KR20120102047A - 투과에 의한 기상 혼합물의 분리 방법 및 장치 - Google Patents

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쟝-뤽 뒤부아
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레르 리키드 쏘시에떼 아노님 뿌르 레？드 에렉스뿔라따시옹 데 프로세데 조르즈 클로드
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Abstract

본 발명은 회수될 하나 이상의 성분, 제거될 하나 이상의 불순물, 및 투과에 의한 분리 유닛에 대한 하나 이상의 독성 물질을 함유하는 특정한 기체 스트림을 정제하는 방법에 관한 것이며, a) 상기 투과에 의한 분리 유닛과는 별도의 흡수에 의한 분리 유닛에서, 상기 독성 물질이 감소된 하나 이상의 제1 기체 스트림 및 제2 액체 스트림을 생성하기 위하여 특정한 기체 스트림을 상기 독성 물질을 선택적으로 흡수하도록 되고 이에 적합한 하나 이상의 액체 용매와 접촉시키는 단계; 및 b) 단계 a)에서 생성된 상기 제1 기체 스트림을 상기 투과에 의한 분리 유닛에서 특정한 절대 압력(P)에서 불순물이 감소된 하나 이상의 제3 기체 스트림 및 제4 스트림으로 분리하는 단계를 포함하며, 단계 a)에서 수행되는 분리는 상기 특정한 절대 압력(P)의 50 % 내지 200 %의 절대 압력에서 수행된다.

Description

투과에 의한 기상 혼합물의 분리 방법 및 장치 {METHOD AND DEVICE FOR SEPARATING GASEOUS MIXTURES BY MEANS OF PERMEATION}
본 발명은 투과에 의한 기체 혼합물의 분리 방법 및 장치에 관한 것이다.
중공 중합체 섬유를 기재로 하는 반투과성 멤브레인은 많은 분리 유닛, 예컨대 천연 가스의 처리, 암모니아 또는 메탄올의 제조, 수소 또는 바이오가스의 정제 등을 위한 분리 유닛에 사용된다. 그러나, 선택적 투과에 의한 분리 유닛의 성능은 공급 스트림 내에 일반적으로 소량인 특정 화합물의 존재로 인해 점차 저하될 수 있다. 이러한 화합물("독성 물질(poison)"로 기술됨)은 또한 멤브레인의 조기 에이징을 초래할 수 있으며, 이는 급속한 파괴로까지 이어질 수 있다. 이러한 현상을 처리하기 위한 다양한 해결책이 존재한다.
특허 EP-B-209 970에서, 투과에 의한 분리 장치는 메탄올 또는 암모니아의 합성을 위한 공정의 재순환 루프에 있으며, PSA(압력 변동 흡착) 타입의 예비처리 유닛의 하류에 배치된다. 압력 조정에 의한 이러한 타입의 공정은 생성 단계와 재생 단계를 교번하는 주기적인 공정이다. 이 공정은 설비의 많은 아이템 및 밸브, 그리고 복잡한 제어를 필요로 하며, 이는 자본 비용에 악영향을 미친다. 또한, 유기 화합물에 의해 처리될 스트림의 잠재적인 오염은 이러한 흡착 공정에 사용되는 흡착제 또는 흡착제들의 급속한 열화를 초래할 수 있으며, 이는 작동 비용 및 예비처리 유닛의 이용성에 부정적인 결과를 나타낸다.
특허 US-B-7 318 854는 폴리프로필렌 멤브레인을 포함하는 모듈의 공급 스트림에 존재하는 이산화탄소를 흡수하기 위한 예비처리를 기술한다. 흡수제의 사용은 중공 폴리프로필렌 섬유 외부의 멤브레인 모듈의 캘린더부에 국한된다. 이 공정은 주기적이라는 단점을 나타낸다. 구체적으로, 8 시간의 생성 단계 후에 플러슁 기체를 통과시켜 흡수제를 재생하는 단계가 필요하다. 공정의 주기적인 성질로 인해, 큰 표면적의 멤브레인을 설치하는 것이 필요하다. 또한, 멤브레인 모듈의 구성 성분(멤브레인의 중합체 섬유, 누설방지 재료)과 흡수제의 직접적인 접촉은 재료가 완전히 상용성일 것임을 요구하며 이는 흡수제의 가능한 선택을 제한한다.
