KR20120028351A - 중합 반응으로부터 회수되는 열을 사용하여 스팀을 생산하기 위한 공정 - Google Patents

중합 반응으로부터 회수되는 열을 사용하여 스팀을 생산하기 위한 공정 Download PDF

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Abstract

본 발명은 중합 반응으로부터 회수되는 열을 사용하여 스팀을 생산하기 위한 공정에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 폴리올레핀을 생산하기 위한 중합 반응으로부터 회수되는 열을 사용하여 스팀을 생산하기 위한 공정에 관한 것이며, 이 공정은 : 냉각 유체가 상기 반응으로부터 열을 제거하도록 냉각 유체와 상기 중합 반응을 열적으로 접촉하는 단계, 응축물로부터 스팀을 생산하기 위해 적어도 하나의 흡수 사이클을 사용하여 상기 흡수 사이클과 상기 냉각 유체의 적어도 일부를 열적으로 접촉하고, 이에 의해 냉각 유체로부터 상기 흡수 사이클로 열을 전달하는 단계를 포함하고, 냉각 유체는 상기 적어도 하나의 흡수 사이클에 포함되는 적어도 하나의 발생기 및 적어도 하나의 증발기를 가열하기 위한 열원으로서 사용된다. 본 발명은 또한 여기 설명된 공정을 사용하여 중하 반응을 냉각시키기 위한 공정에 관한 것이다. 상기 발명은 또한 폴리올레핀 생산 유닛에 관한 것이다.

Description

중합 반응으로부터 회수되는 열을 사용하여 스팀을 생산하기 위한 공정{PROCESS FOR PRODUCING STEAM USING HEAT RECOVERED FROM A POLYMERIZATION REACTION}
본 발명은 중합 반응으로부터 회수되는 열을 사용하여 스팀을 생산하기 위한 공정에 관한 것이다. 본 발명은 또한 중합 반응을 냉각시키기 위한 공정에 관한 것이다.
폴리에틸렌 및 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀이 슬러리 중합 또는 가스상 중합과 같은 입자 형태 중합에 의해 제조될 수 있다.
에틸렌의 중합 반응은 매우 발열성이며, 이는 생산되는 폴리에틸렌의 톤 당 약 945 kWh 를 방출한다. 또한, 폴리에틸렌의 제조 유닛은 에너지의 주요 소비원이다. 산업에서의 많은 양의 열이 대기 중으로 배출되고, 이는 에너지의 손실을 야기할 뿐만 아니라 공기 오염을 또한 더한다.
폴리올레핀 제조 공정 내의 다른 장비 및 작업이 에너지를 소비한다. 폴리올레핀 공장 내의 주목할 만한 전기의 소비원은, 예컨대 중합 반응기 (예컨대, 루프 슬러리 반응기) 의 액체 반응 혼합물을 순환시키는 펌프, 중합 반응기 자켓을 통하여 냉매 (예컨대, 처리된 물) 를 순환시키는 펌프, 재순환된 희석제 (및/또는 모노머) 를 가압하고 중합 반응기로 복귀시키는 컴프레셔, 플러프 (fluff) 및 펠릿 (pellet) 을 운반하는데 사용되는 블로워 (blower), 및 폴리올레핀 플러프를 폴리올레핀 펠릿으로 변환시키는 압출기를 포함한다. 통상적인 폴리올레핀 공장의 스팀의 주된 사용자는 중합 반응기의 유출물의 액체를 증기화하는 (flash) 히터, 그리고 회수된 희석제 및/또는 모노머를 처리하는 분류 컬럼을 포함할 수 있다. 특히, 스팀에 대한 요구는 생산되는 폴리에틸렌의 톤 당 대략 300 kWh 이다. 연료 가스의 비교적 대량 소비원은 중합 촉매의 활성 공정 (높은 열을 이용할 수 있는), 그리고 플랜트 플레어 헤더 (plant flare header) (플레어로의 공급 시에) 의 적절한 가연 물질의 양을 유지하는 작업을 포함할 수 있다. 일반적으로, 대규모의 에너지가 모노머와 코모노머 (comonomer) 를 폴리올레핀 플러프로 중합하고, 반응기로부터 재순환된 유출액을 처리하고, 폴리올레핀 플러프를 펠릿으로 변환하기 위해 요구된다.
따라서, 폴리올레핀의 생산은 전기, 스팀, 연료 가스 등을 소비하는 에너지 집약적 공정이다. 이러한 에너지 소비는 일반적으로 폴리올레핀, 뿐만 아니라 소비자에게 분배되는 폴리올레핀의 하류 제품의 생산에 많은 비용을 제공한다.
WO 2009010512 는 중합 유닛에 대한 그리고 중합 공정의 에너지 소비의 에너지 최적화를 위한 공정을 기재한다. 여기서 사용된 성능 계수 (Coefficient of Performance) 는, 실시예에서 설명된 것과 같이 소비되는 전기 에너지에 대한 생산된 열의 양의 비이다. 냉각수로부터 회수되는 모든 에너지는 더 높은 온도에서 재사용되지만, 많은 기계적/전기 에너지의 비용이 부가된다. 여기서, 매우 에너지를 소비하는 가스 컴프레셔가 요구된다.
따라서, 여전히 폴리올레핀 생산 공정의 에너지 효율을 개선할 필요가 있다. 따라서 본 발명의 목적은 종래 기술의 적어도 하나의 단점을 극복 또는 개선하거나 또는 유용한 대안을 제공하는 것이다.
본 발명은 폴리올레핀을 생산하기 위한 중합 반응으로부터 회수되는 열을 사용하여 스팀을 생산하기 위한 공정에 관한 것이며, 이 공정은 : 냉각 유체가 상기 반응으로부터 열을 제거하도록 냉각 유체와 상기 중합 반응을 열적으로 접촉하는 단계, 응축물로부터 스팀을 생산하기 위해 적어도 하나의 흡수 사이클을 사용하여 상기 흡수 사이클과 상기 냉각 유체의 적어도 일부를 열적으로 접촉하고 이에 의해 냉각 유체로부터 상기 흡수 사이클로 열을 전달하는 단계를 포함하며, 상기 냉각 유체는 상기 적어도 하나의 흡수 사이클에 포함되는 적어도 하나의 발생기 및 적어도 하나의 증발기를 가열하기 위한 열원으로서 사용된다. 응축물은 바람직하게는 중합 유닛으로부터 회수되는 스팀 응축물 (구역에서 이용 가능한 스팀 응축물) 이다. 바람직하게는 응축물은 중합 유닛에서 사용되는 스팀으로부터 회수된 응축물이다. 생산된 스팀은 중합 반응기의 유출물의 액체를 증기화하는 히터, 그리고 회수되는 희석제 및/또는 모노머를 처리하는 분류 컬럼에 사용될 수 있다.
특히, 본 발명은 폴리올레핀을 생산하기 위한 중합 반응으로부터 회수되는 열을 사용하여 스팀을 생산하기 위한 공정을 제공하며, 이 공정은 :
(a) 냉각 유체가 중합 반응으로부터 열을 제거하도록 냉각 유체와 상기 중합 반응을 열적으로 접촉하는 단계,
(b) 응축물로부터 스팀을 생산하기 위해 적어도 하나의 흡수 사이클을 사용하여 피흡수질 (absorbate) 및 흡수체 (absorbent) 용액을 이용하여 상기 흡수 사이클과 상기 냉각 유체의 적어도 일부를 열적으로 접촉하고, 이에 의해 냉각 유체로부터 상기 흡수 사이클로 열을 전달하는 단계를 포함하며, 상기 흡수 사이클은
ⅰ) 상기 냉각 유체로부터의 열을 사용하여 응축된 피흡수질을 증발시키고, 이에 의해 피흡수질 증기를 발생시키는 단계,
ⅱ) 피흡수질 증기가 흡수체 용액에 의해 흡수되도록 피흡수질 증기를 흡수체 용액에 노출시키고, 이에 의해 상기 흡수체 용액을 희석시키고 희석된 흡수체 용액 (또한 여기서 "희석된 흡수 용액" 또는 "피흡수질-흡수체 용액" 또는 "희석된 용액" 또는 "약한 흡수 용액", "약한 흡수체 용액" 또는 "약한 용액" 이라고 교환 가능하게 나타냄) 을 생산하는 단계,
ⅲ) 상기 희석된 흡수체 용액으로부터 열의 적어도 일부를 제거하고 상기 흡수 사이클에 열적으로 연결된 응축물로부터 스팀을 생산하기 위해 상기 제거된 열을 사용하는 단계,
ⅳ) 피흡수질 증기 및 농축된 흡수체 용액 (또한 여기서 "농축된 용액" 또는 "흡수체 용액" 또는 "농축된 흡수 용액" 으로 나타냄) 을 생산하기 위해 피흡수질을 증발시키기에 충분한 온도로 희석된 흡수체 용액을 가열하기 위해 냉각 유체로부터의 열을 사용하고; 흡수체 용액을 흡수 단계 (ⅱ) 에서 사용되도록 다시 복귀시키는 단계, 그리고
ⅴ) 응축된 피흡수질을 형성하기 위해 피흡수질 증기를 응축하고 응축된 피흡수질을 단계 (ⅰ) 에서 증발되도록 복귀시키는 단계를 포함한다.
실시형태에서, 공정은 단계 (ⅲ) 이후 상기 희석된 흡수체 용액으로부터의 열의 적어도 일부를 더 제거하고 농축된 흡수체 용액이 흡수 단계 (ⅱ) 로 복귀되기 전에 단계 (ⅳ) 에서 얻어지는 농축된 흡수체 용액을 가열하기 위해 상기 제거된 열을 사용하는 단계를 더 포함한다.
실시형태에서, 중합 반응은 중합 반응기에서 수행되고 이 반응은
- 올레핀 반응물, 중합 촉매 및 희석제를 순환시키면서 상기 반응기 안으로 하나 이상의 올레핀 반응물, 중합 촉매 및 희석제를 유입하는 단계,
- 본질적으로 액체 희석제 그리고 고체 올레핀 폴리머 입자를 포함하는 폴리머 슬러리를 생산하기 위해 상기 하나 이상의 올레핀 반응물을 중합하는 단계,
- 냉각 유체를 사용하여 반응기 온도를 조절하고 상기 냉각 유체와 열 접촉 상태로 상기 흡수 사이클을 사용하여 상기 냉각 유체로부터 열 에너지의 적어도 일부를 회수하는 단계,
- 상기 폴리머 슬러리를 침강시키는 단계, 및
- 상기 반응기로부터 침강된 폴리머 슬러리를 배출하는 단계를 포함한다.
본 발명은 또한 폴리올레핀을 생산하기 위한 중합 반응을 냉각시키기 위한 본 발명에 따른 공정의 사용에 대한 것이다.
