KR20200087773A - 에틸렌 옥시드 및 에틸렌 글리콜 생산 방법 - Google Patents

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Abstract

에틸렌 글리콜을 포함하는 수성 스트림으로부터 에틸렌 글리콜을 회수하는 방법이 개시된다. 상기 방법은 (a) 에틸렌 글리콜을 포함하는 수성 스트림을 다중-효과 증발기에서 증발 단계에 적용하여 에틸렌 글리콜을 포함하는 농축된 스트림을 수득하는 단계; (b) 에틸렌 글리콜을 포함하는 상기 농축된 스트림을 0 barg (bar 게이지) 내지 4 barg (bar 게이지)의 범위의 오버헤드 압력에서 작동하는 제1 탈수기에서 제1 탈수 단계에 적용하여 부분적으로 탈수된 에틸렌 글리콜 스트림을 수득하는 단계, 및 (c) 상기 부분적으로 탈수된 에틸렌 글리콜 스트림을 진공 하에 작동하는 제2 탈수기에서 제2 탈수 단계에 적용하여 탈수된 에틸렌 글리콜 스트림을 수득하는 단계를 포함한다.

Description

에틸렌 옥시드 및 에틸렌 글리콜 생산 방법
본 발명은 가장 적합하게는 통합된 에틸렌 옥시드/에틸렌 글리콜 공정 내에서 에틸렌 글리콜의 회수 방법에 관한 것이다.
에틸렌 옥시드(EO)는 주로 에틸렌 글리콜의 생산뿐만 아니라 에톡실레이트, 에탄올-아민, 용매 및 글리콜 에터의 생산을 위한 화학적 중간체로서 사용된다. 이는 에틸렌을 산소 또는 공기로 직접 산화시켜 생산된다. 에틸렌 및 산소는 전형적으로 10 내지 30 bar의 압력 및 200 내지 300℃의 온도에서 산화 은 촉매 상으로 통과된다. 반응은 발열성이며, 전형적인 반응기는 촉매로 가득한 수천개의 튜브의 큰 묶음으로 구성된다. 냉각제가 반응기 튜브를 둘러싸서 반응 열을 제거하여 온도 제어가 가능하다.
에틸렌 옥시드 반응기로부터의 생성물 스트림은 에틸렌 옥시드 흡수기에 공급된다. 흡수기는 초기 켄칭 섹션을 가지며, 여기서 생성물 스트림은 냉각된, 재순환 수성 켄칭 스트림과 접촉하고 염기성 용액이 재순환 켄칭 스트림에 연속적으로 첨가된다. 가스 스트림은 켄칭 섹션으로부터 에틸렌 옥시드 흡수기의 메인 섹션으로 통과하여 에틸렌 옥시드를 회수하기 위해 물로 세정된다.
에틸렌 옥시드가 풍부한 생성된 수 스트림은 지방 흡착제로 지칭되며 에틸렌 옥시드 스트립퍼로 보내진다. 에틸렌 옥시드 스트립퍼에서, 에틸렌 옥시드는 지방 흡착제로부터 스트립핑되고 농축된 에틸렌 옥시드 스트림은 응축, 증류 및 재흡수와 같은 에틸렌 옥시드 마무리 공정으로 보내진다. 린(lean) 흡착제로 지칭되는 잔류 액체는 에틸렌 옥시드 흡수기로 재순환된다. 잔류 에틸렌 옥시드 흡수기는 에틸렌 옥시드 스트립퍼 오버헤드로부터 에틸렌 옥시드/수증기를 응축한 후 남은 경질분 (light ends)으로부터 비응축 에틸렌 옥시드를 회수하기 위해 사용된다.
벌크 에틸렌 옥시드 생성물의 회수 후 남은 잔류 가스는 에틸렌 산화 반응기로 재순환된다. 통상적으로, 재순환 가스 루프에서 아르곤, 에탄 또는 질소와 같은 불순물의 축적을 방지하기 위해 재순환 가스로부터 작은 블리드 스트림이 배출된다. 재순환 가스의 일부 또는 전부인 측면 스트림은 일반적으로 CO2 스트립퍼에서 흡착제로부터 후속적으로 스트립핑되는 과량의 CO2의 제거를 위해 수성 이산화탄소(CO2) 흡착제로 세정되어 전형적으로 배출되거나, 바람직하게는 부산물로서 사용 또는 판매를 위해 회수된다.
에틸렌 옥시드의 추가 정제 후, 고순도 에틸렌 옥시드(HPEO)는 냉장, 저장되고 고객에게 운송될 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 에틸렌 옥시드는 종종 결합된 에틸렌 옥시드/에틸렌 글리콜 공정에서 생산되는데, 이는 에틸렌 에폭시화 공정이 본질적으로 후처리를 필요로 하는 글리콜을 생성하고, 결합된 에틸렌 에폭시화 및 글리콜 후처리 공정이 열 통합의 기회를 제공한다는 이점을 갖는다.
따라서, 에틸렌 에폭시화 플랜트에서 생성된 에틸렌 옥시드는 에틸렌 글리콜 반응기를 포함하는 에틸렌 글리콜 유닛으로 라우팅될 수 있으며, 여기서 에틸렌 옥시드는 과량의 물과의 열 반응에 의해 모노에틸렌 글리콜(MEG) 및 더 무거운 글리콜로 전환된다. 전형적으로, 7 내지 14(중량/중량) 범위인 물/에틸렌 옥시드 비가 사용된다. 저압 공정 증기, 고온 공정 응축물 및 고압 증기를 사용하는 직접적인 열 교환을 사용하는 일련의 (전형적으로 3개의) 예열기를 사용하여, 150 내지 250℃ 범위의 에틸렌 글리콜 반응기 온도가 사용된다. 이러한 조건에서, 반응 속도가 빠르며 촉매가 필요하지 않다. 에틸렌 옥시드 가수분해 반응은 주로 물, 및 약 90 중량%의 모노에틸렌 글리콜(MEG), 나머지는 주로 디에틸렌 글리콜(DEG), 일부 트리에틸렌 글리콜(TEG) 및 소량의 더 높은 상동체를 포함하는 글리콜 생성물 스트림을 함유하는 배출물을 생성한다.