특허 FR 07 04708은 탄화수소, 황화수소(H2S) 및 물을 포함하는 천연 가스의 탈산 공정을 기술한다. 이 공정에서, 천연 가스는 먼저, H2S가 풍부한 액체를 이용한 흡수 단계 동안 물이 감소된다. 천연 가스가 H2S가 풍부한 액체와 접촉하게 되는 영역의 압력은 45 내지 75 bar이다. 물이 감소된 이 기체는 이어서 멤브레인을 통해 분리되어, 황화수소가 감소된 잔존물을 생성한다. 멤브레인을 통한 분리 단계의 압력은 개시되어 있지 않다.
특허 US 2004/0099138 A1은 천연 가스로부터 고순도의 메탄을 생성하는 공정을 개시한다. 이 공정은 5.5 MPa 초과의 고압에서 흡수에 의한 천연 가스의 중질 탄화수소 화합물의 분리 단계를 포함한다. 흡수제는 이산화탄소가 풍부한 스트림이다. 이후, 중질 탄화수소가 부족한 천연 가스의 스트림이 멤브레인을 통해 분리되어, 이산화탄소가 감소된 잔존물을 생성한다. 멤브레인을 통한 분리 단계의 압력은 개시되어 있지 않다.
특허 US 2008/0078294 A1은 스트림의 황화수소, 이산화탄소 및 수소를 분리하기 위한 공정을 개시한다. 이 공정은 황화수소가 부족한 스트림을 생성하기 위하여, 용매를 이용한 흡수에 의해 황화수소를 분리하는 단계를 포함한다. 이후, 황화수소가 부족한 이 스트림은 멤브레인을 통해 분리되어, 수소가 풍부한 투과물을 생성한다. 다양한 분리 단계의 압력은 개시되어 있지 않다.
본 발명의 한 가지 목적은 상기 언급한 단점의 일부 또는 모두를 보완하는 것, 즉, 특히 성능에 대한 특정 독성 물질의 영향을 최소화하고 우수한 수준의 이용성(장기적으로 계획된 중단(shutdown))을 제공하는, 연속적인 투과에 의한 기체 혼합물의 분리 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
이를 위해, 본 발명은, 회수될 하나 이상의 성분, 제거될 하나 이상의 불순물, 및 투과에 의한 분리 유닛에 대한 하나 이상의 독성 물질을 포함하는 소정의 기체 스트림을 정제하는 방법에 관한 것이며,
a) 상기 투과에 의한 분리 유닛과는 별도의 흡수에 의한 분리 유닛에서, 소정의 기체 스트림을 상기 독성 물질을 선택적으로 흡수할 수 있고 흡수하도록 된 하나 이상의 액체 용매와 접촉시켜, 적어도 상기 독성 물질이 감소된 제1 기체 스트림 및 제2 액체 스트림을 생성하는 단계;
b) 단계 a)에서 생성된 상기 제1 기체 스트림을 상기 투과에 의한 분리 유닛에서 소정의 절대 압력(P)에서 적어도 불순물이 감소된 제3 기체 스트림 및 제4 스트림으로 분리하는 단계
를 포함하며, 단계 a)에서 수행되는 분리는 상기 소정의 절대 압력(P)의 50 % 내지 200 %인 절대 압력에서 수행된다.
정제될 소정의 기체 스트림은 하나 이상의 멤브레인을 통한 선택적 투과에 의해 정제될 수 있는 모든 타입이다. 기체 스트림은 본질적으로 기상이다. 기체 스트림은 트레이스(trace) 형태로 액적(drop of liquid) 및/또는 고체 입자를 포함할 수 있다. 정제 작업은 본질적으로, 이 스트림으로부터 "불순물"로 지칭되는 하나 이상의 화합물을 제거하여 "정제된" 스트림을 생성하는 것, 즉 불순물의 농도를 사전결정된 임계치 미만으로 감소시키는 것에 있다. 특히, 정제 작업은 합성기체(syngas(H2/CO))의 스트림, 또는 탄화수소의 촉매적 산화 공정에서 재순환물을 구성하는 탄화수소의 스트림, 또는 또한 메탄의 스트림으로부터 CO2를 제거하는 것일 수 있다.
