KR20130059042A - 방향족 화합물의 제조 공정의 에너지 절감 방법 및 장치 - Google Patents

방향족 화합물의 제조 공정의 에너지 절감 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 방향족 화합물의 제조 방법 및 제조 장치에 관한 것이다. 예시적인 상기 제조 방법 및 제조 장치는, 나프타 분해 공정에서 가열 매체로 사용된 공정수가 방향족 화합물의 생산 과정에서 냉각 매체로 사용된 후에 회수되도록 하는 순환 과정 또는 순환 루프를 포함할 수 있다. 이에 따라 상기 방법 및 장치에 따르면 방향족 화합물, 예를 들면, 혼합 자일렌이나 벤젠 등을 생산하는 과정에서 탁월한 에너지 절감 효과를 얻을 수 있다.

Description

방향족 화합물의 제조 방법{Method for preparing aromatic compound}
본 발명은, 방향족 화합물의 제조 방법 및 제조 장치에 관한 것이다.
NCC(Naphtha Cracking Center)는, 원유의 상압 증류 장치에서 얻어지는 가솔린 유분인 나프타(naphtha)를 열 분해하여 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌 및 BTX(Benzene/Toluene/Xylene) 등을 생산하는 시설이다.
NCC의 설비 중에서 BRU(Benzene Recovery Uni)는 나프타를 사용하여 에틸렌이나 프로필렌 등을 생산하는 과정의 부산물인 RPG(Raw Pyrolysis Gasoline)를 사용하여 벤젠이나 혼합 자일렌 등과 같은 방향족 화합물을 생산하는 설비이다.
BRU에서 진행되는 공정에는 가솔린 수첨(Gasoline Hydrogenation; 이하 「GHT」) 공정, 선분류 공정(Prefraction; 이하 「PF」), 추출 (Extraction; 이하 「EXT」) 공정 및 탈알킬화(Hydrodealkylation; 이하 「HDA」) 공정 등이 있다.
GHT 공정은 RPG를 원료로 수소 첨가 및 탈황 반응을 진행하고, 탄소수 5의 탄화수소 및 탄소수 6 이상의 탄화수소를 분리하는 공정이다. GHT 공정은, 예를 들면, 수소 첨가 반응이 수행되는 1차 GHT 반응기; 수소 첨가 및 탈황 반응이 진행되는 2차 GHT 반응기; 및 탄소수 5의 탄화수소가 분리되는 펜탄 분류탑(depentanizer)에 원료인 RPG를 순차 경유시키는 방식이나, 수소 첨가 반응이 진행되는 1차 GHT 반응기; 탄소수 5의 탄화수소가 분리되는 펜탄 분류탑; 수소 첨가 반응이 진행되는 2차 GHT 반응기; 및 탈황 반응이 진행되는 탈거 장치(stripper)에 RPG를 순차 경유시키는 방식으로 수행될 수 있다. GHT 공정에서는, 탄소수 5의 탄화수소 및 탄소수 6 이상의 탄화수소가 생산되며, 상기 생산물 중에서 후자는 PF 공정의 헥산 분류탑(dehexanizer)으로 보내질 수 있다.
PF 공정을 수행하는 설비는 헥산 분류탑 및 C9 탄화수소 분류탑을 포함할 수 있다. GHT 공정으로부터 도입된 탄소수 6 이상의 탄화수소 또는 RPG나 PG(Pyrolysis Gasoline) 등은 원료로서 헥산 분류탑으로 도입될 수 있다. 헥산 분류탑에서 생산된 생성물, 예를 들면, 탄소수 10 이상의 탄화수소는 혼합 자일렌(mixed xylene)의 생산을 위하여 사용될 수 있다. 또한, 헥산 분류탑의 생성물, 예를 들면, 탄소수 7 내지 9의 탄화수소는, HDA 공정으로 도입될 수 있다.
EXT 공정은 PF 공정의 생성물로부터 벤젠 등을 생산하는 공정이고, HDA 공정은 PF 공정으로부터 도입된 원료로부터 탈알킬화 등을 거쳐서 벤젠을 생산하고, 이를 EXT 공정에서 생산된 벤젠과 함께 벤젠 분류탑에 도입함으로써 고순도의 벤젠을 생산할 수 있다.
상기와 같은 다양한 공정을 수행하는 설비 중에서 가장 중요한 것은 원료에 포함된 다성분 물질을 각각의 비점 차이에 의해 분리하는 분류탑이다. 분류탑은 통상적으로 도 1에 나타난 바와 같이 구성될 수 있다. 도 1을 참조하면, 분류탑(11)에 원료(12)가 도입되면, 분류탑(11) 내부에서는 재비기(reboiler)(13)에서 증발된 증기가 분류탑(11)의 상부(탑정) 방향으로 올라가고, 응축기(14)에서 응축된 액체는 환류되어 분류탑(11)의 하부(탑저) 방향으로 흐르게 된다. 분류탑(11)의 내부에서 상기 증기와 액체가 접촉하면, 증기는 응축되고 액체는 증발하게 되는데, 이 때 비점이 낮은 성분은 증발되는 경향이 강하고, 비점이 높은 성분은 응축되는 경향이 강하여 분류탑(11)의 상부로 갈수록 저비점 성분의 농도가 증가한다. 이에 따라 분류탑(11) 상부에서는 순수한 저비점 성분의 증기가 얻어지게 되는데, 상기 증기는 응축기(14)에 의해 응축되어 일부는 제품으로 생산되고, 일부는 다시 환류된다. 환류된 환류액은 상부로 올라오는 고비점 성분을 응축시켜 탑저로 보내는데 사용된다. 또한, 분류탑(11)의 하부에서 배출되는 고비점 성분 역시 일부는 제품으로 생산되고, 다른 일부는 재비기(13)에서 다시 증발된 후 분류탑(11) 하단으로 보내져 내부 성분을 증발시키는데 사용될 수 있다.
