KR20050083353A - A novel process for recovering olefin monomers from polyolefin off-gases - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폴리올레핀 제조공정의 배가스로부터 올레핀 단량체를 회수하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배가스에 함유된 성분들의 확산선택도 차이를 이용하여 분리시키는 수소투과고분자 기체분리막, 융점을 이용하여 분리시키는 냉각기 및 용해선택도 차이를 이용하여 분리시키는 실록산계고분자 기체분리막으로 구성된 일련의 단일 공정으로, 종래 공정에서 사용되던 고가의 기체 냉각 장치나 농축된 모노머 가스 회수용 압축 펌프 등의 이용을 배제한 저에너지, 환경친화적 기술로 3성분계 이상을 효율적으로 분리·회수할 수 있는 폴리올레핀 제조공정의 배가스로부터 올레핀 단량체를 회수하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for recovering the olefin monomer from the exhaust gas of the polyolefin manufacturing process, more specifically, using a hydrogen permeable polymer gas separation membrane, a melting point to separate using the difference in the diffusion selectivity of the components contained in the exhaust gas A series of single processes consisting of a siloxane-based polymer gas separation membrane that separates using a cooler and a dissolution selectivity difference, low energy excluding the use of an expensive gas cooling device or a compression pump for concentrated monomer gas recovery used in the conventional process, The present invention relates to a method for recovering an olefin monomer from an exhaust gas of a polyolefin production process capable of efficiently separating and recovering three or more components by an environmentally friendly technique.

Description

폴리올레핀 제조공정의 배가스로부터 올레핀 단량체를 회수하는 방법{A Novel process for recovering olefin monomers from polyolefin off-gases} A Novel process for recovering olefin monomers from polyolefin off-gases

본 발명은 폴리올레핀 제조공정의 배가스로부터 올레핀 단량체를 회수하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배가스에 함유된 성분들의 확산선택도 차이를 이용하여 분리시키는 수소투과고분자 기체분리막, 융점을 이용하여 분리시키는 냉각기 및 용해선택도 차이를 이용하여 분리시키는 실록산계고분자 기체분리막으로 구성된 일련의 단일 공정으로, 종래 공정에서 사용되던 고가의 기체 냉각 장치나 농축된 모노머 가스 회수용 압축 펌프 등의 이용을 배제한 저에너지, 환경친화적 기술로 3성분계 이상을 효율적으로 분리·회수할 수 있는 폴리올레핀 제조공정의 배가스로부터 올레핀 단량체를 회수하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for recovering the olefin monomer from the exhaust gas of the polyolefin manufacturing process, more specifically, using a hydrogen permeable polymer gas separation membrane, a melting point to separate using the difference in the diffusion selectivity of the components contained in the exhaust gas A series of single processes consisting of a siloxane-based polymer gas separation membrane that separates using a cooler and a dissolution selectivity difference, low energy excluding the use of an expensive gas cooling device or a compression pump for concentrated monomer gas recovery used in the conventional process, The present invention relates to a method for recovering an olefin monomer from an exhaust gas of a polyolefin production process capable of efficiently separating and recovering three or more components by an environmentally friendly technique.

폴리올레핀은 이중결합을 1개 가진 사슬모양 탄화수소 화합물인 올레핀의 중합반응으로 생기는 고분자화합물을 일컫는 것으로, 이는 여러 산업분야의 원료 물질로 많이 사용되고 있다.Polyolefin refers to a high molecular compound produced by the polymerization of olefin, a chain-shaped hydrocarbon compound having one double bond, and is widely used as a raw material in various industrial fields.

한국의 폴리올레핀 산업은 생산량 기준으로 세계 5대 생산국에 꼽힐 정도로 대규모 산업이다. 연간 생산량은 생산물의 종류별로 연간 수백만 톤에 이르며, 2000년 기준으로 총 생산 규모는 2000만 톤이 넘는 규모이다.Korea's polyolefin industry is one of the world's five largest producers by volume. Annual output reaches millions of tonnes per year of production, with total production in excess of 20 million tonnes in 2000.

이들 폴리올레핀 고분자들은 중합 공정을 거친 뒤 레진 내에 함유된 미반응 모노머를 제거하기 위한 공정을 거치며 이는 고순도의 질소를 주입하는 세정 공정이다. 이 때 생산량의 1 ∼ 2%에 해당하는 미반응 올레핀 모노머가 배가스에 포함되어 휘발하며 일반적으로 알려진 올레핀 함유 배가스의 조성은 다음 표 1과 같다.These polyolefin polymers undergo a polymerization process and then a process for removing unreacted monomers contained in the resin, which is a cleaning process injecting nitrogen with high purity. At this time, the unreacted olefin monomer corresponding to 1 to 2% of the production amount is included in the flue gas and volatilized.