단계 a)에서, 소정의 기체 스트림은, 투과 단계 b)에서 사용되는 멤브레인 또는 멤브레인들에 유해한 하나 이상의 물질(entity)을 제거하도록 된 흡수에 의한 분리 유닛에서 처리된다. 이러한 화합물들은 "독성 물질"로 기술될 것이다. 비제한적으로 알코올(예컨대, 메탄올, 에탄올 등), 알데히드(예컨대, 포름알데히드, 아세트알데히드, 아크롤레인 등), 케톤(예컨대, 아세톤 등), 카르복실산(예컨대, 아세트산, 아크릴산 등), 아민, 아미드 또는 방향족 화합물(예컨대, 벤젠, 톨루엔 등)과 같은 화합물들을 중합체 반투과성 멤브레인에 대한 "독성 물질"로 간주할 수 있다. 당해 흡수 유닛은 투과 유닛으로부터 물리적으로 분리된다. 두 유닛 사이에 하나 이상의 파이프가 존재한다. 또한, 특히 투과 유닛으로 유입되기 전에 제1 기체 스트림의 온도를 조정하기 위한 열 교환기, 및 또한 압축기가 존재할 수 있다.
소정의 기체 스트림은, 예컨대 액체/기체 흡수 컬럼에서 하나 이상의 액체 용매와 접촉하게 된다. 이는 소정의 기체 스트림에 존재하는 독성 물질 또는 독성 물질들을 선택적으로 흡수하는 작용을 한다. 선택적 흡수는 소정의 기체 스트림을 구성하는 다른 물질들보다 당해 독성 물질을 더 많이 흡수한다는 것을 의미한다. 따라서, 소정의 기체 스트림 중 독성 물질의 농도는 독성 물질이 용매를 통과하면서 점차 감소한다. 용매 또는 용매들은 계속해서 독성 물질로 채워진다. 제거될 독성 물질 중 하나 이상에 대해 친화 작용을 하는 하나 이상의 용매가 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 방법에 사용될 수 있는 액체 용매의 예로서: 물, 높은 비점을 갖는 유기 용매(예컨대, 디톨릴 에테르) 또는 낮은 비점을 갖는 유기 용매(톨루엔, 시클로헥산)를 들 수 있다. 제2 액체 스트림은 특히 용매, 및 흡수에 의해 출발 기체 스트림으로부터 제거된 독성 물질을 포함한다. 흡수 화합물의 일부는 가능하게는, 소량의 액적 형태로 제1 스트림에서 다시 만날 수 있다. 바람직하게는, 공정 단계의 압력 및 온도 조건 하에서 독성 물질의 최대 흡수를 보장하고 그 자체가 멤브레인에 대해 또는 공정의 나머지 부분에 있어서 독성 물질로 작용하지 않도록 흡수 화합물을 선택한다. 예컨대, 방향족 타입의 일부 중질 용매는 산화 촉매에 대한 독성 물질로 간주될 수 있다. 본 발명에 따른 공정에서, 수성 액체, 바람직하게는 물이 멤브레인에 대하여 또는 바람직하게는 사용되는 촉매에 대하여 독성 물질이 아니므로 흡수 화합물로 선택될 수 있다.
단계 b)에서, 독성 물질의 농도가 감소된 제1 기체 스트림은 파이프 시스템에 의해 선택적 투과에 의한 분리 유닛으로 보내진다. 제1 기체 스트림은 소정의 절대 압력으로 투과 유닛에 유입되어야 한다. 투과에 의한 분리 유닛은 하나 이상의 멤브레인을 사용하며, 보유되는 것이 바람직한 물질 및 제거되는 것이 바람직한 불순물에 대한 멤브레인의 투과성은 상이하다. 멤브레인의 예로서, 예컨대 폴리이미드, 셀룰로오스 유도체 타입의 중합체, 폴리술폰, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리에테르, 폴리에테르케톤, 폴리에테르이미드, 폴리에틸렌, 폴리아세틸렌, 폴리에테르술폰, 폴리실록산, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리벤즈이미다졸, 폴리벤즈옥사졸, 폴리아크릴로니트릴, 폴리아조방향족, 및 이들 중합체의 공중합체로부터 선택된 중합체로 이루어진 중공 섬유를 기재로 하는 제품을 들 수 있다.
따라서, 본 기술분야의 기술자에게 공지된 방법에 따라 두 타입의 물질을 분리하는 것이 가능하다. 따라서, 둘 이상의 새로운 기체 스트림이 생성된다: 불순물이 감소된, 다시 말해서 정제된, 즉 보유되는 것이 바람직한 화합물이 풍부한 제3 기체 스트림, 및 불순물이 풍부한 제4 기체 스트림. 농축은 고려되는 물질 또는 물질들의 부피 기준 농도 증가에 해당하며, 감소는 부피 기준 농도 감소에 해당한다. 이는 각각의 경우에서 처리되는 스트림의 농도를 참고한다.