분류탑에서는 상기와 같은 원료 유입, 재비기(13)에 의한 증발 및 응축기(14)에 의한 응축과 환류 과정이 반복되면서, 고순도의 제품이 생산되는데, 이 때 순환되는 환류액에 따라 재비기(13)에서 막대한 양의 에너지, 예를 들면 스팀이 사용된다. 따라서, 복수 개의 증류탑을 포함하는 BRU에서는 막대한 양의 에너지가 요구되고 있다.
본 발명은, 방향족 화합물의 제조 방법 및 제조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 방향족 화합물의 제조 방법에 관한 것이다. 예시적인 상기 방법에서는, 공정수(PW; Processing Water)를 NCC의 분류탑의 하부 생성물과 접촉되고, BRU 또는 혼합 자일렌의 생산 과정의 분류탑의 상부 생성물 또는 BRU나 혼합 자일렌의 생산을 위하여 도입되는 원료와 접촉되도록 순환시키는 과정을 포함할 수 있다. 상기와 같은 순환은, 순환 루프(loop)를 형성하고 있는 배관 시스템을 사용하여 진행될 수 있다. 상기 순환되는 공정수는 상기 각각의 접촉 단계에서 가열 또는 냉각 매체로 작용할 수 있다.
예시적인 상기 방법에서는 공정수가 NCC의 공정에서의 분류탑의 하부 생성물과 열교환되고, 다시 BRU 공정의 분류탑 또는 혼합 자일렌의 생산 과정의 분류탑의 상부 생성물이나 상기 BRU 공정 또는 혼합 자일렌 공정으로 도입되는 원료와 열교환된 후에 회수될 수 있다. 상기 분류탑의 하부 생성물과 열교환되는 과정에서 공정수는 가열 매체로 작용하고, 상기 BRU 또는 혼합 자일렌 생산 공정의 분류탑의 상부 생성물 또는 상기 원료와 열교환되는 과정에서 공정수는 냉각 매체로 작용할 수 있다.
상기 방법은, 예를 들면, NCC, BRU 또는 혼합 자일렌의 생산 공정의 운전 방법 또는 에너지 절감 방법일 수 있다.
하나의 예시에서 상기 공정수로는, 예를 들면, 광 물질 등의 불순물을 제거한 공업 용수가 사용될 수 있다. 상기 공정수는, 상기 방법에서 가열 매체 및 냉각 매체로서 사용될 수 있다.
예시적인 상기 방법은, 공정수를 나프타 분해 공정, 예를 들면, NCC의 공정으로 공급하여 나프타 분해 공정이 진행되는 분류탑의 하부 생성물과 열교환시키는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 방법은, 상기 나프타 분해 공정이 진행되는 분류탑의 하부 생성물과 열교환을 수행한 후의 공정수를 방향족 화합물을 생산하기 위한 공정, 예를 들면, BRU의 공정이나 혼합 자일렌의 생산을 위한 공정으로 공급하여, 상기 방향족 화합물을 생산하기 위한 공정의 분류탑의 상부 생성물과 열교환시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기에서 나프타 분해 공정이 진행되는 분류탑의 하부 생성물과 열교환을 수행한 후의 공정수는, 방향족 화합물을 생산하기 위한 공정, 예를 들면, BRU의 공정이나 혼합 자일렌의 생산을 위한 공정으로 공급되는 원료, 예를 들면, RPG, PG 또는 탄소수 6 이상의 탄화수소와 열교환될 수 있다.
하나의 예시에서 상기 나프타 분해 공정이 진행되는 분류탑의 하부 생성물과의 열교환을 위하여 공급되는 공정수의 온도, 즉 상기 하부 생성물과 열교환되기 전의 공정수의 온도는, 예를 들면, 95℃ 내지 125℃, 100℃ 내지 120℃ 또는 약 110℃ 정도일 수 있다. 공급되는 공정수의 온도를 상기와 같이 유지하여, 상기 순환 루프를 순환하는 공정수가 필요한 개소에서 분류탑의 상부 또는 하부 생성물과 적절하게 열교환을 수행하고, 효율적인 공정이 진행되도록 할 수 있다.
하나의 예시에서 상기 공정수는, 공정수 저장 탱크로부터 공급될 수 있다. 상기 저장 탱크는, 정상 운전 시에 공급되는 공정수가 상기 온도, 즉 95℃ 내지 125℃, 100℃ 내지 120℃ 또는 약 110℃ 정도의 범위 내로 유지되도록 운전될 수 있다. 하나의 예시에서 상기 공정수는, 저장 온도가 95℃ 내지 125℃, 100℃ 내지 120℃ 또는 약 110℃ 정도이고, 저장 압력이 약 0.5 Kg/cm2G 내지 0.8 Kg/cm2G, 0.6 Kg/cm2G 내지 0.7 Kg/cm2G 또는 약 0.65 Kg/cm2G 정도인 공정수 저장 탱크로부터 공급될 수 있다. 상기 저장 탱크의 종류는, 상기와 같은 저장 온도와 저장 압력을 유지할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 저압 수증기 분출 장치 등을 구비한 저장 탱크가 사용될 수 있다.