수성 에틸렌 글리콜 반응기 배출물은 연속적인("다중 효과") 증발기 컬럼을 통과하여 물을 제거하고, 이는 에틸렌 글리콜 반응기로 복귀된다. 증발기 배출물의 추가 탈수는 이후 진공 증류기를 통해 탈수된 에틸렌 글리콜 스트림을 생성한 후, 불순물을 제거하여 정제된 에틸렌 글리콜 생성물 스트림을 제공한다.
통상적인 에틸렌 글리콜 회수 라인-업은 전형적으로 감소하는 압력에서 작동하는 3 내지 6개의 순방향 공급 다중 효과 증발기로 구성된다. 제1 증발기로의 열은 고압 증기를 통해 제공되며, 각 증발기로부터의 오버헤드 증기는 후속 증발기의 리보일러에서 사용된다. 라인의 마지막 증발기의 배출물은 일반적으로 20 내지 40 중량% 사이의 물을 함유하고, 진공 하에서 단일 증류 컬럼("글리콜 탈수기")에서 탈수되어 탈수된 에틸렌 글리콜 스트림을 제공한다. 유리하게는, 마지막 증발기(일반적으로 3 내지 8 barg)로부터의 증기 오버헤드는 에틸렌 옥시드/에틸렌 글리콜 플랜트에서 다양한 증기 소비자를 위한 공정 증기로서 적어도 부분적으로 이용된다. 제2, 제3 등의 증발기의 리보일러로부터 수집된 공정 응축물은 플래시되고 고온의 응축물은 에틸렌 글리콜 반응기의 예열기 중 하나에서 직접 열 교환에서 사용되고, 저압의 (전형적으로 약 3 barg) 증기를 생성하기 위해 물 서지 드럼에서 추가로 플래시된다.
에틸렌 옥시드의 에너지 효율 및 에틸렌 글리콜 공정 단계를 개선하기 위한 지속적인 교구가 에틸렌 글리콜 제조 분야에서 존재한다.
따라서, 본 발명자들은 에틸렌 글리콜의 제조를 위한 개선된 공정, 특히 외부 증기 임포트를 덜 필요로 하는 통합된 에틸렌 옥시드/에틸렌 글리콜 공정을 제공하고자 하였다.
도 1은 종래 기술에 따른 공정을 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 공정을 도시한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 공정을 도시한 개략도이다.
발명의 내용
본 발명자들은 통합된 에틸렌 옥시드/에틸렌 글리콜 공정에서, 2단계 글리콜 탈수 작업을 포함하는 공정에 의해 실질적인 에너지 절약이 달성될 수 있음을 발견하였으며, 여기서 다중 효과 증발기의 배출물은 종래의 에틸렌 글리콜 진공 증류 단계 이전에 낮은 (진공이 아닌) 오버헤드 압력에서 증류 컬럼에서 사전-탈수 단계에 적용된다.
따라서, 본 발명의 일 양태에서, 에틸렌 글리콜을 포함하는 수성 스트림으로부터 에틸렌 글리콜의 회수를 위한 방법이 제공되며, 상기 방법은:
(a) 에틸렌 글리콜을 포함하는 상기 수성 스트림을 다중-효과 증발기에서 증발 단계에 적용하여 에틸렌 글리콜을 포함하는 농축된 스트림을 수득하는 단계;
(b) 에틸렌 글리콜을 포함하는 상기 농축된 스트림을 0 barg 내지 4 barg 범위의 오버헤드 압력에서 작동하는 제1 탈수기에서 제1 탈수 단계에 적용하여 부분적으로 탈수된 에틸렌 글리콜 스트림을 수득하는 단계,
(c) 상기 부분적으로 탈수된 에틸렌 글리콜 스트림을 진공 하에 작동하는 제2 탈수기에서 제2 탈수 단계에 적용하여 탈수된 에틸렌 글리콜 스트림을 수득하는 단계를 포함한다.
통상적인 단일 진공 증류 단계와 비교하여, 단계 (b) 및 (c)로 정의된 바와 같은 2-단계 글리콜 탈수 공정에서, 다중-효과 증발 후에 글리콜은 비-진공 압력에서 작동하는 탈수기에서 사전-탈수되어 저압의 오버헤드 증기를 생산하며, 이는 그렇지 않으면 저품질 열(예컨대 냉각수)로 폐기될 열 에너지를 회수할 수 있도록 한다.
보다 구체적으로, 승압에서 작동하는 제1 탈수기의 오버헤드 증기는 관련된 공정 단계에서 광범위한 저압 증기 소비자를 구동시키기 위해 효과적으로 사용될 수 있음이 밝혀졌다. 예컨대, 본원에 개시된 바와 같은 2-단계 글리콜 탈수는 에틸렌 옥시드/에틸렌 글리콜 공정에 통합되어 제1 탈수기로부터 생성된 저압 증기가 공정의 모든 칠링 요건을 충족시키기에 충분하여, 칠링 목적으로 외부 증기를 공정으로 들여오는 양이 적거나 없음을 발견하였다. 따라서, 본 발명에 따른 글리콜의 2-단계 탈수는 통합된 에틸렌 옥시드/에틸렌 글리콜 공정의 에너지 효율 증가 및 공정 비용 감소를 초래한다.
