KR20190046831A - 에틸렌 제조 방법 및 화학 착물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 에탄을 포함하는 스트림을 증기 크래커 구조물의 일부인 증기 크래커 장치에서의 증기 크래킹 조건에 가하여, 미전환된 에탄, 에틸렌 및 수소를 포함하는 스트림을 생성하는 단계; 미전환된 에탄, 에틸렌 및 수소를 포함하는 스트림을 증기 크래커 구조물의 일부인 분리 장치로 공급하며, 상기 분리 장치에서의 상기 스트림을 수소를 포함하는 스트림 및 미전환된 에탄 및 에틸렌을 포함하는 스트림으로 분리하는 단계; 미전환된 에탄 및 에틸렌을 포함하는 스트림을 증기 크래커 구조물의 일부인 C2 분리 장치로 공급하며, 상기 C2 분리 장치에서의 상기 스트림을 에틸렌을 포함하는 스트림 및 미전환된 에탄을 포함하는 스트림으로 분리하는 단계; 선택적으로, C2 분리 장치로부터 나오는 미전환된 에탄을 포함하는 스트림으로부터 미전환된 에탄을 증기 크래커 장치로 재순환시키는 단계; 에탄을 포함하는 스트림을 ODH 구조물의 일부인 ODH 장치에서의 산화적 탈수소화 (ODH) 조건에 가하여, 미전환된 에탄, 에틸렌 및 물을 포함하는 스트림을 생성하는 단계; 미전환된 에탄, 에틸렌 및 물을 포함하는 스트림을 ODH 구조물의 일부인 물 응축 장치에 공급하고, 상기 스트림으로부터의 물을 물 응축 장치에서의 응축에 의해 제거하여, 미전환된 에탄 및 에틸렌을 포함하는 스트림을 생성하는 단계; 미전환된 에탄 및 에틸렌을 포함하는, ODH 구조물로부터 나오는 유출물을 증기 크래커 구조물로 공급하는 단계; 선택적으로, C2 분리 장치로부터 나오는 미전환된 에탄을 포함하는 스트림으로부터의 미전환된 에탄을 ODH 장치로 재순환시키는 단계를 포함하는, 에탄으로부터 에틸렌의 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 에틸렌 제조 방법을 수행하는데 적합한 화학 복합체에 관한 것이다.

Description

에틸렌 제조 방법 및 화학 착물
본 발명은 에탄으로부터의 에틸렌의 제조 방법 및 이러한 에틸렌 제조 방법을 수행하는데 적합한 화학 복합체에 관한 것이다.
열 흐름 하에 에탄 스트림을 에틸렌 및 수소를 포함하는 생성물 스트림으로 증기 크래킹함으로써 에틸렌을 제조하는 것이 공지되어 있다. 에틸렌이 추가로 유용한 화학적 중간체로 전환되는 임의의 후속 단계 이전에, 에틸렌 함유 생성물 스트림이 정제되어야 한다. 에틸렌 및 수소 이외에, 증기 크래커 생성물 스트림은 또한 아세틸렌 및 미전환된 에탄을 함유할 수 있다. 또한, 상기 생성물 스트림은 불순물로서 일부 일산화탄소 및 이산화탄소를 함유할 수 있다. 이산화탄소는 산소 (증기 크래커 장치로의 일부 소량의 공기 유입으로부터 생성됨)의 존재 하에 및/또는 탄화수소의 물-이동 반응에서 생성될 수 있다. 또한, 일산화탄소 및 이산화탄소는 공급물에서의 오염물질로서 존재할 수 있다. 또한, 상기 상기 생성물 스트림은 메탄 및 C3+ 탄화수소를 함유할 수 있고, 이 불순물은 일반적으로 비-촉매적, 비-선택적 전환 공정인 에탄의 증기 크래킹 과정에서 형성될 수 있다. 후자의 불순물은 또한 에탄 공급물 스트림으로부터 유래될 수 있다. 에틸렌 이외의 성분은 생성물 스트림으로부터 제거될 필요가 있고, 이는 이들이 에틸렌이 추가로 전환되는 임의의 후속 단계에서 방해가될 수 있기 때문이다.
일반적으로, 이산화탄소는 스트림을 이산화탄소 제거 장치에 통과시킴으로써 증기 크래커 생성물 스트림으로부터 제거되며, 여기서 이는 염기, 예를 들어 수산화나트륨의 수용액과 접촉된다 (가성 용액 세정). 수소 및 메탄은 극저온 증류에 의해 다른 성분으로부터 분리될 수 있다. 대안적으로, 수소 및 메탄은 생성물 스트림 중의 임의의 C3+ 탄화수소로부터 에틸렌, 임의의 미전환된 에탄 및 임의의 아세틸렌을 포함하는 C2 탄화수소와 함께 분리될 수 있다. C2 탄화수소는 이후 수소, 메탄 및 C2 탄화수소를 포함하는 생성된 스트림으로부터 분리될 필요가 있다. 아세틸렌은 이를 에틸렌으로의 수소화에 의해 제거될 수 있다. 마지막으로, 에탄은 에틸렌으로부터 분리되어야 하고, 이는 또한 증류에 의해 실시될 수 있다. 에틸렌 함유 증기 크래커 생성물 스트림으로부터 모든 이들 성분을 제거하여야 하는 것은 매우 부담스러운 것이며, 에틸렌의 제조를 위해 상대적으로 높은 비용을 야기한다. 예를 들어, 소위 "C2 스플리터" 칼럼 내에서의 극저온 증류에 의해 에틸렌으로부터 에탄을 분리하는 것이 공지되어 있다. 이러한 극저온 증류에서, 상대적으로 높은 압력 및 상대적으로 낮은 (극저온) 온도가 적용되어 에틸렌으로부터의 에탄의 분리를 실시한다.
이산화탄소 제거, (예를 들어, 증류에 의한) 성분의 분리 및 아세틸렌 수소화의 상기 기재된 기능을 수행하는 복수개의 장치를 포함할 수 있는 에탄 증기 크래커 구조물의 다운스트림 구간은, 최저 용량을 갖는 이 장치에 의해 결정되는 특정 용량을 가진다. 일반적으로, 증기 크래커 구조물에서의 다운스트림 구간의 업스트림에 있는 증기 크래커 장치의 용량은 다운스트림 구간의 더 높은 용량과 일치되지 않는 상황이 존재할 수 있다. 이러한 경우, 다운스트림 구간의 용량은 완전하게 이용되지 않으며, 이는 에탄으로부터 에틸렌의 제조를 위한 기술적으로 불리하며, 비효율적이며, 덜 적합한 공정을 야기한다.
에탄 증기 크래커 구조물에서의 다운스트림 구간의 업스트림에서의 증기 크래커 장치 (하나 이상의 노를 포함함)의 용량은 다운스트림 구간의 더 높은 용량과 일치하지 않은 상기 언급된 상황은 일반적으로 기존의 증기 크래커 구조물에서의 병목현상이 존재하는 경우에 또는 증기 크래커 구조물의 총 용량을 확장시키기 위한 의도가 존재하는 경우에 일어날 수 있다. 이는 증기 크래커 노가 이의 수명의 종료에 가까워 또는 종료시에 밀폐되는 경우를 수반할 수 있다. 또는, 이는 추가의 설계 마진 (증류탑의 과설계 또는 더 높은 용량의 내부의 설치) 및/또는 설계된 것보다 증기 크래커 노(들)의 더 낮은 성능으로 인하여 기존의 증기 크래커 구조의 후위 분리 구간에서의 잠재적 유휴 용량(spare capacity)을 이용하는 의도가 존재하는 경우를 수반할 수 있다. 후자는 또한 기존의 액체 증기 크래커 구조물을 가스 (에탄) 증기 크래커 구조물로 개선한 결과일 수 있다. 또한, 이는 1개 이상의 다수의 증기 크래커가 (유지를 위해 또는 임의의 다른 이유로) 종료되어야 하는 상황에 적용될 수 있다.
본 발명의 목적은 에탄으로부터 에틸렌을 제조하기 위한 방법을 제공하며, 이 방법은 기술적으로 유리하고, 효율적이고, 적합한 방법일 수 있고, 이 방법은 더욱 특히 증기 크래커 구조물의 다운스트림 구간의 업스트림에서의 증기 크래커 장치의 용량이 다운스트림 구간의 더 높은 용량과 일치하지 않는 상황에서 증기 크래커 구조물의 일부인 증기 크래커 장치에서 에탄의 에틸렌 및 수소로의 증기 크래킹을 수반한다. 이와 같은 기술적으로 유리한 방법은 바람직하게는 더 낮은 에너지 수요 및/또는 더 낮은 비용 지출을 야기할 것이다.
발명의 요약
놀랍게도, 상기 언급된 목적은 산화적 탈수소화 (ODH) 구조물로부터의 유출물을 증기 크래커 구조물로 공급함으로써 달성될 수 있고, 이에서 ODH 구조물 에탄이 에틸렌 및 물로의 산화적으로 탈수소화되며, 증기 크래커 구조물로 공급되는 ODH 구조물로부터 나오는 유출물은 미전환된 에탄 및 에틸렌을 포함한다.
따라서, 본 발명은 에탄으로부터 에틸렌의 제조 방법으로서,
에탄을 포함하는 스트림을 증기 크래커 구조물의 일부인 증기 크래커 장치에서의 증기 크래킹 조건에 가하여, 미전환된 에탄, 에틸렌 및 수소를 포함하는 스트림을 생성하는 단계;
미전환된 에탄, 에틸렌 및 수소를 포함하는 스트림을 증기 크래커 구조물의 일부인 분리 장치로 공급하며, 상기 분리 장치에서의 상기 스트림을 수소를 포함하는 스트림 및 미전환된 에탄 및 에틸렌을 포함하는 스트림으로 분리하는 단계;
미전환된 에탄 및 에틸렌을 포함하는 스트림을 증기 크래커 구조물의 일부인 C2 분리 장치로 공급하며, 상기 C2 분리 장치에서의 상기 스트림을 에틸렌을 포함하는 스트림 및 미전환된 에탄을 포함하는 스트림으로 분리하는 단계;
C2 분리 장치로부터 나오는 미전환된 에탄을 포함하는 스트림으로부터의 미전환된 에탄을 증기 크래커 장치로 임의로 재순환시키는 단계;
에탄을 포함하는 스트림을 ODH 구조물의 일부인 ODH 장치에서의 산화적 탈수소화 (ODH) 조건에 가하여, 미전환된 에탄, 에틸렌 및 물을 포함하는 스트림을 생성하는 단계;
미전환된 에탄, 에틸렌 및 물을 포함하는 스트림을 ODH 구조물의 일부인 물 응축 장치에 공급하고, 상기 스트림으로부터의 물을 물 응축 장치에서의 응축에 의해 제거하여 미전환된 에탄 및 에틸렌을 포함하는 스트림을 생성하는 단계;
미전환된 에탄 및 에틸렌을 포함하는 ODH 구조물로부터 나오는 유출물을 증기 크래커 구조물에 공급하는 단계;
C2 분리 장치로부터 나오는 미전환된 에탄을 포함하는 스트림으로부터의 미전환된 에탄을 ODH 장치로 임의로 재순환시키는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명은 증기 크래커 구조물 및 산화적 탈수소화 (ODH) 구조물을 포함하는 화학 복합체에 관한 것으로, 여기서
증기 크래커 구조물은 증기 크래커 장치, 이산화탄소 제거 장치, 임의의 건조 장치, 제1 분리 장치, 제2 분리 장치, 임의의 아세틸렌 수소화 장치 및 C2 분리 장치를 포함하며, 여기서 각 장치는 하나 이상의 공급 라인 및 하나 이상의 유출물 라인을 포함하며;
ODH 구조물은 ODH 장치, 물 응축 장치, 임의의 이산화탄소 제거 장치 및 임의의 건조 장치를 포함하며, 여기서 각 장치는 하나의 공급 라인 및 하나 이상의 유출물 라인을 포함하며;
ODH 구조물은 임의의 아세틸렌 수소화 장치의 업스트림 및 C2 분리 장치의 업스트림 위치에서 증기 크래커 구조물과 통합되며;
ODH 장치의 공급 라인은 증기 크래커 구조물의 장치의 공급 라인 또는 유출물 라인과 통합되지 않으며, 단, 증기 크래커 장치의 공급 라인 및 ODH 장치의 공급 라인이 통합될 수 있으며, 및/또는 C2 분리 장치의 임의의 재순환 유출물 라인 및 ODH 장치의 공급 라인이 통합될 수 있다.