상기 공정수는, 예를 들면, 상기 저장 탱크로부터 나프타 분해 공정이 진행되는 분류탑으로 공급될 수 있다.
도 2는, 상기 공정수가 공급되는 과정이 모식적으로 표시된 도면이다. 도 2에 나타난 바와 같이 상기 공정수는, 적절한 위치에 설치된 순환 펌프에 의하여 상기 저장 탱크(21)로부터 나프타 분해 공정이 진행되는 분류탑(22, 23)으로 공급될 수 있다.
상기에서 나프타 분해 공정이 진행되는 분류탑은, 예를 들면, 에탄 분류탑 및 프로판 분류탑으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.
예를 들면, 도 2에 나타난 바와 같이, 상기 공정수는 NCC로 공급되어 우선 에탄 분류탑(22)으로 공급되어 상기 분류탑(22)의 하부 생성물과 열교환될 수 있다. 이에 의하여 상기 공정수는 상기 분류탑(22)의 하부 생성물을 가열시키고, 자신은 냉각될 수 있다. 하나의 예시에서 상기 분류탑(22)의 하부 생성물과 열교환된 후의 공정수의 온도는, 85℃ 내지 115℃, 90℃ 내지 110℃ 또는 약 100℃ 내지 약 102℃ 정도일 수 있다. 또한, 상기 분류탑(22)의 하부 생성물은, 공정수와 열교환되기 전에 약 80℃ 내지 100℃의 온도를 가지고, 열교환된 후에는 약 85℃ 내지 105℃ 정도의 온도를 가질 수 있다.
에탄 분류탑(22)의 하부 생성물과 열교환한 공정수는 다시 프로판 분류탑(23)으로 공급되어 상기 분류탑(23)의 하부 생성물과 또한 열교환될 수 있다. 이에 의하여 상기 공정수는 상기 분류탑(23)의 하부 생성물을 또한 가열시키고, 자신은 냉각될 수 있다. 하나의 예시에서 상기 분류탑(23)의 하부 생성물과 열교환된 후의 공정수의 온도는, 80℃ 내지 110℃, 85℃ 내지 105℃ 또는 약 95℃ 내지 97℃ 정도일 수 있다. 또한, 상기 분류탑(23)의 하부 생성물은, 공정수와 열교환되기 전에 약 80℃ 내지 85℃의 온도를 가지고, 열교환된 후에는 약 85℃ 내지 88℃ 정도의 온도로 분류탑(23)의 하부로 환류될 수 있다.
상기와 같이 나프타 분해 공정의 분류탑의 생성물과 열교환된 공정수는, BRU 또는 혼합 자일렌을 생산하기 위한 공정으로 공급될 수 있다.
하나의 예시에서 상기 공정수는, BRU 또는 혼합 자일렌을 생산하기 위한 공정으로 공급되기 전에 온도 보정 공정을 거칠 수 있다.
즉, 상기 방법은, 나프타 분해 공정이 진행되는 분류탑의 하부 생성물과 열교환시킨 공정수를 방향족 화합물을 생산하기 위한 분류탑의 상부 생성물 또는 상기 방향족 화합물을 생산하기 위한 분류탑에 도입되는 원료와 열교환시키기 전에 상기 공정수의 온도를 조절하는 단계를 추가로 수행할 수 있다. 상기에서 공정수의 온도는 예를 들면, 약 90℃ 내지 100℃, 약 92℃ 내지 98℃ 또는 약 95℃ 정도로 조절될 수 있다. 이와 같이 공정수의 온도를 조절하여, 후속 공정이 원활하고 효율적으로 수행되도록 할 수 있다. 공정수의 온도는 예를 들면, 상기 순환 루프의 적절한 위치에 냉각 장치 또는 가열 장치를 설치함으로써 조절할 수 있다. 통상적으로 나프타 분해 공정의 분류탑과 열교환 후의 공정수는 상기 조절될 온도에 비하여 높은 온도를 가지고, 이에 따라서 상기 순환 루프에는 냉각 장치가 설치될 수 있다.
나프타 분해 공정의 분류탑의 생성물과 열교환된 공정수는, 필요에 따라서 상기 온도 조절 공정을 거친 후에 BRU 또는 혼합 자일렌을 생산하기 위한 공정으로 공급될 수 있다. 공급된 공정수는, BRU 또는 혼합 자일렌 생산의 원료 또는 상기 공정에서 사용되는 분류탑의 상부 생성물과 열교환될 수 있다.
하나의 예시에서 상기 공정수와 열교환되는 원료는, 예를 들면, GHT 공정으로 도입되는 고온의 원료일 수 있고, 이러한 원료의 예로는 PG 또는 RPG 등이 예시될 수 있다. 상기와 같은 원료와의 열교환은 예를 들면, GHT 공정이 진행되는 반응기의 열교환기의 동체측으로 공정수의 흐름이 유입될 수 있도록 순환 루프를 조절하여 수행할 수 있다. 상기와 같이 원료와 열교환되는 공정수는, 예를 들면, 열교환 전의 온도가 약 90℃ 내지 100℃, 약 92℃ 내지 98℃ 또는 약 95℃ 정도이고, 열교환 후의 온도가 약 95℃ 내지 125℃, 100℃ 내지 120℃ 또는 약 110℃ 정도일 수 있다. 또한, 이와 같이 열교환된 공정수는, 순환 루프를 따라서 회수되어 다시 상기 공정수 저장 탱크로 환원될 수 있다.
