KR20150054876A - 에틸벤젠 탈수소화에 의한 스타이렌 제조공정에서 에너지 소비의 절감방법 - Google Patents

에틸벤젠 탈수소화에 의한 스타이렌 제조공정에서 에너지 소비의 절감방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 알케닐 방향족 탄화수소 제조설비의 탈수소화 구역의 효율을 증가시키는 개선된 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 에틸벤젠과 같은 알킬 방향족 탄화수소가 탈수소화되어 스타이렌과 같은 알케닐 방향족 탄화수소를 생성한다. 개시된 방법은 현재 알려진 스타이렌 제조 방법보다 에너지 효율이 더 높고 비용면에서 더 효과적이다. 상기 방법 및 시스템은 직렬 및/또는 병렬 구성으로 배열된 다수의 재가열 교환기를 용이하게 사용하며, 이는 에너지 소비 감소 및 이에 따라 설비 비용 절감 및 스타이렌 제조 공장 투자 비용의 감소를 가져온다.

Description

에틸벤젠 탈수소화에 의한 스타이렌 제조공정에서 에너지 소비의 절감방법{METHOD FOR REDUCING ENERGY CONSUMPTION IN A PROCESS TO PRODUCE STYRENE VIA DEHYDROGENATION OF ETHYLBENZENE}
본 발명은 에틸벤젠의 탈수소화에 의한 스타이렌 제조를 위한 개선된 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 현재 알려진 스타이렌 제조방법보다 에너지 효율이 더 우수하고 비용면에서 더 효과적인 제조방법에 관한 것이다. 이러한 방법과 시스템은 에너지 소비 감소 면에서 매우 유용한 결과를 가져오며, 이에 따라 해당 산업에서 실행되는 현재 기술과 비교할 때 스타이렌 제조 공장 투자 비용의 감소뿐 아니라 공공 요금 절약을 가져온다.
스타이렌은 광범위한 물질의 제조를 위한 기본 제조 블록이다. 이는 폴리스타이렌, 아크릴로니트릴-부타디엔-스타이렌, 폴리에스테르 수지, 합성 고무 및 다른 생성물의 호스트를 제조하는데 사용된다.
에틸벤젠(EB)의 탈수소화에 의한 스타이렌 제조는 통상 에틸벤젠을 스팀과 혼합하고 얻어진 혼합물을 고온(입구에서 600-650℃)에서 탈수소화 촉매가 충전된 베드를 통과시키는 것으로 수행된다. 스팀은 탈수소화 반응 시스템에서 희석용 가스로 사용되어 에틸벤젠이 스타이렌(SM)으로 변환되는 흡열 반응에 필요한 열을 공급해준다.
희석제로 사용되는 스팀은 몇 가지 다른 기능을 갖는데, 예를 들어, 탈수소화에 필요한 열을 제공하고 반응물의 분압을 감소시키고 촉매 상의 탄소를 일산화탄소로 제거하는데, 이는 이후 수성 가스 전환 반응(water gas shift reaction)을 통하여 이산화탄소로 변환된다. 반응에 사용되지 않은 열을 스팀으로부터 회수하는 것은 어려우며 스팀을 대량으로 사용하는 경우 많은 양의 스팀이 회수되지 않고 남는다. 에틸벤젠의 탈수소화에 사용되는 스팀의 양을 감소시키는 것이 공정에서 강하게 요망되는 점이며 이러한 결과를 얻기 위하여 몇 가지 시도가 이루어졌다.
에틸벤젠의 탈수소화는 강한 흡열 반응이기 때문에, 반응기 공급이 요구되는 온도에서 이루어지도록 하고 반응기 사이의 배출물을 재가열하기 위하여 에틸벤젠의 탈수소화를 통한 스타이렌 제조를 위한 현재의 방법들은 에틸벤젠 kg 당 0.8kg 미만의 스팀을 사용한다. 스팀 온도를 899℃ 미만으로 유지하기 위해서는 이러한 최소량의 스팀이 필요한데, 이는 고온 공정 설비와 이송 라인의 제조에 사용되는 Alloy 800H와 같은 표준 물질에 있어서 최대 허용 온도이다. 스팀/에틸벤젠의 몰비를 0.8 kg/kg 미만으로 감소시키면 스타이렌 제공이 입증되지 않은 매우 고가의 합금을 사용해야 한다.
에틸벤젠의 탈수소화를 통한 스타이렌 제조 공정에서 고온의 스팀 사용을 피하기 위한 다른 방법들이 당 분야에 알려져 있다. 예를 들어, 미국 특허 제8,084,660호에는 재가열기를 갖는 탈수소화 구역에 직접 가열 유닛을 추가하는 것에 의해 새로운, 또는 현재 스타이렌 공장의 탈수소화 구역의 효율을 증가 및/또는 용량을 확장시키는 방법이 개시되어 있다. 직접 가열 유닛은 반응기 전후에 위치되고, 직접 가열 유닛과 재가열기는 서로 평행하게 배열되어 동작한다. 반응기 배출물은 직접 가열 유닛과 재가열기로 전환되어 가열된다. 추가된 직접 가열 유닛을 포함하여 탈수소화 구역을 작동하면 재가열기만으로 탈수소화 구역을 작동하는 것과 비교하여 에너지가 절감된다.
미국 특허출원 공보 제2010/0240940호에는 오일에 대한 스팀의 비율이 1.0 미만일 수 있는 희석 스팀을 도입한 에틸벤젠의 촉매 탈수소화에 의한 스타이렌 제조방법이 개시되어 있다. 이 방법에서는 특수하고 고비용의 금속 사용을 요구하는 고온 공정 설비에서 요구되는 온도보다 낮은, 스팀 과열기의 출구 스팀 온도를 사용한다. 더욱이, 개시된 내용은 실제로 더 많은 양의 스팀을 사용하지 않는 시스템을 통하여 가열 스팀의 흐름을 증가시킨다는 개념에 의존한다. 이는 압축기 또는 스팀 배출기에 의하여 가열 스팀의 일부를 재순환시키는 것에 의해 달성된다. 압축기의 선택은 발명자들에게 덜 호의적인 것으로 보이는데, 이는 고가이고 600℃ 초과의 회전식 설비 작동 온도에서 신뢰도가 의심스럽다는 추정 때문이다. 스팀 배출기의 선택은 형성되는 가열 스팀을 고압에서 공급할 것을 요구하는데, 이는 에틸벤젠 및 스타이렌의 제조 설비가 일체라는 상황에서 실행가능하지 않거나 및/또는 경제적이지 않다; 에틸벤젠 공정은 다량의 저압 스팀을 생산하며, 이에 따라 스타이렌 공정은 출구를 제공한다. 이는 오늘날 에틸벤젠의 탈수소화에 의해 제조되는 대부분의 스타이렌에서 사실이다.
경제적인 이유로 에틸벤젠 kg 당 약 0.8kg 미만의 스팀을 사용하여 에틸벤젠을 탈수소화 하는 것에 의해 스타이렌을 제조할 수 있는 방법과 시스템이 산업상 필요하다.
본 발명의 목적은 가열 스팀 및 공급 스팀을 사용하는 알케닐 방향족 탄화수소 제조 설비의 탈수소화 구역의 효율을 증가시키는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 에틸벤젠 탈수소화에 의한 스타이렌 제조에 있어서 에너지 효율이 더 우수하고 비용면에서 더 효과적인 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 가열 스팀 및 공급 스팀을 사용하는 알케닐 방향족 탄화수소 제조 설비의 탈수소화 구역의 효율을 증가시키는 방법에 관한 것이다. 상기 탈수소화 구역은 알킬 방향족 탄화수소를 알케닐 방향족 탄화수소로 탈수화하기 위한 것이다. 상기 방법은 적어도 제1 및 제2 탈수소화 반응기를 제공하는 단계를 포함하며, 공급 스트림은 알킬 방향족 탄화수소를 포함하고, 제1 반응기 배출물은 서로 직렬 또는 병렬 구성으로 배열된 두 개 또는 그 이상의 재가열 교환기에서 가열된다. 상기 두 개 또는 그 이상의 재가열 교환기는 상기 제1 및 제2 반응기 사이에 위치하고, 각 재가열 교환기에는 과열 스팀의 독립적인 스트림이 제공되는데, (a) 과열 스팀의 상기 두 개 또는 그 이상의 교환기로의 스팀 흐름 속도는 알킬 방향족 탄화수소를 알케닐 방향족 탄화수소로 탈수소화하기 위한 동일한 탈수소화 구역에서 과열 스팀의 단일 재가열 교환기로의 스팀 흐름 속도 이하이고; (b) 상기 두 개 또는 그 이상의 과열 교환기로의 과열 스팀의 온도는 상기 단일 재가열 교환기에 의해 요구되는 과열 스팀의 온도 이하인 조건에서 수행된다.