발명을 실시하기 위한 구체적인 내용
다음의 정의가 적용된다. 우선, "barg"는 bar 게이지"를 의미한다. 또한, 달리 지시되지 않는 한, 압력 기준은 절대 압력을 기준으로 한다. 후자는 "250 mbar 압력"이 "250 mbar 절대 압력" (즉, 250 mbara)을 의미한다는 것을 의미한다. 또한, "진공 하에서 작동함"은 "대기압 미만에서 작동함"을 의미한다. 또한, 게이지 압력은 절대 압력에서 대기압을 뺀 것과 같다. 따라서, 게이지 압력이 0 barg인 경우 절대 압력은 대기압과 같다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 에틸렌 글리콜 회수 방법은, 공정에서 저압 증기 소비자를 구동시키기 위해 백-엔드 에틸렌 글리콜 섹션에서 제1 탈수기에 의해 생산된 저압 증기를 이용함으로써, 통합된 에틸렌 옥시드/에틸렌 글리콜 공정에서의 구현에 특히 적합하다.
에틸렌 옥시드(EO) 공정에서, 냉각수는 에틸렌 옥시드 흡수기에서 사용된 린 흡착제의 냉각, EO 스트립퍼 오버헤드 증기 응축 및 EO 정제 컬럼에서 사용된다. 냉각수는 전형적으로 에너지원이 공정으로부터 이용가능한 저압 증기 또는 온수인 증기 흡수 장비를 통해 생성된다. 종래의 에틸렌 옥시드/에틸렌 글리콜 공정에서, 칠링 장치로의 열은 주로 모노에틸렌 글리콜(MEG) 정제 컬럼 응축기에서 생산된 저압 증기에 의해, EO 스트립퍼 오버헤드 증기의 응축에 의해 및/또는 EO 스트립퍼로부터의 고온의 린 흡착제에 의해 공급된다. 종래의 에틸렌 글리콜 백 엔드 공정은 일반적으로 라인에 3 내지 6개의 글리콜 증발기로 설계되며, 여기서, 마지막 증발기는 전형적으로 약 5 barg의 압력에서 작동하고, 이의 오버헤드 증기는 플랜트에서 다양한 증기 사용자, 예컨대 EO 스트립퍼 리보일러, 글리콜 탈수기, 및 CO2 제거 스트립퍼 리보일러에 의해 공정 증기로서 사용된다.
본 발명에 따른 에틸렌 글리콜 회수 방법에서, 마지막 글리콜 증발기에서 생성된 공정 증기 및/또는 청정 임포트 증기는 부분적으로 탈수된 에틸렌 글리콜 스트림을 생성하기 위해 약 0 barg 내지 4 barg 범위의 오버헤드 압력에서 작동하는 새로운 제1 글리콜 탈수기("예비-탈수기")의 리보일러를 구동시키기 위해 사용되며, 이는 후속적으로 제2(종래의) 탈수기에서 진공 증류 조건 하에서 추가로 탈수되어 탈수된 에틸렌 글리콜 스트림을 생성한다. 전형적으로, 제2(종래의) 탈수 단계는 50 내지 250 mbar의 범위, 바람직하게는 100 내지200 mbar의 범위의 압력에서 수행된다.
유리하게는, 상기 제1 글리콜 탈수기의 저압 오버헤드 증기는 에틸렌 옥시드 제조 공정에서 광범위한 저압 증기 소비자를 구동시키기 위해 사용된다. 따라서, 본 발명의 일 구현예에서, 에틸렌 글리콜을 포함하는 수성 스트림은 에틸렌 옥시드 제조 단계 및 에틸렌 옥시드 가수분해 단계를 포함하는 공정에 의해 생산되며, 여기서 제1 탈수기에서 생산된 적어도 일부의 증기는 에틸렌 옥시드/에틸렌 글리콜 제조 공정에서 하나 이상의 저압 증기 소비자를 구동시키기 위해 사용된다. 일 구현예에서, 저압 증기 소비자는 하나 이상의 칠링 유닛이다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 방법은 다중-효과 증발기 라인-업에서 에틸렌 글리콜을 포함하는 수성 스트림을 증발시키는 단계를 포함한다. 본원에 사용된 바와 같이, "다중-효과 증발기"는 "다중-단계 증발기"와 동의어이고, 물이 일련의 2개 이상의 용기 ("단계")에서 증발되는 장치를 의미하는 것으로 이해되어야 하며, 여기서, 각각의 증발기 용기는 선행 용기보다 낮은 압력으로 유지되고, 하나의 용기에서 비등된 증기는 라인에서 다음 용기의 리보일러를 가열하기 위해 사용된다. 여기서, 제1 용기만이 (가장 높은 압력에서) 외부 열원을 필요로 한다. 특히 통합된 에틸렌 옥시드/에틸렌 글리콜 제조에서 에틸렌 글리콜의 회수를 위한 다중-효과 증발의 사용이 선행기술, 특히, US 3,875,019, US 6,417,411, 문헌[Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 7판]에 상세히 기술되어 있다. 본 발명의 방법에서, 다중-효과 증발 단계는 통상적인 방식으로 수행될 수 있으며, 당업자는 원하는 물 제거 정도에 따라 적절한 조건을 선택할 수 있다. 전형적으로, 다중-효과 증발 단계는 2 내지 6개 단계(증발기 용기) 또는 3 내지 6개 단계, 바람직하게는 2 내지 5개 단계, 보다 바람직하게는 3 내지 4개 단계에서 수행된다. 바람직하게는, 라인에서 제1 증발기 용기의 열 듀티(duty)는 제2 탈수기로의 공급물 중의 수분 함량이 진공 하에서 작동하는 단일 탈수기만을 사용하는 종래의 공정의 것과 유사하도록 조정된다. 바람직하게는, 제1 증발기 용기로의 열은 20 내지 30 barg의 범위, 보다 바람직하게는 22 내지 28 barg의 범위, 가장 바람직하게는 24 내지 26 barg의 범위의 압력을 갖는 고압 증기에 의해 제공된다.
