KR20170089414A

KR20170089414A - 열 통합형 증류탑에서 열교환 듀티를 조절하는 방법

Info

Publication number: KR20170089414A
Application number: KR1020170010659A
Authority: KR
Inventors: 다카토 나카오; 도시히로 와카바야시; 고우이치 다치카와
Original assignee: 토요엔지니어링 카부시키가이샤
Priority date: 2016-01-26
Filing date: 2017-01-23
Publication date: 2017-08-03
Also published as: EP3199216A1; CN106994260B; KR102513055B1; US10265640B2; JP6566876B2; US20170209806A1; EP3199216B1; JP2017131813A; CN106994260A

Abstract

내부 열교환 듀티는 HIDiC 의 에너지 절약 성능을 악화시키지 않으면서 유연하게 조절될 수 있다. 고압 (HP) 탑 및 저압 (LP) 탑; LP 탑의 오버헤드 증기를 가압하기 위한 압축기; (압축기 출구 증기의 일부로부터 LP 탑으로 열을 전달하는) 열교환 구조를 통하여 압축기로부터 HP 탑의 탑 바닥으로 압축기 출구 증기의 일부를 향하게 하기 위한 제 1 라인; 압축기로부터 HP 탑의 탑 바닥으로 압축기 출구 증기의 나머지를 향하게 하기 위한 제 2 라인으로서, 상기 라인은 열교환 구조를 바이패스하는, 상기 제 2 라인; 및 HP 탑의 탑 바닥 액체를 LP 탑의 탑 상단으로 향하게 하기 위한 제 3 라인을 포함하는 HIDiC 의 열교환 구조에서 열교환 듀티를 조절하는 방법이 제공되고, 상기 방법은 상기 열교환 구조에서 상기 열교환 구조에 공급된 증기의 상기 일부를 완전히 응축시키는 단계, 및 상기 제 1 라인 및 상기 제 2 라인의 증기-유동부에 제어 밸브를 제공하지 않으면서, 상기 제 1 라인에 상기 열교환 구조의 하류에 액체 제어 밸브를 제공하는 단계, 및 응축물의 액체 헤드를 사용함으로써, 그리고/또는 펌프에 의해 가압을 이용함으로써 상기 제어 밸브에 필요한 압력 손실을 보상하면서, 상기 제어 밸브를 사용함으로써 상기 열교환 구조에 유입되는 상기 압축기 출구 증기의 상기 일부의 유량을 조절하는 단계를 포함한다.

Description

열 통합형 증류탑에서 열교환 듀티를 조절하는 방법{METHOD OF ADJUSTING DUTY OF HEAT EXCHANGE IN HEAT INTEGRATED DISTILLATION COLUMN}

본원은 2016 년 1 월 26 일에 출원된 일본 특허 출원 제 2016-012224 호의 우선권 혜택을 기반으로 하여 주장하고, 상기 출원의 개시 내용은 본원에 전부 참조로 원용된다.

본 발명은 열 통합형 증류탑 (이하 간혹 "HIDiC" 로 지칭됨) 에서 내부 열교환의 듀티를 조절하는 방법에 관한 것이다.

증류에 의한 분리 작동이 일반적인 산업 프로세스들에서 널리 사용되지만, 그것은 대단히 많은 양의 에너지를 소비하는 단위 작동이다. 따라서, 에너지 소비를 감소시킬 수 있는 증류 장치들은 산업계에서 연구되었다. 이러한 연구를 통하여, HIDiC 는 에너지 절약 성능이 우수한 증류 장치로서 개발되었다 (WO2011/043199, JP08-66601A 및 JP2004-16928A).

일반적인 증류탑에서, 스트리핑 섹션 (공급 원료 공급 스테이지 아래 섹션) 의 온도는 정류 섹션 (공급 원료 공급 스테이지 위 섹션) 의 온도보다 높다. HIDiC 의 기본 개념에 따르면, 정류 섹션의 온도는 압축기에 의한 가스 압축을 사용함으로써 스트리핑 섹션의 온도보다 높게 되고, 열은 열교환 ("내부 열교환" 으로 지칭) 을 통하여 정류 섹션으로부터 스트리핑 섹션으로 전달된다. 이런 식으로, 리보일러에서 열 입력과 응축기에서 열 제거는 감소될 수 있고 (내부 열교환은 열 입력과 열 제거의 적어도 일부를 대체하고), 결과적으로, 극히 높은 에너지 효율성을 가지는 증류 장치를 얻을 수 있다.

JP2013-208561A (특히, 도 7 및 도 8) 는, 저압 탑의 탑 바닥에 매우 가까운 스테이지에 제공되는 열교환기로 압축기 출구 증기를 통과시킴으로써 내부 열교환이 수행되고, 그리하여 열은 압축기 출구 증기로부터 저압 탑의 이 스테이지로 전달되는 것을 개시한다.

내부 열교환의 열원으로서 압축기 출구 증기를 사용하는 방법은, 내부 열교환에 필요한 유체 전달이 단순한 장치 구성으로 효율적으로 수행될 수 있다는 점에서 유리하다. JP2013-208561A 의 도 7 및 도 8 에 도시된 내부 열교환 방법은 이런 장점을 가지고 있다.

발명자들은 위에서 언급한 바와 같은 이러한 내부 열교환 방법을 연구하였고, 상기 방법은 여기에서 도 2 를 참조하여 설명될 것이다. 이 도면에 도시된 HIDiC 는 고압 탑 (1) 및 저압 탑 (2) 을 가지고 있다. 도면들에서, "HP" 및 "LP" 는, 각각, "고압" 및 "저압" 을 의미하는 점에 주목한다. 공급 원료는 라인 (L1) 을 통하여 저압 탑의 중간 스테이지 (탑 바닥 이외의 부분) 로 공급된다. 리보일러로서 기능을 하는 열교환 구조 (3) 는 저압 탑의 탑 바닥에 제공된다.

저압 탑의 오버헤드 증기 (라인 (L2)) 는 압축기 (4) 로 공급되고, 가압되고, 동시에, 온도가 증가된다. 압축기 출구 증기 (라인 (L3)) 는 열교환 구조 (3) 로 보내지고 열교환 구조 (3) 에서 리보일러의 열원으로서 사용된다. 따라서, 열은 압축기 출구 증기 (라인 (L3)) 로부터 저압 탑의 탑 바닥으로 전달된다. 그리하여, 내부 열교환이 설정된다. 리보일러의 열원에 사용된 유체는 라인 (L5) 을 통하여 열교환 구조 (3) 로부터 고압 탑의 탑 바닥으로 보내진다.