다른 실시 예에 의하면, 본 발명은 가열 스팀 및 공급 스팀을 사용하는 알케닐 방향족 탄화수소 제조 설비의 탈수소화 구역의 효율을 증가시키는 방법에 관한 것이다. 상기 탈수소화 구역은 알킬 방향족 탄화수소를 알케닐 방향족 탄화수소로 탈수화하기 위한 것이다. 상기 방법은 적어도 제1 및 제2 탈수소화 반응기를 제공하는 단계를 포함하며, 공급 스트림은 알킬 방향족 탄화수소를 포함하고, 제1 반응기 배출물은 서로 직렬 또는 병렬 구성으로 배열된 두 개 또는 그 이상의 재가열 교환기에서 가열된다. 상기 재가열 교환기는 상기 제1 및 제2 반응기 사이에 위치되고, 각 재가열 교환기에는 과열 스팀의 독립적인 스트림이 제공되어, 상기 재가열 교환기에 제공된 상기 과열 스팀의 입구 온도가, 상기 두 개 또는 그 이상의 재가열 교환기와 동일한 총 재가열 교환기 할당량을 제공하는 단일 재가열 교환기에 요구되는 과열 스팀의 입구 온도 미만이다.
다른 실시 예에 의하면, 본 발명은 알케닐 방향족 탄화수소 제조 설비의 탈수소화 구역의 효율을 증가시키는 방법에 관한 것이다. 상기 탈수소화 구역은 알킬 방향족 탄화수소를 알케닐 방향족 탄화수소로 탈수화하기 위한 것이다. 상기 방법은 적어도 제1 및 제2 탈수소화 반응기를 제공하는 단계를 포함하며, 공급 스트림은 알킬 방향족 탄화수소를 포함하고, 제1 반응기 배출물은 서로 직렬로 배열된 두 개 또는 그 이상의 재가열 교환기에서 가열되고, 상기 두 개 또는 그 이상의 재가열 교환기는 상기 제1 및 제2 반응기 사이에 위치되고, 각 재가열 교환기에는 과열 스팀의 독립적인 스트림이 제공되고, (a) 에틸벤젠에 대한 가열 스팀의 비율은 알킬 방향족 탄화수소를 알케닐 방향족 탄화수소로 탈수소화하기 위한 동일한 탈수소화 구역의 단일 재가열 교환기에서 에틸벤젠에 대한 가열 스팀의 비율 이하이고; (b) 상기 두 개 또는 그 이상의 과열 교환기로 공급되는 가열 스팀의 온도는 동일한 총 재가열 할당량을 제공하는 단일 재가열 교환에에 제공되는 가열 스팀의 온도 이하이다.
다른 실시 예에 의하면, 본 발명은 가열 스팀과 공급 스팀을 사용하는 알케닐 방향족 탄화수소 제조 설비의 탈수소화 구역의 효율을 증가시키는 시스템에 관한 것이다. 상기 탈수소화 구역은 알킬 방향족 탄화수소를 알케닐 방향족 탄화수소로 탈수화하기 위한 것이다. 상기 시스템은 제1 탈수소화 반응기 및 제2 탈수소화 반응기 R1 및 R2를 포함하며, 상기 제1 반응기 R1으로부터의 배출물은 서로 직렬 또는 병렬 구성으로 배열된 두 개 또는 그 이상의 재가열 교환기 HB1 및 HB2에서 재가열되며, 상기 제1 재가열 교환기 HB1는 상기 제1 반응기 R1와 배출물이 왕래하며 상기 제2 재가열 교환기 HB2는 상기 제2 반응기 R2와 배출물이 왕래하며, 각 재가열 교환기 HB1 및 HB2에는 과열 스팀의 독립적인 스트림이 제공되어, 상기 재가열 교환기 HB1 및 HB2에 제공된 과열 스팀의 입구 온도가 두 개 또는 그 이상의 재가열 교환기와 동일한 총 재가열 교환기 할당량을 제공하는 단일 재가열 교환기 HB에 요구되는 과열 스팀의 입구 온도 미만이다.
또 다른 실시 예에 의하면, 본 발명은 가열 스팀과 공급 스팀을 사용하는 알케닐 방향족 탄화수소 제조 설비의 탈수소화 구역의 효율을 증가시키는 시스템에 관한 것이다. 상기 탈수소화 구역은 알킬 방향족 탄화수소를 알케닐 방향족 탄화수소로 탈수화하기 위한 것이다. 상기 시스템은 상기 알킬 방향족 탄화수소를 포함하는 공급 스트림을 수용하기 위한 제1 탈수소화 반응기 및 제2 탈수소화 반응기 R1 및 R2를 적어도 하나 포함한다. 상기 제1 반응기 R1으로부터의 배출물은 상기 제1 및 제2 반응기 R1 및 R2 사이에 배치되고 서로 직렬 또는 병렬 구성으로 배열된 두 개 또는 그 이상의 재가열 교환기 HB1 및 HB2에서 재가열되며, 상기 제1의 재가열 교환기 HB1은 상기 제1 반응기 R1과 배출물이 왕래하며 상기 제2의 재가열 교환기HB2는 상기 제2 반응기 R2와 배출물이 왕래하며, 각 재가열 교환기 HB1 및 HB2에는 과열 스팀의 독립적인 스트림이 제공되고, (a) 상기 두 개 또는 그 이상의 재가열 교환기 HB1 및 HB2로의 과열 스팀의 스팀 흐름 속도는 알킬 방향족 탄화수소를 알케닐 방향족 탄화수소로 탈수소화시키기 위한 동일한 탈수소화 구역에서 단일 재가열 교환기 HB로의 과열 스팀의 스팀 흐름 속도 이하이고, (b) 상기 두 개 또는 그 이상의 재가열 교환기 HB1 및 HB2로의 과열 스팀의 온도는 상기 단일-재가열 교환기 HB에 의해 요구되는 과열 스팀의 온도 이하이다.
중요하게, 청구된 방법 및 시스템에서는 가열 스팀 흐름 속도를 감소시키면서 에틸벤젠의 탈수소화로 스타이렌을 제조하는 데 요구되는 재가열 교환기의 제조에서 고가의 합금을 사용할 필요가 없다.
여기에 개시된 개선된 시스템 및 방법은 경제적인 충격이 상당히 큰데, 예를 들어, 산업적 표준과 비교할 때 스팀 사용량이 50%까지 감소되며 반응기 구역에서 사용되는 연료량은 25%까지 감소된다. 마찬가지로 중요하게, 이러한 개선은 공정의 기본 사항 변경을 요구하지 않는다.
도 1은 종래 기술에서 나타내는 바와 같은, 에틸벤젠으로부터 탈수소화를 통하여 스타이렌을 제조하기 위한 시스템 및 공정에 대한 개략적인 흐름을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에서 사용되는, 반응기 공급물 예열 교환기 및 직렬로 배열된 두 개 또는 그 이상의 재가열 교환기를 포함하는 시스템의 비제한적인 예에 대한 개략적인 흐름을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에서 사용되는, 직렬로 연결된 두 개 또는 그 이상의 재가열 교환기를 갖는 시스템의 비제한적인 예에 대한 개략적인 흐름을 나타내는 도면이다.