도 1은 산화적 탈수소화 (ODH) 구조물의 물 응축 장치로부터의 유출물로서 미전환된 에탄 및 에틸렌을 포함하는 유출물이 증기 크래커 구조물로 공급되는 본 발명의 일 구현예를 도시하고 있다.
도 2는 ODH 구조물의 이산화탄소 제거 장치로부터의 유출물로서 미전환된 에탄 및 에틸렌을 포함하는 유출물이 증기 크래커 구조물로 공급되는 본 발명의 구현예를 도시하고 있다.
도 3은 ODH 구조물의 건조 장치로부터의 유출물로서 미전환된 에탄 및 에틸렌을 포함하는 유출물이 증기 크래커 구조물로 공급되는 본 발명의 구현예를 도시하고 있다.
본 발명의 통합된 공정에서, 증기 크래커 구조물 및 산화적 탈수소화 (ODH) 구조물 모두가 사용된다.
상기-언급된 증기 크래커 구조물은 하기를 포함한다:
(a) 에탄을 포함하는 스트림이 증기 크래킹 조건에 가해지는 증기 크래커 장치로서, 미전환된 에탄, 에틸렌 및 수소를 포함하는 스트림을 생성하는 증기 크래커 장치;
(b) 미전환된 에탄, 에틸렌 및 수소를 포함하는 스트림이 수소를 포함하는 스트림 및 미전환된 에탄 및 에틸렌을 포함하는 스트림으로 분리되는 분리 장치;
(c) 미전환된 에탄 및 에틸렌을 포함하는 스트림이 에틸렌을 포함하는 스트림 및 미전환된 에탄을 포함하는 스트림으로 분리되는 C2 분리 장치.
또한, 본 발명에서, 증기 크래커 구조물은 이산화탄소 제거 장치, 건조 장치, 상기-언급된 C2 분리 장치 이외의 하나 이상의 분리 장치, 아세틸렌 수소화 장치 및/또는 하나 이상의 압축기를 포함할 수 있다.
상기 언급된 산화적 탈수소화 (ODH) 구조물은 하기를 포함한다:
(i) 에탄을 포함하는 스트림이 ODH 조건에 가해지는 ODH 장치로서, 미전환된 에탄, 에틸렌 및 물을 포함하는 스트림을 생성하는 ODH 장치;
(ii) 물이 응축에 의해 미전환된 에탄, 에틸렌 및 물을 포함하는 스트림으로부터 제거되는 물 응축 장치로서, 미전환된 에탄 및 에틸렌을 포함하는 스트림을 생성하는 물 응축 장치.
또한, 본 발명에서, ODH 구조물은 이산화탄소 제거 장치 및 건조 장치를 포함할 수 있다.
본 발명에서, 상기-언급된 증기 크래커 구조물과 ODH 구조물 사이의 통합은 ODH 구조물로부터 나온 유출물로서 미전환된 에탄 및 에틸렌을 포함하는 유출물을 증기 크래커 구조물로 공급되는 것에 의해 실시된다. 적합하게는, 본 발명에서, ODH 구조물로부터 나온 유출물로서 미전환된 에탄 및 에틸렌을 포함하는 유출물이 증기 크래커 장치의 다운스트림의 위치에서 증기 크래커 구조물로 공급된다.
WO2014134703은 에탄 증기 크래커 구조물의 다운스트림 구간에서 실시된 처리 공정에 에탄 ODH 공정을 편입시킨 것을 개시하고 있으며, 상기 ODH 장치는 증기 크래커 구조물의 일부가 되고, ODH 장치로의 에탄 함유 공급스트림은 단지 증기 크래커 구조물로부터 유래된다.
WO2014134703의 도 4에서, 증기 크래커 구조물의 일부인 에탄으로부터 에틸렌을 분리하기 위한 C2 스플리터는 C2 스플리터의 바닥에서 ODH 장치에 연결된다. 즉, 상기 도 4의 공정에서, C2 스플리터의 바닥으로부터의 에탄이 C2 스플리터의 다운스트림에 있는 ODH 장치로 이송된다. WO2014134703의 도 6의 공정에서, C2 스플리터의 중간으로부터의 에탄 및 에틸렌은 C2 스플리터의 다운스트림에 있는 ODH 장치로 이송된다. WO2014134703의 도 8의 공정에서, 증기 크래커 구조물의 일부인 수소화 장치로부터의 에탄 및 에틸렌은 수소화 장치의 다운스트림에 있는 ODH 장치로 이송된다. WO2014134703의 도 4, 6 및 8의 이들 공정 모두에서, ODH 장치로부터의 유출물은 임의의 위치에서 증기 크래커 구조물로 이송된다.
또한, WO2014134703의 도 7에서, 증기 크래커로부터의 에탄 및 에틸렌은 ODH 장치로 이송되고, 이의 유출구 스트림은 에탄으로부터 에틸렌을 분리하기 위한 C2 스플리터로 이송되고, 이 스플리터는 증기 크래커 구조물의 일부이다. 즉, 상기 도 7의 공정에서, 증기 크래커로부터의 에탄 및 에틸렌은 C2 스플리터의 업스트림에 있는 ODH 장치로 이송된다. WO2014134703의 도 7의 공정에서, ODH 장치는 증기 크래커 구조물의 일부이다. 별개의 ODH 구조물이 존재하지 않는다. ODH 장치로의 유입구 스트림이 증기 크래커로부터 유래되고, ODH 장치로의 유출구 스트림이 C2 스플리터로 이송되기 때문에, 이 증기 크래커 및 C2 스플리터 모두는 증기 크래커 구조물의 일부이다.
WO2014134703의 도 4, 6, 7 및 8의 모든 상기-언급된 공정에서, 증기 크래커 구조물에 통합된 ODH 장치는 상기 다운스트림 구간의 업스트림에서의 증기 크래커 장치의 용량이 다운스트림 구간의 더 높은 용량과 일치되지 않는 상황에서 증기 크래커 구조물의 다운스트림 구간의 전체 용량의 완전한 사용을 가능하게 하는 기기가 아닐 수 있다. 상기 도 4, 6, 7 및 8에서의 ODH 장치로 공급되는 스트림이 직접적으로 또는 간접적으로 증기 크래커 장치로부터의 유출물로부터 유래되기 때문이다. WO2014134703 (46 페이지 참조)에서 언급된 바와 같이, WO2014134703의 발명은 분리 트레인에의 에탄 장입량을 감소시키기 위한 목적으로 크래커 생성물 스트림으로부터의 에탄 (아직 전환되지 않음)을 공동 ODH 장치에서 에틸렌으로 전환시키는 것에 관한 것이다. 이는 본 발명과 상이하며, 여기서 더 많은 양의 유출물, 즉 증기 크래커 장치로부터 유래된 유출물 및 ODH 장치로부터 유래된 유출물이, 증기 크래커 구조물의 이러한 다운스트림 구간으로 공급될 수 있는 유출물의 양이 증기 크래커 장치로부터 유래된 유출물에 의해서만 결정될 수 있는 다른 경우와 비교되는 바와 같이 증기 크래커 구조물의 다운스트림 구간으로 공급될 수 있다. 이러한 다른 경우의 예는 (i) ODH 장치가 전혀 사용되지 않는 경우; 또는 (ii) WO2014134703의 도 4, 6, 7 및 8의 공정에서 예시된 바와 같은 상기-기재된 경우로서, 에탄 ODH 공정이 에탄 증기 크래커 구조물의 다운스트림 구간에서 실시된 처리 공정으로 통합되고, ODH 장치가 증기 크래커 구조물의 일부가 되며, 유일하게 ODH 장치로의 에탄 함유 공급 스트림은 증기 크래커 구조물로부터 유래되는 경우이다.
따라서, 본 발명은 에탄을 에틸렌 및 수소로 증기 크래킹하는 것을 수반하는, 에탄으로부터의 에틸렌의 제조 방법을 제공하며, 이 방법은 상기 기재된 다른 경우와 비교하여 보다 기술적으로 유리하고, 보다 효율적이고, 보다 적합할 수 있다. 이와 같은 기술적인 유리한 방법은 바람직하게는 더 낮은 에너지 수요 및/또는 더 낮은 비용 지출을 야기할 수 있다.
특히, 증기 크래커 장치의 다운스트림에서의 위치에서 증기 크래커 구조물로 상기 유출물을 공급함으로써 증기 크래커 구조물로, 특히 증기 크래커 구조물의 다운스트림 구간으로 미전환된 에탄 및 에틸렌을 포함하는 ODH 구조물로부터 나온 유출물을 공급하는 것을 통해 증기 크래커 구조물과 함께 ODH 구조물을 통합함으로써, 본 발명은 기존 증기 크래커 구조물의 병목현상의 제거 또는 증기 크래커 구조물의 총 용량의 확장에 유용하다. 유리하게는, 이러한 방식으로, 다운스트림 구간의 업스트림에 있는 증기 크래커 장치 (하나 이상의 노를 포함함)의 용량과 비교하여 에탄 증기 크래커 구조물의 다운스트림 구간의 상대적 높은 용량이 완전하게 이용될 수 있다. 상기의 것은 증기 크래커 노는 그것의 수명의 종료에 근접하거나 또는 종료시에 밀폐되는 경우를 수반할 수 있다. 또한, 이는 추가의 설계 마진 (증류탑의 과설계 또는 더 높은 용량 내부의 설치) 및/또는 설계된 것보다 증기 크래커 노(들)의 더 낮은 성능으로 인하여 기존의 증기 크래커 구조의 후위 분리 구간에서의 잠재적 유휴 용량을 이용하는 의도가 존재하는 경우를 수반할 수 있다. 또한, 후자는 기존 액체 증기 크래커 구조물을 가스 (에탄) 증기 크래커 구조물로 개선한 결과일 수 있다. 또한, 이는 1개 이상의 다수의 증기 크래커가 (유지를 위해 또는 임의의 다른 이유로) 종료되어야 하는 상황에 적용될 수 있다. 전술한 예는 본 발명의 통합이 유리하게는 다수의 실제적인 상황에 적용될 수 있고, 이는 에틸렌 및 수소로의 에탄의 증기 크래킹 및 에틸렌 및 물로의 에탄의 산화적 탈수소화 모두를 수반하는 에탄으로부터의 에틸렌의 제조를 위한 기술적으로 유리하며, 효율적이고, 적절한 통합된 방법을 야기한다.