본 발명은 또한 폴리올레핀 생산 유닛에 관한 것이며, 이 유닛은 :
적어도 하나의 중합 반응기에 모노머, 코모노머, 희석제, 중합 촉매 및 선택적으로 수소를 공급하기 위한 수단;
폴리머 슬러리를 위한 유동 경로가 형성된 적어도 하나의 중합 반응기를 포함하며, 상기 반응기에는 상기 반응기를 냉각하기 위한 열 자켓이 제공되는 반응기 시스템,
상기 중합 반응기로부터 상기 폴리머 슬러리를 배출하기 위한 하나 이상의 라인을 포함하고,
상기 적어도 하나의 중합 반응기는 적어도 하나의 흡수 열 변환기 (absorption heat transformer) 에 포함되는 증발기 및 발생기와 열적으로 결합되고, 상기 열 변환기는 적어도 하나의 스팀 생산 유닛에 열적으로 결합되는 흡수기 (absorber) 를 더 포함한다.
실시형태에서, 상기 흡수 열 변환기는 연속적으로 연결되는 : 콘덴서, 증발기, 흡수기, 그리고 적어도 하나의 발생기를 포함하는 흡수체/피흡수질 포함 루프이며, 흡수기는 스팀 생산 유닛에 열적으로 연결되는 열 교환기에 연속적으로 연결된다.
실시형태에서 상기 흡수 열 변환기는 연속적으로 연결되는 콘덴서, 펌프, 증발기, 흡수기, 관류식 열 교환기 (이코노마이저 (economizer)), 팽창 밸브, 및 적어도 하나의 발생기를 포함하는 흡수체/피흡수질 포함 루프이며, 흡수기는 스팀 생산 유닛에 열적으로 연결되는 열 교환기에 연속적으로 연결된다.
본 발명은 본 발명에 따른 공정을 사용하는 중합 반응을 냉각시키기 위한 공정을 또한 포함한다.
본 발명은 폴리올레핀 생산 공정에서 에너지 소비를 줄이는 것을 가능하게 한다. 본 발명은 공장 효율을 개선하고 폐기되는 에너지 재원을 회수하는 것을 가능하게 한다.
발생기에는 유리하게는 흡수기로부터 나오는 작업 유체와 흡수체의 용액으로부터의 작업 유체를 증발시키기 위해 폐열원으로부터 폐열이 공급된다.
콘덴서는 유리하게는 발생기로부터 나오는 증발된 작업 유체를 응축시킨다.
증발기는 유리하게는 폐열원으로부터 열을 추출함으로써, 더 높은 압력으로 콘덴서로부터 증발기로 펌프되는 액화된 작업 유체를 증발시킨다.
흡수기는 유리하게는 흡수체를 사용하고, 열을 발생시키면서 증발기로부터 나오는 작업 유체 증기를 흡수한다.
본 발명은 아래에서 상세하게 더 기재될 것이다. 이후의 문맥에서, 본 발명의 상이한 양태가 더 상세하게 규정된다. 이렇게 규정된 각각의 양태는 달리 명백하게 나타내지 않는다면 다른 어떠한 양태 또는 양태들과 조합될 수 있다. 특히, 바람직하거나 또는 유리한 것으로 나타낸 어떠한 특징이 바람직하거나 또는 유리한 것으로 나타낸 어떠한 다른 특징 또는 특징들과 조합될 수 있다. 설명은 단지 예로서 주어지고 본 발명을 제한하지 않는다. 참조 부호는 이후에 부가된 도면에 관한 것이다.
도 1 은 본 발명의 실시형태에 따른, 스팀을 생산하기 위한 단일 효용 흡수 열 변환기의 적용의 기본 구성의 개략도이다.
도 2 는 본 발명의 실시형태에 따른, 스팀을 생산하기 위한 이중 효용 흡수 열 변환기의 적용의 기본 구성의 개략도이다.
도 3 은 본 발명의 실시형태에 따른, 단일 효용 흡수 열 변환기의 기본 구성의 개략적인 도면을 나타내는 도면이다.
도 4 는 본 발명의 실시형태에 따른, 이중 효용 흡수 열 변환기의 기본 구성의 개략적인 도면을 나타내는 도면이다.
본 발명은 폴리올레핀을 생산하기 위한 중합 반응으로부터 회수되는 열을 사용하여 스팀을 생산하기 위한 시스템 및 공정을 제공한다. 본 발명에 따르면, 중합 반응으로부터의 냉각 유체는 피흡수질 및 흡수체 용액을 이용하는 흡수 열 변환기의 적어도 하나의 단일 스테이지 (단일 효용) 흡수 사이클에서 열원으로서 사용된다. 실시형태에서 피흡수질 및 흡수체 용액은 이원 유체 (binary fluid) (또한 여기서 "이원 작업 유체" 라고 나타냄) 이다.
여기서 사용되는 것과 같이, "작업 유체" 라는 용어는 열역학 사이클 내에서 전개되는 매체를 나타낸다.
중합 반응의 냉각 유체로부터의 열은 흡수 사이클의 2 개의 상이한 단계에서 사용된다. 열은 증발기를 가열하는데 사용되고 흡수 열 변환기의 발생기를 가열하는데 또한 사용된다. 응축된 피흡수질의 증발은 상기 피흡수질이 반응기의 냉각수로부터, 그의 냉각 회로에서 흡수되는 열을 취할 때 증발기에서 일어난다. 유사하게 발생기의 피흡수질 흡수체 용액은 그의 냉각 회로에서 흡수되는 열을 사용하여 가열된다.
본 발명에 따른 공정은 :
(a) 냉각 유체가 중합 반응으로부터 열을 제거하도록 냉각 유체와 상기 중합 반응을 열적으로 연통하는 단계;
(b) 증발기의 이원 작업 유체로부터의 응축물과 중합 반응의 냉각 유체를 열적으로 연통 (여기서 또한 "열적으로 접촉" 이라고 나타냄) 시키고 이에 의해 응축물이 증기를 형성하기 위해 적어도 부분적으로는 증발되는 단계;
(c) 흡수기의 상기 이원 작업 유체와 상기 증기를 접촉시키고 이 이원 작업 유체는 상기 증기의 흡수에 의해 희석되는 단계;
(d) 흡수기의 희석된 이원 작업 유체와 응축물의 소스 사이에 열 교환 접촉을 제공하고 이에 의해 응축물은 더 높은 온도에서 스팀으로 전환되는 단계;
(e) 피흡수질 증기 및 농축된 이원 작업 유체 (또한 "풍부한 이원 작업 유체" 라고 나타냄) 를 생산하기에 충분한 온도로 발생기에서 희석된 이원 작업 유체를 가열하기 위해 중합 반응의 냉각 유체로부터의 열을 사용하고; 바람직하게는 열이 상기 흡수기로부터 희석된 이원 작업 유체와 교환되는 관류식 열 교환기에서 가열된 이후 농축된 이원 작업 유체를 흡수 단계 (c) 에서 사용되도록 다시 복귀시키는 단계;
(f) 응축된 피흡수질을 형성하기 위해 저온 콘덴서와의 열 교환 접촉에 의해서 피흡수질 증기를 응축하고 응축된 피흡수질을 단계 (b) 의 증발기에서 증발되도록 복귀시키는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 적어도 하나의 흡수 사이클은 2 개의 압력 구역을 포함한다.
바람직한 실시형태에서, 단계 (f) 에서 응축된 피흡수질은 단계 (b) 의 증발기로 복귀되기 전에 더 높은 압력으로 펌프된다.
바람직한 실시형태에서, 단계 (e) 의 발생기에서 얻어지는 농축된 이원 작업 유체는 먼저 더 높은 압력으로 펌프되고 그 후 단계 (c) 의 흡수기로 다시 복귀되기 전에 관류식 열 교환기 (이코노마이저) 에서 가열된다.
바람직한 실시형태에 따르면, 공정은 :
(a) 냉각 유체가 중합 반응으로부터 열을 제거하도록 냉각 유체와 상기 중합 반응을 열적으로 접촉하는 단계;
(b) 증발기의 이원 작업 유체로부터의 응축물과 중합 반응의 냉각 유체를 열적으로 접촉시키고 이에 의해 응축물이 증기를 형성하기 위해 적어도 부분적으로는 증발되는 단계;
(c) 흡수기의 상기 이원 작업 유체와 상기 증기를 접촉시키고 이 이원 작업 유체는 상기 증기의 흡수에 의해 희석되는 단계;
(d) 흡수기의 희석된 이원 작업 유체와 응축물의 소스 사이에 열 교환 접촉을 제공하고 이에 의해 응축물은 더 높은 온도에서 스팀으로 전환되는 단계;
(d1) 희석된 이원 작업 유체와 관류식 열 교환기 (이코노마이저) 의 복귀하는 농축된 이원 작업 유체 사이에 열 교환 접촉을 더 제공하는 단계;
(d2) 팽창 밸브에서 상기 희석된 이원 작업 유체를 소비하는 단계,
(e) 피흡수질 증기 및 농축된 이원 작업 유체를 생산하기에 충분한 온도로 발생기에서 소비된 희석된 이원 작업 유체를 가열하기 위해 중합 반응의 냉각 유체로부터의 열을 사용하고; (e1) 단계 (d1) 의 관류식 열 교환기의 상기 펌프된 농축된 이원 작업 유체를 가열하기 전에 더 높은 압력으로 농축된 이원 작업 유체를 펌핑하고 상기 농축된 이원 작업 유체를 단계 (c) 의 흡수기로 복귀시키는 단계;
(f) 응축된 피흡수질을 형성하기 위해 저온 콘덴서와 열 교환 접촉에 의해서 피흡수질 증기를 응축하고, (f1) 단계 (b) 의 증발기로 복귀되기 전에 응축된 피흡수질을 더 높은 압력으로 펌핑하는 단계를 포함한다.
실시형태에서 흡수 사이클을 사용하여 스팀 응축물로부터 생산되는 스팀은 저압 스팀이다. 실시형태에서, 높은 압력이 요구된다면, 상기 저압 스팀은 고압 스팀을 얻기 위해 압축될 수 있고, 온도는 증가한다. 이는 상기 저압 스팀을 기계적으로 압축하거나 또는 열 컴프레셔 (thermocompressor) 를 사용하여 고압 스팀과 생산된 저압 스팀을 조합함으로써 달성될 수 있다. 바람직하게는 생산된 스팀은 열 컴프레셔를 사용하여 재압축된다.
다른 실시형태에서, 본 공정은 제 2 흡수 사이클을 위한 열원으로서 제 1 흡수 사이클의 단계 (ⅲ) 에서 생산된 스팀을 사용하고, 응축물로부터 스팀을 생산하기 위해 상기 제 2 흡수 사이클을 사용하는 단계를 포함한다. 이 실시형태에서, 중합 반응으로부터의 냉각 유체는 응축물로부터 스팀을 생산하기 위해 사용되는 제 1 흡수 사이클에서의 열원으로서 사용되고, 상기 생산된 스팀은 응축물로부터 스팀을 생산하기 위해 사용되는 제 2 흡수 사이클에서의 열원으로서 사용된다. 중합 반응의 냉각 유체로부터의 열은 제 1 흡수 사이클의 2 개의 상이한 단계에서 사용된다. 열은 증발기를 가열하는데 사용되고 또한 발생기를 가열하는데 사용된다. 제 1 흡수 사이클을 사용하여 생산된 스팀으로부터의 열은 제 2 흡수 사이클의 2 개의 상이한 단계에서 사용된다. 열은 증발기를 가열하는데 사용되고 또한 발생기를 가열하는데 사용된다. 바람직하게는, 제 2 흡수 사이클을 사용하여 생산되는 스팀은 고압 스팀이다.