도 4a는 적층된 두 개 또는 그 이상의 재가열 교환기에 대한 예시이다.
도 4b는 적층된 두 개 또는 그 이상의 재가열 교환기에 대한 평면도이다.
도 5는 본 발명에서 사용되는, 반응기 공급물 예열 교환기 및 병렬 구성으로 배열된 두 개 또는 그 이상의 재가열 교환기를 포함하는 시스템의 비제한적인 예에 대한 개략적인 흐름을 나타내는 도면이다.
본 발명의 공정 및 시스템은 알케닐 방향족 탄화수소 제조 설비(예를 들어, 스타이렌 공장)의 탈수소화 구역에서 스팀의 양을 감소시키고 반응물을 가열하는 데 필요한 대응 에너지를 감소시키는 것을 전반적으로 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 에틸벤젠의 탈수소화를 통한 스타이렌 제조에 요구되는 스팀량 감소는 서로 직렬로 배열된 적어도 두 개의 재가열 교환기 간에 재가열 교환기 할당량을 나누는 것으로 달성된다(도 2 및 3에 도시된 바와 같음). 본 발명의 다른 실시 예에 있어서, 에틸벤젠의 탈수소화를 통한 스타이렌 제조에 요구되는 스팀량 감소는 서로 병렬 구성으로 배열된 적어도 두 개의 재가열 교환기 간에 재가열 교환기 할당량을 나누는 것으로 달성된다(도 5에 도시된 바와 같음). 이에 더하여, 각 재가열 교환기는 과열 스팀의 독립적인 공급원을 갖는다. 상기 두 개 또는 그 이상의 재가열 교환기 다발은 분리된 쉘 내에 수용되어 있거나(도 2 및 3에 도시된 바와 같음), 공통 채널에 의해 분리된 단일 쉘 내에 수용될 수 있다(도 4a에 도시된 바와 같음).
에틸벤젠과 같은 알킬 방향족 탄화수소의 탈수소화 공정에 사용되는 대표적인 재가열 교환기는 쉘-및-튜브(shell-and-tube) 타입으로서 각 단부에 튜브쉬트에 의해 위치된 튜브 다발(즉 다수의 독립적이고 연결되지 않은 튜브)을 가지며, 쉘 측 유체, 예를 들어 과열 스팀은 다수의 배플(baffle)에 의해 튜브 다발을 가로질러 흐르게 된다. 본 발명의 개시를 위하여, 알킬 방향족 탄화수소를 알케닐 방향족 탄화수소로 탈수소화 하기 위한 종래 시스템 및 장치에 사용되는 대표적인 재가열 교환기는 단일 재가열 교환기로 명명할 것이다.
그러나 본 발명의 방법 및 시스템에서 서로 직렬 또는 병렬 구조로 배열된 두 개 또는 그 이상의 재가열 교환기는, 도 4에 나타난 바와 같이, 단독으로 서있는 유닛일 수도 있고 방사상으로 대칭되게 적층되고 빈 실린더형 채널에 의해 서로 연결된 배열일 수도 있다. 적층된 교환기 배열은 단독으로 서있는 교환기 시리즈보다 더 바람직하다. 교환기 적층에서 이웃하는 쉘은 비록 모든 쉘과 채널에 대하여 동일한 직경을 사용하는 것이 바람직하지만, 동일한 직경을 가질 수도 있고 갖지 않을 수도 있다.
당분야에서 통상의 지식을 가진자는 총 재가열 교환기 할당량은 본 발명에서 청구되고 서로 직렬 또는 병렬 구성으로 배열된 두 개 또는 그 이상의 재가열 교환기 간에 나눠질 수 있으며 각 재가열 교환기는 과열 스팀의 독립적인 공급원에서 공급받는다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
동일 쉘 이중 분리된 가열 교환기와 같은, 서로 직렬 또는 병렬 구성으로 배열된 상술한 두 개 또는 그 이상의 재가열 교환기의 특성에 대한 대안 및 분리된 쉘은 본 발명을 수행하기 위한 최선의 모드의 예시일 뿐이며 형태, 크기, 부품의 배열 및 동작의 세부 사항의 변경이 가능하다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 에틸벤젠의 탈수소화를 통한 스타이렌 제조에 요구되는 스팀량의 추가적인 감소는 서로 직렬 또는 병렬 구성으로 배열된 두 개 또는 그 이상의 재가열 교환기로부터의 스팀에서 추가 열을 추출하는 반응기 공급물 예열 교환기를 포함하여 얻어지는데, 이는 종래 단일 재가열 교환기로부터 스팀 과열기로 직접 가던 것과 비교된다. 상기 반응기 공급물 예열 교환기는 쉘-및-튜브 타입으로서 튜브 측 공급 스팀 및 쉘 측 가열 스팀과 함께 여기서 설명하는 재가열 교환기와 개념이 유사하다. 다른 반응기 공급물 예열 교환기 설계가 고려되지만 상기 쉘-및-튜브 타입이 바람직하다.
반응기 배출물을 재가열하기 위하여 재가열 교환기에 공급되어야 하는 스팀의 온도는 다음 관계에 의해 얻어진다:
Figure pct00001
T S 는 재가열 교환기 입구에 공급된 스팀의 온도이고, T R 은 재가열 교환기로 들어가는 반응기 배출물의 온도이고 F S 는 상기 재가열 교환기를 통과하는 스팀의 스팀 흐름 속도이다. 스팀 흐름 속도, 즉 F S 는 질량/시간 단위로 측정되는 스팀량을 나타낸다. Q는 재가열 교환기 할당량(즉, 재가열 교환기를 가로지르는 단위 시간당 엔탈피 변화)이고, C PS 는 재가열 교환기의 입구 및 출구에서 스팀의 평균 열용량이며, α는 냉각 단부 근사치(즉, 재가열 교환기에서 나가는 스팀과 재가열 교환기로 들어가는 반응기 배출물 사이의 온도차)로서 이는 재가열 교환기의 크기와 관련이 있다(즉, 재가열 교환기가 클수록 α는 작으며 무한대로 큰 재가열 교환기에 대해서는 α가 제로(0)에 접근).
상기 언급한 관계에서 볼 수 있는 바와 같이, 요구되는 스팀 입구 온도(T S )는 가열 스팀 F S 의 감소량에 따라 증가한다. 마찬가지로 중요하게, 입구 온도(T S )는 재가열 교환기 할당량(Q)이 감소함에 따라 감소한다. 따라서, 청구된 공정의 총 재가열 교환기 할당량을 두 부분으로 나누는 것에 의해 서로 직렬로 동작하는 두 개 또는 그 이상의 재가열 교환기의 각 재가열 교환기에 대하여 요구되는 스팀 입구 온도(T S )는 동일한 재가열 교환기 할당량을 송출하는 단일 재가열 교환기에 요구되는 스팀 입구 온도와 비교할 때 감소하게 된다.
상기 재가열 교환기 "할당량"은 여기서 정의된 바와 같이 단위 시간당 전달된 열의 양(즉 열에너지)이다(예를 들어, kcal/hr, BTU/hr, Megawatt).
도 1은 에틸벤젠으로부터 탈수소화를 통하여 스타이렌을 제조하기 위한 시스템 및 공정에 대한 대표적인 개략 흐름을 나타내는 도면이고, 도 2, 3 및 5는 본 명세서에서 설명되는 방법 및 시스템에 사용하기 위한 개선된 시스템의 비제한적인 예에 대한 개략적인 흐름을 나타내는 도면이다.
