KR20240001149A - 산화적 탈수소화(odh) 반응기의 유출물을 처리하기 위한 통합 - Google Patents
산화적 탈수소화(odh) 반응기의 유출물을 처리하기 위한 통합 Download PDFInfo
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Abstract
ODH 반응기에서 ODH 촉매를 통해 에탄을 에틸렌으로 탈수소화하는 단계, ODH 반응기로부터의 유출물을 배출하는 단계, ODH 반응기로 가는 에탄을 포함하는 공급물을 유출물을 이용하여 가열하는 단계, 상기 유출물로부터의 아세트산을 아세트산 생성물로서 회수하는 단계, 및 상기 유출물로부터의 에틸렌을 포함하는 공정 가스를 추가 처리를 위해 이송시켜 에틸렌 생성물을 제공하는 단계를 포함하는, 에틸렌을 생산하기 위한 시스템 및 방법. 이 기술은 유출물의 처리와 관련된 것을 포함하는 에너지 통합을 수반한다. 물은 공급물에 재순환수를 첨가하기 위해 유출물로부터 재순환수로서 회수될 수 있다.
Description
본 개시내용은 에틸렌을 생산하기 위한 에탄의 산화적 탈수소화(ODH)에 관한 것이다.
우선권 주장
본 출원은 2021년 4월 28일자로 출원된 미국 가출원 제63/181,102호에 대한 우선권을 주장하며, 이 출원의 전체 내용은 본원에 참고로 포함된다.
알칸을 상응하는 알켄으로 만드는 촉매 산화적 탈수소화는 증기 분해의 대안이다. 증기 분해와 달리 산화적 탈수소화(ODH)는 더 낮은 온도에서 작동할 수 있으며 일반적으로 코크스를 생성하지 않는다. 에틸렌 생산의 경우 ODH는 증기 분해보다 더 높은 에틸렌 수율을 제공할 수 있다. ODH는 알칸을 상응하는 알켄으로 전환시키기 위한 촉매를 갖는 반응기 용기에서 수행될 수 있다. 저급 알칸(예: 에탄)을 상응하는 알켄(예: 에틸렌)으로 전환시키는 데에서 아세트산이 발생될 수 있다.
이산화탄소는 인간 활동을 통해 배출되는 주요 온실가스이다. ODH 시설을 포함한 다양한 산업 및 화학 플랜트 시설에서 이산화탄소(CO2)가 생성될 수 있다. 이러한 시설에서 에너지의 보다 효율적인 활용은 시설의 CO2 배출량을 줄일 수 있으며 결과적으로 시설의 CO2 발자국도 감소시킬 수 있다.
한 측면은 ODH 반응기에서 산소 존재 하에 산화적 탈수소화(ODH) 촉매를 통해 에탄을 에틸렌으로 탈수소화시켜 ODH 반응기에서 아세트산을 형성시키는 단계, 및 ODH 반응기로부터 적어도 에틸렌, 아세트산, 및 물을 포함하는 유출물을 증기-발생 열 교환기를 통해 배출시켜 유출물로부터의 열로 증기를 발생시킴으로써 유출물을 냉각시키는 단계를 포함하는, 에틸렌 생산 방법에 관한 것이다. 방법은 증기-발생 열 교환기로부터의 유출물을 공급물 열 교환기를 통해 유동시켜 유출물을 이용하여 ODH 반응기용 에탄 보유 공급물을 가열함으로써 유출물을 냉각시키는 단계를 포함한다. 이 방법은 유출물로부터 아세트산을 아세트산 생성물로서 회수하는 단계, 및 유출물로부터 에틸렌을 갖는 공정 가스를 추가 처리를 위해 이송시켜 에틸렌 생성물을 제공하는 단계를 포함한다.
또 다른 측면은 ODH 반응기에서 산소의 존재 하에 ODH 촉매를 통해 에탄을 에틸렌으로 탈수소화시켜 ODH 반응기에서 아세트산을 형성시키는 단계, 및 OHD 반응기로부터의 에틸렌, 아세트산, 물, 일산화탄소, 이산화탄소, 및 미반응 에탄을 포함하는 유출물을 증기-발생 열 교환기를 통해 배출시켜 증기를 발생시키고, 여기서 증기-발생 열 교환기가 유출물로부터의 열을 물로 전달하여 증기를 발생시켜 유출물을 냉각하는 단계를 포함하는, 에틸렌 생산 방법에 관한 것이다. 이 방법은 증기-발생 열 교환기로부터의 유출물을 공급물 열 교환기를 통해 유동시켜 ODH 반응기용 공급물을 유출물을 이용하여 가열하는 단계를 포함하며, 여기서 공급물 열 교환기는 유출물로부터의 열을 공급물로 전달하여 유출물을 냉각시킨다. 이 방법은 공급물 열 교환기 하류의 유출물을 냉각시켜 유출물 중의 물을 응축시키는 단계를 포함한다. 이 방법은 유출물로부터의 에틸렌을 갖는 공정 가스를 추가 처리를 위해 공정 가스 압축기로 이송시켜 에틸렌 생성물을 제공하는 단계를 포함한다.
또 다른 측면은 ODH 반응기에서 산소의 존재 하에 ODH 촉매를 통해 에탄을 에틸렌으로 탈수소화시켜 ODH 반응기에서 아세트산을 형성시키는 단계, 및 OHD 반응기로부터의 에틸렌, 아세트산, 물, 일산화탄소, 이산화탄소, 및 미반응 에탄을 포함하는 유출물을 증기-발생 열 교환기를 통해 배출시켜 증기를 발생시키고, 공급물 열 교환기를 통과시켜 ODH 반응기를 위한 에탄 포함 공급물을 가열하는 단계를 포함한다. 이 방법은 용기 중의 유출물을 가스 및 원료 아세트산으로 분리하는 단계를 포함하며, 여기서 가스는 에틸렌, 물, 아세트산, 에탄, 이산화탄소 및 일산화탄소를 포함하고, 원료 아세트산은 아세트산 및 물을 포함한다. 이 방법은 가스로부터 아세트산 및 물을 제거하여 에틸렌, 에탄, 이산화탄소 및 일산화탄소를 포함하는 공정 가스를 제공하는 단계, 및 공정 가스를 추가 처리를 위해 공정 가스 압축기로 이송시켜 에틸렌 생성물을 제공하는 단계를 포함하며, 여기서 공정 가스는 50 ppmv(부피 기준 백만분의 부) 미만의 아세트산(및 일부 구현예에서는 5 몰% 미만의 물)을 포함한다. 이 방법은 원료 아세트산을 용기의 바닥 부분으로부터 아세트산 유닛(추출기 컬럼을 보유함)으로 배출하여 원료 아세트산으로부터 아세트산 생성물을 회수하는 단계를 포함한다.
또 다른 측면은 에탄을 에틸렌으로 탈수소화하고 아세트산을 발생시키는 ODH 촉매를 갖는 ODH 반응기, ODH 반응기로부터의 유출물을 수용하여 유출물로부터의 열을 이용하여 증기를 발생시키는 증기-발생 열 교환기, 증기-발생 열 교환기로부터의 유출물을 수용하여 유출물을 이용하여 ODH 반응기용의 적어도 에탄을 포함하는 공급물을 가열하는 공급물 열 교환기, 및 유출물을 가스 및 원료 아세트산으로 분리하는 용기를 포함하는 에틸렌 생산 시스템에 관한 것이고, 여기서 가스는 에틸렌, 물, 아세트산, 에탄, 이산화탄소 및 일산화탄소를 포함하고, 원료 아세트산은 아세트산 및 물을 포함한다. 에틸렌 생산 시스템은 원료 아세트산을 처리하여 아세트산 생성물을 제공하는 아세트산 유닛을 포함하며, 여기서 아세트산 유닛은 액체-액체 추출 컬럼인 추출기 컬럼을 포함한다.
또 다른 측면은 ODH 반응기에서 ODH 촉매를 통해 에탄을 에틸렌으로 탈수소화하는 단계, 및 상기 ODH 반응기로부터 유출물을 배출시키는 단계를 포함하는, 에틸렌 생산 방법에 관한 것이며, 여기서 유출물은 에틸렌, 물, 아세트산, 이산화탄소, 일산화탄소, 및 미반응 에탄을 포함한다. 이 방법은 유출물 중의 아세트산과 물을 응축시켜 유출물을 원료 아세트산 및 가스로 분리하는 단계를 포함하며, 여기서 원료 아세트산은 응축된 아세트산 및 응축수를 포함하며, 가스는 에틸렌, 이산화탄소, 일산화탄소 및 미반응된 에탄을 포함한다. 이 방법은 원료 아세트산을 처리하여 아세트산 생성물을 제공하는 단계, 및 가스를 처리하여 에틸렌 생성물을 포함하는 공정 가스를 제공하는 단계를 포함한다. 이 방법은 유출물로부터의 물을 재순환수로 회수하는 단계, 재순환수를 ODH 반응기로 가는 에탄 포함 공급물에 첨가하는 단계, 공급물을 유출물을 이용하여 가열하는 단계, 및 공급물에 산소를 첨가하는 단계를 포함한다.
하나 이상의 구현예의 세부사항은 첨부 도면 및 이하 상세한 설명에 제시된다. 다른 특징 및 장점은 상세한 설명 및 도면, 그리고 청구범위를 통해 명백해질 것이다.
도 1은 옵션 1(기본 사례)에 따른 에틸렌 생산 시스템의 공정 흐름도(PFD)이다.
도 2는 옵션 2에 따른 에틸렌 생산 시스템의 PFD이다.
도 3은 옵션 3에 따른 에틸렌 생산 시스템의 PFD이다.
도 4는 옵션 4에 따른 에틸렌 생산 시스템의 PFD이다.
도 5는 옵션 5에 따른 에틸렌 생산 시스템의 PFD이다.
도 6은 옵션 6에 따른 에틸렌 생산 시스템의 PFD이다.
도 7은 옵션 8에 따른 에틸렌 생산 시스템의 PFD이다.
도 8은 옵션 9에 따른 에틸렌 생산 시스템의 PFD이다.
도 9는 옵션 10에 따른 에틸렌 생산 시스템의 PFD이다.
도 10은 옵션 10의 변형에 따른 에틸렌 생산 시스템의 PFD이다.
도 11은 옵션 11에 따른 에틸렌 생산 시스템의 PFD이다.
도 12는 옵션 11의 변형에 따른 에틸렌 생산 시스템의 PFD이다.
도 13은 옵션 12에 따른 에틸렌 생산 시스템의 PFD이다.
도 14는 옵션 13에 따른 에틸렌 생산 시스템의 PFD이다.
도 15는 옵션 14에 따른 에틸렌 생산 시스템의 PFD이다.
도 16은 옵션 15에 따른 에틸렌 생산 시스템의 PFD이다.
도 17은 옵션 16에 따른 에틸렌 생산 시스템의 PFD이다.
도 18은 옵션 17에 따른 에틸렌 생산 시스템의 PFD이다.
도 19는 옵션 18에 따른 에틸렌 생산 시스템의 PFD이다.
도 20은 옵션 19에 따른 에틸렌 생산 시스템의 PFD이다.
도 21은 옵션 20에 따른 에틸렌 생산 시스템의 PFD이다.
도 22는 옵션 21에 따른 에틸렌 생산 시스템의 PFD이다.
도 23은 옵션 22에 따른 에틸렌 생산 시스템의 PFD이다.
도 24는 에틸렌 생산 방법의 블록 흐름도이다.
다양한 도면에서 유사한 참조 번호 및 명칭은 유사한 요소를 나타낸다.
도 2는 옵션 2에 따른 에틸렌 생산 시스템의 PFD이다.
도 3은 옵션 3에 따른 에틸렌 생산 시스템의 PFD이다.
도 4는 옵션 4에 따른 에틸렌 생산 시스템의 PFD이다.
도 5는 옵션 5에 따른 에틸렌 생산 시스템의 PFD이다.
도 6은 옵션 6에 따른 에틸렌 생산 시스템의 PFD이다.
도 7은 옵션 8에 따른 에틸렌 생산 시스템의 PFD이다.
도 8은 옵션 9에 따른 에틸렌 생산 시스템의 PFD이다.
도 9는 옵션 10에 따른 에틸렌 생산 시스템의 PFD이다.
도 10은 옵션 10의 변형에 따른 에틸렌 생산 시스템의 PFD이다.
도 11은 옵션 11에 따른 에틸렌 생산 시스템의 PFD이다.
도 12는 옵션 11의 변형에 따른 에틸렌 생산 시스템의 PFD이다.
도 13은 옵션 12에 따른 에틸렌 생산 시스템의 PFD이다.
도 14는 옵션 13에 따른 에틸렌 생산 시스템의 PFD이다.
도 15는 옵션 14에 따른 에틸렌 생산 시스템의 PFD이다.
도 16은 옵션 15에 따른 에틸렌 생산 시스템의 PFD이다.
도 17은 옵션 16에 따른 에틸렌 생산 시스템의 PFD이다.
도 18은 옵션 17에 따른 에틸렌 생산 시스템의 PFD이다.
도 19는 옵션 18에 따른 에틸렌 생산 시스템의 PFD이다.
도 20은 옵션 19에 따른 에틸렌 생산 시스템의 PFD이다.
도 21은 옵션 20에 따른 에틸렌 생산 시스템의 PFD이다.
도 22는 옵션 21에 따른 에틸렌 생산 시스템의 PFD이다.
도 23은 옵션 22에 따른 에틸렌 생산 시스템의 PFD이다.
도 24는 에틸렌 생산 방법의 블록 흐름도이다.
다양한 도면에서 유사한 참조 번호 및 명칭은 유사한 요소를 나타낸다.
개시내용의 일부 측면은 ODH 반응기에서 산소의 존재 하에 산화적 탈수소화(ODH) 촉매를 통해 에탄을 에틸렌으로 탈수소화하는 것에 관한 것이다. ODH 반응기에서 아세트산도 형성된다. 이 기술은 ODH 반응기로부터의 에틸렌, 아세트산 및 물을 포함하는 유출물을 증기-발생 열 교환기를 통해 배출시켜 증기를 발생시키는 단계, 및 또한 공급물 열 교환기(교차-교환기)를 통과시켜 ODH 반응기용 에탄 포함 공급물을 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 유출물로부터 원료 아세트산이 분리될 수 있다. 원료 아세트산은 유출물로부터의 분리를 촉진하기 위해 응축되는 유출물 내 물과 아세트산의 대부분일 수 있다. 원료 아세트산은 아세트산 유닛에서 처리되어 아세트산 생성물을 제공할 수 있다. 에틸렌, 미반응 에탄, 이산화탄소, 일산화탄소, 미응축 아세트산 및 미응축수를 포함하는 가스는 유출물로부터 분리되고 아세트산과 물을 제거하여 공정 가스를 제공하기 위해 스크럽될 수 있다. 구현예에서, 공정 가스는 추가 처리를 위해 공정 가스 압축기로 이송하여 에틸렌 생성물을 제공하할 수 있다.
에너지 통합(예를 들어, 반응기 유출물로부터의 에너지 회수) 및 반응기 유출물의 하류 처리를 포함한, ODH 반응기 시스템의 전체 에너지 효율의 증가는 운영 비용 및 이산화탄소와 같은 온실가스 방출량을 감소시키는 데 유익할 수 있다. 반응기 유출물 냉각, 아세트산 회수 및 반응기 공급물 포화의 에너지 통합이 개시된다. 기술된 에너지 통합은 증기 소비, 동력 수요 및 냉각수 수요를 줄이는 동시에 원료 아세트산을 아세트산 유닛에 유리하게 농축시킬 수 있다. 이는 일반적으로 ODH 반응기 플랜트의 전반적인 운영 비용을 낮출 수 있을 뿐만 아니라 적어도 아세트산 유닛, 냉각수(CW) 시스템, 및 증기 시스템에 대한 자본 비용을 낮출 수 있다. ODH 반응기 시스템의 통합에는 반응기 유출물로부터 반응기 공급물 희석으로 물의 재순환을 포함할 수도 있다. 유출물의 처리에서 회수된 이러한 물은 재순환수로서 표지될 수 있다.
반응기 유출물 냉각, 아세트산 회수 및 반응기 공급물 포화의 에너지 통합 옵션이 제공된다. 전술한 재순환수가 고려된다. 아래 제시된 옵션 1의 예는 기본 사례일 수 있다. 제시된 다른 옵션은 일반적으로 기준선 사례로서 옵션 1과 비교될 수 있다. 그러나, 본 기술은 표로 작성되거나 특성화된 다양한 옵션에 제한되는 것은 아니다. 대신 옵션 1 내지 22를 포함한, 구성된 다양한 옵션이 실시예로서 제공된다.
공급물 에탄을 탈수소화하여 에틸렌을 생성하고 부산물 아세트산을 발생시키는 ODH 반응은 예를 들어 300 내지 450℃사이의 온도에서 저온 ODH 촉매(예를 들어 이하에 논의되는 MoVNbTeOx)에 의해 일어나 높은 선택성을 갖는 에틸렌을 생성할 수 있다. 공급물과 ODH 반응기에서 에탄-산소 혼합물의 가연성 한계 밖에 머물게 하기 위해 희석제가 사용된다. 기화된 물 또는 증기는 희석제로서 사용될 수 있다. ODH 반응기로 가는 에탄, 산소, 및 물을 포함한 혼합 공급물의 압력과 온도에 따라 목표 산소 농도가 달라질 수 있다. 여러 공정 구성 방식(예: 에탄 포화탑 포함)은 희석제로서 물을 에탄 및 산소와 혼합하도록 구현될 수 있다. ODH 반응기 유출물에 대한 상이한 냉각 방식을 포함하는 열 통합 옵션이 비교된다.