전형적으로, 다중-효과 증발기 라인-업에서 마지막 증발기 용기로부터의 증기 오버헤드는 공정 증기로서, 바람직하게는 3 내지 8 barg의 범위, 보다 바람직하게는 4 내지 6 barg의 범위, 가장 바람직하게는 4.5 내지 5.5 barg의 범위의 압력에서 사용된다. 유리하게는, 마지막 증발기 용기로부터의 증기 오버헤드의 적어도 일부는 제1 탈수기의 리보일러를 구동함으로써 제1 탈수기에 열을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 본 발명에 따르면, 상기 제1 탈수기는 0 barg 내지 4 barg의 범위의 오버헤드 압력에서 작동된다.
따라서, 일 구현예에서, 다중-효과 증발기에서 마지막 증발기 용기로부터의 증기 오버헤드는 공정 증기로서 사용되며, 여기서 상기 공정 증기의 적어도 일부는 제1 탈수기에 열을 제공하기 위해 사용된다.
제1 탈수기는 바람직하게는 0.3 내지 3 barg의 범위, 보다 바람직하게는 0.5 내지 1.5 barg의 범위, 가장 바람직하게는 0.8 barg 내지 1.2 barg의 범위의 오버헤드 압력에서 작동된다.
유리하게는, 제1 탈수기의 리보일러 듀티는 이의 오버헤드 증기가 에틸렌 옥시드/에틸렌 글리콜 공정의, 칠링 장치와 같은 모든 저압 증기 요건을 충족시키기에 충분한 공정 증기를 제공하도록 선택된다. 바람직하게는, 제1 탈수기의 바닥 온도는 이의 리보일러에서 공정 증기로서 마지막 증발기의 오버헤드를 사용하기에 충분한 로그 평균 온도차(logarithmic mean temperature difference, LMTD)를 제공하기 위해 150℃ 미만, 바람직하게는 145℃ 미만이다.
제1 탈수기는 당업계에 공지된 임의의 적절한 종류의 컬럼일 수 있고, 2 내지 10 사이의 이론적 단계와 동등한 트레이 또는 패킹이 장착될 수 있다. (이론적인) 트레이의 수는 2 내지 10개의 범위에서 변할 수 있고, 간단한 경제적 최적화 실험에 기초하여 당업자에 의해 용이하게 결정될 수 있다.
전술한 바와 같이, 에틸렌 글리콜 섹션은 일반적으로 모노에틸렌 글리콜(MEG) 정제 컬럼을 포함하고, 상기 MEG 정제 컬럼은 오버헤드 응축기가 장착되어 있으며, 여기서 MEG 정제 컬럼의 오버헤드로부터의 증기는 응축되어 저압 증기 및 응축물을 생성하고, 이는 환류로서 MEG 증류 컬럼으로 부분적으로 재조정된다.
일 구현예에서, 본 발명의 개선된 에틸렌 글리콜 섹션은 에틸렌 옥시드(EO) 스트립퍼를 포함하는 개선된 에틸렌 옥시드 섹션과 함께 통합되고, 여기서 상기 에틸렌 옥시드 스트립퍼는 제1 및 추가의 제2 리보일러를 함유하고, 열은 모노에틸렌 글리콜(MEG) 정제 컬럼 오버헤드 응축기에서 생성된 저압 증기에 의해 상기 제2 에틸렌 옥시드 스트립퍼 리보일러에 공급된다. 전형적으로, MEG 컬럼 응축기는 1 내지 4 barg의 범위, 바람직하게는 1.5 내지 3 barg의 범위, 보다 바람직하게는 2 내지 2.5 barg의 범위의 압력을 갖는 증기를 생성한다. 반면, 전술한 바와 같이, 종래의 에틸렌 옥시드/에틸렌 글리콜 공정에서, 프론트-엔드 칠링 장치를 구동하기 위한 열은 주로 모노에틸렌 글리콜(MEG) 오버헤드 컬럼 응축기로부터의 저압 증기에 의해 공급되지만, 본 발명은 이러한 칠링 장치를 구동하기 위해 제1(예비-) 탈수기 오버헤드로부터의 저압 증기를 사용하여 EO 스트립퍼의 상기 추가의 측면 리보일러에서 MEG 오버헤드 컬럼 응축기로부터의 저압 증기의 이용을 가능케 한다. 바람직하게는, 제2 측면 리보일러 듀티는 고정되어 MEG 컬럼 응축기 듀티와 같거나 약간 낮게 설정되어 MEG 응축기에서 생성된 모든 저압 증기가 측면 리보일러에서 소비되고 플랜트로부터의 과도한 증기 배출이 최소화된다.
유리하게는, 이는 통상적으로 고압 증기 임포트에 의존하는 EO 스트립퍼의 제1(노크-백 섹션) 리보일러의 듀티를 감소시켜, 통합된 에틸렌 옥시드/에틸렌 글리콜 공정에 대한 총 증기 소비를 감소시킨다.