흡수에 의해 독성 물질을 제거하는 것이 갖는 주요한 장점은 작동의 연속성 및 실행의 단순성에 있다. 또한, 단계 b)에서 투과가 특정 수준의 절대 압력에서 일어나야 하므로, 소정의 기체 스트림은 흡수 단계 a) 전부터 압축된다. 이러한 두 단계 간의 통합에 의해, 단계 a) 또한 높은 압력 수준에 의해 유리하며, 이는 효과를 강화한다. 이를 위해, 흡수에 의한 분리 작업 전에, 소정의 기체 스트림은, 투과에 의한 분리 유닛의 입구에서 제1 기체 스트림에 필요한 절대 압력의 0.5 내지 2 배로 압축된다. 단계 a) 전에 소정의 기체 스트림의 압축 수준 및 단계 a) 동안 겪는 압력 강하의 함수로서 단계 a)로부터 생성되는 제1 기체 스트림을 재압축할 필요가 있는지를 판정할 수 있다.
특정한 실시양태에 따라, 본 발명은 하기 특징 중 하나 이상을 포함할 수 있다:
- 단계 a)에서, 상기 소정의 기체 스트림 및 상기 액체 용매는 상기 하나 이상의 용매에 의해 상기 독성 물질의 흡수를 촉진하는 수단에서 역류 방향으로 순환된다. 이러한 촉진 수단은 특히 용매와 소정의 기체 스트림 사이의 접촉을 촉진하도록 된 플레이트 또는 패킹일 수 있다.
- 이 방법은 적어도 상기 흡수 유닛에서 전체적으로 또는 부분적으로 재순환되는 상기 독성 물질이 감소된 제5 액체 스트림 및 제6 기체 스트림으로 분리되는 하나 이상의 용기까지 상기 제2 액체 스트림의 압력이 감소되는 단계 c)를 포함한다.
- 상기 제6 기체 스트림은 단계 b)에서 생성된 불순물이 감소된 상기 제3 기체 스트림에 합쳐진다. 독성 물질이 풍부한 제6 기체 스트림은 선택적으로 단계 b)로부터 생성된 정제된 스트림과 조합될 수 있다.
단계 a)에서 사용되는 흡수 화합물 또는 화합물들은 수성의 액체 스트림 또는 유기 용매일 수 있다. 사용되는 용매는 바람직하게는 물이다.
흡수 화합물의 순환은 바람직하게는 처리될 기체에 대하여 역류 방향으로 일어난다. 흡수는, 컬럼의 입구와 투과에 의한 분리 유닛의 입구 사이의 설비 아이템에서의 압력 강하를 보상하기에 충분한, 멤브레인의 공급 압력에 가까운, 바람직하게는 이보다 약간 높은 압력에서 수행될 수 있다. 이 압력은 일반적으로 대기압보다 몇 bar 더 높다. 흡수는 현장에서 이용가능한 물의 공급 온도, 일반적으로 30 ℃ 미만에서 수행될 수 있다. 비교적 높은 압력(몇 bar, 1 bar = 100 000 파스칼)과 비교적 낮은 온도(30 ℃ 미만)의 조합은, 대기압에서 작업이 수행되는 경우보다 낮은 상기 제1 스트림 내 독성 물질의 농도를 달성할 수 있게 한다.
또한, 투과에 의한 분리 유닛의 압력과 유사한 압력에서 흡수를 수행하는 것은, 투과에 의한 분리 유닛의 압력보다 낮은 압력에서 흡수가 수행되는 방법과 비교해 볼 때, 단 하나의 압축 유닛을 사용할 수 있게 한다.