에틸렌을 생산하기 위한 ODH 반응 공정에서 2가지 주요 열 수요는 다음과 같은 것일 수 있다: (1) 혼합 공급물을 희석하기 위한 공급물 포화; 및 (2) 아세트산(AA) 생성물 스트림을 제공하는 아세트산(AA) 유닛의 용매 회수탑. 이 공정에 대한 2가지 주요 냉각 수요는 다음과 같은 것일 수 있다: (1) 반응기 유출물 냉각; 및 (2) AA 유닛의 용매 회수탑으로부터 오버헤드 스트림의 응축.
실시양태는 ODH 반응기로부터의 반응기 유출물을 냉각시키기 위한 공정 통합에 관한 것일 수 있다. 본 옵션에서 반응기로부터 배출되는 반응기 유출물은 먼저 고압(초고압) 증기를 발생 또는 과열시키기 위해 사용되고, 그 다음 유출물은 반응기 공급물에 대하여 교차-교환된다.
도 1은 에틸렌 생산 시스템(100)이다. 도시된 도 1은 후속 도면과 비교하기 위한 옵션 1로서 특징지어질 수 있다. 에틸렌 생산 시스템(100)은 에탄을 에틸렌으로 탈수소화하는 ODH 촉매를 갖는 ODH 반응기(102) 용기를 포함한다. 반응기의 작동 온도는 예를 들어 300℃내지 450℃범위일 수 있다. ODH 반응은 전형적으로 발열성일 수 있다. ODH 반응기(102) 시스템은 ODH 반응기(102)의 온도를 제어하기 위해 열-전달 유체를 활용할 수 있다. 열-전달 유체는 ODH 반응기(102)로부터 열을 제거하기 위해(또는 열을 추가하기 위해) 사용될 수 있다. 열전달 유체는, 예를 들어, 증기, 물(가압수 또는 초임계수 포함), 오일, 또는 용융염 등일 수 있다. ODH 반응기(102)는 예를 들어 고정층 반응기(ODH 촉매의 고정층으로 작동) 또는 유동층 반응기(촉매의 유동층으로 작동), 또는 또 다른 반응기 유형일 수 있다.
고정층 반응기로서 ODH 반응기의 경우, 반응물은 반응기의 한쪽 끝에서 도입되어 고정된 촉매를 지나 흐를 수 있다. 생성물이 형성되고, 생성물이 있는 유출물은 반응기의 다른 쪽 끝에서 배출될 수 있다. 고정층 반응기는 각각 촉매층을 갖고 반응물의 흐름을 위한 하나 이상의 관(예: 금속 관, 세라믹 관 등)를 가질 수 있다. ODH 반응기(102)의 경우, 흐르는 반응물은 적어도 에탄 및 산소일 수 있다. 관는 예를 들어 강철 메쉬를 포함할 수 있다. 또한, 관(들)에 인접한 열 전달 재킷 또는 외부 열 교환기(예: 공급물 열 교환기 또는 재순환 열 교환기)는 반응기의 온도 제어를 제공할 수 있다. 전술한 열전달 유체는 재킷이나 외부 열 교환기를 통해 흐를 수 있다.
유동층 반응기로서의 ODH 반응기는 (1) 비순환 유동층, (2) 재생기가 있는 순환 유동층, 또는 (3) 재생기가 없는 순환 유동층일 수 있다. 구현예에서, 유동층 반응기는 ODH 촉매에 대한 지지체를 가질 수 있다. 지지체는 다공성 구조 또는 분배판일 수 있으며 반응기 바닥 부분에 배치될 수 있다. 반응물은 ODH 촉매층을 유동화하는 속도로 지지체를 통해 위로 흐를 수 있다. 반응물(예를 들어, ODH 반응기(102)용 에탄, 산소 등)은 유동 촉매와 접촉 시 생성물(예를 들어, ODH 반응기(102)의 에틸렌 및 아세트산)로 전환된다. 생성물이 있는 유출물은 반응기 상위 부분으로부터 배출될 수 있다. 냉각 재킷은 반응기의 온도 제어를 용이하게 할 수 있다. 유동층 반응기는 반응기의 온도 제어를 용이하게 하기 위해 열전달 관, 재킷 또는 외부 열 교환기(예: 공급물 열 교환기 또는 재순환 루프 열 교환기)를 가질 수 있다. 전술한 열전달 유체는 반응기 관, 재킷 또는 외부 열 교환기를 통해 흐를 수 있다.
표시된 바와 같이, ODH 촉매는 고정층 또는 유동층으로서 작동될 수 있다. 에탄을 에틸렌으로 탈수소화하고 부산물로서 아세트산을 형성하는 ODH 반응을 촉진할 수 있는 ODH 촉매는 본 기술에 적용 가능할 수 있다. 혼합 금속 산화물 촉매는 에탄 ODH 및 본원에 기술된 방법 및 에틸렌 생산 시스템에 사용하기에 특히 매우 적합하다. 저온 ODH 촉매가 유익할 수 있다. ODH 반응기에서 활용될 수 있는 ODH 촉매의 한 예는 몰리브덴, 바나듐, 텔루륨, 니오븀 및 산소를 포함하는 저온 ODH 혼합 금속 산화물 촉매이며, 여기서 몰리브덴 대 바나듐의 몰비는 1:0.12 내지 1:0.49이고, 몰리브덴 대 텔루륨의 몰비는 1:0.01 내지 1:0.30이고, 몰리브덴 대 니오븀의 몰비는 1:0.01 내지 1:0.30이며, 산소는 적어도 임의의 존재하는 금속 원소의 원자가를 만족시키는 양으로 존재한다. 몰리브덴, 바나듐, 텔루륨, 니오븀의 몰비는 유도 결합 플라즈마 질량 분석법(ICP-MS)에 의해 결정될 수 있다. 촉매는 450℃미만, 425℃미만, 또는 400℃미만에서 ODH 반응을 제공하는 데 있어서 저온일 수 있다. 혼합 금속 산화물 촉매의 또 다른 예에는 몰리브덴, 바나듐, 텔루륨 및 탄탈륨이 포함된다.
에탄을 탈수소화하는 ODH 반응에서, 형성된 부산물은 아세트산일 수 있다. 또한 ODH 반응에서 형성된 것은 물, 이산화탄소 및 일산화탄소를 포함할 수도 있다. 따라서, ODH 반응기(102) 용기로부터 배출되는 유출물(104)은 에틸렌, 아세트산, 물, 이산화탄소, 일산화탄소 및 미반응 에탄을 포함할 수 있다. ODH 반응기(102)의 작동 온도 및 배출된 경우 유출물(104)의 온도는 예를 들어 300℃내지 450℃범위일 수 있다.
유출물(104)은 도관을 통해 증기 발생 열 교환기(106)로 운송되어 유출물(104)로부터의 열에 의해 증기를 발생시킬 수 있다. 증기 발생 열 교환기(106)는 예를 들어 다관식(shell-and-tube) 열 교환기 또는 핀형 열 교환기(예: 핀부착-관 번들을 가짐) 등일 수 있다. 유출물(104)은 증기 발생 열 교환기(106)를 거쳐 적어도 100℃까지 냉각될 수 있다.
물은 증기-발생 열 교환기(106)에서 유출물(104)로부터의 열에 의해 가열되어 물을 증기로 플래시(flash)시킬 수 있다. 물은 예를 들어 보일러 급수, 탈염수 또는 증기 응축수 등일 수 있다. 하나 초과의 증기-발생 열 교환기(106)가 직렬 및/또는 병렬로 사용될 수 있다. 증기-발생 열 교환기(106)를 갖는 증기 발생 시스템은 용기(예: 플래시 용기), 펌프(예: 보일러 급수 펌프) 등의 추가 장비를 포함할 수 있다. 발생된 증기는 증기 헤더(또는 하위 헤더) 도관으로, 또는 도관을 통해 사용자에게 등과 같이 배출될 수 있다. 일반적으로 고압 증기는 저압 증기보다 더 가치가 있을 수 있다.
600 psig(제곱인치당 파운드 게이지) 초과 또는 1500 psig 초과와 같은 고압 증기는 전형적으로 600 psig 미만 또는 150 psig 미만과 같은 저압 증기보다 더 가치가 있을 수 있다. 증기-발생 열 교환기(106)를 통해 발생된 증기의 압력은 ODH 반응기(102)의 작동 온도(ODH 반응 온도)에 의해 구동되는 유출물(104)의 온도의 함수일 수 있다.
에탄 포화탑(110)은 혼합 공급물(108)용 에탄(예를 들어, 물에 포화된 에탄인 수-포화 에탄)을 ODH 반응기(102) 용기에 제공할 수 있다. 에틸렌 생산 시스템(100)은 수증기를 에탄 가스(112) 내로 혼입시키고 혼합 공급물(108)용 포화 에탄(114)을 배출시키기 위해 에탄 포화탑(110) 용기(예를 들어, 컬럼)를 포함할 수 있다.
구현예에서, 액체수(116)는 에탄 포화탑(110)의 상위 부분으로 유입되어 에탄 포화탑(110)을 통해 아래로 흐를 수 있다. 에탄 포화탑(110)은 유입수(116)를 운반하는 도관을 가진 플랜지식 또는 나사식 연결부인 입구(예를 들어, 노즐)를 가질 수 있다. 에탄 가스(112)는 에탄 포화탑(110)의 하위 부분으로 유입되어 에탄 포화탑(110)을 통해 위쪽으로 흐를 수 있다. 에탄 포화탑(110)은 유입되는 에탄 가스(112)를 운반하는 도관을 갖는 플랜지식 또는 나사식 연결인 입구(예를 들어, 노즐)를 가질 수 있다. 에탄 포화탑(110)은 패킹 또는 트레이를 갖고 있어, 에탄 가스(112) 내로 수증기를 대량 전달하기 위한 물(116)과 에탄 가스(112)의 접촉 스테이지를 제공할 수 있다. 에탄 포화탑(110)은 무작위 패킹, 구조화된 패킹, 트레이, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
액체수(120)는 에탄 포화탑(110)의 바닥 부분으로부터 배출(예를 들어, 바닥 스트림으로서)될 수 있고, 에탄 포화탑(110)에 대한 물 공급물로서 물 재순환 펌프(122)(예를 들어, 원심 펌프)를 통해 재순환될 수 있다. 따라서, 에탄 포화탑(110)은 물 재순환 루프를 가질 수 있다. 물은 증기와 같은 가열 매체를 사용하여 순환 온수기(118)(예: 다관식 열 교환기)에서 가열되어 에탄 포화탑(110)으로 들어가는 액체수(116)(가열된 상태)를 제공할 수 있다. 포화 에탄(114)은 ODH 반응기(102)로 가는 공급물을 위해 에탄 포화탑(110)으로부터 오버헤드로 배출될 수 있다. 본원에서 사용되는 용어 "포화" 에탄은 에탄 가스가 물에 의해 포화된 것을 의미한다. 포화 에탄(114)은 일반적으로 수증기를 포함하지만 액체수는 거의 또는 전혀 포함하지 않는다.
포화 에탄(114)은 ODH 반응기(102)로 공급되는 공급물로서 포화 에탄(114)을 가열하는 공급물 열 교환기(124)를 통해 운송될 수 있다. 공급물 열 교환기(124)는 예를 들어 다관식 열 교환기 또는 판-핀 열 교환기일 수 있다. 구현예에서, 공급물 열 교환기(124)는 유출물(104)이 포화 에탄(114)을 가열하는, 도시된 바와 같은 교차-교환기일 수 있다. 따라서, 유출물(104)은 공급물 열 교환기(124)에서, 예를 들어 전형적으로 적어도 100℃ 정도로 냉각될 수 있다. 다른 구현예에서, 공급물 열 교환기(124)는 가열 매체로서 유출물(104) 대신 증기를 활용할 수 있다.
산소(O2) 가스(126)는 공급물 열 교환기(124)의 상류 또는 공급물 열 교환기(124)의 하류, 또는 둘 모두의 포화 에탄 가스(112)에 첨가될 수 있다. 산소 가스(126)는 단일 첨가 지점 또는 다중 첨가 지점(예를 들어, 2-5개의 첨가 지점)에서 포화 에탄에 첨가될 수 있다. 예시된 실시양태는 5개의 첨가 지점을 도시한다. 다중 첨가 지점에 대한 이유는 흐르는 포화 에탄(114)에 산소 가스(126)의 포켓이 형성될 기회를 줄이기 위한 것일 수 있다.
산소 가스(126)는 포화 에탄(114)을 운반하는 도관에 첨가될 수 있다. 구현예에서, 도관은 포화 에탄(114) 내로 산소 가스(126)가 첨가되는 첨가 지점에 인접한(하류) 인라인 정적 혼합기를 포함할 수 있다. 구현예에서, 산소 가스(126)를 운반하는 도관은 파이프 티(pipe tee) 또는 유사한 파이프 피팅(pipe fitting)을 통해 포화 에탄(114)을 운반하는 도관에 결부될 수 있다. ODH 반응기(102)로의 혼합 공급물(108)은 포화 에탄 가스(112) 및 산소 가스(126)를 포함할 수 있다. 표시된 바와 같이, 포화 에탄 가스(112) 내의 물은 희석제일 수 있다.
유출물(104)은 공급물 열 교환기(124)로부터 냉각기 열 교환기(128)를 통해 플래시 드럼(130)으로 유동한다. 플래시 드럼(130)은 예를 들어 수직 배향 또는 수평 배향을 갖는 용기이다. 구현예에 있어서, 액체(예를 들어, 주로 물일 수 있는 원료 아세트산)의 수준은 작동 중인 플래시 드럼(130)에서 유지될 수 있다.
냉각기 열 교환기(128)는 유출물(104)을 냉각(열 제거)한다. 냉각 매체는 예를 들어 냉각탑 물일 수 있다. 냉각기 열 교환기(128)는 예를 들어 다관식 열 교환기 또는 판-핀 열 교환기, 또는 다른 유형의 열 교환기일 수 있다. 구현예에서, 냉각기 열 교환기(128)는 예를 들어 30℃ 내지 80℃ 범위의 온도에서 유출물(104)을 배출한다. 냉각기 열 교환기(128)는 유출물(104) 내의 물과 아세트산이 냉각기 열 교환기(128)에서 응축될 수 있다는 점에서 응축기일 수 있다.
플래시 드럼(130)의 작동 압력은 공정 가스를 하류 처리하는 배압의 함수일 수 있다(아래에서 논의됨). 플래시 드럼(130)의 작동 압력은 유출물(104)의 ODH 반응기(102) 배출 압력의 함수일 수 있다. 플래시 드럼(130)의 작동 압력은 ODH 반응기(102)로부터 파이핑 및 열 교환기를 통해 플래시 드럼(130) 및 하류 공정 가스 압축기로 흐르는 유출물(104)의 흐름과 연관된 압력 강하의 함수일 수 있다.
플래시 드럼(130)으로 유입되는 유출물(104)의 온도는 공급물 열 교환기(124) 및 냉각기 열 교환기(128)에서 유출물(104)의 냉각량에 의해 영향을 받을 수 있다. 플래시 드럼(13)으로부터 바닥 스트림으로서 배출되는 원료 아세트산(132) 중 물의 양은 플래시 드럼(130)으로 들어가는 유출물(104)의 온도의 함수일 수 있다. 플래시 드럼(130)에 들어가는 유출물(104)의 더 낮은 온도는 원료 아세트산(132)에 더 많은 물을 제공할 수 있다. 이는 더 낮은 온도에서 유출물(104)에 더 많은 물이 응축될 것이기 때문일 수 있다. 원료 아세트산(132)은 주로 물일 수 있다. 본원에 사용된 용어 "주로" 또는 "대부분"은 50 중량% 초과 및 50 부피% 초과를 포함하는 절반 초과(50% 초과)를 의미한다.
옵션 1의 측면은 ODH 반응기 유출물(104)에서 물 및 아세트산의 대부분을 응축시키기 위해 냉각기 열 교환기(128) 내의 ODH 반응기 유출물(104)을 냉각수(예를 들어, 30℃ 내지 80℃ 범위의 온도에 이르기까지)에 대해 냉각하는 것이다. 따라서, 대부분의 물이 응축되기 때문에, 본 실시양태에서 플래시 드럼(130)으로부터 배출되는 원료 아세트산(132)은 상당한 양의 물을 가질 수 있다. 따라서, 원료 아세트산(132)은 1 중량%(wt%) 미만과 같은 낮은 농도의 아세트산을 가질 수 있다. 본 실시양태 및 플래시 드럼(130)에 유입되는 유출물(104)의 온도에 따라, 원료 아세트산(132) 내 아세트산의 농도는 예를 들어 0.3 wt% 내지 45 wt% 범위일 수 있다.
플래시 드럼(130)은 플래시 드럼(130)의 바닥 부분으로부터 원료 아세트산(132)을 배출한다. 원료 아세트산(132)은 액체 아세트산과 액체수를 포함한다. 플래시 드럼(130)은 원료 아세트산(132)의 배출을 위해 플래시 드럼(130)의 바닥 부분에 출구를 가질 수 있다. 출구는 플래시 드럼(130)으로부터 도관으로 원료 아세트산(132)을 배출하기 위한 도관에 연결되는 플랜지식 노즐 또는 나사식 노즐일 수 있다. 플래시 드럼(130)은 도관을 통해 원료 아세트산(132)을 아세트산 유닛(134), 예를 들어 아세트산 유닛(134) 내 추출기 컬럼으로 배출할 수 있다.
