KR20080000415A - 공비증류탑 스팀절감시스템 및 스팀절감방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 물과 초산을 분리하는 탈수탑; 탈수탑 상부로 배출되는 물을 응축시키는 응축기; 응축기를 거친 응축수를 저장하고, 저장된 응축수를 폐수처리장으로 배출시키는 응축수저장드럼; 응축수저장드럼 일측에 위치하여 물과 초산의 혼합물을 저장하는 원료저장드럼; 원료저장드럼에서 배출된 초산과 물을 공비증류를 통하여 분리하기 위한 공비증류탑; 공비증류탑 하부에 위치하고 물과 초산을 분리하기 위해 스팀을 공급하는 리보일러; 및 응축수저장드럼과 폐수처리장 사이에 위치하고, 응축수저장드럼에서 배출된 응축수와 원료저장드럼으로 공급되는 물과 초산의 혼합물을 열교환시키는 열교환기를 포함하는 스팀절감시스템을 제공한다. 개시된 공비증류탑 스팀절감시스템에 따르면, 공비증류탑의 에너지를 절감하고 동시에 고온응축수로 인한 폐수처리장의 온도 상승을 막는 효과를 거둘 수 있다.
공비증류탑, 응축수, 열교환, 에너지절감

Description

공비증류탑 스팀절감시스템 및 스팀절감방법{Steam reducing system of azeotropic dehydration tower and steam reducing process}
도 1은 종래의 공비증류탑을 이용한 공정시스템을 나타낸 흐름도,
도 2는 본 발명에 따른 공비증류탑 스팀절감시스템을 나타낸 흐름도이다.
<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100...공비증류탑 스팀절감시스템 101...탈수탑
103...응축기 105...응축수저장드럼
107...보일러 109...원료저장드럼
111...공비증류탑 113...리보일러
115...열교환기 117...폐수처리장
119...제1원료스트림 121...제2원료스트림
본 발명은 스팀절감시스템에 관한 것으로서 보다 상세하게는 공비증류탑의 에너지를 절감하고 동시에 고온응축수로 인한 폐수처리장의 온도 상승을 막는 효과를 거둘 수 있는 개선된 공비증류탑 스팀절감시스템 및 스팀절감방법에 관한 것이 다.
테레프탈산(Terephthalic acid;TA) 제조공정은 파라자일렌을 코발트, 망간 및 브롬 촉매하에서 산화시키는 산화공정과 불순물을 제거하는 정제공정으로 구성되어 있다.
먼저, 산화공정에서 파라자일렌(para-Xylene)을 용매인 초산과 금속 촉매로 산화시켜서 중간제품인 조테레프탈산(Crude Terephthalic Acid)을 제조한다.
다음으로, 산화공정에서 제조된 조테레프탈산에는 불순물이 많이 포함되어 있기 때문에, 정제공정에서 환원반응을 통해 불순물을 제거해 준다.
정제공정은 고온고압하의 촉매층에서 테레프탈산 수용액을 수소와 반응시키는 용해 및 수소화 반응, 결정화, 분리 및 제품회수의 5가지 공정으로 이루어지고, 이러한 정제공정을 거치고 나서 고순도 테레프탈산이 생산된다.
도 1은 종래의 공비증류탑을 이용한 공정시스템(10)을 나타낸 흐름도이다. 도시된 바와같이, 탈수탑(1), 응축기(2), 응축수저장드럼(3), 보일러(4), 폐수처리장(8), 원료저장드럼(5), 공비증류탑(6) 및 리보일러(7)를 포함한다.
여기서, 상기 탈수탑(1) 상부에서 배출되는 물은 응축기(2)를 거쳐 응축된 후 응축수저장드럼(3)에 저장되었다가 공정에서 필요한 양만큼 탈수탑(1)으로 환류되고 나머지 응축수는 폐수처리장(8)으로 처리되었다.
또한, 고압흡수탑에서 회수된 물과 초산 혼합물 및 테레프탈산 반응기에서 배출되는 물과 초산의 혼합물을 상기 원료저장드럼(5)에서 혼합하고, 상기 공비증류탑(6)에서 공비제를 사용하여 물과 초산을 분리한다.