또한, 상기 공정수와 열교환되는 원료는, 예를 들면, 열교환 전의 온도가 약 130℃ 내지 160℃ 또는 약 140℃ 내지 150℃ 정도이고, 열교환 후의 온도가 약 100℃ 내지 130℃ 또는 약 110℃ 내지 120℃ 정도 일 수 있다. 또한, 이와 같은 열교환을 거친 원료는, 상기 방향족 화합물의 생산 또는 혼합 자일렌의 생산 공정으로 도입될 수 있다.
또한, 상기에서 공정수와 열교환되는 BRU 또는 혼합 자일렌을 생산하기 위한 공정의 분류탑의 상부 생성물은, 예를 들면, 헥산 분류탑, 혼합 자일렌탑 및 벤젠탑으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 분류탑의 상부 생성물일 수 있다. 상기와 같은 열교환은 예를 들면, 상기 분류탑의 상부의 응축기로 공정수의 흐름이 유입될 수 있도록 순환 루프를 조절하여 수행할 수 있다. 상기와 같은 상부 생성물과 열교환되는 공정수는, 예를 들면, 열교환 전의 온도가 약 90℃ 내지 100℃, 약 92℃ 내지 98℃ 또는 약 95℃ 정도이고, 열교환 후의 온도가 약 95℃ 내지 125℃, 100℃ 내지 120℃ 또는 약 110℃ 정도일 수 있다. 또한, 이와 같이 열교환된 공정수는, 순환 루프를 따라서 회수되어 다시 상기 공정수 저장 탱크로 환원될 수 있다.
도 3은, 상기와 같은 열교환 과정의 하나의 예시를 모식적으로 표시한 도면이다. 도 3에서
Figure pat00001
로 표시된 부분은, 도 2의
Figure pat00002
로 표시된 배관과 연결되어 있음을 의미할 수 있고, 또한
Figure pat00003
로 표시된 부분은, 도 2에서
Figure pat00004
로 표시된 배관과 연결되어 있음을 의미할 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 나프타 분해 공정에서 열교환을 거쳐서 도입되는 공정수는, 필요에 따라서, 순환 루프의 적절한 위치에 설치된 온도 조절 장치인 냉각 장치(31)를 거쳐서 방향족 화합물의 제조 공정으로 도입될 수 있다.
도 3에서와 같이 상기 냉각 장치(31)를 통과한 공정수의 흐름의 일부는, 원료인 RPG 및 PG와 열교환된 후에 순환 루프를 따라서 저장 탱크, 예를 들면, 도 2의 공정수 저장 탱크(21)로 회수될 수 있다. 도 3에서 공정수는, 예를 들면, 열교환기(H1)를 거치면서 RPG와 열교환되고, 또한 열교환기(H2)를 거치면서 PG와 열교환되고 있다. 또한, 상기 열교환을 통하여 원료인 RPG 또는 PG는 적절한 수준으로 냉각되고, 이에 따라서 후속 공정에서 냉각기의 냉각 부하를 줄이고, 전력 소모 및 동력을 절감하는 것이 가능할 수 있다. 이와 같이 열교환에 의해 냉각된 원료는, 분류탑, 예를 들면, 헥산 분류탑(32)로 공급될 수 있다.
도 3에서 냉각 장치(31)를 거친 공정수의 흐름의 일부는 또한 헥산 분류탑(32)으로 공급되어 상기 분류탑(32)의 상부 생성물과 열교환될 수 있다. 이에 따라서, 열교환 전의 온도가 약 90℃ 내지 100℃, 약 92℃ 내지 98℃ 또는 약 95℃ 정도이던 공정수는, 열교환 후에 약 95℃ 내지 125℃, 100℃ 내지 120℃ 또는 약 110℃ 정도의 온도로 가열될 수 있고, 가열된 공정수는, 순환 루프를 따라서 회수되어 다시 상기 공정수 저장 탱크(도 2의 21)로 환원될 수 있다.
하나의 예시에서 상기 공정수와 열교환되는 상부 생성물을 배출하는 헥산 분류탑(32)의 탑 상부의 운전 온도는 약 100℃ 내지 130℃, 약 110℃ 내지 120℃ 또는 약 113℃ 내지 115℃ 정도일 수 있다. 또한, 상기 탑 상부의 운전 압력은, 예를 들면, 약 1.0 Kg/cm2G 내지 3.0 Kg/cm2G 또는 약 1.5 Kg/cm2G 내지 2.5 Kg/cm2G 정도일 수 있다. 상기와 같은 운전 온도 및 압력은, 기존 NCC 또는 BRU 등에서의 헥산 분류탑의 운전 온도 및 압력에 비하여 상대적으로 높다. 높은 운전 온도 및 압력에 의하여 헥산 분류탑(32)은, 기존 대비 높은 온도의 상부 생성물을 배출하고, 이에 따라 열교환을 거쳐서 저장 탱크로 회수되는 공정수가 적절한 온도를 유지하도록 하여 순환 루프의 형성의 효율을 높일 수 있다. 또한, 상기와 같은 운전 온도 및 압력을 설정으로 인하여, 종래 헥산 분류탑에서 사용되던 냉각기, 예를 들면 공기핀 타입의 냉각기는 사용되지 않을 수 있고, 이에 따라서 추가적인 에너지 절감 효과를 얻을 수 있다.