원료 아세트산(132)은 아세트산 유닛(134)에서 처리되어 원료 아세트산(132)으로부터 물(136)을 제거하여 에틸렌 생산의 공동생성물인 아세트산 생성물(138)을 제공할 수 있다. 아세트산 생성물(138)은 예를 들어 적어도 99 wt%의 아세트산을 가질 수 있다. 제거된 물(136)의 적어도 일부는 물 생성물(140)로서 회수될 수 있다. 이하에 논의되는 바와 같이(예를 들어, 도 14와 관련하여), 아세트산 유닛(134)은 아세트산을 제거하는 용매를 주입하기 위한 추출기 컬럼(용기), 추출기 컬럼으로부터 라피네이트를 처리하여 물을 회수하는 물 스트리퍼 탑(용기), 및 추출기 컬럼에서 배출된 아세트산으로부터 용매를 제거하여 아세트산 생성물(138)을 제공하는 용매 회수 컬럼(용기)을 포함할 수 있다.
플래시 드럼(130)은 플래시 드럼(130)의 상단 부분으로부터 오버헤드로 가스(142)를 배출할 수 있다. 가스(142)는 수증기, 잔류 아세트산 증기, 및 에틸렌, 이산화탄소, 일산화탄소, 미반응 에탄, 및 기타 가스와 같은 가스를 포함할 수 있다. 기타 가스로는, 예를 들어 에탄 가스(112)(예를 들어, 파이프라인 유래)와 함께 시스템(100)에 유입되는 상대적으로 적은 양의 메탄 또는 프로판을 포함할 수 있다. 플래시 드럼(130)은 가스(142)의 배출을 위해 플래시 드럼(130)의 상단 부분에 출구를 포함할 수 있다. 출구는 가스(142)의 배출을 위해 배출 도관에 연결하는 플랜지 또는 나사식 피팅을 갖는 노즐일 수 있다. 가스(142)는 배출 도관을 통해 탑 또는 컬럼과 같은 용기인 아세트산 스크러버(144)로 유동할 수 있다.
아세트산 스크러버(144)의 목적은 가스(142)로부터 아세트산 및 물을 스크럽(제거)하기 위한 것일 수 있다. 제거된 아세트산 및 물은 일반적으로 원료 아세트산(132)을 제공하기 위해 응축된 유출물(104)로부터의 나머지 아세트산 및 물일 수 있다. 일부 구현예에서, 공정 가스(148)에 ppm 수준(예를 들어, <50ppm)의 아세트산을 제공하는, 가스(142)로부터 아세트산의 상기 제거는 하류 공정 장비(예를 들어, 공정 가스 압축기(158) 등)의 야금 비용을 감소시킬 수 있다. 구현예에서, 공정 가스(148)는 50ppmv 미만의 아세트산과 같은 미량의 아세트산을 포함할 수 있다. 공정 가스(148)는 또한 5 몰%(mol%) 미만의 물과 같은 소량의 물을 포함할 수 있다.
스크러빙 액체는 아세트산 스크러버(144)의 상부로 유입되어 아세트산 스크러버(144)를 통해 아래로 흐르는 스크러빙수(146)일 수 있다. 스크러버(144)는 스크러빙수(146)를 수용하기 위한 노즐과 같은 입구를 가질 수 있다. 노즐은 예를 들어 들어오는 스크러빙수(146)를 운반하는 입구 도관과 연결된 플랜지식 또는 나사식 연결부일 수 있다. 플래시 드럼(130)으로부터의 가스(142)는 스크러버(144) 용기의 하위 부분으로 들어가서 스크러빙수(146)에 대해 역류 흐름으로 스크러버(144)를 통해 위쪽으로 흐른다. 스크러버(144)는 유입 가스(142)를 운반하는 입구 도관과 플랜지식 또는 나사식 연결부인 입구(예를 들어, 노즐)를 가질 수 있다. 아세트산 스크러버(144)는 패킹 또는 트레이를 가져, 가스(142)로부터 스크러빙수(146)로 수증기 및 아세트산 증기를 물질 전달하기 위한 스크러빙수(146)와 가스(142)의 접촉 스테이지를 제공할 수 있다. 스크러버(144)는 무작위 패킹, 정렬된 패킹, 또는 트레이, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
아세트산 스크러버(144)는 에틸렌 생성물을 회수하기 위한 하류 처리를 위해 공정 가스(148)(예를 들어, 오버헤드 스트림)를 배출할 수 있다. 공정 가스(148)는 에틸렌, 에탄, 이산화탄소, 일산화탄소, 프로판 및 메탄을 포함할 수 있다. 공정 가스(148) 내 에틸렌의 몰%(mol%)는 예를 들어 10mol% 내지 90mol% 범위일 수 있다. 공정 가스(148)는 일반적으로 스크러버(144)에서 가스(142)로부터 제거된 아세트산 증기 및 수증기를 뺀 가스(142)이다. 공정 가스(148)는 스크러버(142)의 상단 부분에 있는 출구 노즐을 통해 배출될 수 있고, 여기서 노즐은 배출 도관에 연결된다.
가스(142)로부터 제거된 아세트산 증기 및 수증기를 갖는 스크러빙수(146)는 바닥 스트림(스크러버(144)의 바닥 부분에 있는 출구 노즐을 통해)으로서 재순환수(150)로서 에탄 포화탑(110)으로 배출될 수 있다. 재순환수(150)는 도관을 통해 에탄 포화탑(110)으로 흐를 수 있다. 재순환수(150)의 흐름에 원동력을 제공하기 위해 도관을 따라 재순환수 펌프(152)가 배치될 수 있다. 재순환수(150)는 에탄 포화탑(110)으로부터의 바닥 액체수(120)와 조합되고, 액체수(116) 공급물로서 순환 온수기(118)를 통해 에탄 포화탑(110)으로 흐른다.
아세트산 스크러버(144)에 공급된 스크러빙수(146)는, 예를 들어, 아세트산 유닛(134)으로부터의 액체수(154) 및 하류 공정 가스 압축기(PGC)(158)로부터의 수 응축물(156)을 포함할 수 있다. 펌프(160)는 아세트산 스크러버(144)로 스크러빙수(146)의 흐름에 대한 원동력을 제공할 수 있다.
아세트산 스크러버(144)로부터 배출된 공정 가스(148)는 하류 장비(162)에 의해 처리되어 공정 가스(148)로부터의 에틸렌을 생성물 에틸렌(164)으로서 제거할 수 있다. 하류 장비(162)는 공정 가스(148)의 압력을 증가시키는 전술한 PGC(158)(예를 들어, 기계적 압축기)를 포함할 수 있다. 압축된 공정 가스는 일산화탄소 및 메탄과 같은 경질 성분을 제거하도록 처리될 수 있다. 하류 장비(162)는 에탄으로부터 에틸렌을 분리하는 C2 스플리터(166)를 포함할 수 있다. C2 스플리터(166)는 증류 트레이를 갖는 증류 컬럼인 용기일 수 있다.
실시양태에서, 에틸렌 생산 시스템(100)은 공정 가스(142)를 하류 장비(162)로 이송시키지만 하류 장비(162)를 포함하지 않는다. 대신, 에틸렌 생산 시스템(100)의 생성물은 에틸렌을 갖는 공정 가스(148)이다. 다른 실시양태에서, 에틸렌 생산 시스템(100)은 공정 가스(148)를 생성물로서 배출하는 PGC 압축기(158)를 포함한다. 또 다른 실시양태에서, 에틸렌 생산 시스템(100)은 하류 공정 장비(162)를 포함한다. 옵션 1-22 중에서 에너지에 대한 논의 또는 분석에서는 PGC(158)를 고려하지만, 전형적으로 하류 장비(162) 중 나머지 장비는 고려하지 않는다.
도 2는 도 1의 에틸렌 생산 시스템(100)과 동일하거나 유사하지만 공기 냉각기(202)가 추가된 에틸렌 생산 시스템(200)이다. 도 2는 옵션 2로 특징지어질 수 있다. 도 2에 도시된 장비 및 참조 번호의 설명에 대해서는 도 1의 논의를 참조한다. 공기 냉각기(202)는 냉각 매체 또는 열 전달 유체로서 주위 공기를 사용하여 ODH 반응기 유출물(104)을 냉각(열 제거)한다. 공기 냉각기(202)는 공급물 열 교환기(124)와 냉각기 열 교환기(128) 사이에 작동 가능하게 배치될 수 있다. 공기 냉각기(202)는 하나 이상의 팬을 포함하는 팬 열 교환기일 수 있는 열 교환기이다. 팬 열 교환기에는 핀이 있을 수 있다. 공기 냉각기(202)는 핀-팬 열 교환기일 수 있다. 공기 냉각기(202) 열 교환기는 핀부착-관 번들을 갖는 하나 이상의 팬 등을 가질 수 있다.
공기 냉각기(202)는 80℃ 내지 130℃ 범위, 또는 80℃ 내지 100℃ 범위의 온도에서 유출물(104)을 배출할 수 있다. 옵션 1과 마찬가지로, 냉각기 열 교환기(128)는 예를 들어 30℃ 내지 80℃ 범위의 온도에서 유출물(104)을 배출할 수 있다. 따라서, 유출물(104)에 있는 물과 아세트산의 대부분이 응축된다. 따라서, 옵션 1과 마찬가지로, 원료 아세트산(132)은 1wt% 미만과 같은 낮은 농도의 아세트산을 가질 수 있다. 이는 원료 아세트산 중 낮은 아세트산으로서 표지될 수 있다.
그러나, 유출물(104)을 30℃ 내지 80℃ 온도 범위의 온도까지 냉각시키기 위한 유출물(104)로부터의 열 제거는 공기 냉각기(202) 및 냉각기 열 교환기(128)에 의해 공유된다. 따라서, 냉각기 열 교환기(128)에 의한 냉각 매체(예를 들어, 냉각탑수) 수요는 옵션 1에 비해 감소된다. 따라서, 구현예에 있어서, 냉각탑의 크기 및 이의 운영 비용은 유익하게 감소될 수 있다. 하지만, 초과 장비(공기 냉각기(202))의 추가는 유출물(104)의 압력 강하를 증가시킬 수 있고, 이는 PGC(158)에서의 더 많은 동력 소비로 해석될 수 있다.
도 3은 도 1의 에틸렌 생산 시스템(100)과 동일하거나 유사하지만 제2 플래시 드럼(302)(용기) 및 제2 냉각기 열 교환기(304)가 추가된 에틸렌 생산 시스템(300)이다. 제2 냉각기 열 교환기(304)는 냉각 매체로서 물(예: 냉각탑수)을 사용할 수 있다. 도 3은 옵션 3으로 특징지어질 수 있다. 도 3에 도시된 장비 및 참조 번호의 설명에 대해서는 또한 도 1의 논의를 참조한다.
제1 냉각기 열 교환기(128)는 유출물(104)을, 예를 들어 30℃ 내지 120℃ 범위, 또는 80℃ 내지 120℃ 범위의 온도로 냉각할 수 있다.
이전에 논의된 옵션 1 및 2에서, 냉각기 열 교환기(128)는 유출물(104)을, 예를 들어 30℃ 내지 80℃의 범위로 냉각할 수 있고, 따라서 유출물(104) 내 아세트산의 대부분 및 유출물(104) 내 물의 대부분을 응축시킬 수 있다. 따라서, 옵션 1-2에서, 플래시 드럼(130)으로부터 배출되는 원료 아세트산(132)은 낮은 농도(예를 들어, 1 중량% 미만)의 아세트산을 가질 수 있고, 아세트산 유닛(134)으로 흐르는 상대적으로 높은 전체 흐름(더 많은 부하)을 갖는 낮은 아세트산 농도로서 표지될 수 있다.
대조적으로, 옵션 3에서, 제1 냉각기 열 교환기(128)는 유출물(104)을, 예를 들어 전술한 80℃ 내지 120℃ 범위의 온도로 냉각할 수 있다. 따라서, 제1 냉각기 열 교환기(128)는 유출물(104) 내의 대부분의 아세트산을 응축할 수 있지만 유출물(104) 내의 물은 대부분보다 적게 응축할 수 있다. 따라서, 플래시 드럼(130)으로부터 배출되는 원료 아세트산(132)은 옵션 1 및 2와 비교하여, 더 높은 농도(예를 들어, 적어도 1 wt%)의 아세트산을 가지며, 아세트산 유닛(134)으로 흐르는 더 적은 전체 흐름(더 적은 부하)을 갖는 높은 아세트산 농도로서 표지될 수 있다. 이는 옵션 1 및 2에 비해 더 적은 가열(증기) 및 냉각 수요를 갖는 더 작은 아세트산 유닛(134)으로 구현될 수 있다. 원료 아세트산(132)을 높은 아세트산 농도로서 사용하는 옵션 3의 경우, 원료 아세트산(132) 내 아세트산의 농도는, 예를 들어 적어도 1wt%, 적어도 10wt%, 적어도 20wt%, 적어도 30wt%, 또는 1wt% 내지 50wt%, 1wt% 내지 40wt%, 또는 20 wt% 내지 50 wt%의 범위일 수 있다.
플래시 드럼(130)은 가스(306)(수증기 포함)를 오버헤드로 제2 플래시 드럼(302)으로 배출한다. 가스(306)는 이전 도면의 가스(142)와 유사할 수 있다. 가스(306)는 유출물(104)에서 원료 아세트산(132)을 뺀 것이다. 가스(306)는 수증기, 잔류 아세트산 증기, 및 이산화탄소, 일산화탄소, 미반응 에탄 및 기타 가스와 같은 가스를 포함할 수 있다. 기타 가스에는, 예를 들어 에탄 가스(112)와 함께 시스템(100)으로 유입되는 상대적으로 적은 양의 메탄 또는 프로판이 포함될 수 있다. 가스(306)는 가스(306)를 예를 들어 30℃ 내지 80℃ 범위의 온도로 냉각하는 제2 냉각기 열 교환기(304)를 통해 흐른다. 제2 냉각기 열 교환기(304)는 유출물(104)로부터 남아 있는 가스(306) 내 대부분의 아세트산 및 물을 응축시킨다.
가스(142A)는 제2 플래시 드럼(302)으로부터 오버헤드로 배출되며 이전 도면의 가스(142)와 유사할 수 있다. 가스(142A)는 수증기, 잔류 아세트산 증기, 및 이산화탄소, 일산화탄소, 프로판, 메탄, 미반응 에탄 등과 같은 가스를 포함할 수 있다.
제2 플래시 드럼(302)은 주로 물일 수 있고 구현예에서 재순환수로서 활용될 수 있는 바닥 스트림(308)을 배출한다. 예를 들어, 바닥 스트림(308)은 아세트산 스크러버(144)의 바닥 스트림과 조합되어 에탄 포화탑(110)으로 보내지는 재순환수(150)를 제공할 수 있다. 따라서, 아세트산 스크러버(144)로부터의 바닥 스트림은 제2 플래시 드럼(302)으로부터의 바닥 스트림(308)(더 높은 온도)을 혼입시켜 재순환수(150)를 에탄 포화탑(110)으로 제공한다. 구현예에서, 에탄 포화탑(110)으로 흐르는 재순환수(150)의 더 높은 온도로 인해 순환 온수기(118)에서의 증기 소비는 옵션 1 및 2에 비해 더 적을 수 있다. 결과적으로, 에너지 수지에 기초하여, 반응기 유출물(104)을 냉각시키기 위해 더 적은 냉각수가 활용될 수 있다.
도 4는 도 3의 에틸렌 생산 시스템(300)과 동일하거나 유사하지만 제1 냉각기 열 교환기(128)를 공기 냉각기(402)로 교체한 에틸렌 생산 시스템(400)이다. 전체적인 냉각수 수요는 옵션 3에 비해 적을 것이고, 따라서 옵션 3에 비해 더 작은 냉각수 탑(에틸렌 생산 시스템용)으로 유익하게 구현될 수 있다. 도 4는 옵션 4로서 특징지어질 수 있다. 도 4에 도시된 참조 번호 및 텍스트의 설명에 대해서는 이전 도면의 논의도 참고한다. 다양한 도면에서 유사한 참조 번호 및 명칭은 유사한 요소를 나타낸다.
공기 냉각기(402)는 도 2의 공기 냉각기(202)와 유사할 수 있는 열 교환기이다. 공기 냉각기(402)는 냉각 매체(열 전달 유체)로서 주변 공기를 사용하여 유출물(104)을 냉각(열을 제거)한다. 공기 냉각기(202)는 공급물 열 교환기(124)와 플래시 드럼(130) 사이에 작동 가능하게 배치될 수 있다. 공기 냉각기(402)는 하나 이상의 팬을 포함하는 팬 열 교환기일 수 있다. 팬 열 교환기로서의 공기 냉각기(402)는 핀 또는 핀부착-관 번들 등을 포함할 수 있다. 공기 냉각기(402)는 유출물(104)을, 예를 들어 80℃ 내지 120℃ 범위의 온도로 냉각할 수 있다. 따라서, 플래시 드럼(130)으로부터 배출되는 원료 아세트산(132)은 옵션 3과 마찬가지로 더 높은 농도를 가질 수 있다. 원료 아세트산(134) 중 아세트산의 농도는, 예를 들어 적어도 1 wt%, 적어도 10 wt%, 적어도 20 wt%, 적어도 30 wt%, 또는 1 wt% 내지 50 wt%, 1 wt% 내지 40 wt%, 또는 20 wt% 내지 50 wt% 등의 범위일 수 있다. 이는 원료 아세트산 중 높은 아세트산 농도로서 표지될 수 있다.
