KR20150079974A

KR20150079974A - 선택적 올레핀 추출

Info

Publication number: KR20150079974A
Application number: KR1020157014954A
Authority: KR
Inventors: 케빈 존 슈빈트; 로버트 제이. 브루머
Original assignee: 루머스 테크놀로지 인코포레이티드
Priority date: 2012-11-07
Filing date: 2013-10-09
Publication date: 2015-07-08
Also published as: TW201422581A; EP2917169A4; TWI475003B; IL238664A0; TR201909008T4; ES2731803T3; CN104812725A; CA2890070A1; PH12015500982A1; IL238664A; BR112015010335B1; SG11201503484UA; US9409838B2; MY175404A; KR20180006498A; EP2917169A1; PT2917169T; RU2617692C2; KR101917990B1; JP2015533380A

Abstract

극성 솔벤트를 사용하는 추출 증류에 의해 부텐들 및 부탄들을 분리하기 위한 공정 및 시스템이 개시되어 있다. 상기 공정은, 부텐들을 포함하는 농축 솔벤트 부분을 형성하도록 추출 증류 컬럼에서 린 솔벤트 혼합물과 부탄들 및 부텐들을 포함하는 탄화수소 혼합물을 접촉시키는 단계; 추출 증류 컬럼으로부터 부탄들을 포함하는 오버헤드들 부분 및 최하부들 부분을 회수하는 단계; 최하부들 부분을 스트리핑부 및 세척부를 포함하는 스트리퍼에 공급하는 단계; 스트리퍼로부터 최하부들 부분으로서의 린 솔벤트 혼합물, 및 부텐들 및 물을 포함하는 스트리퍼 오버헤드들 부분을 회수하는 단계; 물 부분 및 생성물 부텐들 부분을 형성하도록 오버헤드들 부분을 응축하는 단계; 스트리퍼 세척부의 최상부에 환류로서의 물을 공급하는 단계; 및 제2 환류로서 스트리퍼의 최상부 및 최하부 중간에 응축수 부분의 적어도 일부분을 공급하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

선택적 올레핀 추출{SELECTIVE OLEFIN EXTRACTION}

본 명세서에 개시된 실시예들은 일반적으로 응축형 탈가스기 오버헤드(condensed degasser overhead)가 개선된 열 통합성에 더해서, 총 수상 환류(total aqueous phase reflux), 개별적으로 환류되는 보충수(make-up water)로 상 분리되는 개선된 선택적 올레핀 추출 공정들에 관한 것이다.

부텐들 및 부탄들은 산업상 요구가 높은 제품들이고, 통상적으로 스팀(steam) 또는 나프타 크래커(naphta cracker)들로부터 C₄-탄화수소들을 포함하는 컷(cut)들을 워크업(workup)함으로써 얻어진다. 입수 가능한 원료원들에서, 부텐들 및 부탄들 및 또한 부타디엔의 상이한 이성체(isomer)들은 통상적으로 가변하는 비율로 존재한다. 부타디엔은 수소화에 의해 n-부텐들로 변환될 수 있거나 또는 추출 증류(extractive distillation)에 의해 이들 혼합물들로부터 제거될 수 있다. 부텐들 및 부탄들의 또 다른 워크업을 위해서는, 이들을 빈번하게 서로로부터 분리할 필요가 있다. 그들의 비등점에 매우 가까운 근사의 결과로서, 일반적으로 단순한 증류에 의해 요구되는 순도(purity)들을 달성하는 것이 불가능하다. 이와 같이, US20060096849에 개시된 바와 같은, 극성 솔벤트(polar solvent)들을 사용하는 추출 증류를 포함하는 다른 별도 공정들에 의존할 필요가 있다.

불행하게도, N-메틸피롤리돈(NMP) 및 물의 혼합물과 같은 극성 추출용매(polar extractant)들을 사용하면, 적절하게 취급되지 않은 경우, 바람직하지 않게 부텐 생성물 내에 고 농도의 물을 생기게 할 수 있다. 또한, 이러한 혼합물들을 사용하면, 타워의 분리 효율을 감소시킬 수 있는, 타워 내의 트레이들 또는 패킹 위에 분리 탄화수소 및 수상들의 형성 가능성을 더한다.

