KR20210136532A

KR20210136532A - 방향족 탄화수소 분리방법

Info

Publication number: KR20210136532A
Application number: KR1020200054903A
Authority: KR
Inventors: 손만우; 이상범; 김호수
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2020-05-08
Filing date: 2020-05-08
Publication date: 2021-11-17

Abstract

본 발명은 방향족 탄화수소 분리방법에 관한 것으로서, 방향족 탄화수소 및 비방향족 탄화수소를 포함하는 피드 스트림을 가열 장치로 공급하여 가열시키는 단계; 상기 가열된 피드 스트림을 기액분리 장치로 공급하고, 기액 분리 장치로부터 배출되는 기상의 상부 배출 스트림을 증류 컬럼 하부 측면으로 공급하고, 액상의 하부 배출 스트림을 증류 컬럼 상부 측면으로 각각 공급하는 단계; 및 상기 증류 컬럼에 별도의 추출 용매가 공급되는 조건 하에서, 증류 컬럼 상부 배출 스트림으로부터 비방향족 탄화수소를 분리하고, 하부 배출 스트림으로부터 방향족 탄화수소를 분리하는 단계를 포함하는 방향족 탄화수소 분리방법을 제공한다.

Description

방향족 탄화수소 분리방법{METHOD FOR SEPARATING AROMATIC HYDROCARBON}

본 발명은 방향족 탄화수소 분리방법에 관한, 보다 상세하게는 방향족 탄화수소 및 비방향족 탄화수소를 포함하는 원료로부터 방향족 탄화수소를 분리하기 위한 방법에 관한 것이다.

나프타는 원유를　증류할 때 끓는점 35 ℃ 내지 220 ℃의 범위에서 유출되는 탄화수소의 혼합체이며, 경질 나프타(Light Straight Run Naphtha, LSR)와 중질 나프타(Heavy Straight Run Naphtha, HSR)로 구분되며, 경질 나프타와 중질 나프타의 2가지 성분을 함유한 것은 풀레인지나프타(Full-range Naphtha)라 부르고 있다.　

나프타　분해(Naphtha Cracking)는 일반적으로 경질 나프타를 750 ℃ 내지 850 ℃에서 열분해(Thermal Cracking)하여 에틸렌(Ethylene), 프로필렌(Propylene), 부타디엔(Butadiene), 벤젠(Benzene), 톨루엔(Toluene) 및 자일렌(Xylene) 등의 석유화화 공업 원료를 제조하는 중요한 공정이다.

나프타　분해에서 생산되는　방향족　탄화수소인 벤젠, 톨루엔, 자일렌은 비티엑스(BTX)라 약칭하고 있다. 상기 BTX는 에틸렌 분해공장(Ethylene Cracker)의 저가 부산물인 열분해 가솔린(Pyrolysis Gasoline) 내 다량 함유되어 있으며, 상기 열분해 가솔린으로부터 BTX를 분리하여 생산하였다.

그러나, 상기 열분해 가솔린 내에는 방향족 탄화수소 이외의 비방향족 탄화수소가 혼재되어 있었으며, 비방향족 탄화수소와 비점이 유사한 벤젠과 방향족 탄화수소와 비점이 유사한 C8(중질) 비방향족 탄화수소로 인하여 단순한　증류로는 방향족 탄화수소와 비방향족 탄화수소를 분리하기 쉽지 않았다.

이에, 종래에는 상기 열분해 가솔린으로부터 방향족 탄화수소와 비방향족 탄화수소를 분리하기 위하여, 특히, 방향족 탄화수소 중 벤젠과 비방향족 탄화수소 중 C8 비방향족 탄화수소의 분리를 용이하게 하기 위하여 별도의 추출 용매(Solvent)를 사용하여 상대 휘발도를 변경시켜　추출공정을 통해 방향족　탄화수소를 분리하였다. 그러나, 이 경우에 열분해 가솔린으로부터 방향족 탄화수소의 분리가 용이하였지만, 상기 벤젠과 C8 비방향족 탄화수소의 비점차가 감소하여 분리된 방향족 탄화수소 내 C8 비방향족 탄화수소가 부산물로서 존재하는 문제가 있었다.

KR

2017-0106379

A

본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 상기 발명의 배경이 되는 기술에서 언급한 문제들을 해결하기 위하여, 방향족 탄화수소 및 비방향족 탄화수소가 혼재되어 있는 혼합물로부터 방향족 탄화수소를 고순도로 분리하기 위한 방법을 제공하는 것이다.

상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명은 방향족 탄화수소 및 비방향족 탄화수소를 포함하는 피드 스트림을 가열 장치로 공급하여 가열시키는 단계; 상기 가열된 피드 스트림을 기액분리 장치로 공급하고, 기액 분리 장치로부터 배출되는 기상의 상부 배출 스트림을 증류 컬럼 하부 측면으로 공급하고, 액상의 하부 배출 스트림을 증류 컬럼 상부 측면으로 각각 공급하는 단계; 및 상기 증류 컬럼에 별도의 추출 용매가 공급되는 조건 하에서, 증류 컬럼 상부 배출 스트림으로부터 비방향족 탄화수소를 분리하고, 하부 배출 스트림으로부터 방향족 탄화수소를 분리하는 단계를 포함하는 방향족 탄화수소 분리방법을 제공한다.