생성 고분자Produce polymer C4 LLDPEC4 LLDPE MDPEMDPE 발생량 (kg/hr)Generation amount (kg / hr) 300300 300300 압력 (kgf/cm2)Pressure (kgf / cm 2 ) 2020 2020 온도 (℃)Temperature (℃) 3535 3535 조성(부피%)Composition (% by volume) 수소Hydrogen 9.09.0 18.018.0 에탄ethane 2.02.0 2.82.8 에틸렌Ethylene 49.049.0 49.049.0 N-부탄N-butane 0.50.5 0.40.4 1-부텐1-butene 20.020.0 10.010.0 N-펜탄N-pentane -- 3.63.6 1-펜텐1-pentene -- 0.40.4 질소nitrogen 19.519.5 15.815.8

기존의 올레핀 모노머 함유 배가스의 처리 방법은 냉각 응축법을 이용한 회수와 그 이후의 소각 공정이 알려져 있다. 이 방법은 다량의 올레핀 모노머를 소각, 방출(국내 연간 1000억 ∼ 2000억원)함은 물론 그에 부가적으로 사용되는 세정용 질소의 소비(국내 연간 400 ∼ 800억원)를 수반하고 또한 소각에 소요되는 에너지와 소각 배가스의 발생을 수반한다는 단점을 갖는다.Existing olefin monomer-containing flue-gas treatment methods are known by recovery using a cold condensation method and subsequent incineration processes. This method involves not only burning and releasing a large amount of olefin monomer (100 billion to 200 billion won per year in Korea) but also additional consumption of cleaning nitrogen (40 to 80 billion won per year in Korea), which is required for incineration. It has the disadvantage that it involves the generation of energy and incineration flue-gases.

미국의 MTR(Membrane Technology and Research)사는 이 문제점을 해결하기 위한 다양한 분리막 공정을 개발한 바 있으며, 이는 올레핀/질소 혼합가스의 선택분리성이 우수한 실리콘계 고분자 복합막을 이용한 것으로 위의 소각공정에 따른 문제점을 해결하려 하였다. 이 공정은 고압의 미반응 올레핀 모노머/질소 혼합 배가스를 응축기에 투입, 모노머를 회수한 다음 미응축된 저농도의 모노머를 분리막을 이용하여 농축시켜 다시 응축기로 회수하는 방법으로서 고가의 모노머를 반응계 외로 거의 배출시키지 않는 에너지 절약형 공정이다[미국특허 제5,769,927호(1998년)] MTR (Membrane Technology and Research) of the United States has developed a variety of membrane processes to solve this problem, using a silicon-based polymer composite membrane with excellent separation of the olefin / nitrogen mixed gas, the problems caused by the above incineration process Tried to solve. In this process, high-pressure unreacted olefin monomer / nitrogen mixed flue gas is introduced into the condenser to recover the monomer, and then the uncondensed low concentration monomer is concentrated using a separator to recover the expensive monomer to the condenser. It is an energy-saving process that does not emit [US Patent No. 5,769,927 (1998)].

하지만 유일하게 상용화에 성공한 이 동정은 5 이하의 낮은 실록산계 분리막의 분리 선택도를 높이기 위해 사용되는 저온 응축 시스템과 분리막을 통해 농축된 모노머를 회수하는 공정 등이 고에너지 비용 및 응축기, 압축기 등의 장치비용을 요구한다는 단점을 가지고 있다. 분리막을 이용한 기체 분리 기술은 국내외에서 많은 연구가 진행 중으로 국내에서는 산소부화용 중공사 분리막이 에어레인, 케미코아 사에 의해 상용되었다. However, the only successful commercialization is the low energy condensation system used to increase the separation selectivity of low siloxane separators below 5 and the process of recovering the concentrated monomer through the membrane. It has the disadvantage of requiring device cost. The gas separation technology using the membrane is being researched at home and abroad, the hollow fiber membrane for oxygen enrichment in Korea was commercialized by Air Lane, Chemicoa.

한편, 분리막을 이용한 질소/탄화수소 분리, 질소/VOC 분리 기술은 다양하게 연구되고 있으나 기초 연구에 머물고 있으며 중공사 분리막을 이용한 분리막 공정으로 올레핀 배가스를 처리하는 기술은 실증적으로 적용되지 않은 상황이다.Meanwhile, various techniques for nitrogen / hydrocarbon separation and nitrogen / VOC separation using separation membranes have been studied. However, the technique of treating olefin flue gas as a separation membrane process using hollow fiber separation membranes has not been empirically applied.

이에 본 발명자들은 폴리올레핀 제조공정의 배가스로부터 올레핀 단량체 분리시 사용되던 분리막의 낮은 분리효율의 문제를 개선하기 위하여 연구 노력한 결과, 상기 배가스에 함유된 성분들의 확산선택도 차이로 분리시키는 수소투과고분자 기체분리막을 통과시켜 분자량이 작은 기체와 큰 기체로 분리하고, 상기 분리된 올레핀 증기를 냉각 응축시켜 융점차이로 분리시키는 고탄소수의 모노머를 회수한 후, 나머지 기체는 용해선택도 차이로 분리시키는 실록산계고분자 기체분리막을 통과시켜 저탄소수 모노머를 회수하는 일련의 단일 공정으로, 폴리올레핀 제조공정에서 발생되는 배가스로부터 올레핀 단량체의 효과적인 회수가 가능하다는 것을 알게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.Accordingly, the present inventors have studied to improve the problem of low separation efficiency of the separation membrane used to separate the olefin monomer from the exhaust gas of the polyolefin manufacturing process, hydrogen permeable polymer gas separation membrane to separate the difference in the diffusion selectivity of the components contained in the exhaust gas After passing through the high molecular weight monomer to separate the gas with a small molecular weight and a large gas, the separated olefin vapor by cooling condensation to separate the melting point difference, the remaining gas is separated into siloxane-based polymers by the difference in dissolution selectivity The present invention has been completed by discovering that an effective recovery of olefin monomers from exhaust gas generated in a polyolefin manufacturing process is possible in a single process of recovering low carbon number monomer through a gas separation membrane.