도 5는 도 4의 에틸렌 생산 시스템(400)과 동일하거나 유사하지만 제2 공기 냉각기(502)가 추가된 에틸렌 생산 시스템(500)이다. 도 5는 옵션 5로 특징지어질 수 있고, 도 5에 도시된 텍스트, 명칭 및 참조 번호의 설명에 대해서는 이전 도면의 논의도 참고한다.
제2 공기 냉각기(502)는 공기 냉각기(402)와 동일하거나 유사한 유형의 열 교환기일 수 있다. 제2 공기 냉각기(502)는 플래시 드럼(130)과 냉각기 열 교환기(304) 사이에 작동적으로 배치된다. 제2 냉각기(502)는 제1 플래시 드럼(130)으로부터 오버헤드로 배출되는 가스(306)를 냉각한다(열 제거한다). 제2 공기 냉각기(502)는 가스(306)를, 예를 들어 80℃ 내지 120℃ 범위의 온도로 냉각할 수 있다. 옵션 3 및 4와 마찬가지로, 냉각기 열 교환기(304)는 가스(306)를 예를 들어 30℃ 내지 80℃ 범위의 온도로 냉각할 수 있다. 하지만, 옵션 5에서 가스(306)로부터의 열 제거는 제2 공기 냉각기(502)와 냉각기 열 교환기(304) 사이에서 공유된다. 따라서, 냉각기 열 교환기(304)에 의한 냉각수 수요는 일반적으로 옵션 3 및 4에서보다 적을 수 있다. 따라서, 시스템(500)의 전체 냉각수 수요는 시스템(300, 400)의 경우보다 적을 수 있다. 이는 옵션 3 및 4와 비교하여 옵션 5에서 더 작은 냉각수 탑(에틸렌 생산 시스템을 담당하는)을 갖는 구현을 유익하게 초래할 수 있다. 그러나, 추가 열 교환기로서 제2 공기 냉각기(502)의 포함은 ODH 반응기(102)와 PGC(158) 사이에 추가 압력 강하를 초래하여 잠재적으로 PGC(158)에 의한 더 높은 동력 수요를 유발할 수 있다. 마지막으로, 원료 아세트산(132)은 예를 들어 적어도 1 wt%의 아세트산 농도를 갖는 원료 아세트산(132)인 높은 아세트산 농도(옵션 3 및 4에서와 같이)일 수 있다.
도 6은 도 2의 에틸렌 생산 시스템(200)과 동일하거나 유사하지만, 냉각기 열 교환기(128)가 제거된 에틸렌 생산 시스템(600)이다. 이하에 논의되는 바와 같이 아세트산 스크러버(144)의 오버헤드로부터의 공정 가스를 위해 냉각 열 교환기(602) 및 플래시 탱크(604)가 추가될 수도 있다. 도 6은 옵션 6으로 특징지어질 수 있다. 도 6에 도시된 텍스트, 명칭 및 참조 번호에 대한 설명에 대해서는 이전 도면에 대한 논의도 참고한다.
옵션 6에 대한 구현예는 아세트산 스크러버(144)의 오버헤드에서 공정 가스(148A) 내의 아세트산의 양 또는 농도를 특정 임계값 미만으로 달성하기 위해 공기 냉각기(202)로부터의 유출물(104)의 출구 온도를 조정하는 것을 수반할 수 있다. 공정 가스(148A) 내의 아세트산의 양 또는 농도는 공기 냉각기(202)로부터 배출되는 유출물(104)의 온도와 상관관계가 있을 수 있다(그리고 정비례할 수 있다). 공기 냉각기(202)로부터 배출될 때, 유출물(104)의 온도 증가는 일반적으로 공정 가스(148A) 내 아세트산의 양 또는 농도를 증가시킬 수 있다. 공기 냉각기(202)로부터 배출되는 유출물(104)의 온도 감소는 일반적으로 공정 가스(148A) 내의 아세트산의 양 또는 농도를 감소시킬 수 있다.
전술한 특정 임계값은 예를 들어 50 ppmv의 아세트산일 수 있다. 다시, 공기 냉각기(202)의 작동을 통한 구현예에서, 아세트산 스크러버(144)의 오버헤드에 있는 공정 가스(148) 내의 농도는 임계값 미만으로 유지될 수 있다. 이는 옵션 2에 비해 원료 아세트산(132) 내 아세트산의 약간 더 높은 농도를 초래할 수 있다. 원료 아세트산(132) 내 아세트산에 비해 더 적은 물은 옵션 2와 비교하여 아세트산 유닛(134)에서 더 적은 열 수요를 초래할 수 있다. 유출물(104)의 더 높은 온도는 가스(142)의 더 높은 온도를 초래할 수 있고, 이는 아세트산 스크러버(144) 바닥에서 더 높은 온도 및 궁극적으로 에탄 포화탑(110)으로 가는 재순환수(150)의 더 높은 온도를 초래할 수 있다. 이는 일반적으로 옵션 2에 비해 에탄 공급물 포화를 위한 순환 온수기(118)에서 더 적은 증기(예를 들어, 저압 증기)의 소비를 초래할 수 있다.
마지막으로, 아세트산 스크러버(144)의 오버헤드 온도는 옵션 2에서보다 높을 수 있으므로, 공정 가스는 PGC(158)에 도달하기 전에 냉각될 수 있다. 특히, 아세트산 스크러버(144)로부터 오버헤드로 배출되는 공정 가스(148A)를 냉각시키기 위해 냉각 열 교환기(602)가 포함될 수 있다. 냉각 열 교환기(602)는 열 전달 유체(냉각 매체)로서 물(예, 냉각탑수)을 활용할 수 있다. 냉각 열 교환기(602)는 PGC(158)를 통해 가기 전인 공정 가스(148A)에서 아세트산 스크러버(144)로부터 이월된 거의 모든 아세트산(및 수증기)을 응축시킬 수 있다. 아세트산 및 물을 포함하는 응축된 유체(606)를 회수하기 위해 플래시 탱크(604)(용기)가 포함될 수 있다. 응축된 유체는 도시된 바와 같이 스크러빙수(146)로 활용될 수 있다. 공정 가스(148)는 하류 장비(162)에서의 처리를 위해 플래시 탱크(604)로부터 오버헤드로 배출될 수 있다.
도 6(에틸렌 생산 시스템(600))은 또한 옵션 7로 특징지어질 수 있지만, 옵션 6과 비교하여 작동 차이가 있다. 옵션 7에서, 공기 냉각기(202)의 작동은 옵션 3-5와 마찬가지로, 원료 아세트산(134)에 높은 아세트산 농도(예, 적어도 1 wt%)를 제공하는 배출된 유출물(104) 온도를 제공하도록 조정될 수 있다. 이것은 아세트산 유닛(134)에서 가열 및 냉각 수요를 감소시킬 수 있다. 플래시 드럼(130)의 이러한 더 높은 온도에서, 아세트산 스크러버(144)의 오버헤드에 있는 공정 가스(148A) 중 아세트산의 농도는 적어도 전술한 임계값, 예를 들어, 적어도 50 ppmv 또는 50 ppm 내지 200 ppmv 범위일 수 있다. 아세트산 스크러버(144)의 오버헤드는 옵션 6에서보다 옵션 7에서 더 따뜻할 수 있다. 냉각 열 교환기(602)는 공정 가스 스트림(148)이 PGC(158)에 들어가기 전에 공정 가스 스트림(148)의 거의 모든 아세트산을 응축(녹아웃)시킬 수 있다. 또한, 에탄 포화탑(110)으로 가는 재순환수 온도(150)는 더 높을 수 있어 순환 온수기(118)에서와 같이 에탄(또는 공급물) 포화를 위해 더 적은 증기[예를 들어, 저압(LP) 증기] 수요를 초래할 수 있다.
도 7은 도 5의 에틸렌 생산 시스템(500)과 동일하거나 유사하지만, 냉각기 열 교환기(304) 및 제2 플래시 드럼(302)이 제거된 에틸렌 생산 시스템(700)이다. 냉각기 열 교환기(304) 및 제2 플래시 드럼(302)의 제거는 PGC(158)에서 더 높은 흡입 압력 및 이에 따른 옵션 5에 비해 PGC(158)의 더 낮은 동력 수요를 초래할 수 있다. 도 7(도 5와 대조적으로)은 또한 켄칭 섹션(또한 켄치 섹션이라고도 함)을 혼입시킨 아세트산 스크러버(144)의 재구성을 포함하기도 한다. 이렇게 재구성된 아세트산 스크러버는 따라서 켄칭 섹션을 갖는 아세트산 스크러버인 켄치/아세트산 스크러버(144A)가 될 수 있다.
도 7(에틸렌 생산 시스템(700))은 옵션 8로서 특징지어질 수 있다. 옵션 8은 부분적으로 유출물(104)을 처리하는 압력 강하를 감소시키는 것에 관한 것일 수 있다. 옵션 8은 특히 옵션 5와 관련하여 이러한 압력 강하를 감소시키기 위한 노력일 수 있다. 도 7에 도시된 텍스트, 명칭 및 참조 번호의 설명에 대해서는 이전 도면에 대한 논의도 참고한다.
플래시 드럼(130)으로부터 배출된 오버헤드 가스(142)는 제2 공기 냉각기(502)를 통해 켄치/아세트산 스크러버(144A)로 흐른다. 도 7의 예시적인 실시양태에는 제2 공기 냉각기(502)와 켄치/아세트산 스크러버(144A) 사이에 작동 가능하게 배치된 냉각기 열 교환기 또는 제2 플래시 드럼이 없다.
켄치/아세트산 스크러버(144A)로부터의 바닥 스트림의 일부는 에탄 포화탑(110)으로 가는 액체수(116) 공급물을 위한 재순환수(150)로서 보내질 수 있다. 바닥 스트림의 나머지 부분은 켄치/아세트산 스크러버(144A)의 켄칭 섹션(예, 하위 부분)에 대한 켄치수(702)로서 활용될 수 있다. 켄치수(702)는 도관을 통해 복귀하여 켄칭 섹션에서 또는 켄칭 섹션 바로 위에서 켄치/아세트산 스크러버(144A)로 도입될 수 있다. 켄치수(702)의 흐름(재순환)을 위한 원동력은 순환 펌프(704)(예를 들어, 원심 펌프)에 의해 제공될 수 있다. 열 전달 매체로서 물(예: 냉각탑수)을 활용하는 켄치수 냉각기(706) 열 교환기는 켄치수(702)를 냉각시킬 수 있다. 켄치수 냉각기(706)는 예를 들어 다관식 열 교환기, 판-프레임 열 교환기, 판-핀 열교환기 등일 수 있다.
아세트산 스크러버(144)(도 1-6 참조)를 도 7에 도시된 켄치/아세트산 스크러버(144A)로 재구성하기 위해, 아세트산 스크러버의 하위 섹션은 켄치수(702)가 아세트산 스크러버(탑)의 바닥으로부터 아세트산 스크러버의 하위 섹션(일부)으로 순환하는 켄치 섹션이 된다. 켄칭 섹션으로서의 하위 섹션은 무작위 패킹, 구조화된 패킹, 트레이 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 구현예에서, 켄칭 섹션과 스크러빙 섹션 사이에는 굴뚝 트레이가 배치될 수 있다. 다시 말하면, 켄칭 및 스크러빙 섹션은 트레이식 또는 패킹식일 수 있다. 일부 구현예에서, 켄칭 섹션의 내부는 스크러버의 나머지 부분의 내부와 유사할 수 있다.
하위 섹션(켄치 섹션)은 예를 들어 켄치수(702)를 수용 및 배출하기 위한 하위 섹션의 상위 부분에 있는 스프레이 노즐 또는 분배기를 포함할 수 있다. 켄치 섹션에 대한 캔치수(702) 순환 속도 및 온도는 옵션 1에서와 같이 스크러버의 오버헤드에 있는 동일하거나 유사한 아세트산 농도 및 온도를 달성하도록 조정될 수 있다. 대체 설계는 탑을 분리하기 위한 켄치 및 아세트산 스크러버에 대한 것이다. 즉, 대체 구성은 아세트산 스크러버(144)(도 1-6 참조)를 보유하지만, PGC(158)로 가는 경로에서 공정 가스를 처리하기 위해 아세트산 스크러버의 상류에 켄치탑 용기를 작동 가능하게 추가한 것이다. 켄칭 구역(또는 대체 구성에서 별도의 켄치탑)의 목적은 공정 가스(142)를 냉각하고 공정 가스(142)로부터 더 많은 아세트산 및 물을 제거하는 것일 수 있다.
옵션 8의 경우, 도 7에 도시된 바와 같은 켄치/아세트산 스크러버(144A)(및 또한 대체 구성)의 구현은 켄치/아세트산 스크러버(144A)의 켄칭 구역에 의한 열제거로 인해 재순환수(150)(켄치/아세트산 스크러버(144A)로부터 에탄 포화탑(110)까지)의 더 높은 온도를 초래할 수 있다. 이는 옵션 5와 비교하여 재순환수(150)의 온도가 높을수록 순환 온수기(118)에서 더 적은 증기 소비를 초래할 수 있기 때문이다.
도 8은 도 7(옵션 8)의 에틸렌 생산 시스템(700)과 동일하거나 유사하지만 제2 공기 냉각기(502)가 제거된 에틸렌 생산 시스템(800)이다. 도 8은 옵션 9로 특징지어질 수 있다. 도 8에 도시된 텍스트, 명칭 및 참조 번호의 설명에 대해서는 이전 도면에 대한 논의를 참고한다.
도 8(옵션 9)에서, 제2 공기 냉각기(502)의 제거는 PGC(158)에서 더 높은 흡입 압력을 초래하여 옵션 8에 비해 PGC(158)에 의한 동력 소비를 낮출 수 있다. 옵션 9에서, 켄치/아세트산 스크러버(144A)의 켄치 구역과 연관된 켄치수(702) 순환 속도는 제거된 공기 냉각기(502)로부터 이동된 초과 열 부하의 제거를 증진시키기 위해 증가될 수 있다. 옵션 8과 비교하여, 이는 켄치수 냉각기(706)를 통해 냉각 매체(예를 들어, 냉각탑 수)의 더 많은 부하를 추가할 수 있지만, 켄치/아세트산 스크러버(144A)의 바닥 유래의 재순환수(150)의 온도를 증가시켜 순환 온수기(118)(에탄 포화용)에 의한 증기 소비를 줄일 것이다.
도 9 및 도 10은 공기 냉각기(402) 및 플래시 드럼(130)을 제거함으로써 ODH 반응기(102)와 PGC(158) 사이의 압력 강하(옵션 9에 비해)를 추가로 감소시키는 옵션 10이다. 이는 일반적으로 이하에 실시예 옵션 1-22로서 기술되고 표로 정리된 실시예 구성 중에서 PGC에 의한 가장 높은 흡입 압력 및 가장 낮은 동력 소비를 초래할 수 있다. 제거된 공기 냉각기(402)로부터 초과 이동된 열-부하를 제거하기 위해 냉각수 수요가 증가할 수 있다. 이는 옵션 9에 비해 켄치수 냉각기를 통해 냉각탑에 더 많은 부하를 추가할 수 있다.
도 9는 공급물 열 교환기(124)로부터 유출물(104)을 수용하기 위해 켄치탑(902)(용기)을 포함하는 에틸렌 생산 시스템(900)이다. 켄치탑(902)은 수직 배향을 갖는 용기(컬럼)일 수 있고, 스프레이 노즐, 무작위 패킹, 구조화된 패킹, 트레이 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 켄치 탑(902)은 유출물(104)을 냉각(열 제거)할 수 있다. 켄치탑(902)은 유출물(104)로부터 물 및 아세트산을 제거할 수 있다.
켄치 탑(902)은 가스(142B)를 켄치/아세트산 스크러버(144A)로 가는 공급물로서 오버헤드로 배출시킬 수 있다. 가스(142B)는 일반적으로 켄치 탑(902)에 의해 제거된 물 및 아세트산을 뺀 유출물(104)일 수 있다.
켄치탑(902)은 제거된 물 및 제거된 아세트산을 갖는 바닥 스트림을 배출할 수 있다. 바닥 스트림의 일부는 원료 아세트산(132)으로서 아세트산 유닛(134)으로 보내질 수 있다. 나머지 바닥 스트림은 켄치탑(902)에 대한 켄치수(904)로서 순환될 수 있다. 순환 펌프(906)(예, 원심 펌프)는 켄치수(904)의 흐름(순환)에 대한 원동력을 제공할 수 있다.
켄치수 냉각기(908)는 순환 중인 켄치수(904)를 냉각(열 제거)할 수 있다. 켄치수 냉각기(908)는 열전달 유체(냉각 매체)로서 물(예, 냉각탑수)을 활용할 수 있다. 켄치수 냉각기(908)는 예를 들어 다관식 열 교환기, 판-프레임 열 교환기, 또는 판-핀 열 교환기 등일 수 있다. 켄치수 냉각기(908)와 함께 켄치 탑(902)에 의해 유출물(104)로부터 제거된 열(부하)의 양은 공급물 열 교환기(124) 하류에서 이전 도면에 도시된 열 교환기에 의한 유출물(104)로부터의 열 제거와 상관관계가 있을 수 있다.