본 발명의 방향족 탄화수소 분리방법에 따르면, 피드 스트림을 추출 용매를 이용하여 추출 증류하기 전 피드 스트림을 가열시켜 비교적 벤젠 함량이 높은 기상 스트림을 증류 컬럼 하부 측면으로 공급하여 추출 용매와의 접촉 경로를 연장하여 추출 용매 내 벤젠의 용해를 더욱 용이하게 함으로써, 증류 컬럼 하부 배출 스트림으로부터 피드 스트림 내 방향족 탄화수소를 효과적으로 분리할 수 있다.

또한, 가열된 피드 스트림 내 비교적 C8 비방향족 탄화수소의 함량이 높은 액상 스트림을 증류 컬럼 상부 측면으로 공급하여 추출 용매와의 접촉 경로를 단축시켜 추출 용매 내 C8 비방향족 탄화수소의 용해를 저하시킴으로써, 증류 컬럼 하부 배출 스트림 내 C8 비방향족 탄화수소가 부산물로서 포함되는 함량을 감소시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방향족 탄화수소 분리방법에 따른 공정 흐름도이다.
도 2 및 3은 각각 비교예에 따른 방향족 탄화수소 분리방법에 따른 공정 흐름도이다.

본 발명의 설명 및 청구범위에서 사용된 용어나 단어는, 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선을 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명에서 용어 '스트림(stream)'은 공정 내 유체(fluid)의 흐름을 의미하는 것일 수 있고, 또한, 배관 내에서 흐르는 유체 자체를 의미하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 '스트림'은 각 장치를 연결하는 배관 내에서 흐르는 유체 자체 및 유체의 흐름을 동시에 의미하는 것일 수 있다. 또한, 상기 유체는 기체(gas) 또는 액체(liquid)를 의미할 수 있다.

본 발명에서 '#'이 양의 정수인 'C# 탄화수소'란 용어는 #개 탄소 원자를 가진 모든 탄화수소를 나타내는 것이다. 따라서, 'C8 탄화수소'란 용어는 8개의 탄소 원자를 가진 탄화수소 화합물을 나타내는 것이다. 또한, 'C#+ 탄화수소'란 용어는 #개 이상의 탄소 원자를 가진 모든 탄화수소 분자를 나타내는 것이다. 따라서, 'C6+ 탄화수소'란 용어는 6개 이상의 탄소 원자를 가진 탄화수소의 혼합물을 나타내는 것이다.

본 발명에서 BTX는 벤젠(Benzene), 톨루엔(Toluene) 및 자일렌(Xylene)의 약칭이며, 상기 자일렌(Xylene)은 m-자일렌(m-Xylene), o-자일렌(o-Xylene) 및 p-자일렌(p-Xylene)을 포함한다.

이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 도 1을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명에 따르면, 방향족 탄화수소의 분리방법이 제공된다. 구체적으로, 본 발명은 방향족 탄화수소 및 비방향족 탄화수소를 포함하는 피드 스트림으로부터 방향족 탄화수소를 고순도로 분리하기 위한 방법, 즉, 상기 분리된 탄화수소 스트림 내 벤젠의 함량을 증가시키고, C8(중질) 비방향족 탄화수소의 함량을 감소시키는 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 피드 스트림은 열분해 가솔린(Raw Pyrolysis Gasoline, RPG)을 포함할 수 있다. 상기 열분해 가솔린은 나프타 분해 공정(Naphtha Cracking Center, NCC)을 구성하는 유닛 중 나프타를 원료로 에틸렌 및 프로필렌 등을 생산하는 과정의 부산물일 수 있다.

상기 피드 스트림은 방향족 탄화수소 및 비방향족 탄화수소가 혼재되어 있을 수 있다. 구체적으로, 상기 피드 스트림은 전처리 공정을 거친 RPG일 수 있고, 이는 C6 내지 C8 방향족 탄화수소 및 C6 내지 C8 비방향족 탄화수소를 포함할 수 있다.

상기 피드 스트림 내 방향족 탄화수소는 예를 들어, 벤젠, 톨루엔, 자일렌(m-자일렌, o-자일렌 및 p-자일렌), 에틸벤젠, 트리메틸벤젠 및 메틸에틸벤젠로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 구체적인 예로서, 상기 방향족 탄화수소는 벤젠, 톨루엔 및 자일렌을 포함할 수 있다.

또한, 상기 피드 스트림 내 비방향족 탄화수소는 예를 들어, n-헥산, 2-메틸펜탄, 3-메틸펜탄, n-헵탄, 2,2-디메틸펜탄, 2,4-디메틸펜탄, 3,3-디메틸펜탄, 2,3-디메틸펜탄, 2-메틸헥산, 3-메틸헥산, 2,2,3-트리메틸부탄 및 n-옥탄으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 방향족 탄화수소의 분리방법은, 방향족 탄화수소 및 비방향족 탄화수소를 포함하는 피드 스트림을 가열 장치(100)로 공급하여 가열시키는 단계; 상기 가열된 피드 스트림을 기액분리 장치(200)로 공급하고, 기액 분리 장치로부터 배출되는 기상의 상부 배출 스트림을 증류 컬럼(300) 하부 측면으로 공급하고, 액상의 하부 배출 스트림을 증류 컬럼(300) 상부 측면으로 각각 공급하는 단계; 및 상기 증류 컬럼(300)에 별도의 추출 용매가 공급되는 조건 하에서, 증류 컬럼(300) 상부 배출 스트림으로부터 비방향족 탄화수소를 분리하고, 하부 배출 스트림으로부터 방향족 탄화수소를 분리하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 피드 스트림의 온도는 상기 피드 스트림이 액상으로 존재하는 온도일 수 있으며, 예를 들어, 상기 피드 스트림의 온도는 35 ℃ 내지 100 ℃일 수 있다. 이 때, 상기 피드 스트림 내 성분의 비점은 자일렌, C8 비방향족 탄화수소, 톨루엔, C7 비방향족 탄화수소, 벤젠 및 C6 비방향족 탄화수소의 순으로 높다. 따라서, 단순 증류를 통해서는 방향족 탄화수소인 벤젠, 톨루엔 및 자일렌과, 비방향족 탄화수소인 C6 내지 C8 비방향족 탄화수소의 분리가 어렵다.