상기 기재된 바와 같은 에탄 증기 크래커 구조물의 다운스트림 구간의 상대적으로 고용량의 전체 이용을 가능하게 하는 것 이외에, 또한 본 발명은 하기 추가의 장점을 가진다. ODH 장치 (예를 들어, 1개의 ODH 반응기) 및 물 응축 장치를 포함하는 에탄 ODH 구조물은 낮은 풋프린트 (필요로 되는 물리적 부분이 더 적음), 낮은 비용 강도, 낮은 에너지 강도 및 결과적으로 낮은 전체적인 CO2 방출 강도를 수반한다. 에탄 ODH 공정에서, 더 적은 에너지가 압축기 및 증류탑에 필요로 하고, 이는 ODH 배기 가스가 더 높은 분자량 (ODH 유출물은 예를 들어 에탄 증기 크래킹와 비교하여 실질적으로 경질 성분 예컨대 생성된 수소 및 메탄을 가지지 않음)의 것이고, ODH 공정은 고압 (예를 들어 2-10 bar)에서 작동될 수 있고, 마지막으로 이는 증기가 또한 유리하게는 본 발명의 화학 복합체에 유리하게 사용될 수 있는 순수 고압 증기를 생성하는 발열화학공정이기 때문이다. 후자와 관련하여, ODH 공정에서 생성된 증기는 유리하게는 화학 복합체의 증기 크래커 구조물에 사용될 수 있다. 그리고 그 반대이다: 증기 크래킹 공정에서 생성된 임의의 증기는 유리하게는 화학 복합체의 ODH 구조물에 사용될 수 있다. 또한, 일반적으로, ODH 공정은 훨씬 더 농축된 생성물 슬레이트 분포 (즉, 없거다 적은 부산물, 예컨대 에탄 증기 크래킹에서 생성된 메탄 및 C3+ 탄화수소)를 생성하나, ODH 유출물은 여전히 에탄 증기 크래커 유출물과 화학적으로 양립가능하며, 이는 라인-업(line-up) 및 분리 요건이 보다 간단하고, 덜 비용소모적이고 에너지 집약적이게 만든다.
본 발명의 이러한 그리고 더 많은 장점은 하기 상세한 설명으로부터 자명할 것이다.
본 명세서 내에서 하기 용어가 하기 의미를 가진다.
"C3+ 탄화수소"는 3 이상의 탄소수를 갖는 탄화수소를 포함한다. C3+ 탄화수소는 프로판 및/또는 프로필렌을 포함할 수 있다.
"C2+ 탄화수소"는 2 이상의 탄소수를 갖는 탄화수소를 포함한다. C2+ 탄화수소는 에탄, 에틸렌, 아세틸렌, 프로판 및/또는 프로필렌을 포함할 수 있다.
"C2 탄화수소"는 2의 탄소수를 갖는 탄화수소를 포함한다. C2 탄화수소는 에탄, 에틸렌 및/또는 아세틸렌을 포함할 수 있다.
본 발명의 방법과 관련하여, "증기 크래커 장치"은 에탄은 증기 크래킹 조건에 가해짐으로써 에틸렌 및 수소로 전환되는 장치를 의미한다. 본 발명의 복합체와 관련하여, "증기 크래커 장치"은 증기 크래킹 조건에 가해짐으로써 에탄을 에틸렌 및 수소로 전환하는데 적합한 장치를 의미한다. 증기 크래커 장치는 노를 포함할 수 있다.
본 발명의 방법과 관련하여, "산화적 탈수소화 장치"은 에탄은 산화적 탈수소화 (ODH) 조건에 가해짐으로써 에틸렌 및 물로 전환되는 장치를 의미한다. 본 발명의 복합체와 관련하여, "산화적 탈수소화 장치"은 ODH 조건에 가해짐으로써 에틸렌 및 물로 전환하기에 적합한 장치를 의미한다. ODH 장치는 촉매를 함유하는 반응기인 촉매 반응기일 수 있는 반응기를 포함할 수 있다.
본 발명의 방법과 관련하여, "이산화탄소 제거 장치"은 이산화탄소가 에틸렌, 수소 및 이산화탄소를 포함하는 스트림으로부터 제거되는 장치를 의미한다. 본 발명의 복합체와 관련하여, "이산화탄소 제거 장치"은 에틸렌, 수소 및 이산화탄소를 포함하는 스트림으로부터 이산화탄소를 제거하는데 적합한 장치를 의미한다. 이산화탄소 제거 장치에 공급되는 이산화탄소 제거제는 염기 예를 들어 수산화나트륨 또는 아민의 수용액일 수 있다.
본 발명의 방법과 관련하여, "건조 장치"은 물이 에틸렌, 수소 및 물을 포함하는 스트림으로부터 제거되는 장치를 의미한다. 본 발명의 복합체와 관련하여, "건조 장치"은 에틸렌, 수소 및 물을 포함하는 스트림으로부터 물을 제거하는데 적합한 장치를 의미한다.
본 발명의 방법과 관련하여, "아세틸렌 수소화 장치"은 아세틸렌이 수소화 조건에 가해짐으로써 에틸렌으로 전환되는 장치를 의미한다. 본 발명의 복합체와 관련하여, "아세틸렌 수소화 장치"은 수소화 조건에 가해짐으로써 아세틸렌이 에틸렌으로 전환하는데 적합한 장치를 의미한다. 아세틸렌 수소화 장치는 촉매를 함유하는 반응기인 촉매 반응기일 수 있는 반응기를 포함할 수 있다.
본 발명의 방법과 관련하여, "C2 분리 장치"은 에틸렌이 에탄으로부터 분리되는 장치를 의미한다. 본 발명의 복합체와 관련하여, "C2 분리 장치"은 에탄으로부터 에틸렌을 분리하는데 적합한 장치를 의미한다. 에틸렌은 예를 들어 증류, 흡수 또는 흡착에 의해 임의의 방식으로 에탄으로부터 분리될 수 있다.
또한, 본 발명의 방법 및 화학 복합체 및 구조물 및 상기 방법에 사용되는 스트림 또는 스트림들은 하나 이상의 다양한 기재된 단계 또는 장치 또는 성분을 "포함하는(comprising)", "함유하는" 또는 "포함하는(including)"의 용어로 기재되며, 이들은 또한 "상기 하나 이상의 다양한 기재된 단계 또는 장치 또는 성분으로 "본질적으로 이루어지거나" 또는 "이루어질" 수 있다.
본 발명의 맥락에서, 스트림이 2개 이상의 성분을 포함하는 경우에, 이들 성분은 100 부피% 또는 100 중량%를 초과하지 않는 전체적인 양에서 선택되어야 한다.
본 방법은 하기를 포함하는 에탄으로부터의 에틸렌의 제조 방법이다:
에탄을 포함하는 스트림을 증기 크래커 구조물의 일부인 증기 크래커 장치에서의 증기 크래킹 조건에 가하여, 미전환된 에탄, 에틸렌 및 수소를 포함하는 스트림을 생성하는 단계;
미전환된 에탄, 에틸렌 및 수소를 포함하는 스트림을 증기 크래커 구조물의 일부인 분리 장치로 공급하며, 상기 분리 장치에서의 상기 스트림을 수소를 포함하는 스트림 및 미전환된 에탄 및 에틸렌을 포함하는 스트림으로 분리하는 단계;
미전환된 에탄 및 에틸렌을 포함하는 스트림을 증기 크래커 구조물의 일부인 C2 분리 장치로 공급하며, 상기 C2 분리 장치에서의 상기 스트림을 에틸렌을 포함하는 스트림 및 미전환된 에탄을 포함하는 스트림으로 분리하는 단계;
C2 분리 장치로부터 나오는 미전환된 에탄을 포함하는 스트림으로부터의 미전환된 에탄을 증기 크래커 장치로 임의로 재순환시키는 단계;
에탄을 포함하는 스트림을 ODH 구조물의 일부인 ODH 장치에서의 산화적 탈수소화 (ODH) 조건에 가하여, 미전환된 에탄, 에틸렌 및 물을 포함하는 스트림을 생성하는 단계;
미전환된 에탄, 에틸렌 및 물을 포함하는 스트림을 ODH 구조물의 일부인 물 응축 장치에 공급하고, 상기 스트림으로부터의 물을 물 응축 장치에서의 응축에 의해 제거하여 미전환된 에탄 및 에틸렌을 포함하는 스트림을 생성하는 단계;
미전환된 에탄 및 에틸렌을 포함하는 ODH 구조물로부터 나오는 유출물을 증기 크래커 구조물을 공급하는 단계;
C2 분리 장치로부터 나오는 미전환된 에탄을 포함하는 스트림으로부터의 미전환된 에탄을 ODH 장치로 임의로 재순환시키는 단계.
상기 기재된 바와 같이, 본 발명에서, 증기 크래커 구조물과 ODH 구조물 사이의 통합은 증기 크래커 장치의 다운스트림에서의 위치에서 적합하게, ODH 구조물로부터 나온 유출물로서, 미전환된 에탄 및 에틸렌을 포함하는 유출물을 증기 크래커 구조물로 공급함으로써 실시된다. 또한, 적절하게는, 증기 크래커 구조물로부터 나온 유출물로부터의 미전환된 에탄이 ODH 구조물의 ODH 장치로 공급되지 않고, 단, ODH 구조물의 ODH 장치로의 증기 크래커 구조물의 C2 분리 장치로부터 나온 유출물로부터의 미전환된 에탄의 임의의 재순환은 예외이다. 또한, 적합하게는, 에탄은 ODH 장치로 공급되며, 이는 a) 증기 크래커 장치로 에탄을 공급하기 위해 사용되는 새로운 에탄의 공급원; b) a) 하에 언급된 상기 제1 공급원 이외의 새로운 에탄의 다른 공급원; 및 c) C2 분리 장치로부터 나온 유출물로부터의 비전환된 에탄으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 공급원으로부터 유래된다. 본 명세서 내에서, "새로운 에탄"은 미전환된 에탄을 포함하지 않는 에탄을 지칭한다. 본 명세서 내에서, "미전환된 에탄"은 증기 크래킹 조건에 가해지거나 또는 본 발명의 방법 내에서의 산화적 탈수소화 조건에 가해졌으나 전환되지 않은 에탄을 지칭한다. 상기 a) 및 b) 하에 언급된 새로운 에탄의 상기 공급원과 관련하여, 본 발명의 방법에서 증기 크래킹 조건 및/또는 산화적 탈수소화 조건에 가해지는 새로운 에탄은 주요 스트림 또는 측류, 예컨대 천연가스 제조 플랜트, 셰일 가스 제조 플랜트, 천연가스 처리 플랜트, 천연가스 액체 (NGL) 회수 및 분별화 플랜트, 액화 천연가스 (LNG) 생산 플랜트 등 (이 플랜트들은 또한 일반적으로 소위 "미드스트림(midstream)" 플랜트로서 지칭될 수 있음)으로서 에탄 함유 스트림을 제조하기 위한 플랜트에 의해 제공될 수 있다. 따라서, 본 방법은 이러한 미드스트림 플랜트 중 임의의 하나와 통합될 수 있다. 그러나, 본 발명에서, 새로운 에탄의 기원은 필수적인 것은 아니다.
일반적으로, 본 발명에서, ODH 장치로의 공급물은 하기를 포함할 수 있다: 1) 미전환된 에탄 및 무(無)-새로운 에탄; 또는 2) 미전환된 에탄 및 새로운 에탄; 또는 3) 새로운 에탄 및 무-미전환된 에탄. 마찬가지로, 일반적으로, 본 발명에서, 증기 크래커 장치에 대한 공급물은 하기를 포함할 수 있다: 1) 미전환된 에탄 및 무-새로운 에탄; 또는 2) 미전환된 에탄 및 새로운 에탄; 또는 3) 새로운 에탄 및 무-미전환된 에탄. 특히, 새로운 에탄은 ODH 장치에 공급될 수 있다. 또한, 특히, 새로운 에탄은 증기 크래커 장치로 공급될 수 있다. 또한, 특히, 새로운 에탄은 ODH 장치 및 증기 크래커 장치 모두로 공급될 수 있다. 상기 기재된 바와 같이, 새로운 에탄을 공급하는 것은 증기 크래킹 조건 및 산화적 탈수소화 (ODH) 조건에 가해지지 않는 에탄을 공급하는 것을 의미한다. ODH 장치로 공급되는 새로운 에탄 및 증기 크래커 장치로 공급되는 새로운 에탄은 동일한 공급원 또는 상이한 공급원으로부터 유래될 수 있다.