반응은 직렬인 두 반응기에서 중간 재가열 단계와 함께 일어난다. 에틸벤젠과 공급 스팀을 포함하고 에틸벤젠에 대한 스팀의 중량비가 0.1 내지 0.6 사이의 반응기 공급물은 제2반응기 R2로부터의 배출물과 함께 공급-배출물 가열 교환기 HA에서 가열되는데, 예를 들어 도 1-3을 참고한다. 공급-배출물 가열 교환기 HA는 예열기 역할을 하며 공급 스트림을 가열한다. 공급 스트림은 과열기 B(도 1-3 및 5 참조)에서 얻어지는 혼합물이 적절한 반응기 입구 온도가 되도록 충분히 높은 온도로, 대표적으로 약 600 내지 약 650℃로 가열되는 추가 스팀과 함께 혼합 용기 M에서 혼합된다. 예시를 위하여 공급-배출물 가열 교환기 HA로부터의 공급물을 가열하는 것을 돕기 위해 사용되는 스팀(즉 하향류 스팀)은 가열 스팀이라 부른다. 그리고 공급물, 즉 에틸벤젠에 추가되는 스팀인 공급-배출물 가열 교환기 HA의 상향류(즉, 상향류 스팀)는 공급 스팀이라고 부를 것이다.
도 1에서, 가열 스팀은 1차 과열기 A에서 1차적으로 가열된다. 이로부터 단일 재가열 교환기 HB로 향하며, 이후 제2반응기 R2에 들어가기 전에 여기서 열의 일부를 반응기 배출물에 넘겨준다.
종래 공정의 현재 상태에서, 즉 도 1에서, 재가열 교환기 HB에서 나가는 가열 스팀은 과열기 B로 직접 흐르며, 여기서 제1반응기 R1 공급물에 첨가되기 전에 다시 가열된다. 개선된 공정에서, 예를 들어, 도 2에 나타난 바와 같이, 재가열 교환기 HB2에서 나가는 스팀은 이후 혼합 용기 M에서 가열 스팀과 혼합되기 전에 중간 반응기 공급물 예열 교환기 HC를 통과하여 열의 일부를 반응기 공급에 넘겨주면서 공급물을 가열한다. 이는 온도를 과열기 B에서 가열되어야 하는 가열 스팀의 온도로 낮추거나 동일한 과열기 B 출구 온도에서 요구되는 가열 스팀의 양을 감소시킨다.
도 2의 반응기 공급물 예열 교환기 HC가 제2재가열 교환기 및 제3스팀 과열기(즉, A2)를 추가할 필요없이 본 설계, 즉, 도 1에 포함될 수 있다는 것이 사실이지만, 현재 사용되는 공정에서 재가열 교환기 HB에서 나가는 스팀 온도는 공급-배출물 가열 교환기 HA에서 나가는 반응기 공급물의 온도보다 약간만 더 높기 때문에 이러한 교환기는 매우 비효율적일 것이다. 반면에, 도 2의 개선된 공정 설계에서는 재가열 교환기 할당량의 일부만이 이 재가열 교환기에서 수행되기 때문에 제2재가열 교환기 HB2에서 나가는 스팀이 훨씬 더 높은 온도를 갖는다. 이는 혼합 용기 M에 추가되기 전에 반응기 공급물을 더 높은 온도로 가열하는 것이 가능하게 한다. 반응기 공급물 예열 교환기 HC는 혼합 용기 M의 상향류(도 2에 나타난 바와 같이) 또는 이의 하향류에 위치될 수 있는데, 이러한 구조에서 전자가 후자보다 바람직하다. 유사하게, 반응기 공급물 예열 교환기 HC는 두 개의 재가열 교환기, 즉, HB1 및 HB2 중 어느 하나로부터 스팀을 받을 수 있는데, 바람직한 선택은 둘 중 어느 쪽이 더 높은 스팀 출구 온도를 갖느냐에 달려있다. 마지막으로, 제1스팀 과열기 A2는 과열 스팀을 제1재가열 교환기 HB1(도 2 및 3에 묘사된 바와 같이) 또는 제2재가열 교환기 HB2 중 어느 하나에 송출할 수 있다. 두 개의 재가열 교환기가 결합된 크기가 가장 작게 되는 전자의 구성이 바람직하다.
도 2에 나타난 개선된 공정에서, 반응기 공급물 예열 교환기 HC에서 나가는 가열 스팀은 스팀 과열기 A2로 향하며, 제1반응기 R1 배출물이 제1반응기 출구와 제2반응기 R2 입구 사이의 중간 온도로 가열되는 제1재가열 교환기 HB1에 보내지기 전에 여기서 재가열된다. 제1재가열 교환기 HB1에서 나간 후에, 가열 스팀은 과열기 B로 향하게 된다.
대표적으로, 당 분야에 공지된 바와 같이 단일 재가열 교환기는 상기에서 더욱 충분히 설명한 바와 같이 튜브 다발을 갖는 쉘-및-튜브 타입일 것이다. 그러나 도 4a는 여기서 고려된 바와 같이 두 개 또는 그 이상의 재가열 교환기의 예시를 제공한다. 두 개 또는 그 이상의 열 교환기는 쉘-및-튜브 타입일 수 있으며 실린더형 쉘에 수용된 분리된 튜브 다발로 구성될 수 있다. 두 개 또는 그 이상의 재가열 교환기는 독립형이거나, 방사상으로 대칭 적층되고 빈 실린더형 채널(즉 튜브를 포함하지 않고)에 의해 서로 연결되어 배열될 수 있다. 적층 교환기 배열은 독립형 교환기에 비하여 더 바람직하다. 교환기 스택 내에서 이웃하는 쉘은 비록 모든 쉘과 채널에 대하여 동일한 직경을 갖는 것이 바람직하지만, 동일한 직경을 갖거나 갖지 않을 수 있다. 재가열 교환기가 분리된 쉘, 공통의 채널에 의해 분리된 단일 셀, 적층 셀, 독립형 셀 또는 이들의 조합에 수용되어 있느냐에 따라서, 직렬 또는 병렬 구성을 갖는 각 재가열 교환기는 독립된 과열 스팀 공급원을 갖는다. 더욱이, 각 재가열 교환기는 상이한 스팀 흐름 속도를 가질 수 있는데, 이는 과열기 A2의 상향류에만 가열 스팀을 더 추가하는 것에 의해, 또는 서로 직렬 또는 병렬 구성을 갖는 두 개 또는 그 이상의 재가열 교환기 중 하나의 주위에 스팀을 통과시키는 것에 의해 달성될 수 있다. 본질적으로, 두 개 또는 그 이상의 재가열 교환기에 대한 스팀 흐름 속도는 동일하거나 동일하지 않을 수 있다.
추가적인 가열 스팀을 스타이렌 공장의 탈수소화 구역에서 하나 또는 그 이상의 지점, 예를 들어, 제2과열기(즉, A2)의 입구와 제1반응기 R1의 입구 사이에 도입할 수 있다는 것을 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 이해할 수 있을 것이다.
도 4b는 본 명세서에서 고려되는 적층된 두 개 또는 그 이상의 재가열 교환기의 튜브 배열 중에서 하나에 대해서만 나타낸 평면도이다. 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 사용가능한 다른 튜브 배열을 본 발명에 적용할 수 있을 것이다.
실시 예 1A
실시 예 1A는 당 분야의 현 상태에서 최적화되지 않은 공정 조건을 예시한다.
에틸벤젠 공급물은 공급-배출물 교환기 HA의 공급 스팀(즉, 상향류 스팀)과 혼합된다. 에틸벤젠 공급물에 대한 공급 스팀의 중량비는 0.2이다. 공급 혼합물은 588℃ 온도에서 HA로 들어오는 R2로부터의 배출물과 함께 HA의 쉘 측에서 550℃로 가열된다.
HA의 하향류, 즉 상기 공급 혼합물은 과열기 B에서 826℃로 가열된 가열 스팀(즉, 하량류 스팀)과 함께 혼합된다. 가열 스팀의 양은 에틸벤젠 공급물의 kg 당 0.8 kg과 같다. 얻어지는 최종 공급 혼합물은 650℃ 온도에서 R1으로 들어간다. 에틸벤젠의 일부는 R1에서 스타이렌 및 다른 부산물로 전환되고, 얻어지는 배출물은 561℃ 온도에서 R1을 떠난다. 이는 이후 단일 재가열 교환기 HB에서 650℃의 온도로 재가열된다. 과열기 A로부터의 가열 스팀은 850℃의 온도에서 재가열 교환기로 들어간다. 열 균형에 의해, 얻어지는 가열 스팀 출구 온도는 607℃가 된다. 상기 가열 스팀은 이후 과열기 B로 향하게 된다.