따라서, 본 발명은 확산 선택도를 이용한 수소투과고분자 기체분리막, 용융점을 이용한 냉각기 및 용해선택도를 이용한 실록산계고분자 기체분리막을 포함하는 일련의 단일공정으로 폴리올레핀 제조공정의 배가스로부터 올레핀 단량체를 효과적으로 회수하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. Accordingly, the present invention effectively recovers the olefin monomer from the exhaust gas of the polyolefin manufacturing process in a series of single processes including a hydrogen permeable polymer gas separation membrane using a diffusion selectivity, a cooler using a melting point and a siloxane polymer gas separation membrane using a dissolution selectivity. The purpose is to provide a way to.

본 발명은 고분자 분리막을 이용하여 폴리올레핀 제조공정의 배가스로부터 올레핀 단량체를 분리, 회수하는 방법에 있어서, The present invention provides a method for separating and recovering an olefin monomer from exhaust gas of a polyolefin production process by using a polymer membrane.

상기 배가스를 수소투과고분자 기체분리막을 이용하여 혼합 농축올레핀으로 분리, 회수하는 제 1 공정;A first step of separating and recovering the exhaust gas into a mixed concentrated olefin using a hydrogen permeable polymer gas separation membrane;

상기 분리된 혼합 농축올레핀을 -20 ∼ 0 ℃ 온도로 냉각 응축한 후, C4 ∼ C10의 모노머를 분리, 회수하는 제 2 공정; 및A second step of separating and recovering the C 4 to C 10 monomer after cooling and condensing the separated mixed concentrated olefin at a temperature of −20 to 0 ° C .; And

상기 C4 ∼ C10의 모노머가 분리된 혼합 농축올레핀을 실록산계고분자 기체분리막을 이용하여 C1 ∼ C3의 모노머를 분리하는 제 3 공정을 포함하여 이루어진 배가스로부터 올레핀 단량체를 분리, 회수하는 방법에 그 특징이 있다.A method for separating and recovering an olefin monomer from a flue gas comprising a third step of separating the C 1 to C 3 monomers using a siloxane-based polymer gas separation membrane in the mixed concentrated olefin having the C 4 to C 10 monomers separated therefrom. Has its features.

이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명은 폴리올레핀 제조공정에서 발생되는 배가스로부터 올레핀 단량체를 분리 회수하는 방법에 있어, 상기 배가스를 고분자 분리막을 통과시키는 기존의 공정이 에너지 비용이나 장치비용이 과도하게 요구되는 단점이 있어 이를 개선하기 위하여 상이한 특성을 나타내는 이종의 기체분리막과 냉각기로 구성되는 신규한 분리 회수 공정에 관한 것이다. The present invention is a method for separating and recovering the olefin monomer from the exhaust gas generated in the polyolefin manufacturing process, the existing process of passing the exhaust gas through the polymer membrane has the disadvantage that excessive energy cost or equipment cost is required to improve this A novel separation and recovery process consisting of heterogeneous gas separation membranes and coolers with different properties.

본 발명에 따른 폴리올레핀 제조공정에서 발생되는 배가스로부터 올레핀 단량체를 분리 회수하는 방법을 좀더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다. Looking at the method for separating and recovering the olefin monomer from the exhaust gas generated in the polyolefin production process according to the present invention in more detail as follows.

도 1에서 보여진 바와 같이, 먼저 발생된 배가스를 수소투과고분자 기체분리막(1)을 통과시켜 수소(A) 등과 같이 분자량이 작은 기체와 큰 올레핀 기체로 분리하는 확산선택도를 이용하고, 상기 분리된 올레핀 기체를 냉각기(3)를 이용하여 냉각 및 응축시켜 고탄소수의 모노머(B)를 분리·회수한 후, 나머지 기체는 실록산계고분자 기체분리막(2)을 통과시켜 질소(C)와 저탄소수의 모노머(D)로 분리·회수하는 용해선택도를 이용하는 일련의 단일 공정으로 구성된다. As shown in FIG. 1, first, the generated flue gas is passed through a hydrogen permeable polymer gas separation membrane 1 to use diffusion selectivity for separating gas having a low molecular weight such as hydrogen (A) and a large olefin gas. After cooling and condensing the olefin gas using the cooler (3) to separate and recover the high carbon monomer (B), the remaining gas is passed through the siloxane-based polymer gas separation membrane (2) to obtain nitrogen (C) and low carbon water. It consists of a series of single processes using the dissolution selectivity which separates and collect | recovers with a monomer (D).