바람직하게는, 상기 제 2 흡수 사이클은 2 개의 압력 구역을 포함한다.
특별한 실시형태에 따르면, 상기 제 2 흡수 사이클은 피흡수질 및 흡수체 용액을 이용하며, 이 제 2 흡수 사이클은 :
ⅰ1) 제 1 흡수 사이클을 사용하여 생산된 스팀으로부터의 열을 사용하여 응축된 피흡수질을 증발시키고, 이에 의해 피흡수질 증기를 발생시키는 단계,
ⅱ1) 피흡수질 증기가 흡수체 용액에 의해 흡수되도록 피흡수질 증기를 흡수체 용액에 노출시키고 이에 의해 이 흡수체 용액을 희석시키고 희석된 흡수체 용액을 생산하는 단계,
ⅲ1) 상기 희석된 흡수체 용액으로부터 열의 적어도 일부를 제거하고 상기 흡수 사이클에 열적으로 연결된 응축물로부터 스팀을 생산하기 위해 상기 제거된 열을 사용하는 단계,
ⅳ1) 피흡수질 증기 및 농축된 흡수체 용액을 생산하기 위해 피흡수질을 증발시키기에 충분한 온도로 희석된 흡수체 용액을 가열하기 위해 제 1 흡수 사이클을 사용하여 생산된 스팀으로부터의 열을 사용하고; 농축된 흡수체 용액을 흡수 단계 (ⅱ1) 에서 사용되도록 다시 복귀시키는 단계,
ⅴ1) 응축된 피흡수질을 형성하기 위해 피흡수질 증기를 응축하고 응축된 피흡수질을 단계 (ⅰ1) 에서 증발되도록 복귀시키는 단계를 포함한다.
특별한 실시형태에서, 상기 제 2 흡수 사이클은 단계 (ⅲ1) 이후 상기 희석된 흡수체 용액으로부터 열의 적어도 일부를 더 제거하고 상기 농축된 흡수체 용액을 흡수 단계 (ⅱ1) 로 복귀시키기 전에 단계 (ⅳ1) 에서 얻어지는 농축된 흡수체 용액을 가열하기 위해 상기 제거된 열을 사용하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 단계 (ⅲ1) 에서 생산되는 스팀은 고압 스팀이다.
특별한 실시형태에서, 제 1 및 제 2 흡수 사이클을 포함하는 공정은 :
(a) 냉각 유체가 중합 반응으로부터 열을 제거하도록 냉각 유체와 상기 중합 반응을 열적으로 연통하는 단계;
(b) 제 1 증발기의 이원 작업 유체로부터의 응축물과 중합 반응의 냉각 유체를 열적으로 연통 (여기서 또한 "열적으로 접촉" 이라고 나타냄) 시키고 이에 의해 응축물이 증기를 형성하기 위해 적어도 부분적으로는 증발되는 단계;
(c) 제 1 흡수기의 상기 이원 작업 유체와 상기 증기를 접촉시키고 이 이원 작업 유체는 상기 증기의 흡수에 의해 희석되는 단계;
(d) 제 1 흡수기의 희석된 이원 작업 유체와 응축물의 소스 사이에 열 교환 접촉을 제공하고 이에 의해 응축물은 더 높은 온도에서 스팀으로 전환되는 단계;
(e) 피흡수질 증기 및 농축된 이원 작업 유체를 생산하기에 충분한 온도로 제 1 발생기에서 희석된 이원 작업 유체를 가열하기 위해 중합 반응의 냉각 유체로부터의 열을 사용하고; 바람직하게는 열이 상기 제 1 흡수기로부터 희석된 이원 작업 유체와 교환되는 제 1 관류식 열 교환기에서 가열된 이후 농축된 이원 작업 유체를 흡수 단계 (c) 에서 사용되도록 다시 복귀시키는 단계;
(f) 응축된 피흡수질을 형성하기 위해 제 1 저온 콘덴서와 열 교환 접촉에 의해서 피흡수질 증기를 응축하고 응축된 피흡수질을 단계 (b) 의 제 1 증발기에서 증발되도록 복귀시키는 단계 그리고
(g) 제 2 증발기의 이원 작업 유체로부터의 응축물과 단계 (d) 에서 생산되는 스팀을 열적으로 접촉시키고 이에 의해 응축물은 증기를 형성하기 위해 적어도 부분적으로는 증발되는 단계;
(h) 제 2 흡수기의 상기 이원 작업 유체와 상기 증기를 접촉시키고 이 이원 작업 유체는 상기 증기의 흡수에 의해 희석되는 단계;
(i) 제 2 흡수기의 희석된 이원 작업 유체와 응축물의 소스 사이에 열 교환 접촉을 제공하고 이에 의해 응축물은 더 높은 온도에서 스팀으로 전환되는 단계;
(j) 피흡수질 증기 및 농축된 이원 작업 유체를 생산하기에 충분한 온도로 제 2 발생기에서 희석된 이원 작업 유체를 가열하기 위해 단계 (d) 에서 생산되는 스팀으로부터의 열을 사용하고; 바람직하게는 열이 상기 제 2 흡수기로부터 희석된 이원 작업 유체와 교환되는 제 2 관류식 열 교환기에서 가열된 이후 농축된 이원 작업 유체를 흡수 단계 (h) 에서 사용되도록 다시 복귀시키는 단계;
(k) 응축된 피흡수질을 형성하기 위해 제 2 저온 콘덴서와 열 교환 접촉에 의해서 피흡수질 증기를 응축하고 응축된 피흡수질을 단계 (g) 의 증발기에서 증발되도록 복귀시키는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 제 1 흡수 사이클은 2 개의 압력 구역을 포함하고, 상기 제 2 흡수 사이클은 2 개의 압력 구역을 포함한다.
바람직한 실시형태에서, 단계 (k) 에서 응축된 피흡수질은 단계 (g) 의 제 2 증발기로 복귀되기 전에 더 높은 압력으로 펌프된다.
바람직한 실시형태에서, 단계 (j) 의 제 2 발생기에서 얻어지는 농축된 이원 작업 유체는 먼저 더 높은 압력으로 펌프되고 그 후 단계 (h) 의 제 2 흡수기로 다시 복귀되기 전에 관류식 열 교환기 (이코노마이저) 에서 가열된다.
바람직한 실시형태에 따르면, 2 개의 스테이지의 흡수 사이클을 사용하는 공정은 :
(a) 냉각 유체가 중합 반응으로부터 열을 제거하도록 냉각 유체와 상기 중합 반응을 열적으로 접촉하는 단계;
(b) 제 1 증발기의 이원 작업 유체로부터의 응축물과 중합 반응의 냉각 유체를 열적으로 접촉시키고 이에 의해 응축물이 증기를 형성하기 위해 적어도 부분적으로는 증발되는 단계;
(c) 제 1 흡수기의 상기 이원 작업 유체와 상기 증기를 접촉시키고 이 이원 작업 유체는 상기 증기의 흡수에 의해 희석되는 단계;
(d) 제 1 흡수기의 희석된 이원 작업 유체와 응축물의 소스 사이에 열 교환 접촉을 제공하고 이에 의해 응축물은 더 높은 온도에서 스팀으로 전환되는 단계;
(d1) 희석된 이원 작업 유체와 제 1 관류식 열 교환기 (이코노마이저) 의 복귀하는 농축된 이원 작업 유체 사이에 열 교환 접촉을 더 제공하는 단계;
(d2) 제 1 팽창 밸브에서 상기 희석된 이원 작업 유체를 소비하는 단계,
(e) 피흡수질 증기 및 농축된 이원 작업 유체를 생산하기에 충분한 온도로 제 1 발생기의 소비된 희석된 이원 작업 유체를 가열하기 위해 중합 반응의 냉각 유체로부터의 열을 사용하고; (e1) 단계 (d1) 의 제 1 관류식 열 교환기에서 상기 펌프된 농축된 이원 작업 유체를 가열하기 전에 더 높은 압력으로 농축된 이원 작업 유체를 펌핑하고 상기 농축된 이원 작업 유체를 단계 (c) 의 제 1 흡수기로 복귀시키는 단계;
(f) 응축된 피흡수질을 형성하기 위해 제 1 저온 콘덴서와 열 교환 접촉에 의해서 피흡수질 증기를 응축하고, (f1) 단계 (b) 의 제 1 증발기로 복귀되기 전에 응축된 피흡수질을 더 높은 압력으로 펌핑하는 단계;
(g) 제 2 증발기의 이원 작업 유체로부터의 응축물을 단계 (d) 에서 생산되는 스팀과 열적으로 접촉시키고 이에 의해 응축물은 증기를 형성하기 위해 적어도 부분적으로는 증발되는 단계;
(h) 제 2 흡수기의 상기 이원 작업 유체와 상기 증기를 접촉시키고 이 이원 작업 유체는 상기 증기의 흡수에 의해 희석되는 단계;
(i) 제 2 흡수기의 희석된 이원 작업 유체와 응축물의 소스 사이에 열 교환 접촉을 제공하고 이에 의해 응축물은 더 높은 온도에서 스팀으로 전환되는 단계;
(i1) 희석된 이원 작업 유체와 제 2 관류식 열 교환기의 복귀하는 농축된 이원 작업 유체 사이에 열 교환 접촉을 더 제공하는 단계;
(i2) 제 2 팽창 밸브에 상기 희석된 이원 작업 유체를 소비하는 단계,
(j) 피흡수질 증기 및 농축된 이원 작업 유체를 생산하기에 충분한 온도로 제 2 발생기의 소비된 희석된 이원 작업 유체를 가열하기 위해 단계 (d) 에서 생산되는 스팀으로부터의 열을 사용하고; (j1) 단계 (i1) 의 제 2 관류식 열 교환기에서 상기 펌프된 농축된 이원 작업 유체를 가열하기 전에 더 높은 압력으로 농축된 이원 작업 유체를 펌핑하고 상기 농축된 이원 작업 유체를 단계 (h) 의 제 2 흡수기로 복귀시키는 단계;
(k) 응축된 피흡수질을 형성하기 위해 제 2 저온 콘덴서와 열 교환 접촉에 의해서 피흡수질 증기를 응축하고, (k1) 단계 (g) 의 제 2 증발기로 복귀되기 전에 응축된 피흡수질을 더 높은 압력으로 펌핑하는 단계를 포함한다.
실시형태에서, 흡수체/피흡수질 용액은 브롬화리튬 (LiBr)/물 및 암모니아/물, 또는 알코올/알코올, 알코올/아미드, 알코올 및 케톤, 아민/알코올, 알코올/염을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 이원 작업 유체이다.
바람직하게는, 피흡수질은 물이고 흡수체 용액은 LiBr 의 수용액이다. 더 바람직하게는, 농축 LiBr 흡수체 용액은 적어도 58 중량% 이며, 즉; 적어도 58 중량% 의 브롬화리튬을 포함하는 수용액이다. 더욱 더 바람직하게는 LiBr 흡수체 용액의 농도는 58 중량% ~ 65 중량% 이다.