본 실시 예에서 재가열 교환기 HA 및 HB의 크기는 과열기 A 및 B로부터의 스팀 출구 온도가 Alloy 800H의 최대 허용가능한 온도(표준에 따라 899℃)를 초과하지 않도록 선택되었다. 이 합금은 에틸벤젠의 탈수소화를 통한 스타이렌 제조를 위한 고온 설비의 제조에 광범위하게 사용되어 왔다.
실시 예 1B
실시 예 1B는 본 발명의 상술한 세 가지 실시 예 중에서 두 가지의 수행에 따른 영향을 나타내는데, 특히 서로 직렬인 적어도 두 개의 재가열 교환기와 제3과열기를 포함하는 경우에 대한 것이다. 실시 예 1B를 수행하는 방법에 사용되는 시스템은 도 3에 나타내었다.
에틸벤젠, 공급 스팀 및 가열 스팀의 흐름 속도는 실시 예 1에서처럼 동일하며, 반응기 온도(입구 및 출구) 및 재가열 교환기 HA를 나가는 에틸벤젠 및 공급 스팀의 온도도 동일하다.
실시 예 1A와 비교하여, 실시 예 1B의 재가열 교환기 할당량은 서로 직렬로 배열된 두 개의 재가열 교환기 HB1 및 HB2로 나눠지는데, 실시 예 1A에서 단일 재가열 교환기 HB의 표면적과 동일한 총면적을 갖는다. 이에 더하여, 실시 예 1B는 직렬로 배열된 두 개 또는 그 이상의 재가열 교환기에 대한 스팀 흐름 속도(F S )가 단일 재가열 교환기와 동일하다는 조건에 기초한다.
그러나, 개시된 공정은 직렬로 배열된 두 개 또는 그 이상의 재가열 교환기의 결합된 할당량이 단일 재가열 교환기와 동일하거나 더 클 때 스팀 흐름 속도(F S )가 감소하는 상황을 고려한다. 이러한 상황에서, 직렬의 두 개 또는 그 이상인 재가열 교환기는 동일한 온도에서 동작하는 단일 재가열 교환기에 요구될 수 있는 과열 스팀의 양보다 적은 양의 과열 스팀을 요구한다.
실시 예 1B에서, 제1재가열 교환기(HB1) 및 제2재가열 교환기(HB2) 간에 동일하게 면적은 나눠지며, 재가열 교환기 HB1에 대한 스팀 온도는 총 할당량의 50%가 본 교환기에서 수행되도록 조절된다. 본 출원에 개시된 공정에서 두 개의 재가열 교환기가 동일한 크기를 갖거나 총 할당량의 동일한 부분을 수행해야 한다는 것이 필수조건이 아님을 주목해야 한다.
재가열 교환기 HB1에서 사용 가능한 표면적이 주어지면, 요구되는 스팀 입구 온도(A2에 의해 공급됨)는 756℃이다. 스팀은 633℃에서 HB1에서 나가고 이 다발에서 냉각 단부 온도 근사치 α는 72℃이다(실시 예 1A의 단일 다발 재가열기에서 α는 46℃).
반응기 배출물은 606℃ 온도에서 HB1을 떠나고 과열기 A에서 유래된 스팀을 사용하여 HB2에서 650℃까지 재가열된다. HB2에서 요구되는 스팀 입구 온도는 799℃이고, 스팀은 678℃ 온도에서 HB2를 떠난다(HB1에서와 같이 α는 72℃). 반응기 공급물 과열기 HC에 대해서는 필요 없기 때문에(B의 출구에서의 온도는 실시 예 1A에서와 동일하며, Alloy 800H와 같은 종래 장치 재료의 한계 이내), HB2에서 나가는 스팀은 과열기 A2로 직접 보내진다.
알 수 있는 바와 같이, 반응기 배출물을 재가열하기 위해 요구되는 최대 스팀 온도는 실질적으로 실시 예 1A의 종래 공정보다 낮다(HB2에서 51℃ 더 낮고, HB1에서 94℃ 더 낮음). 이에 더하여, 온도는 Alloy 800H 대신에, 예를 들어, 304H와 같이 덜 고가인 스테인리스 스틸의 사용을 가능하게 할 만큼 충분히 낮아서 총 투자 비용을 감소시킨다.
실시 예 2A
실시 예 2A에서 공정 구성은 실시 예 1A와 동일하다(도 1 참조). 에틸벤젠 흐름 속도, 반응기 온도 및 HA에서 배출되는 에틸벤젠과 스팀의 온도 또한 동일하며, 사용되는 스팀의 총량도 동일하다. 핵심적인 차이점은 에틸벤젠에 대한 공급 스팀의 중량비가 0.2에서 0.5로 증가되고. 에틸벤젠에 대한 가열 스팀의 비가 0.8에서 0.5로 감소되는 점에 있다. 그러나 에틸벤젠에 대한 스팀의 총 비율은 1.0이다. 이러한 비율은 HA의 상향류에 존재하는 가열 회수 시스템의 대표적인 비율이며, 에틸벤젠과 물의 혼합물은 보통 물이나 공기 냉각이 안 되는 EB/SM 분리 컬럼으로부터의 상부 증기에 포함된 열을 사용하여 공비(azeotropically) 증발된다. 실제로, 이러한 설계 타입은 스타이렌 공장의 반응 구역에서 요구되는 총 스팀량을 약 반으로 감소시키는 잠재력을 갖고 있다.
미국 특허 제4,628,136호와 제7,922,980호에 기재된 내용은 본 출원의 실시 예 2A-2C 및 3에 언급된 바와 같이, 모두 본 출원에 참조로서 포함되며, 에틸벤젠과 물의 공비 혼합물을 증발시키는데 에틸벤젠/스타이렌 분리기 컬럼의 상부 부분이 사용되는 공정에 대하여 설명한다.
0.5 kg/kg 에틸벤젠의 양으로 증가된 공급 스팀(즉, HA의 스팀 추가된 상향류) 및 0.5 kg/kg 에틸벤젠의 양으로 감소된 가열 스팀(즉, HA의 스팀 추가된 하향류)으로 제1반응기 R1 입구 온도를 650℃로 하는데 요구되는 가열 스팀 온도가 981℃로 증가되는데, 이는(API 및 ASME 표준에 의해 정의된 바와 같은) 899℃의 한계를 갖는 종래 Alloy 800H로 다룰 수 있는 온도보다 훨씬 높다. 마찬가지로, 무한대로 큰 재가열 교환기일지라도 HB로 공급되어야 하는 가열 스팀의 온도는 946℃이다. 실시 예 1A에서 동일한 크기의 재가열 교환기는 968℃의 스팀 입구 온도를 요구한다. 이러한 고온은 매우 고가의 합금 사용을 필요로 할 것이다. 스타이렌 산업에서 그러한 합금을 대형 장치와 스팀 전달 라인에 사용한 경험이 없다는 것을 주목하는 것이 또한 중요하다. 따라서, 야금에 대한 이러한 중요한 변화를 성공적으로 수행하는 데는 상당한 개발 노력이 요구될 것이다.
실시 예 2B
에틸벤젠에 대한 가열 스팀(즉, HA의 하향류 스팀)의 비율이 0.8 kg/kg 에틸벤젠의 양으로 증가되는 것과, 에틸벤젠에 대한 전체 스팀의 비율, 즉 반응기 스팀/EB(kg/kg)의 비율을 1.3 kg/kg으로 높이는 것을 제외하고는 실시 예 2B는 실시 예 2A와 동일하다(도 1 참조). 이렇게 함으로써 과열기 A 및 B 출구 온도를 854℃ 및 860℃로 각각 낮추는데, 이는 더 높은 에너지 소비 비용으로 Alloy 800H의 사용을 가능하게 한다.