이때 공비증류탑(6)의 하부에 물과 초산을 비등점 차이에 의해 분리할 수 있도록 스팀을 공급하여 증발시키는 리보일러(7)가 설치되었다.
그러나, 상기 탈수탑(1)에서 배출되는 고온의 응축수를 재활용하지 못하고 폐수처리하여 에너지소비의 문제점이 있으며, 폐수처리장(8)의 온도가 상승하여 운전시 환경문제를 발생시킨다.
또한, 상기 공비증류탑(6)으로 공급되는 물과 초산의 두 원료스트림의 온도가 각각 40℃, 20℃ 로 지나치게 낮기 때문에 상기 공비증류탑(6)의 리보일러(7)에서 스팀 사용량이 증가하여 에너지비용이 크게 소모되는 문제점이 발생하였다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 탈수탑에서 버려지는 고온의 응축수에 대한 에너지 소비를 방지하고 폐수처리장의 안정화에 기여하며, 공비증류탑으로 공급되는 연료 온도 상승에 기여하여 리보일러의 스팀 사용량을 줄여 비용추가 없이 에너지를 절감할 수 있는 개선된 공비증류탑 스팀절감시스템 및 스팀절감방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 공비증류탑 스팀절감시스템은 물과 초산을 분리하는 탈수탑; 상기 탈수탑 상부로 배출되는 물을 응축시키는 응축 기; 상기 응축기를 거친 응축수를 저장하고, 저장된 응축수를 폐수처리장으로 배출시키는 응축수저장드럼; 상기 응축수저장드럼 일측에 위치하여 물과 초산의 혼합물을 저장하는 원료저장드럼; 상기 원료저장드럼에서 배출된 초산과 물을 공비증류를 통하여 분리하기 위한 공비증류탑; 상기 공비증류탑 하부에 위치하고 물과 초산을 분리하기 위해 스팀을 공급하는 리보일러; 및 상기 응축수저장드럼과 상기 폐수처리장 사이에 위치하고, 상기 응축수저장드럼에서 배출된 응축수와 상기 원료저장드럼으로 공급되는 물과 초산의 혼합물을 열교환시키는 열교환기를 포함하는 스팀절감시스템을 제공한다.
여기서, 상기 응축수저장드럼의 유입관으로부터 분기되고 상기 탈수탑과 연결되어 상기 응축수저장드럼으로부터 상기 열교환기로 유입되는 고온의 응축수 일부가 상기 탈수탑 상부로 유입되는 분기관을 더 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 탈수탑 하부에 위치하고 물과 초산을 분리하기 위해 스팀을 공급하는 보일러를 더 구비하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 공비증류탑 스팀절감방법은, 탈수탑 상부에서 배출되는 물을 응축기에서 응축시키는 단계; 상기 응축기에서 응축된 물를 응축수저장드럼으로 공급하여 열교환기로 배출하고 일부는 상기 탈수탑으로 환류시키는 단계; 원료저장드럼으로 유입되는 저온의 물과 초산을 상기 열교환기를 통과하는 고온의 응축수와 열교환시키는 단계; 및 상기 열교환 된 물과 초산을 상기 원료저장드럼에 저장한 후 공비증류탑으로 이송하고 리보일러를 통하여 스팀을 공급하여 물과 초산을 분리하는 단계를 포함하는 스팀절감방법을 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구 범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는 본 발명에 따른 공비증류탑 스팀절감시스템(100)을 나타낸 흐름도이다. 도시된 바와 같이, 탈수탑(101), 응축기(103), 응축수저장드럼(105), 보일러(107), 폐수처리장(117), 열교환기(115), 원료저장드럼(109), 제1원료공급부(119), 제2원료공급부(121), 공비증류탑(111) 및 리보일러(113)를 포함한다.
상기 탈수탑(101)은 공급되는 물과 초산을 분리하고, 상기 응축기(103)는, 상기 탈수탑(101) 상부로 배출되는 물을 응축시킨다. 또한, 상기 응축수저장드럼(105)은, 상기 응축기(103)를 거친 응축수를 저장하고, 저장된 고온의 응축수를 공정에서 필요한 양만큼 탈수탑(101)으로 환류시키고, 나머지 고온의 응축수는 폐수처리장(117)으로 배출시킨다.