이에 대해, 종래에는 추출 용매를 이용하여 상기 피드 스트림 내 성분의 상대 휘발도를 변경시켜 추출공정을 통해 방향족　탄화수소를 분리하였다. 이와 같이, 추출 용매로 인해 상기 피드 스트림 내 성분의 비점은 자일렌, 톨루엔, 벤젠, C8 비방향족 탄화수소, C7 비방향족 탄화수소 및 C6 비방향족 탄화수소의 순으로 높게 변하게 된다. 따라서, 방향족 탄화수소인 자일렌, 톨루엔 및 벤젠과 비방향족 탄화수소인 C8 비방향족 탄화수소, C7 비방향족 탄화수소 및 C6 비방향족 탄화수소의 분리가 용이하게 된다. 그러나, 이 경우에도 C8 비방향족 탄화수소의 비점은 벤젠의 비점과 근접하기 때문에 분리된 방향족 탄화수소 내 C8 비방향족 탄화수소가 불순물로서 존재하는 문제가 있었다.

이에 대해, 본 발명에서는 추출 용매를 이용하여 피드 스트림 내 성분의 비점을 변화시키기 전, 벤젠과 C8 비방향족 탄화수소의 비점 차이가 비교적 커 분리가 용이한 점을 이용하여 피드 스트림을 가열 후 저비점 성분의 함량이 높은 기상 스트림과 고비점 성분의 함량이 높은 액상 스트림을 선분리하였고, 상기 기상 스트림을 증류 컬럼(300)의 하부 측면으로 공급하고, 액상 스트림을 증류 컬럼(300)의 상부 측면으로 공급함으로써, 방향족 탄화수소를 포함하는 증류 컬럼(300) 하부 배출 스트림 내 불순물인 C8 비방향족 탄화수소의 함량을 감소시켰다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 피드 스트림은 가열 장치(100)로 공급되어 가열될 수 있다. 예를 들어, 상기 피드 스트림은 가열 장치(100)로 공급되어 120 ℃ 내지 135 ℃, 120 ℃ 내지 130 ℃ 또는 126 ℃ 내지 128 ℃의 온도로 가열될 수 있다. 이와 같이 피드 스트림의 온도를 120 ℃ 내지 135 ℃의 온도로 가열하는 경우, 에너지를 최소한으로 사용하면서 피드 스트림의 일부는 기상으로, 나머지는 액상으로 형성할 수 있다. 즉, 상기 온도 범위로 피드 스트림을 가열시키는 경우, 액상의 피드 스트림을 액상과 기상이 혼합되어 있는 상태로 만들 수 있으며, 이를 통해, 기상의 피드 스트림과 액상의 피드 스트림을 분리하여 각각의 스트림으로 증류 컬럼에 공급할 수 있게 되다. 이 때, 상기 기상의 피드 스트림과 액상의 피드 스트림 내 성분의 함량을 상대적으로 비교하였을 때, 기상의 피드 스트림은 C6 비방향족 탄화수소, 벤젠 및 C7 비방향족 탄화수소의 함량이 높을 수 있고, 액상의 피드 스트림은 톨루엔, C8 비방향족 탄화수소 및 자일렌의 함량이 높을 수 있다. 또한, 상기 온도 범위로 피드 스트림을 가열시키는 경우, 증류 컬럼(300) 상부 배출 스트림으로부터 벤젠의 유출량이 증가하는 문제를 해결할 수 있으며, 증류 컬럼 하부 배출 스트림으로부터 C7 비방향족 탄화수소의 유출량이 증가하여 비방향족 탄화수소 총 유출량이 증가하는 문제를 해결할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 가열 장치(100)에서 가열된 피드 스트림은 기액분리 장치(200)로 공급될 수 있다. 상기 기액분리 장치(200)는 예를 들어, 플래쉬 드럼(flash drum) 또는 필름 증발기(film evaporator)와 같은 이론 단수 1의 단증류 장치일 수 있으며, 그 구성이 특별히 제한되지 않는다.

상기 기액분리 장치(200)에서는 기상의 스트림을 상부 배출 스트림으로서 배출하고, 액상의 스트림을 하부 배출 스트림으로서 배출할 수 있다. 구체적으로, 기액분리 장치(200)에서는 가열된 피드 스트림을 공급받아, C6 비방향족 탄화수소, 벤젠 및 C7 비방향족 탄화수소의 함량이 높은 기상의 피드 스트림을 상부 배출 스트림으로서 배출하고, 톨루엔, C8 비방향족 탄화수소 및 자일렌의 함량이 높은 액상의 피드 스트림을 하부 배출 스트림으로서 배출할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 가열 장치(100)에서 분리되어 배출되는 기상의 피드 스트림을 포함하는 상부 배출 스트림과 액상의 피드 스트림을 포함하는 하부 배출 스트림은 각각 증류 컬럼(300)으로 공급될 수 있다.