폴리올레핀은 다양한 종류가 공지의 방법으로 제조되어 질 수 있으며, 산업적으로는 예를 들면 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리프로필렌 및 이들의 공중합체 등이 대체로 많이 제조된다. Various types of polyolefins can be produced by known methods, and industrially, for example, polyethylene, polypropylene, polypropylene and copolymers thereof are generally manufactured.

상기 폴리올레핀 공정에서 발생되는 배가스는 일반적으로 모노머를 함유하고 있으며, 고압의 가스로 배출되어 분리 원동력인 기체의 성분별 분압차가 크다는 특성이 있다. 따라서, 별도의 기체 가압 운전 등 에너지 소비 공정을 거치지 않고도 간단히 분리막 공정에 도입할 수 있다는 장점을 갖는다. The exhaust gas generated in the polyolefin process generally contains a monomer, and has a characteristic that a partial pressure difference between components of a gas which is discharged as a high pressure gas and is a driving force for separation is large. Therefore, there is an advantage that it can be introduced into the membrane process simply without going through an energy consumption process such as a separate gas pressurization operation.

이들 배가스에 함유된 성분을 살펴보면 수소, 질소, 에탄, 에틸렌, N-부탄, I-부텐, N-펜탄 및 I-펜텐 등이 함유되어 있으며, 그 중 에틸렌이 주를 이루고 있다.The components contained in these flue gases include hydrogen, nitrogen, ethane, ethylene, N-butane, I-butene, N-pentane and I-pentene, among which ethylene is the main component.

한편, 본 발명은 상기 공정상에서 발생된 배가스를 유리상의 수소투과고분자 기체분리막에 투과시켜 분자량에 따른 확산선택도의 차이를 이용하여 수소 등과 같이 분자량이 작은 기체와 분자량이 큰 올레핀 증기로 분리한다. 상기 유리상의 수소투과고분자 기체분리막 수소투과능에 탁월한 효과를 갖는 것으로 예를 들면 폴리술폰(Polysulfone), 폴리이미드(Polyimide), 폴리이서설폰(Polyethersulfone)분리막이 사용될 수 있다. 이러한 분리막은 공지의 방법으로 제조하여 사용하거나 기존에 상품화된 것을 이용할 수 있다. 상기 배가스는 보통 상온 ∼ 120 ℃의 온도를 유지하고 있으며, 상기 유리상 고분자 기체분리막 통과시에는 상온 부근의 온도로 유지하는 것이 바람직하다.On the other hand, the present invention permeates the exhaust gas generated in the process through a glassy hydrogen permeable polymer gas separation membrane to separate into a gas having a small molecular weight, such as hydrogen and a large molecular weight olefin vapor using a difference in diffusion selectivity according to the molecular weight. Hydrogen permeable polymer gas separation membranes having an excellent effect on the hydrogen permeability of the glass phase, for example, polysulfone (Polysulfone), polyimide (Polyimide), polyethersulfone (Polyethersulfone) membrane can be used. Such a separator may be prepared and used by a known method or may be commercially available. The exhaust gas is usually maintained at a temperature of room temperature to 120 ℃, it is preferable to maintain at a temperature near room temperature when passing through the glassy polymer gas separation membrane.

다음은 상기에서 수소가 분리되어 혼합 농축된 올레핀을 냉각기에서 응축시킨후, 분리기를 통해 고탄소수의 모노머를 분리한다. 상기 냉각기의 온도는 -20 ∼ 0 ℃를 유지하는 것이 좋으며, -20 ℃ 미만의 낮은 온도에서는 저탄소수의 모노머도 함께 응축될 우려가 있으며, 냉각 에너지의 소비가 큰 문제가 있고, 반대로 0 ℃를 초과하는 높은 온도의 경우에는 고탄소수 모노머의 응축이 제대로 일어나지 않는 문제가 있다.Next, hydrogen is separated, and the mixed and concentrated olefin is condensed in a cooler, and then a high carbon number monomer is separated through the separator. It is preferable to maintain the temperature of the cooler at -20 to 0 ° C, and at low temperatures below -20 ° C, monomers of low carbon number may also be condensed, and there is a problem in that the consumption of cooling energy is large. In case of exceeding the high temperature, there is a problem that condensation of the high carbon number monomer does not occur properly.

또한, 상기 고탄소수의 모노머는 탄소수가 4 ∼ 10인 것으로, 이는 분자량이 커 일정온도에서 냉각하여 응축시키면 액상으로 분리되어 회수된다.In addition, the high carbon number monomer having 4 to 10 carbon atoms, which has a high molecular weight, when cooled and condensed at a constant temperature, is separated into a liquid phase and recovered.

마지막으로, 고탄소수의 모노머가 분리된 혼합 농축올레핀은 실록산계고분자 기체분리막에 통과시켜 용해도에 따른 차이를 이용하여 질소와 저탄소수의 모노머로 분리된다. Finally, the mixed concentrated olefin from which the high carbon number monomer is separated is passed through the siloxane-based polymer gas separation membrane and separated into nitrogen and low carbon number monomers using the difference in solubility.