또한, 그 내용이 본원에 참조로써 포함된 WO 2006/120207에 상세하게 기술된 바와 같이, 지방 흡착제의 차가운 "외부" 환류가 EO 스트립퍼 컬럼의 상부에 첨가될 수 있다. 가열되지 않은, 바람직하게는 EO 흡수기 바닥으로부터의 또는 잔류 EO 흡수기 바닥으로부터의 지방 흡착제 스트림은 고온의 플래싱 지방 흡착제 스트림 위의 적어도 한 단계에서 EO 스트립퍼로 유입된다. 에너지는 스트립핑 섹션을 떠난 에틸렌 옥시드 및 수증기로부터 추가의 정류 섹션 내의 가열되지 않은 지방 흡착제 스트림으로 전달된다. 이는 EO 스트립퍼의 오버헤드의 일부가 응축되고 컬럼으로 다시 재순환되는 EO 스트립퍼의 전통적인 환류에 대해 개선된 것이다. EO 스트립퍼의 바닥에 직접 유입되는 증기의 사용이 감소하기 때문에, 이는 또한 에너지가 절약된다.
따라서, 일 구현예에서, 본 발명의 개선된 에틸렌 글리콜 섹션은 지방 흡착제가 승온에서 공급되는 에틸렌 옥시드 스트립퍼를 포함하는 개선된 옥시드 섹션과 통합되고, 여기서 하나 이상의 외부 공정 스트림 공급물은 승온 지방 흡착제 공급물 위의 위치 및 승온 지방 흡착제 공급물에 대해 더 낮은 온도에서 EO 스트립퍼에 제공된다. 일 구현예에서, 에틸렌 옥시드 흡수기 바닥으로부터의 지방 흡착제 스트림의 적어도 일부는 보다 낮은 온도에서 EO 스트립퍼에 제공되는 외부 공정 스트림 공급물로서 사용된다. 바람직한 구현예에서, 에틸렌 옥시드 섹션은 잔류 에틸렌 옥시드 흡수기를 포함하고, 여기서, 잔류 흡수기 바닥으로부터의 지방 흡착제 스트림의 적어도 일부는 보다 낮은 온도에서 EO 스트립퍼에 제공되는 외부 공정 스트림 공급물로서 사용된다.
유리하게는, 잔류 EO 흡수기는 이의 하부 섹션(즉, 경질분 및 비응축 에틸렌 옥시드가 공급되는 지점 위)에서 EO 흡수기 바닥으로부터 지방 흡착제를 공급받을 수 있으므로, 린 흡착제 요건의 실질적인 감소를 초래하며, 이는 결과적으로 물 순환의 재순환을 감소시켜 EO 스트립퍼의 스트립핑 증기와 린 흡착제 칠링을 절약한다. 전형적으로, 린 흡착제 유동을 최적화하기 위해 1 내지 5개의 이론적 단계와 동등한 패킹된 층이 잔류 EO 흡수기의 하부 섹션에 제공될 것이다. 따라서, 일 구현예에서, 에틸렌 옥시드 섹션은 잔류 에틸렌 옥시드 흡수기를 포함하며, 여기서, 에틸렌 옥시드 흡수기 바닥으로부터의 지방 흡착제 스트림의 적어도 일부는 에틸렌 옥시드를 포함하는 공급물이 상기 잔류 에틸렌 옥시드 흡수기에 제공되는 지점 위에 제공된다.
잔류 EO 흡수기로의 린 흡착제 유동의 감소는 물 순환의 재순환을 감소시켜서, EO 스트립퍼에서의 증기 스트립핑 및 린 흡착제 칠링을 절약한다.
종래의 에틸렌 옥시드/에틸렌 글리콜 공정에서, 다중-효과 증발기의 제2, 제3 등의 리보일러로부터의 응축물은 전형적으로 5 내지 15 barg에서 작동하는 공정 응축물 드럼에서 수집되고 약 3 내지 7 barg 공정 증기를 제공하도록 플래싱되며, 이는 공정에서 이산화탄소 스트립퍼 및 진공 이젝터에서 개방 증기로서 사용되는 반면, 응축물은 에틸렌 글리콜 반응기의 예열기에서 열 교환을 위해 사용되고, 물 서지 드럼에서 추가로 플래싱되어 저압 증기를 제공하고, 물 서지 드럼으로부터의 응축물은 재순환 공정 응축물로서 에틸렌 글리콜 반응기에 공급된다.
본 발명에서, 유리하게는, 다중-효과 증발기로부터의 제2, 제3 등의 리보일러로부터의 응축물을 위한 공정 응축물 드럼은 4 내지 10 barg의 범위의 감소된 압력에서 작동된다. 다중-효과 증발기의 수집된 응축물은 플래시되어 3 내지 7 barg의 범위의 압력의 플래시 증기를 생성하는 반면, 공정 응축물 드럼으로부터의 응축물은 에틸렌 글리콜 반응기로 직접 재순환된다. 따라서, 일 구현예에서, 다중-효과 증발기로부터의 수집된 응축물은 플래시 증기 및 플래시 응축물을 생성하기 위해 플래싱되고, 여기서 플래시 응축물의 적어도 일부는 에틸렌 글리콜 반응기로 재순환된다.
에틸렌 옥시드/에틸렌 글리콜 공정 및 관련 장비에서의 열 통합에 대한 상기 언급된 장점 이외에, 열 교환을 통하지 않고 공정 응측물 드럼으로부터 글리콜 반응기로의 응축물의 직접적인 재순환은 고압 증기에서 작동하는 단일 에틸렌 글리콜 반응기 예열기의 사용을 가능케 한다.