흡수의 단계 a)에 의해, 본 발명에 따른 정제 방법은 처리될 기체에 소량으로 존재하는 화합물이 고체 및 고정된 흡착제에 축적되는 것을 방지할 수 있게 하고, 관련된 발화 위험을 감소시킬 수 있다. 이는 극소량으로는 어떠한 위험성도 없는 화합물이 축적시에는 처리될 기체 및/또는 흡착제(예컨대, 탄소)를 발화시키거나 발화를 전파하기에 충분한 임계 농도를 초과하기 때문이다. 이러한 화합물의 축적은 폭발을 야기할 수 있다. 예컨대, 처리될 기체에 극소량으로 존재하는 방향족 화합물, 예컨대 톨루엔이 활성 숯 상에 흡착되며, 처리된 기체는 또한 NOx 타입의 화합물을 함유한다. 재생을 위하여 수행되는 흡착에 의한 공정의 온도 증가 및/또는 압력 변화가 충분하지 못한 경우, 톨루엔은 흡착 상태로 유지되며, 따라서 축적될 수 있다. 톨루엔의 니트로화 반응은 고체 담체(이 경우, 활성 숯)에 의해 촉매된다. 이후, 활성 숯 상의 니트로톨루엔 유도체(강한 폭발성)의 축적은 극도로 위험해진다. 또한, 흡착에 비해 흡수는 낮은 자본 비용, 및 또한 오염에 대하여 훨씬 낮은 민감성, 실제로 물이 용매로 사용되는 경우에는 심지어 0의 민감성을 나타낸다.
단계 c)에서, 멤브레인에 대한 독성 물질이 가득한, 흡수에 의한 분리 유닛으로부터 생성된 상기 제2 액체 스트림은 용기 또는 임의의 등가 수단에서 감압되어, 흡수된 독성 물질을 기체 스트림의 형태로 방출할 수 있다. 따라서, 독성 물질의 일부가 제거된 용매 또는 용매들은 흡수에 의한 분리 유닛의 용매 공급물로 재순환될 수 있다. 독성 물질의 축적을 방지하기 위하여 용매의 추가 공급 및 퍼징이 필요할 수 있다. 일부의 경우에, 독성 물질이 풍부한 기체 스트림은 단계 b)에서 생성되는 정제된 기체 스트림에 합쳐질 수 있다.
용매가 별도로 또는 집합적으로 사용되어야 하는 경우, 수 개의 플래시 용기 및 별도의 재순환 회로를 사용할 수 있다. 그러면 소정의 기체 스트림은 필요한 만큼 많은 반응기에서 단계 a) 동안 연속적으로 이들 용매를 경험하게 된다.
본 발명은 또한 하나 이상의 석유화학 유닛을 사용하며,
- 상기 석유화학 유닛으로부터 소정의 기체 스트림을 추출하는 단계;
- 상기 소정의 기체 스트림을 정제하고 하나 이상의 정제된 기체 스트림을 생성하는 단계; 및
- 상기 정제된 기체 스트림의 적어도 일부를 상기 석유화학 유닛에 재순환시키는 단계
를 연속적으로 포함하며, 상기 소정의 기체 스트림의 상기 정제가 상기 기술된 정제 방법을 사용하는 것을 특징으로 하는 방법에 관한 것이다.
상기 기술된 정제는 상당히 낮은 압력, 예컨대 10 bar 미만에서 작동하는 석유화학 공정에 이상적으로 적용된다. 상기 석유화학 공정보다 높은 압력에서, 재순환될 스트림에 멤브레인을 사용하는 것은 일반적으로 상기 석유화학 공정에서 재순환이 바람직하지 않은 특정한 화합물의 스트림을 퍼징하는 것을 목적으로 한다.
멤브레인에 대한 독성 물질이 가득한, 컬럼으로부터의 액체 유출물은 상기 석유화학 공정의 재순환 압력으로 감압될 수 있다. 멤브레인에 유해한 화합물이 풍부한, 이러한 감압에 의해 생성되는 기체 상은 이들 화합물을 경제적으로 사용하기 위하여 석유화학 공정으로 재순환될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 주기적이지 않고, 따라서 예비처리 공정의 설계 및 관리가 상당히 단순해진다는 장점을 나타낸다. 고압에서의 예비처리 공정의 작동은 투과에 의한 분리 유닛으로 보내지는 스트림으로부터 제거되는 독성 물질의 매우 낮은 함량을 달성시킬 수 있다. 용매 또는 용매들의 성질은 용매에서 독성 물질의 용해도가 높도록 선택된다. 일반적으로, 독성 물질이 친수성인 경우, 물이 용매로서 유익할 것이며, 독성 물질이 소수성인 경우, 예컨대 디톨릴 에테르와 같은 소수성 용매가 유익할 것이다. 독성 물질이 매우 다양한 성질을 갖는 경우, 흡수 화합물은 다단계의 흡수 공정으로의 재분류 없이 모든 독성 물질의 흡수를 가능하게 하는, 다양한 용매(예컨대, 디톨릴 에테르 및 디메틸 프탈레이트)의 혼화성 혼합물일 수 있다. 또한, 용매의 성질은 그 자체가 멤브레인에 대한 "독성 물질"이지 않도록 선택될 것이다. 구체적으로, 용매는 흡수 유닛의 온도 및 압력 조건 하에 증기압과 같은 농도로 투과 유닛으로 보내지는 정제된 기체에 존재할 것이다.