상기 저탄소수의 모노머는 탄소수가 1 ∼ 3인 것으로 실록산계고분자 기체분리막이 질소에 대한 용해선택성을 가지므로 이를 분리·회수할 수 있으며, 실록산계고분자 기체분리막은 폴리에테르이미드에 폴리(디메틸실록산)이 코팅되어 이루어진 것이다. 예를 들면 본 발명에서 폴리(디메틸실록산) 고분자는 Dow Corning 사의 Sylgard 184 레진을 노르말 헥산(n-hexane)에 녹여 폴리에테르이미드에 도포한 후 상온에서 12시간 이상 건조한다. 그 후 이 막을 오븐에서 110 ℃ 이상으로 2시간 동안 가열하여 폴리(디메틸실록산)의 완전한 가교 반응을 유도한다. 이러한 복합막은 탄화수소류 증기와 영구 기체의 분리에 탁월한 성능을 나타낸다.The low carbon number monomer has a carbon number of 1 to 3, so that the siloxane-based polymer gas separation membrane has a dissolution selectivity to nitrogen, so that it can be separated and recovered. This coating is made. For example, the poly (dimethylsiloxane) polymer in the present invention is dissolved in Sylgard 184 resin of Dow Corning in normal hexane (n-hexane) and applied to polyetherimide, and then dried at room temperature for 12 hours or more. The membrane is then heated in an oven for at least 110 ° C. for 2 hours to induce complete crosslinking reaction of poly (dimethylsiloxane). Such composite membranes exhibit excellent performance in separating hydrocarbon vapors and permanent gases.

또한 상기 실록산계고분자 기체분리막에 의해 회수된 저탄소수의 모노머 중 순도가 낮은 것은 압축기로 가압한 후, 상기 혼합 농축올레핀에 혼합하여 재순환하는 과정을 통하여 고순도의 저탄소수의 모노머를 얻을 수 있다.In addition, among the low carbon water monomers recovered by the siloxane-based polymer gas separation membrane, the low purity water is pressurized by a compressor, and then mixed with the mixed concentrated olefin and recycled to obtain a low carbon water monomer having high purity.

상기한 유리상고분자 기체분리막, 냉각기 및 실록산계고분자 기체분리막을 이용한 일련의 단일 공정으로 이루어지며, 각 단계에서 사용되는 기체분리막은 효율을 향상시키기 위한 목적으로 각각의 분리막을 1개 또는 2개 이상을 직렬, 병렬 또는 이들이 혼합된 배열로 사용할 수 있다. 이러한 공정은 상온 내지는 그 이하의 온도에서 연속적으로 이루어지며, 배가스로부터 분리된 올레핀 단량체의 수율은 90% 이상으로 기존의 MTR 공정에 필적하는 고수율을 보이며, 올레핀 단량체의 분리, 회수 효율이 월등히 증가되고, 또한 그 에너지 소모 및 장치비용은 저하되는 효과가 있다. 또한 기존의 공정에서는 다루어지지 않던 수소의 분리 회수가 본 발명에 의해 실현됨으로써 공정의 효율성과 유용성을 한 단계 상승시켰다.It consists of a series of single processes using the above-mentioned glassy polymer gas separation membrane, a cooler, and a siloxane-based polymer gas separation membrane, and each gas separation membrane used in each step comprises one or two or more separation membranes for the purpose of improving efficiency. It can be used in series, in parallel, or a mixture of these. This process is carried out continuously at room temperature or lower temperature, the yield of the olefin monomer separated from the flue gas is more than 90%, showing a high yield comparable to the conventional MTR process, the separation and recovery efficiency of the olefin monomer is significantly increased. In addition, the energy consumption and the device cost are reduced. In addition, the separation and recovery of hydrogen, which has not been dealt with in the conventional process, is realized by the present invention, thereby raising the efficiency and usefulness of the process to the next level.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 다음의 실시예에 의거하여 더욱 상세하게 설명하겠는 바, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.The present invention as described above will be described in more detail based on the following examples, but the present invention is not limited thereto.

참고예 1 : 유리상고분자 기체분리막의 성능 Reference Example 1: Performance of Glassy Polymer Gas Separators

본 발명에서 사용된 유리상고분자 기체분리막의 성능을 알아보기 위하여 폴리이서설폰 고분자의 투과도 특성과 폴리이미드 고분자의 선택도를 측정하여 각각 다음 표 2와 3에 나타내었다.In order to determine the performance of the glassy polymer gas separation membrane used in the present invention, the permeability characteristics of the polyisulfone polymer and the selectivity of the polyimide polymer were measured and shown in Tables 2 and 3, respectively.