또한, 상기 원료저장드럼(109)은, 상기 응축수저장드럼(105) 일측에 위치하여 저온의 물과 초산의 혼합물을 저장한다. 보다 구체적으로, 테레프탈산 반응기에서 배출되는 물과 초산의 혼합물인 제1원료스트림(119)과 고압흡수탑에서 회수된 물과 초산 혼합물인 제2원료스트림(121)을 상기 원료저장드럼(5)에서 혼합한다.
이때, 상기 원료저장드럼(109)으로 공급되는 제1원료스트림(119) 및 제2원료스트림(121)의 온도는 각각 40℃ 와 20℃로 저온이다. 따라서, 후술할 공비증류탑(111)에서 초산과 물을 분리하기 위하여 초산과 물의 혼합물을 증기로 만들기 위한 스팀을 공급하는 리보일러(113)의 스팀사용량이 증가하는 문제점이 있다.
상기 공비증류탑(111)은 상기 원료저장드럼(109)에서 배출되는 초산과 물의 혼합물을 공비제를 사용하여 분리한다.
또한, 상기 리보일러(113)는, 상기 공비증류탑(111) 하부에 위치하고 물과 초산을 분리하기 위하여 물과 초산을 증기로 만들기 위해 스팀을 공급한다.
상기 열교환기(115)는, 상기 응축수저장드럼(105)과 상기 폐수처리장(117) 사이에 위치하고, 상기 응축수저장드럼(105)에서 배출되어 상기 폐수처리장(117)으로 보내지는 고온의 응축수와, 상기 원료저장드럼(109)으로 공급되는 제1원료스트림(119)과 제2원료스트림(121)의 저온의 물과 초산 혼합물을 열교환시킨다.
상기의 구성을 통하여, 약 95℃인 고온의 응축수가 40℃인 제1원료스트림(119)과 20℃인 제2원료스트림(121)과 열교환하여 70℃로 하강한다. 즉 고온의 응축수와 저온의 원료스트림이 접촉하고 열교환하여 상기 폐수처리장(117)으로 배출되는 응축수의 온도를 하강시키고, 상기 원료저장드럼(109)으로 공급되는 원료의 온도를 상승시킨다.
또한, 상기 공비증류탑(111) 상부로 유입되는 물과 초산 혼합물의 온도를 상승시켜 상기 리보일러(113)에서 상기 초산과 물의 혼합물을 증기로 만들기 위해 사용되는 스팀의 사용량이 감소되어 에너지 손실을 방지할 수 있다. 더욱이, 상기 리보일러(113)에서 발생하는 잉여스팀을 다른 에너지 발생원에 공급하여 원가절감의 장점을 유발할 수 있다.
여기서, 상기 공비증류탑(111)의 온도 상승 효과를 수치로 나타내보면, Q = 원료공급유량 × 비열 × 온도차이 이므로, Q = 17000Kg/h × 0.67Kcal.Kg/℃ × (70-40)℃ = 341.700Kcal 이다.
또한, 상기 공비증류탑(111)의 스팀감소량을 수치로 나타내보면, 341.700Kcal/h / 655 Kcal.Kg = 520Kg 스팀 = 0.52T/H 이다.
또한, 상기 열교환기(115)에서 폐수처리장(117)으로 배출되는 고온의 응축수는 상기 제1원료스트림(119)과 제2원료스트림(121)의 원료와 열교환됨으로써, 응축수의 온도가 하강하여 폐수처리장(117)으로 유입되는 응축수의 온도를 낮출 수 있기 때문에 공정 안정운정에 도움을 줄 수 있다.
여기서, 상기 응축수저장드럼(105)의 유입관으로부터 분기되고 상기 탈수탑(101)과 연결되어 상기 응축수저장드럼(105)으로부터 상기 열교환기(115)로 유입되는 고온의 응축수 일부가 상기 탈수탑(101) 상부로 유입되는 분기관을 더 구비하는 것이 바람직하다. 따라서, 상기의 구성을 통하여 응축수저장드럼(105)에서 저장되는 응축수를 상기 분기관을 따라 공정에 필요한 양 만큼 탈수탑(101)으로 환류시 키고, 나머지 고온의 응축수를 폐수처리장(117)으로 배출시킨다.