단일 또는 이중 흡수 사이클을 사용하는 공정의 특별한 실시형태에서, 중합 반응은 반응기에서 수행되고 이 반응은
- 올레핀 반응물, 중합 촉매 및 희석제를 순환시키면서 상기 반응기 안으로 하나 이상의 올레핀 반응물, 중합 촉매 및 희석제를 유입하는 단계,
- 본질적으로 액체 희석제 그리고 고체 올레핀 폴리머 입자를 포함하는 폴리머 슬러리를 생산하기 위해 상기 하나 이상의 올레핀 반응물을 중합하는 단계,
- 냉각 유체를 사용하여 반응기 온도를 조절하고 상기 냉각 유체와 열 접촉 상태로 작업 유체에 의해 상기 냉각 유체로부터 열 에너지의 적어도 일부를 회수하는 단계,
- 상기 폴리머 슬러리를 침강시키는 단계, 및
- 상기 반응기로부터 침강된 폴리머 슬러리를 배출하는 단계를 포함한다.
본 발명은 희석제 및 반응되지 안은 모노머를 포함하는 액체 매체에 현탁되는 입자성 폴리머 고형물의 슬러리를 포함하는 유출물을 생산하는 어떠한 공정에 적용 가능하다. 이러한 반응 공정은 입자 형태 중합으로서 당업계에 공지되는 것을 포함한다.
본 발명은 중합되는 모노머를 함유하는 희석제의 C2 ~ C8 올레핀과 같은 올레핀의 촉매 중합으로 이루어지는 입자성 올레핀 폴리머의 제조을 위한 중합 공정에 특히 적절하고, 중합 슬러리는 루프 반응기에서 순환되고 개시 재료가 이 반응기에 공급되고 이 반응기로부터 형성된 폴리머가 제거된다. 적절한 모노머의 예는, 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌, 펜텐, 부타디엔, 이소프렌, 1-헥센 등과 같은 분자 당 2 ~ 8 탄소 원자를 갖는 것을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
중합 반응은 50 ~ 120℃, 바람직하게는 70 ~ 115℃, 더 바람직하게는 80 ~ 110℃ 의 온도, 그리고 20 ~ 100 바, 바람직하게는 30 ~ 50 바, 더 바람직하게는 37 ~ 45 바의 압력에서 실행될 수 있다.
바람직한 실시형태에서, 본 발명은 이소부탄 희석제의 에틸렌의 중합을 위해 특히 적절하다. 적절한 에틸렌 중합은 에틸렌의 단일중합 (homopolymerization), 에틸렌과 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 1-옥텐 또는 1-데센과 같은 고급 1-올레핀 코모노머의 공중합 (copolymerization) 을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 본 발명의 실시형태에서, 상기 코모노머는 1-헥센이다. 다른 실시형태에서 본 발명은 이중 모드 (bimodal) 폴리에틸렌 (PE) 을 제조하기 위한 에틸렌의 중합에 대하여 설명된다. "이중 모드 PE" 는 서로 시리즈로 연결되는 2 개의 반응기를 사용하여 제조되는 PE 를 나타낸다.
에틸렌은 촉매의 존재시 액체 희석제에서, 선택적으로 공촉매, 선택적으로 코모노머, 선택적으로 수소 및 선택적으로 다른 첨가제에서 중합하고 이에 의해 중합 슬러리를 생산한다.
여기서 사용되는 것과 같이, "중합 슬러리" 또는 "폴리머 슬러리" 또는 "슬러리" 라는 용어는 적어도 폴리머 고형물 및 액상을 포함하는 실질적으로 다상 조성물을 의미하고 제 3 상 (가스) 이 공정에서 적어도 국부적으로 존재하는 것을 가능하게 하고, 액상은 연속적인 상태인 것을 의미한다. 고형물은 촉매 그리고 폴리에틸렌과 같은 중합된 올레핀을 포함한다. 액체는 이소부탄과 같은 비활성 희석제, 에틸렌과 같은 용해된 모노머, 코모노머, 수소와 같은 분자량 조절제, 대전 방지제, 방오제, 포집제 및 다른 공정 첨가제를 포함한다.
적절한 희석제는 당업계에 잘 공지되어 있고 지방족, 지환족 및 방향족 탄화수소 용제, 또는 이러한 용제의 할로겐화된 버전과 같은 탄화수소 희석제를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 바람직한 용제는 C12 이하, 직선 사슬 또는 분기된 사슬, 포화된 탄화수소, C5 ~ C9 포화된 지방족 고리 또는 방향족 탄화수소이다. 용제의 비제한적인 도시적인 예는 부탄, 이소부탄, 펜탄, 헥산, 헵탄, 시클로펜탄, 시클로헥산, 시클로헵탄, 메틸 시클로펜탄, 메틸 시클로헥산, 이소옥탄, 벤젠, 톨루엔 및 크실렌이다. 본 발명의 바람직한 실시형태에서, 상기 희석제는 이소부탄이다. 하지만, 다른 희석제가 또한 본 발명에 따라 적용될 수 있는 것이 본 발명으로부터 명백해야 한다.
적절한 촉매가 당업계에 공지되어 있다. 본 발명에 따르면 "촉매" 라는 용어는 여기서 반응에서 촉매 자체가 소비되지 않으면서 공중합 반응의 속도 (rate) 의 변화를 야기하는 물질로서 규정된다. 적절한 촉매의 예는 실리카 또는 알루미늄 상에 담지되는 것과 같은 산화 크롬, "지글러 (Ziegler)" 또는 "지글러 나타(Ziegler-Natta)" 촉매로 당업계에 공지된 촉매를 포함하는 유기금속 촉매, 메탈로센 촉매 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 여기서 사용된 "공촉매" 라는 용어는 중합 반응 동안 촉매의 활동성을 개선하기 위해 촉매와 관련되어 사용될 수 있는 재료를 나타낸다.
다른 실시형태에 따르면, 본 발명에 따른 공정은 2 개의 액체 풀 루프 반응기로 이루어지는 이중 루프 중합 반응기에 또한 적용될 수 있으며, 이 반응기는 제 1 반응기로부터 상기 제 2 반응기로 슬러리의 배출을 위해 연결되는 제 1 반응기의 하나 이상의 침강 레그에 의해 시리즈로 연결된 제 1 및 제 2 반응기를 포함한다.
본 발명은 올레핀 중합의 반응을 냉각시키기 위한 시스템을 또한 제공하며, 흡수 열 변환기가 상기 중합 반응으로부터 열을 제거하는데 사용되는 것을 특징으로 한다. 특히, 본 발명은 : 상기 중합 반응으로부터 열을 제거하는 단계, 흡수 열 변환기를 사용하는 단계 그리고 스팀을 생산하기 위해 상기 펌프를 사용하는 단계를 포함하는 중합 반응을 냉각시키기 위한 공정을 제공한다.
본 발명은 폴리올레핀 생산 유닛을 또한 제공하며, 이 유닛은 : 적어도 하나의 중합 반응기에 모노머, 코모노머, 희석제, 중합 촉매 및 선택적으로 수소를 공급하기 위한 수단; 폴리머 슬러리를 위한 유동 경로가 형성된 적어도 하나의 중합 반응기를 포함하는 반응기 시스템, 상기 중합 반응기로부터 상기 폴리머 슬러리를 배출하기 위한 하나 이상의 라인을 포함하고, 상기 적어도 하나의 중합 반응기는 적어도 하나의 흡수 열 변환기에 포함되는 증발기 및 발생기와 열적으로 결합되고, 상기 열 변환기는 적어도 하나의 스팀 생산 유닛에 열적으로 결합되는 흡수기를 더 포함한다.
바람직한 실시형태에서, 상기 폴리올레핀 생산 유닛은 :
- 적어도 하나의 중합 반응기에 모노머, 코모노머, 희석제 및 선택적으로 수소를 공급하기 위한 수단;
- 상기 적어도 하나의 중합 반응기에 중합 촉매를 공급하기 위한 수단,
- 폴리머 슬러리를 위한 유동 경로가 형성된 적어도 하나의 중합 반응기를 포함하며, 상기 슬러리는 본질적으로는 적어도 하나의 모노머, 코모노머, 중합 촉매, 액체 희석제 및 고체 올레핀 코폴리머 입자로 이루어지는 반응기 시스템,
- 상기 중합 반응기로부터 상기 폴리머 슬러리를 배출하기 위한 하나 이상의 라인,
- 상기 적어도 하나의 중합 반응기로부터 배출되는 슬러리로부터 대부분의 액체 희석제를 분리시키도록 구성된 희석제/모노머 회수 시스템;
- 희석제/모노머 회수 시스템으로부터 배출되는 액체 희석제의 일부를 처리하고 회수된 액체 희석제를 제공하도록 구성된 분류 시스템; 및
- 희석제/모노머 회수 시스템의 슬러리로부터 회수된 폴리올레핀 입자를 압출하고 펠릿화하도록 구성되는 압출기/펠릿타이저 (pelletizer) 를 갖는 압출/로드아웃 (loadout) 시스템을 포함하고, 상기 적어도 하나의 중합 반응기는 적어도 하나의 흡수 열 변환기에 포함되는 증발기 및 발생기와 열적으로 결합되고, 상기 열 변환기는 적어도 하나의 스팀 생산 유닛과 열적으로 결합되는 흡수기를 더 포함한다.
실시형태에서, 스팀 응축 라인은 적어도 하나의 흡수 열 변환기의 흡수기의 열 교환기와 열 접촉하도록 구성된다. 실시형태에서, 컴프레셔가, 상기 적어도 하나의 흡수 열 변환기를 사용하여 생산된 스팀으로부터 고압 스팀을 생산하기 위해, 상기 흡수 열 변환기에 또한 결합될 수 있다. 바람직하게는 상기 컴프레셔는 열 컴프레셔이다.
도 1 은 본 발명의 실시형태에 따른, 단일 스테이지 (또는 단일 효용) 흡수 열 변환기 (200) 에 작동적으로 연결되는 단일 루프 반응기 (300) 를 나타내는 도면이다. 단일 루프 반응기 (300) 는 상호 연결되는 파이프 (301) 를 포함한다. 루프 반응기 (300) 가 2 개의 수직 파이프 (301) 를 갖는 것으로 나타나 있지만, 상기 루프 반응기 (300) 는 4 개 이상의 파이프와 같은 더 많은 파이프, 예컨대 6 개의 수직 파이프, 예컨대 4 ~ 20 개의 수직 파이프가 구비될 수 있는 것이 이해될 것이다. 파이프 부분 (301) 의 수직 부분에는 열 자켓 (302) 이 제공된다. 중합 열은 반응기 (300) 의 이러한 자켓 (302) 에서 순환하는 냉각수 (309) 를 통하여 추출된다.
희석제, 모노머, 선택적인 코노모너 및 반응 첨가제와 같은 반응물이 라인 (303) 에 의해 반응기 (300) 안으로 유입될 수 있다. 선택적으로 공촉매 또는 활성제와 연관된 촉매가 반응기에 주입될 수 있다.