이 때, 상기 기액분리 장치(200)는, 상기 기액분리 장치(200)로 공급되는 피드 스트림 대비 상기 기액분리 장치(200) 상부 배출 스트림의 중량비를 제어하면서 운전될 수 있다. 구체적으로, 상기 기액분리 장치(200)로 공급되는 피드 스트림 대비 상기 기액분리 장치(200) 상부 배출 스트림의 중량비는 피드 스트림의 조성에 따라서 결정될 수 있다. 예를 들어, 기액분리 장치(200)로 공급되는 피드 스트림 대비 상기 기액분리 장치(200) 상부 배출 스트림은 0.2 내지 0.5, 0.25 내지 0.5 또는 0.25 내지 0.45의 중량비로 배출되도록 조절하여 운전될 수 있다. 상기 범위 내로 기액분리 장치(200)로 공급되는 피드 스트림과 기액분리 장치(200) 상부 배출 스트림의 중량비를 조절함으로써, 추후 증류 컬럼(300)에서 분리되는 방향족 탄화수소 내 C8 비방향족 탄화수소의 함량을 감소시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 기액분리 장치(200) 상부 배출 스트림에 포함된 벤젠의 함량은 기액분리 장치(200) 하부 배출 스트림에 포함된 벤젠의 함량보다 높은 것으로서 증류 컬럼(300)의 하부 측면으로 공급될 수 있다. 예를 들어, 상기 기액분리 장치(200) 상부 배출 스트림 내 포함된 벤젠의 함량은 55 중량% 이상, 55 중량% 내지 65 중량% 또는 55 중량% 내지 60 중량%일 수 있다. 이와 같이 벤젠의 함량이 높은 기액분리 장치(200) 상부 배출 스트림을 증류 컬럼(300)의 하부 측면으로 공급함으로써, 벤젠의 손실을 줄이고, 방향족 탄화수소를 고순도로 분리할 수 있다.

상기 기상의 피드 스트림 즉, 기액분리 장치(200) 상부 배출 스트림은 증류 컬럼(300)의 이론 단수의 55% 이상의 단, 60% 내지 85%의 단 또는 64% 내지 80%의 단에 공급될 수 있다. 예를 들어, 증류 컬럼(300)의 이론 단수가 100 단인 경우, 최상단이 1단, 최하단이 100단일 수 있고, 이론 단수의 55% 이상의 단은 증류 컬럼(300)의 55단 내지 100단을 의미할 수 있다. 상기 기액분리 장치(200) 상부 배출 스트림을 증류 컬럼(300)의 상기 범위의 단으로 공급함으로써, 증류 컬럼(300) 내에서의 체류 시간이 증가하고, 추출 용매와 접촉하여 추출되는 경로가 연장됨으로써, 즉, 상기 기액분리 장치(200) 상부 배출 스트림 내 포함된 벤젠이 추출 용매와 접촉하여 추출되는 경로가 연장됨으로써 증류 컬럼(300) 상부로 손실되는 벤젠의 함량을 감소시키고, 증류 컬럼(300) 하부 배출 스트림 내 벤젠의 함량을 증가시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 기액분리 장치(200) 하부 배출 스트림에 포함된 C8 비방향족 탄화수소의 함량은 기액분리 장치(200) 상부 배출 스트림에 포함된 C8 비방향족 탄화수소의 함량보다 높은 것으로서 증류 컬럼(300)의 상부 측면으로 공급될 수 있다. 예를 들어, 상기 기액분리 장치(200) 상부 배출 스트림 내 포함된 C8 비방향족 탄화수소의 함량은 피드 스트림의 조성에 따라서 달라질 수 있으며, 예를 들어, 1 중량% 미만, 0.01 중량% 내지 0.8 중량% 또는 0.1 중량% 내지 0.8 중량%일 수 있다. 또한, 상기 기액분리 장치(200) 하부 배출 스트림 내 포함된 C8 비방향족 탄화수소의 함량은 피드 스트림의 조성에 따라서 달라질 수 있으며, 예를 들어, 1 중량% 내지 5 중량%, 1 중량% 내지 4 중량% 또는 1 중량% 내지 3 중량%일 수 있다. 이와 같이 C8 비방향족 탄화수소의 함량이 높은 기액분리 장치(200) 하부 배출 스트림을 증류 컬럼(300)의 상부 측면으로 공급함으로써, C8 비방향족 공중합체가 증류 컬럼(300) 하부 배출 스트림 내 부산물로서 포함되는 양을 감소시킬 수 있다.

