물 컬럼으로 공급된다. 상기 DME 경질물 컬럼으로부터의 기저액 스트림은 기저액 생성물로서 회수되고, 이는 2-부텐 및 n-부탄을 포함할 수 있다.
DME 경질물 컬럼
그리고 나서, 상기 탈이소부탄화기 컬럼으로부터의 순 탑정 유동(net overhead flow)은 DME 경질물 컬럼으로 공급된다. 상기 DME 경질물 컬럼은 고순도 이소부탄 생성물로부터 경질 함산소물(예를 들어 DME) 및 기타 경질 탄화수소를 제거하는 데에 기여한다. 상기 탈이소부탄화기 컬럼 탑정 유동은 DME 경질물 컬럼 공급물/유출액 교환기를 통하여 예열되고 나서, 상기 DME 경질물 컬럼으로 공급될 수 있다.
상기 DME 경질물 컬럼으로부터의 탑정 증기는 냉각, 응축되고, 응축액은 DME 경질물 컬럼 탑정 드럼에서 수집된다. 상기 증류액의 일부는 환류로서 상기 DME 경질물 컬럼으로 반송되고, 순 증류액 유동(DME 및 기타 경질 탄화수소)는 DME 경질물 생성물로서 회수된다.
상기 DME 경질물 컬럼으로부터의 기저액 유동은 DME 경질물 컬럼 공급물/유출액 교환기를 통하여 냉각되고, 이소부탄 생성물 냉각기를 통하여 추가 냉각되고 나서, 고순도 이소부탄 생성물로서 배터리 리밋(Battery Limits)으로 보내진다. 일부 구현예에 있어서, 회수된 이소부탄 스트림은 적어도 99 wt%의 순도를 가질 수 있다. 다른 구현예에 있어서, 상기 회수된 이소부탄 스트림은 99.2 wt% 초과, 99.3 wt% 초과, 99.4 wt% 초과, 또는 심지어 99.5 wt% 초과의 순도를 가질 수 있다.
1-부텐 분리(트레인 2로부터의 라피네이트-2)
라피네이트-2 공급물의 나머지로부터 부텐-1 생성물을 분리 및 정제하기 위하여, 반응 트레인 2로부터의 라피네이트-2는 결합된 B1 중질물 및 B1 경질물 컬럼으로 공급된다. 이량체8 반응 트레인 1로부터의 라피네이트-2는 먼저 B1 중질물 컬럼으로 공급된다.
상기 B1 중질물 컬럼으로부터의 압축된 탑정 스트림은 상기 B1 중질물 컬럼용 재비등기를 통하여 부분적으로 응축되고 나서, 응축액은 냉각되고, 상기 B1 중질물 컬럼 환류 드럼에서 수집된다. 상기 환류 드럼으로부터의 응축액은 펌핑되고, 상기 응축액의 일부는 환류로서 상기 B1 중질물 컬럼으로 반송된다. 그리고 나서, 순 응축액 유동은 상기 B1 경질물 컬럼으로 공급된다.
B1 중질물 컬럼으로부터의 기저액 스트림은 배터리 리밋(Battery Limits)으로 펌핑되고 라피네이트-3 생성물을 제공한다.
경질물 컬럼 구역
1-부텐의 추가 분리 및 정제를 위하여, 상기 B1 중질물 컬럼 환류 드럼으로부터의 순 응축액 유동은 B1 경질물 컬럼 구역으로 펌핑된다. 상기 B1 경질물 컬럼으로부터의 압축된 탑정 스트림은 B1 경질물 컬럼의 재비등기를 통하여 부분적으로 응축되고 나서, B1 경질물 컬럼 환류 드럼에서 수냉되고 수집된다. 상기 환류 드럼으로부터의 응축액은 펌핑되고, 상기 응축액의 일부는 환류로서 상기 B1 경질물 컬럼으로 반송된다. 그리고 나서, 순(이소부탄 풍부) 응축액 유동은 전술한 바와 같이, 트레인 1으로부터의 라피네이트-2와 결합되고, 이소부탄 정제 구역에서 처리된다.