실시 예 2C
본 실시 예에서 공정 구성은 도 2에 의해 나타난다. 에틸벤젠 및 스팀 흐름 속도는 실시 예 2A에서와 동일하며 반응기 온도 및 HA에서 배출되는 에틸벤젠과 스팀의 온도도 동일하다.
본 실시 예에서, 두 재가열 교환기 HB1 및 HB2의 총 표면적은 실시 예 1A에서 HB의 표면적과 동일하다. HC로 들어가는 스팀 온도를 최대화하기 위하여 HB1에서 HB2 보다 더 많은 표면적이 사용된다. 즉, 총면적의 78% 및 22%가 각각 사용된다. HC로 들어가는 스팀 온도를 최대화하는 것에 의해 B 스팀 출구 온도를 크게 낮추는 것이 가능하다.
상기와 같이 두 개의 재가열 교환기 간에 나눠지는 총 면적으로 HB1에서 반응기 배출물이 619℃의 온도로 가열되는데, 즉, 반응기 배출물을 650℃로 하는데 필요한 총 투입열의 65% 만큼 가열된다. 입구에서 HB1로 요구되는 스팀 온도는 849℃인데 이는 Alloy 800H의 최대 한도보다 낮다. HB2에서 반응기 배출물을 619℃에서 650℃로 가열하는데 요구되는 스팀 입구 온도는 853℃ 이다.
HB2에서 나가는 가열 스팀은 718℃이며. 이는 재가열기(도 1의) HB의 절반 크기의 교환기 내에서 HC 내의 에틸벤젠과 공급 스팀의 혼합물을 550℃에서 586℃로 가열하기에 충분하다. 이 온도에서 혼합 용기 M에 들어가는 에틸벤젠 및 공급 스팀과 함께 전체 혼합물을 650℃까지 가열하는데 요구되는 스팀의 온도는 R1의 입구에서 868℃인데, 이는 실시 예 2A에서보다 100℃ 이상 낮은 것이다. 이는 HC의 크기를 증가시키는 것에 의해 최소 839℃까지 더 감소될 수 있다.
유사하게, 두 개의 재가열 교환기(HB1 및 HB2)의 상대적인 크기는 전체 투자 비용을 감소시키기 위해 최적화될 수 있다. 예를 들면, HB1 및 HB2의 크기를 각각 40% 및 25%로 감소시킴으로써, 전자는 전체가 304H SS로 제조될 수 있는데, 이는 Alloy 800H보다 훨씬 저렴한 것이다. 이는 HB1 및 HB2의 결합 크기가 증가하더라도 투자 비용을 절감해 줄 수 있을 것이다.
실시 예 2B를 실시 예 2C와 비교하면, 재가열 교환기 할당량은 실시 예 2C(이중 재가열기, 즉 서로 직렬로 배열된 두 개 또는 그 이상의 재가열 교환기)에서 105.8 kcal/kg EB, 실시 예 2B(단일 재가열기)에서 106.7이고, 개선된 공정은 연료 소비를 약 20% 감소시킴과 동시에 0.3 kg/kg 에틸벤젠 양의 반응기 스팀 요구의 감소를 가져온다는 것이 명백하다.
실시 예 3
에틸벤젠 탈수소화 촉매의 생산은 현재 두 개의 반응기 시스템 내에서 에틸벤젠에 대한 전체 반응기 스팀의 비율이 1.0 kg/kg 만큼 낮은 상태에서 수행될 수 있다. 에틸벤젠에 대한 반응기 스팀의 비율이 더 낮은 것도 가능하지만 직렬로 동작하는 세 개 또는 그 이상의 반응기가 요구되는 점을 주목해야 한다. 그러나, 에틸벤젠에 대한 반응기 스팀의 비율이 1.0 kg/kg보다 더 낮으면 적절한 실행 길이를 제공하고 경제적으로 성공가능한 원료 물질 소비를 실현하기에 촉매 활성이 충분하지 않다. 촉매의 미래 발전과 함께 실행 거리나 원료 물질 소비에 부정적인 영향 없이 에틸벤젠에 대한 최소 반응기 스팀의 비율을 0.85 kg/kg 까지 낮게 감소시키는 것이 가능할 것이다.
실시 예 3에서는 임계 설비의 제조를 위해 고가이며 입증되지 않은 금속 합금을 사용하는 것에 의존할 필요가 없으며, 공비 열 회수에 의해 제공되는 이점을 잃지 않으면서 청구된 본 발명의 개선된 공정이 이러한 촉매 개선의 이점을 얻을 수 있다는 것을 나타낸다.
본 발명에서 공정 설계는 실시 예 1B(도 3) 및 2C(도 2)에서와 동일하다. 핵심적인 차이점은 에틸벤젠에 대한 가열 스팀(즉, HA의 하향류 스팀)의 비율이 0.5 에서 0.4 kg/kg으로 감소되었다는 것이다.
스팀 온도를 899℃ 미만(즉, Alloy 800H에 대한 한계)으로 유지하기 위하여, HB2의 크기는 실제로 약간 감소한 반면, HB1 및 HC의 표면적은 증가한다. 실시 예 1A에서 HB의 표면적을 표준으로 사용하면, HB1의 표면적은 0.9(실시 예 2C에서 0.78), HB2의 표면적은 0.25(실시 예 2C에서 0.28) 및 HC의 표면적은 0.75(실시 예 2C에서 0.5) 이다. 대응 과열기 A, A2 및 B 출구 온도는 각각 895℃, 883℃ 및 883℃ 이다.
표 1에는 상기에서 논의된 실시 예로부터의 핵심 결과를 요약하였다. Q(재가열 교환기 할당량)는 앞서 설명하였으며 실시 예 1A-B, 2A-C 및 3에 대한 HB, HB1, HB2 및 HC, Q 데이터는 하기에 나타내었다. 추가로, 실시 예들에 대한 흡수된 할당량, 즉 흡수된 Q 데이터를 표 1에 나타내었다. 흡수된 할당량은 과열 스팀에 의해 흡수된 할당량(에너지)이다. 스팀을 가열하기 위하여 연료를 태워서 방출되는 에너지는 흡수된 할당량보다 큰데, 이는 과열기의 효율이 100%가 아니기 때문이다. 과열기 효율이 종래 기술 및 본 출원에 개시된 방법에서와 동일하기 때문에 사용된 연료의 양은 총 흡수 할당량에 정비례한다.
표 1에서 "반응기 스팀"은 가열 및 공급 스팀의 합을 말하는데, 이는 상기에 설명하였다. "총 스팀 요구량"은 공비 열 회수가 없는 경우(즉, 실시 예 1) 반응기 스팀과 같다. 공비 열 회수가 존재하는 경우(즉, 실시 예 2A-C 및 3), 공급 스팀이 없는 것으로 간주되기 때문에 이는 가열 스팀과 동일하다.