일 양태에서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 극성 솔벤트를 사용하는 추출 증류에 의해 부텐들 및 부탄들을 분리하기 위한 공정에 관한 것이다. 상기 공정은, 부텐들 및 솔벤트(들)를 포함하는 농축 솔벤트 부분(enriched solvent fraction)을 형성하도록 추출 증류 컬럼 내에서 물 및 하나 이상의 극성 솔벤트를 포함하는 린 솔벤트(lean solvent) 혼합물과 부탄들 및 부텐들을 포함하는 탄화수소 혼합물을 접촉시키는 단계; 추출 증류 컬럼으로부터 부탄들을 포함하는 오버헤드들 부분(overheads fraction)을 회수하는 단계; 추출 증류 컬럼으로부터 최하부들 부분(bottoms fraction)으로서의 농축 솔벤트 부분을 회수하는 단계; 솔벤트 혼합물로부터 부텐들을 분리하도록 최하부들 부분을 스트리핑부(stripping section) 및 세척부(wash section)를 포함하는 스트리퍼(stripper)에 공급하는 단계; 스트리퍼로부터 최하부들 부분으로서의 린 솔벤트 혼합물을 회수하는 단계; 스트리퍼로부터 부텐들 및 물을 포함하는 스트리퍼 오버헤드들 부분(stripper overheads fraction)을 회수하는 단계; 물 부분(water fraction) 및 생성물 부텐들 부분(product butenes fraction)을 형성하도록 오버헤드들 부분을 응축하는 단계; 스트리퍼 세척부의 최상부에 환류로서의 물을 공급하는 단계; 제2 환류로서 스트리퍼의 최상부 및 최하부 중간에 응축수 부분의 적어도 일부분을 공급하는 단계를 포함할 수 있다.

다른 양태에서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 극성 솔벤트를 사용하는 추출 증류에 의해 부텐들 및 부탄들을 분리하기 위한 시스템에 관한 것이다. 상기 시스템은, 최하부들 부분으로서 부텐들 및 솔벤트(들)를 포함하는 농축 솔벤트 부분을 회수하고 상기 부탄들을 포함하는 오버헤드들 부분을 회수하도록 물 및 하나 이상의 극성 솔벤트를 포함하는 린 솔벤트 혼합물과 부탄들 및 부텐들을 포함하는 탄화수소 혼합물을 접촉시키기 위한 추출 증류 컬럼; 최하부들 부분을 분리하고 부텐들 및 물을 포함하는 오버헤드들 부분 및 린 솔벤트 혼합물을 포함하는 최하부들 부분을 회수하도록 하부 스트리핑부 및 상부 세척부를 포함하는 스트리퍼; 물 부분 및 생성물 부텐들 부분을 형성하도록 오버헤드들 부분을 응축시키기 위한 스트리퍼 오버헤드들 시스템; 환류로서 물을 스트리퍼 세척부의 최상부에 공급하기 위한 흐름 도관(flow conduit); 및 제2 환류로서 상기 스트리퍼 세척부의 최상부 및 최하부 중간에 응축수 부분(condensed water fraction)의 적어도 일부분을 공급하기 위한 흐름 도관을 포함할 수 있다.

다른 양태들 및 이점들은 다음의 설명 및 첨부된 특허청구범위로부터 명백해질 것이다.

도 1은 본 명세서에 개시된 실시예들에 따른 부탄으로부터 부텐들을 분리하기 위한 공정의 단순화된 흐름도이다.
도 2는 본 명세서에 개시된 실시예들에 따른 부탄으로부터 부텐들을 분리하기 위한 공정의 단순화된 흐름도이다.
도 3은 본 명세서에 개시된 실시예들에 따른 부탄으로부터 부텐들을 분리하기 위한 공정의 단순화된 흐름도이다.

일 양태에서, 본 명세서에서의 실시예들은 극성 추출용매를 사용하는 추출 증류에 의해 C₄-탄화수소들의 혼합물을 포함하는 스트림으로부터 부텐들 및 부탄들을 분리하기 위한 공정에 관한 것이다. 본 명세서에 개시된 실시예들에 따른 극성 추출용매들은, 예를 들면 디메틸포름아미드(DMF), N-메틸피롤리돈(NMP), 아세토니트릴, 푸르푸랄(furfural), N-포르밀모르폴린(N-formylmorpholine), 및 디메틸아세트아미드(dimethylacetamide)를 포함할 수 있다. 추출용매들은 무수로(anhydrously) 또는 사실상 무수로(virtually anhydrously) 또는 0.1 내지 20 중량% 물의 혼합물로 사용될 수 있다. 다른 양태에서, 본 명세서에 개시된 실시예들은, 응축된 탈가스기 오버헤드가 총 수상 환류 및 개별적으로 환류되는 보충수로 분리되어, 컬럼들 내에 2개의 액상(liquid phase)의 형성을 회피하고 생성물 분리 효율을 개선하는 선택적 올레핀 추출 공정들에 관한 것이다. 본 명세서에 개시된 실시예들은 또한 개선된 열 통합성을 제공한다. 이들 양태들 각각이 도 1 및 도 2에 관하여 이하에서 보다 상세히 설명된다.