B1 경질물 컬럼으로부터의 기저액 스트림은 고순도 부텐-1 생성물이다. 일부 구현예에 있어서, 회수된 1-부텐 스트림은 적어도 99 wt%의 순도를 가질 수 있다. 다른 구현예에 있어서, 회수된 1-부텐 스트림은 99.2 wt% 초과, 99.3 wt% 초과, 99.4 wt% 초과, 또는 심지어 99.5 wt% 초과의 순도를 가질 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 명세서의 구현예들은 고순도 1-부텐 및 고순도 이소부탄 모두의 효율적인 공동-생산을 제공할 수 있다. 초기 혼합 C4 스트림의 조성은, 유리한 부분적인 공통 처리를 수반하여, 고순도 생성물을 제조하기 위하여 유리하게 활용된다. 반응 트레인 및 수세를 별도의 시스템으로서 유지하는 것은 고품질 및 고순도 이소부탄 및 1-부텐 스트림의 생산을 가능하게 한다.
본 명세서는 제한된 개수의 구현예를 포함하지만, 본 개시 내용의 이점을 가지는 당업자는 본 명세서의 범위를 벗어나지 않는 다른 구현예가 고안될 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 상기 범위는 첨부된 청구 범위에 의하여만 제한되어야 한다.

Claims (12)

  1. 고순도 이소부탄 및 고순도 1-부텐 스트림의 공동-생산을 위한 공정에 있어서,
    각각 이소부텐, 이소부탄, 1-부텐, 및 2-부텐을 포함하는, 제1 혼합 C4 스트림 및 제2 혼합 C4 스트림을 제공하는 단계로서, 상기 제1 혼합 C4 스트림은 상기 제2 혼합 스트림보다 더 높은 이소부탄 농도를 가지고;
    제1 반응 시스템에 함유된 이소부텐을 메틸 삼차 부틸 에테르 또는 이소부텐 이량체로 전환시키기 위하여, 반응물 또는 선택제로서, 상기 제1 혼합 C4 스트림 및 메탄올을 상기 제1 반응 시스템으로 공급하는 단계;
    제2 반응 시스템에 함유된 이소부텐을 메틸 삼차 부틸 에테르 또는 이소부텐 이량체로 전환시키기 위하여, 반응물 또는 선택제로서, 상기 제2 혼합 C4 스트림 및 메탄올을 상기 제2 반응 시스템으로 공급하는 단계;
    수세 시스템을 포함하는, 제1 분리 시스템 내의 상기 제1 반응 시스템으로부터 유출액을 분리하여, 1-부텐, 2-부텐, 이소부탄을 포함하는 제1 경질물 스트림, 제1 메탄올+물 스트림, 및 상기 메틸 3차 부틸 에테르 또는 상기 이소부텐 이량체를 포함하는 제1 중질물 스트림을 회수하는 단계;
    수세 시스템을 포함하는, 제2 분리 시스템 내의 상기 제2 반응 시스템으로부터 유출액을 분리하여, 1-부텐, 2-부텐, 및 이소부탄을 포함하는 제2 경질물 스트림, 제2 메탄올+물 스트림, 및 상기 메틸 3차 부틸 에테르 또는 상기 이소부텐 이량체를 포함하는 제2 중질물 스트림을 회수하는 단계;
    상기 제1 및 제2 메탄올+물 스트림을 메탄올 회수 시스템으로 공급하여, 상기 물로부터 메탄올을 분리하고, 상기 메탄올의 적어도 일부분을 상기 제1 및 제2 반응 시스템 모두 또는 이들 중 하나로 반송하는 단계;
    이소부탄 함유 스트림, 1-부텐 스트림, 및 n-부탄 및 2-부텐을 포함하는 제1 중질물 C4 스트림을 회수하기 위하여, 상기 제2 경질물 스트림을 분리 시스템으로 공급하는 단계;
    이소부탄 스트림 및 n-부탄 및 2-부텐을 포함하는 제2 중질물 C4 스트림을 회수하기 위하여, 상기 이소부탄 함유 스트림 및 상기 제1 경질물 스트림을 분리 시스템으로 공급하는 단계;를 포함하는, 공정.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 이소부탄 스트림으로부터 디메틸 에테르를 분리하는 단계를 더 포함하는, 공정.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 이소부탄 스트림은 적어도 99 wt%의 순도를 가지고, 상기 1-부텐 스트림은 적어도 99 wt%의 순도를 가지는 것인, 공정.
  4. 청구항 1에 있어서,
    탄화수소 스트림을 유동 접촉 분해 공정 또는 잔류물 유동 접촉 분해 공정으로 공급하고, 상기 제1 혼합 C4 스트림을 회수하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제1 혼합 C4 스트림은 적어도 20 wt%의 이소부탄 농도를 가지는 것인, 공정.