본 발명의 공정에서, 제1 탈수기에서 생성된 증기는 유리하게는 공정에서 하나 이상의 저압 증기 소비자를 구동하기 위해 사용된다. 이러한 저압 증기 소비자로부터의 공정 응축물은 저압 물 서지 드럼으로 재순환될 수 있고, 이의 적어도 일부는 제1 탈수기의 환류를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 일 구현예에서, 에틸렌 옥시드 섹션에서 하나 이상의 저압 증기 소비자의 응축물의 적어도 일부는 제1 탈수기에 환류를 공급하기 위해 사용된다.
에틸렌 글리콜 공정은 부산물로서 알데히드를 생성한다. 종래의 라인업에서, 시스템 중의 알데히드는 전형적으로 3 barg 증기의 응축물을 물 서지 드럼으로부터 폐수로 라우팅하여, 그리고 이산화탄소 스트립퍼 및 진공 이젝터에서 개방 증기로서 3 내지 7 barg 공정 증기(공정 응축물 드럼으로부터 플래시된 것)의 사용을 통해 물 서지 드럼에서 폐수로 배출되는 공정 응축물을 통해 에틸렌 글리콜 증발기로부터 배출된다.
본 발명의 공정에서, 물 서지 드럼의 3 barg 오버헤드 증기로부터의 배출은 없다. 따라서, 본 공정에서, CO2 스트립퍼에 대한 개방 증기로서 사용하고 시스템으로부터 알데히드를 퍼지하기 위해 진공 이젝터를 사용함으로써 시스템으로부터 충분한 5 barg 공정 증기를 배출하도록 주의를 기울여야 한다. 바람직하게는, 필요한 경우, 공정 응축물 드럼 및 물 서지 드럼 둘 모두로부터 폐수로 응축물 배출을 통해 알데히드를 배출시키는 것이 또한 제공된다.
제2 탈수기로부터 탈수된 에틸렌 글리콜 스트림을 수득한 후에, 모노에틸렌 글리콜(MEG) 및 선택적으로 디에틸렌 글리콜(DEG) 및 트리에틸렌 글리콜(TGE)은 당업계에 공지된 분별 증류 방법에 의해 탈수된 에틸렌 글리콜 스트림으로부터 회수될 수 있다. 전술한 바와 같이, MEG 컬럼 오버헤드 응축기에서 생성된 저압 증기는 에틸렌 옥시드 스트립퍼의 제2의 측면 리보일러를 구동하는 데 사용될 수 있다.
도면의 상세한 설명
본 발명은 이제 도면에 도시된 비제한적인 구현예를 참조하여 상세히 설명될 것이다.
도 1은 에틸렌 글리콜 반응기, 증발기 및 (진공) 탈수기를 포함하는, 종래 기술에 따른 에틸렌 글리콜 유닛의 개략도를 도시한다. 수성 에틸렌 옥시드 공급물 스트림(1)이 제1(3a), 제2(3b) 및 제3(3c) 에틸렌 글리콜 반응기 예열기에 공급되고, 여기서 열은 저압 증기(4)의, 고온 공정 응축물(5) 및 고압 증기(6)를 사용하는 직접 열 교환 형태로 각각 에틸렌 글리콜 반응기 및 관련 장비(8)에 공급된다. 여기서, 수성 에틸렌 옥시드 스트림은 수성 에틸렌 글리콜 스트림(9)으로 전환되고, 이는 (예로서) 제2(10b), 제3(10c) 및 제4(10d) 증발기 (제2, 제3 및 제4 단계)를 추가로 포함하는 다중-효과 증발기의 제1 증발기 (10a) (제1 단계)에 공급되고, 라인의 각각의 다음 증발기는 이전의 증발기보다 낮은 압력에서 작동한다. 제1 증발기(10a)로의 열은 고압 증기 스트림(2)을 통해 제공된다. 다중-효과 증발기의 각각의 단계는 각각의 증발기의 바닥에 열을 제공하는, 증기/액체-함유 리보일러 리턴 스트림(15a), (15b), (15c), 및 (15d)을 각각 생성하는 리보일러(11a), (11b), (11c) 및 (11d)를 포함한다. 각각의 증발기의 증기 오버헤드(12a), (12b) 및 (12c)는 라인에서 다음 증발기의 리보일러(11b), (11c) 및 (11d)에 각각 공급된다. 각각의 증발기는 점점 농축된 스트림(13a), (13b), (13c), 및 (13d)을 생성하고 이는 공급 스트림으로서 라인에서 다음 증발기(10b), (10c) 및 (10d)에 각각 공급된다. 증발기의 농축된 글리콜 스트림(14a), (14b), (14c) 및 (14d)은 리보일러(11a), (11b), (11c) 및 (11d)로 각각 재순환된다. 라인에서 마지막 증발기의 증기 오버헤드(12d)(일반적으로 3 내지 8 barg)는 일반적으로 에틸렌 옥시드/에틸렌 글리콜 플랜트에서 다양한 증기 소비자를 위해 공정 증기로서 적어도 부분적으로 이용된다. 제2, 제3, 및 제4 증발기의 리보일러로부터의 공정 응축물(16b), (16c) 및 (16d)은 공정 응축물 플래시 드럼(17)에서 수집되고, 플래시되어 약 3 내지 7 barg의 공정 증기(29)를 제공한다. 고온 응축물 스트림(30)은 에틸렌 글리콜 반응기의 예열기(3b)에서 스트림(5)으로서 직접 열 교환을 위해 사용되며, 냉각된 스트림(31)은 물 서지 드럼(32)에서 플래시되어 저압 증기 스트림(33)을 생성한다. 응축물 스트림(34)은 제1 예열기(3a)의 상류에 이를 제공함으로써 에틸렌 글리콜 반응기로 재순환된다. 농축된 에틸렌 글리콜 스트림(13d)은 증기 유입구(21)가 있는 리보일러(20)가 장착되어 있는 글리콜 탈수기(19)에 제공되어, 진공 하에 작동하여 탈수된 글리콜 스트림(24)을 생성한다. 증기 탈수기 오버헤드 스트림(25)은 탈수기로 부분적으로 재순환되고 일부는 폐수 스트림(28)으로서 제거될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 에틸렌 글리콜 유닛의 개략도를 도시한다. 