상기와 같은 조건에서 공정수와 열교환 과정을 거친 분류탑(32)의 상부 생성물의 일부는 분류탑(32)으로 환류되고, 일부는 벤젠탑(35)의 원료로서 공급될 수 있다. 또한, 상기 분류탑(32)의 하부 생성물은 부생 연료유 분류탑(33)의 원료로서 공급될 수 있다.
부생 연료유 분류탑(33)에서는, 상기 분류탑(32)의 하부 생성물을 원료로 분류 공정이 진행될 수 있다. 상기 분류탑(33)의 상부 생성물은, 예를 들면, 일부는 상기 분류탑(33)의 상부로 다시 환류되고, 다른 일부는, HDA 공정이 진행되는 설비(38)로 공급될 수 있다. HDA 공정의 설비(38)를 거친 흐름은, 예를 들면, 벤젠탑(35)의 원료로서 공급될 수 있다. 또한, 상기 분류탑(33)의 하부 생성물은 혼합 자일렌탑(34)의 원료로서 공급될 수 있다.
냉각 장치(31)를 거친 공정수의 흐름의 일부는 또한 혼합 자일렌탑(34)으로 공급되어 혼합 자일렌탑(34)의 상부 생성물과 열교환될 수 있다.
하나의 예시에서 혼합 자일렌탑(34)의 탑 상부의 운전 온도는 약 130℃ 내지 170℃ 또는 약 140℃ 내지 160℃ 정도일 수 있다. 또한, 상기 탑 상부의 운전 압력은, 예를 들면, 약 0.2 Kg/cm2G 내지 0.7 Kg/cm2G 또는 약 0.3 Kg/cm2G 내지 0.55 Kg/cm2G 정도일 수 있다. 또한, 상기 탑(34)의 탑 하부의 운전 온도는 약 170℃ 내지 210℃ 또는 약 180℃ 내지 200℃ 정도일 수 있다. 또한, 상기 탑 하부의 운전 압력은, 예를 들면, 약 0.3 Kg/cm2G 내지 0.8 Kg/cm2G 또는 약 0.4 Kg/cm2G 내지 0.65 Kg/cm2G 정도일 수 있다. 이러한 운전 온도 및 압력에서 공정이 원활하게 진행될 수 있다.
상기 탑(34)에서는, 예를 들면, 상기 부생 연료유 분류탑(33)에서 공급된 원료의 분류 공정이 진행될 수 있다. 상기 탑(34)의 상부 생성물은, 예를 들면, 전술한 바와 같이 공정수와 열교환된 후에, 일부는 탑(34)의 상부로 다시 환류되고, 다른 일부는 제품으로서 저장 탱크(37)에 보관될 수 있다. 또한, 상기 탑(34)의 하부 생성물은, HDA 공정이 진행되는 설비(38)로 공급될 수 있으며, HDA 공정을 거친 흐름은, 예를 들면, 벤젠탑(35)의 원료로서 공급될 수 있다.
상기 혼합 자일렌탑(34)의 상부 생성물과 열교환된 공정수는, 열교환 전에 약 90℃ 내지 100℃, 약 92℃ 내지 98℃ 또는 약 95℃ 정도이던 온도가 열교환 후에 약 95℃ 내지 125℃, 100℃ 내지 120℃ 또는 약 110℃ 정도로 가열될 수 있고, 가열된 공정수는, 순환 루프를 따라서 회수되어 다시 상기 공정수 저장 탱크(도 2의 21)로 환원될 수 있다.
냉각 장치(31)를 거친 공정수의 흐름의 일부는 또한 벤젠탑(35)으로 공급되어 상기 분류탑(35)의 상부 생성물과 열교환될 수 있다.
상기 벤젠탑(35)에서는, 예를 들면, 상기 헥산 분류탑(32) 또는 HDA 공정을 거쳐서 유입되는 원료의 분류 공정이 진행될 수 있다.
하나의 예시에서 벤젠탑(35)의 탑 상부의 운전 온도는 약 100℃ 내지 140℃ 또는 약 110℃ 내지 130℃ 정도일 수 있다. 또한, 상기 탑 상부의 운전 압력은, 예를 들면, 약 0.5 Kg/cm2G 내지 3.5 Kg/cm2G 또는 약 1 Kg/cm2G 내지 3 Kg/cm2G 정도일 수 있다. 또한, 상기 탑(35)의 탑 하부의 운전 온도는 약 145℃ 내지 185℃ 또는 약 155℃ 내지 175℃ 정도일 수 있다. 또한, 벤젠탑(35) 하부의 운전 압력은, 예를 들면, 약 1 Kg/cm2G 내지 4 Kg/cm2G 또는 약 1.5 Kg/cm2G 내지 3.5 Kg/cm2G 정도일 수 있다. 이러한 운전 온도 및 압력에서 공정이 원활하게 진행될 수 있다.