  5. 청구항 4에 있어서,
    탄화수소 스트림을 증기 분해 공정으로 공급하고, 상기 제2 혼합 C4 스트림을 회수하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제2 혼합 C4 스트림은 5 wt% 미만의 이소부탄 농도를 가지는 것인, 공정.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1 혼합 C4 스트림은 25 wt% 미만의 이소부텐 농도를 가지고, 상기 제2 혼합 C4 스트림은 적어도 30 wt%의 이소부텐 농도를 가지는 것인, 공정.
  7. 고순도 이소부탄 및 고순도 1-부텐 스트림의 공동-생산을 위한 시스템에 있어서,
    각각 이소부텐, 이소부탄, 1-부텐, 및 2-부텐을 포함하는, 제1 혼합 C4 스트림 및 제2 혼합 C4 스트림으로서, 상기 제1 혼합 C4 스트림은 상기 제2 혼합 C4 스트림보다 더 높은 이소부탄 농도를 가지고;
    제1 메탄올 스트림 및 제2 메탄올 스트림;
    상기 제1 혼합 C4 스트림 및 상기 제1 메탄올 스트림을 수용하고, 반응물 또는 선택제로서, 상기 제1 혼합 C4 스트림 및 메탄올을 반응시켜, 제1 반응 시스템에 함유된 이소부텐이 메틸 3차 부틸 에테르 또는 이소부텐 이량체로 전환되도록 구성된, 제1 반응 시스템;
    상기 제2 혼합 C4 스트림 및 상기 제2 메탄올 스트림을 수용하고, 반응물 또는 선택제로서, 상기 제2 혼합 C4 스트림 및 메탄올을 반응시켜, 제2 반응 시스템에 함유된 이소부텐이 메틸 3차 부틸 에테르 또는 이소부텐 이량체로 전환되도록 구성된, 제2 반응 시스템;
    상기 제1 반응 시스템으로부터 유출액을 분리하여, 1-부텐, 2-부텐, 이소부탄을 포함하는 제1 경질물 스트림, 제1 메탄올+물 스트림, 및 상기 메틸 3차 부틸 에테르 또는 상기 이소부텐 이량체를 포함하는 제1 중질물 스트림을 회수하기 위한, 수세 시스템을 포함하는, 제1 분리 시스템;
    상기 제2 반응 시스템으로부터 유출액을 분리하여, 1-부텐, 2-부텐, 및 이소부탄을 포함하는 제2 경질물 스트림, 제2 메탄올+물 스트림, 및 상기 메틸 3차 부틸 에테르 또는 상기 이소부텐 이량체를 포함하는 제2 중질물 스트림을 회수하기 위한, 수세 시스템을 포함하는, 제2 분리 시스템;
    상기 제1 및 제2 메탄올+물 스트림을 수용하여, 상기 물로부터 메탄올을 분리하기 위한 공통 메탄올 회수 시스템 및 상기 메탄올의 적어도 일부분을 상기 제1 및 제2 반응 시스템 모두 또는 이들 중 하나로 반송하기 위한 유동 라인;
    상기 제2 경질물 스트림을 회수하고, 이소부탄 함유 스트림, 1-부텐 스트림, 및 n-부탄 및 2-부텐을 포함하는 제1 중질물 C4 스트림을 회수하기 위한, 제1 경질물 분리 시스템;
    상기 제1 경질물 스트림을 회수하고, 이소부탄 스트림 및 n-부탄 및 2-부텐을 포함하는 제2 중질물 C4 스트림을 회수하기 위한, 제2 경질물 분리 시스템;을 포함하는, 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1 및 제2 중질물 C4 스트림을 혼합하기 위한 제1 혼합기, 및 상기 제1 및 제2 중질물 스트림을 혼합하기 위한 제2 혼합기를 더 포함하는, 시스템.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1 및 제2 반응 시스템 각각은 이소부텐 이량체를 생산하도록 구성된 것인, 시스템.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1 및 제2 반응 시스템 각각은 메틸 3차 부틸 에테르를 생산하도록 구성된 것인, 시스템.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1 반응 시스템은, 촉매 증류 반응기가 뒤따르는, 고정층 반응기, 또는 직렬 또는 병렬의 2 이상의 고정층 반응기를 포함하는 것인, 시스템.
  12. 청구항 7에 있어서,
    상기 제2 반응 시스템은, 촉매 증류 반응기가 뒤따르는, 고정층 반응기, 또는 직렬 또는 병렬의 2 이상의 고정층 반응기를 포함하는 것인, 시스템.
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