HIDiC 의 작동 중 내부 열교환에서 열교환 듀티를 조절하는 것이 간혹 바람직하다. 하지만, 위에서 언급한 바와 같은 내부 열교환 방법에서는, 열교환 듀티 (열교환 구조 (3) 에서 열교환 듀티) 를 유연하게 조절할 수 없다.

발명자들은, 내부 열교환 듀티를 유연하게 조절할 수 있는 방법과 관련하여 도 3 에 도시된 HIDiC 를 연구하였다. 이 HIDiC 는 압축기 출구 라인 (L3) 으로부터 나누어지는 라인들, 즉, 고압 탑의 탑 바닥 섹션에 도달하도록 열교환 구조 (3) 를 통과하는 라인 (라인들 (L4, L5)), 및 열교환 구조 (3) 를 바이패스하는 바이패스 라인 (L6) 을 갖는다. HIDiC 는 라인들 (L5, L6) 에 각각 제어 밸브들 (11, 12) 을 갖는다.

일반적으로, 1 개의 라인 (L3) 이 바이패스 라인 (L6) 을 제공하도록 갈라지고 양 라인들 사이 유동 분배가 조절될 때, 제어 밸브들 (11, 12) 은 원 라인 (L4, L5) 및 바이패스 라인 (L6) 에 제공된다. 제어 밸브는 제어 밸브를 통하여 유동하고 있는 유체에 압력 손실을 부여하는 기기이다. 제어 밸브는, 밸브 개방 위치 및 제어 밸브의 상류와 하류의 압력 차이에 의존하는 비율로, 밸브 개방 위치가 조절될 때, 유체를 통과시킬 수 있는 특징을 가지고 있다. 제어 밸브의 이런 특징으로 인해, 시스템이 작동의 유연성과 안정성을 유지하기에 충분한 압력 손실이 일반적으로 제어 밸브를 통하여 적용된다. 밸브가 2 개의 라인들 중 단 하나에만 제공된다면, 제어 밸브에서 충분한 압력 손실을 얻는 것이 어려울 것이다. 따라서, 제어 밸브들은 일반적으로 양 라인들에 설치된다. 제어 밸브들을 양 라인들에 설치함으로써, 충분한 압력 손실이 이 라인들 양자에 대해 보장될 수 있고, 이것은 시스템에서 압력 밸런스가 임의의 유동 분배로 설정될 수 있도록 허용하고 유연한 유동 분배가 실현될 수 있도록 한다.

도 3 에 도시된 프로세스의 경우에, 제어 밸브들 (11, 12) 을 사용함으로써, 압축기 출구 증기 중에서 열교환 구조 (3) 에 유입되는 부분의 유량 (환언하면, 라인들 (L4, L5) 을 통과하는 유체의 유량) 및 압축기 출구 증기 중에서 열교환 구조를 바이패스하는 부분 (L6) 의 유량을 조절할 수 있다. 압축기 출구 증기 중에서 열교환 구조 (3) 에 유입되는 부분의 유량은 열교환 구조 (3) 에서 내부 열교환 듀티에 영향을 미치고, 제어 밸브들을 사용하여 이 유체의 유량을 증가시키거나 감소시킴으로써, 열교환 구조 (3) 에서 내부 열교환 듀티는 유연하게 조절될 수 있다.

이 경우에, 압축기에 의해 가압된 증기는 제어 밸브들에 의해 감압되고, 그 후 고압 탑 (1) 으로 도입된다. 고압 탑 (1) 의 작동 압력은 다음에 따라 설정된다: 구현될 내부 열교환 (예를 들어, 만약에 있다면, 내부 열교환을 위해 압축기 출구 증기를 사용하는 내부 열교환 구조 (3) 로서 도시된 실시형태와 다른 내부 열교환) 을 실현하는데 필요한 온도 차이; 열 제거를 필요로 하는 부분에 사용될 수 있는 냉각 매체의 온도; 오버헤드 가스를 인출하기 위한 압력에 대한 제약들 등. 한편, 압축기의 토출압은 다음 조건들을 충족하기 위해서 설정된다: 토출압은 전술한 접근법에 따라 설정된 압력에서 작동되고 있는 고압 탑 (1) 으로 압축 증기를 공급시킬 수 있는 압력과 같거나 높아야 하고; 동시에, 토출압은 가압에 의해 유발되는 온도 증가의 결과로서 열을 압축기 출구 증기로부터 저압 탑으로 전달할 수 있는 압력과 같거나 높아야 한다. 이것은, 이런 2 가지 조건 중에서, 고압을 요구하는 한 가지 조건이 충족되도록 압축기의 토출압이 결정되는 것을 의미한다. 하지만, 전자의 조건이 충족되도록, 즉 압축 증기가 고압 탑 (1) 으로 공급될 수 있도록 압축기의 토출압이 종종 결정된다. 이 경우에, 제어 밸브에서 발생된 압력 손실은 압축기를 사용한 가압에 의해 보상되어야 한다.

그러므로, 전술한 바와 같은 이러한 경우에, 열교환 구조 (3) 에서 열교환 듀티를 조절가능하게 하도록 바이패스 라인 (L6) 및 제어 밸브들 (11, 12) 이 제공될 때, 압축기에 요구되는 동력은 제어 밸브들에서 압력 손실을 보상하도록 증가되어야 하고, 이것은 HIDiC 의 에너지 절약 성능을 악화시킨다.

본 발명의 목적은 내부 열교환의 듀티를 조절하는 방법을 제공하는 것으로, 상기 방법은 HIDiC 의 에너지 절약 성능을 높이 유지하면서 내부 열교환의 듀티를 유연하게 조절할 수 있다.