벤젠탑(35)의 상부 생성물은, 예를 들면, 전술한 바와 같이 공정수와 열교환된 후에 벤젠탑(35)의 상부로 다시 환류될 수 있다. 또한, 벤젠탑(35)의 하부 생성물은, 재순환탑(36)으로 공급될 수 있다. 재순환탑(36)에서는 공급되는 원료의 분류 공정이 진행될 수 있다. 재순환탑(36)에서 분류 공정을 거친 상부 생성물은 저장 탱크(39)에 저장된 후에 일부는 재순환탑(36)으로 환류되고, 일부는 제품으로 생산될 수 있다. 또한, 재순환탑(36)의 하부 생성물은, 예를 들면, 중질 방향족 추출 공정이 진행되는 설비(40)로 공급될 수 있다.
벤젠탑(35)의 상부 생성물과 열교환된 공정수는, 열교환 전에 약 90℃ 내지 100℃, 약 92℃ 내지 98℃ 또는 약 95℃ 정도이던 온도가 열교환 후에 약 95℃ 내지 125℃, 100℃ 내지 120℃ 또는 약 110℃ 정도로 가열될 수 있고, 가열된 공정수는, 순환 루프를 따라서 회수되어 다시 상기 공정수 저장 탱크(도 2의 21)로 환원될 수 있다.
하나의 예시에서 원료인 PG 또는 RPG, 또는 각 분류탑의 상부 생성물과 열교환된 공정수는, 상기 열교환에 의하여 온도가 약 약 95℃ 내지 125℃, 100℃ 내지 120℃ 또는 약 110℃ 정도로 유지되어, 순환 루프를 따라서 다시 저장 탱크(도 2의 21)로 환원될 수 있다. 환원된 공정수는, 다시 나프타 분해 공정으로 공급되어 예를 들면, 에탄 분류탑이나 프로판 분류탑의 하부 생성물과 열교환되는 과정이 반복될 수 있다.
즉, 상기 방법은, 방향족 화합물을 생산하기 위한 분류탑의 상부 생성물 또는 상기 방향족 화합물을 생산하기 위한 분류탑에 도입되는 원료와 열교환을 수행한 상기 공정수를 나프타 분해 공정이 진행되는 분류탑의 하부 생성물과 열교환시키기 위하여 회수하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
이와 같이 순환 루프를 통하여 순환하는 공정수가 가열 매체 및 냉각 매체로서 작용하도록 함으로써, 예를 들면, 기존 NCC 또는 BRU 공정에서 에탄 또는 프로판 분류탑의 하부 재비기에서 사용되던 저압 수증기의 사용을 줄이거나 생략할 수 있고, 또한 원료 또는 분류탑의 상부 생성물의 냉각을 위하여 사용되던 냉각수 또는 공기 냉각기의 사용을 줄이거나 절감할 수 있다.
본 발명은 또한 방향족 화합물의 제조 장치에 관한 것이다. 예시적인 상기 장치는, 전술한 방향족 화합물의 제조 방법에 사용될 수 있도록 구성된 것일 수 있다. 따라서, 상기 장치의 구체적인 사항에 대해서는, 이미 기술한 사항이 동일하게 적용될 수 있다.
즉, 예시적인 상기 장치는, 공정수 저장 탱크, 나프타 분해 공정을 수행할 수 있는 분류탑, 방향족 화합물을 생산하기 위한 분류탑; 및 배관 시스템을 포함할 수 있다. 상기에서 배관 시스템은, 상기 공정수 저장 탱크, 상기 나프타 분해 공정을 수행할 수 있는 분류탑 및 상기 방향족 화합물을 생산하기 위한 분류탑을 연결하는 순환 루프를 형성하고 있을 수 있다.
배관 시스템은, 공정수 저장 탱크로부터 유출되는 공정수가 상기 나프타 분해 공정을 수행할 수 있는 분류탑의 하부 생성물과 열교환을 위하여 접촉될 수 있는 루프를 형성하고 있을 수 있다. 또한, 공정수가 상기 나프타 분해 공정을 수행할 수 있는 분류탑의 하부 생성물과 열교환을 위하여 접촉된 후에 상기 방향족 화합물을 생산하기 위한 분류탑의 상부 생성물 또는 상기 분류탑으로 도입되는 원료와 열교환을 위하여 접촉될 수 있는 루프를 형성하고 있을 수 있다.
배관 시스템은 또한, 방향족 화합물을 생산하기 위한 분류탑의 상부 생성물 또는 상기 분류탑으로 도입되는 원료와 열교환을 위하여 접촉된 공정수가 상기 공정수 저장 탱크로 회수될 수 있도록 순환 루프를 형성하고 있을 수 있다.
또한, 상기 기술한 바와 같이, 상기 배관 시스템은, 상기 공정수가 상기 나프타 분해 공정을 수행할 수 있는 분류탑의 하부 생성물과 열교환을 위하여 접촉된 후에 상기 방향족 화합물을 생산하기 위한 분류탑의 상부 생성물 또는 상기 분류탑으로 도입되는 원료와 열교환을 위하여 접촉되기 전에 온도 조절기, 예를 들면, 상기 냉각 장치 또는 가열 장치를 경유할 수 있도록 루프를 형성하고 있을 수 있다.
예시적인 상기 제조 방법 및 제조 장치는, 나프타 분해 공정에서 가열 매체로 사용된 공정수가 방향족 화합물의 생산 과정에서 냉각 매체로 사용된 후에 회수되도록 하는 순환 과정 또는 순환 루프를 포함할 수 있다. 이에 따라 상기 방법 및 장치에 따르면 방향족 화합물, 예를 들면, 혼합 자일렌이나 벤젠 등을 생산하는 과정에서 탁월한 에너지 절감 효과를 얻을 수 있다.