중합 슬러리는 축류 펌프 (304) 와 같은, 하나 이상의 펌프에 의해 화살표 (305) 로 나타낸 것과 같이 루프 반응기 (300) 를 통하여 방향적으로 순환된다. 펌프는 전기 모터 (306) 에 의해 전력이 공급될 수 있다. 여기서 사용되는 "펌프" 라는 용어는 예컨대 피스톤 또는 회전 임펠러 (impeller) (307) 의 세트에 의해 유체의 압력을 상승시키고, 유체를 압축 구동하는 어떠한 장치를 포함한다.
반응기 (300) 에는 생산물 회수 구역 (308) 으로 폴리머 슬러리를 배출하기 위해 하나 이상의 침강 레그 (도시되지 않음) 가 또한 제공될 수 있다.
침강 레그에는 생산물 제거 (take off) 또는 배출 밸브가 제공될 수 있다. 배출 밸브는, 완전히 개방될 때 폴리머 슬러리의 연속적인 또는 주기적인 배출을 가능하게 하는 어떠한 타입의 밸브일 수 있다. 앵글 밸브 (angle valve) 또는 볼 밸브 (ball valve) 가 적절하게 사용될 수 있다. 예컨대, 밸브는 고체 물질이 밸브의 메인 본체부에 축적되거나 또는 몰리는 것을 방지하는 구조를 가질 수 있다. 하지만, 배출 밸브의 구조 및 타입은 필요에 따라 당업자에 의해 선택될 수 있다. 레그의 전체 또는 일부가 배출 밸브의 각각의 개구에서 배출된다. 침강 레그에 침강된 폴리머 슬러리는 하나 이상의 생산물 회수 라인에 의해, 예컨대 생산물 회수 구역 (308) 으로 제거될 수 있다.
침강된 폴리머 슬러리는 루프 반응기 (300) 로부터 상기 생산물 회수 구역 (308) 안으로 연속적으로 또는 주기적으로 배출될 수 있다. 여기서 사용되는 "생산물 회수 구역" 은 가열된 또는 가열되지 않은 플래시 라인, 플래시 탱크, 사이클론, 필터 그리고 몇몇의 반응기가 시리즈로 연결될 때 또 다른 반응기 또는 상기 다른 반응기로의 전달 라인 또는 연관된 증기 회수 및 고체 회수 시스템을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
반응기가 상기 침강 레그의 하류에 존재하지 않을 때, 추출된 슬러리는 감압되고 예컨대 가열되거나 또는 가열되지 않은 플래시 라인을 통하여 폴리머 그리고 반응되지 않은 모노머 및/또는 코모노머 그리고 희석제가 분리되는 플래시 탱크로 전달될 수 있다. 폴리머의 탈기 (degassing) 는 퍼지 (purge) 컬럼에서 또한 완료될 수 있다.
적어도 하나의 반응기가 상기 침강 레그의 하류에 존재할 때, 추출된 슬러리는 상기 침강 레그에 연결된 전달 라인을 통하여 다음 반응기로 전달된다. 전달은 압력이 침강 레그의 출구에서의 압력보다 더 낮은 지점에서 하류 반응기에 슬러리를 주입함으로써 가능하게 된다.
본 발명은 본 발명에 따른 적어도 하나의 흡수 열 변환기에 열적으로 연결되는 단일 또는 다수의 루프 반응기를 포함하고, 상기 루프 반응기는 나란하게 또는 시리즈로 사용될 수 있다.
파이프 부분 (301) 의 수직 부분에는 열 자켓 (302) 이 제공된다. 중합 열은 이러한 자켓 (302) 에서 순환하는 냉각수 (309) 에 의해 추출된다. 냉각수 (201) 는 수직 파이프 (301) 의 자켓 (302) 안으로 들어가고 다음 반응기 자켓 (302) 을 통하여 상호 연결 파이프 (310) 를 통해 화살표 (309) 방향으로 순환한다. 냉각수 (202) 는 반응기 자켓으로부터 빠져나간다. 냉각수 (202) 는 또한 흡수 열 변환기 (200) 에 열적으로 연결된다. 선택적으로, 냉각수 (202) 는 증발식 쿨러와 같은 별개의 냉각 시스템 (도시되지 않음) 에 또한 나란하게 열적으로 연결될 수 있다. 이는 화살표 (310) 에 의해 개략적으로 도시된다. 이는 흡수 열 변환기가 예컨대 보수를 위해 다운될 때 백업 시스템을 갖는다는 이점을 제공한다.
흡수 열 변환기 (200) 는 증발기 (203) 그리고 흡수 구역 (204), 발생기 (205) 및 콘덴서 (206) 를 포함한다. 반응기로부터의 냉각수 (202) 는 발생기 (205) 및 증발기 (203) 와 열 접촉하고 있다. 흡수 열 변환기는 작업 유체로서 피흡수질/흡수체 이원 유체를 사용한다.
피흡수질은 물일 수 있고 흡수체는 브롬화리튬의 수용액일 수 있다.
피흡수질은 증발기 구역 (203) 안으로 계량된다 (207). 증발기 (203) 와 열 접촉하는 냉각수 (202) 로부터의 열은 피흡수질 증기를 생성하기 위해 피흡수질을 증발시키고 이는 화살표 (208) 에 의해 개략적으로 도시된다. 냉각수는 따라서 증발기 (203) 와의 열 접촉에 의해 냉각되고 화살표 (201) 에 의해 나타낸 것과 같이 반응기를 냉각시키기 위해 복귀된다.
피흡수질 증기 (208) 는 흡수기 (204) (또한 여기서 흡수 구역 (204) 이라고 나타냄) 로 들어간다. 흡수 구역 (204) 에서, 유입된 흡수체 용액 (209) 은 피흡수질 증기 (208) 를 용이하게 흡수한다. 흡수체 용액 (210) 이 피흡수질을 흡수함에 따라, 이는 희석되고 여기서 "약한 용액" 이라고 나타낸다 (이후에 또한 "희석된 흡수체 용액" 또는 "피흡수질-흡수 용액" 또는 "약한 흡수 용액", 또는 "희석된 흡수 용액" 또는 "희석된 용액" (210) 으로 상호 교환 가능하게 나타냄).
약한 용액 (210) 은 흡수기 (204) 에 포함되는 열 교환기 (211) 에서 냉각된다. 약한 용액 (210) 으로부터의 열은 중합 유닛으로부터 회수되는 스팀 응축물 (212) 로부터 스팀 (213) 을 생산하기 위해 상기 열 교환기 (211) 에서 사용된다. 냉각된 약한 용액 (210) 은 이코노마이저 (215) 로 보내지고 여기서 열 교환기에 의해 또한 냉각되고 또한 냉각된 약한 용액 (214) 은 팽창 밸브 (218) 를 통하여 발생기 (205) 로 보내진다.
발생기 (205) 는 열 파이프 (216) 를 포함하고 이를 통하여 반응기 (300) 로부터의 물 (202) 을 순환시킨다. 발생기 (205) 는 또한 콘덴서 (206) 와 접촉한다. 콘덴서 (206) 는 보통 냉각 시스템 (217) 으로부터의 냉각수의 스트림을 요구한다. 약한 용액 (214) 은 발생기 (205) 안으로 유입되고 여기서 끓게 된다. 끓는 작용은 끓을 때 농축되는 (222) 약한 용액을 떠나는 피흡수질 증기 (219) 로 피흡수질을 변화시키고, 이후에 "농축된 용액" (또한 여기서 "흡수체 용액" 또는 "농축된 흡수체 용액" 또는 "농축된 흡수 용액" 으로 상호 교환 가능하게 나타냄) 이라고 나타낸다. 피흡수질 증기 (219) 는 콘덴서 (206) 코일 (217) 에 끌어당겨 진다. 바람직하게는 냉각수는 코일 (217) 을 통하여 순환한다. 피흡수질 증기는 액체 샘 (pond) (220) 으로 응축되고 (229) 이 샘에 피흡수질 증기가 모이고 펌프 (221) 에 의해 증발기 구역 (203) 으로 다시 펌프된다. 흡수체 용액은 농축되고 (222) 이코노마이저 (215) 를 통하여 다시 펌프되고 (223) 여기서 흡수체 용액은 예열된다. 이코노마이저 (215) 에서 열은 약한 용액 (210) 과 농축된 용액 (222) 사이에서 교환된다. 예열된 농축된 흡수체 용액 (209) 은 그 후 흡수 구역 (204) 으로 복귀된다.
도 1 에 따른 시스템은 흡수 열 변환기를 사용하여 중합 유닛으로부터 회수되는 스팀 응축물로부터 스팀을 생산하기 위해 중합 반응 동안 발생되는 열의 효율적인 사용을 가능하게 한다.
도 2 는 이중 스테이지 (또한 여기서 "2 개의 스테이지" 또는 "이중 효용" 으로 상호 교환 가능하게 나타냄) 흡수 열 변환기 (400) 를 나타내고, 이는 본 발명의 다른 실시형태에 따라, 적어도 하나의 중합 반응기 (도시되지 않음) 의 열 파이프에 열적으로 연결된다.
중합 반응기로부터 나오는 냉각수 (602) 는 제 1 흡수 열 변환기 (600) 에 열적으로 연결되고, 상기 냉각수 (602) 는 냉각되고 반응기로 복귀되어 냉각된다 (601). 선택적으로, 냉각수는 증발식 쿨러와 같은 별개의 냉각 시스템 (도시되지 않음) 에 나란하게 열적으로 연결될 수 있다. 이는 흡수 열 변환기가 예컨대 보수를 위해 다운될 때 백업 시스템을 갖는 이점을 갖는다.
제 1 흡수 열 변환기 (600) 는 제 1 증발기 (603), 제 1 흡수 구역 (604), 제 1 발생기 (605) 및 제 1 콘덴서 (606) 를 포함한다. 반응기로부터의 냉각수 (602) 는 제 1 발생기 (605) 및 제 1 증발기 (603) 와 열 접촉하고 있고 제 1 증발기 (603) 와 발생기 (605) 양 측을 가열하는데 사용된다. 흡수 열 변환기는 작업 유체로서 피흡수질/흡수체 이원 유체를 사용한다.
응축된 피흡수질은 제 1 증발기 (603) 안으로 계량된다 (607). 제 1 증발기 (603) 와 열 접촉하는 냉각수 (602) 로부터의 열은 피흡수질 증기를 생성하기 위해 피흡수질을 증발시키고 이는 화살표 (608) 에 의해 개략적으로 도시된다. 냉각수는 따라서 제 1 증발기 (603) 와의 열 접촉에 의해 냉각되고 화살표 (601) 에 의해 나타낸 것과 같이 반응기를 냉각시키기 위해 복귀된다.
피흡수질 증기 (608) 는 제 1 흡수기 (604) 로 들어간다. 제 1 흡수기 (604) 에서, 유입된 흡수체 용액 (609) 은 피흡수질 증기 (608) 를 용이하게 흡수한다. 흡수체 용액 (610) 이 피흡수질을 흡수함에 따라, 이는 희석되고 이후에 "약한 흡수체 용액", "약한 용액" 또는 "희석된 용액" (610) 이라고 나타낸다.