본 방법에서, ODH 구조물로부터 나온 유출물로서 미전환된 에탄 및 에틸렌을 포함하고, 증기 크래커 구조물로 공급되는 유출물은 ODH 구조물의 물 응축 장치로부터 나온 미전환된 에탄 및 에틸렌을 포함하는 스트림일 수 있다. 바람직하게는, ODH 구조물의 물 응축 장치로부터 나온 미전환된 에탄 및 에틸렌을 포함하는 스트림으로부터의 미전환된 에탄 및 에틸렌은 증기 크래커 구조물의 C2 분리 장치로 공급된다.
본 방법에서, 증기 크래커 구조물의 증기 크래커 장치로부터 나온 스트림은 미전환된 에탄, 에틸렌, 수소, 메탄, 일산화탄소, 이산화탄소 및 C3+ 탄화수소를 포함할 수 있고; ODH 구조물의 ODH 장치로부터 나온 스트림은 미전환된 에탄, 에틸렌, 물, 일산화탄소 및 이산화탄소를 포함할 수 있다. 이와 같은 경우에, 본 발명의 에틸렌 제조 방법은 하기 단계를 포함할 수 있다:
에탄을 포함하는 스트림을 증기 크래커 구조물의 일부인 증기 크래커 장치에서의 증기 크래킹 조건에 가하여, 미전환된 에탄, 에틸렌, 수소, 메탄, 일산화탄소, 이산화탄소 및 C3+ 탄화수소를 포함하는 스트림을 생성하는 단계;
미전환된 에탄, 에틸렌, 수소, 메탄, 일산화탄소, 이산화탄소 및 C3+ 탄화수소를 포함하는 스트림을 증기 크래커 구조물의 일부인 이산화탄소 제거 장치로 공급하며, 상기 이산화탄소 제거 장치에서의 상기 스트림으로부터 이산화탄소를 제거하여, 미전환된 에탄, 에틸렌, 수소, 메탄, 일산화탄소 및 C3+ 탄화수소를 포함하는 스트림을 생성하는 단계;
미전환된 에탄, 에틸렌, 수소, 메탄, 일산화탄소 및 C3+ 탄화수소를 포함하는 스트림을 증기 크래커 구조물의 일부인 분리 장치로 공급하며, 상기 분리 장치에서의 상기 스트림을 수소, 메탄 및 일산화탄소를 포함하는 스트림 및 C3+ 탄화수소를 포함하는 스트림으로 분리하는 단계;
미전환된 에탄, 에틸렌, 수소, 메탄, 일산화탄소 및 C3+ 탄화수소를 포함하는 스트림으로부터의 미전환된 에탄 및 에틸렌을 증기 크래커 구조물의 일부인 C2 분리 장치로 공급하며, C2 분리 장치에서의 상기 스트림을 에틸렌을 포함하는 스트림 및 미전환된 에탄을 포함하는 스트림으로 분리하는 단계;
C2 분리 장치로부터 나온 미전환된 에탄을 포함하는 스트림으로부터의 미전환된 에탄을 증기 크래커 장치로 임의로 재순환시키는 단계;
에탄을 포함하는 스트림을 ODH 구조물의 일부인 ODH 장치에서의 산화적 탈수소화 (ODH) 조건에 가하여, 미전환된 에탄, 에틸렌, 물, 일산화탄소 및 이산화탄소를 포함하는 스트림을 생성하는 단계;
미전환된 에탄, 에틸렌, 물, 일산화탄소 및 이산화탄소를 포함하는 스트림을 ODH 구조물의 일부인 물 응축 장치로 공급하며, 물 응축 장치에서의 응축에 의해 상기 스트림으로부터 물을 제거하고, 미전환된 에탄, 에틸렌, 일산화탄소 및 이산화탄소를 포함하는 스트림을 생성하는 단계;
ODH 구조물로부터 나온 유출물로서 미전환된 에탄 및 에틸렌을 포함하는 유출물을 증기 크래커 구조물로 공급하는 단계;
C2 분리 장치로부터 나온 미전환된 에탄을 포함하는 스트림으로부터의 미전환된 에탄을 ODH 장치로 임의로 재순환시키는 단계.
또한, ODH 구조물의 ODH 장치로부터 나온 스트림은 또한 미전환된 산소 (ODH 공정에서 산화제로서 사용됨)를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 이러한 미전환된 산소는 안전성 고려사항 및 증기 크래커 유출물에서의 수소의 존재의 관점에서 ODH 구조물로부터 나온 유출물로서 미전환된 에탄 및 에틸렌을 포함하는 유출물이 증기 크래커 구조물로 공급되기 이전에 제거된다.
상기-기재된 방법의 이산화탄소 제거 단계에서, 미전환된 에탄, 에틸렌, 수소, 메탄, 일산화탄소, 이산화탄소 및 C3+ 탄화수소를 포함하는 스트림은 증기 크래커 구조물의 이산화탄소 제거 장치에 공급된다. 후자의 스트림은 증기 크래커 장치로부터 나온 스트림일 수 있다. 임의로, 이산화탄소 제거 단계로부터 생성된 미전환된 에탄, 에틸렌, 수소, 메탄, 일산화탄소 및 C3+ 탄화수소를 포함하는 스트림이 물을 포함하는 경우에서, 상기 스트림이 물을 제거하기 위해서 증기 크래커 구조물의 일부로서 건조 장치에 공급된다.
또한, 상기 기재된 방법에서, 미전환된 에탄, 에틸렌, 수소, 메탄, 일산화탄소 및 C3+ 탄화수소를 포함하는 스트림이 증기 크래커 구조물의 분리 장치에 공급된다. 후자의 스트림은 상기-언급된 이산화탄소 제거 장치 또는 임의의 건조 장치로부터 나온 스트림일 수 있다. 후자의 분리 장치에서, 후자의 스트림은 수소, 메탄 및 일산화탄소를 포함하는 스트림 및 C3+ 탄화수소를 포함하는 스트림으로 분리된다. 제1 구현예에서, 미전환된 에탄, 에틸렌, 수소, 메탄, 일산화탄소 및 C3+ 탄화수소를 포함하는 상기 스트림은 수소, 메탄 및 일산화탄소를 포함하는 스트림 및 C2+ 탄화수소를 포함하는 스트림으로 분리되고, 이의 C2+ 탄화수소는 미전환된 에탄, 에틸렌 및 C3+ 탄화수소를 포함한다. 제2 구현예에서, 미전환된 에탄, 에틸렌, 수소, 메탄, 일산화탄소 및 C3+ 탄화수소를 포함하는 상기 스트림은 수소, 메탄, 일산화탄소 및 C2 탄화수소를 포함하는 스트림 (이 C2 탄화수소는 미전환된 에탄 및 에틸렌을 포함함), 및 C3+ 탄화수소를 포함하는 스트림으로 분리된다. 상기 제1 구현예에서, C2+ 탄화수소를 포함하는 분리된 스트림은 추가의 분리 장치로 공급될 수 있고, 여기서 상기 스트림은 C2 탄화수소를 포함하는 스트림 및 C3+ 탄화수소를 포함하는 스트림으로 분리된다. 상기 제2 구현예에서, 수소, 메탄, 일산화탄소 및 C2 탄화수소를 포함하는 분리된 스트림은 추가의 분리 장치로 공급될 수 있고, 여기서 상기 스트림은 수소, 메탄 및 일산화탄소를 포함하는 스트림 및 C2 탄화수소를 포함하는 스트림으로 분리된다. 상기 두 구현예에서, 상기 추가의 분리 장치로부터 나온 C2 탄화수소를 포함하는 분리된 스트림은 증기 크래커 구조물의 상기-언급된 C2 분리 장치에 공급될 수 있고, 여기서 후자의 스트림은 에틸렌을 포함하는 스트림 및 미전환된 에탄을 포함하는 스트림으로 분리된다.
또한, 상기 기재된 방법에서, ODH 구조물의 물 응축 장치로부터 나온 미전환된 에탄, 에틸렌, 일산화탄소 및 이산화탄소를 포함하는 스트림은 ODH 구조물의 일부인 이산화탄소 제거 장치로 공급될 수 있고, 여기서 이산화탄소는 상기 스트림으로부터 제거되며, 이는 미전환된 에탄, 에틸렌 및 일산화탄소를 포함하는 스트림을 생성한다. 임의로, 이산화탄소 제거 단계로부터 생성된 미전환된 에탄, 에틸렌 및 일산화탄소를 포함하는 스트림이 물을 포함하는 경우에, 상기 스트림은 물을 제거하기 위해 ODH 구조물의 일부로서 건조 장치로 공급될 수 있다.
또한, 상기-기재된 방법에서, ODH 구조물로부터 나온 유출물로서 미전환된 에탄 및 에틸렌을 포함하는 유출물이 증기 크래커 구조물로 공급된다. 적합하게는, ODH 구조물로부터 나온 상기 유출물은 ODH 장치로부터 직접적으로 또는 간접적으로 유래되는 유출물이다.
상기-기재된 방법에서, ODH 구조물로부터 나온 상기-언급된 유출물로서 미전환된 에탄 및 에틸렌을 포함하며, 증기 크래커 구조물로 공급되는 유출물은 ODH 구조물의 물 응축 장치로부터 나온 미전환된 에탄, 에틸렌, 일산화탄소 및 이산화탄소를 포함하는 스트림일 수 있다. 바람직하게는, ODH 구조물의 물 응축 장치로부터 나온 미전환된 에탄, 에틸렌, 일산화탄소 및 이산화탄소를 포함하는 후자의 스트림은 증기 크래커 구조물의 이산화탄소 제거 장치로 공급된다. 이는 (라인 35에 의해) 도 1에 예시되어 있다.
또한, 상기-기재된 방법에서, ODH 구조물로부터 나온 상기-언급된 유출물로서, 미전환된 에탄 및 에틸렌을 포함하며, 증기 크래커 구조물에 공급되는 유출물은 ODH 구조물의 임의의 이산화탄소 제거 장치로부터 나온 미전환된 에탄, 에틸렌 및 일산화탄소를 포함하는 스트림일 수 있다. 바람직하게는, ODH 구조물의 임의의 이산화탄소 제거 장치로부터 나온 미전환된 에탄, 에틸렌 및 일산화탄소를 포함하는 후자의 스트림은 증기 크래커 구조물의 분리 장치로 공급되고, 여기서 미전환된 에탄, 에틸렌, 수소, 메탄, 일산화탄소 및 C3+ 탄화수소를 포함하는 스트림은 수소, 메탄 및 일산화탄소를 포함하는 스트림 및 C3+ 탄화수소를 포함하는 스트림으로 분리된다. 상기 기재된 바와 같이 이산화탄소 제거 단계로부터 생성된 스트림이 물을 포함하는 경우에서, ODH 구조물의 이산화탄소 제거 장치로부터 나온 스트림은 증기 크래커 구조물의 상기-언급된 건조 장치에 공급될 수 있다. 이는 (라인 40에 의해) 도 2에 예시되어 있다. 또한, 상기 기재된 바와 같이 이산화탄소 제거 단계로부터 생성된 스트림이 물을 포함하고, ODH 구조물이 건조 장치를 포함하는 경우에서, 미전환된 에탄, 에틸렌 및 일산화탄소를 포함하는 ODH 구조물의 건조 장치로부터 나온 스트림은 증기 크래커 구조물의 분리 장치에 공급될 수 있고, 이의 분리 장치에서 미전환된 에탄, 에틸렌, 수소, 메탄, 일산화탄소 및 C3+ 탄화수소를 포함하는 스트림은 수소, 메탄 및 일산화탄소를 포함하는 스트림 및 C2+ 탄화수소를 포함하는 스트림으로 분리된다 (상기 기재된 "제1 구현예). 이는 (라인 45에 의해) 도 3에 예시되어 있다. 또한, 상기 기재된 바와 같이 이산화탄소 제거 단계로부터 생성된 스트림이 물을 포함하고, ODH 구조물이 건조 장치를 포함하는 경우에서, ODH 구조물의 건조 장치로부터 나온 미전환된 에탄, 에틸렌 및 일산화탄소를 포함하는 스트림은 증기 크래커 구조물의 분리 장치로 공급될 수 있고, 이 분리 장치에서 수소, 메탄, 일산화탄소 및 C2 탄화수소를 포함하는 스트림은 수소, 메탄 및 일산화탄소를 포함하는 스트림 및 C2 탄화수소를 포함하는 스트림으로 분리된다 (상기 기재된 "제2 구현예"). 이는 (라인 46에 의해) 도 3에 설명되어 있다.