이제 도 1을 참조하면, 본 명세서에 개시된 실시예들에 따른 부탄으로부터 부텐들을 분리하기 위한 공정의 단순화된 흐름도가 도시되어 있다. 부타디엔 추출 유닛으로부터의 혼합 C4 부분(mixed C4 fraction) 또는 라피네이트-1(raffinate-1)과 같은, 부탄들 및 부텐들의 혼합물이 흐름선(2)을 통해 공급 기화 드럼(4)에 공급되고, 써모사이폰 교환기(thermosyphon exchanger)일 수 있는, 공급 기화기(6)에서 기화된다. 공급 기화기(6)는 가열 매체로서 고온 린 솔벤트(hot lean solvent)(8)를 이용한다. 부타디엔 추출 유닛(도시하지 않음)의 주 세척기(main washer)로부터의 오버헤드 부분이 직접 취해지는 경우, 공급 기화기가 필요없게 될 것이다.

기화 피드(10)가 부텐 흡수기(12)의 중간에 도입된다. 솔벤트 냉각기(16)에서 냉각된 린 솔벤트(14)가 부텐 흡수기(12)의 최상부 베드(top bed)(18) 위로 공급되고, 여기서 부텐들은 선택적으로 흡수되고, 적은 용해성 부탄들이 컬럼 위를 주행하고 오버헤드들 부분(20)으로서 수집된다. 오버헤드 부분(20)은 냉각수에 대하여 응축기(2)에서 응축되고, 응축된 부탄들이 드럼(24) 내에 수집된다. 응축된 부탄들의 일부분이 환류로서 흐름선(26)을 통해 공급되어 연행된(entrained) 솔벤트를 녹다운시키도록 기능하는 부텐 흡수기(12)의 최상부에 있는 트레이들(28)을 세척한다. 부탄 증류액의 밸런스가 부탄 생성물(30)로서 회수된다.

일부 실시예에서, 예를 들면, 매우 기밀한 부탄 및 매우 기밀한 부텐 규정사항(specification)들이 모두 요구되는, 2개의 컬럼 시스템, 즉 부텐 흡수기/부텐 정류기 시스템 추출 증류 시스템이 필요할 수 있다. 이러한 경우, 요구되는 스테이지 수의 증가 및 컬럼 높이 제한 때문에 2개의 컬럼 시스템이 필요할 수 있다. 이제 도 2를 참조하면, 유사한 부품들에는 유사한 번호들을 나타내고 있으며, 이 실시예에서는 기화 피드(10)가 부텐 흡수기(12A) 의 최하부에 도입된다. 부텐 흡수기의 최하부들(32)은 부텐 정류기(12B)의 최상부로 펌핑되고, 부텐 정류기 오버헤드(34)가 압력 차에 의해 부텐 흡수기(12A)의 하부로 흐른다. 따라서, 부텐 정류기(12B)는 단지 부텐 흡수기(12A)의 연장부이지만, 분리형 컬럼으로서 형성되고; 2개의 컬럼들은 향상된 분리 규정사항들을 충족하도록 추가 스테이징 및 높이를 갖는, 부텐 흡수기(12)의 것과 마찬가지로 작동한다.

이제 도 1 및 도 2를 참조하면, 부탄 흡수기 최하부들은 가열 매체로서의 고온 린 솔벤트(38)를 이용하여, 하나 이상의 부텐 흡수기측 리보일러(reboiler)(36)로 리보일링된다(reboiled). 모든 측면 리보일러(36)는 일회 통과 기화식(once-thru vaporizing type) 리보일러일 수 있다. 매우 기밀한 부텐 및 부탄 규정사항들에서, 열 교환 매체로서 조절된 물 또는 스팀을 사용하는, 부텐 흡수기 리보일러(40)가 요구될 수 있다.

용매/부텐 흡수기 내의 물/정류기(12)에 의한 부텐들의 추출은 약 40℃ 내지 약 100℃ 범위의 온도에서 약 2bar 내지 15bar 범위의 압력에서 수행될 수 있다.