투과도(GPU)Permeability (GPU) 수소Hydrogen 이산화탄소carbon dioxide 산소Oxygen 질소nitrogen 에틸렌Ethylene 부텐Butene 온도(℃)Temperature (℃) 2525 6060 2222 4.84.8 0.80.8 1One 0.010.01 5050 8080 3030 6.86.8 1.11.1 1.51.5 0.010.01 7575 9696 3232 9.29.2 1.61.6 2.12.1 0.010.01

선택도Selectivity 수소/질소Hydrogen / nitrogen 산소/질소Oxygen / nitrogen 에틸렌/질소Ethylene / nitrogen 부텐/질소Butene / Nitrogen 온도(℃)Temperature (℃) 2525 7979 6.36.3 1.31.3 0.0130.013 5050 7171 6.16.1 1.31.3 0.00890.0089 7575 6262 5.95.9 1.31.3 0.00640.0064

상기 표 2와 3에서 보여진 바와 같은 투과도와 선택도를 보이며, 특히 온도가 증가함에 따라 수소의 투과도와 선택도는 크게 향상되었다. As shown in Tables 2 and 3, the transmittance and selectivity are shown. In particular, as the temperature increases, the permeability and selectivity of hydrogen are greatly improved.

참고예 2 : 실록산계고분자 기체분리막의 제조 Reference Example 2: Preparation of siloxane-based polymer gas separation membrane

폴리(디메틸실록산) 고분자(Dow Corning 사, Sylgard 184 레진)를 노르말 헥산(n-hexane)에 녹여 폴리에테르이미 중공사 표면에 고르게 도포한 후, 상온에서 약 12시간 정도 건조하였다. 그 후 이 막을 오븐에서 110 ℃ 이상으로 2시간 동안 가열하여 폴리(디메틸실록산)의 완전한 가교 반응을 유도하였다. The poly (dimethylsiloxane) polymer (Dow Corning, Sylgard 184 resin) was dissolved in normal hexane (n-hexane) and evenly applied to the polyetherimilar hollow fiber surface, and dried at room temperature for about 12 hours. The membrane was then heated in an oven for at least 110 ° C. for 2 hours to induce complete crosslinking reaction of poly (dimethylsiloxane).

상기한 방법으로 만들어진 중공사는 적절한 길이로 절단한 후 원통형 스테인레스 중공사 모듈에 삽입, 양단을 접착제로 고정하였다. 모듈의 양단에는 동일 스테인레스 재질로 이루어진 캡을 씌우고 혼합가스의 입출구로 활용하였다.The hollow yarn made by the above method was cut to an appropriate length and then inserted into a cylindrical stainless hollow fiber module, and both ends were fixed with an adhesive. Both ends of the module were covered with a cap made of the same stainless material and used as the inlet and outlet of the mixed gas.

상기에서 제조된 실록산계고분자 기체분리막의 질소와 에틸렌에 대한 투과성 및 선택도를 다음 표 4에 나타내었다.Permeability and selectivity for nitrogen and ethylene of the siloxane-based polymer gas separation membrane prepared above are shown in Table 4 below.

투과압 (kgf/㎠)Penetration (kgf / ㎠) 1One 55 1010 2020 질소 투과도 (GPU)Nitrogen Permeability (GPU) 9.129.12 8.288.28 8.068.06 7.897.89 에틸렌 투과도 (GPU)Ethylene Permeability (GPU) 54.654.6 63.963.9 71.5471.54 94.8894.88 선택도Selectivity 5.995.99 7.727.72 8.888.88 12.0312.03

상기 표 4에 나타낸 바와 같이, 투과압이 증가함에 따라 투과도와 선택도가 향상됨을 알 수 있다.As shown in Table 4, it can be seen that as permeation pressure increases, permeability and selectivity improve.

실시예 1Example 1

도 1에 나타낸 바와 같이, 고압으로 생성된 배가스는 별도의 가압공정 없이 바로 유리상고분자 기체분리막(1)에 투입하였다. 수소가 효과적으로 분리된 이후의 올레핀이 농축된 배가스는 냉각기(3)를 통과하여 -20 ∼ 0 ℃ 저온으로 변환된 후 분리기(4)를 통과하였다. 이 때 공정상의 특징에 따라 조절된 적절한 온도, 압력 조건은 혼합 기체 중 존재하는 여러 종류의 올레핀, 파라핀계 탄화수소류를 탄소수에 따라 분리할 수 있는데, 본 발명에 사용된 배가스는 미량의 부탄, 다량의 부텐의 함유량이 높게 함유되어 - 10 ℃ 정도의 온도를 유지하였다. 또한 냉각기를 통과한 차가운 배가스는 실록산계고분자 기체분리막(2)에서 높은 온도의 배가스보다 훨씬 높은 분리 효율을 나타낸다는 장점을 갖는다. 응축되지 않고 이단계 기체분리막(2)에 투입된 배가스는 미투과측의 질소 부화 가스와 투과측의 올레핀 모노머 부화 가스로 분리되었다. 상기 공정은 응축기를 통과한 이후의 상온 이하의 조건이 유지되도록 배관과 분리막 모듈을 단열한 상태로 수행되었다. As shown in FIG. 1, the exhaust gas generated at a high pressure was directly introduced into the glassy polymer gas separation membrane 1 without a separate pressurization process. After the hydrogen was effectively separated, the olefin-concentrated flue gas passed through the cooler 3 to be converted to -20 to 0 ° C. low temperature, and then passed through the separator 4. At this time, the appropriate temperature and pressure conditions adjusted according to the characteristics of the process can separate the various types of olefins, paraffinic hydrocarbons present in the mixed gas according to the number of carbon, the exhaust gas used in the present invention is a small amount of butane, a large amount The butene content was high and -10 degreeC was maintained. In addition, the cold exhaust gas passing through the cooler has an advantage that the siloxane-based polymer gas separation membrane (2) shows a much higher separation efficiency than the high temperature exhaust gas. The exhaust gas introduced into the second stage gas separation membrane 2 without condensation was separated into a nitrogen enrichment gas on the unpermeable side and an olefin monomer enrichment gas on the permeate side. The process was performed insulated from the pipe and the membrane module so as to maintain the conditions below room temperature after passing through the condenser.