본 발명은 또한 소정의 기체 스트림을 정제하기 위한 플랜트에 관한 것이며,
- 투과에 의한 분리 유닛; 및
- 상기 투과에 의한 분리 유닛과는 별도의 흡수에 의한 분리 유닛 - 입구에서 상기 소정의 기체 스트림의 공급원, 및 상기 소정의 기체 스트림에 존재하는 상기 투과에 의한 분리 유닛(5)에 대한 하나 이상의 독성 물질을 흡수할 수 있고 흡수하도록 된 액체 용매의 하나 이상의 공급원에 유체식으로 연결되고, 상기 흡수에 의한 분리 유닛의 제1 출구는 상기 투과에 의한 분리 유닛에 유체식으로 연결됨 -
을 포함한다.
"유체식 연결" 또는 "유체식으로 연결된"은 물질의 스트림을 수송할 수 있는 파이프 시스템을 통한 연결이 존재한다는 것을 의미한다. 이러한 연결 시스템은 밸브, 중간 저장 탱크, 측부 출구, 열 교환기 및 압축기를 포함할 수 있지만 화학 반응기는 포함하지 않는다.
특정한 실시양태에 따라, 본 발명은 하기 특성 중 하나 이상을 포함할 수 있다:
- 상기 흡수에 의한 분리 유닛은 상기 액체 용매로의 상기 독성 물질의 흡수를 촉진하는 수단을 포함하는 하나 이상의 액체/기체 역류 방향 흡수 컬럼을 포함한다.
- 상기 액체 용매의 공급원 중 하나는 입구에서 상기 흡수에 의한 분리 유닛의 제2 출구에 유체식으로 연결되며, 연결부는 감압 수단을 포함한다. 감압 수단은 대개 밸브이다.
- 상기 용기는 2 개 이상의 출구를 가지며, 그 중 하나는 상기 흡수에 의한 분리 유닛의 입구에 유체식으로 연결된다.
- 용기의 상기 출구 중 하나는 상기 투과 유닛의 소정의 출구에 유체식으로 연결된다.
- 상기 기체 스트림의 상기 공급원은 석유화학 유닛이고 상기 투과 유닛의 상기 소정의 출구는 상기 석유화학 유닛의 입구에 유체식으로 연결된다.
상기 석유화학 유닛은 비제한적으로 하기 공정 중 임의의 것을 사용할 수 있거나 사용하도록 된다:
1/ 아크릴로니트릴을 제공하기 위한 프로판 및/또는 프로필렌, 메타크릴로니트릴을 제공하기 위한 이소부탄 및/또는 이소부텐, 및 아트로포니트릴(atroponitrile)을 제공하기 위한 메틸스티렌의 가암모니아 산화;
2/ 아크롤레인 또는 아크릴산을 제공하기 위한 프로판 및/또는 프로필렌, 메타크롤레인 또는 메타크릴산을 제공하기 위한 이소부탄 및/또는 이소부텐, 또는 소정의 말레산 무수물을 제공하기 위한 n-부탄의 산화;
3/ 부타디엔을 제공하기 위한 부텐, 또는 이소프렌을 제공하기 위한 이소펜텐의 산화적 탈수소화;
4/ 산화에틸렌을 제공하기 위한 에틸렌, 또는 1,2-디클로로에탄을 제공하기 위한 에틸렌의 산화;
5/ 포름알데히드를 제공하기 위한 메탄올, 아세트알데히드를 제공하기 위한 에탄올, 이소부텐, 메타크롤레인 또는 메타크릴산을 제공하기 위한 t-부탄올, 또는 아크롤레인 또는 아크릴산을 제공하기 위한 글리세롤의 탈수소화;
6/ 아크릴산을 제공하기 위한 아크롤레인, 또는 메타크릴산을 제공하기 위한 메타크롤레인의 산화;
7/ 비닐 아세테이트를 제공하기 위한 에틸렌의 아세톡시화.