일부 실시예에서, 2개, 3개, 4개 또는 그 이상의 부텐 흡수기측 리보일러들(36)을 포함하는 일련의 역류 리보일러들이 제공될 수 있고, 여기서 높은 곳의 컬럼으로부터 빼낸(withdrawn) 액체 부분들((즉, 저온 부분들)이 하부측 리보일러들(즉, 고온 부분들)로부터 방출된 고온 린 솔벤트를 사용하여 가열된다. 예를 들면, 도 3에 나타낸 바와 같이, 부텐 흡수기(12)의 최하부 베드(42)로부터의 액체가 연통 트레이(chimney tray) 내에 수집되고 리보일러(36A)에 공급된다. 혼상(mixed phase) 리보일러 출구(43)는 리보일러 입구가 빼내지는 아래의 구획부(44) 내로 부텐 흡수기(12)로 복귀된다. 기상 및 액상이 구획부(44)에서 분리되고, 여기서 액상은 하부 연통 트레이 상에 수집되고 리보일러(36B)에 공급되고, 증기는 연통 트레이 상부를 통과하여 부텐 흡수기의 최하부 베드(42)로 들어간다. 도시된 바와 같이, 린 솔벤트(38)와 열을 상호 교환하고 유사한 방식(혼상이 드로우 트레이 아래로 복귀되는 액체 드로우)으로 동작하는 3개의 역류 직렬 흐름 리보일러들(36A, 36B, 36C)이 존재한다. 리보일러(36C)로부터의 액체는 부텐 흡수기(12)의 최하부에 있는 배플형(baffled) 구획부(46) 내에 수집되고, 가열 유체로서 스팀을 사용하는 리보일러(40)에 공급된다. 리보일러(40)는 또한 고온 린 솔벤트 대신에 가열 매체로서 저압(low pressure(LP))을 사용하는, 일회 통과 기화식 리보일러일 수 있다. LP 스팀은 시스템 내로의 순수 열 입력의 일부분을 제공하고, 제어 목적을 위해 사용된다. 부텐 정류기 스팀 리보일러(40)의 출구가 컬럼(12)의 최하부에서 분리되고, 액체가 컬럼 통(sump)(48) 내에 수집된다. 부탄 및/또는 부텐 생성물 규정사항들이 느슨한 경우, 스팀 리보일러가 필요없을 수 있다. 부탄 및 부텐 생성물 규정사항들이 기밀한 경우, 중압(medium pressure (MP)) 스팀이 요구될 수 있다.

일회 통과 기화식 리보일러들의 사용은 억압형 기화식 리보일러(supperssed vaporization type reboiler)들에 비해서 린 솔벤트로부터 보다 큰 열 제거를 허용할 수 있다. 또한, 파울링(fouling)이 요구되지 않으므로, 억압형 기화식 리보일러들이 요구되지 않는다. 그러나, 기화식 리보일러들에 따르면, 저온측(cold side) 온도 상승이 억압형 기화식 리보일러들보다도 낮아서, 평균 온도차가 보다 크다. 도 3에 도시된 실시예에서, 리보일러들(36A, 36B, 36C)은 역류 흐름을 위해 구성될 수 있고, 표면적을 최소로 유지하면서 열 회수를 최대화하기 위해서 10℃ 출구 온도 근사법(즉, 고온 출구 온도 - 저온 출구 온도 = 10℃)을 위해 디자인될 수 있다.

컬럼(12) 내로의 솔벤트 흐름 및 리보일러 열의 조합은, 상술한 바와 같이, 부텐 흡수기에서의 부탄들 및 부텐들의 분리에 영향을 미쳐서, 원하는 추출 증류를 산출한다. 그런 다음, 통(48)으로부터의 리치 솔벤트(rich solvent)가 흐름선(40)을 통해 부텐 스트리퍼(52)의 최상부로 펌핑되고, 여기서 용해된 부텐들이 리치 솔벤트로부터 제거된다. 일부 실시예에서, 부텐 흡수기 최하부들 펌프(도시하지 않음)는, 예를 들면 흡수기(12)와 스트리퍼(52) 간의 압력 차가 유체의 원하는 이송을 행하기에 충분한 경우, 생략될 수 있다. 이는, 물론 실용성, 입수 가능한 요구되는 생성물 규정사항들, 및 다른 디자인 고려사항들에 의존할 것이다.

열을 스트리핑하는 것은 가열 매체로서 MP 스팀을 이용하는 부텐 스트리퍼 스팀 리보일러(54), 및 가열 매체로서 부텐 스트리퍼 최하부들(고온 린 솔벤트)을 이용하는 부텐 스트리퍼측 리보일러(56)에 의해 입증된다. 양쪽 리보일러들(54, 56)은, 상기한 바와 유사한 이유 뿐만 아니라, 측면 스팀 기화식 리보일러의 사용이 통상적으로 사용되는 억압형 기화식 공급 히터(공급/유출 교환기(feed/effluent exchanger))보다도 효율적이기 때문에, 역류의 일회 통과 기화식 리보일러들일 수 있다. 상기한 바와 같이, 기화식 리보일러는 억압형 기화식 리보일러보다도 낮은 온도 상승을 가지며, 이는 이미 논의한 이점들을 제공한다. 또한, 포점(bubble point)일 수 있는 부텐 흡수기 최하부들(50/51) 내에 추가적인 열을 추가하기 위해서는, 기화를 억압할 필요가 있는 압력을 제공하는 추가 펌프가 요구될 것이다. 부탄 및 부텐 생성물 규정사항들이 느슨한 실시예들에서, 직렬의 추가 부텐 스트리퍼측 리보일러(도시하지 않음), 또는 대안적으로 도 1에 나타낸 바와 같이 공급/유출 교환기(58)가 요구될 수 있다.