1A 1B 2A 2B 2C 3
공정 설계 종래
방법		 본 발명의 방법 종래
방법		 종래
방법		 본 발명의
방법		 종래
방법
가열 스팀/EB(kg/kg) 0.80 0.80 0.50 0.80 0.50 0.40
공급 스팀/EB(kg/kg) 0.20 0.20 0.50 0.50 0.50 0.50
반응기 스팀/EB(kg/kg) 1.00 1.00 1.00 1.30 1.00 0.90
총 스팀 요구량/EB(kg/kg) 1.00 1.00 0.50 0.80 0.50 0.40
분별 EB 전환 0.64 0.64 0.64 0.64 0.64 0.64
R1 입구 온도(℃) 650 650 650 650 650 650
R1 출구 온도(℃) 561 561 561 571 561 551
HB2 튜브 입구 온도(℃) N/A 606 N/A N/A 619 612
R2 입구 온도(℃) 650 650 650 650 650 650
R2 출구 온도(℃) 588 588 588 596 588 579
HA 공급 출구 온도(℃) 550 550 550 550 550 550
HC 공급 출구 온도(℃) NA NA NA NA 586 588
A 입구 온도(℃) 155 155 155 155 155 155
A 출구 온도(℃) 850 799 968 854 853 895
A2 입구 온도(℃) N/A 678 N/A N/A 597 568
A2 출구 온도(℃) N/A 756 N/A N/A 849 883
HC 스팀 입구 온도(℃) N/A N/A N/A N/A 718 730
B 입구 온도(℃) 607 633 585 609 596 567
B 출구 온도(℃) 826 826 981 860 868 883
A 흡수 Q(kcal/kg EB) 288 265 214 289 181 154
A2 흡수 Q(kcal/kg EB) N/A 84 N/A N/A 74 69
B 흡수 Q(kcal/kg EB) 95 34 109 110 69 68
총 흡수 Q(kcal/kg EB) 383 383 323 399 323 291
HB Q(kcal/kg) 106 - 106 107 - -
HB1 Q(kcal/kg) - 53 - - 69 69
HB2 Q(kcal/kg) - 53 - - 37 37
HC Q(kcal/kg) - - - - 32 34
상기한 기술이 다양한 구체 예를 포함하고 있지만, 이들이 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 되며 이의 바람직한 실시 예에 대한 예시로만 간주되어야 한다. 당 분야에서 통상의 지식을 가진자는 이하에 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 범주 및 사상 내에서 다수의 다른 가능성을 구상할 수 있을 것이다.
R1, R2: 반응기
HB1, HB2: 재가열 교환기
HA: 공급-배출물 가열 교환기
HC: 반응기 공급물 예열 교환기
M: 혼합 용기
A, B: 과열기

Claims (54)

  1. 알케닐 방향족 탄화수소 생산설비에서 알킬 방향족 탄화수소를 알케닐 방향족 탄화수소로 탈수소화시키기 위한 탈수소화 구역의 효율을 증가시키는 방법으로서,
    상기 방법은, 적어도 제1 및 제2 탈수소화 반응기를 제공하는 단계를 포함하고, 상기 알킬 방향족 탄화수소를 포함하는 공급 스트림을 포함하며,
    상기 제1반응기의 배출물은 서로 직렬로 배열된 두 개 또는 그 이상의 재가열 교환기에서 가열되고, 상기 두 개 또는 그 이상의 재가열 교환기는 상기 제1 및 제2반응기 사이에 위치하고, 각 재가열 교환기에는 과열 스팀의 독립적인 스트림이 제공되고, (a) 과열 스팀의 상기 두 개 또는 그 이상의 교환기로의 스팀 흐름 속도는 알킬 방향족 탄화수소를 알케닐 방향족 탄화수소로 탈수소화하기 위한 동일한 탈수소화 구역에서 과열 스팀의 단일(single) 재가열 교환기로의 스팀 흐름 속도 이하이고, (b) 상기 두 개 또는 그 이상의 과열 교환기로의 과열 스팀의 온도는 상기 단일 재가열 교환기에 의해 요구되는 과열 스팀의 온도 이하인 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 탈수소화 구역은 상기 두 개 또는 그 이상의 재가열 교환기 중에서 하나로부터 과열 스팀을 제공받는 반응기 공급물 예열 교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 과열 스팀의 각 재가열 교환기로의 독립적인 스트림은 독립적인 과열기에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 반응기 공급물 예열 교환기의 하향류 및/또는 상향류에 부가되는 가열 스팀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 공급 스트림은 상기 제1반응기에 들어가기 전에 공급-배출물 가열 교환기 내에서 상기 제2반응기의 배출물에 의해 가열되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 공급-배출물 가열 교환기의 상기 공급 스트림 상향류와 혼합되는 공급 스팀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 탈수소화 구역은 적어도 세 개의 독립적인 과열기를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 알킬 방향족 탄화수소는 에틸벤젠인 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 알케닐 방향족 탄화수소는 스타이렌인 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    과열 스팀의 상기 독립적인 스트림은 적용가능한 ASME 및 API 표준에 의해 정의된 바와 같이 Alloy 800H에 대하여 허용된 최대 작동 온도 이하의 온도를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 청구항 1에 있어서,
    과열 스팀의 상기 독립적인 스트림은 899℃ 이하의 온도를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 청구항 8에 있어서,
    에틸벤젠에 대한 가열 스팀의 중량비는 0.40 내지 0.80 범위인 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 청구항 8에 있어서,
    에틸벤젠에 대한 공급 스팀의 중량비는 0.10 내지 0.60인 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 두 개 또는 그 이상의 재가열 교환기가 서로 병렬 구성을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 알케닐 방향족 탄화수소 생산설비에서 알킬 방향족 탄화수소를 알케닐 방향족 탄화수소로 탈수소화시키기 위한 탈수소화 구역의 효율을 증가시키는 방법으로서,
    상기 방법은, 적어도 제1 및 제2탈수소화 반응기를 제공하는 단계를 포함하고, 상기 알킬 방향족 탄화수소를 포함하는 공급 스트림을 포함하며,
    상기 제1반응기의 배출물은 서로 직렬로 배열된 두 개 또는 그 이상의 재가열 교환기에서 가열되고, 상기 재가열 교환기는 상기 제1 및 제2반응기 사이에 위치하고, 각 재가열 교환기에는 과열 스팀의 독립적인 스트림이 제공되어, 상기 두 개 또는 그 이상의 재가열 교환기에 제공된 상기 과열 스팀의 입구 온도가, 상기 직렬로 배열된 두 개 또는 그 이상의 재가열 교환기와 동일한 총 재가열 교환기 할당량을 제공하는 단일 재가열 교환기에 요구되는 과열 스팀의 입구 온도 미만인 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 탈수소화 구역은 상기 두 개 또는 그 이상의 재가열 교환기 중에서 하나로부터 과열 스팀을 제공받는 반응기 공급물 예열 교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 과열 스팀의 각 재가열 교환기로의 독립적인 스트림은 독립적인 과열기에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 반응기 공급물 예열 교환기의 하향류 및/또는 상향류에 부가되는 가열 스팀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 청구항 15에 있어서,
    상기 공급 스트림은 상기 제1반응기에 들어가기 전에 공급-배출물 가열 교환기 내에서 상기 제2반응기의 배출물에 의해 가열되는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 공급-배출물 가열 교환기의 공급 스팀 샹향류와 혼합되는 공급 스팀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 청구항 15에 있어서,
    상기 알킬 방향족 탄화수소는 에틸벤젠인 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 청구항 15에 있어서,
    상기 알케닐 방향족 탄화수소는 스타이렌인 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 청구항 15에 있어서, 과열 스팀의 상기 독립적인 스트림은 적용가능한 ASME 및 API 표준에 의해 정의된 바와 같이 Alloy 800H에 대하여 허용된 최대 작동 온도 이하의 온도를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 청구항 15에 있어서,
    과열 스팀의 상기 독립적인 스트림은 899℃ 이하의 온도를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 청구항 21에 있어서,
    에틸벤젠에 대한 가열 스팀의 중량비는 0.40 내지 0.80 범위인 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 청구항 21에 있어서,
    에틸벤젠에 대한 공급 스팀의 중량비는 0.10 내지 0.60인 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 청구항 15에 있어서,
    두 개 또는 그 이상의 재가열 교환기가 서로 병렬 구성을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 알케닐 방향족 탄화수소 생산 설비의 탈수소화 구역에서 알킬 방향족 탄화수소를 알케닐 방향족 탄화수소로 탈수소화시키는 효율 증가 시스템으로서,
    상기 시스템은, 상기 알킬 방향족 탄화수소를 포함하는 공급 스트림을 수용하기 위한 제1탈수소화 반응기 및 제2탈수소화 반응기를 포함하며, 상기 제1반응기로부터의 배출물은 상기 제1 및 제2반응기 사이에 배치되고 서로 직렬로 배열된 두 개 또는 그 이상의 재가열 교환기에서 재가열되며, 상기 두 개 또는 그 이상의 재가열 교환기의 제1재가열 교환기는 상기 제1반응기와 배출물이 왕래하며 상기 두 개 또는 그 이상의 재가열 교환기의 제2재가열 교환기는 상기 제2반응기와 배출물이 왕래하며, 각 재가열 교환기에는 과열 스팀의 독립적인 스트림이 제공되어, 상기 재가열 교환기에 제공된 과열 스팀의 입구 온도가 상기 직렬로 배열된 두 개 또는 그 이상의 재가열 교환기와 동일한 총 재가열 교환기 할당량을 제공하는 단일 재가열 교환기에 요구되는 과열 스팀의 입구 온도 미만인 것을 특징으로 하는 시스템.