상기 공정으로 분리 회수된 성분을 가스크로마토그래피로 분석하여 그 결과를 다음 표 5에 나타내었다. 이때, 총 투입되는 배가스의 양은 1000 m3/day이다.The components separated and recovered by the above process were analyzed by gas chromatography, and the results are shown in Table 5 below. At this time, the total amount of flue gas injected is 1000 m 3 / day.

비교예 1Comparative Example 1

상기 실시예 1에서 사용된 동일 성분의 배가스를 기존의 MTR사에서 개발된 올레핀 단량체 분리 회수용 분리막 공정의 결과 보고 자료에 의한 최종 결과를 다음 표 5에 나타내었다.The final results of the result report data of the olefin monomer separation and recovery membrane process developed by MTR, the exhaust gas of the same component used in Example 1 is shown in Table 5 below.

실시예 2Example 2

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 도 2에 나타낸 바와 같이 저탄소수의 모노머를 압축기로 가압하여 재순환하는 공정을 수행하여, 그 결과를 다음 표 5에 나타내었다.The same procedure as in Example 1 was carried out, but as shown in FIG. 2, a low carbon water monomer was pressurized with a compressor to recycle, and the results are shown in Table 5 below.

구분division 수소Hydrogen 질소nitrogen 에탄ethane 에틸렌Ethylene N-부탄N-butane 1-부텐1-butene N-펜탄N-pentane 1-펜텐1-pentene 투입되는배가스 (중량%)[총 투입되는 배가스의 양:1000 m3/day]Input flue gas (% by weight) [Total amount of flue gas injected: 1000 m 3 / day] 9.09.0 19.519.5 -- 51.051.0 -- 20.520.5 -- -- 실시예 1Example 1 회수량(m3/day)Recovery (m 3 / day) 82.8982.89 160.3160.3 -- 348.8348.8 -- 204.4204.4 -- -- 회수율(%)% Recovery 92.192.1 82.282.2 -- 68.468.4 -- 99.799.7 -- -- 실시예 2Example 2 회수량(m3/day)Recovery (m 3 / day) 83.183.1 16161616 -- 438.1438.1 -- 204.4204.4 -- -- 회수율(%)% Recovery 92.392.3 82.982.9 -- 85.985.9 -- 99.799.7 -- -- 비교예 1Comparative Example 1 회수량(m3/day)Recovery (m 3 / day) -- 검출detection -- 283.6283.6 -- -- -- -- 회수율(%)% Recovery -- -- -- 55.655.6 -- -- -- --

상기 표 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 각기 다른 종류의 기체분리막을 사용한 실시예 1 ∼ 2가 기존의 기체분리막을 사용한 비교예 1에 비해 회수율이 월등하게 향상되었음을 알 수 있다.As shown in Table 5, it can be seen that Examples 1 and 2 using different kinds of gas separation membranes according to the present invention have significantly improved recovery compared to Comparative Example 1 using the conventional gas separation membrane.

또한 저탄소수 모노머를 압축한 후, 회수시킨 실시예 2의 회수율이 더욱 향상되었음을 알 수 있다.In addition, it can be seen that the recovery rate of the recovered Example 2 was further improved after the low carbon number monomer was compressed.

이상에서 설명한 바와 같이, 상기한 유리상고분자 기체분리막, 냉각기 및 실록산계고분자 기체분리막을 이용한 일련의 단일 공정으로, 회수율이 향상되었을 뿐만 아니라 기존의 공정에서 사용되던 고가의 기체 냉각 장치나 농축된 모노머 가스 회수용 압축 펌프 등의 이용을 배재한 저에너지, 환경친화적 기술이다. 또한 각기 투과특성이 크게 다른 두 종류의 분리막 재료를 이용하여 3 성분계 이상의 배가스를 보다 현실적으로 분리할 수 있는 공정이며, 기존 공정에서 함께 폐기되었던 질소와 수소를 회수할 수 있어 고순도의 수소를 재활용할 수 있다.As described above, as a series of single processes using the above-mentioned glassy polymer gas separation membrane, a cooler, and a siloxane-based polymer gas separation membrane, the recovery rate is not only improved, but also an expensive gas cooling device or a concentrated monomer gas used in the existing process. It is a low energy and environmentally friendly technology that eliminates the use of recovery compression pumps. In addition, it is a process that can more effectively separate three-component or higher flue gas using two kinds of membrane materials, each having greatly different permeation characteristics, and recover nitrogen and hydrogen, which were previously discarded together in the existing process, to recycle high-purity hydrogen. have.