본 발명의 양태에 따르면, 열 통합형 증류탑에서 열교환 듀티를 조절하는 방법이 제공되고,

상기 열 통합형 (heat intergrated) 증류탑은:

상대적으로 높은 압력에서 증기-액체 접촉을 수행하도록 구성된 고압 탑;

상대적으로 낮은 압력에서 증기-액체 접촉을 수행하도록 구성된 저압 탑;

상기 저압 탑의 오버헤드 증기를 가압하도록 구성된 압축기;

열교환 구조를 통하여 상기 압축기로부터 상기 고압 탑의 탑 바닥으로 압축기 출구 증기의 일부를 향하게 하기 위한 제 1 라인으로서, 상기 열교환 구조는 압축기 출구 증기의 상기 일부로부터 상기 저압 탑으로 열을 전달하도록 구성되는, 상기 제 1 라인;

상기 압축기로부터 상기 고압 탑의 탑 바닥으로 상기 압축기 출구 증기의 나머지를 향하게 하기 위한 제 2 라인으로서, 상기 제 2 라인은 상기 열교환 구조를 바이패스하는, 상기 제 2 라인; 및

상기 고압 탑의 탑 바닥 액체를 상기 저압 탑의 탑 상단으로 향하게 하기 위한 제 3 라인을 포함하고,

방법은 상기 열교환 구조에서 열교환 듀티를 조절하기 위한 것이고,

상기 방법은:

i) 상기 열교환 구조에서 상기 열교환 구조에 공급된 압축기 출구 증기의 상기 일부를 완전히 응축시키는 단계; 및

ⅱ) 상기 제 1 라인 및 상기 제 2 라인의 증기-유동부에 제어 밸브를 제공하지 않으면서, 상기 제 1 라인에서 상기 열교환 구조의 하류에 액체 제어 밸브를 제공하는 단계, 및

상기 응축시키는 단계를 통하여 획득된 응축물의 액체 헤드를 사용함으로써 그리고/또는 펌프에 의한 상기 응축물의 가압을 이용함으로써 상기 액체 제어 밸브에 필요한 압력 손실을 보상하면서, 상기 액체 제어 밸브를 사용함으로써 상기 열교환 구조에 유입되는 상기 압축기 출구 증기의 상기 일부의 유량을 조절하는 단계를 포함한다.

상기 방법은 응축물 포트 (pot) 를 사용함으로써 증기가 상기 액체 제어 밸브를 통과하는 것을 방지하거나 또는 상기 열교환 구조에서 응축된 액체의 액체 레벨 변동을 완화 (buffer) 하는 단계를 포함할 수도 있다.

본 발명에 따르면, 내부 열교환의 듀티를 조절하는 방법을 제공하는 것으로, 상기 방법은 HIDiC 의 에너지 절약 성능을 높이 유지하면서 내부 열교환의 듀티를 유연하게 조절할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 방법을 구현하는데 바람직하게 사용될 수도 있는 HIDiC 의 구성을 도시한 개념도이다.
도 2 는 발명자들이 연구한 HIDiC 의 구성을 보여주는 개념도이다.
도 3 은 발명자들이 연구한 HIDiC 의 다른 구성을 보여주는 개념도이다.
도 4 는 열교환 구조의 상세한 실시예를 도시한 개략도이다.
도 5 는 본 발명의 방법을 구현하는데 바람직하게 사용될 수도 있는 다른 HIDiC 의 구성을 설명하기 위한 부분 개념도이다.
도 6 은 응축물 포트의 실시예를 설명하기 위한 개념도이다.
도 7 은 본 발명의 방법을 구현하기 위해 바람직한 또다른 HIDiC 의 구성을 설명하기 위한 부분 개념도이다.
도 8 은 본 발명의 방법을 구현하기 위해 바람직한 또다른 HIDiC 의 구성을 설명하기 위한 부분 개념도이다.

본 발명의 실시형태들은 이하 도면들을 참조하여 설명되지만, 본 발명은 실시형태들에 제한되지 않는다. 본 발명은 이하 도 3 에 도시된 장치와 비교해 적절히 설명된다. 도 3 에 도시된 장치는 참고로 발명자들이 연구한 장치이고, 도 3 에 도시된 장치는 발명자들이 알고 있는 한 공지되지 않았음에 주목해야 한다. 용어 "액체 헤드" 는 액체의 포텐셜 헤드를 의미한다.

[증류 장치 (HIDiC) 의 기본 구성]

본 발명을 구현하는데 바람직하게 사용될 수 있는 증류 장치는 다음 요소들 (도 1 참조): 고압 탑 (1); 저압 탑 (2); 압축기 (4); 제 1 라인 (라인들 (L3, L4 및 L5)); 제 2 라인 (라인들 (L3, L6)); 및 제 3 라인 (L14) 을 포함한다. 저압 탑의 오버헤드 증기는 라인 (L2) 을 통하여 압축기 (4) 로 도입된다.

도 1 에 도시된 증류 장치는 HIDiC 를 구성한다. 본 발명은 이러한 증류 장치의 열교환 구조 (3) 에서 열교환 듀티를 조절하는 방법에 관한 것이다. 방법은 다음 단계들을 포함한다:

i) 열교환 구조 (3) 에서 열교환 구조 (3) 로 공급된 압축기 출구 증기의 일부를 완전히 응축시키는 단계; 및

ⅱ) 제 1 라인 및 제 2 라인의 증기-유동부에 제어 밸브를 제공하지 않으면서, 제 1 라인에서 열교환 구조 (3) 의 하류에 액체 제어 밸브 (11) 를 제공하는 단계, 및

응축시키는 단계 (열교환 구조 (3) 에서 전 응축) 를 통하여 획득된 응축물의 액체 헤드를 사용함으로써, 또는 펌프에 의한 응축물의 가압을 사용함으로써, 또는 이 액체 헤드 및 펌프에 의한 응축물의 가압을 모두 사용함으로써 액체 제어 밸브 (11) 에 필요한 압력 손실을 보상하면서, 액체 제어 밸브를 사용함으로써 열교환 구조 (3) 에 유입되는 압축기 출구 증기의 일부의 유량 (라인 (4) 에서 유량) 을 조절하는 단계.

[고압 탑, 저압 탑 및 압축기]

증기-액체 접촉이 고압 탑 (1) 과 저압 탑 (2) 각각에서 수행되는 동안, 증기-액체 접촉은 저압 탑 (2) 에서보다 상대적으로 높은 압력으로 고압 탑 (1) 에서 수행된다. 저압 탑의 오버헤드 증기는 압축기에 의해 가압되고, 그 후, 결국 고압 탑의 탑 바닥으로 공급된다. 그러므로, 압축기 (4) 로, 고압 탑이 저압 탑보다 높은 압력을 가질 수 있다.

압축기에서 가압은, 압축 증기가 미리 정해진 압력에서 작동되는 고압 탑 (1) 으로 공급되거나 이보다 훨씬 더 높은 정도로 수행될 수 있도록, 또한 가압으로부터 유발되는 온도 상승이 열을 압축기 출구 증기로부터 저압 탑으로 전달시킬 수 있거나 이보다 훨씬 더 높은 정도로 수행될 수 있도록 수행된다. 고압 탑 (1) 의 작동 압력은 다음을 기반으로 결정된다: 구현될 내부 열교환을 실현하는데 필요한 온도 차이 (예를 들어, 만약에 있다면, 내부 열교환을 위해 압축기 출구 증기를 사용하는 내부 열교환 구조 (3) 로서 도시된 실시형태와 상이한 내부 열교환); 열 제거를 필요로 하는 부분에 사용될 수 있는 냉각 매체의 온도; 오버헤드 가스를 인출하기 위한 압력에 대한 제약 등.