본 방법에서, 증기 크래커 구조물의 증기 크래커 장치로부터 나온 스트림은 추가적으로 아세틸렌을 포함할 수 있고; ODH 구조물의 ODH 장치로부터 나온 스트림은 추가로 아세틸렌을 포함할 수 있다. 이과 같은 경우에서, 본 발명의 에틸렌의 제조 방법은 아세틸렌 수소화 단계를 포함할 수 있고, 여기서 아세틸렌 수소화 장치에서 미전환된 에탄, 에틸렌 및 아세틸렌을 포함하는 스트림은 수소화 조건을 거쳐 아세틸렌이 에틸렌으로 전환된다. 바람직하게는, 아세틸렌 수소화 장치는 증기 크래커 구조물의 일부이다. 후자의 경우에서, 미전환된 에탄, 에틸렌 및 아세틸렌을 포함하는 스트림은 증기 크래커 구조물의 아세틸렌 수소화 장치로 공급될 수 있고, 이는 미전환된 에탄 및 에틸렌을 포함하는 스트림을 생성하고, 이 후자의 스트림은 상기-언급된 C2 분리 장치로 공급될 수 있다. 이와 같은 경우에서, 수소를 함유하는 스트림은 증기 크래커 구조물의 아세틸렌 수소화 장치로 공급될 수 있다. 수소는 아세틸렌을 에틸렌으로 수소화할 수 있으며, 증기 크래커 구조물로부터 유래될 수 있는 수소화제이다.
보다 특별하게는, 본 방법에서, 아세틸렌이 상기-언급된 제1 구현예에서 상기 기재된 바와 같이 존재하는 경우에서, 미전환된 에탄, 에틸렌, 아세틸렌, 수소, 메탄, 일산화탄소 및 C3+ 탄화수소를 포함하는 스트림은 수소, 메탄 및 일산화탄소를 포함하는 스트림 및 C2+ 탄화수소를 포함하는 스트림으로 분리되고, 상기 C2+ 탄화수소는 미전환된 에탄, 에틸렌, 아세틸렌및 C3+ 탄화수소를 포함한다. 또한, 상기 언급된 제2 구현예에서, 미전환된 에탄, 에틸렌, 아세틸렌, 수소, 메탄, 일산화탄소 및 C3+ 탄화수소를 포함하는 스트림은 수소, 메탄, 일산화탄소 및 C2 탄화수소 (상기 C2 탄화수소는 미전환된 에탄, 에틸렌 및 아세틸렌을 포함함)를 포함하는 스트림, 및 C3+ 탄화수소를 포함하는 스트림으로 분리된다. 상기 제1 구현예에서, C2+ 탄화수소를 포함하는 분리된 스트림은 추가의 분리 장치로 공급될 수 있고, 상기 스트림은 C2 탄화수소를 포함하는 스트림 및 C3+ 탄화수소를 포함하는 스트림으로 분리된다. 상기 제2 구현예에서, 수소, 메탄, 일산화탄소 및 C2 탄화수소를 포함하는 분리된 스트림은 추가의 분리 장치로 공급될 수 있고, 상기 스트림은 수소, 메탄 및 일산화탄소를 포함하는 스트림 및 C2 탄화수소를 포함하는 스트림으로 분리된다. 상기 두 구현예에서, 상기 추가의 분리 장치로부터 나온 C2 탄화수소를 포함하는 분리된 스트림은 증기 크래커 구조물의 일부인 아세틸렌 수소화 장치로 공급될 수 있고, 여기서 아세틸렌은 에틸렌으로 전환되고, 이는 미전환된 에탄 및 에틸렌을 포함하는 스트림을 생성하고, 후자의 스트림은 이후 증기 크래커 구조물의 상기-언급된 C2 분리 장치로 공급될 수 있고, 여기서 후자의 스트림은 에틸렌을 포함하는 스트림 및 미전환된 에탄을 포함하는 스트림으로 분리된다.
본 발명의 방법에서, 에탄을 포함하는 스트림은 증기 크래커 구조물의 일부인 증기 크래커 장치에서의 증기 크래킹 조건에 가해지고, 이는 미전환된 에탄, 에틸렌 및 수소를 포함하는 스트림을 생성한다. 이 증기 크래킹 단계에 대한 적합한 증기 크래킹 조건은 하기 본 명세서에 기재되어 있다.
적합하게는, 상기-언급된 증기 크래킹 단계에서, 산소 함유 스트림은 증기 크래커 장치로 공급되지 않고, 이는 산화제로서 산소를 사용할 필요가 없기 때문이다. 그러나, 이산화탄소는 또한 산소 (증기 크래커 장치로의 일부 소량의 공기 유입으로부터 생성됨)의 존재 하에 및/또는 탄화수소의 물-이동 반응에서 불순물로서 생성될 수 있다. 또한, 일산화탄소 및 이산화탄소는 공급물에서의 오염 물질로서 증기 크래킹 공정에 유입될 수 있다.
또한, 적합하게는, 상기-언급된 증기 크래킹 단계에서, 촉매가 사용되지 않는다. 바람직하게는, 상기 증기 크래킹 단계는 고온에서, 더 바람직하게는 650 내지 1000℃, 가장 바람직하게는 750 내지 950℃에서 수행된다. 탄화수소 증기 크래킹 공정은 잘 알려져 있다. 예를 들어, 문헌[Kniel et al., Ethylene, Keystone to the petrochemical industry, Marcel Dekker, Inc, New York, 1980]의 특히 챕터 6 및 7을 참조한다.
본 발명의 방법에서, 에탄을 포함하는 스트림은 ODH 구조물의 일부인 ODH 장치에서의 산화적 탈수소화 (ODH) 조건에 가해지고, 이는 미전환된 에탄, 에틸렌 및 물을 포함하는 스트림을 생성한다. 이러한 DH 단계에 대해 적합한 조건은 하기 본 명세서에 기재되어 있다.
상기-언급된 ODH 단계에서, 에탄을 포함하는 스트림을 ODH 조건에 가하는 것은 에탄을 포함하는 스트림을 산소 (O2)와 접촉시키는 것을 포함할 수 있다. 상기 산소는 ODH 반응에서 산화제이다. ODH 단계에서, 산소 (O2) 및 에탄을 포함하는 스트림은 ODH 장치로 공급될 수 있다. ODH 장치는 반응기를 포함할 수 있고, 이 반응기는 ODH 촉매, 특히 몰리브데늄, 바나듐, 니오븀 및 임의로 텔루륨을 함유하는 혼합된 산화 금속 촉매를 함유할 수 있다. 산소 및 에탄은 이후 ODH 반응기에서의 상기 촉매와 접촉되고, 이는 에탄의 산화적 탈수소화를 야기한다.
본 발명의 방법의 ODH 단계에서, 산소 및 에탄은 함께 또는 별도로 반응기에 공급될 수 있다. 즉, 하나 이상의 공급물 스트림, 적합하게는 상기 2개의 성분 중 하나 이상을 포함하는 가스 스트림이 반응기로 공급될 수 있다. 예를 들어, 산소 및 에탄을 포함하는 하나의 공급물 스트림은 반응기로 공급될 수 있다. 대안적으로, 2개 이상의 공급물 스트림, 적합하게는 가스 스트림은 반응기로 공급될 수 있고, 이에서 공급물 스트림은 반응기 내에서 조합된 스트림을 형성할 수 있다. 예를 들어, 산소를 포함하는 하나의 공급물 스트림 및 에탄을 포함하는 다른 공급물 스트림이 별도로 반응기로 공급될 수 있다.
또한, 본 발명의 방법의 ODH 단계에서, 적합하게는 산소 및 에탄의 ODH 촉매와의 접촉 과정에서, 온도는 300 내지 500℃이다. 더 바람직하게는, 상기 온도는 310 내지 450℃, 더 바람직하게는 320 내지 420℃, 가장 바람직하게는 330 내지 420℃이다.
또한, 상기-언급된 ODH 단계에서, 적합하게는 산소 및 에탄의 ODH 촉매와의 접촉 과정에서, 전형적인 압력은 0.1-30 또는 0.1-20 bara (즉 " 절대적 bar")이다. 또한, 바람직하게는, 상기 압력은 0.1 내지 15 bara, 더 바람직하게는 1 내지 8 bara, 가장 바람직하게는 3 내지 8 bara이다.
상기-언급된 ODH 단계의 생성물은 탈수소화된 당량의 에탄, 즉, 에틸렌을 포함한다. 에틸렌은 상기 단계에서 초기에 형성된다. 그러나, 상기 동일한 단계에서, 에틸렌은 추가로 동일한 조건 하에서 상응하는 카복실산, 즉, 아세트산으로 산화될 수 있다.
산소 및 에탄 이외에, 또한, 불활성 가스는 ODH 반응기로 공급될 수 있다. 상기 불활성 가스는 희유 가스 및 질소 (N2)로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 바람직하게는, 불활성 가스는 질소 또는 아르곤, 더 바람직하게는 질소이다. 상기 산소는 산화제이고, 이에 의해 에탄의 산화적 탈수소화를 야기할 수 있다. 상기 산소는 임의의 공급원, 예컨대. 예를 들어 공기로부터 유래될 수 있다. 적합한 에탄에 대한 산소의 몰비에 대한 범위는 0.01 내지 1, 보다 적합하게 0.05 내지 0.5이다. 에탄에 대한 산소의 상기 비는 산소 및 에탄이 촉매와 접촉되는 비이다. 환언하면, 에탄에 대한 산소의 상기 비는 공급되는 에탄에 대한 공급되는 산소의 비이다. 명백하게, 촉매와 접촉된 이후에, 산소 및 에탄의 적어도 일부는 소모된다.
바람직하게는, 본 발명의 방법의 ODH 단계에서, ODH 촉매는 불균일 촉매이다. 또한, 바람직하게는, ODH 촉매는 금속으로서 몰리브데늄, 바나듐, 니오븀 및 임의로 텔루륨을 함유하는 혼합된 산화 금속 촉매이고, 이 촉매는 하기 식을 가질 수 있다:
Mo1VaTebNbcOn
식 중,
a, b, c 및 n은 몰리브데늄 (Mo)의 몰량에 대한 논의되는 성분의 몰량의 비를 나타내고;
a (V의 경우)는 0.01 내지 1, 바람직하게는 0.05 내지 0.60, 더 바람직하게는 0.10 내지 0.40, 더 바람직하게는 0.20 내지 0.35, 가장 바람직하게는 0.25 내지 0.30이고;
b (Te의 경우)는 0 또는 >0 내지 1, 바람직하게는 0.01 내지 0.40, 더 바람직하게는 0.05 내지 0.30, 더 바람직하게는 0.05 내지 0.20, 가장 바람직하게는 0.09 내지 0.15이고;
c (Nb의 경우)는 >0 내지 1, 바람직하게는 0.01 내지 0.40, 더 바람직하게는 0.05 내지 0.30, 더 바람직하게는 0.10 내지 0.25, 가장 바람직하게는 0.14 내지 0.20이고;
n (O의 경우)은 산소 이외의 성분의 원자가 및 진동수에 의해 결정된 수이다.
상기-언급된 ODH 단계에서의 촉매의 양은 필수적인 것은 아니다. 바람직하게는, 촉매적 유효량, 즉 에탄 옥시탈수소화 반응을 촉진하기에 충분한 양의 촉매가 사용된다.
상기-언급된 ODH 단계에서 사용될 수 있는 ODH 반응기는 고정층 및 유동층 반응기를 포함하는 임의의 반응기일 수 있다. 적합하게는, 반응기는 고정층 반응기이다.