부텐 스트리퍼(52) 최하부들 부분, 고온 린 솔벤트 부분(82)은 컬럼(12)으로 다시 재순환될 수 있고, 상술한 바와 같이 열 교환 매체로서 사용될 수 있다. 부텐 스트리퍼(52) 오버헤드 부분(60)은 2단 응축 시스템(62)에서 응축된다. 제1 단에서, 오버헤드 부분(60)이 부텐 스트리퍼 주 응축기(64)에서 대략 60℃로 냉각되고, 여기서 필수적으로 모든 물이 응축되고 탄화수소는 응축되지 않는다. 부텐 스트리퍼 주 응축기(64)는, 플랜트 경제성 및/또는 냉각수 가용성에 따라서, 공냉 또는 수냉 응축기일 수 있다. 제2 단에서, 필수적으로 모든 생성물 부텐을 포함하는 미응축 증기(66)가 부텐 생성물 응축기(68)에서 대략 40℃까지 내려서 냉각되고, 여기서 필수적으로 모든 탄화수소가 응축되고 물이 약간만 응축되거나 응축되지 않는다. 부텐 생성물 응축기(68)는 수냉 응축기일 수 있다.

부텐 스트리퍼 주 응축기(64)에서 응축된 물이 부텐 스트리퍼 환류 드럼(70)에서 수집되고 부텐 스트리퍼(52)의 세척 트레이부(2) 내의 중간지점으로 다시 펌핑된다. 응축수의 일부분은 필요한 경우, 중간 보일링 불순물들의 제거를 위해 흐름선(74)을 통해 폐수 스트리퍼(도시하지 않음)로 방출될 수 있다.

시스템으로부터 물 손실을 보충하는 데에 요구되는 냉각되고 세정된 스팀 응축액(cooled, clean steam condensate)(76)은 부텐 스트리퍼(52)의 최상부 세척 트레이로 환류된다. 정수 환류(76) 입구(세척 트레이들의 최상부)와 응축수 환류(77)(재생수(recycle wate)) 입구(세척 트레이부(72)의 대략 중간지점) 사이의 트레이들이 오버헤드 부분으로부터 솔벤트의 추가 세척을 제공한다. 부텐 스트리퍼 생성물 응축기(68)에 응축된 부텐들이 부텐 생성물 드럼(78) 내에 수집되고 흐름선(80)을 통해 생성물 저장부로 펌핑된다.

스트리퍼(52) 내의 솔벤트/물로부터 부텐들의 분리는 약 0.5bar 내지 약 7bar, 예를 들면 약 1bar 내지 약 3bar 범위의 압력에서 수행될 수 있다. 이 압력에 따라, 온도가 약 100℃ 내지 약 220℃, 예를 들면 약 125℃ 내지 약 160℃까지 변할 수 있다.

상술한 바와 같이, 세정된 응축액이 부텐 스트리퍼(52)의 최상부로 환류된다. 물만을 스트리퍼(52)의 최상부로 환류시킴으로써, 리치 솔벤트 공급지점 위의 모든 세척 트레이들 상에 연속하는 수상(aqueous phase)이 형성된다. 리치 솔벤트로부터 스트리핑된 탄화수소들이 응축 없이 그리고 세척 트레이들 상에서 분리 탄화수소 상(phase)의 형성 없이 증기로서 컬럼 위를 주행한다. 따라서, 2개의 분리된 액상을 갖는 것을 초래할 것인 분리 효율의 손실이 회피된다.

스트리퍼 오버헤드들 부분(60) 내에 수용된 대부분의 물은 생성물 부텐들을 응축하는 데에 요구되는 것보다도 상당히 높은 온도에서 응축될 수 있다. 따라서, 2단의 스트리퍼 오버헤드 응축 시스템이 유리하게 채택될 수 있다. 제1 단에서, 필수적으로 모든 물이 응축되고 탄화수소는 응축되지 않으며; 제2 단에서, 필수적으로 모든 탄화수소가 응축되고 물이 응축되지 않는다. 제1 단에서, 응축 온도는 약 50℃ 내지 약 70℃의 범위, 예를 들면 약 60℃에 있을 수 있고, 제2 단에서, 응축 온도는 약 30℃ 내지 약 45℃의 범위, 예를 들면 약 38℃에 있을 수 있다. 2단의 응축 시스템은 물-탄화수소 분리를 보다 더 효율적으로 행한다. 또한, 일부 장소에서 보다 경제적일 수 있는 제1 단에서의 공냉기의 선택 사용을 허용한다. 마지막으로, 물만이 생성물 부텐들의 포점(~38℃)까지가 아니라 물의 포점(~60℃)까지 내려서 냉각되어야 한다. 이는 보다 에너지 효율적이고 냉각수 실용성을 보장한다.