종래의 증류탑 (단일 탑으로 구성된 증류탑) 과 유사하게, 트레이들 또는 패킹은 증기-액체 접촉을 촉진하도록 고압 탑과 저압 탑 각각의 내부에 배치될 수도 있다.

[제 1 라인과 제 2 라인 및 열교환 구조]

제 1 라인은 열교환 구조 (3) 를 통하여 압축기로부터 고압 탑 (1) 의 탑 바닥으로 압축기 출구 증기의 일부를 향하게 한다 (라인들 (L3, L4, L5)). 제 2 라인은 압축기로부터 고압 탑의 탑 바닥으로 압축기 출구 증기의 나머지를 향하게 하여서, 열교환 구조 (3) 를 바이패스한다 (라인들 (L3, L6)). 도 1 에서, 라인 (L3) 은 제 1 라인 및 제 2 라인에 의해 공유된다. 또한, 제 1 라인 및 제 2 라인은 그것의 종점들로서 고압 탑 (1) 의 탑 바닥을 공유한다. 즉, 양 라인들의 개시점들에서 압력들은 동일하고, 그것의 종점들에서 압력들도 대략 동일하다. 제 1 라인 및 제 2 라인 중 어느 하나 또는 양자가 고압 탑 (1) 의 탑 바닥에서 액체 레벨보다 낮은 레벨에 연결될 때, 양 라인들의 종점들에서 압력들은 고압 탑의 탑 바닥 액체의 액체 헤드에 의해 유발되는 압력 양만큼 서로 상이하다는 점에 주목해야 한다. 제 1 라인 및 제 2 라인으에 유입되는 증기 유량의 분배는 양 라인들의 개시점들과 종점들에서 압력 조건을 충족하는 압력 밸런스에 의해 결정된다. 도 1 에서, 고압 탑에 대한 라인 (L6) 의 연결 위치는 고압 탑에 대한 라인 (L5) 의 연결 위치보다 높은 레벨에 있다. 하지만, 양 라인들이 고압 탑의 바닥 섹션에 연결된다면, 이 연결 위치들 중 어느 하나는 다른 연결 위치보다 높을 수도 있다. 대안적으로, 고압 탑에 대한 이 라인들의 연결 위치들은 동일한 레벨에 있을 수도 있다.

열교환 구조 (3) 는 간접 열교환을 통하여 압축기 출구 증기의 일부 (라인 (L4) 을 통하여 열교환 구조 (3) 로 공급된 부분) 로부터 저압 탑으로 열을 전달한다. 도 1 은 열 전달 목적지가 저압 탑의 리보일러 스테이지임을 보여준다. 그러나 다른 옵션들이 가능할 수도 있고, 열이 저압 탑에서 임의의 스테이지에 전달될 수도 있다.

[제 3 라인 및 기타]

제 3 라인 (L14) 은 고압 탑의 탑 바닥 액체를 저압 탑의 탑 상단으로 향하게 한다. 이 액체 전달은 고압 탑과 저압 탑 사이 압력 차이에 의해 실현될 수도 있다. 하지만 액체 전달이 단지 이 압력 차이에 의해서만 실현될 수 없을 때, 펌프가 적절히 사용될 수도 있다.

HIDiC 는 응축기 (5) 를 장착할 수도 있다. 고압 탑 (1) 의 오버헤드 가스는 냉각되도록 라인 (L11) 을 통하여 오버헤드 응축기로 공급되고, 그것의 적어도 일부가 응축된다. 이렇게 획득된 유체의 일부는 라인 (L12) 을 통하여 고압 탑으로 환류되고, 유체의 나머지는 L13 을 통하여 HIDiC 의 증류액으로서 토출된다. 오버헤드 응축기에서 냉각 매체로서, 적절한 유체가 작동 조건에 따라 적용가능한 냉각 매체들에서 선택될 수 있다.

게다가, 도 1 에 도시되지 않았지만, HIDiC 는, 필요하다면, 저압 탑에서 적절한 외부 가열 매체로 가열되는 리보일러를 장착할 수도 있다.

[열교환 듀티 조절 방법]

라인 (L4) 을 통하여 열교환 구조 (3) 로 공급된 압축기 출구 증기의 일부는 열교환 구조 (3) 에서 완전히 응축된다. 이를 위해, 열교환 구조가 응축 작동에 대해 추정된 최대 열교환 듀티를 달성하기 위해서 충분한 열교환 용량을 가질 수 있도록 열교환 구조는 설계될 수도 있다.

전 응축의 결과로서, 열교환 구조 (3) 의 출구로부터 고압 탑의 탑 바닥으로 라인 (L5) 에서 유동하는 유체는 액체이다. 액체 제어 밸브 (11) 는 액체 라인 (L5) 에 설치되고, 라인 (L5) 에서 유동하는 액체의 유량, 즉, 열교환 구조 (3) 에서 증기 응축 비율은 이 제어 밸브 (11) 를 사용해 조절된다. 그리하여, 열교환 구조 (3) 에서 열교환 듀티가 조절될 수 있다.

위에서 언급한 대로, 일반적으로, 시스템이 작동 유연성 및 안정성을 유지하기에 충분한 압력 손실은, 제어 밸브를 통해, 제어 밸브를 통과하는 유체에 적용되어야 한다. 본 발명에 따르면, 제어 밸브 등에 의해 바이패스 라인 (L6) 을 통과하는 증기에 과도한 압력 손실을 부여하지 않으면서, 제어 밸브 (11) 는 유연성 있는 작동 제어를 실현한다.

이를 실현하기 위해서, 액체 제어 밸브 (11) 에 필요한 압력 손실은 액체 라인 (L5) 내부에 축적되거나 액체 라인 (L5) 과 열교환 구조 (3) 내부에 축적된 응축물의 액체 헤드를 사용함으로써 보상되거나, 액체 라인 (L5) 에 설치된 펌프를 사용한 가압에 의해 보상된다. 그리하여, 제 1 라인과 제 2 라인 양자의 압력 밸런스는 의도된 유동 분배에서 동시에 충족될 수 있다. 액체 헤드 및 펌프를 이용한 가압이 모두 사용될 수도 있다. 이런 식으로, 제어 밸브 (11) 의 유연성 있는 제어에 필요한 충분한 압력 손실이 획득될 수 있다.