도 1을 참조하여 하기 설명을 이해함으로써 다른 고유한 특징 및 장점이 명백할 것이며, 도 1은 본 발명에 따른 장치의 일 실시예를 도시하는 개략적인 부분도를 나타낸다.
도 1에서, 석유화학 공정(14)은 아크릴산을 제공하기 위한 프로필렌의 산화 유닛이다. 이 유닛은 프로필렌 스트림(13)을 산소 스트림(17)의 존재 하에 아크릴산 스트림(15)으로 전환한다. 전환 중에, 소정의 기체 스트림(1)이 생성된다. 기체 스트림(1)은 불순물, CO2, 독성 물질, 아크롤레인, 및 석유화학 유닛(14)으로 재순환되는 것이 바람직한 프로필렌과 프로판의 혼합물을 포함한다. 스트림(1)은 12 bar(절대)의 압력으로 압축되고 흡수에 의한 분리 유닛(2)으로 주입된다. 흡수에 의한 분리 유닛(2)은 기체 스트림(1), 및 물 공급원(18)으로부터 비롯된 추가 공급물(12) 및 재순환된 물(9)이 역류 방향으로 공급되는 플레이트 컬럼으로 이루어진다. 이 유닛(2)은 30 ℃의 온도 및 12 bar(절대)에서 공정의 단계 a)를 수행한다. 흡수 동안, 물은 계속해서 독성 물질로 채워진다. 흡수 유닛(2)의 출구에서, 독성 물질이 감소된 제1 스트림(3) 및 독성 물질이 가득한 물 스트림(4)이 생성된다.
스트림(3)은 가열 후에 50 ℃ 및 11.5 bar(절대)의 압력으로 투과에 의한 분리 유닛(5)으로 주입된다. 상기 유닛은 CO2를 우선적으로 통과시키고 프로판 및 프로필렌을 우선적으로 보유하는 멤브레인을 포함한다. 유닛(5)의 출구에서 한편에는 불순물이 풍부한 기체 스트림(7)이 수집되고, 유닛(5)의 입구 압력보다 낮은 압력으로 프로판 및 프로필렌이 풍부한 기체 스트림(6)이 수집된다. 독성 물질이 가득한 물 스트림(4)은 밸브(4a)를 통해 용기(8)에서 압력이 감소된다. 이러한 압력 감소는 스트림(4)을, 석유화학 유닛(14)에 재순환되기 전에 정제된 스트림(6)에 합쳐지는 독성 물질이 풍부한 기체 스트림(10), 및 압축되어 흡수 유닛(2)의 입구로 보내지는 독성 물질이 덜 함유된 물 스트림(9)으로 분리시킨다. 액체의 퍼징(11)은 물 회로(9, 4)의 독성 물질의 축적을 방지할 수 있게 한다. 수단(12)은, 특히 추가의 공급물을 생성하기 위한 물의 주입을 가능하게 할 수 있다.
실시예:
본 발명에 따라 처리되는 기체 스트림(1) 및 아크릴산 14.5 톤/h을 생성하는 석유화학 유닛(14).
20 개의 플레이트로 이루어진 흡수 유닛(2)은 460 kmol/h의 기체 스트림(1)을 액체 물 스트림 5 톤/h와 역류 방향으로 접촉시킨다; 상기 흡수 컬럼에 의해 생성된 기체 스트림(3)은 독성 물질(이 경우에는, 아크롤레인)이 감소되며 폴리에테르이미드 타입의 반투과성 멤브레인(5)으로 공급된다; 이 멤브레인은 유닛(14)으로 재순환하는 CO2가 감소된 스트림(6), 및 퍼징되거나 다른 유닛, 예컨대 노(furnace)에 사용되는 스트림(7)을 생성시킬 수 있다. 이 실시예에서 주요 스트림의 주요 성분의 유동 속도를 하기 표에 나타낸다.
Figure pct00001

Claims (10)

  1. 회수될 하나 이상의 성분, 제거될 하나 이상의 불순물, 및 투과에 의한 분리 유닛(5)에 대한 하나 이상의 독성 물질을 포함하는 소정의 기체 스트림(1)을 정제(16)하는 방법이며,
    a) 상기 투과에 의한 분리 유닛(5)과는 별도의 흡수에 의한 분리 유닛(2)에서, 소정의 기체 스트림(1)을 상기 독성 물질을 선택적으로 흡수할 수 있고 흡수하도록 된 하나 이상의 액체 용매(9, 12)와 접촉시켜, 적어도 상기 독성 물질이 감소된 제1 기체 스트림(3) 및 제2 액체 스트림(4)을 생성하는 단계; 및
    b) 단계 a)에서 생성된 상기 제1 기체 스트림(3)을 상기 투과에 의한 분리 유닛(5)에서 소정의 절대 압력(P)에서 적어도 불순물이 감소된 제3 기체 스트림(6) 및 제4 스트림(7)으로 분리하는 단계
    를 포함하며, 단계 a)에서 수행되는 분리는 상기 소정의 절대 압력(P)의 50 % 내지 200 %의 절대 압력에서 수행하는 정제(16) 방법.