탄화수소들이 스트리퍼(52)의 최상부로 환류되지 않기 때문에, 구역(72) 내의 세척 트레이들의 트레이 부하가 상당히 감소된다. 따라서, 스트리퍼(52)의 세척 트레이부(72)의 직경이 감소될 수 있다. 또한, 재기화될 필요가 있는 탄화수소(수상으로 용해되는 최소량의 탄화수소들과 다른)가 환류되지 않으므로 스트리퍼(52)의 열 듀티(heat duty)가 감소된다.

물 보충이 환류선(72)을 통해 공정에 추가되어, 부탄 및 부텐 생성물, 및 물 방출부(74)로 빠져나간 임의의 용해수를 보상할 수 있다. 물 보충은 솔벤트를 함유하지 않는, 냉각되고 세정된 스팀 응축액 형태이다. 이는, 부탄으로부터 부텐들의 분리를 위한 다른 공정에서 일반적인, 린 솔벤트(또는 솔벤트 및 물)와 단순히 혼합하는 대신에, 정수가 물로부터 솔벤트의 분류(fractionation)에 기여하게 함으로써 최상으로 사용되게 한다.

또한, 상술한 바와 같이, 고온 린 솔벤트와 다른 공정 스트림들 간의 열 통합성이 상당히 개선된다. 첫째로, 탈가스기(52) 최하부들이 탈가스기(52) 상의 측면 리보일러(56)와 상호 교환된다. 이는 공급/유출 교환기에만 의한 것보다도 탈가스기에 보다 낮은 열을 추가한다. 둘째로, 탈가스기측 리보일러(56)에서 부분적으로 냉각된 탈가스기 최하부들(82)이 일련의 리보일러들(36)에서 흡수기 최하부들과 상호 교환될 수 있다. 이는 단일의 억압형 기화식 리보일러에 의한 것보다도 린 솔벤트로부터 보다 큰 열 제거(열 회수)를 허용한다.

유리하게는, 상술한 바와 같이 부탄들로부터 부텐들을 분리하기 위한 공정은 스트리퍼의 최상부에서 형성하는 분리 액상들의 문제를 다루고 있다. 따라서, 분리 액상들의 결과일 수 있는 분리 효율의 감소가 회피된다. 또한, 보충수가 공정에서 최적의 지점에서 도입된다. 린 솔벤트 리사이클 스팀 대신에, 스트리퍼의 최상부에서 보충수를 도입하면 부텐 생성물로부터 솔벤트의 분리를 향상시킨다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예들은 에너지 효율이 높고; 린 용매 리사이클의 엔탈피(enthalpy)의 실용성이 최대화될 수 있다.

또 다른 이점으로서, 수개의 세척 트레이가 스트리퍼 스테이지들(팩형 베드들) 위에서 사용되며, 여기서 전체 스트리퍼 오버헤드들이 응축수/솔벤트로 세척된다. 부텐들은 스트리퍼로 다시 환류되지 않는다. 그 결과, 스트리퍼 오버헤드들 및 물 환류에서의 솔벤트의 양이 상당히 감소된다. 예를 들면, 본 명세서에 개시된 실시예들은 스트리퍼 오버헤드들에서 중량으로 10ppm 미만의 솔벤트, 일부 실시예에서는 5ppm 미만의 솔벤트를 가질 수 있고; 또한, 본 명세서에 개시된 실시예들은 부텐들 생성물에서 중량으로 1ppm 미만의 솔벤트를 가질 수 있다. 이는 우수한 부텐들 생성물 뿐만 아니라 손실이 적은 솔벤트를 생성한다. 본 명세서에 개시된 실시예들은 통상의 부탄/부텐 분리 공정들에 비해서 솔벤트의 낮은 공급 비율을 또한 가질 수 있다. 스트리퍼 세척 트레이들의 개선된 트레이 효율, 개선된 전체 흡수 및 스트리핑 효율, 개선된 열 통합성 및 에너지 회수, 및 낮은 솔벤트 비율의 결과로서, 본 명세서에 개시된 실시예에 따른 공정들은 선행기술의 부탄/부텐 체계에 비해서 작동 비용부담이 적고 자본 비용이 적을 수 있다.