도 10은 공급물 열 교환기(124)로부터의 유출물(104)을 수용하는 켄치/아세트산 스크러버(1002)를 포함하는 에틸렌 생산 시스템(1000)이다. 켄치/아세트산 스크러버(1002)는 2개의 켄칭 섹션, 즉 켄칭 중간 섹션 및 켄칭 하위 섹션을 가질 수 있다. 켄치/아세트산 스크러버(1002)는 무작위 패킹, 구조화된 패킹, 또는 트레이, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 수직 용기(컬럼, 탑)일 수 있다. 일부 구현예에서, 각 켄칭 섹션의 상위 부분(또는 그 위)에는 스프레이 노즐 또는 유사한 장치가 포함될 수 있다. 켄칭 섹션의 목적은 켄치/아세트산 스크러버(1002)가 유출물(104)로부터 열을 제거하도록 하는 것이다.
작동 중에, 물(1004)은 켄칭 중간 섹션의 바닥 부분에서 또는 그 아래에서 회수된다. 물(1004)의 일부는 재순환수(150)로서 보내진다. 물(1004)의 또 다른 부분은 켄치수(1006)로서 켄칭 중간 섹션의 상위 부분이나 또는 그 위에서 켄치/아세트산 스크러버(1002)로 재순환된다. 순환 펌프(1008)(예를 들어, 원심 펌프)는 켄치수(1006)를 펌핑(흐름에 대한 원동력을 제공함)할 수 있다. 켄치수 냉각기(1010)는 켄치수(1006)로부터 열을 제거할 수 있다. 켄치수 냉각기(1010)는 예를 들어, 다관식 열 교환기, 판-프레임 열 교환기 또는 판-핀 열 교환기 등이 있다. 냉각수 냉각기(1010)는 냉각 매체로서 물(예를 들어, 냉각탑수)을 활용할 수 있다.
켄치/아세트산 스크러버(1002)는 켄치/아세트산 스크러버(1002)에서의 스크러빙 및 켄칭을 통해 유출물(104)로부터 제거된 아세트산 및 물을 갖는 바닥 스트림을 배출한다. 바닥 스트림의 일부는 원료 아세트산(132)으로서 아세트산 유닛(134)으로 보내질 수 있다. 바닥 스트림의 또 다른 부분은 켄칭 하위 구역의 상위 부분에서 또는 그 위에서 켄치/아세트산 스크러버(1002)로 다시 켄치수(1012)로서 재순환될 수 있다. 이는 도 9의 켄치탑(902)과 연관된 작동과 유사할 수 있다. 순환 펌프(1014)(예를 들어, 원심 펌프)는 켄치수(1012)의 흐름(순환)에 대한 원동력을 제공할 수 있다. 켄치수 냉각기(1016)는 순환 중인 켄치수(1012)를 냉각(열 제거)할 수 있다. 켄치수 냉각기(1016)는 열전달 유체(냉각 매체)로서 물(예, 냉각탑수)을 활용할 수 있다. 켄치수 냉각기(1016)는 예를 들어 다관식 열 교환기, 판-프레임 열 교환기, 또는 판-핀 열 교환기 등일 수 있다.
켄치/아세트산 스크러버(1002)의 하위 켄칭 섹션(및 도 9의 경우 켄치 탑(902)에서의 켄치)은 농축된 원료 아세트산이 응축되고 수집되어 아세트산 유닛(134)으로 보내지는 곳이다. 켄치/아세트산 스크러버(1002)의 중간-섹션 켄치[및 도 9의 경우 켄치/아세트산 스크러버(144A)의 하위 섹션(켄칭 섹션)]는 최종 켄칭이 수행되고 물이 재순환수(150)로서 수집되는/보내지는 곳이다. 켄치/아세트산 스크러버(1002)의 상단 섹션(또는 도 9에서 켄치/아세트산 스크러버(144A)의 상단 섹션)인 스크러빙 섹션은 나머지 아세트산을 최종 제거하기 위한 스크러빙수를 수용한다. 이 스크러빙 섹션으로부터의 물은 탑 아래로 가고 켄치/아세트산 스크러버(1022)에서 중간 섹션[또는 도 9에서 켄치/아세트산/스크러버(144A)의 하위 섹션(켄칭 섹션)]의 물 순환과 혼합된다. 이 마지막 지점은 도 9, 10 대 도 11, 12 사이의 차이이다.
언급한 바와 같이, 켄치/아세트산 스크러버(1002)의 켄칭 섹션 및 나머지는 유출물(104)로부터 물 및 아세트산을 제거할 수 있다. 켄치/아세트산 스크러버(1002)의 상위 부분으로 들어가는 스크러빙 액체(146)의 공급원은 이전 도면에 도시된 아세트산 스크러버(144) 및 켄치/아세트산 스크러버(144A)와 동일하거나 유사할 수 있다. 스크러빙 액체(146)는 아세트산 유닛(134)으로부터의 물(154)과 PGC(158)로부터의 응축수(156)의 조합일 수 있다. 켄치/아세트산 스크러버(1002)는 공정 가스(148)를 PGC(158)에 대한 공급물로서 오버헤드로 배출시킬 수 있다.
표시된 바와 같이, 켄치/아세트산 스크러버(1002)는 유출물(104)을 냉각(열 제거)할 수 있다. 켄치수 냉각기(1016) 및 켄치수 냉각기(1010)과 함께 켄치/아세트산 스크러버(1002)에 의해 유출물(104)로부터 제거된 열(듀티)의 양은 공급물 열 교환기(124) 하류에서 이전 도면에 도시된 열 교환기에 의한 유출물(104)로부터의 열 제거와 상관관계가 있을 수 있다.
켄칭 하위 섹션을 위한 켄치수(1012)의 순환 속도 및 켄치수 냉각기(1016)의 공정 온도는 아세트산 유닛(134)으로 가는 원료 아세트산(132) 내 아세트산의 고농도(예를 들어, 적어도 1 wt%)를 달성하도록 설정(특정)될 수 있다. 켄치수(1006)의 켄칭 중간-섹션 순환 속도 및 온도는 옵션 1에 대한 도 1의 아세트산 스크러버(144)에서와 유사한 오버헤드 공정 가스(148)에서의 아세트산 농도 및 온도를 달성하도록 조정될 수 있다. 다시, 켄칭 중간-섹션으로부터 배출되는 물(1004)의 일부는 켄치수(1006)로서 순환될 수 있고 나머지는 재순환수(150)로서 에탄 포화탑(110)으로 다시 재순환된다.
도 11은 도 9의 에틸렌 생산 시스템(900)과 동일하거나 유사하지만 다음과 관련하여 차이가 있는 에틸렌 생산 시스템(1100)이다: (1) 켄치탑(902)을 위한 켄치수(904) 공급원; 및 (2) 에탄 포화탑(110)으로 가는 재순환수(150)를 위한 물의 회수. 도 11은 옵션 11로 특징지어질 수 있다. 도 11에 도시된 텍스트, 명칭 및 참조 번호의 설명에 대해서는 또한 이전 도면의 논의를 참고한다.
에탄 포화탑(110)으로 가는 재순환수(150)를 위한 물은 켄치/아세트산 스크러버(144A)의 스크러빙 섹션으로부터의 물이다. 재순환수(150)는 켄치/아세트산 스크러버(144A)의 스크러빙 섹션(상단 섹션)에서 취해진다.
켄치 탑(902)를 위한 켄치수(904)는 켄치 탑(902)의 바닥으로부터의 물(1104)(원료 아세트산)과 켄치/아세트산 스크러버(144A)의 켄치 섹션의 바닥으로부터의 물(1102)의 조합이다. 켄치탑(902) 바닥으로부터의 원료 아세트산은 도 9 및 10의 원료 아세트산과 비교하여 더 낮은 아세트산 농도를 갖는다. 도 11의 원료 아세트산은 아세트산의 농도와 관련하여 옵션 1의 것과 유사할 수 있다. 따라서, 켄치 탑(902)를 위한 켄치수(904)는 켄치/아세트산 스크러버(144A)로부터의 바닥 스트림의 일부(1102)와 켄치 탑(902)으로부터의 바닥 스트림의 일부(1104)의 조합이다.
재순환수(150) 및 켄치수(904)에 대한 이러한 재구성은 옵션 10과 비교하여 원료 아세트산(132) 내 아세트산의 더 낮은 농도를 초래할 수 있다(예를 들어, 1 wt% 미만).
도 9의 켄치탑(902)에서 온도 및 물 순환이 제어되는 도 9를 참조하면, 원료 아세트산(132) 내 아세트산의 농도는 응축되는 유출물(104) 내 다량(대부분)의 아세트산과 함께 유출물(104) 내 다량(대부분)의 물이 응축되기 때문에 일반적으로 낮다. 켄치 탑로부터의 오버헤드 가스(142B)는 유출물(104)로부터의 아세트산 및 물의 나머지 부분을 포함한다. 켄치/아세트산 스크러버(144A)에서, 켄칭 및 스크러빙은 일반적으로 이러한 아세트산 및 물의 나머지를 제거한다. 따라서, 에탄 포화탑(110)으로 가는 재순환수(150)는 전형적으로 더 적은 아세트산을 포함할 것이다.
도 11로 돌아가서, 재순환수(150)는 켄치/아세트산 스크러버(144A)의 상단 섹션(스크러빙 섹션)으로부터 제공된다. 이 섹션으로 들어가는 가스(142B)는 일반적으로 유의미한 아세트산 농도를 함유하지 않으므로, 전형적으로 에탄 포화탑(110)으로 가는 재순환수(150)에는 유의미한 양의 아세트산이 없다. 켄치탑(902)의 오버헤드로부터 배출되는 가스(142B)는 아세트산을 포함하고 켄치/아세트산 스크러버(144A)의 하위 섹션으로 들어가, 여기서 가스(142B) 내 다량의 아세트산과 물은 응축되어 켄치 탑(902)로 보내진다(비록 이 스트림(1102)이 일반적으로 낮은 농도의 아세트산을 갖더라도). 옵션 1과 유사한 모든 것에서, 유출물(104) 중 대부분(예를 들어, 거의 모든)의 아세트산과 물은 유출물(104)로부터 원료 아세트산으로서 회수된다. 다시, 원료 아세트산(132)은 아세트산 유닛(134)에서 처리될 수 있다.
도 11를 도 9에 대비하여 비교하면, 도 9의 에탄 포화탑(110)으로 가는 재순환수(150)는 전형적으로 도 11의 에탄 포화탑(110)으로 가는 재순환수(150)보다 더 높은 농도의 아세트산을 갖는다. 도 9의 원료 아세트산(132)은 전형적으로 도 11의 원료 아세트산(132)보다 더 높은 농도의 아세트산을 갖는다.
도 11(옵션 11)의 경우, 원료 아세트산(132) 중 더 낮은 아세트산 농도는 아세트산 유닛(134)의 가열 및 냉각 소비를 증가시킬 수 있고, 이는 일반적으로 옵션 9 및 옵션 10에 비해 이 옵션 11에서 더 클 수 있다. 또한, 재순환수(150)의 온도는 더 낮기 때문에, 에탄 포화탑(110)을 위한 순환 온수기(118)에서의 증기 필요는 옵션 10보다 높다. 옵션 11의 장점은 재순환수(150)에서 더 낮은 아세트산의 농도일 수 있다. 옵션 11은 에너지 소비가 적다는 점에서 옵션 1보다 우수하다. 옵션 11은 옵션 1보다 에너지를 덜 소비한다.
도 12는 재순환수(150)의 공급원을 제외하고 도 10의 에틸렌 생산 시스템(1000)과 동일하거나 유사한 에틸렌 생산 시스템(1200)이다. 도 12에 도시된 텍스트, 명칭 및 참조 번호의 설명에 대해서는 또한 이전 도면의 논의를 참고한다. 도 12(에틸렌 생산 시스템(1200))는 별도의 켄치탑(902)을 사용하지 않는 옵션 11의 변형이다.
재순환수(150)는 켄치/아세트산 스크러버(1002)의 상단 섹션(스크러빙 섹션)으로부터 회수된다. 재순환수(150)는 켄치/아세트산 스크러버(1002)의 스크러빙 섹션의 바닥으로부터 취해진다. 굴뚝 트레이는 중간 섹션과 상단 섹션(스크러빙) 사이에 배치될 수 있다. 다시, 스크러빙 섹션으로부터의 물은 에탄 포화탑(110)으로 다시 재순환될 수 있다. 켄치/아세트산 스크러버(1002)의 하위 섹션과 중간 섹션 사이의 굴뚝 트레이는 선택적일 수 있다.
도 13은 도 11의 에틸렌 생산 시스템(1100)과 동일하거나 유사하지만, 도 6에서 유사하게 수행된 바와 같이, PGC(158)의 상류에서 공정 가스에 대한 냉각 열 교환기(602) 및 플래시 탱크(604)가 추가된 에틸렌 생산 시스템(1300)이다. 도 13은 옵션 12로 특징지어질 수 있다. 도 13에 도시된 텍스트, 명칭 및 참조 번호의 설명에 대해서는 이전 도면의 논의도 참고한다.
옵션 12는 옵션 12의 경우, 켄치/아세트산 스크러버(144A)에 대한 켄치수(702) 순환 속도가 켄치/아세트산 스크러버(144A)(예, 공정 가스(148A)에서)의 오버헤드에서 특정 임계값(예, 50 ppmv) 미만의 아세트산을 달성하도록 조정(저하)된다는 점에서 옵션 11과 상이하다. 이는 오버헤드에서 공정 가스(148A)의 더 높은 온도를 초래할 수 있다. 따라서, 켄치/아세트산 스크러버(144A)의 오버헤드 온도는 도 11(옵션 11)에서보다 더 높을 수 있기 때문에, 공정 가스(148A)는 PGC(158)에 도달하기 전에 냉각될 수 있다. 특히, 냉각 열 교환기(602)는 켄치/아세트산 스크러버(144A)로부터 오버헤드로 배출된 공정 가스(148A)를 냉각하기 위해 포함될 수 있다. 냉각 열 교환기(602)는 열 전달 유체(냉각 매체)로서 물(예를 들어, 냉각탑수)을 활용할 수 있다. 냉각 열 교환기(602)는 PGC(158)를 통해 가기 전에, 공정 가스(148A) 중 아세트산 스크러버(144)로부터 이월된 거의 모든 아세트산(및 수증기)을 응축시킬 수 있다. 아세트산 및 물을 포함하는 응축된 유체를 회수하기 위해 플래시 탱크(604)(용기)가 포함될 수 있다. 응축된 유체(606)는 도시된 바와 같이 스크러빙수(146)에 활용될 수 있다. 공정 가스(148)는 하류 장비(162)에서 처리하기 위해 플래시 탱크(604)로부터 오버헤드로 배출될 수 있다. 마지막으로, 조정된(예를 들어, 더 낮은) 켄치수(702) 순환은 에탄 포화탑(110)으로 가는 재순환수의 더 높은 온도를 초래하고, 이에 따라 옵션 11과 비교하여, 에탄 포화를 위해 순환 온수기(118)에서 더 적은 증기(예, LP 증기) 수요를 초래할 수 있다.
도 14는 도 8(옵션 9)의 에틸렌 생산 시스템(800)과 동일하거나 유사하지만 아세트산 유닛(134)과 연관된 추출물 교차-교환기(1402)(열 교환기)가 추가된 에틸렌 생산 시스템(1400)이다. 도 14는 옵션 13으로서 표지될 수 있다. 도 14에 도시된 텍스트, 명칭 및 참조 번호의 설명에 대해서는 이전 도면에 대한 논의도 참고한다.
아세트산 유닛(134)은 원료 아세트산(132)으로부터 아세트산을 제거하기 위해 용매를 활용하는 추출기 컬럼(1404), 추출기 컬럼(1404)으로부터 라피네이트를 처리하여 물을 회수하는 물 스트리퍼 컬럼(1406), 및 추출기 컬럼(1404)으로부터 배출된 아세트산으로부터 용매를 제거하여 아세트산 생성물(138)을 제공하기 위한 용매 회수 컬럼(1408)을 포함한다. 아세트산 유닛(134)은 논의된 바와 같이 원료 아세트산(132)을 수용한다. 원료 아세트산(132)은 주로 물일 수 있다.
예시된 실시양태에서, 원료 아세트산(132)은 추출기 컬럼(1404)으로 공급된다. 원료 아세트산(132)은 추출기 컬럼(1404)의 상위 부분에서 도입되고 추출기 컬럼(1404)을 통해 아래로 흐를 수 있다.
추출기 컬럼(1404)은 일반적으로 수직 배향을 갖는 용기이다. 추출기 컬럼(1404)은 액체-액체 추출 컬럼일 수 있다. 추출기 컬럼(1404)은 패킹(무작위 또는 구조화된) 또는 트레이(예: 체 트레이), 및 액체-액체 상을 더 잘 접촉시키기 위한 임펠러와 같은 이동 구성요소를 가질 수 있다. 패킹이 사용된다면, 패킹은 금속(예: 스테인레스 스틸) 또는 플라스틱일 수 있다.
작동 시, 추출기 컬럼(1404)은 용매(1410)를 활용하여 원료 아세트산(132)으로부터 아세트산을 추출한다. 용매(1410)는 일반적으로 물과 혼합되지 않을 수 있으므로, 일반적으로 원료 아세트산(132)으로부터 유의미한 양의 물을 제거하지 않는다. 용매(1410)는, 예를 들어 n-부탄올, 이소부탄올, 아밀 알코올, 또는 에틸 아세테이트, 메틸 tert-부틸 에테르(MTBE) 등일 수 있다. 용매(1410)는 추출기 컬럼(1404)의 바닥 부분에서 도입되어, 추출기 컬럼(1404)을 통해 아래로 흐르는 원료 아세트산(132)과 역류러 추출기 컬럼(1404)을 통해 위쪽으로 흐른다. 용매(1410)는 원료 아세트산(132)으로부터 아세트산을 제거(흡수, 추출)한다. 추출기 컬럼(1404)의 패킹 또는 트레이(및 이동 부품)는 용매(1410) 내로 아세트산의 물질 전달을 용이하게 한다.