상기 액상의 피드 스트림 즉, 기액분리 장치(200) 하부 배출 스트림은 증류 컬럼(300)의 이론 단수의 55% 미만의 단, 35% 내지 54%의 단 또는 40% 내지 47%의 단에 공급될 수 있다. 예를 들어, 증류 컬럼(300)의 이론 단수가 100 단인 경우, 최상단이 1단, 최하단이 100단일 수 있고, 이론 단수의 55% 미만의 단은 증류 컬럼(300)의 55단 미만의 단을 의미할 수 있다. 상기 기액분리 장치(200) 하부 배출 스트림을 증류 컬럼(300)의 상기 범위의 단으로 공급함으로써, 증류 컬럼(300) 내에서의 체류 시간이 감소하고, 추출 용매와 접촉하여 추출되는 경로가 단축됨으로써, 즉, 상기 기액분리 장치(200) 하부 배출 스트림 내 포함된 C8 비방향족 탄화수소가 추출 용매와 접촉하여 추출되는 경로가 단축됨으로써 추출 용매로 인해 증류 컬럼(300) 하부로 추출되는 C8 비방향족 탄화수소의 함량을 감소시키고, 증류 컬럼(300) 상부 배출 스트림 내 C8 비방향족 탄화수소의 함량을 증가시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 증류 컬럼(300)에 별도의 추출 용매가 공급되는 조건 하에서, 증류 컬럼(300) 상부 배출 스트림으로부터 비방향족 탄화수소를 분리하고, 하부 배출 스트림으로부터 방향족 탄화수소를 분리할 수 있다. 구체적으로, 상기 증류 컬럼(300)은 추출 증류 컬럼(300)(extractive distillation column, EDC)일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 추출 용매는 방향족 탄화수소 및 비방향족 탄화수소와 비교하여 비점이 높은 물질일 수 있다. 예를 들어, 상기 추출 용매는 설포란, 알킬-설포란, N-포르밀 모르폴린, N-메틸 피롤리돈, 테트라에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜 및 디에틸렌 글리콜로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 구체적인 예로서, 상기 추출 용매는 설포란일 수 있다. 또한, 상기 추출 용매는 공용매(co-solvent)로서 물을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 증류 컬럼(300)의 전체 단수는 70단 내지 100단, 70단 내지 95단 또는 70단 내지 90단일 수 있다. 이 때, 상기 추출 용매는 증류 컬럼(300)의 1단, 즉, 증류 컬럼(300)의 최상단으로 공급될 수 있다. 상기 추출 용매가 증류 컬럼(300)의 1단으로 공급되어 증류 컬럼(300)의 최하단으로 이동하며, 상기 추출 용매는 기액분리 장치(200)로부터 공급되는 기상의 피드 스트림과 액상의 피드 스트림과 접촉하며 피드 스트림 내 방향족 탄화수소를 선택적으로 용해시켜 추출할 수 있고, 증류 컬럼(300)의 하부로 추출 용액을 배출할 수 있다. 이 때, 상기 추출 용액은 추출 용매와 비방향족 탄화수소를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 증류 컬럼(300)의 상부 배출 스트림은 비방향족 탄화수소, 구체적으로, C6 내지 C8 비방향족 탄화수소를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 증류 컬럼(300)의 상부 배출 스트림은 라피네이트(Raffinate)일 수 있다. 상기 증류 컬럼(300) 상부 배출 스트림 내 포함된 비방향족 탄화수소의 총 함량(total non-aromatic hydrocarbon, T-NA)은 98 중량% 이상, 98 중량% 내지 99.5 중량% 또는 98.5 중량% 내지 99.5 중량%일 수 있다. 또한, 상기 증류 컬럼(300) 상부 배출 스트림 내 포함된 벤젠의 함량은 0.2 중량% 이하 또는 0.01 중량% 내지 0.2 중량%일 수 있다. 이와 같이, 본 발명에 따른 방법으로 방향족 탄화수소를 분리하는 경우, 증류 컬럼(300) 상부 배출 스트림 내 비방향족 탄화수소의 순도를 증가시키고, 부산물로서 포함되는 벤젠의 함량을 감소시킬 수 있다.

또한, 상기 증류 컬럼(300)의 하부 배출 스트림은 방향족 탄화수소, 구체적으로, 벤젠, 톨루엔 및 자일렌(BTX)을 포함할 수 있다. 상기 증류 컬럼(300)의 하부 배출 스트림 내 포함된 비방향족 탄화수소의 총 함량은 1,300 ppm 이하, 100 ppm 내지 1,300 ppm 또는 500 ppm, 내지 1,300 ppm일 수 있다. 또한, 상기 증류 컬럼(300)의 하부 배출 스트림 내 포함된 C8 비방향족 탄화수소의 함량은 1,200 ppm 이하, 100 ppm 내지 1,200 ppm 또는 500 ppm 내지 1,100 ppm일 수 있다. 또한, 상기 증류 컬럼(300) 하부 배출 스트림 내 포함된 벤젠의 함량은 10 중량% 이상 또는 10 중량% 내지 15 중량%일 수 있다. 이와 같이, 본 발명에 따른 방법으로 방향족 탄화수소를 분리하는 경우, 증류 컬럼(300) 하부 배출 스트림 내 방향족 탄화수소의 순도, 보다 구체적으로 벤젠의 함량을 증가시키고, 부산물로서 포함되는 C8 비방향족 탄화수소의 함량을 감소시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 증류 컬럼(300) 하부 배출 스트림 내 방향족 탄화수소의 순도를 증가시키기 위하여 상기 증류 컬럼(300) 하부 배출 스트림의 일부 스트림은 리보일러로 공급하여 가열시킨 후 증류 컬럼(300)으로 환류시키고, 나머지 스트림은 배출할 수 있다.