본 개시가 제한된 수의 실시예들을 포함하지만, 당 기술분야에 숙련된 자에게는 본 개시의 이점을 가지고서, 본 개시의 범주를 이탈하지 않는 다른 실시예들이 고안될 수 있음이 자명할 것이다. 따라서, 그 범주는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 한정되어야 한다.

Claims

극성 솔벤트(polar solvent)를 사용하는 추출 증류(extractive distillation)에 의해 부텐들 및 부탄들을 분리하기 위한 공정으로서,
상기 부텐들 및 솔벤트(들)를 포함하는 농축 솔벤트 부분(enriched solvent fraction)을 형성하도록 추출 증류 컬럼(column)에서 물 및 하나 이상의 극성 솔벤트들을 포함하는 린 솔벤트(lean solvent) 혼합물과 부탄들 및 부텐들을 포함하는 탄화수소 혼합물을 접촉시키는 단계;
상기 추출 증류 컬럼으로부터 부탄들을 포함하는 오버헤드들 부분(overheads fraction)을 회수하는 단계;
상기 추출 증류 컬럼으로부터 최하부들 부분(bottoms fraction)으로서의 상기 농축 솔벤트 부분을 회수하는 단계;
상기 솔벤트 혼합물로부터 상기 부텐들을 분리하도록 상기 최하부들 부분을 스트리핑부(stripping section) 및 세척부(wash section)를 포함하는 스트리퍼(stripper)에 공급하는 단계;
상기 스트리퍼로부터 최하부들 부분으로서의 상기 린 솔벤트 혼합물을 회수하는 단계;
상기 스트리퍼로부터 부텐들 및 물을 포함하는 스트리퍼 오버헤드들 부분을 회수하는 단계;
물 부분(water fraction) 및 생성물 부텐들 부분(product butenes fraction)을 형성하도록 상기 오버헤드들 부분을 응축하는 단계;
상기 스트리퍼 세척부의 최상부에 환류(reflux)로서의 물을 공급하는 단계; 및
제2 환류로서 상기 스트리퍼의 최상부 및 최하부 중간에 상기 응축수 부분의 적어도 일부분을 공급하는 단계
를 포함하는 분리 공정.
제1항에 있어서,
상기 탄화수소 혼합물은 부타디엔 회수 공정으로부터 회수된 증기 부분(vapor fraction)인 분리 공정.
제1항에 있어서,
상기 접촉하는 단계 전에 공급 기화 시스템(feed vaporization system)에서 상기 탄화수소 혼합물을 기화시키는 단계를 더 포함하는 분리 공정.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 최하부들 부분은 상기 스트리핑부 상부 및 상기 세정부 하부에서 상기 스트리퍼에 공급되는 분리 공정.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 환류로서 사용되는 상기 응축수 부분은 단일의 액상(liquid phase)인 분리 공정.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 오버헤드들 부분을 응축하는 단계는,
상기 응축수 부분으로서의 물을 응축하고 회수하며 상기 부텐들을 포함하는 증기 부분을 회수하도록 상기 오버헤드들 부분을 부분적으로 응축하는 단계; 및
생성물 부텐 부분을 형성하도록 상기 부텐들을 포함하는 상기 증기 부분을 응축하는 단계를 포함하는 2단의 응축 공정으로 상기 오버헤드들 부분을 응축하는 단계를 포함하는 분리 공정.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스트리퍼 오버헤드들 부분은 중량으로 10ppm 미만의 솔벤트를 포함하는 분리 공정.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스트리퍼 오버헤드들 부분은 중량으로 5ppm 미만의 솔벤트를 포함하는 분리 공정.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 생성물 부탄 부분은 중량으로 1ppm 미만의 솔벤트를 포함하는 분리 공정.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스트리퍼로부터 액체측 드로우(liquid side draw)를 빼내는(withdrawing) 단계;
상기 스트리퍼로부터 최하부들 부분으로서 회수된 상기 린 솔벤트 혼합물과의 제1 열 교환기에서의 간접 열 교환에 의해 상기 액체측 드로우를 적어도 부분적으로 기화시키는 단계; 및
상기 적어도 부분적으로 기화된 측 드로우를 상기 스트리퍼로 복귀시키는 단계
를 더 포함하는 분리 공정.
제10항에 있어서,