액체 헤드를 활용하기 위해서, 열교환 구조 (3) 는 고압 탑 (1) 에 대한 라인 (L5) 의 연결 포트보다 높고 고압 탑 (1) 에서 탑 바닥 액체의 액체 레벨보다 높은 위치에 배치된다.

펌프를 사용하는 경우에, 펌프는 열교환 구조 (3) 의 응축물 출구와 고압 탑 사이 라인 (L5) 에서 제공될 수 있다. 펌프를 이용한 액체 가압은 압축기를 이용한 가스의 가압보다 훨씬 더 적은 양의 동력을 소비한다.

가스의 포텐셜 헤드가 무시할 정도로 작다고 가정하면, 제 1 라인과 제 2 라인 양자의 압력 밸런스를 동시에 충족하기 위해서 액체 제어 밸브 (11) 에 필요한 압력 손실을 보상하도록, "제 1 라인에서 발생된 압력 손실" 로부터 "제 2 라인의 개시점과 종점 사이 압력 차이" 를 감산함으로써 계산된 압력 차이와 같은 압력 증가는 액체 헤드, 펌프를 이용한 가압에 의해 또는 액체 헤드와 펌프를 이용한 가압 양자에 의해 유발될 수 있다. 제 1 라인과 제 2 라인 중 어느 하나 또는 양자가 탑 바닥의 액체 레벨보다 낮은 레벨에서 고압 탑 (1) 에 연결될 때, 필요한 압력 증가는 고압 탑의 탑 바닥 액체의 액체 헤드에 의해 유발되는 압력 양만큼 달라질 것이고 따라서 이 변화가 고려되어야 한다는 점에 주목해야 한다.

여기에서, 도 4 를 사용하면, 라인 (L5) 에서 유동하는 액체 유량이 변화되는 경우에 열교환 구조에서 발생하는 현상이 설명될 것이다. 본원에서, 열교환 구조 (3) 의 예로서, 압축기 출구 증기의 일부가 쉘 측 (3a) 으로 유동하고 저압 탑으로부터 유체가 (튜브들에서) 튜브 측 (3b) 에 유동하는 쉘-튜브 열교환기를 사용해 설명될 것이다. 압축기 출구 증기의 이 일부는 라인 (L4) 을 통하여 쉘의 상부 섹션으로 공급되고, 냉각되고 튜브들에서 유동하는 저압 탑의 탑 바닥 액체에 의해 완전히 응축되고, 쉘의 하부 섹션으로부터 라인 (L5) 으로 토출된다. 쉘 측에서 증기를 응축하기 위해 효과적으로 작용하는 열 전달 면적은 쉘 측에서 액체에 침지되지 않은 튜브들의 부분 (즉, 액체 레벨 (3c) 위 부분) 의 표면적에 대응한다. "액체에 침지된 튜브들 부분의 표면적" 과 쉘 측에서 "액체에 침지되지 않은 튜브들 부분의 표면적" 사이 비는 열교환 구조에서 실현되는 총 열교환 듀티에 영향을 미친다. 액체 레벨이 쉘에서 낮은 위치에 있기 때문에, 즉, 응축을 위해 효과적으로 작용하는 열 전달 면적이 더 크기 때문에, 열교환 구조 (3) 에서 총 열교환 듀티가 증가하는 경향이 있다. 이것은, 쉘 측에서 증기를 응축하기 위해 효과적으로 작용하는 열 전달 표면의 열 전달 효율성 (단위 면적당 열교환율) 이 쉘 측이 응축물에 침지되는 부분의 열 전달 표면의 열 전달 효율성보다 크다는 특징으로부터 기인한다.

먼저, 임의의 정상 (steady) 상태 (초기 정상 상태) 로부터 액체 제어 밸브 (11) 의 밸브 개방 위치를 증가시킴으로써 라인 (L5) 에서 유동하는 액체 유량이 증가되는 경우가 설명될 것이다. 이 경우에, 쉘 측으로부터 액체의 토출률이 증가하고, 따라서, 쉘에서 액체 레벨은 낮아진다. 그러면, 응축을 위해 효과적으로 작용하는 열 전달 면적이 증가한다. 따라서, 열교환 구조 (3) 에서 열교환 듀티는 증가한다. 열교환 듀티가 증가할 때, 더 많은 증기가 응축된다. 그러므로, 쉘로부터 라인 (L5) 으로 토출될 액체 비율은 증가한다. 결과적으로, 라인 (L5) 이 초기 정상 상태보다 더 큰 유량을 가지는 다른 정상 상태로 천이가 달성될 수 있다. 한편, 액체 제어 밸브 (11) 의 밸브 개방 위치가 감소될 때, 상기 현상과 반대 현상이 발생한다.

환언하면, 라인 (L5) 에서 액체 유량은 액체 제어 밸브 (11) 에 의해 조절되고, 결과적으로, 열교환 구조에서 액체 레벨의 위치가 조절된다 (열교환 구조에서 액체가 완전히 응축되므로 액체 레벨은 열교환 구조에 존재한다). 액체 레벨의 위치에 따른 열교환 용량이 열교환 구조에서 발생되고, 결과적으로, 쉘 측에서 증기의 응축률과 내부 열교환 듀티가 조절된다. 압축기 출구 증기 중에서, 제 1 라인에서 유동의 유량 (L4 에서 유량) 과 제 2 라인에서 유동의 유량 (L6 에서 유량) 사이 유동 분배는 열교환 구조 (3) 에서 응축률에 의해 간접적으로 결정된다.

환언하면, 비교를 위해 도 3 에 도시된 장치에서, 제 1 라인 및 제 2 라인에서 유동하는 유체들의 유량들은 다음과 같이 조절될 수 있다. 여기에서, 제 1 라인 및 제 2 라인 (바이패스 라인) 에서 유동하는 유체의 총 유량은 다른 인자에 의해 결정되는 것으로 가정된다.

(1) 적절한 압력 손실은 바이패스 라인에 설치된 제어 밸브 (12) 에 의해 바이패스 라인 (제 2 라인) 에서 유동하는 유체에 부여된다. 환언하면, 제 1 라인과 제 2 라인 양자의 압력 밸런스가 의도된 유동 분배로 동시에 충족될 정도로 압력 손실이 바이패스 라인에 제공된다.

(2) 상기 항목 (1) 의 결과로서, 제 1 라인에서 유량은 제 1 라인에 설치된 제어 밸브 (11) 에 의해 조절될 수 있고, 따라서, 열교환 구조 (3) 에서 열교환 듀티가 조절될 수 있다.