  29. 청구항 28에 있어서,
    상기 탈수소화 구역은 상기 두 개 또는 그 이상의 재가열 교환기 중 적어도 하나와 배출물이 왕래하는 반응기 공급물 예열 교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  30. 청구항 28에 있어서,
    상기 두 개 또는 그 이상의 재가열 교환기의 각 재가열 교환기에 과열 스팀의 독립적인 스트림이 독립적인 과열기에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  31. 청구항 29에 있어서,
    상기 반응기 공급물 예열 교환기의 하향류 및/또는 상향류에 부가되는 가열 스팀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  32. 청구항 28에 있어서,
    상기 공급 스트림은 상기 제1반응기에 들어가기 전에 공급-배출물 가열 교환기 내에서 상기 제2반응기의 배출물에 의해 가열되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  33. 청구항 32에 있어서,
    상기 공급-배출물 가열 교환기의 공급 스트림 상향류와 함께 혼합되는 공급 스팀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  34. 청구항 28에 있어서,
    상기 알킬 방향족 탄화수소는 에틸벤젠인 것을 특징으로 하는 시스템.
  35. 청구항 28에 있어서,
    상기 알케닐 방향족 탄화수소는 스타이렌인 것을 특징으로 하는 시스템.
  36. 청구항 28에 있어서,
    과열 스팀의 상기 독립적인 스트림은 적용가능한 ASME 및 API 표준에 의해 정의된 바와 같이 Alloy 800H에 대하여 허용된 최대 작동 온도 이하의 온도를 갖는 것을 특징으로 하는 시스템.
  37. 청구항 28에 있어서,
    과열 스팀의 상기 독립적인 스트림은 899℃ 이하의 온도를 갖는 것을 특징으로 하는 시스템.
  38. 청구항 34에 있어서,
    에틸벤젠에 대한 가열 스팀의 중량비는 0.40 내지 0.80 범위인 것을 특징으로 하는 시스템.
  39. 청구항 34에 있어서,
    에틸벤젠에 대한 공급 스팀의 중량비는 0.10 내지 0.60인 것을 특징으로 하는 시스템.
  40. 청구항 28에 있어서,
    두 개 또는 그 이상의 재가열 교환기가 서로 병렬 구성을 갖는 것을 특징으로 하는 시스템.
  41. 알케닐 방향족 탄화수소 생산 설비의 탈수소화 구역에서 알킬 방향족 탄화수소를 알케닐 방향족 탄화수소로 탈수소화시키는 효율 증가 시스템으로서,
    상기 시스템은, 상기 알킬 방향족 탄화수소를 포함하는 공급 스트림을 수용하기 위한 제1탈수소화 반응기 및 제2탈수소화 반응기를 포함하며, 상기 제1반응기로부터의 배출물은 상기 제1 및 제2반응기 사이에 배치되고 서로 직렬로 배열된 두 개 또는 그 이상의 재가열 교환기에서 재가열되며, 상기 두 개 또는 그 이상의 재가열 교환기 중 첫 번째는 상기 제1반응기와 배출물이 왕래하며 상기 두 개 또는 그 이상의 재가열 교환기 중 두 번째는 상기 제2 반응기와 배출물이 왕래하며, 각 재가열 교환기에는 과열 스팀의 독립적인 스트림이 제공되고, (a) 상기 두 개 또는 그 이상의 재가열 교환기로의 과열 스팀의 스팀 흐름 속도는 알킬 방향족 탄화수소를 알케닐 방향족 탄화수소로 탈수소화시키기 위한 동일한 탈수소화 구역에서 단일 재가열 교환기로의 과열 스팀의 스팀 흐름 속도 이하이고, (b) 상기 두 개 또는 그 이상의 재가열 교환기로의 과열 스팀의 온도는 상기 단일-재가열 교환기에 의해 요구되는 과열 스팀의 온도 이하인 것을 특징으로 하는 시스템.
  42. 청구항 41에 있어서,
    상기 탈수소화 구역은 상기 두 개 또는 그 이상의 재가열 교환기 중 적어도 하나와 배출물이 왕래하는 반응기 공급물 예열 교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  43. 청구항 41에 있어서,
    상기 두 개 또는 그 이상의 재가열 교환기의 각 재가열 교환기에 과열 스팀의 독립적인 스트림이 독립적인 과열기에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  44. 청구항 42에 있어서,
    상기 반응기 공급물 예열 교환기의 하향류 및/또는 상향류에 부가되는 가열 스팀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  45. 청구항 41에 있어서,
    상기 공급 스트림은 상기 제1 반응기에 들어가기 전에 공급-배출물 가열 교환기 내에서 상기 제2반응기의 배출물에 의해 가열되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  46. 청구항 45에 있어서,
    상기 공급-배출물 가열 교환기의 상기 공급 스트림 상향류와 혼합되는 공급 스팀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  47. 청구항 41에 있어서,
    상기 알킬 방향족 탄화수소는 에틸벤젠인 것을 특징으로 하는 시스템.
  48. 청구항 41에 있어서,
    상기 알케닐 방향족 탄화수소는 스타이렌인 것을 특징으로 하는 시스템.
  49. 청구항 41에 있어서,
    과열 스팀의 상기 독립적인 스트림은 적용가능한 ASME 및 API 표준에 의해 정의된 바와 같이 Alloy 800H에 대하여 허용된 최대 작동 온도 이하의 온도를 갖는 것을 특징으로 하는 시스템.
  50. 청구항 41에 있어서,
    과열 스팀의 상기 독립적인 스트림은 899℃ 이하의 온도를 갖는 것을 특징으로 하는 시스템.
  51. 청구항 47에 있어서,
    에틸벤젠에 대한 가열 스팀의 중량비는 0.40 내지 0.80 범위인 것을 특징으로 하는 시스템.
  52. 청구항 47에 있어서,
    에틸벤젠에 대한 공급 스팀의 중량비는 0.10 내지 0.60인 것을 특징으로 하는 시스템.
  53. 청구항 41에 있어서,
    두 개 또는 그 이상의 재가열 교환기가 서로 병렬 구성을 갖는 것을 특징으로 하는 시스템.
  54. 알케닐 방향족 탄화수소 생산설비에서 알킬 방향족 탄화수소를 알케닐 방향족 탄화수소로 탈수소화시키기 위한 탈수소화 구역의 효율을 증가시키는 방법으로서,
    상기 방법은, 적어도 제1 및 제2 탈수소화 반응기를 제공하는 단계를 포함하고, 상기 알킬 방향족 탄화수소를 포함하는 공급 스트림을 포함하며,
    상기 제1반응기의 배출물은 서로 직렬로 배열된 두 개 또는 그 이상의 재가열 교환기에서 가열되고, 상기 두 개 또는 그 이상의 재가열 교환기는 상기 제1 및 제2반응기 사이에 위치하고, 각 재가열 교환기에는 과열 스팀의 독립적인 스트림이 제공되며, (a) 에틸벤젠에 대한 가열 스팀의 비율은 알킬 방향족 탄화수소를 알케닐 방향족 탄화수소로 탈수소화하기 위한 동일한 탈수소화 구역의 단일 재가열 교환기에서 에틸벤젠에 대한 가열 스팀의 비율 이하이고, (b) 상기 두 개 또는 그 이상의 과열 교환기로 공급되는 가열 스팀의 온도는 동일한 총 재가열 할당량을 제공하는 단일 재가열 교환기에 제공되는 가열 스팀의 온도 이하인 것을 특징으로 하는 방법.
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