수성 에틸렌 옥시드 공급물 스트림(1)이 단일 에틸렌 글리콜 반응기 예열기(3c)로 공급되고, 여기서 열이 고압 증기(6) 형태로 공급되고, 예열된 에틸렌 옥시드는 후속적으로 에틸렌 글리콜 반응기 및 관련 장비(8)에 공급되어 수성 에틸렌 글리콜 스트림(9)을 생성한다. 수성 에틸렌 글리콜 스트림(9)은 도 1에 대해 상세히 설명된 바와 같이 (예로서) 제2(10b), 제3(10c) 및 제4(10d) 증발기를 추가로 포함하는 다중-효과 증발기의 제1 증발기(10a) (제1 단계)에 공급된다. 본 발명에 따른 공정 및 시스템에서, 다중-효과 증발기의 마지막 증발기를 떠난 농축된 에틸렌 글리콜 스트림(13d)은 0 barg 내지 4 barg의 범위의 오버헤드 압력에서 작동하는 제1 탈수기(37)에 공급되어 부분적으로 탈수된 에틸렌 글리콜 스트림(13e)을 생성하고, 이는 도 1에서 기술된 바와 같이 진공 하에 작동하는 제2 탈수기(19)에 제공되어 탈수된 에틸렌 글리콜 스트림(24)이 수득된다. 0 barg 내지 4 barg의 범위의 압력을 갖는, 제1 탈수기(37)의 증기 오버헤드 스트림(38)은 칠링 유닛(39)과 같이 공정의 다른 곳에서 저압 증기 소비자에 의해 이용된다. 저압 응축물 스트림(40), (22) 및/또는 (23)은 물 서지 드럼(41)에서 수집되고, 플래시되어 공정에서 저압 증기 소비자에 의해 이용될 수 있는 저압 증기(42)를 생산한다. 저압 증기 사용자(39)로부터의 공정 응축물(40)은 또한 라인(46)을 통해 제1 글리콜 탈수기(37)로의 환류를 공급하기 위해 사용될 수 있다.
제2, 제3, 및 제4 증발기의 리보일러로부터의 공정 응축물(16b), (16c) 및 (16d), 및 물 서지 드럼(41)으로부터의 응축물(44)은 공정 응축물 플래시 드럼(17)에서 수집되고, 플래시되어 공정에서 약 3 내지 6 barg 증기 소비자(43)에 의한 사용에 적합한 공정 증기(29)를 제공한다. 유리하게는, 마지막 증발기 용기(10d)로부터의 증기 오버헤드(12d)의 적어도 일부는 제1 탈수기(37)의 리보일러(11e)를 구동함으로써 탈수기(37)에 열을 제공하기 위해 사용된다. 고온 응축물 스트림(30)은 에틸렌 글리콜 반응기 예열기(3c)의 상류에 이를 직접 제공함으로써 에틸렌 글리콜 반응기(8)를 재순환한다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 에틸렌 옥시드 회수 섹션의 개략도를 도시한다. 에틸렌 옥시드-함유 스트림(51)은 냉각된 린 흡착제 스트림(52)이 공급되는 에틸렌 옥시드 흡수기(50)에 제공되어 오버헤드 스트림(53) 및 지방 흡착제 스트림(54)을 제공한다. 지방 흡착제 스트림(54)은 하나 이상의 열 교환기(55)에서 고온 린 흡착제 스트림(59)과 접촉되어 고온의 지방 흡착제 스트림(56)을 제공하고, 이는 에틸렌 옥시드 스트립퍼(57)에 제공된다. 에틸렌 옥시드 스트립퍼(57)에서, 유입구(58)를 통해 제공된 증기를 사용하여, 에틸렌 옥시드는 지방 흡착제로부터 스트립핑되어 린 흡착제 스트림(59)과 에틸렌 옥시드 및 물을 포함하는 오버헤드 스트림(63)을 제공한다. 글리콜 유출 증기는 배출구(61)를 통해 제거된다. 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 에틸렌 옥시드 스트립퍼(57)는 제1 리보일러(60) 외에, 플랜트의 다른 곳, 예컨대 모노에틸렌 글리콜 오버헤드 응축기에서 생산되는 저압 증기에서 작동하는 제2 리보일러(62)를 포함하므로, 바닥 리보일러(60)의 듀티를 감소시킨다. 에틸렌 옥시드 스트립퍼 오버헤드 스트림(63)은 하나 이상의 응축기 유닛(64)으로 제공되어 수성 에틸렌 옥시드 스트림(65)과 경질분 및 비응축 에틸렌 옥시드를 포함하는 증기 스트림(66)을 제공한다. 비응축 에틸렌 옥시드는 잔류 에틸렌 옥시드 흡수기(67)에서 경질분으로부터 회수되어 차가운 린 흡착제 스트림(68)이 제공된다. 이러한 차가운 린 흡착제 스트림(68)은 하나 이상의 열 교환기(55)에서 고온의 린 흡착제 스트림(59)과 차가운 지방 흡착제 스트림(54)의 열 교환을 통해 수득되고, 하나 이상의 냉각/칠링 유닛(69)에서 냉각된다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 잔류 에틸렌 옥시드 흡수기(67)로부터 빠져나온 차가운 지방 흡착제 스트림(70)은 고온의 지방 흡착제 스트림(56)의 위의 지점에서 에틸렌 옥시드 스트립퍼(57)에 제공되므로, 스트립퍼 컬럼에 외부 환류가 제공된다. 본 구현예에서, 에틸렌 옥시드 흡수기(50)의 바닥으로부터 빠져나온 차가운 지방 흡착제 스트림(54)의 적어도 일부(71)는 에틸렌 옥시드를 포함하는 공급물(66)이 잔류 에틸렌 옥시드 흡수기(67)에 제공되는 지점 위에서 잔류 에틸렌 옥시드 흡수기(67)에 제공되므로, 잔류 흡수기(67)의 린 흡착제 요건(스트림(68)을 통해 제공됨)을 감소시킨다.