약한 용액 (610) 은 제 1 흡수기 (604) 에 포함되는 제 1 열 교환기 (611) 에서 냉각된다. 약한 용액 (610) 으로부터의 열은 중합 유닛으로부터 회수되는 스팀 응축물 (612) 로부터 스팀 (613) 을 생산하기 위해 상기 제 1 열 교환기 (611) 에서 사용된다. 냉각된 약한 용액 (610) 은 제 1 이코노마이저 (615) 로 보내지고 여기서 열 교환기에 의해 또한 냉각된다. 또한 냉각된 약한 용액 (614) 은 팽창 밸브 (618) 를 통하여 제 1 발생기 (605) 로 보내진다.
제 1 발생기 (605) 는 열 파이프 (616) 를 포함하고 이를 통하여 반응기 (600) 로부터 물 (602) 을 순환시킨다. 제 1 발생기 (605) 는 또한 제 1 콘덴서 (606) 와 접촉한다. 제 1 콘덴서 (606) 는 보통 냉각 시스템 (617) 으로부터의 냉각수의 스트림을 사용한다. 약한 용액 (614) 은 제 1 발생기 (605) 안으로 유입되고 여기서 끓게 된다. 끓는 작용은 끓을 때 농축되는 (622) 약한 용액을 떠나는 피흡수질 증기 (619) 로 피흡수질을 변화시킨다. 피흡수질 증기 (619) 는 제 1 콘덴서 (606) 코일 (617) 에 끌어당겨 진다. 바람직하게는 차가운 물은 코일 (617) 을 통하여 순환한다. 피흡수질 증기는 액체 샘 (620) 으로 응축되고 (629) 이 샘에 피흡수질 증기가 모이게 된다. 응축된 피흡수질 (620) 은 펌프 (621) 에 의해 가압된다. 가압된 응축된 피흡수질 (607) 은 제 1 증발기 구역 (603) 으로 복귀된다. 흡수체 용액은 농축되고 (622) 제 1 이코노마이저 (615) 를 통하여 다시 펌프되고 (623) 여기서 흡수체 용액은 예열된다. 제 1 이코노마이저 (615) 에서 열은 약한 용액 (610) 과 농축된 용액 (622) 사이에서 교환된다. 예열된 농축된 흡수체 용액 (609) 은 그 후 제 1 흡수기 (604) 로 복귀된다.
제 1 흡수 열 변환기 (600) 를 사용하여 생산된 스팀 (613) 은 제 2 흡수 열 변환기 (700) 를 위한 열원으로서 사용되고, 상기 제 2 흡수 열 변환기 (700) 는 중합 공정 유닛 (도시되지 않음) 으로부터 회수되는 스팀 응축물 (412) 로부터 스팀 (413) 을 생산하기 위해 사용된다.
제 1 흡수 열 변환기 (600) 를 사용하여 생산된 스팀 (613) 은 제 2 증발기 (403) 의 응축된 피흡수질 (407) 과 열적 접촉하고, 이에 의해 응축된 피흡수질 (607) 은 증기 피흡수질 (408) 을 형성하기 위해 증발된다. 상기 증기 피흡수질 (408) 은 제 2 흡수기 (404) 에 유입된다. 제 2 흡수기 (404) 에서, 유입된 흡수체 용액 (409) 은 피흡수질 증기 (408) 를 용이하게 흡수한다. 흡수체 용액 (410) 이 피흡수질을 흡수할수록, 이는 희석된다 (이후에 "약한 용액" 또는 "희석된 용액" (410) 으로 상호 교환 가능하게 나타냄).
약한 용액 (410) 은 제 2 흡수기 (404) 에 포함되는 제 2 열 교환기 (411) 에서 냉각된다. 약한 용액 (410) 으로부터의 열은 중합 유닛으로부터 회수되는 스팀 응축물 (412) 로부터 스팀 (413) 을 생산하기 위해 상기 열 교환기 (411) 에서 사용된다. 냉각된 약한 용액 (410) 은 제 2 이코노마이저 (415) 로 보내지고 여기서 열 교환기에 의해 또한 냉각되고, 또한 냉각된 약한 용액 (414) 은 팽창 밸브 (418) 를 통하여 제 2 발생기 (405) 로 보내진다.
제 2 발생기 (405) 는 열 파이프 (416) 를 포함하고 이를 통하여 제 1 흡수 열 변환기를 사용하여 생산된 스팀 (613) 을 순환시킨다. 제 2 발생기 (405) 는 또한 제 2 콘덴서 (406) 와 접촉한다. 제 2 콘덴서 (406) 는 보통 냉각 시스템 (417) 으로부터의 냉각수의 스트림을 필요로한다. 약한 용액 (414) 은 제 2 발생기 (405) 안으로 유입되고 여기서 끓게 된다. 끓는 작용은 끓을 때 농축되는 (422) 약한 용액을 떠나는 증기 피흡수질 (419) 로 피흡수질을 변화시킨다. 피흡수질 증기 (419) 는 제 2 콘덴서 (406) 코일 (417) 에 끌어당겨 진다. 바람직하게는 차가운 물은 코일 (417) 을 통하여 순환한다. 피흡수질 증기는 액체 샘 (420) 으로 응축되고 (429) 이 샘에 피흡수질 증기가 모이게 되고 펌프 (421) 에 의해 제 2 증발기 (403) 로 다시 펌프된다. 흡수체 용액은 농축되고 (422) 제 2 이코노마이저 (415) 를 통하여 다시 펌프되고 (423) 여기서 흡수체 용액은 예열된다. 제 2 이코노마이저 (415) 에서 열은 약한 용액 (410) 과 농축된 용액 (422) 사이에서 교환된다. 예열된 농축된 흡수체 용액 (409) 은 그 후 제 2 흡수기 (404) 로 복귀된다.
이중 효용 흡수 열 변환기를 사용하는, 도 2 에 따른 시스템은 중합 유닛으로부터 회수되는 스팀 응축물로부터 스팀, 바람직하게는 고압 스팀을 생산하기 위해 중합 반응 동안 발생되는 열의 효율적인 사용을 가능하게 한다.
본 발명은 현재 바란직한 실시형태에 대하여 설명되었지만, 타당한 변형 및 변경이 당업자에 의해 가능하고 이러한 변형은 설명된 발명 및 첨부된 청구항의 범위 내에 있다.
본 발명은 그의 바람직한 실시형태의 이하의 실시예에 의해 더 도시될 수 있으나, 이러한 실시예는 단지 도시를 위한 것으로 포함되며 달리 구체적으로 나타내지 않는다면 본 발명의 범위를 제한하려는 의도가 아닌 것이 이해될 것이다.
실시예
실시예 1 중합 반응기의 83℃ 의 냉각수로부터 열 에너지를 회수함으로써 스팀을 생산하기 위한 단일 스테이지 흡수 열 변환기의 사용
본 발명의 실시형태에 따른 시스템이 이원 작업 유체로서 브롬화리튬의 수용액을 사용하는 단일 스테이지 흡수 열 변환기와 열적으로 연결되는 중합 반응기를 포함한다.
도 3 은 흡수 열 변환기의 본 발명에 따른 기본 구성의 개략도를 나타내는 도면이며, Q 는 효율 (Duty) (Watt) 그리고 P 는 출력 (Power) (Watt) 이다. 열 변환기는 증발기 (100); 흡수기 (101), 발생기 (107); 콘덴서 (109); 및 흡수기 (101) 와 발생기 (107) 로의 그리고 이로부터의 용액 통로 사이에 열 교환기 (104) (이코노마이저) 를 포함하는 흡수 사이클을 제공하기 위해 순환 유닛을 포함한다. 반응기로부터의 뜨거운 냉각수 (15) 는 흡수 펌프의 제 1 증발기 (100) 그리고 제 1 발생기 (107) 를 가열하는데 사용된다. 상기 뜨거운 냉각수 (15) 는 이에 의해 상기 흡수 열 변환기를 사용하여 냉각되고 중합 반응을 냉각시키기 위해 반응기로 복귀된다 (16).
83℃ 의 온도의 냉각수 (15) 로부터의 열의 일부는 4 에 개략적으로 나타낸 수증기를 생성하기 위해 피흡수질 (물) 을 증발시키는 증발기 (100) 에 제공되고, 수증기는 흡수기 (102) 자체 및 열 교환기 (103) 를 포함하는 흡수 구역 (101) 으로 보내진다. 흡수기 (혼합기) (102) 는 농축된 용액 (10) (상이한 상) 에 수증기 (4) 를 혼합하고 수증기의 흡수를 유발하는데 사용된다.
흡수 구역 (101) 에서, 흡수체 용액 (브롬화리튬 용액) (10) 은 구역 (100) 으로부터 증발된 물보다 더 낮은 증기압을 갖고, 용액으로 수증기 (4) 를 용이하게 흡수한다. 브롬화리튬 용액이 물을 흡수할수록, 이는 희석된다 (5) (이후에 약한 용액 (5) 으로 나타냄).
흡수 구역 (101) 은 중합 공정 유닛으로부터 회수되는 스팀 응축물 (12) 로부터 스팀 (9) 을 생산하기 위해 흡수 공정 동안 생산되는 열을 사용하는 열 교환 유닛 (103) 을 또한 포함한다. 농축된 용액 (10) 에 의한 수증기 (4) 의 흡수는 스팀 (9) 을 생산하기 위해 90℃ 에서 응축물 (12) 에 의해 열 교환 유닛 (열 교환기) (103) 에서 회수되는 열의 양을 방출한다 (liberate).
약한 용액 (8) 은 그 후 더 냉각시키는 (18) 이코노마이저 (104) 를 통하여 운반되고 그 후에 발생기 (107) 로 보내지기 (19) 전에 팽창 밸브 (105) 에서 소비된다.
냉각수로부터의 열의 일부는 약한 용액 (19) 의 물을 증발시키기 위해 83℃ 의 온도에서 발생기 (107) 로 제공된다. 발생기 (107) 에서 생산되는 스팀 (1) 은 콘덴서 (109) 로 보내진다. 발생기 (107) 의 농축된 브롬화리튬 용액 (6) 은 농축된 용액을 예열하기 위해 펌프 (108) 에 의해 이코노마이저 (104) 로 펌프된다 (7).
최고의 작업 조건은 수중 약 60 중량% 의 브롬화리튬의 농도에서 농축된 브롬화리튬 용액을 사용할 때 그리고 발생기의 압력이 약 0.05 바일 때 얻어진다.
예열된 농축된 용액 (10) 은 흡수기 (102) 로 복귀된다. 수증기 (1) 는 콘덴서 (109) 로 보내지고 여기서 수증기는 냉원 (cold source) (13) 에 의해 응축된다. 본 발명에 따르면, 최고의 결과는 콘덴서 (109) 의 냉원 (13) 이 최대 20℃ 일 때 측정된다. 이러한 실시예에서 발생기 (107) 에서 생산된 스팀 (1) 은 콘덴서 (109) 로 보내지고 약 30℃ 의 온도로 냉각된다.