용매(1410) 및 제거(흡수, 추출)된 아세트산(소량의 물을 가짐)을 포함하는 추출물(1412)은 추출기 컬럼(1404)으로부터 오버헤드로 추출물 히터(1414)(열 교환기)를 통해 배출된다. 추출물 히터(1414)는 추출물(1412)을 가열한다. 가열 매체는, 예를 들어 증기일 수 있다. 추출물 히터(1414)는 다관식 열 교환기, 판 열 교환기, 판-핀 열 교환기, 또는 기타 유형의 열 교환기일 수 있다.
추출물(1412)은 그 다음 가열 매체로서 켄치수(702)를 이용하여 추출물(1412)을 가열하도록 추출물 교차-교환기(1402)를 통해 운송된다. 추출물(1412)은 냉각 매체로서 추출물(1412)을 사용하여 켄치수(702)를 냉각(켄치수(702)의 열을 추출물(1412) 내로 제거함)하기 위해 추출물 교차-교환기(1402)를 통해 운송될 수 있다. 추출물(1412)의 이러한 가열(추출물 히터(1414)에 의해 추가된 열에 더하여)은 옵션 9(도 8)와 비교하여, 용매 회수 컬럼(1408)의 리보일러 열 교환기에 대한 증기 수요를 줄일 수 있다. 추출물(1412)은 추출물 교차-교환기(1402)에서 부분적으로 기화되거나 완전히 기화될 수 있다(그리고 증기는 과열될 수 있음). 구현예에서, 추출물 교차-교환기(1402)는 아세트산 유닛(134)에 물리적으로 위치할 수 있고/있거나 아세트산 유닛(134)의 구성요소로서 특징지어질 수 있다.
추출물 교차-교환기(1402)는 예를 들어 다관식 열 교환기, 판 열 교환기, 또는 판-핀 열 교환기 등일 수 있다. 추출물(1412) 및 켄치수(702)는 각각 추출물 교차-교환기(1402)의 어느 한 쪽을 통해 운송될 수 있다. 예를 들어, 다관식 열 교환기로서의 교차-교환기는 추출물(1412)이 관(관 번들)를 통해 흐르고 켄치수(702)가 쉘을 통해 흐르도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 교환기는 켄치수(702)가 관을 통해 흐르고 추출물(1412)이 쉘을 통해 흐르도록 구성될 수 있다.
추출기 컬럼(1404)은 추출기 컬럼(1404)의 바닥 부분으로부터 바닥 스트림으로서 라피네이트(1416)를 배출한다. 라피네이트(1416)는 원료 아세트산(132)으로부터의 대부분 또는 다량(예를 들어, 거의 모든)의 물을 포함한다. 라피네이트(1416)는 주로 물이다. 라피네이트(1416)는 미량의 유기 화합물(예, 용매(1410), 아세트산 등)을 포함할 수 있다.
라피네이트(1416)는 물을 회수(순도 증가)하기 위해 추출기 컬럼(1404)으로부터 물 스트리퍼 컬럼(1406)으로 배출된다. 물 스트리퍼 컬럼(1406)(용기)은 증류 트레이 또는 패킹을 포함하는 증류 컬럼이며 오버헤드 응축기 열 교환기(및 용매 상으로부터 수상을 분리하기 위한 디캔터) 및 리보일러 열 교환기(또는 열 공급원으로서 바닥으로 직접 증기 주입)와 연관될 수 있다. 증류 컬럼 시스템은 오버헤드 응축기로부터 응축된 액체를 수용하기 위해 수용 용기 또는 환류 드럼을 포함할 수 있다. 작동 시, 물 스트리퍼 컬럼(1406)은 라피네이트(1416)로부터 미량의 유기 화합물을 분리하고 미량의 유기 화합물이 있는 물을 갖는 바닥 스트림을 액체수(1418)로서 배출할 수 있다. 물 스트리퍼 컬럼(1406)은 용매와 물 분리를 위해 디캔터 내로 응축되는 대부분의 유기 화합물과 수증기를 오버헤드로 배출할 수 있다. 물(1418)의 일부는 물 생성물(140)로서 이송할 수 있다. 물(1418)의 또 다른 부분(154)은 켄치/아세트산 스크러버(144A)를 위한 스크러빙수(146)로서 활용될 수 있다.
용매 회수 컬럼(1408)은 추출물 교차-교환기(1402)로부터 추출물(1412)을 수용한다. 용매 회수 컬럼(1408)은 추출물(1412)로부터 용매(1410)를 분리하여 아세트산 생성물(138)을 제공하는 증류 컬럼일 수 있다. 분리된 용매(1410)는 추출기 컬럼(1404)으로 보내질 수 있다. 증류 컬럼은 증류 트레이 또는 패킹이 있는 용기이며 리보일러 열 교환기 및 오버헤드 응축기 열 교환기(응축된 오버헤드 액체를 수상 및 용매 상으로 분리하기 위한 오버헤드 디캔터와 함께)와 함께 작동한다.
추출물(1412)은 용매 회수 컬럼(1408)의 부가적 공급물(예를 들어, 상위 부분)로서 도입될 수 있다. 아세트산 생성물(138)은 용매 회수 컬럼(1408)으로부터 배출되는 바닥 스트림일 수 있다. 용매(1410)는 용매 회수 컬럼(1408)으로부터 오버헤드로 배출된 다음 응축될 수 있다.
도 15는 도 9의 에틸렌 생산 시스템(900)과 동일하거나 유사하지만 아세트산 유닛(134)과 연관된 추출물 교차-교환기(1502)(열 교환기)가 추가된 에틸렌 생산 시스템(1500)이다. 도 15는 옵션 14로 표지될 수 있다. 도 15에 도시된 텍스트, 명칭 및 참조 번호의 설명에 대해서는 이전 도면에 대한 논의도 참고한다.
추출물 교차-교환기(1502)는 도 14의 추출물 교차-교환기(1402)와 유사할 수 있다. 추출물 교차-교환기(1502)는 예를 들어 다관식 열 교환기 또는 판-핀 열 교환기 등일 수 있다.
추출물 교차-교환기(1502)는 추출물 교차-교환기(1502)가 상이한 켄치-수 순환 루프에서 구현된다는 점을 제외하면 도 14의 추출물 교차-교환기(1402)와 유사한 구현예이다. 추출물 교차-교환기(1502)는 추출물(1412)을 가열하기 위한 가열 매체로서 켄치수(904)를 활용한다. 도 15의 예시된 실시양태에서, 추출물 교차-교환기(1502)는 순환 펌프(906)와 켄치수 냉각기(908) 사이에 작동 가능하게 배치된다.
에틸렌 생산 시스템(1500)은 가열 매체로서 켄치수(904)를 사용하여 추출물(1412)을 가열하고, 냉각 매체로서 추출물(1412)을 이용하여 켄치수(904)를 냉각(켄치수(904)로부터 추출물(1412) 내로 열을 제거)하기 위한 추출물 교차-교환기(1502)를 포함한다. 이러한 추출물 교차-교환기(1502)에 의한 추출물(1412)의 가열(및 추출물 가열기(1414)에 의해 추가된 열)은 도 9(옵션 10)와 비교하여 용매 회수 컬럼(1408)의 리보일러 열 교환기에 대한 증기 수요를 감소시킬 수 있다. 추출물(1412)은 추출물 교차-교환기(1502)에서 부분적으로 기화되거나 완전히 기화될 수 있다(그리고 증기는 과열될 수 있음). 이는 이전 도 14 및 이후 도 16, 17 및 20-23에서도 마찬가지이다. 구현예에서, 추출물 교차-교환기(1502)는 물리적으로 아세트산 유닛(134)에 위치할 수 있고/있거나 아세트산 유닛(134)의 구성요소로서 특징지어질 수 있다.
도 16은 도 15의 에틸렌 생산 시스템(1500)과 동일하거나 유사하지만, 각각 켄치수(702) 및 켄치수(904)를 냉각하기 위한 2개의 공기 냉각기(1602 및 1604)가 추가된 에틸렌 생산 시스템(1600)이다. 도 16은 옵션 15로 표지될 수 있다. 도 16에 도시된 텍스트, 명칭 및 참조 번호의 설명에 대해서는 이전 도면의 논의도 참고한다.
공기 냉각기(1602)는 켄치수(702)를 냉각하기 위해 켄치수(702) 순환 루프(켄치수 냉각기(706)의 상류)를 따라 배치된다. 마찬가지로, 공기 냉각기(1604)는 켄치수(904)를 냉각하기 위해 켄치수(904) 순환 루프(켄치수 냉각기(908)의 상류)를 따라 배치된다. 공기 냉각기(1602)는 켄치수(702)가 켄치수 냉각기(706) 내에서 냉각수에 대하여 냉각되기 전에 켄치수(702)를 80℃ 이하로 냉각시킨다. 마찬가지로, 공기 냉각기(1604)는 켄치수 냉각기(908)에서 물 냉각에 대하여 켄치수(904)가 냉각되기 전에 켄치수(904)를 80℃ 이하로 냉각시킨다. 실시양태에서, 이들 2개의 공기 냉각기(1602 및 1604)의 추가는 도 15의 에틸렌 생산 시스템(1500)(옵션 14)에서의 것과 비교하여 덜 자본 집약적이지만 유사하거나 약간 더 높은 에너지 수요를 가질 수 있는 냉각수 시스템(예: 냉각수탑 포함)을 갖는 에틸렌 생산 시스템(1600)에 의해 구현될 수 있다.
도 17은 도 11의 에틸렌 생산 시스템(1100)과 동일하거나 유사하지만 에탄 교차-교환기(1702), 산소 교차-교환기(1704) 및 추출물 교차-교환기(1706)가 추가된 에틸렌 생산 시스템(1700)이다. 도 17은 옵션 16으로 표시될 수 있다. 도 17에 도시된 텍스트, 명칭 및 참조 번호의 설명에 대해서는 이전 도면의 논의도 참고한다.
에탄 교차-교환기(1702)는 에탄 포화탑(110)으로 공급되는 에탄 가스(112)를 가열한다. 산소 교차-교환기(1704)는 포화 에탄(114)에 첨가되는 산소 가스(126)를 가열한다. 에탄 교차-교환기(1702)와 산소 교차-교환기(1704)는 각각 예를 들어 판-핀 열 교환기 또는 다관식 열 교환기 등일 수 있는 열 교환기이다. 켄치수(702)는 에탄 교차-교환기(1702)와 산소 교차-교환기(1704) 모두를 위한 가열 매체이다. 구현예에서, 에탄 교차-교환기(1702)와 산소 교차-교환기(1704)는 각각 도시된 바와 같이 켄치수(702)의 상류에 켄치수(702) 순환 루프로 작동 가능하게 배치된다.
교차-교환기(1702 및 1704)로 예열한 에탄 가스(112) 및 산소 가스(126) 공급물은 에탄 포화탑(110)에서 에탄 공급물 포화를 위한 순환 온수기(118)에서 증기 수요를 감소시킬 수 있다. 그러나, 열 회수량은 에탄 공급물 포화를 위한 순환 온수기(118)의 전체 증기 수요에 비해 상대적으로 낮거나 무의미할 수 있다. 그럼에도 불구하고 열 수요 감소에 대한 가치는 실현된다.
추출물 교차-교환기(1706)는 아세트산 유닛(134)의 추출 컬럼(1404)으로부터 배출된 추출물(1412)을 가열한다. 추출물(1412)은 추출물 교차-교환기(1706)에서 부분적으로 기화되거나 완전히 기화될 수 있다(그리고 증기는 과열될 수 있다). 켄치수(904)는 가열 매체이다. 추출물 교차-교환기(1706)는 도시된 바와 같이 켄치수 냉각기(908) 상류에 켄치수(904) 순환 루프로 작동 가능하게 배치될 수 있다. 구현예에서, 추출물 교차-교환기(1502)는 물리적으로 아세트산 유닛(134)에 위치할 수 있고/있거나 아세트산 유닛(134)의 구성요소로서 특징지어질 수 있다.
추출물(1412)은 추출물 교차-교환기(1706)로부터 아세트산 유닛(134)의 용매 회수 컬럼(1408)으로 흐를 수 있다. 추출물 교차-교환기(1706)에 의한 추출물(1412)의 가열은 도 11(옵션 11)과 비교하여, 용매 회수 컬럼(1408)의 리보일러 열 교환기에 대한 증기 수요를 감소시킬 수 있다. 추출물 교차-교환기(1706)는 이전에 논의된 추출물 교차-교환기와 유사할 수 있다. 추출물 교차-교환기(1502)는 예를 들어 다관식 열 교환기, 판 열 교환기, 판-핀 열 교환기, 또는 기타 유형의 열 교환기일 수 있다.
도 18은 도 1의 에틸렌 생산 시스템(100)과 동일하거나 유사하지만 에탄 교차-교환기(1802) 및 산소 교차-교환기(1804)가 있고 부분 포화를 위해 연관된 수첨가가 있는 에틸렌 생산 시스템(1800)이다. 도 18은 옵션 17로 표지될 수 있다. 도 18에 도시된 텍스트, 명칭 및 참조 번호의 설명에 대해서는 도 1의 논의도 참고한다.
에탄 교차-교환기(1802)는 에탄 가스(112)와 재순환수(1808)의 혼합물(1806)을 가열한다. 에탄 교차-교환기 하류의 혼합물(1806)(가열된 상태)은 에탄 포화탑(110)에 공급되는 부분 포화 에탄으로 표지될 수 있다. 따라서, 도 1에서와 같이 에탄 가스(112)를 직접 공급하는 대신, 에탄 가스(112)는 에탄 포화탑(110)에 도입되기 전에 먼저 재순환수(1808)에 의해 부분적으로 포화된다. 예시된 실시양태에서, 재순환수(1808)는 아세트산 스크러버(144) 바닥으로부터 나오는 재순환수(150)의 일부이다.
산소 교차-교환기(1804)는 산소 가스(126)와 재순환수(1812)의 혼합물(1810)을 가열한다. 산소 교차-교환기 하류의 혼합물(1810)(가열됨)은 하나 이상의 추가 지점에서 포화 에탄(114)에 첨가(주입)되는 부분 포화 산소로서 표지될 수 있다. 따라서, 도 1에서와 같이 산소 가스(126)를 직접 첨가하는 대신, 산소 가스(126)는 포화된 에탄(114)을 운반하는 도관에 도입되기 전에 먼저 재순환수(1812)에 의해 부분적으로 포화된다. 예시된 실시양태에서, 재순환수(1812)는 아세트산 스크러버(144)의 바닥으로부터 나오는 재순환수(150)의 일부이다. (나머지 재순환수(150)는 순환 온수기(118)를 통해 에탄 포화탑(110)으로 흐를 수 있다.)
에탄 교차-교환기(1802) 및 산소 교차-교환기(1804)는 각각 다관식 열 교환기, 판 열 교환기, 또는 판-핀 열 교환기, 또는 기타 유형의 열 교환기일 수 있다. 에탄 교차-교환기(1802) 및 산소 교차-교환기(1804)는 도시된 바와 같이 직렬 또는 병렬로 유출물(104)을 가열 매체로서 활용할 수 있다.
예시된 구현예에서, 에탄 교차-교환기(1802) 및 산소 교차-교환기(1804)는 공급물 열 교환기(124) 하류에서 유출물(104)을 수용한다. 유출물(104)의 부분(1814)은 에탄 교차-교환기(1802)로 공급된다. 유출물(104)의 나머지 부분(1816)은 산소 교차-교환기(1804)로 공급된다. 부분(1814 및 1816)은 예를 들어 파이프 티 또는 기타 파이핑 피팅을 통해 분할될 수 있다. 따라서, 도관이 운반하는 유출물(104)은 각각 부분(1814 및 1816)을 운반하는 2개의 도관으로 배출될 수 있다. 제어 밸브는 2개의 도관 중 하나에 배치될 수 있다. 유출물(104)을 부분(1814 및 1816)으로 분할하기 위한 기타 배열 또는 구성도 적용 가능하다.
유출물(104)의 부분(1814 및 1816)은 조합되어 에탄 교차-교환기(1802) 및 산소 교차-교환기(1804)에 의해 냉각된 상태로 이송하는 유출물(104)을 제공할 수 있다. 유출물(104)(냉각된 상태)은 냉각기 열 교환기(128)(추가 냉각용)를 통해 플래시 드럼(130)으로 흐를 수 있다. 일부(1814, 1816)는 냉각기 열 교환기(128)의 상류에서 조합될 수 있다(참조 번호 (1818)로 표시됨).
2개의 병렬 교차-교환기(1802, 1804)의 추가는 유출물을 냉각시키기 위해 제공된 것이어서, 옵션 1과 비교하면 유출물(104)을 냉각하기 위한 냉각수 수요를 감소시킨다(예를 들어, 냉각기 열 교환기(128)에서 냉각탑수의 수요를 감소시킴). 더욱이, 2개의 병렬 교차-교환기(1802 및 1804)의 추가는 공급물 포화를 위해(예를 들어, 에탄 가스(112) 및 혼합 공급물(108)을 물로 포화시키기 위해) 유출물(104)로부터 열을 회수한다. 따라서 공급물 포화를 위한 증기 소비(예: 순환 온수기(118)의 LP 증기)는 옵션 1에 비해 감소될 수 있다. 그러나, ODH 반응기(102)와 PGC(158) 사이에 2개의 병렬 교차-교환기(1802 및 1804)의 추가는 옵션 1(도 1)에 비해 PGC(158)에 대한 더 낮은 흡입 압력 및 이에 따른 더 높은 PGC(158) 동력 소비를 초래할 수 있다.