촉매 및 공정 조건을 포함하는 옥시탈수소화 공정의 예는 예를 들어 상기-언급된 US7091377, WO2003064035, US20040147393, WO2010096909 및 US20100256432에 개시되어 있고, 이의 개시내용은 본원에 참조로 포함된다.
물은 본 방법의 ODH 단계에서 일어나는 에탄 ODH 반응 과정에서 형성된다. 본 발명의 방법에서, 미전환된 에탄, 에틸렌 및 물을 포함하는 스트림, 적합하게는 상기 ODH 단계에서 생성되는 미전환된 에탄, 에틸렌 및 물을 포함하는 스트림은 ODH 구조물의 일부인 물 응축 장치로 공급되고, 물은 물 응축 장치에서의 응축에 의해 상기 스트림으로부터 제거되며, 이는 미전환된 에탄 및 에틸렌을 포함하는 스트림을 생성한다. 상기 물 응축 단계에서, 미전환된 에탄, 에틸렌 및 물을 포함하는 스트림에서의 물은 후자의 스트림을 저온, 예를 들어 실온으로 냉각시킴으로써 용이하게 응축될 수 있고, 이후 응축된 물은 미전환된 에탄, 에틸렌 및 물을 포함하는 스트림으로부터 분리될 수 있다.
본 발명에서, 임의의 이산화탄소는 공지된 방법 중 임의의 하나에 의해 이산화탄소를 함유하는 스트림으로부터 제거될 수 있다. 상기에서 언급된 바와 같이, 이산화탄소 제거 장치로 공급될 수 있는 적합한 이산화탄소 제거제는 염기, 예를 들어 수산화나트륨 또는 아민의 수용액일 수 있다. 이러한 이산화탄소 제거 이후, 스트림은 건조 장치에서 건조되어 스트림으로부터 잔류물을 제거할 것이다. 아민의 수용액을 이산화탄소 함유 스트림과 접촉시키는 것은 이산화탄소 양이 상대적으로 높은 경우에서, 예를 들어 에탄 ODH 유출물의 경우에서 바람직하다. 수산화나트륨의 수용액을 이산화탄소 함유 스트림과 접촉시키는 것은 이산화탄소 양이 상대적으로 낮은 경우, 예를 들어 1) 에탄 증기 크래커 유출물의 경우 또는 2) 여전히 일부 잔류 이산화탄소를 함유하고, 아민의 수용액으로 처리되는 에탄 ODH 유출물의 경우에서 바람직하다. 본 발명에서, 증기 크래커 구조물의 일부로서의 이산화탄소 제거 장치는 이산화탄소가 아민의 수용액에 의해 제거되는 서브장치 및 이산화탄소가 수산화나트륨의 수용액에 의해 제거되는 다운스트림 서브장치를 포함할 수 있다. 후자의 경우에서, ODH 구조물의 물 응축 장치로부터의 이산화탄소 함유 유출물은 이산화탄소가 아민의 수용액에 의해 제거되는 제1 서브장치에 공급되는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 증기 크래커 구조물의 일부로서 이산화탄소 제거 장치는 유일하게 이산화탄소가 수산화나트륨의 수용액에 의해 제거되는 장치를 포함할 수 있다. 후자의 경우에서, ODH 구조물의 물 응축 장치로부터의 이산화탄소 함유 유출물은 이산화탄소가 아민의 수용액에 의해 제거되는 ODH 구조물의 일부로서의 이산화탄소 제거 장치로 우선 공급되고, 그 다음 이산화탄소가 수산화나트륨의 수용액에 의해 제거되는 증기 크래커 구조물의 이산화탄소 제거 장치로 공급되는 것이 바람직할 수 있다.
또한, 본 발명은 본 발명의 상기-기재된 에틸렌 제조 방법을 수행하기에 적합한 화학 복합체, 더욱 특히 증기 크래커 구조물 및 산화적 탈수소화 (ODH) 구조물을 포함하는 화학 복합체에 관한 것이고, 여기서:
증기 크래커 구조물은 증기 크래커 장치, 이산화탄소 제거 장치, 임의의 건조 장치, 제1 분리 장치, 제2 분리 장치, 임의의 아세틸렌 수소화 장치 및 C2 분리을 포함하고, 상기 각각의 장치는 하나 이상의 공급 라인 및 하나 이상의 유출물 라인을 포함하고;
ODH 구조물은 ODH 장치, 물 응축 장치, 임의의 이산화탄소 제거 장치 및 임의의 건조 장치를 포함하고, 상기 각각의 장치는 하나 이상의 공급 라인 및 하나 이상의 유출물 라인을 포함하고;
ODH 구조물은 임의의 아세틸렌 수소화 장치의 업스트림 및 C2 분리 장치의 업스트림의 위치에서 증기 크래커 구조물과 통합되며;
ODH 장치의 공급 라인은 증기 크래커 구조물의 장치의 공급 라인 또는 유출물 라인과 통합되며, 단, 증기 크래커 장치의 공급 라인 및 ODH 장치의 공급 라인이 통합될 수 있고, 및/또는 C2 분리 장치의 임의의 재순환 유출물 라인 및 ODH 장치의 공급 라인이 통합될 수 있다.
적합하게는, 상기-기재된 화학 복합체에서, 증기 크래커 구조물은 업스트림으로부터 다운스트림으로의 하기 순서로 하기 장치를 포함한다: 증기 크래커 장치, 이산화탄소 제거 장치, 임의의 건조 장치, 제1 분리 장치, 제2 분리 장치, 임의의 아세틸렌 수소화 장치 및 C2 분리 장치. 또한, 증기 크래커 구조물은 켄칭 장치 (켄칭탑) 및/또는 1개 이상의 압축 장치 (압축기)를 포함할 수 있다.
또한, 적합하게는, 상기-기재된 화학 복합체에서, ODH 구조물은 업스트림으로부터 다운스트림으로의 하기 순서로 하기 장치를 포함한다: ODH 장치, 물 응축 장치, 임의의 이산화탄소 제거 장치 및 임의의 건조 장치. 또한 ODH 구조물은 산소 제거 장치 및/또는 1개 이상의 압축 장치 (압축기)를 포함할 수 있다.
상기-기재된 화학 복합체의 제1 구현예에서, 제1 분리 장치는 C3+ 탄화수소, C2 탄화수소, 수소, 임의로 일산화탄소 및 임의로 메탄을 포함하는 스트림을 수소, 임의로 일산화탄소 및 임의로 메탄을 포함하는 스트림 및 C2+ 탄화수소를 포함하는 스트림으로 분리하기에 적합한 분리 장치가고; 제2 분리 장치는 C2+ 탄화수소를 포함하는 스트림을 C2 탄화수소를 포함하는 스트림 및 C3+ 탄화수소를 포함하는 스트림으로 분리하는데 적합한 분리 장치가다.
상기-기재된 화학 복합체의 제2 구현예에서, 제1 분리 장치는 C3+ 탄화수소, C2 탄화수소, 수소, 임의로 일산화탄소 및 임의로 메탄을 포함하는 스트림을 C2 탄화수소, 수소, 임의로 일산화탄소 및 임의로 메탄을 포함하는 스트림 및 C3+ 탄화수소를 포함하는 스트림으로 분리하기에 적합한 분리 장치가고; 제2 분리 장치는 C2 탄화수소, 수소, 임의로 일산화탄소 및 임의로 메탄을 포함하는 스트림을 수소, 임의로 일산화탄소 및 임의로 메탄을 포함하는 스트림 및 C2 탄화수소를 포함하는 스트림으로 분리하는데 적합한 분리 장치가다.
본 발명의 방법에서 사용되는 그것의 장치를 포함하는 증기 크래커 구조물 및 ODH 구조물과 관련하여 상기에 기재된 바와 같은 모든 특징 및 구현예는 또한 본 발명의 화학 복합체에서의 상응하는 구조물 및 장치에 적용된다.
특히, 본 발명의 화학 복합체에서, ODH 구조물의 장치의 유출물 라인은 증기 크래커 구조물의 장치의 공급 라인 또는 유출물 라인과 통합될 수 있다. 본 명세서에서, 본 발명의 화학 복합체에서의 증기 크래커 구조물의 라인과 ODH 구조물의 라인과의 "통합"은 논의되는 2개의 라인이 연결되는 것을 의미한다.
본 발명의 화학 복합체에서, 증기 크래커 구조물의 장치의 공급 라인 또는 유출물 라인과 통합될 수 있는 ODH 구조물의 장치의 유출물 라인은 하기 중 하나 이상일 수 있다: a) 물 응축 장치의 유출물 라인; b) 임의의 이산화탄소 제거 장치의 유출물 라인; 및 c) 임의의 건조 장치의 유출물 라인.
본 발명의 화학 복합체에서, ODH 구조물의 물 응축 장치의 유출물 라인은 증기 크래커 구조물의 이산화탄소 제거의 공급 라인과 통합될 수 있다.
본 발명의 화학 복합체에서, ODH 구조물의 임의의 이산화탄소 제거 장치의 유출물 라인은 증기 크래커 구조물의 임의의 건조 장치의 공급 라인과 통합될 수 있다.
본 발명의 화학 복합체의 상기-언급된 제1 구현예에서, ODH 구조물의 임의의 건조 장치의 유출물 라인은 증기 크래커 구조물의 제1 분리 장치의 공급 라인과 통합될 수 있다.
본 발명의 화학 복합체의 상기-언급된 제2 구현예에서, ODH 구조물의 임의의 건조 장치의 유출물 라인은 증기 크래커 구조물의 제2 분리 장치의 공급 라인과 통합될 수 있다.
본 발명의 방법 및 화학 복합체는 추가로 도 1-3에 의해 예시된다.
도 1에 증기 크래커 구조물이 나타나 있다. 상기 증기 크래커 구조물은 증기 크래커 장치(2), 이산화탄소 제거 장치(4), 건조 장치(8), 분리 장치(11, 15, 19 및 24) 및 아세틸렌 수소화 장치(22)를 포함한다. 상기 분리 장치(11, 15, 19 및 24) 모두는 증류 칼럼이다. 또한, 도 1에서, 상기 증기 크래커 구조물과 통합된 산화적 탈수소화 (ODH)구조물이 또한 나타나 있다. 상기 ODH 구조물은 ODH 장치(31) 및 물 응축 장치(33)을 포함한다.
상기 도 1에서, 에탄을 포함하는 스트림(1)은 증기 크래킹 조건 하에 작동하는 증기 크래커 장치(2)에 공급된다. 증기 크래커 장치(2)으로부터 나온 생성물 스트림(3)은 C3+ 탄화수소, 에탄, 에틸렌, 아세틸렌, 메탄, 수소, 일산화탄소 및 이산화탄소를 포함한다. 상기 스트림(3)은 이산화탄소 제거 장치(4)에 공급된다. 이산화탄소 제거제는 스트림(5)를 통해 이산화탄소 제거 장치에 공급된다. 상기 이산화탄소 제거제는 염기, 예를 들어 수산화나트륨 또는 아민의 수용액일 수 있다. 이산화탄소 제거 장치(4)은 이산화탄소가 아민의 수용액에 의해 제거되는 서브장치 및 이산화탄소가 수산화나트륨의 수용액에 의해 제거되는 다운스트림 서브장치를 포함할 수 있다. 이산화탄소는 수성 스트림(6)을 통해 제거된다. C3+ 탄화수소, 에탄, 에틸렌, 아세틸렌, 메탄, 수소, 일산화탄소 및 물을 포함하는 이산화탄소 제거 장치(4)으로부터 나온 스트림(7)은 건조 장치(8)로 공급된다. 건조 장치(8)에서, 물은 스트림(9)를 통해 제거된다. C3+ 탄화수소, 에탄, 에틸렌, 아세틸렌, 메탄, 수소 및 일산화탄소를 포함하는 건조 장치(8)으로부터 나온 스트림(10)은 분리 장치(11)에 공급된다.