상기 제1 열 교환기로부터 부분적으로 냉각된 린 솔벤트 혼합물을 회수하는 단계; 및
(a) 상기 추출 증류 컬럼으로부터의 최하부들 부분으로서의 농축 솔벤트 부분 및 (b) 상기 추출 증류 컬럼으로부터의 하나 이상의 액체측 드로우 중 적어도 하나를 상기 적어도 부분적으로 냉각된 린 솔벤트 혼합물과 제2 열 교환기에서의 간접 열 교환을 통해서 접촉시키는 단계
를 더 포함하는 분리 공정.
제10항 또는 제11항에 있어서,
상기 제1 열 교환기 및 상기 제2 열 교환기 중 적어도 하나는 일회 통과(once-thru) 기화식 교환기인 분리 공정.
제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접촉하는 단계 전에 상기 탄화수소 혼합물을 적어도 부분적으로 기화시키도록 상기 탄화수소 혼합물과 간접 열 교환을 통해서 상기 제1 열 교환기 및 상기 제2 열 교환기 중 적어도 하나로부터 회수된 부분적으로 냉각된 린 솔벤트 혼합물을 접촉시키는 단계를 더 포함하는 분리 공정.
극성 솔벤트를 사용하는 추출 증류에 의해 부텐들 및 부탄들을 분리하기 위한 시스템으로서,
물 및 하나 이상의 극성 솔벤트를 포함하는 린 솔벤트 혼합물과 부탄들 및 부텐들을 포함하는 탄화수소 혼합물을 접촉시켜서 최하부들 부분으로서의 상기 부텐들 및 솔벤트(들)를 포함하는 농축 솔벤트 부분을 회수하고 상기 부탄들을 포함하는 오버헤드들 부분을 회수하기 위한 추출 증류 컬럼;
상기 최하부들 부분을 분리하고 부텐들 및 물을 포함하는 오버헤드들 부분 및 상기 린 솔벤트 혼합물을 포함하는 최하부들 부분을 회수하도록 하부 스트리핑부 및 상부 세척부를 포함하는 스트리퍼;
상기 오버헤드들 부분을 응축시켜 물 부분 및 생성물 부텐들 부분을 형성하기 위한 스트리퍼 오버헤드들 시스템;
환류로서의 물을 상기 스트리퍼 세정부의 최상부에 공급하기 위한 흐름 도관(flow conduit); 및
제2 환류로서 상기 스트리퍼 세정부의 최상부 및 최하부 중간에 상기 응축수 부분의 적어도 일부분을 공급하기 위한 흐름 도관
을 포함하는 분리 시스템.
제14항에 있어서,
상기 추출 증류 컬럼의 상류에 있는 탄화수소 혼합물을 기화하기 위한 공급 기화 시스템을 더 포함하는 분리 시스템.
제14항 또는 제15항에 있어서,
상기 스트리핑부 상부 및 상기 세정부 하부의 위치에서 상기 최하부들 부분을 상기 스트리퍼에 공급하기 위한 흐름 도관을 더 포함하는 분리 시스템.
제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스트리퍼 오버헤드들 시스템은,
상기 응축수 부분으로서의 상기 물을 응축하고 회수하며 상기 부텐들을 포함하는 증기 부분을 회수하도록 상기 오버헤드들 부분을 부분적으로 응축하기 위한 제1 응축기; 및
상기 생성물 부탄 부분을 형성하도록 상기 부텐들을 포함하는 상기 증기 부분을 응축하기 위한 제2 응축기
를 포함하는 2단 응축 시스템을 포함하는 분리 시스템.
제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스트리퍼로부터 액체측 드로우를 빼내기 위한 흐름 도관;
상기 스트리퍼로부터 최하부들 부분으로서 회수된 린 솔벤트 혼합물과 간접 열 교환에 의해 상기 액체측 드로우를 적어도 부분적으로 기화시키기 위한 제1 열 교환기; 및
상기 적어도 부분적으로 기화된 측의 드로우를 상기 스트리퍼로 복귀시키기 위한 흐름 도관
을 더 포함하는 분리 시스템.
제18항에 있어서,
상기 제1 열 교환기로부터 부분적으로 냉각된 린 솔벤트 혼합물을 회수하기 위한 흐름 도관; 및
(a) 상기 추출 증류 컬럼으로부터의 최하부들 부분으로서의 농축 솔벤트 부분 및 (b) 상기 추출 증류 컬럼으로부터의 하나 이상의 액체측 드로우 중 적어도 하나를 상기 부분적으로 냉각된 린 솔벤트 혼합물과 간접 열 교환에 의해 접촉시키기 위한 하나 이상의 제2 열 교환기
를 더 포함하는 분리 시스템.
제18항 또는 제19항에 있어서,
상기 제1 열 교환기 및 상기 하나 이상의 제2 열 교환기 중 적어도 하나는 일회 통과 기화식 교환기인 분리 시스템.
제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 탄화수소 혼합물을 적어도 부분적으로 기화시키도록 상기 탄화수소 혼합물과 간접 열 교환을 통해서 상기 제1 열 교환기 및 상기 제2 열 교환기 중 적어도 하나로부터 회수된 부분적으로 냉각된 린 솔벤트 혼합물을 접촉시키기 위한 제3 열 교환기를 더 포함하는 분리 시스템.