또한, 상기 탈수탑(101) 하부에 위치하고 물과 초산을 분리하기 위해 스팀을 공급하는 보일러(107)를 더 구비하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 공비증류탑 스팀절감방법은, 먼저, 탈수탑(101) 상부에서 배출되는 물을 응축기(103)에서 응축시킨다. 다음으로, 상기 응축기(103)에서 응축된 물을 응축수저장드럼(105)으로 공급하여 열교환기(115)로 배출하고, 상기 열교환기(115)로의 유입방향과 반대되는 분기관을 통하여 응축수의 일부를 상기 탈수탑(101)으로 환류시킨다.
그 다음으로, 원료저장드럼(109)에 제1원료스트림(119) 및 제2원료스트림(121)에서 공급되는 저온의 물과 초산의 혼합물이 공급된다.
이때, 상기 원료저장드럼(109)으로 유입되기 전 저온의 물과 초산을 상기 열교환기(115)를 통과하는 고온의 응축수와 열교환시켜 상기 물과 초산 혼합물의 온도를 높이고, 응축수의 온도를 낮춘다.
열교환 된 물과 초산을 상기 원료저장드럼(109)에 저장한 후 공비증류탑(111)으로 이송하고 리보일러(113)를 통해 스팀을 공급하여 물과 초산을 분리한다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 공비증류탑 스팀절감시스템 및 스팀절감방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 폐수처리장으로 배출되는 고온의 응축수와 원료저장드럼으로 공급되는 원료스트림의 저온의 원료를 열교환시킴으로써, 공비증류탑 상부로 유입되는 물과 초산 혼합물의 온도를 상승시킬 수 있다. 따라서, 리보일러에서 초산과 물의 혼합물을 증기로 만들기 위해 사용되는 스팀의 사용량이 감소되어 에너지 손실을 방지할 수 있고, 원가절감의 효과를 가질 수 있다.
둘째, 리보일러에서 발생하는 잉여스팀을 다른 에너지 발생원에 공급하여 원가절감의 장점을 유발할 수 있다.
셋째, 페수처리장으로 버려지는 고온의 응축수 온도를 낮출 수 있어 폐수처리장 운전시 발생되는 환경문제를 제거할 수 있다.

Claims (4)

  1. 물과 초산을 분리하는 탈수탑;
    상기 탈수탑 상부로 배출되는 물을 응축시키는 응축기;
    상기 응축기를 거친 응축수를 저장하고, 저장된 응축수를 폐수처리장으로 배출시키는 응축수저장드럼;
    상기 응축수저장드럼 일측에 위치하여 물과 초산의 혼합물을 저장하는 원료저장드럼;
    상기 원료저장드럼에서 배출된 초산과 물을 공비증류를 통하여 분리하기 위한 공비증류탑;
    상기 공비증류탑 하부에 위치하고 물과 초산을 분리하기 위해 스팀을 공급하는 리보일러; 및
    상기 응축수저장드럼과 상기 폐수처리장 사이에 위치하고, 상기 응축수저장드럼에서 배출된 응축수와 상기 원료저장드럼으로 공급되는 물과 초산의 혼합물을 열교환시키는 열교환기를 포함하는 스팀절감시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 응축수저장드럼의 유입관으로부터 분기되고 상기 탈수탑과 연결되어 상기 응축수저장드럼으로부터 상기 열교환기로 유입되는 고온의 응축수 일부가 상기 탈수탑 상부로 유입되는 분기관을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 스팀절감시스 템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 탈수탑 하부에 위치하고 물과 초산을 분리하기 위해 스팀을 공급하는 보일러를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 스팀절감시스템.
  4. 탈수탑 상부에서 배출되는 물을 응축기에서 응축시키는 단계;
    상기 응축기에서 응축된 물을 응축수저장드럼으로 공급하여 열교환기로 배출하고 일부는 상기 탈수탑으로 환류시키는 단계;
    원료저장드럼으로 유입되는 저온의 물과 초산을 상기 열교환기를 통과하는 고온의 응축수와 열교환시키는 단계; 및
    상기 열교환 된 물과 초산을 상기 원료저장드럼에 저장한 후 공비증류탑으로 이송하고 리보일러를 통하여 스팀을 공급하여 물과 초산을 분리하는 단계를 포함하는 스팀절감방법.
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