응축된 물 (2) 은 그 후 펌프 (11) 에 의해 고압으로 압축되고 증발기 (100) 로 복귀된다. 바람직하게는 응축된 물 (2) 은 펌프 (110) 를 사용하여 0.37 바로 가압된다.
83℃ 의 중합 반응기로부터의 냉각수 (15) 로부터의 열의 일부는 수증기 (4) 를 생성하기 위해 응축된 물을 증발시키는 증발기 (100) 에 제공된다. 바람직하게는 증발기 (100) 는 약 0.37 바의 압력 하이다. 응축된 물 (3) 은 약 75℃ 에서 증발된다.
수증기 (4) 는 흡수기 (101) 에 수용되고 여기서 수증기는 농축된 용액 (10) 에 의해 흡수되고 사이클을 종료한다.
표 1 은 도 3 에 도시된 본 발명의 실시형태에 따른 시스템의 상이한 흐름의 온도, 압력, 유량, 증기 분류를 나타낸다.
Figure pct00001
표 1 은 83℃ 의 반응기의 냉각수를 사용할 때, 102℃ 의 저압 스팀 (1바) 이 1.4 ㎏/s 또는 5 톤/h 의 유량에 의해 발생될 수 있는 것을 나타낸다.
사이클의 성능 계수는 : COP = 573,296.48 / (584710.00 + 573406.42) = 0.49 이다.
흡수 열 변환기의 사용은 만족할만한 속도로, 예컨대 약 1000 ㎥/h 의 냉각수 유량 그리고 78℃, 83℃ 그리고 88℃ 의 냉각수 온도로 저압 스팀 (1 바) 을 생산하는 것을 가능하게 하고, 스팀 유량은 각각 4.5 톤/h, 5 톤/hr 그리고 5.5 톤/h 이다.
흡수 열 변환기를 사용하여 생산된 스팀은 저압 스팀이다. 고압 스팀을 얻기 위해 열 컴프레셔가 사용된다.
열 컴프레셔는 저압 유체를 동반하고 중간의 재사용 가능한 압력/온도로 압축하는데 사용된다.
열 컴프레셔는 구동 유체 (motive fluid) 로서 고압 스팀 또는 가스를 사용한다. 본 실시예에서 구동 유체는 현장에서 이용 가능한 189℃ 그리고 12 바의 고압 스팀이다. 구동 유체는 스팀 체스트로 들어가고 수렴하는 분기 노즐을 통하여 팽창한다. 고속 유체는 흡입 입구에서 들어가는 102.2℃ 그리고 1 바의 저압 스팀을 동반하고, 이는 혼합 챔버 안으로 고속 유체 및 저압 스팀 모두를 강제하며 여기서 2 개의 유체는 조합된다. 혼합된 유체는 그 후, 역으로 노즐의 역할을 하고, 속도 에너지를 압력 에너지로 재변환하는 확산기를 통하여 120℃ 그리고 2 바의 중간 압력으로 재압축한다. 최고의 결과는 0.28 의 유량 (구동 유체 유량/저압 스팀 유량) 의 비에 의해 얻어진다.
고압 스팀을 생산하기 위한 하나의 열 컴프레셔와 적어도 하나의 흡수 열 변환기의 결합은 열 컴프레셔가 어떠한 에너지 입력을 필요로 하지 않을 때 특히 비용적으로 유리하다.
실시예 2 중합 반응기의 83℃ 의 냉각수로부터 열 에러지를 회수함으로써 스팀을 생산하기 위한 이중 스테이지 흡수 열 변환기의 사용
본 발명의 실시형태에 따른 시스템이 이원 작업 유체로서 브롬화리튬의 수용액을 사용하는 이중 스테이지 흡수 열 변환기와 열적으로 연결되는 중합 반응기를 포함한다.
도 4 는 이중 스테이지 흡수 열 변환기의 본 발명에 따른 기본 구성의 개략도를 나타내는 도면이다. 열 변환기는 2 개의 흡수 사이클을 제공하기 위해 2 개의 순환 유닛을 포함하고, 제 1 흡수 사이클은 제 1 증발기 (100); 제 1 흡수기 (101), 제 1 발생기 (107); 제 1 콘덴서 (109); 그리고 제 1 흡수기 (101) 와 제 1 발생기 (107) 로의 그리고 이로부터의 용액 통로 사이에 제 1 열 교환기 (104)(이코노마이저) 를 포함하고, 제 2 흡수 사이클은 제 2 증발기 (500); 제 2 흡수기 (501), 제 2 발생기 (507); 제 2 콘덴서 (509); 그리고 제 2 흡수기 (501) 와 제 2 발생기 (507) 로의 그리고 이로부터의 용액 통로 사이에 제 2 열 교환기 (504)(이코노마이저) 를 포함하고, 제 1 및 제 2 흡수 사이클은 제 1 흡수 사이클을 사용하여 생산되는 스팀의 파이프를 통하여 열적으로 연결된다. 반응기로부터의 뜨거운 냉각수 (15) 는 제 1 흡수 유닛의 제 1 증발기 (100) 와 제 1 발생기 (107) 를 가열하는데 사용된다. 제 1 흡수 사이클에서 생산된 스팀은 제 2 흡수 사이클의 제 2 증발기 (500) 와 제 2 발생기 (507) 를 가열하는데 사용된다. 뜨거운 냉각수 (15) 는 이에 의해 제 1 흡수 사이클을 사용하여 냉각되고 중합 반응을 냉각시키기 위해 반응기로 복귀된다 (16).
제 1 흡수 사이클의 브롬화리튬 약한 용액 (19) 은 수증기 (1) 그리고 농축된 브롬화리튬 용액 (6) 을 발생하기 위해 냉각수 (15) (도시되지 않음) 로부터의 열에 의해 발생기 (107) 에서 가열된다. 농축된 브롬화리튬 용액 (6) 은 펌프 (108) 의 펌핑 작용에 의해 열 교환기 (104) 를 통하여 흡수기 (101) 로 전달된다. 발생기 (107) 에서 발생되는 수증기 (11) 는 농축되는 콘덴서 (109) 안으로 들어간다. 응축된 수증기 (2) 는 압축되고 증발되는 (4) 증발기 (100) 안으로 펌프된다 (110). 증발기 (100) 에서 필요한 증발 열은 반응기의 냉각수 (15) 의 열로부터 전달된다.
흡수기 (102) 에서, 농축된 브롬화리튬 용액 (10) 은 증발기 (100) 에서 증발되는 수증기 (4) 를 흡수하고, 물 흡수에 의해 희석된 이후, 희석된 브롬화리튬 용액 (5) 은 열 교환기 (103) 에서 냉각되고, 이는 스팀 응축물 (12) (현장에서 이용 가능) 로부터 스팀 (9) 을 생산하는데 사용된다.
희석된 용액 (58) 은 이코노마이저 (104) 안으로 계량되고 여기서 이 용액은 발생기 (107) 로 복귀되기 전에 (18) 더 냉각된다. 발생기에서 희석된 용액 (19) 은 수증기 (1), 그리고 농축된 브롬화리튬 용액 (9) 을 발생하기 위해 끓게 된다.
제 1 흡수 유닛에서 생산된 스팀 (9) 은 제 2 흡수 사이클에서 또한 사용된다.
스팀 (9) 으로부터의 열의 일부는 수증기 (54) 를 생성하기 위해 피흡수질 (물) 을 증발시키는 제 2 증발기 (500) 에 제공된다. 수증기 (54) 는 제 2 흡수기 (502) 자체와 제 2 열 교환기 (503) 를 포함하는 제 2 흡수 구역 (501) 으로 보내진다. 제 2 흡수기 (혼합기) (502) 는 농축된 용액 (50) (상이한 상) 에 수증기 (4) 를 혼합하고 수증기의 흡수를 유발하는데 사용된다.
제 2 흡수 구역 (501) 에서, 흡수체 용액 (브롬화리튬 용액) (50) 은 구역 (500) 으로부터 증발된 물보다 더 낮은 증기압을 갖고, 용액으로 수증기 (54) 를 용이하게 흡수한다. 브롬화리튬 용액이 물을 흡수할수록, 이는 희석된다 (57) (이후에 약한 용액 (57) 으로 나타냄).
제 2 흡수 구역 (501) 은 중합 공정 현장으로부터 회수되는 스팀 응축물 (55) 로부터 고압 스팀 (59) 을 생산하기 위해 흡수 공정 동안 생산되는 열을 사용하는 제 2 열 교환 유닛 (503) 을 또한 포함한다. 농축된 용액 (50) 에 의한 수증기 (54) 의 흡수는 스팀 (59) 을 생산하기 위해 응축물 (55) 에 의해 제 2 열 교환 유닛 (열 교환기) (503) 에서 회수되는 열의 양을 방출한다.
약한 용액 (58) 은 그 후 더 냉각시키는 (60) 제 2 이코노마이저 (504) 를 통하여 운반되고 그 후에 제 2 발생기 (507) 로 보내지기 전에 (61) 팽창 밸브 (505) 에서 소비된다.
제 1 흡수 사이클을 사용하여 발생된 스팀 (9) 으로부터의 열의 일부는 약한 용액 (61) 의 물을 증발시키기 위해 제 2 발생기 (507) 에 제공된다.
최고의 작업 조건은 수중 약 66.1 중량% 의 브롬화리튬의 농도에서 농축된 브롬화리튬 용액을 사용할 때 그리고 제 2 발생기 (507) 의 온도가 95℃ 이고 제 2 발생기 (507) 의 압력이 약 0.088 바일 때 얻어진다.
제 2 발생기 (507) 에서 생산되는 스팀 (51) 은 제 2 콘덴서 (509) 로 보내진다. 제 2 발생기 (507) 의 농축된 브롬화리튬 용액 (62) 은 펌프된 농축된 용액 (65) 을 예열하기 위해 펌프 (508) 에 의해 이코노마이저 (504) 로 펌프된다 (65).
예열된 농축된 용액 (50) 은 흡수기 (502) 로 복귀된다. 수증기 (51) 는 콘덴서 (509) 로 보내지고 여기서 수증기는 제 1 콘덴서 (109) 로부터 나오는 냉원 (14) 에 의해 응축된다.
응축된 물 (52) 은 그 후 펌프 (510) 에 의해 고압으로 압축되고 증발기 (500) 로 복귀되고 (53), 응축된 물은 흡수 유닛 (501) 에 수용되기 전에 증발되고 (54) 사이클을 종료한다.
제 2 흡수 사이클을 사용하여 생산된 스팀은 약 2 바이다.
표 2 는 도 4 에 도시된 본 발명의 실시형태에 따른 시스템의 상이한 흐름의 온도, 압력, 유량, 증기 분류를 나타낸다.
Figure pct00002
Figure pct00003
이러한 이중 스테이지 시스템은 83℃ 그리고 1000 ㎥/h 의 냉각수 유량에 대하여 약 2.7 톤/h 의 유량으로 124℃ 의 고온의 그리고 2 바의 스팀 (59) 을 얻는것을 가능하게 한다.
이중 스테이지 흡수 사이클의 성능 계수는 0.27 이다.