Claims (13)

  1. 에틸렌 글리콜을 포함하는 수성 스트림으로부터 에틸렌 글리콜을 회수하는 방법으로서,
    (a) 에틸렌 글리콜을 포함하는 상기 수성 스트림을 다중-효과 증발기에서 증발 단계에 적용하여 에틸렌 글리콜을 포함하는 농축된 스트림을 수득하는 단계;
    (b) 에틸렌 글리콜을 포함하는 상기 농축된 스트림을 0 barg (bar 게이지) 내지 4 barg (bar 게이지)의 범위의 오버헤드 압력에서 작동하는 제1 탈수기에서 제1 탈수 단계에 적용하여 부분적으로 탈수된 에틸렌 글리콜 스트림을 수득하는 단계,
    (c) 상기 부분적으로 탈수된 에틸렌 글리콜 스트림을 진공 하에 작동하는 제2 탈수기에서 제2 탈수 단계에 적용하여 탈수된 에틸렌 글리콜 스트림을 수득하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 에틸렌 글리콜을 포함하는 상기 수성 스트림이 에틸렌 옥시드 섹션에서 에틸렌 옥시드를 제조하는 단계 및 에틸렌 글리콜 섹션에서 에틸렌 옥시드를 가수분해하는 단계를 포함하는 방법에 의해 생성되고, 여기서 제1 탈수기에서 생산된 증기의 적어도 일부는 에틸렌 옥시드 섹션 또는 에틸렌 글리콜 섹션에서 하나 이상의 저압 증기 소비자를 구동하기 위해 사용되는, 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 저압 증기 소비자가 하나 이상의 칠링 유닛을 포함하는, 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 다중-효과 증발 단계가 2 내지 6개 단계, 바람직하게는 2 내지 5개 단계, 보다 바람직하게는 3 내지 4개 단계에서 수행되는, 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 탈수기가 0.3 내지 3 barg, 바람직하게는 0.5 내지 1.5 barg, 보다 바람직하게는 0.8 barg 내지 1.2 barg의 범위의 압력에서 작동하는, 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 다중-효과 증발기의 마지막 증발기 용기로부터의 증기 오버헤드가 공정 증기로서 사용되고, 상기 공정 증기의 적어도 일부가 제1 탈수기를 가열하기 위한 열을 제공하기 위해 사용되는, 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 다중-효과 증발기의 수집된 응축물이 플래시되어 플래시 증기 및 플래시 응축물을 생산하고, 여기서 플래시 응축물의 적어도 일부가 에틸렌 글리콜 반응기로 재순환되는, 방법.
  8. 제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 저압 증기 소비자의 응축물의 적어도 일부가 제1 탈수기에 환류를 공급하기 위해 사용되는, 방법.
  9. 제2항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 에틸렌 옥시드 섹션이 에틸렌 옥시드(EO) 스트립퍼를 포함하고, 여기서 상기 에틸렌 옥시드 스트립퍼는 제1 및 추가의, 제2 리보일러를 포함하고, 여기서 열이 모노에틸렌 글리콜(MEG) 정제 컬럼 오버헤드 응축기에서 생산된 저압 증기에 의해 상기 제2 에틸렌 옥시드 스트립퍼 리보일러에 제공되는, 방법.
  10. 제2항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 에틸렌 옥시드 섹션은 지방 흡착제가 승온에서 공급되는 에틸렌 옥시드 스트립퍼를 포함하고, 여기서 하나 이상의 외부 공정 스트림 공급물이 승온 지방 흡착제 공급물 위의 위치 및 승온 지방 흡착제 공급물에 대해 더 낮은 온도에서 에틸렌 옥시드 스트립퍼에 제공되는, 방법.
  11. 제10항에 있어서, 에틸렌 옥시드 흡수기 바닥으로부터의 지방 흡착제 스트림의 적어도 일부가 보다 낮은 온도에서 에틸렌 옥시드 스트립퍼에 제공되는 외부 공정 스트림 공급물로서 사용되는, 방법.
  12. 제10항에 있어서, 에틸렌 옥시드 섹션이 잔류 에틸렌 옥시드 흡수기를 포함하고, 여기서 잔류 흡수기 바닥으로부터의 지방 흡착제 스트림의 적어도 일부가 보다 낮은 온도에서 EO 스트립퍼에 제공되는 외부 공정 스트림 공급물로서 사용되는, 방법.
  13. 제2항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 에틸렌 옥시드 섹션이 잔류 에틸렌 옥시드 흡수기를 포함하고, 여기서 에틸렌 옥시드 흡수기 바닥으로부터의 지방 흡착제 스트림의 적어도 일부는 에틸렌 옥시드를 포함하는 공급물이 상기 잔류 에틸렌 옥시드 흡수기에 제공되는 지점 위에서 제공되는, 방법.
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