제1 구현예에서, 분리 장치(11)에서, C3+ 탄화수소, 에탄, 에틸렌, 아세틸렌, 메탄, 수소 및 일산화탄소를 포함하는 스트림(10)은 메탄, 수소 및 일산화탄소를 포함하는 상부 스트림(12) 및 C3+ 탄화수소, 에탄, 에틸렌 및 아세틸렌을 포함하는 하부 스트림(13)으로 분리된다. 제1 구현예에서, 스트림(13)은 스트림(14)으로서 분리 장치(15)으로 공급된다. 분리 장치(15)에서, 스트림(14)은 에탄, 에틸렌 및 아세틸렌을 포함하는 상부 스트림(17) 및 C3+ 탄화수소를 포함하는 하부 스트림(16)으로 분리된다.
제2 구현예에서, 분리 장치(11)에서, C3+ 탄화수소, 에탄, 에틸렌, 아세틸렌, 메탄, 수소 및 일산화탄소를 포함하는 스트림(10)은 에탄, 에틸렌, 아세틸렌, 메탄, 수소 및 일산화탄소를 포함하는 상부 스트림(12) 및 C3+ 탄화수소를 포함하는 하부 스트림(13)으로 분리된다. 상기 제2 구현예에서, 스트림(12)은 스트림(18)으로서 분리 장치(19)으로 공급된다. 분리 장치(19)에서, 스트림(12)은 메탄, 수소 및 일산화탄소를 포함하는 상부 스트림(20) 및 에탄, 에틸렌 및 아세틸렌을 포함하는 하부 스트림(21)으로 분리된다.
에탄, 에틸렌 및 아세틸렌을 포함하는 스트림 (17) (상기-언급된 제1 구현예) 또는 에탄, 에틸렌 및 아세틸렌을 포함하는 스트림 (21) (상기-언급된 제2 구현예)가 아세틸렌 수소화 장치(22)으로 공급된다. 아세틸렌 수소화 장치(22)에서, 아세틸렌은 수소 스트림(22a)을 사용하여 에탄 및 에틸렌을 포함하는 스트림(23)을 생성하는 에틸렌으로 수소화된다. 상기 스트림(23)은 분리 장치(24) (""C2 분리 장치")으로 공급되고, 여기서 스트림(23)은 에틸렌을 포함하는 상부 스트림(25) 및 에탄을 포함하는 하부 스트림(26)으로 분리된다.
또한, 상기 도 1에서, 에탄을 포함하는 스트림(28) 및 산화제를 포함하는 스트림(30)은 ODH 촉매를 함유하고, ODH 조건 하에 작동하는 ODH 장치(31)으로 공급된다. 증기 크래커 장치(2) 및 ODH 장치(31)으로 공급되는 에탄의 공급원은 동일하거나 또는 상이할 수 있다. 공급원이 동일한 경우에서, 스트림(1)으로부터의 에탄은 스트림(29) 및 스트림(28)을 통해 ODH 장치(31)으로 공급될 수 있다. ODH 장치(28)으로부터 나온 생성물 스트림(32)은 물, 에탄, 에틸렌, 아세틸렌, 일산화탄소, 이산화탄소 및 임의의 아세트산을 포함한다. 상기 스트림(32)은 물 응축 장치(33)으로 공급된다. 물 응축 장치(33)에서, 물 및 임의의 아세트산은 스트림(34)을 통해 응축에 의해 제거된다. 도 1에서, 에탄, 에틸렌, 아세틸렌, 일산화탄소 및 이산화탄소를 포함하는 물 응축 장치(33)로부터 나오는 스트림(35)은 증기 크래커 구조물의 일부인 이산화탄소 제거 장치(4)으로 공급된다. 추가로, 스트림(35)을 이산화탄소 제거 장치(4)으로 공급하기 이전에, 스트림(35)은 우선 증기 크래커 구조물의 일부가 아닌 또 다른 이산화탄소 제거 장치 (도 1에 도시되지 않음)에 공급될 수 있고, 여기서 예를 들어 이산화탄소 제거제로서 아민의 수용액을 사용함으로써 이산화탄소 제거 장치(4)에서보다 비교적 더 큰 양의 이산화탄소가 제거될 수 있다. 일반적으로, ODH 장치로부터의 유출물은 증기 크래커 장치로부터의 유출물보다 상대적으로 더 많은 이산화탄소를 함유한다. 후자의 경우에서, 이산화탄소 제거 장치(4)은 유일하게 이산화탄소가 수산화나트륨의 수용액에 의해 제거되는 장치만을 포함할 수 있다.
또한, 상기 도 1에서, 스트림(26)으로부터의 에탄은 스트림(27)을 통해 재순화될 수 있다. 스트림(27)으로부터 나오고, 에탄을 포함하는 스트림(27a)은 증기 크래커 장치(2)에 공급될 수 있다. 스트림(27)으로부터 나오고, 에탄을 포함하는 스트림(27b)은 ODH 장치(31)에 공급될 수 있다.
도 2에서, 증기 크래커 구조물 및 상기 증기 크래커 구조물과 통합된 산화적 탈수소화 (ODH) 구조물이 나타나 있다. 증기 크래커 구조물은 도 1의 것과 동일하다. 도 2에서, ODH 구조물은 ODH 장치(31), 물 응축 장치(33) 및 이산화탄소 제거 장치(37)을 포함한다.
도 2의 방법은 도 1의 방법과 동일하고, 단, ODH 구조물의 일부인 물 응축 장치(33)으로부터 나온 스트림(35)으로서, 에탄, 에틸렌, 아세틸렌, 일산화탄소 및 이산화탄소를 포함하는 스트림(35)은 증기 크래커 구조물의 일부인 이산화탄소 제거 장치(4)으로 공급되지 않으나, 이는 스트림(36)을 통해 ODH 구조물의 일부인 이산화탄소 제거 장치(37)으로 공급된다. 이산화탄소 제거제는 스트림(38)을 통해 이산화탄소 제거 장치(37)으로 공급된다. 상기 이산화탄소 제거제는 염기, 예를 들어 수산화나트륨 또는 아민의 수용액일 수 있다. 이산화탄소는 수성 스트림(39)을 통해 제거된다. 도 2에서, 이산화탄소 제거 장치(37)으로부터 나온 스트림(40)으로서, 에탄, 에틸렌, 아세틸렌, 일산화탄소 및 물을 포함하는 스트림(40)은 증기 크래커 구조물의 일부인 건조 장치(8)으로 공급된다. 도 2에서, 이산화탄소 제거 장치(4)은 유일하게 이산화탄소가 수산화나트륨의 수용액에 의해 제거되는 장치만을 포함할 수 있다. 또한, 도 2에서, 이산화탄소 제거 장치(37)는 이산화탄소가 아민의 수용액에 의해 제거되는 서브장치 및 이산화탄소가 수산화나트륨의 수용액에 의해 제거되는 다운스트림 서브장치를 포함할 수 있다.
도 3에서, 증기 크래커 구조물 및 상기 증기 크래커 구조물과 통합된 산화적 탈수소화 (ODH) 구조물이 나타나 있다. 증기 크래커 구조물은 도 1 및 2의 것과 동일하다. 도 3에서, ODH 구조물은 ODH 장치(31), 물 응축 장치(33), 이산화탄소 제거 장치(37) 및 건조 장치(42)을 포함한다.
도 3의 방법은 도 2의 방법과 동일하고, 단, ODH 구조물의 일부이고, 이산화탄소 제거 장치(37)으로부터 나온 스트림(40)으로서, 에탄, 에틸렌, 아세틸렌 및 일산화탄소를 포함하는 스트림(40)은 증기 크래커 구조물의 일부인 건조 장치(8)에 공급되지 않으나, 이는 스트림(41)을 통해 ODH 구조물의 일부인 건조 장치(42)에 공급된다. 건조 장치(42)에서, 물은 스트림(43)을 통해 제거된다. 건조 장치(42)으로부터 나온 스트림(44)은 에탄, 에틸렌, 아세틸렌 및 일산화탄소를 포함한다. 도 1과 관련하여 기재된 제1 구현예에 상응하는 도 3의 제1 구현예에서, 스트림(44)은 증기 크래커 구조물의 일부인 분리 장치(11)으로 스트림(45)으로서 이송된다. 도 3의 제2 구현예에서, 도 1과 관련하여 기재된 제2 구현예에 상응하는 도 3의 제2 구현예에서, 스트림(44)은 증기 크래커 구조물의 일부인 분리 장치(19)으로 스트림(46)으로서 시용된다.
도 1-3에서, 증기 크래커 구조물은 하나 이상의 압축기 (도 1-3에 도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 하나의 압축기는 증기 크래커 장치(2)과 이산화탄소 제거 장치(4) 사이에 배치될 수 있다. 도 1에서, 상기 압축기는 증기 크래커 장치(2)과 스트림(3 및 35)이 조합되는 지점 사이에 배치될 수 있다. 또한, 또 다른 압축기는 이산화탄소 제거 장치(4) 및 건조 장치(8) 사이에 배치될 수 있다. 도 2에서, 상기 압축기는 건조 장치(8)과 스트림(7 및 40)이 조합되는 지점 사이에 배치될 수 있다.
또한, 도 1-3에서, 증기 크래커 구조물의 일부인 아세틸렌 수소화 장치(22)은 증기 크래커 구조물 내의 또 다른 위치에 배치될 수 있다. 도 1에서, 아세틸렌 수소화 장치(22)은 하기 위치 중 임의의 하나에 배치될 수 있다 (도 1에 도시되지 않음): 1) 이산화탄소 제거 장치(4)과 스트림(3 및 35)이 조합되는 지점의 사이; 2) 이산화탄소 제거 장치(4)과 건조 장치(8) 사이; 3) 건조 장치(8)과 분리 장치 사이); 4) 분리 장치(11 및 19)들 사이 (유일하게 도 1과 관련하여 기재된 제2 구현예의 것). 도 2에서, 아세틸렌 수소화 장치(22)은 하기 위치 중 임의의 하나에 배치될 수 있다 (도 2에 도시되지 않음): 1) 건조 장치(8)과 스트림(7 및 40)이 조합되는 위치 사이; 2) 건조 장치(8)과 분리 장치(11) 사이; 3) 분리 장치(11 및 19)들 사이 (유일하게 도 1과 관련하여 기재된 제2 구현예의 것). 도 3에서, 아세틸렌 수소화 장치(22)은 하기 위치 중 임의의 하나에 배치될 수 있다 (도 3에 도시되지 않음): 1) 분리 장치(11)과 스트림(10 및 45)이 조합되는 지점 사이 (유일하게 도 1과 관련하여 기재된 제1 구현예의 것); 2) 분리 장치(18)과 스트림(18 및46)이 조합되는 지점 사이 (유일하게 도 1과 관련하여 기재된 제2 구현예의 것). 모든 이러한 경우에서, 유리하게는 별개의 수소 스트림(22a)은 수소가 상기 스트림(3, 7, 10 및 18)에 여전히 존재하기 때문에 아세틸렌 수소화 장치(22)으로 공급될 필요가 없다.