도 1은 본 발명에 따른 배가스로부터 올레핀 단량체를 회수하는 공정의 개략도를 나타낸 것이다.1 shows a schematic diagram of a process for recovering an olefin monomer from exhaust gas according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따라 분리된 저탄소수 모노머를 가압하여 재순환하는 공정을 추가한 배가스로부터 올레핀 단량체를 회수하는 공정의 개략도를 나타낸 것이다.Figure 2 shows a schematic diagram of a process for recovering the olefin monomer from the flue gas to add the step of recycling the pressurized low-carbon water monomer according to the present invention.

[도 1과 도 2의 공정 설계도의 주요 부분에 대한 부호의 설명][Description of Reference Signs for Main Parts of Process Design Diagrams in FIGS. 1 and 2]

1 : 수소투과고분자 기체분리막 2 : 실록산계고분자 기체분리막1: hydrogen permeable polymer gas separation membrane 2: siloxane-based polymer gas separation membrane

3 : 냉각기 4 : 분리기 5 : 압축기3: cooler 4: separator 5: compressor

A : 수소 B : 고탄소수 모노머 C : 질소 D : 저탄소수 모노머A: hydrogen B: high carbon number monomer C: nitrogen D: low carbon number monomer

Claims (5)

고분자 분리막을 이용하여 폴리올레핀 제조공정의 배가스로부터 올레핀 단량체를 분리, 회수하는 방법에 있어서, In the method for separating and recovering the olefin monomer from the exhaust gas of the polyolefin production process using a polymer separation membrane, 상기 배가스를 수소투과고분자 기체분리막을 이용하여 혼합 농축올레핀으로 분리, 회수하는 제 1 공정;A first step of separating and recovering the exhaust gas into a mixed concentrated olefin using a hydrogen permeable polymer gas separation membrane; 상기 분리된 혼합 농축올레핀을 -20 ∼ 0 ℃ 온도로 냉각 응축한 후, C4 ∼ C10의 모노머를 분리, 회수하는 제 2 공정; 및A second step of separating and recovering the C 4 to C 10 monomer after cooling and condensing the separated mixed concentrated olefin at a temperature of −20 to 0 ° C .; And 상기 C4 ∼ C10의 모노머가 분리된 혼합 농축올레핀을 실록산계고분자 기체분리막을 이용하여 C1 ∼ C3의 모노머를 분리하는 제 3 공정The C 4 ~ C in a third step the siloxane-based monomer is 10 separating a mixture enriched olefin polymer using a gas separation membrane for separating monomers of C 1 ~ C 3 을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 배가스로부터 올레핀 단량체를 분리, 회수하는 방법.Method for separating and recovering the olefin monomer from the exhaust gas comprising a. 제 1 항에 있어서, 상기 수소투과고분자 기체분리막은 폴리술폰, 폴리이미드 및 폴리이서설폰 분리막 중에서 선택된 유리상고분자 기체분리막인 것을 특징으로 하는 배가스로부터 올레핀 단량체를 분리, 회수하는 방법.The method of claim 1, wherein the hydrogen permeable polymer gas separation membrane is a glassy polymer gas separation membrane selected from polysulfone, polyimide, and polysulfone separation membrane. 제 1 항에 있어서, 상기 실록산계고분자 기체분리막은 폴리에테르이미드에 폴리(디메틸실록산)이 코팅되어 이루어진 것을 특징으로 하는 배가스로부터 올레핀 단량체를 분리, 회수하는 방법.2. The method of claim 1, wherein the siloxane-based polymer gas separation membrane is formed by coating poly (dimethylsiloxane) on polyetherimide. 제 1 항에 있어서, 상기 유리상고분자 기체분리막과 실록산계고분자 기체분리막은 각각 1종 또는 2종 이상이 직렬, 병렬 또는 이들의 혼합하여 배열하는 것을 특징으로 하는 배가스로부터 올레핀 단량체를 분리, 회수하는 방법.The method of claim 1, wherein the glassy-phase gas separation membrane and the siloxane-based polymer gas separation membrane each have one, two or more kinds arranged in series, in parallel, or a mixture thereof. . 제 1 항에 있어서, 상기 제 3 공정에서 분리된 C1 ∼ C3의 모노머는 압축기를 이용하여 가압한 후, 상기 혼합 농축올레핀에 혼합하여 재순환 하는 공정을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 배가스로부터 올레핀 단량체를 분리, 회수하는 방법.The method of claim 1, wherein the C 1 to C 3 monomers separated in the third step is pressurized by using a compressor, and then mixed with the mixed concentrated olefin and recycled to the olefin from the exhaust gas, characterized in that consisting of Method of separating and recovering monomers.
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