  2. 제1항에 있어서, 단계 a)에서 상기 소정의 기체 스트림(1) 및 상기 액체 용매(9, 12)가 상기 하나 이상의 용매(9, 12)에 의한 상기 독성 물질의 흡수를 촉진하는 수단에서 역류 방향으로 순환되는 것을 특징으로 하는 정제(16) 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 적어도 상기 흡수 유닛(2)에서 전체적으로 또는 부분적으로 재순환되는 상기 독성 물질이 감소된 제5 액체 스트림(9) 및 제6 기체 스트림(10)으로 분리되는 하나 이상의 용기(8)까지 상기 제2 액체 스트림(4)의 압력이 감소되는 단계 c)를 포함하는 것을 특징으로 하는 정제(16) 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제6 기체 스트림(10)이 단계 b)에서 생성된 불순물이 감소된 상기 제3 기체 스트림(6)에 합쳐지는 것을 특징으로 하는 정제(16) 방법.
  5. 하나 이상의 석유화학 유닛(14)을 사용하며,
    - 상기 석유화학 유닛(14)으로부터 소정의 기체 스트림(1)을 추출하는 단계;
    - 상기 소정의 기체 스트림(1)을 정제(16)하여 하나 이상의 정제된 기체 스트림(6)을 생성하는 단계; 및
    - 상기 정제된 기체 스트림(6)의 적어도 일부를 상기 석유화학 유닛(14)에 재순환시키는 단계
    를 연속적으로 포함하며, 상기 소정의 기체 스트림(1)의 상기 정제(16)가 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 정제(16) 방법을 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 소정의 기체 스트림(1)을 정제(16)하기 위한 플랜트이며,
    - 투과에 의한 분리 유닛(5); 및
    - 상기 투과에 의한 분리 유닛(5)과는 별도의 흡수에 의한 분리 유닛(2) - 입구에서 상기 소정의 기체 스트림(1)의 공급원(14), 및 상기 소정의 기체 스트림(1)에 존재하는 상기 투과에 의한 분리 유닛(5)에 대한 하나 이상의 독성 물질을 흡수할 수 있고 흡수하도록 된 액체 용매의 하나 이상의 공급원(8, 18)에 유체식으로 연결되고, 상기 흡수에 의한 분리 유닛(2)의 제1 출구(3)가 상기 투과에 의한 분리 유닛(5)에 유체식으로 연결됨 -
    을 포함하는 정제(16) 플랜트.
  7. 제6항에 있어서, 상기 흡수에 의한 분리 유닛(2)이, 상기 액체 용매로의 상기 독성 물질의 흡수를 촉진시키는 수단을 포함하는 하나 이상의 액체/기체 역류 방향 흡수 컬럼을 포함하는 것을 특징으로 하는 정제(16) 플랜트.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    - 상기 액체 용매의 공급원 중 하나가, 입구에서 상기 흡수에 의한 분리 유닛(2)의 제2 출구(4)에 유체식으로 연결된 용기(8)이고, 연결부는 감압 수단(4a)을 포함하며;
    - 상기 용기(8)가 둘 이상의 출구(9, 10)를 갖고, 그 중 하나(9)는 상기 흡수에 의한 분리 유닛(2)의 입구에 유체식으로 연결되는
    것을 특징으로 하는 정제(16) 플랜트.
  9. 제8항에 있어서, 용기(8)의 상기 출구 중 하나(10)가 상기 투과 유닛(5)의 소정의 출구(6)에 유체식으로 연결되는 것을 특징으로 하는 정제(16) 플랜트.
  10. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기체 스트림(1)의 상기 공급원(14)이 석유화학 유닛이고, 상기 투과 유닛(5)의 상기 소정의 출구(6)가 상기 석유화학 유닛의 입구에 유체식으로 연결되는 것을 특징으로 하는 플랜트.
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