도 1은, 분류탑의 기능을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 2 및 3은, 상기 제조 방법을 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.
이하, 실시예를 통하여 상기 방법 및 장치를 보다 상세하게 설명하지만, 상기 방법 및 장치의 범위가 하기 제시된 실시예에 의하여 제한되는 것은 아니다.
실시예 1
NCC 및 BRU 공정에 대하여 도 2 및 3에 나타난 바와 같은 공정수 순환 루프를 형성하고, 방향족 화합물인 벤젠 및 혼합 자일렌의 생산 공정을 모사하였다.
공정수 저장 탱크(21)로는 저압 수증기 분출 장치를 설치한 탱크를 저장 온도를 약 110℃ 및 저장 압력 약 0.65 Kg/cm2G의 조건에서 운전하여, 정상 상태에서 약 110℃ 정도의 온도의 공정수가 에탄 분리탑(22)의 하부로 공급되도록 하였다.
순환 루프에 설치된 펌프로 상기 공정수를 에탄 분류탑(22)의 하부 열교환기로 공급하여 상기 분류탑(22)의 하부 생성물과 열교환시켰다. 상기 공정수는, 상기 분류탑(22)의 하부 생성물과 열교환된 후에 약 101.8℃의 온도로 인출되었다. 또한, 상기 분류탑(22)의 하부 생성물은 약 90.2℃의 온도로 상기 열교환기로 유입되고, 상기 공정수와의 열교환 후에 약 95.5℃의 온도로 가열되어 분류탑으로 유입되었다. 이 과정에서 상기 공정수는 상기 분류탑(22)의 하부 생성물에 약 9.334 MM Kcal/hr의 열량을 공급한 것으로 계산되었다.
에탄 분류탑(22)의 하부 생성물과 열교환된 공정수를 다시 프로판 분류탑(23)의 하부 생성물과 열교환시켰다. 이에 의하여 약 101.8℃의 온도의 상기 공정수는 상기 열교환 후에 약 96.4℃의 온도로 냉각되었다.
또한, 프로판 분류탑(23)의 하부 생성물은 약 82.7℃의 온도로 열교환기로 유입되고, 공정수와의 열교환 후에 약 86.9℃로 가열되어 분류탑(23)으로 유입되었다. 이 과정에서 공정수는 프로판 분류탑(23)의 하부 생성물에 약 6.11 MM Kcal/hr의 열량을 공급한 것으로 계산되었다.
NCC의 에탄 및 프로판 분류탑(22, 23)의 하부 생성물과 열교환을 한 상기 공정수를 냉각 장치(31)에 유입시켜서 냉각수와 열교환시킴으로써 온도를 약 95℃로 조정하였다.
냉각 장치(31)에서 온도 보정된 공정수의 흐름의 일부를 도 3에서 H1으로 표시된 열교환기의 동체측으로 공급하여 GHT에서 공급되는 RPG와 열교환시켰다. 상기 열교환에 의해서 RPG의 온도는 146.7℃에서 약 117℃ 정도로 냉각되었고, 이에 따라 1 단계 반응조 냉각기의 냉각 부하가 감소하였다. 또한, 상기 열교환을 거친 공정수는, 온도가 약 95℃에서 약 110℃로 상승하여 열 흡수가 발생하였다. 열교환을 거친 공정수는 순환 배관을 따라서 다시 공정수 저장 탱크(21)로 회수하였다.
또한, 냉각 장치(31)에서 온도가 약 95℃로 보정된 공정수의 흐름의 일부를 GHT에서 공급되는 PG의 라인의 공정 열교환기(H2)의 관측을 통과시켜서 상기 PG와 열교환시켰다. 상기 열교환에 의해서 PG의 온도는 144.8℃에서 약 115℃ 정도로 냉각하였다. 또한, 열교환을 거친 공정수는, 온도가 약 95℃에서 약 110℃로 상승하여 열 흡수가 발생하였다. 열교환을 거친 공정수는 순환 배관을 따라서 다시 공정수 저장 탱크(21)로 회수하였다.
또한, 냉각 장치(31)에서 온도가 약 95℃로 보정된 공정수의 흐름의 일부는 배관을 따라서 이동시키면서 헥산 분리탑(32), 혼합 자일렌탑(34) 및 벤젠탑(35)의 상부 생성물과 순차로 열교환시켰다.
공정수는, 헥산 분류탑(32)의 상부 생성물과 열교환되는 과정에서 상기 상부 생성물로부터 3.6145 MM Kcal/hr의 열을 흡수하여 온도가 약 110℃ 정도로 상승한 상태에서 공정수 저장 탱크(21)로 회수되었다. 또한, 헥산 분류탑(32)의 탑 상부의 운전 온도는 약 114.2℃ 정도이고, 운전 압력은 약 1.8 Kg/cm2G 정도였다.
또한, 혼합 자일렌탑(34)의 상부 생성물과 열교환된 공정수는 온도가 약 95℃에서 약 110℃ 정도로 상승한 상태에서 역시 배관을 따라서 저장 탱크(21)로 회수되었는데, 상기 열교환 과정에서 약 4.1479 MM Kcal/hr의 열을 흡수한 것을 확인하였다. 또한, 상기에서 혼합 자일렌탑(34)은, 탑 상부의 운전 온도는 약 151.2℃ 정도이고, 운전 압력은, 약 0.47 Kg/cm2G 정도였고, 탑 하부의 운전 온도는 약 193℃ 정도이고, 운전 압력은, 약 0.533 Kg/cm2G 정도였다.