(3) 상기 항목 (2) 의 결과로서, 바이패스 라인에서 유량은 간접적으로 결정된다.

그에 반해서, 본 발명에 따르면, 상기 항목 (1) 이 제거될 때 (즉, 제어 밸브 (12) 를 사용하지 않음), 열교환 구조 (3) 에서 열교환 듀티가 상기 항목 (2) 에서처럼 조절될 수 있고, 상기 항목 (3) 이 또한 실현될 수 있다. 다시 말해서, 본 발명에서, 제어 밸브 (11) 를 사용한 유연한 유동 분배를 실현하기 위한 방법으로서, 제 1 라인 및 제 2 라인의 압력 밸런스는, 제어 밸브 등을 통하여 제 2 라인에 압력 손실을 부여하지 않고, 그 대신 제 1 라인 등 내에 액체 헤드를 사용함으로써 동시에 충족된다.

전술한 대로, 제 2 라인에서 제어 밸브를 제공하지 않으면서, 액체 라인 (L5) 내부에 축적되거나 액체 라인 (L5) 과 열교환 구조 (3) 내부에 축적된 응축물의 액체 헤드를 사용함으로써, 또는 액체 라인 (L5) 에 설치된 펌프로 가압함으로써, 또는 유사한 방식에 의해 유연한 작동 제어가 제어 밸브 (11) 에 의해 실현된다. 그리하여, 열교환 구조 (3) 에서 열교환 듀티, 환언하면, HIDiC 에서 내부 열교환 듀티가 조절될 수 있다.

위에서 언급한 대로, 가스 제어 밸브는, 압축기 출구 증기를 고압 탑의 탑 바닥으로 향하게 하는 라인들, 즉 제 1 라인 및 제 2 라인에 제공되지 않는다. 환언하면, 제 1 라인 및 제 2 라인의 증기-유동부 (즉, 증기가 유동하는 부분) 에 설치된 어떠한 제어 밸브도 없다. 그러므로, 라인들 (L3, L4, L6), 즉, 제 1 라인의 압축기 (4) 와 열교환기 구조 (3) 사이 부분, 및 전체 제 2 라인에 제어 밸브가 제공되지 않는다. 제 2 라인 (L3, L6) 에서 제어 밸브는 필요하지 않다. 차단 밸브와 같은, 작동을 조절하도록 원래 의도되지 않은 밸브는 제 1 라인 및 제 2 라인의 증기-유동부에 설치될 수도 있는데, 왜냐하면 이러한 밸브는 정상 작동에서 거의 압력 손실을 발생시키지 않기 때문이라는 점에 주목해야 한다.

이런 식으로, 본 발명에 따르면, 바이패스 라인을 사용하면서, 가스 제어 밸브를 사용하지 않고, 단지 액체 제어 밸브만 사용함으로써 내부 열교환 듀티가 조절될 수 있다. 그러므로, 압축기를 이용한 가압에 의해 제어 밸브에서 발생된 압력 손실을 보상할 필요가 없고, 따라서 이런 점에서 HIDiC 의 에너지 절약 성능은 악화되지 않는다.

[응축물 포트]

전술한 대로, 도 4 를 참조하면, 임의의 정상 상태로부터 다른 정상 상태로 천이가 달성될 수 있다. 하지만, 열교환 구조에서 응축물이 일시적으로 고갈되거나, 예를 들어, 액체 제어 밸브 (11) 의 밸브 개방 위치가 매우 빠르게 변화되는 경우에 응축물이 일시적으로 열교환 구조로부터 유출될 가능성이 있을 수도 있다. 이러한 현상이 발생할 수 있을 때, 응축물의 체적은 응축물 포트를 사용함으로써 증가될 수도 있고, 결과적으로, 열교환 구조에서 액체 레벨의 변동은 위에서 언급한 대로 이러한 현상을 방지하기 위해서 완화될 수도 있다. 환언하면, 열교환 구조에서 응축된 액체의 액체 레벨의 변동 속도 및 변동 진폭이 감소될 수 있다.

도 5 및 도 6 을 사용해, 응축물 포트가 사용된 실시형태의 실시예가 설명될 것이다. 압축기 출구 라인 (L3) 은 라인들 (L4, L6) 로 나누어지고, 또한, L4 는 라인들 (L21, L22) 로 나누어진다. 라인 (L21) 은 응축물 포트 (6) 에 연결되고, 라인 (L22) 은 열교환 구조 (3) 에 연결된다. 열교환 구조 (3) 에서 응축된 액체는 라인 (L23) 을 통하여 응축물 포트 (6) 로 공급된다.

도 6 에 도시된 실시형태에서, 열교환 구조 (3) 에서 액체 레벨 (3c) 이 수직 방향으로 존재할 수 있는 전체 영역을 포함하도록 응축물 포트 (6) 가 제공된다. 예를 들어, 열교환 구조 (3) 의 쉘이 수직 방향으로 존재하는 전체 영역을 포함하도록 응축물 포트 (6) 가 제공될 수 있다. 열교환 구조의 일측 (도 6 에서 쉘 측) 은 라인들 (L21, L22, L23) 을 통하여 응축물 포트 (6) 와 연통한다. 그러므로, 동일한 높이에서 액체 레벨들은 열교환 구조의 상기 측 (도 6 에서 쉘 측) 과 응축물 포트에 형성된다.

위에서 언급한 대로, 열교환 구조 내부에서 발생된 응축물의 액체 레벨과 응축물 포트에서 액체 레벨은 서로 일치하여 이동하고, 그리하여 응축물 양의 증가나 감소 또는 토출된 응축물 양의 증가나 감소는 "액체 레벨의 변동으로 인한 열교환 구조 내부에서 액체 체적 양의 증가 또는 감소" 및 "액체 레벨의 변동으로 인한 응축물 포트 내부에서 액체 체적 양의 증가 또는 감소" 의 합계에 대응하는 것으로 말할 수 있다. 그러므로, 응축물 포트의 용량은 응축물의 양을 증가 또는 감소시키기 위해 또는 토출된 응축물의 양을 증가 또는 감소시키기 위해 사용될 수 있고, 그리하여, 액체 레벨의 변동 속도는 감소될 수 있고 전술한 바와 같은 현상은 방지될 수 있다.