도 19는 옵션 18로 표지될 수 있는 에틸렌 생산 시스템(1900)이다. 에틸렌 생산 시스템(1900)은 도 18의 에틸렌 생산 시스템(1800)과 동일하거나 유사하지만, 재순환수 교차-교환기(1902)가 추가된다. 재순환수 교차-교환기(1902)는 에탄 포화탑(110)으로 가는 경로에서 재순환수(150)를 가열한다(가열 매체로서 유출물(104)을 이용하여). 이는 옵션 17(도 18)과 비교하여 공급물 포화를 위한 증기 소비(예: 순환 온수기(118)에서의 LP 증기)를 추가로 감소시킬 수 있다. 재순환수 교차-교환기(1902)의 추가는 또한 옵션 17과 비교하여 유출물(104)을 냉각하기 위한 냉각기 열 교환기(128)에서 냉각수 수요를 더욱 감소시킬 수 있다. 그러나, 유출물(104)이 ODH 반응기(102)와 PGC(158) 사이에 초과 압력 강하를 추가할 수 있는, 또 다른 열 교환기(재순환수 교차-교환기(1902))의 추가는 PGC(158)에 의한 더 많은 동력 수요를 초래할 수 있다.
예시된 실시양태에서, 재순환수 교차-교환기(1902)는 교차-교환기(1802 및 1804)의 하류 및 냉각수 열 교환기(128)의 상류에서 유출물(104) 흐름을 따라 작동 가능하게 배치된다.
재순환수(150)는 아세트산 스크러버(144)로부터 배출된 바닥 스트림이다. 재순환수(150)의 부분(1808 및 1812)은 도 18에서 수행된 바와 같이 에탄 가스(112) 및 산소 가스(126)를 부분적으로 포화시키기 위해 취해진다. 그러나, 나머지 재순환수(150)는 순환 온수기(118)를 통해 에탄 포화탑(110)으로 보내지기 전에 재순환수 교차-교환기(1902)를 통해 운송된다.
교차-교환기(1802 및 1804)와 마찬가지로, 재순환수 교차-교환기(1902)는 다관식 열 교환기, 판 열 교환기, 판-핀 열 교환기, 또는 기타 유형의 열 교환기일 수 있다. 또한, 일반적으로 본원에서 논의된 교차-교환기인 경우, 시스템(1900)은 교차-교환기의 어느 한쪽 측면을 통해 각각 가열 매체와 냉각 매체를 각각 운송하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 다관식 열 교환기로서의 교차-교환기는 가열 매체(교차-교환기(1902)를 위한 유출물(104))가 관(관 번들)을 통해 흐르고, 냉각 매체(교차-교환기(1902)를 위한 재순환수(150))가 쉘을 통해 흐르도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 교차-교환기는 가열 매체가 관을 통해 흐르고 냉각 매체가 쉘을 통해 흐르도록 구성될 수 있다.
도 20은 옵션 19로 표지될 수 있는 에틸렌 생산 시스템(2000)이다. 에틸렌 생산 시스템(2000)은 도 19의 에틸렌 생산 시스템(1900)과 동일하거나 유사하지만 추출물 교차-교환기(2002)가 추가된다. 추출물 교차-교환기(2002)는 추출기 컬럼(1404)의 추출물(1412)을 가열한다(가열 매체로서 유출물(104)을 사용함). 이는 옵션 18(도 19)과 비교할 때, 아세트산 유닛(134) 중 용매 회수 컬럼(1408)의 리보일러에서의 증기 수요(예, LP 증기)를 감소시킬 수 있다. 또한, 추출물 교차-교환기(2002)의 추가는 옵션 18에 비해, 유출물(104)을 냉각하기 위한 냉각기 열 교환기(128)에서의 냉각수 수요를 더욱 감소시킬 수 있다. 그러나, 유출물(104)이 운송되는 또 다른 열 교환기(추출물 교차-교환기(2002))의 추가는 ODH 반응기(102)와 PGC(158) 사이에 초과 압력 강하를 추가할 수 있으며, 이는 PGC(158)에 의한 더 많은 동력 수요를 초래할 수 있다.
예시된 실시양태에서, 추출물 교차-교환기(2002)는 재순환 열 교환기(1902)와 냉각기 열 교환기(128) 사이의 유출물(104) 흐름을 따라 작동 가능하게 배치된다. 추출물(1412)은 추출물 교차-교환기(2002)에서 기화(부분적으로 또는 완전하게)될 수 있고, 증기는 추출물 교차-교환기(2002)에서 과열될 수 있다.
이전에 논의된 교차-교환기와 마찬가지로, 추출물 교차-교환기(1902)는 다관식 열 교환기, 판 열 교환기, 판-핀 열 교환기, 또는 기타 유형의 열 교환기일 수 있다. 또한, 교차-교환기에 대해 일반적으로 논의된 바와 같이, 열원(유출물(104)) 및 방열판(추출물(1412))이 어느 한쪽에 있을 수 있다.
도 21은 옵션 20으로 표지될 수 있는 에틸렌 생산 시스템(2100)이다. 에틸렌 생산 시스템(2100)은 도 20(옵션 19)의 에틸렌 생산 시스템(2000)과 동일하거나 유사하지만, 유출물을 냉각하기 위해 공기 냉각기(2102)가 추가된다. 공기 냉각기(2102)는 추출물 교차-교환기(2002)와 냉각기 열 교환기(128) 사이에 작동 가능하게 배치되어 유출물(104)를 냉각한다. 이는 옵션 19(도 20)와 비교하여 냉각기 열 교환기(128)에 의한 냉각수(예를 들어, 냉각탑수) 수요를 감소시킬 수 있다. 하지만, 유출물(104) 흐름을 따라 또 다른 열 교환기(공기 냉각기(2102))의 추가는 반응기(102)와 PGC(158) 사이에 압력 강하를 추가할 수 있고, 이에 따라 PGC(158)에 의한 더 많은 동력 수요를 초래할 수 있다.
공기 냉각기(2102)는 전술한 공기 냉각기와 유사할 수 있다. 공기 냉각기(2102)는 하나 이상의 팬을 포함하는 팬 열 교환기일 수 있고 핀 또는 핀부착-관 번들을 포함할 수 있는 열 교환기이다. 공기 냉각기(202)는 핀-팬 열 교환기일 수 있다. 냉각 매체는 주변 공기일 수 있다.
도 22는 옵션 21로 표지될 수 있는 에틸렌 생산 시스템(2200)이다. 에틸렌 생산 시스템(2200)은 도 21(옵션 20)의 에틸렌 생산 시스템(2100)과 동일하거나 유사하지만 냉각기 열 교환기(128) 및 재순환수 교차-교환기(1902)가 없고, 아세트산 스크러버(144) 대신에 켄치/아세트산 스크러버(144A)로서 갖는다(예, 이전 도면 참조). 이는 옵션 20(도 21)과 비교하여 원료 아세트산(132)에 아세트산을 농축시킬 수 있다(따라서, 아세트산 유닛(134)의 가열 및 냉각 요구를 감소시킴). 이는 또한 옵션 20과 비교하여 에탄 포화탑(110)으로 되돌아가는 재순환수(150)의 온도를 증가시킬 수 있다(그리고 반응기 유출물에 대한 재순환수(150)용 재순환수 교차-교환기(1902)의 제거를 초래함). 마지막으로, 2개의 열 교환기(냉각기 열 교환기(128) 및 재순환수 교차-교환기(1902))가 ODH 반응기(102) 유출물(104) 측에서 제거되기 때문에, ODH 반응기(102)와 PGC(158) 사이의 압력 강하는 감소될 수 있으며, 이는 옵션 20(도 21)에 비해 더 적은 PGC(158) 동력 수요를 초래할 수 있다.
도 23은 옵션 22로 표지될 수 있는 에틸렌 생산 시스템(2300)이다. 에틸렌 생산 시스템(2300)은 도 22(옵션 21)의 에틸렌 생산 시스템(2200)과 동일하거나 유사하지만 유출물(104)에 대한 추출물 교차-교환기(2002)가 없고, 켄치수(702)에 대한 추출물 교차-교환기(1402)(예를 들어, 도 14 참조)가 있어 추출물(1412)을 가열한다. 추출물(1412)은 추출물 교차-교환기(1402)에서 부분적으로 기화되거나 완전히 기화될 수 있다(그리고 증기는 과열될 수 있음).
추출물(1412)을 가열하기 위한 열 부하는 유출물(104)로부터 켄치수(702)로 이동된다. 따라서, 도 22(옵션 21)에서 추출물 교차-교환기(2002)에 의해 유출물(104)로부터 제거된 열은 도 23(옵션 22)에서 공기 냉각기(2102)로 이동된다. 이는 옵션 22의 공기 냉각기(2102)가 옵션 21에서보다 더 클(냉각 용량이 더 큼) 것임을 의미할 수 있다. 하지만, 켄치수(702)의 열은 옵션 22의 추출물 열 교환기(1402)를 통해 추출물(1412)에 대해 제거되기 때문에, 켄치수 냉각기(706)는 옵션 21에 비해 옵션 22에서 유익하게 더 작을 수 있다(더 적은 냉각수 수요). 또한, 유출물(104) 흐름을 따라 추출물 교차-교환기(2002)는 옵션 22에서 제거되기 때문에 ODH 반응기(102)와 PGC(158) 사이의 압력 강하는 더 적을 수 있고, 이는 옵션 21에 비해 더 적은 PGC(158) 동력 수요를 초래할 수 있었다.
옵션 1-22는 서로 관련지어 제시될 수 있으며 서로 관련지어 점진적인 차이를 포괄할 수 있다. 도 1-23의 주어진 도면에 도시된 텍스트, 명칭 및 참조 번호의 설명에 대해서는 도 1-23의 다른 도면에 대한 논의도 참고한다.
이해될 수 있는 바와 같이, 도 1 내지 도 23과 관련하여 논의된 용기 및 열 교환기는 입구 도관과 플랜지식 또는 나사식으로 연계된 적어도 하나의 입구(예를 들어, 노즐), 출구 도관과 플랜지식 또는 나사식으로 연계된 적어도 하나의 출구(예를 들어, 노즐)를 가질 수 있다.
하나보다 많은 ODH 반응기(102)가 예를 들어 직렬 및/또는 병렬로 사용될 수 있다. 비록 ODH 반응기(102)가 예를 들어 모든 공급물 성분(혼합 공급물(108))이 반응기의 입구에서 첨가되는, 스테이지, 또는 1-스테이지 반응기로서 도시되지만, 기술된 공정은 기타 반응기 구성, 예를 들어 다중 스테이지 반응기 및 다중 스테이지간 공급물 첨가를 갖는 반응기에도 적용 가능하다.
발생되거나 활용된 증기는 저압(LP) 증기(예: 150 psig 이하), 중압(MP) 증기(예: 150 psig 내지 600 psig 범위), 고압(HP) 증기(예: 600 psig 이상) 또는 초고압(VHP) 증기(예: 1500 psig 이상) 등일 수 있다. 다시 말하면, 증기 발생 열 교환기(106)에서 HP 증기 또는 VHP 증기의 발생은 일반적으로 MP 증기 또는 LP 증기의 발생보다 더욱 가치가 있을 수 있고, 따라서 에틸렌 생산 시스템(100)의 경제성을 개선시킬 수 있다. 증기는 여러 적용예가 있을 수 있다. 증기를 수용하는 소비자 또는 고객에 의한 증기의 사용은 증기의 압력 또는 품질에 따라 달라질 수 있다. 일부 구현예에서, 생산된 증기의 더 높은 증기 압력은 시설 또는 플랜트 내에서 증기의 통합에 더 많은 다재다능성을 제공할 수 있다. 예를 들어, HP 증기는 압축기에 부착된 동력 터빈에 활용될 수 있는 반면, LP 증기는 전형적으로 가열 목적 등에 사용된다.
표시된 바와 같이, ODH 반응기(102)는 고정층 반응기(예를 들어, 관형 고정층 반응기), 유동층 반응기, 발포층(ebullated bed) 반응기, 또는 열 교환기형 반응기 등일 수 있다. 고정층 반응기는 촉매층으로서 촉매 펠릿으로 채워진 원통관(들)을 가질 수 있다. 작동 중에 반응물은 층을 통해 흐르고 생성물로 전환된다. 반응기에서 촉매는 하나의 큰 층, 여러 개의 수평 층, 여러 개의 평행 패킹 관 또는 자체 쉘 내의 다중 층 등일 수 있다.
유동층 반응기는 고체 촉매를 현탁시켜 고체 촉매가 마치 유체처럼 거동하도록 하기에 적절한 속도로 유체가 고체 과립 촉매(예를 들어, 구형 또는 입자 모양)를 통과하는 용기일 수 있다. 구현예에서, 유동층 반응기는 촉매에 대한 지지체를 가질 수 있다. 지지체는 다공성 구조 또는 분배판일 수 있으며 반응기 바닥 부분에 배치될 수 있다. 반응물은 촉매층을 유동화하는 속도로 지지체를 통해 위쪽으로 흐를 수 있다(예를 들어, 촉매가 상승하여 유동화된 방식으로 소용돌이치기 시작함). 유동층 반응기는 재순환 작동 방식을 갖는다.
기술은 ODH 반응기(102)의 작동 온도를 450℃ 미만, 425℃ 미만, 또는 400℃ 미만으로 유지하는 것을 포함할 수 있다. 작동 압력과 관련하여, ODH 반응기(102) 입구 압력은 80psig(평방 인치당 파운드 게이지) 미만, 또는 70 psig 미만일 수 있다. 각 반응기의 반응기 입구 압력은 1 psig 내지 80 psig 범위, 또는 5 psig 내지 75 psig 범위일 수 있다. 관형 고정층 반응기로서의 ODH 반응기(102)의 실시양태에서 ODH 반응기(102)의 기타 작동 조건은 200 시간-1 내지 40,000 시간-1 범위의 가스 시간당 공간 속도(GHSV)일 수 있다.
옵션 1-22는 일반적으로 ODH 반응기 유출물 냉각 및 아세트산 회수의 에너지 통합에 대해, ODH 반응기 공급물 포화를 고려하여 비교될 수 있다. 옵션 1은 비교를 위한 기본 사례로 활용된다. 즉, 옵션 2-22는 기준선 사례로서의 옵션 1과 비교될 수 있다. 표 1 및 2에서 2번째 열은 장비 및 작동에 대한 "비교 기본"을 제공한다.
에너지 통합에 기초하여 실시예 옵션 1-22는 PGC(158)의 제1 스테이지를 통한 반응기 공급물의 수용/처리에서부터 시설 공정의 색션에 대해 평가된다. 공정의 해당 섹션에 대한 특정 구현예에서, 실시예 옵션 1-22의 다양한 옵션은 증기 소비를 최대 51%까지, 동력 수요를 최대 30%까지, 및 냉각수 수요를 최대 76%까지 감소시킬 수 있는 한편, 아세트산 유닛(134)으로 가는 원료 아세트산을 최대 67%까지 농축시킬 수 있다. 이러한 것은 PGC(158)까지 에틸렌 생산 시스템의 전반적인 운영 비용을 낮출 수 있을 뿐만 아니라 아세트산 유닛(134), 냉각수 시스템 및 증기 시스템에 대한 자본 비용도 낮출 수 있다. 그러나, 본 기술은 이러한 수치값에 제한되지 않는다.
Aspen Plus® V10을 사용하여 공정 시뮬레이션을 수행했다. 시뮬레이션에는 SR-POLAR 상태 방정식이 활용되었다. 시뮬레이션을 위해, ODH 반응기(102)로 가는 공급물 입구 온도(혼합 공급물(108))는 465 킬로파스칼(kPa)에서 310℃ 미만으로 유지되고, ODH 반응기(102)로 가는 혼합 공급물(108)(MIXED-FD)의 산소 농도는 가연성 구역 밖에 위치하도록 10 부피%(vol%)를 목표로 한다. 혼합 공급물(108) 스트림에서 에탄에 대한 산소 몰비는 0.62이다. ODH 반응기(102)로 가는 총 물 함량은 ODH 반응기(102) 전에 물을 증발시키는 가열 및 ODH 반응기(102) 후에 물을 응축시키는 냉각을 필요로 하는 74 vol%이다. 표 1 및 2는 여러 반응기 유출물 냉각 전략 및 기타 에너지 통합 측면에 기초하여, 옵션 1(도 1)에 비해 제시된 모든 옵션 2-22(도 2-23)가 가열, 냉각, 및 동력(공급물 포화기의 물 순환 펌프, CW 시스템 펌핑 및 팬, 공기 냉각기 팬, 1차 스테이지 PGC(158))에 미치는 영향을 보여준다. 실시예 결과는 다음을 보여준다. 본 기술의 기타 측면은 본 실시예 결과의 범위 밖에 있다.
옵션 1은 공급물 포화 및 아세트산(AA) 유닛을 위한 유의미한 양의 증기, 반응기 유출물 냉각 및 AA 유닛을 위한 유의미한 양의 냉각수, 및 공급물 포화(물 사용) 및 냉각탑을 포함하는 냉각수(CW) 시스템을 위한 많은 동력을 필요로 한다. 공급물 포화는 일반적으로 에탄 포화기 에탄 포화탑(110)을 통한 에탄 포화를 지칭하지만, 열교환기를 통한 에탄 및 산소의 부분 포화를 수반할 수 있고, 궁극적으로 ODH 반응기(102)로 가는 혼합 공급물(108)의 포화를 제공할 수 있다.