또한, 벤젠탑(35)의 상부 생성물과 열교환된 공정수는 온도가 약 95℃에서 약 110℃ 정도로 상승한 상태에서 역시 배관을 따라서 저장 탱크(21)로 회수되었는데, 상기 열교환 과정에서 약 5.7389 MM Kcal/hr의 열을 흡수한 것을 확인하였다. 또한, 벤젠탑(35)은, 탑 상부의 운전 온도는 약 118.1℃ 정도이고, 운전 압력은, 약 1.95 Kg/cm2G 정도였고, 탑 하부의 운전 온도는 약 166.5℃ 정도이고, 운전 압력은, 약 2.44 Kg/cm2G 정도였다.
공정수가 저장 탱크(21)로부터 유출되어 상기 하나의 순환 루프를 거치면서 각 개소에서 열교환에 의해 소비하거나 얻은 열량을 정리하면 하기 표 1과 같다.
얻은 열량
(단위: MM Kcal/hr) 		소비한 열량
(단위: MM Kcal/hr)
에탄 분류탑(22) 재비기 - 9.3340
프로판 분류탑(23) 재비기 - 6.1100
1 단계 반응기 유출물 열교환기(RPG) 1.7339 -
반응기 유출물 열교환기(PG) 1.8436 -
헥산 분류탑(32) 응축기 3.6145 -
혼합 자일렌탑(34) 응축기 4.1479 -
벤젠탑(35) 응축기 5.7389 -
총계 17.0788 15.4440
11: 분류탑
12: 원료의 흐름
13: 재비기
14: 응축기
21: 공정수 저장 탱크
22: 에탄 분류탑
23: 프로판 분류탑
31: 냉각 장치
32: 헥산 분류탑
33: 부생 연료유 분류탑
34: 혼합 자일렌탑
35: 벤젠탑
36: 재순환탑
37: 저장 탱크
38: HDA 공정 설비
39: 저장 탱크
40: 중질 방향족 화합물 생산 설비

Claims (9)

  1. 공정수를 나프타 분해 공정으로 공급하여 상기 나프타 분해 공정이 진행되는 분류탑의 하부 생성물과 상기 공정수의 열교환을 수행하는 단계; 및 상기 나프타 분해 공정이 진행되는 분류탑의 하부 생성물과 열교환을 수행한 공정수를 방향족 화합물을 생산하기 위한 분류탑의 상부 생성물 또는 상기 방향족 화합물을 생산하기 위한 분류탑에 도입되는 원료와 열교환시키는 단계를 포함하는 방향족 화합물의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 나프타 분해 공정이 진행되는 분류탑의 하부 생성물과의 열교환을 위하여 공급되는 공정수는 온도가 95℃ 내지 125℃인 방향족 화합물의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 나프타 분해 공정이 진행되는 분류탑은 에탄 분류탑 및 프로판 분류탑으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 방향족 화합물의 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 나프타 분해 공정이 진행되는 분류탑의 하부 생성물과 열교환을 수행한 후의 공정수의 온도가 80℃ 내지 110℃인 방향족 화합물의 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 나프타 분해 공정이 진행되는 분류탑의 하부 생성물과 열교환을 수행한 공정수를 방향족 화합물을 생산하기 위한 분류탑의 상부 생성물 또는 상기 방향족 화합물을 생산하기 위한 분류탑에 도입되는 원료와 열교환시키기 전에 상기 공정수의 온도를 90℃ 내지 100℃로 조절하는 단계를 추가로 수행하는 방향족 화합물의 제조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 방향족 화합물을 생산하기 위한 분류탑에 도입되는 원료가 PG 또는 RPG인 방향족 화합물의 제조 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 방향족 화합물을 생산하기 위한 분류탑은 헥산 분류탑, 혼합 자일렌탑 및 벤젠탑으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 방향족 화합물의 제조 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 방향족 화합물을 생산하기 위한 분류탑의 상부 생성물 또는 상기 방향족 화합물을 생산하기 위한 분류탑에 도입되는 원료와 열교환을 수행한 공정수를 나프타 분해 공정이 진행되는 분류탑의 하부 생성물과 열교환시키기 위하여 회수하는 단계를 추가로 포함하는 방향족 화합물의 제조 방법.
  9. 공정수 저장 탱크, 나프타 분해 공정을 수행할 수 있는 분류탑, 방향족 화합물을 생산하기 위한 분류탑; 및 배관 시스템을 포함하고, 상기 배관 시스템은, 상기 공정수 저장 탱크, 상기 나프타 분해 공정을 수행할 수 있는 분류탑 및 상기 방향족 화합물을 생산하기 위한 분류탑을 연결하는 순환 루프를 형성하고 있으며, 상기 순환 루프는, 상기 공정수 저장 탱크로부터 유출되는 공정수가 상기 나프타 분해 공정을 수행할 수 있는 분류탑의 하부 생성물과 열교환을 위하여 접촉된 후에 상기 방향족 화합물을 생산하기 위한 분류탑의 상부 생성물 또는 상기 분류탑으로 도입되는 원료와 열교환을 위하여 접촉될 수 있도록 형성되어 있는 방향족 화합물의 제조 장치.
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