또한, 열교환 구조보다 낮거나 열교환 구조 내부에서 액체 레벨보다 낮은 위치에 응축물 포트를 제공함으로써 응축물의 고갈이 증기를 액체 제어 밸브로 통과시키는 이러한 상황을 방지할 수 있다. 증기 또는 증기와 액체의 유체 혼합물이 액체 제어 밸브를 통과할 때, 열교환 구조에 유입되는 증기의 유량을 적절히 조절하기에 어려울 수도 있다. 이러한 목적을 위해 응축물 포트를 제공하는 경우에, 응축물 포트가 열교환 구조 내부에서 액체 레벨의 변동률에 영향을 미치지 않지만, 응축물 포트는 전술한 응축물 포트보다 작게 만들어질 수 있다. 게다가, 증기가 액체 제어 밸브를 통과하는 이러한 상황을 방지하는 수단으로서, 액체 레벨의 변동 속도가 더 작게 되는 것이 바람직하지 않은 경우에, 이런 종류의 응축물 포트가 이용될 수 있다. 응축물 포트가 열교환 구조 또는 열교환 구조 내부의 액체 레벨보다 낮은 위치에 제공될 때, 열교환 구조 내부에서 발생된 액체 레벨 (3c) 에 대응하는 액체 레벨은 도 6 의 라인 (L21) 내부에서 발생될 것이다.

도 5 에서, HIDiC 의 일부가 생략되고 도시되지 않았음에 주목해야 한다. 게다가, 탑 바닥 액체를 리보일러로 보내는 라인 (L8) 및 바닥물로서 탑 바닥 액체를 토출하는 라인 (L9) 은 별도로 저압 탑의 탑 바닥으로부터 인출된다 (도 1 에서 라인 (L7) 은 도 5 에 존재하지 않음).

[열교환 구조의 세부 사항]

도 1 에 도시된 실시형태에서, 열교환 구조 (3) 로서, 저압 탑 외부에 (그리고 고압 탑 외부에) 제공된 열교환기가 사용된다. 저압 탑의 탑 바닥 액체는 라인 (L7) 으로 인출된다. 액체의 일부는 가열되도록 라인 (L8) 을 통하여 열교환기로 공급되고, 바람직하게 부분적으로 또는 전부 기화되고, 저압 탑으로 복귀된다. 저압 탑의 탑 바닥 액체의 나머지는 라인 (L9) 을 통하여 바닥물로서 토출된다. 환언하면, 도 1 은 열교환 구조 (3) 가 HIDiC 의 리보일러로서 기능을 하는 실시예를 도시한다.

이러한 열교환 구조로서, 쉘-튜브 열교환기 및 플레이트 핀 열교환기와 같은 공지된 열교환기가 적절히 사용될 수 있다. 도 4 에서 압축기 출구 증기는 쉘 측에서 유동하면서, 압축기 출구 증기는 튜브 측에서 유동할 수도 있다.

대안적으로, 도 7 에 도시된 대로, U-튜브들을 이용한 튜브 번들 열교환기는 열교환 구조 (3) 를 구성하기 위해서 저압 탑의 탑 바닥 섹션의 내부로 삽입될 수도 있다. 튜브 번들 열교환기에서, U-튜브들은 수평으로 제공된다. 보다 높은 위치에 배치된 각각의 U 형 튜브의 일 단부가 라인 (L4) 에 연결되고, 낮은 위치에 배치된 타 단부는 라인 (L5) 에 연결된다. 압축기 출구 증기의 일부는 라인 (L4) 을 통하여 튜브 번들 열교환기에 유입되고, 완전히 응축되고, 라인 (L5) 을 통하여 토출된다.

[압축기 출구 증기로부터 열이 수용되는 위치]

도 1, 도 5 및 도 7 에 도시된 실시형태들에서, 열은 라인 (L4) 에서 압축기 출구 증기의 일부로부터 저압 탑 (2) 의 탑 바닥 섹션으로 전달된다. 하지만, 다른 옵션들이 가능할 수도 있고, 도 8 에 도시된 대로 열은 라인 (L4) 에서 압축기 출구 증기의 일부로부터 저압 탑의 중간 스테이지로 전달될 수도 있다. 압축기 출구 증기의 일부로부터 열이 수용되는 위치는 저압 탑의 임의의 스테이지일 수도 있다. 도 1 에 도시된 실시형태에서 분명한 것처럼, 본 발명에 관하여, 용어 "저압 탑" 은 리보일러 스테이지를 포함하는 것으로 이해되는 점에 주목해야 한다.

도 8 에 도시된 실시형태의 HIDiC 에서, 유체는 저압 탑의 중간 스테이지로부터 인출된다. 인출된 유체는 저압 탑 외부와 고압 탑 외부에 제공된 열교환기 (열교환 구조 (3)) 에서 가열되고, 저압 탑으로 복귀된다. 보다 상세히, 액체는 저압 탑의 중간 스테이지로부터 인출되고, 열교환 구조 (3) 에서 가열되고, 바람직하게 부분적으로 또는 전부 기화되고, 전술한 중간 스테이지 바로 아래 스테이지로 복귀될 수 있다. 대안적으로, 도 7 에 도시된 바와 같은 튜브 번들 열교환기는 저압 탑의 중간 스테이지로 삽입될 수도 있다.

[다른 열교환 구조들]

본 발명에서, HIDiC 는 압축기 출구 증기의 일부로부터 저압 탑으로 열을 전달하는 열교환 구조를 갖는다. 이 열교환 구조 이외에, HIDiC 는 HIDiC 의 구성으로서 본 기술분야에 공지된 다른 열교환 구조(들), 예를 들어, 열원으로서 압축기 출구 증기 대신에 고압 탑 (1) 에 함유된 유체를 사용하는 내부 열교환 구조를 포함할 수도 있다.

실시예들

[실시예 1]

열 및 질량 밸런스는 다음을 제외하고 도 1 에 도시된 구성을 가지는 HIDiC 에 대해 계산되었다:

- 열교환 구조는 도 8 에 도시된 실시형태에 따라 설치되었다. 즉, 유체는 저압 탑의 중간 스테이지로부터 인출되었고, 저압 탑 외부와 고압 탑 외부에 제공된 열교환기 (열교환 구조 (3)) 에서 가열되었고, 저압 탑으로 복귀되었다.

- 저압 탑은 탑 바닥 섹션에서 외부 가열 매체로 가열된 리보일러 (미도시) 를 장착하였다. 도 1 에 도시된 대로 리보일러로서 역할을 하는 열교환 구조 (3) 는 존재하지 않았다.

실시예 1 에서, 압축기의 토출압은, 압축 증기가 고압 탑 (1) 으로 공급될 수 있는 이러한 레벨로 설정되었다.