WO2009/010514 와의 비교
WO2009/010514 에 사용된 성능 계수는 소비된 전기 에너지에 대한 생산된 열의 양의 비 이다 (WO2009/010514 의 실시예 1). WO2009/010514 에서, 중합 반응기의 냉각수로부터 회수되는 에너지는 고온에서 재사용되지만, 기계적 에너지에 대한 비용이 부가된다. 이는 이하에 나타낼 것이다.
예컨대, D1 의 실시예 1 의 일부인, 표 1 의 첫 번째 줄에서, 62.42 ㎾ 의 스팀이 16.31 ㎾ 의 전력을 소비함으로써 생산된다. 이러한 경우 CO2 방출을 보면, 보일러의 90 % 의 통상 효율 및 가스, 디젤 또는 석탄이 연료로 공급되는 종래의 발전소의 40 % 의 전기 발생에 의해, 이하의 등식을 발견한다 :
W = 16.31 ㎾ 는 16.31 / 0.4 = 40.78 CO2 방출에 상당
Qrec = 62.42 ㎾ 는 62.42 / 0.9 = 69.36 CO2 방출에 상당.
따라서, 상당하는 주된 에너지로서 표현된 성능 계수는 :
Qrec / W = 69.36 / 40.78 = 1.70
참고 : Qevap = 42.74 ㎾ 는 42.74 / 0.9 = 47.49 CO2 방출에 상당 (하지만 이 항은 상당하는 주된 에너지로서 표현되는 COP 의 목적을 위하여 실질적으로 0 인데, 이는 이러한 에너지는 폐열이기 때문이다)
유사하게, D1 의 실시예 1 의 일부인 표 2 의 첫 번째 줄에서, 비교는 :
W = 15.24 ㎾ 는 15.24 / 0.4 = 38.10 CO2 방출에 상당
Qrec = 39.34 ㎾ 는 39.34 / 0.9 = 43.71 CO2 방출에 상당.
따라서, 상당하는 주된 에너지로서 표현된 성능 계수는 :
Qrec / W = 43.71 / 38.10 = 1.15
참고 : Qevap = 24.10 ㎾ 는 24.1 / 0.9 = 26.78 CO2 방출에 상당 (하지만 이 항은 상당하는 주된 에너지로서 표현되는 COP 의 목적을 위하여 실질적으로 0 인데, 이는 이러한 에너지는 폐열이기 때문이다)
본 발명의 실시예 1 로부터, 단지 200 W 의 기계적 또는 전기적 동력이 573 ㎾ 의 열 에너지를 회수하기에 충분하다는 것이 나타나 있다.
W = 0.2 ㎾ 는 0.2 / 0.4 = 0.5 CO2 방출에 상당
Qrec = 573 ㎾ 는 573 / 0.9 = 636.67 CO2 방출에 상당.
따라서, 상당하는 주된 에너지로서 표현된 성능 계수는 :
Qrec / W = 636.67 / 0.5 = 1273
따라서, 동등한 CO2 방출에서, 이 흡수 열 변환기가 우수하다.
이는 대부분의 열 에너지가 본 발명에서 작용하는 것을 나타내며, 이는 기계적/전기 에너지의 많은 입력을 필요로하는 WO 2009/10514 와 비교하여 확연한 이점이다.

Claims (15)

  1. 폴리올레핀을 생산하기 위한 중합 반응으로부터 회수되는 열을 사용하여 스팀을 생산하기 위한 공정으로서, 이 공정은 :
    (a) 냉각 유체가 중합 반응으로부터 열을 제거하도록 냉각 유체와 상기 중합 반응을 열적으로 접촉하는 단계,
    (b) 응축물로부터 스팀을 생산하기 위해 적어도 하나의 사이클을 사용하여 피흡수질 및 흡수체 용액을 이용하여 상기 흡수 사이클과 상기 냉각 유체의 적어도 일부를 열적으로 접촉하고, 이에 의해 냉각 유체로부터 상기 흡수 사이클로 열을 전달하는 단계를 포함하며, 상기 흡수 사이클은
    ⅰ) 상기 냉각 유체로부터의 열을 사용하여 응축된 피흡수질을 증발시키고, 이에 의해 피흡수질 증기를 발생시키는 단계,
    ⅱ) 피흡수질 증기가 흡수체 용액에 의해 흡수되도록 피흡수질 증기를 흡수체 용액에 노출시키고, 이에 의해 상기 흡수체 용액을 희석시키고 희석된 흡수체 용액을 생산하는 단계,
    ⅲ) 상기 희석된 흡수체 용액으로부터 열의 적어도 일부를 제거하고 상기 흡수 사이클에 열적으로 연결된 응축물로부터 스팀을 생산하기 위해 상기 제거된 열을 사용하는 단계,
    ⅳ) 피흡수질 증기 및 농축된 흡수체 용액을 생산하기 위해 피흡수질을 증발시키기에 충분한 온도로 희석된 흡수체 용액을 가열하기 위해 냉각 유체로부터의 열을 사용하고; 흡수체 용액을 흡수 단계 (ⅱ) 에서 사용되도록 다시 복귀시키는 단계,
    ⅴ) 응축된 피흡수질을 형성하기 위해 피흡수질 증기를 응축하고 응축된 피흡수질을 단계 (ⅰ) 에서 증발되도록 복귀시키는 단계를 포함하는, 스팀을 생산하기 위한 공정.
  2. 제 1 항에 있어서, 단계 (ⅲ) 이후 상기 희석된 흡수체 용액으로부터의 열의 적어도 일부를 더 제거하고 농축된 흡수체 용액이 흡수 단계 (ⅱ) 로 복귀되기 전에 단계 (ⅳ) 에서 얻어지는 농축된 흡수체 용액을 가열하기 위해 상기 제거된 열을 사용하는 단계를 더 포함하는, 스팀을 생산하기 위한 공정.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 흡수 사이클은 2 개의 압력 구역을 포함하는, 스팀을 생산하기 위한 공정.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 (b) 에서 생산되는 상기 스팀은 열 컴프레셔를 사용하여 더 가압되는, 스팀을 생산하기 위한 공정.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 2 흡수 사이클을 위한 열원으로서 제 1 흡수 사이클의 단계 (ⅲ) 에서 생산된 스팀을 사용하고, 응축물로부터 스팀을 생산하기 위해 상기 제 2 흡수 사이클을 사용하는 단계를 더 포함하는, 스팀을 생산하기 위한 공정.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제 2 흡수 사이클은 2 개의 압력 구역을 포함하는, 스팀을 생산하기 위한 공정.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 제 2 흡수 사이클은 피흡수질 및 흡수체 용액을 이용하며, 이 제 2 흡수 사이클은 :
    ⅰ1) 제 1 흡수 사이클을 사용하여 생산된 스팀으로부터의 열을 사용하여 응축된 피흡수질을 증발시키고, 이에 의해 피흡수질 증기를 발생시키는 단계,
    ⅱ1) 피흡수질 증기가 흡수체 용액에 의해 흡수되도록 피흡수질 증기를 상기 흡수체 용액에 노출시키고 이에 의해 상기 흡수체 용액을 희석시키고 희석된 흡수체 용액을 생산하는 단계,
    ⅲ1) 상기 희석된 흡수체 용액으로부터 열의 적어도 일부를 제거하고 상기 흡수 사이클에 열적으로 연결된 응축물로부터 스팀을 생산하기 위해 상기 제거된 열을 사용하는 단계,
    ⅳ1) 피흡수질 증기 및 농축된 흡수체 용액을 생산하기 위해 피흡수질을 증발시키기에 충분한 온도로 희석된 흡수체 용액을 가열하기 위해 제 1 흡수 사이클을 사용하여 생산된 스팀으로부터의 열을 사용하고; 농축된 흡수체 용액을 흡수 단계 (ⅱ1) 에서 사용되도록 다시 복귀시키는 단계,
    ⅴ1) 응축된 피흡수질을 형성하기 위해 피흡수질 증기를 응축하고 응축된 피흡수질을 단계 (ⅰ1) 에서 증발되도록 복귀시키는 단계를 포함하는, 스팀을 생산하기 위한 공정.
  8. 제 7 항에 있어서, 단계 (ⅲ1) 이후 상기 희석된 흡수체 용액으로부터의 열의 적어도 일부를 더 제거하고 상기 농축된 흡수체 용액을 흡수 단계 (ⅱ1) 로 복귀시키기 전에 단계 (ⅳ1) 에서 얻어지는 농축된 흡수체 용액을 가열하기 위해 상기 제거된 열을 사용하는 단계를 더 포함하는, 스팀을 생산하기 위한 공정.
  9. 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 (ⅲ1) 에서 생산된 상기 스팀은 고압 스팀인, 스팀을 생산하기 위한 공정.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피흡수질은 물이고 상기 흡수체 용액은 LiBr 의 수용액인, 스팀을 생산하기 위한 공정.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 LiBr 흡수체 용액의 농도는 적어도 58 중량% 인, 스팀을 생산하기 위한 공정.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 LiBr 흡수체 용액의 농도는 58 중량% ~ 65 중량% 인, 스팀을 생산하기 위한 공정.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중합 반응은 반응기에서 수행되고 이 반응은
    - 올레핀 반응물, 중합 촉매 및 희석제를 순환시키면서 상기 반응기 안으로 하나 이상의 올레핀 반응물, 중합 촉매 및 희석제를 유입하는 단계,
    - 본질적으로 액체 희석제 그리고 고체 올레핀 폴리머 입자를 포함하는 폴리머 슬러리를 생산하기 위해 상기 하나 이상의 올레핀 반응물을 중합하는 단계,
    - 냉각 유체를 사용하여 반응기 온도를 조절하고 상기 냉각 유체와 열 접촉 상태로 흡수 사이클을 사용하여 상기 냉각 유체로부터 열 에너지의 적어도 일부를 회수하는 단계,
    - 상기 폴리머 슬러리를 침강시키는 단계, 및
    - 상기 반응기로부터 침강된 폴리머 슬러리를 배출하는 단계를 포함하는, 스팀을 생산하기 위한 공정.
  14. 폴리올레핀을 생산하기 위한 중합 반응을 냉각시키기 위한 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 스팀을 생산하기 위한 공정의 사용.
  15. 폴리올레핀 생산 유닛으로서, 이 유닛은 :
    적어도 하나의 중합 반응기에 모노머, 코모노머, 희석제, 중합 촉매 및 선택적으로 수소를 공급하기 위한 수단;
    폴리머 슬러리를 위한 유동 경로가 형성된 적어도 하나의 중합 반응기를 포함하며, 상기 반응기에는 상기 반응기를 냉각하기 위한 열 자켓이 제공되는 반응기 시스템,
    상기 중합 반응기로부터 상기 폴리머 슬러리를 배출하기 위한 하나 이상의 라인을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 중합 반응기는 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 공정을 수행하기에 적절한 적어도 하나의 흡수 열 변환기에 포함되는 증발기 및 발생기와 열적으로 결합되고, 상기 열 변환기는 적어도 하나의 스팀 생산 유닛에 열적으로 결합되는 흡수기를 더 포함하는 폴리올레핀 생산 유닛.
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