상기 증류 컬럼(300) 하부 배출 스트림 중 리보일러를 통해 가열된 후 증류 컬럼(300)으로 환류되는 스트림 외 나머지 스트림은 배출되어 용매 회수 컬럼(400)(solvent recovery column, SRC)으로 공급될 수 있다. 상기 용매 회수 컬럼(400)에서는 상부 배출 스트림으로부터 방향족 탄화수소를 분리하고, 하부 배출 스트림으로부터 추출 용매를 회수할 수 있다.

상기 용매 회수 컬럼(400) 상부 배출 스트림 내 C8 비방향족 탄화수소의 함량은 7,000 ppm 이하, 100 ppm 내지 7,000 ppm 또는 2,000 ppm 내지 7,000 ppm일 수 있다. 또한, 상기 용매 회수 컬럼(400) 상부 배출 스트림 내 비방향족 탄화수소의 총 함량은 8,000 ppm 이하, 1,000 ppm 내지 8,000 ppm 또는 4,000 ppm 내지 8,000 ppm일 수 있다. 이를 통해, 본 발명에 따른 방법으로 최종 제품으로서 방향족 탄화수소를 분리할 경우, 상기 최종 제품 내 부산물로서 포함되는 비방향족 탄화수소 특히, 중질의 C8 비방향족 탄화수소의 함량을 감소시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 방향족 탄화수소 분리방법에서는 필요한 경우, 증류 컬럼(미도시), 컨덴서(미도시), 리보일러(미도시), 밸브(미도시), 펌프(미도시), 분리기(미도시) 및 혼합기(미도시) 등의 장치를 추가적으로 더 설치할 수 있다.

이상, 본 발명에 따른 방향족 탄화수소 분리방법을 기재 및 도면에 도시하였으나, 상기의 기재 및 도면의 도시는 본 발명을 이해하기 위한 핵심적인 구성만을 기재 및 도시한 것으로, 상기 기재 및 도면에 도시한 공정 및 장치 이외에, 별도로 기재 및 도시하지 않은 공정 및 장치는 본 발명에 따른 방향족 탄화수소 분리방법을 실시하기 위해 적절히 응용되어 이용될 수 있다.

이하, 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 통상의 기술자에게 있어서 명백한 것이며, 이들 만으로 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

실시예

실시예 1

도 1에 도시된 공정 흐름도에 대하여, Aspen 사의 Aspen Plus 시뮬레이터를 이용하여, 공정을 시뮬레이션 하였다.

구체적으로, 벤젠의 함량은 53.8 중량%이고, 비방향족 탄화수소의 총 함량(T-NA)은 22.2 중량%인 피드 스트림을 56 ton/hr의 유량으로 가열 장치(100)로 공급하여 127 ℃의 온도로 가열하였다.

상기 가열 장치(100)에서 가열된 피드 스트림을 기액분리 장치(200)로 공급하여, 기액분리 장치(200) 상부 배출 스트림은 증류 컬럼(300)의 54단으로 공급하고, 하부 배출 스트림은 증류 컬럼(300)의 36단으로 공급하였다. 이 때, 증류 컬럼(300)의 총 단수는 80단이고, 상기 기액분리 장치(200)로 공급되는 가열된 피드 스트림 대비 상부 배출 스트림의 중량비를 0.34로 조절하였다. 또한, 상기 증류 컬럼(300)의 1단으로 추출 용매로서 설포란을 218 ton/hr의 유량으로 공급하였다.

상기 증류 컬럼(300) 하부 배출 스트림의 일부 스트림은 리보일러에서 가열된 후 증류 컬럼(300)으로 환류되고, 나머지 스트림은 용매 회수 컬럼(400)으로 공급하였고, 상기 용매 회수 컬럼(400) 상부 배출 스트림으로부터 방향족 탄화수소를 분리하였고, 하부 배출 스트림의 일부 스트림은 리보일러에서 가열된 후 용매 회수 컬럼(400)으로 환류되고 나머지 스트림으로부터 추출 용매를 분리하였다.

상기 공정 시뮬레이션 결과 기액분리 장치(200)(VLS), 증류 컬럼(300)(EDC) 및 용매 회수 컬럼(400)(SRC)에서 배출되는 스트림 내 벤젠 함량(BZ), 비방향족 탄화수소 총 함량(T-NA) 및 C8 비방향족 탄화수소 함량(C8 NA)을 하기 표 1에 나타내었다. 또한, 상기 공정에서 가열 장치(100)(PreHX), 증류 컬럼(300) 리보일러(EDC Reb) 및 용매 회수 컬럼(400)(SRC Reb)에서 사용된 가열 에너지를 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.

실시예 2

상기 실시예 1에서 기액분리 장치(200) 상부 배출 스트림을 증류 컬럼(300)의 60단에 공급하고, 하부 배출 스트림을 증류 컬럼(300)의 32단으로 공급한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 공정을 시뮬레이션하였다.

실시예 3

상기 실시예 1에서 기액분리 장치(200) 상부 배출 스트림을 증류 컬럼(300)의 50단에 공급하고, 하부 배출 스트림을 증류 컬럼(300)의 38단으로 공급한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 공정을 시뮬레이션하였다.

실시예 4

상기 실시예 1에서 기액분리 장치(200) 상부 배출 스트림을 증류 컬럼(300)의 67단에 공급하고, 하부 배출 스트림을 증류 컬럼(300)의 28단으로 공급한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 공정을 시뮬레이션하였다.