추가의 구현예 (도 1-3에 도시되지 않음)에서, 새로운 에탄 및 임의로 프로판을 포함하는 공급물은 증기 크래커 구조물의 다운스트림 구간으로, 특히 칼럼(11)에 대한 라인(10) 또는 칼럼(15)에 대한 라인(14)로 도입되고, 이에 의해 새로운 에탄 공급물로부터의 임의의 프로판은 유리하게는 증기 크래커 장치로부터 유래된 임의의 C3+ 탄화수소와 함께 제거되며, 이에 의해 별개의 추가의 탈프로판탑을 사용할 필요성이 제거된다. 상기의 추가의 구현예에서, 새로운 에탄은 ODH 반응기(31)으로 직접적으로 공급되어야 하는 것은 아니나, 라인(27)으로부터의 에탄 재순환이 충분할 수 있다. 라인(27)으로부터의 상기 에탄 재순환은 여전히 새로운 에탄, 즉 칼럼 (11 또는 15)로 공급되는 새로운 에탄을 포함할 것이고, 이 에탄은 증기 크래킹 조건 또는 산화적 탈수소화 (ODH) 조건에 가해지지 않았다. 따라서, 전술한 방식으로 (즉, 라인(10) 또는 라인(14)을 통해 간접적으로) ODH 장치에 공급된 새로운 에탄은 이에 따라 증기 크래커 장치로 직접적으로 에탄을 공급하기 위해 사용되는 새로운 에탄의 공급원 이외의 공급원으로부터 유래될 것이다. 또한, 라인(27)으로부터의 상기 에탄 재순환은 미전환된 에탄, 즉, 증기 크래커 장치로부터 유래된 미전환된 에탄을 포함할 것이다.
본 발명은 또한 에탄을 포함하는 스트림을 증기 크래킹 조건에 가하는 대신에, 나프타를 포함하는 스트림이 본 발명의 증기 크래커 구조물의 일부인 증기 크래커 장치에서의 증기 크래킹 조건에 가해지는 방법에 적용가능하다. 에탄 증기 크래킹과 관련하여 상기-논의된 구현예 및 바람직한 예는 나프타 증기 크래커 구조물 및 ODH 구조물이 통합된 상기 경우에 동등하게 적용된다. 일반적으로, 나프타 증기 크래커로부터 생성된 스트림이 중질물의 냉각 및 제거가 수행되는 켄칭 단계에 가해진다. 이와 같은 켄칭 단계는 도 1-3에서의 장치 (2 및 4) 사이에 포함될 수 있다.

Claims (6)

  1. 에탄으로부터의 에틸렌의 제조 방법으로서,
    에탄을 포함하는 스트림을 증기 크래커 구조물의 일부인 증기 크래커 장치에서의 증기 크래킹 조건에 가하여, 미전환된 에탄, 에틸렌 및 수소를 포함하는 스트림을 생성하는 단계;
    미전환된 에탄, 에틸렌 및 수소를 포함하는 스트림을 증기 크래커 구조물의 일부인 분리 장치로 공급하며, 상기 분리 장치에서의 상기 스트림을 수소를 포함하는 스트림 및 미전환된 에탄 및 에틸렌을 포함하는 스트림으로 분리하는 단계;
    미전환된 에탄 및 에틸렌을 포함하는 스트림을 증기 크래커 구조물의 일부인 C2 분리 장치로 공급하며, 상기 C2 분리 장치에서의 상기 스트림을 에틸렌을 포함하는 스트림 및 미전환된 에탄을 포함하는 스트림으로 분리하는 단계;
    선택적으로, C2 분리 장치로부터 나오는 미전환된 에탄을 포함하는 스트림으로부터의 미전환된 에탄을 증기 크래커 장치로 재순환시키는 단계;
    에탄을 포함하는 스트림을 ODH 구조물의 일부인 ODH 장치에서의 산화적 탈수소화 (ODH) 조건에 가하여, 미전환된 에탄, 에틸렌 및 물을 포함하는 스트림을 생성하는 단계;
    미전환된 에탄, 에틸렌 및 물을 포함하는 스트림을 ODH 구조물의 일부인 물 응축 장치에 공급하고, 상기 스트림으로부터의 물을 물 응축 장치에서의 응축에 의해 제거하여, 미전환된 에탄 및 에틸렌을 포함하는 스트림을 생성하는 단계;
    미전환된 에탄 및 에틸렌을 포함하는, ODH 구조물로부터 나오는 유출물을 증기 크래커 구조물로 공급하는 단계;
    선택적으로, C2 분리 장치로부터 나오는 미전환된 에탄을 포함하는 스트림으로부터의 미전환된 에탄을 ODH 장치로 재순환시키는 단계
    를 포함하는, 에탄으로부터의 에틸렌의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 에탄은 ODH 장치로 공급되며, ODH 장치는 a) 에탄을 증기 크래커 장치로 공급하기 위해 사용되는 새로운 에탄의 공급원; b) a) 하에 언급된 상기 제1 공급원 이외의 새로운 에탄의 다른 공급원; 및 c) C2 분리 장치로부터 나온 유출물로부터의 미전환된 에탄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 공급원으로부터 유래되는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 증기 크래커 구조물의 증기 크래커 장치로부터 나온 스트림은 미전환된 에탄, 에틸렌, 수소, 메탄, 일산화탄소, 이산화탄소 및 C3+ 탄화수소를 포함하고; ODH 구조물의 ODH 장치로부터 나온 스트림은 미전환된 에탄, 에틸렌, 물, 일산화탄소 및 이산화탄소를 포함하고; 상기 방법은,
    에탄을 포함하는 스트림을 증기 크래커 구조물의 일부인 증기 크래커 장치에서의 증기 크래킹 조건에 가하여, 미전환된 에탄, 에틸렌, 수소, 메탄, 일산화탄소, 이산화탄소 및 C3+ 탄화수소를 포함하는 스트림을 생성하는 단계;
    미전환된 에탄, 에틸렌, 수소, 메탄, 일산화탄소, 이산화탄소 및 C3+ 탄화수소를 포함하는 스트림을 증기 크래커 구조물의 일부인 이산화탄소 제거 장치로 공급하며, 상기 이산화탄소 제거 장치에서의 상기 스트림으로부터 이산화탄소를 제거하여, 미전환된 에탄, 에틸렌, 수소, 메탄, 일산화탄소 및 C3+ 탄화수소를 포함하는 스트림을 생성하는 단계;
    미전환된 에탄, 에틸렌, 수소, 메탄, 일산화탄소 및 C3+ 탄화수소를 포함하는 스트림을 증기 크래커 구조물의 일부인 분리 장치로 공급하며, 상기 분리 장치에서의 상기 스트림을 수소, 메탄 및 일산화탄소를 포함하는 스트림 및 C3+ 탄화수소를 포함하는 스트림으로 분리하는 단계;
    미전환된 에탄, 에틸렌, 수소, 메탄, 일산화탄소 및 C3+ 탄화수소를 포함하는 스트림으로부터의 미전환된 에탄 및 에틸렌을 증기 크래커 구조물의 일부인 C2 분리 장치로 공급하며, C2 분리 장치에서의 상기 스트림을 에틸렌을 포함하는 스트림 및 미전환된 에탄을 포함하는 스트림으로 분리하는 단계;
    선택적으로, C2 분리 장치로부터 나온 미전환된 에탄을 포함하는 스트림으로부터의 미전환된 에탄을 증기 크래커 장치로 재순환시키는 단계;
    에탄을 포함하는 스트림을 ODH 구조물의 일부인 ODH 장치에서의 산화적 탈수소화 (ODH) 조건에 가하여, 미전환된 에탄, 에틸렌, 물, 일산화탄소 및 이산화탄소를 포함하는 스트림을 생성하는 단계;
    미전환된 에탄, 에틸렌, 물, 일산화탄소 및 이산화탄소를 포함하는 스트림을 ODH 구조물의 일부인 물 응축 장치로 공급하며, 물 응축 장치에서의 응축에 의해 상기 스트림으로부터 물을 제거하고, 미전환된 에탄, 에틸렌, 일산화탄소 및 이산화탄소를 포함하는 스트림을 생성하는 단계;
    미전환된 에탄 및 에틸렌을 포함하는, ODH 구조물로부터 나온 유출물을 증기 크래커 구조물로 공급하는 단계;
    선택적으로, C2 분리 장치로부터 나온 미전환된 에탄을 포함하는 스트림으로부터의 미전환된 에탄을 ODH 장치로 재순환시키는 단계
    를 포함하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    1) 제1 구현예에서, 미전환된 에탄, 에틸렌, 수소, 메탄, 일산화탄소 및 C3+ 탄화수소를 포함하는 스트림이 분리 장치에서 수소, 메탄 및 일산화탄소를 포함하는 스트림 및 C2+ 탄화수소를 포함하는 스트림으로 분리되며, 상기 C2+ 탄화수소는 미전환된 에탄, 에틸렌 및 C3+ 탄화수소를 포함하고;
    C2+ 탄화수소를 포함하는 분리된 스트림은 추가의 분리 장치에 공급되고, 상기 스트림은 미전환된 에탄 및 에틸렌을 포함하는 C2 탄화수소를 포함하는 스트림, 및 C3+ 탄화수소를 포함하는 스트림으로 분리되며; 그리고
    추가의 분리 장치로부터 나온 C2 탄화수소를 포함하는 분리된 스트림이 C2 분리 장치로 공급되고, 후자의 스트림은 에틸렌을 포함하는 스트림 및 미전환된 에탄을 포함하는 스트림으로 분리되며; 또는
    2) 제2 구현예에서, 미전환된 에탄, 에틸렌, 수소, 메탄, 일산화탄소 및 C3+ 탄화수소를 포함하는 스트림은 분리 장치에서 수소, 메탄, 일산화탄소 및 C2 탄화수소를 포함하는 스트림으로서, C2 탄화수소가 미전환된 에탄 및 에틸렌을 포함하는 스트림, 및 C3+ 탄화수소를 포함하는 스트림으로 분리되며;
    수소, 메탄, 일산화탄소 및 C2 탄화수소를 포함하는 분리된 스트림이 추가의 분리 장치로 공급되고, 상기 스트림이 수소, 메탄 및 일산화탄소를 포함하는 스트림, 및 C2 탄화수소를 포함하는 스트림으로 분리되며; 그리고
    추가의 분리 장치로부터 나온 C2 탄화수소를 포함하는 분리된 스트림이 C2 분리 장치로 공급되며, 후자의 스트림은 에틸렌을 포함하는 스트림 및 미전환된 에탄을 포함하는 스트림으로 분리되는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 증기 크래커 구조물의 증기 크래커 장치로부터 나온 스트림은 추가적으로 아세틸렌을 포함하고; ODH 구조물의 ODH 장치로부터 나온 스트림은 추가적으로 아세틸렌을 포함하고; 상기 방법은, 하기 추가의 단계:
    증기 크래커 구조물의 일부인 아세틸렌 수소화 장치에서, 미전환된 에탄, 에틸렌 및 아세틸렌을 포함하는 스트림이 수소화 조건에 가해지고, 이로써 아세틸렌이 에틸렌으로 전환되는 아세틸렌 수소화 단계를 포함하는, 방법.
  6. 증기 크래커 구조물 및 산화적 탈수소화 (ODH) 구조물을 포함하는 화학 복합체로서,
    상기 증기 크래커 구조물이 증기 크래커 장치, 이산화탄소 제거 장치, 선택적인 건조 장치, 제1 분리 장치, 제2 분리 장치, 선택적인 아세틸렌 수소화 장치 및 C2 분리 장치를 포함하며, 상기 각각의 장치는 하나 이상의 공급 라인 및 하나 이상의 유출물 라인을 포함하며,
    상기 ODH 구조물은 ODH 장치, 물 응축 장치, 선택적인 이산화탄소 제거 장치 및 선택적인 건조 장치를 포함하고, 상기 각각의 장치는 하나 이상의 공급 라인 및 하나 이상의 유출물 라인을 포함하며,
    상기 ODH 구조물은 선택적인 아세틸렌 수소화 장치의 업스트림 및 C2 분리 장치의 업스트림의 위치에서 증기 크래커 구조물과 통합되며,
    ODH 장치의 공급 라인이 증기 크래커 구조물의 장치의 공급 라인 또는 유출물 라인과 통합되지 않으며, 단, 증기 크래커 장치의 공급 라인 및 ODH 장치의 공급 라인이 통합될 수 있고/있거나, C2 분리 장치의 선택적인 재순환 유출물 라인 및 ODH 장치의 공급 라인이 통합될 수 있는 방법.
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