표 1 은 라인 (L1) 을 통하여 저압 탑 (2) 으로 공급된 공급 원료의 조건들을 보여준다. "C8" 은 "탄소 수가 8 개" 인 것을 의미하고, "C10⁺ 화합물" 은 10 개 이상의 탄소 수를 가지는 화합물들을 의미하는 점에 주목해야 한다. 압력은 절대 압력으로 나타낸다 (다른 표들에도 마찬가지이다).

생성물에 요구되는 사양은 표 2 에서 설명한 대로 설정되었다.

[비교예 1]

열 및 질량 밸런스는 HIDiC 가 아닌 통상의 증류탑, 환언하면, 오버헤드 응축기 및 리보일러를 장착한 단일 탑으로 이루어진 증류탑에 대해 계산되었고, 공급 원료 조건들 및 생성물 사양들은 실시예 1 의 것들과 동일하다.

[비교예 2]

열 및 질량 밸런스는 다음을 제외하고 도 3 에 도시된 구성을 가지는 HIDiC 에 대해 계산되었다:

이 실시예에서, 50 ㎪ 는 증기 바이패스 라인 (L6) 에서 가스 제어 밸브 (12) 에 의해 유발된 압력 손실로서 카운팅되었다. 그러므로, 비교예 2 에서 압축기 (4) 의 토출압은 실시예 1 에서 토출압보다 50 ㎪ 만큼 더 높도록 설정되었다. 이런 식으로, 가스 제어 밸브 (12) 가 바이패스 라인 (L6) 에 설치되고 압축기의 토출압이 50 ㎪ 만큼 더 높도록 설정되는 것을 제외하고는 비교예 2 에서 열 및 질량 밸런스는 실시예 1 에서의 것과 동일한 조건 하에 동일한 구성으로 계산되었다. 따라서, 압축기의 토출압 차이로부터 유도된 압축기 동력 차이는 실시예 1 과 비교예 1 에서 에너지 절약 성능의 인덱스들간 차이에 직접적인 영향을 미쳤다.

표 3 은 외부 냉각 매체에 의해 적용된 응축기 (5) 의 듀티, 외부 가열 매체에 의해 적용된 리보일러 (미도시) 의 듀티, 압축기 (4) 의 동력, 압축기 동력을 일차 에너지로 변환함으로써 획득된 변환값, 및 에너지 절약 성능 인덱스를 보여준다. 동력 발생 효율성이 36.6% 라고 가정하면, 일차 에너지로 변환값은 식 "(압축기 동력)/0.366" 으로부터 구하였다. 에너지 절약 성능의 인덱스는 다음 방정식으로부터 계산되었다. 에너지 절약 성능의 인덱스가 더 클수록, 에너지 절약 성능은 더 우수하다.

(에너지 절약 성능의 인덱스 [%]) = [1 - {(HIDiC 에서 외부 가열 매체에 의해 적용된 리보일러 듀티) + (일차 에너지로 압축기 동력의 변환값)}/(통상의 증류 작동에서 외부 가열 매체에 의해 적용된 리보일러 듀티)] x 100

여기에서 용어 "통상의 증류 작동에서 외부 가열 매체에 의해 적용된 리보일러 듀티" 는 비교예 1 에서 리보일러 듀티를 의미한다.

표 4 는 압축기 동력을 계산하기 위한 조건들의 세부 사항들을 보여준다.

비교예 2 에서, 압축기에 요구되는 동력은 가스 제어 밸브 (12) 에서 압력 손실에 의해 유발되는 실시예 1 보다 크다. 그러므로, 실시예 1 에서 에너지 절약 성능은 비교예 2 에서 에너지 절약 성능보다 더 우수하다.

1 고압 탑 (고압 섹션)
2 저압 탑 (저압 섹션)
3 열교환 구조
4 압축기
5 오버헤드 응축기
6 응축물 포트
11, 12 제어 밸브들

Claims

열 통합형 (heat intergrated) 증류탑에서 열교환 듀티를 조절하는 방법으로서,
상기 열 통합형 증류탑은:
상대적으로 높은 압력에서 증기-액체 접촉을 수행하도록 구성된 고압 탑;
상대적으로 낮은 압력에서 증기-액체 접촉을 수행하도록 구성된 저압 탑;
상기 저압 탑의 오버헤드 증기를 가압하도록 구성된 압축기;
열교환 구조를 통하여 상기 압축기로부터 상기 고압 탑의 탑 바닥으로 압축기 출구 증기의 일부를 향하게 하기 위한 제 1 라인으로서, 상기 열교환 구조는 압축기 출구 증기의 상기 일부로부터 상기 저압 탑으로 열을 전달하도록 구성되는, 상기 제 1 라인;
상기 압축기로부터 상기 고압 탑의 탑 바닥으로 상기 압축기 출구 증기의 나머지를 향하게 하기 위한 제 2 라인으로서, 상기 제 2 라인은 상기 열교환 구조를 바이패스하는, 상기 제 2 라인; 및
상기 고압 탑의 탑 바닥 액체를 상기 저압 탑의 탑 상단으로 향하게 하기 위한 제 3 라인을 포함하고,
상기 방법은 상기 열교환 구조에서 열교환 듀티를 조절하기 위한 것이고,
상기 방법은:
i) 상기 열교환 구조에서 상기 열교환 구조에 공급된 압축기 출구 증기의 상기 일부를 완전히 응축시키는 단계; 및
ⅱ) 상기 제 1 라인 및 상기 제 2 라인의 증기-유동부에 제어 밸브를 제공하지 않으면서, 상기 제 1 라인에서 상기 열교환 구조의 하류에 액체 제어 밸브를 제공하는 단계, 및
상기 응축시키는 단계를 통하여 획득된 응축물의 액체 헤드 (liquid head) 를 사용함으로써 그리고/또는 펌프에 의한 상기 응축물의 가압을 사용함으로써 상기 액체 제어 밸브에 필요한 압력 손실을 보상하면서, 상기 액체 제어 밸브를 사용함으로써 상기 열교환 구조에 유입되는 상기 압축기 출구 증기의 상기 일부의 유량을 조절하는 단계를 포함하는, 열 통합형 증류탑에서 열교환 듀티를 조절하는 방법.
제 1 항에 있어서,
응축물 포트 (pot) 를 사용함으로써 증기가 상기 액체 제어 밸브를 통과하는 것을 방지하거나, 또는 상기 열교환 구조에서 응축된 액체의 액체 레벨 변동을 완화 (buffer) 하는 단계를 더 포함하는, 열 통합형 증류탑에서 열교환 듀티를 조절하는 방법.