실시예 5

상기 실시예 1에서 가열 장치(100)에서 피드 스트림의 온도를 126 ℃의 온도로 가열한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 공정을 시뮬레이션하였다.

실시예 6

상기 실시예 1에서 가열 장치(100)에서 피드 스트림의 온도를 128 ℃의 온도로 가열한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 공정을 시뮬레이션하였다.

비교예

비교예 1

도 2에 도시된 공정 흐름도에 대하여, Aspen 사의 Aspen Plus 시뮬레이터를 이용하여, 공정을 시뮬레이션 하였다.

구체적으로, 벤젠의 함량은 53.8 중량%이고, 비방향족 탄화수소의 총 함량(T-NA)은 22.2 중량%인 피드 스트림을 56 ton/hr의 유량으로 증류 컬럼(300)의 40단으로 공급하였다. 이 때, 증류 컬럼(300)의 총 단수는 80단이고, 상기 증류 컬럼(300)의 1단으로 추출 용매로서 설포란을 218 ton/hr의 유량으로 공급하였다.

상기 증류 컬럼(300) 하부 배출 스트림은 용매 회수 컬럼(400)으로 공급하였고, 상기 용매 회수 컬럼(400) 상부 배출 스트림으로부터 방향족 탄화수소를 분리하였고, 하부 배출 스트림으로부터 추출 용매를 분리하였다.

비교예 2

도 3에 도시된 공정 흐름도에 대하여, Aspen 사의 Aspen Plus 시뮬레이터를 이용하여, 공정을 시뮬레이션 하였다.

상기 가열 장치(100)에서 가열된 피드 스트림을 기액분리 장치(200)로 공급하여, 기액분리 장치(200) 상부 배출 스트림은 증류 컬럼(300)의 36단으로 공급하고, 하부 배출 스트림은 증류 컬럼(300)의 54단으로 공급하였다. 이 때, 증류 컬럼(300)의 총 단수는 80단이고, 상기 기액분리 장치(200)로 공급되는 가열된 피드 스트림 대비 상부 배출 스트림의 중량비를 0.34로 조절하였다. 또한, 상기 증류 컬럼(300)의 1단으로 추출 용매로서 설포란을 218 ton/hr의 유량으로 공급하였다.

		실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5	실시예 6	비교예 1	비교예 2
VLS 상부 배출 스트림	BZ (wt%)	58.80	58.80	58.80	58.80	58.63	58.63	-	58.76
	T-NA (wt%)	27.59	27.59	27.59	27.59	28.81	26.53	-	27.59
	C8 NA (wt%)	0.46	0.46	0.46	0.46	0.41	0.52	-	0.46
VLS 하부 배출 스트림	BZ (wt%)	51.25	24.25	51.25	51.25	52.29	50.02	-	51.25
	T-NA (wt%)	19.39	19.39	19.39	19.39	20.10	18.77	-	19.39
	C8 NA (wt%)	1.56	1.56	1.56	1.56	1.43	1.71	-	1.56
EDC 상부 배출 스트림	BZ (wt%)	0.20	0.25	0.23	0.48	0.09	0.26	0.20	1.51
	T-NA (wt%)	98.54	98.49	98.52	98.21	98.68	98.47	98.41	97.0
	C8 NA (wt%)	3.83	3.96	3.68	4.02	3.60	3.99	3.28	1.88
EDC 하부 배출 스트림	BZ (wt%)	11.49	11.49	11.49	11.48	11.49	11.49	11.49	11.42
	T-NA (ppm)	840	854	888	997	884	941	998	2,207
	C8 NA (ppm)	705	646	778	615	816	631	967	1,648
SRC 상부 배출 스트림	BZ (wt%)	68.34	68.34	68.32	68.25	68.33	68.16	68.27	67.67
	T-NA (ppm)	5,009	5,093	5,292	5,940	5,267	5,594	5,941	13,092
	C8 NA (ppm)	4,181	3,835	4.630	3,660	4,854	3,746	5,751	9,768

	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5	실시예 6	비교예 1	비교예 2
PreHX (Gcal/hr)	2.48	2.48	2.48	2.48	1.14	2.94	-	2.48
EDC Reb (Gcal/hr)	4.80	4.80	4.80	4.80	6.14	4.34	7.30	4.80
SRC Reb (Gcal/hr)	5.47	5.47	5.47	5.47	5.47	5.48	5.46	5.47
합계 (Gcal/hr)	12.75	12.75	12.75	12.75	12.75	12.76	12.76	12.75

상기 표 1 및 2를 참조하면, 본 발명에 따른 방법으로 피드 스트림을 가열하고, 기상의 피드 스트림과 액상의 피드 스트림을 선분리한 후, 기상의 피드 스트림은 증류 컬럼(300)의 하부 측면으로, 액상의 피드 스트림은 증류 컬럼(300)의 상부 측면으로 공급하여 방향족 탄화수소를 분리한 경우, 가열 에너지 소비량은 비교예와 동일 내지 유사한 수준으로 유지하면서, 용매 회수 컬럼(400) 상부 배출 스트림으로부터 분리된 방향족 탄화수소 내 벤젠의 함량이 증가하였고, 비방향족 탄화수소의 총 함량, 특히, C8 비방향족 탄화수소의 함량이 감소한 것을 확인할 수 있었다.

특히, 상기 기상의 피드 스트림 및 액상의 피드 스트림을 각각 증류 컬럼(300)의 이론 단수의 64% 내지 80%의 단 및 증류 컬럼(300)의 이론 단수의 40% 내지 47%의 단에 공급한 실시예 1 및 2의 경우 실시예 3 및 4 대비 용매 회수 컬럼(400) 상부 배출 스트림으로부터 분리된 방향족 탄화수소 내 비방향족 탄화수소의 총 함량 및 C8 비방향족 탄화수소의 함량이 더욱 감소한 것을 확인할 수 있었다.

또한, 상기 가열 장치(100)에서 피드 스트림의 온도를 126 ℃ 내지 128 ℃의 범위로 가열한 실시예 1, 5 및 6의 경우, 비교예 대비 용매 회수 컬럼(400) 상부 배출 스트림으로부터 분리된 방향족 탄화수소 내 벤젠의 함량이 증가하였고, 비방향족 탄화수소의 총 함량 및 C8 비방향족 탄화수소의 함량이 감소한 것을 확인할 수 있었다.

이와 비교하여 비교예 1은 피드 스트림을 가열 후 선분리하지 않고, 증류 컬럼(300)의 중간 영역으로 공급한 것으로, 실시예와 비교하여 용매 회수 컬럼(400) 상부 배출 스트림으로부터 분리된 방향족 탄화수소 내 벤젠의 함량이 감소하였고, 비방향족 탄화수소의 총 함량 및 C8 비방향족 탄화수소의 함량이 증가한 것을 확인할 수 있었다.

또한, 상기 비교예 2는 피드 스트림을 가열 후 선분리하여 기상의 피드 스트림은 증류 컬럼(300)의 상부 측면으로 공급하고, 액상의 피드 스트림은 증류 컬럼(300) 하부 측면으로 공급한 것으로, 실시예와 비교하여 용매 회수 컬럼(400) 상부 배출 스트림으로부터 분리된 방향족 탄화수소 내 벤젠의 함량이 감소하였고, 비방향족 탄화수소의 총 함량 및 C8 비방향족 탄화수소의 함량이 증가한 것을 확인할 수 있었다.

100: 가열 장치
200: 기액분리 장치
300: 증류 컬럼
400: 용매 회수 컬럼

Claims

방향족 탄화수소 및 비방향족 탄화수소를 포함하는 피드 스트림을 가열 장치로 공급하여 가열시키는 단계;
상기 가열된 피드 스트림을 기액분리 장치로 공급하고, 기액 분리 장치로부터 배출되는 기상의 상부 배출 스트림을 증류 컬럼 하부 측면으로 공급하고, 액상의 하부 배출 스트림을 증류 컬럼 상부 측면으로 각각 공급하는 단계; 및
상기 증류 컬럼에 별도의 추출 용매가 공급되는 조건 하에서, 증류 컬럼 상부 배출 스트림으로부터 비방향족 탄화수소를 분리하고, 하부 배출 스트림으로부터 방향족 탄화수소를 분리하는 단계를 포함하는 방향족 탄화수소 분리방법.
제1항에 있어서,
상기 가열 장치에서 가열된 피드 스트림의 온도는 120 ℃ 내지 135 ℃인 방향족 탄화수소 분리방법.
제1항에 있어서,
상기 기액분리 장치 상부 배출 스트림은 증류 컬럼의 이론 단수의 55% 이상의 단에 공급되는 것인 방향족 탄화수소 분리방법.
제1항에 있어서,
상기 기액분리 장치 상부 배출 스트림은 증류 컬럼의 이론 단수의 64% 내지 80%의 단에 공급되는 것인 방향족 탄화수소 분리방법.
제1항에 있어서,
상기 기액분리 장치 하부 배출 스트림은 증류 컬럼의 이론 단수의 55% 미만의 단에 공급되는 것인 방향족 탄화수소 분리방법.
제1항에 있어서,
상기 기액분리 장치 하부 배출 스트림은 증류 컬럼의 이론 단수의 40% 내지 47%의 단에 공급되는 것인 방향족 탄화수소 분리방법.
제1항에 있어서,
상기 기액분리 장치 상부 배출 스트림에 포함된 벤젠의 함량은 기액분리 장치 하부 배출 스트림에 포함된 벤젠의 함량보다 높은 것인 방향족 탄화수소 분리방법.
제1항에 있어서,
상기 기액분리 장치 하부 배출 스트림에 포함된 C8 비방향족 탄화수소의 함량은 기액분리 장치 상부 배출 스트림에 포함된 C8 비방향족 탄화수소의 함량보다 높은 것인 방향족 탄화수소 분리방법.
제1항에 있어서,
상기 기액분리 장치 상부 배출 스트림 내 포함된 벤젠의 함량은 55 중량% 이상인 방향족 탄화수소 분리방법.
제1항에 있어서,
상기 기액분리 장치 하부 배출 스트림 내 포함된 C8 비방향족 탄화수소의 함량은 1 중량% 내지 5 중량%인 방향족 탄화수소 분리방법.
제1항에 있어서,
상기 증류 컬럼 하부 배출 스트림은 용매 회수 컬럼으로 공급되고, 상기 용매 회수 컬럼 상부 배출 스트림으로부터 방향족 탄화수소를 분리하는 것인 방향족 탄화수소 분리방법.
제11항에 있어서,
상기 용매 회수 컬럼 상부 배출 스트림 내 C8 비방향족 탄화수소의 함량은 8,000 ppm 이하인 방향족 탄화수소 분리방법.