옵션 2는 냉각수를 훨씬 적게 필요로 하지만 공기 냉각은 더 많이 필요로 한다. 전체 동력 소비는 옵션 1보다 약간 적다.
옵션 3은 원료 AA 농축물의 훨씬 낮은 유속을 이용한 원료 AA 농축물에 훨씬 높은 농도의 AA를 갖는다. 따라서, 가열 및 냉각 수요가 훨씬 적기 때문에 AA 유닛은 훨씬 작을 수 있다. 공급물 포화기로 가는 재순환수의 더 높은 온도로 인해, 증기 소비는 옵션 1에 비해 공급물 포화기에서 더 낮고, 결과적으로 반응기 유출물을 냉각시키기 위한 냉각수가 더 적게 필요로 된다.
옵션 4는 옵션 3과 유사하지만 ODH 반응기 유출물 냉각을 위한 냉각용 CW 수요가 훨씬 적고 유출물 냉각을 위한 대형 공기 냉각기를 갖는다.
옵션 5는 옵션 4와 유사하지만 ODH 반응기 유출물 냉각을 위한 CW 수요가 훨씬 적고 유출물 냉각을 위한 또 다른 대형 공기 냉각기를 갖는다.
옵션 6은 옵션 2와 유사하지만 원료 AA의 아세트산 농도가 약간 더 높고 원료 AA의 총 유속이 더 낮으므로, AA 유닛의 가열은 낮지만 냉각 수요는 더 높을 것이다. AA 스크러버는 공급물 포화기에 더 높은 재순환수 온도를 전달하기 때문에 공급물 포화기의 증기 소비는 약간 더 낮다. 전체 동력 소비는 옵션 2보다 훨씬 낮다.
옵션 7은 옵션 6과 유사하지만 원료 AA의 아세트산 농도가 훨씬 높고 원료 AA의 총 유속은 훨씬 낮으므로, AA 유닛에서 훨씬 낮은 가열 및 냉각 수요를 초래할 것이다. AA 스크러버는 공급물 포화기에 더 높은 재순환수 온도를 전달하기 때문에 공급물 포화기는 옵션 6에 비해 증기 소비가 더 낮다. 전체 동력 소비는 옵션 6보다 훨씬 낮다.
옵션 8은 원료 AA 농축물에서 아세트산 농도가 동일하고 AA 유닛에 대한 유용성 수요가 옵션 5와 동일하다. AA 스크러버가 공급물 포화기에 더 높은 재순환수 온도를 전달하기 때문에 공급물 포화기는 옵션 5보다 증기 소비가 더 낮다. 전체 동력 소비는 옵션 5보다 훨씬 낮다. 결과적으로, 옵션 5는 반응기 유출물 냉각에 대해 옵션 5보다 더 적은 CW 수요를 필요로 한다. 가장 큰 영향은 옵션 5에 비해 크게 감소될 수 있는 전체 동력 소비에 있을 것이다.
옵션 9는 옵션 8과 유사하지만 반응기 유출물 냉각에 대한 CW 수요가 훨씬 더 많다. 켄치/스크러버 탑은 공급물 포화기에 더 높은 재순환수 온도를 전달하기 때문에 공급물 포화기는 옵션 8보다 증기 소비가 더 적다. 전체 동력 소비는 반응기 유출물 측에서 옵션 9의 더 적은 압력 강하 및 이에 따른 PGC에서의 더 적은 동력으로 인해 옵션 8보다 더 낮다.
옵션 10은 옵션 9와 원료 AA에 AA 농도가 동일하고 AA 유닛에 대한 유용성 수요가 동일하다. 옵션 10은 옵션 9에 비해 반응기 유출물 냉각에 훨씬 더 많은 CW를 필요로 한다. 그러나, 전체 동력 소비는 ODH 반응기와 PGC 사이에 적은 압력 강하로 인해 옵션 9보다 적다.
옵션 11은 옵션 10과 유사하지만 원료 AA 중 AA 농도가 훨씬 낮고 원료 AA의 유속이 훨씬 높아서, AA 유닛에서 훨신 많은 가열 및 냉각 수요를 초래할 것이다. 또한, 켄치/스크러버는 공급물 포화기에 더 낮은 재순환수 온도를 전달하므로, 옵션 10에 비해 공급물 포화 시스템에서 증기 소비가 더 높아진다. 전체 동력 소비는 옵션 10보다 훨씬 높을 것이다.
옵션 12는 옵션 11과 유사하지만, 공급물 포화기로 가는 재순환수 온도가 약간 높아서, 공급물 포화 시스템에서 약간 낮은 증기 수요를 초래할 것이다.
옵션 13은 옵션 9와 유사하지만, 반응기 유출물 냉각 시스템으로부터 AA 유닛에 대한 열 회수가 높아서, AA 유닛에 대한 열 수요가 훨씬 적고 반응기 유출물 냉각에 대한 CW 수요도 훨씬 적을 것이다. 전체 동력 소비는 옵션 9보다 낮을 것이다.
옵션 14는 옵션 10과 유사하지만, 반응기 유출물 냉각 시스템으로부터 AA 유닛에 대한 열 회수가 높아서, AA 유닛에 대한 열 수요가 훨씬 적고 반응기 유출물 냉각에 대한 CW 수요도 훨씬 적을 것이다. 전체 동력 소비는 옵션 10보다 훨씬 낮을 것이다.
옵션 15는 옵션 14와 유사하지만, 냉각수 시스템은 없애고 공기 냉각기를 사용한다. 옵션 15는 옵션 14보다 동력 소비가 약간 더 낮다.
옵션 16은 옵션 11과 유사하지만, 반응기 유출물 냉각 시스템으로부터 AA 유닛의 열 회수가 높아서, AA 유닛의 열 수요가 훨씬 적을 것이고 반응기 유출물 냉각을 위한 CW 수요도 훨씬 적을 것이다. 옵션 16은 또한 반응기 유출물 냉각 시스템으로부터 에탄 및 산소 예열을 위한 소량의 열을 회수하며, 이는 공급물 포화기의 증기 소비를 낮추는 데 작은 영향을 미칠 것이다. 전체 동력 소비는 옵션 11보다 훨씬 낮을 것이다.
옵션 17은 반응기 유출물로부터 상당한 열 회수를 통해 에탄 및 산소 공급물을 부분적으로 포화시키는 옵션 1과 유사하며, 이는 공급물 포화를 위한 증기 수요 및 또한 반응기 유출물 냉각을 위한 CW 수요를 극적으로 감소시킬 것이다. 전체 동력 소비는 옵션 1보다 훨씬 낮을 것이다.
옵션 18은 공급물 포화기로 되돌아가는 재순환수를 예열하기 위해 반응기 유출물로부터 더 많은 열을 회수하는 옵션 17과 유사하며, 이는 공급물 포화를 위한 증기 수요 및 반응기 유출물 냉각을 위한 CW 수요를 추가로 감소시킬 것이다.
옵션 19는 옵션 18과 유사하지만, "AA 추출기"로부터 용매 회수 탑으로 "AA 추출물"을 기화(부분 기화 또는 과열 증기 포함)시키기 위해 반응기 유출물로부터의 열 회수가 훨씬 더 많다. 이는 옵션 18에 비해 반응기 유출물 냉각에 대한 CW 수요를 극적으로 감소시키는 동시에 AA 유닛의 가열 수요를 훨씬 감소시킬 것이다. 전체 동력 소비는 옵션 18보다 훨씬 낮을 것이다.
옵션 20은 대형 공기 냉각기를 추가하는 동시에 반응기 유출물 냉각을 위한 CW 수요가 훨씬 적은 옵션 19와 유사하다. 전체 동력 소비는 옵션 19보다 높을 것이다.
옵션 21은 옵션 8과 옵션 20의 조합이다. 원료 AA 중 AA 농도는 훨씬 높고 원료 AA의 유속은 훨씬 낮아서, 옵션 20에 비해 AA 유닛의 가열 및 냉각 수요가 훨씬 적을 것이다. "AA 추출물" 가열/기화를 위한 반응기 유출물로부터의 열 회수로 인해, 옵션 21은 옵션 8에 비해 AA 유닛에 훨씬 적은 가열을 필요로 한다. 공급물 포화를 위한 열 회수 및 훨씬 더 높은 재순환수 온도를 공급물(에탄) 포화기로 전달함으로 인해, 공급물 포화를 위한 증기 수요는 옵션 8 및 옵션 20보다 적을 것이다. 하지만, 반응기 유출물 냉각을 위한 CW 수요는 옵션 20보다 훨씬 높지만 옵션 21의 공기 냉각기는 훨씬 작을 것이다. 전체 동력 소비는 옵션 20보다 훨씬 낮을 것이다.
옵션 22는 옵션 13과 옵션 21의 조합이다. "AA 추출물"은 켄치수에 대해 기화될 것이다. 반응기 유출물에 대한 공기 냉각기는 옵션 21보다 크지만, 켄치수 냉각기는 훨씬 작다. 전체 동력 소비는 옵션 21보다 낮을 것이다.
공정 시뮬레이션을 기반으로 한 비교 계산 결과는 표 1 및 표 2에 제공된다. 비교 기본은 주어진 옵션에 대한 논리적 대조값이다. 표 1 및 표 2에서 옵션 2-22의 결과는 옵션 1에 상대적인 변화(%)로서 제공된다. 표 1은 원료 AA에서의 AA 농도에 대한 상대적인 비교 퍼센트, 원료 AA의 총 물질 유속, 공급물 포화를 위한 LP 증기 소비(예: 에탄 포화기에서), AA 유닛에서 증기 소비, 및 공급물 포화와 AA 유닛의 조합에 대한 총 열(증기 소비)이다. 표 2는 반응기 유출물 냉각을 위한 CW 수요에 대한 상대적 비교 퍼센트, 반응기 유출물 냉각을 위한 공기 냉각 수요, AA 유닛 냉각을 위한 CW 수요, 반응기 유출물 냉각과 AA 유닛 냉각의 조합을 위한 총 CW 수요, 및 포화기, PGC의 1차 스테이지 압축기, CW 시스템, 및 공기 냉각기(들)의 조합에 의한 동력 수요를 제공한다.
도 24는 에틸렌을 생산하는 방법(2400)이다. 블록 (2402)에서, 방법은 ODH 반응기에서 산소의 존재 하에 ODH 촉매를 통해 에탄을 에틸렌으로 탈수소화하는 단계를 포함한다. ODH 반응기는, 예를 들어 고정층 반응기 또는 유동층 반응기일 수 있다. 에탄을 에틸렌으로 탈수소화하는 ODH 반응의 부산물로서 ODH 반응기에서 아세트산이 생성될 수 있다. 방법은 ODH 반응기로부터 유출물을 배출시키는 단계를 포함한다. 유출물은 에틸렌, 물, 아세트산, 이산화탄소, 일산화탄소 및 미반응 에탄이 포함한다. 일부 구현예에서, 유출물로부터의 열은 ODH 반응기를 갖는 시설에서 소비용 증기를 발생시키기 위해 열 교환기 내 물(예를 들어, 보일러 공급수)을 가열하는 데 사용될 수 있다.
블록 (2404)에서, 방법은 유출물 내의 믈 및 아세트산을 응축시켜 유출물을 액체 원료 아세트산 및 가스로 분리하는 단계를 포함한다. 물 및 아세트산을 응축시키기 위해, 유출물은 열 교환기(예: 냉각수, 공기 등을 이용하여)에서 냉각될 수 있으며, 일부 구현예에서는 켄치 탑에서도 냉각될 수 있다. 원료 아세트산은 응축수 및 응축된 아세트산을 포함한다. 원료 아세트산은 전형적으로 주로 물이다(50 wt% 초과). 일부 구현예에서, 원료 아세트산 중 아세트산의 농도는 일부 구현예에서 1 wt% 미만일 수 있다. 가스는 유출물의 나머지이며, 에틸렌, 이산화탄소, 일산화탄소 및 미반응 에탄이다. 가스는 상대적으로 적은 양의 아세트산 및 물을 포함할 수 있다. 가스로부터 원료 아세트산의 분리는, 예를 들어 플래시 드럼이나 켄치탑에서 일어날 수 있다.
블록 (2406)에서, 방법은 분리된 가스를 처리하여 에틸렌 생성물을 갖는 공정 가스를 제공하는 단계를 포함한다. 처리는 하나 이상의 탑에서 스크러빙 또는 켄칭을 통해서와 같이, 가스 내 소량의 아세트산 및 물을 제거하는 것을 포함할 수 있다. 배출된 공정 가스는 에틸렌, 에탄, 이산화탄소 및 일산화탄소를 포함한다. 공정 가스는, 예를 들어 50 ppmv 미만의 아세트산 및 5 mol% 미만의 수증기를 가질 수 있다. 공정 가스 중 에틸렌의 양은, 예를 들어 10 mol% 내지 90 mol%의 범위일 수 있다. 공정 가스는 공정 가스 압축기로 이송하고 추가로 처리되어 에틸렌 생성물을 회수할 수 있다.
블록 (2408)에서, 방법은 아세트산 유닛에서와 같이 원료 아세트산을 처리하여, 아세트산 생성물을 제공하는 단계를 포함한다. 아세트산 유닛은, 예를 들어 원료 아세트산으로부터 아세트산을 제거하기 위한 용매의 추출기 컬럼 주입, 물을 회수하기 위해 추출기 컬럼으로부터 라피네이트를 처리하는 물 스트리퍼 탑, 및 추출기 컬럼으로부터 배출된 추출물(주로) 아세트산으로부터 용매를 제거하여 아세트산 생성물을 제공하기 위한 용매 회수 컬럼(용기)을 포함한다. 예를 들어, 도 14에서의 아세트산 유닛(134)에 대한 논의를 참고한다.
블록 (2410)에서, 방법은 유출물로부터의 물을 공급물 희석을 위한 재순환수로서 회수하는 단계를 포함한다. 아세트산 생성물을 제공하기 위한 원료 아세트산의 처리는 물을 재순환수로서 제공할 수 있다. 따라서, 원료 아세트산의 처리(블록 (2408))는 블록 (2410)에서 물을 재순환수로서 회수하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 아세트산 유닛 중 물 스트리퍼 탑은 재순환용 및 물 생성물 둘 모두로서의 물을 제공할 수 있다.
실질적으로 폐쇄 회로인 반응기 공급물을 희석하기 위한 물 시스템의 경우, 물 생성물(예를 들어, 아세트산 유닛의 물 스트리퍼 탑로부터의)의 양은 대략적으로 ODH 반응기에서 생성된 물의 양일 수 있다.
구현예에서, 재순환수는 스크러빙 액체로서 아세트산 유닛으로부터 전술한 분리된 가스를 처리(예, 스크러빙)하는 탑으로 흐를 수 있다(블록 (2406)). 공급물 희석을 위한 재순환수는 탑의 바닥 스트림(또는 더 높은 섹션으로부터)으로서 취해질 수 있다. 따라서, 아세트산 생성물을 제공하는 원료 아세트산의 처리(블록 (2408))는 공정 가스를 제공하기 위한 분리된 가스의 처리(블록 (2406))와 함께 유출물로부터의 물을 재순환수로서 회수(블록 (2410))하기 위해 제공될 수 있다.
따라서, 원료 아세트산의 처리는 재순환수로서 회수한 물을 포함할 수 있다. 즉, 원료 아세트산의 처리는 유출물로부터의 물을 재순환수로서 회수하는 작용을 제공할 수 있다. 더욱이, 아세트산 생성물을 제공하기 위한 원료 아세트산의 처리 및 공정 가스를 제공하기 위한 가스의 처리는 조합되어 유출물로부터 물을 재순환수로서 회수하기 위해 제공될 수 있다.
블록 (2412)에서, 방법은 ODH 반응기로 가는 경로에서 에탄을 포함하는 공급물에 재순환수를 첨가하는 단계를 포함한다. 재순환수는 에탄 포화탑의 에탄에 첨가될 수 있다. 재순환수는 에탄을 운반하는 도관의 에탄에 첨가될 수 있다. 재순환수는 에탄을 갖는 공급물에 첨가되는 산소(도관 내)에 첨가될 수 있다. 방법은 에탄을 포함하는 공급물을 ODH 반응기에 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 에탄은 공급 파이프라인으로부터 제공된 에탄 가스일 수도 있고, 또는 공급 파이프라인으로부터 제공되고 에탄 가스로 기화되는 에탄 액체일 수 있다. 본원에서 사용되는 에탄이라는 용어는 일반적으로 에탄 가스를 의미한다.
블록 (2414)에서, 방법은 에탄을 포함하는 공급물에 산소(O2 가스)를 첨가하여 ODH 반응기에 혼합 공급물을 제공하는 단계를 포함한다. 본원에서 사용되는 용어 산소는 일반적으로 O2 가스를 의미한다. 산소는 에탄을 포함하는 공급물을 운반하는 도관으로 단일 첨가 지점에서 첨가되거나 또는 에탄을 포함하는 공급물을 운반하는 도관으로 다중 첨가 지점에서 첨가될 수 있다. 일부 구현예에서, 언급된 바와 같이 공급물에 산소를 첨가하기 전에 공급물을 물로 희석하기 위해 물(예를 들어, 재순환수)이 산소에 첨가될 수 있다. 반응기로 가는 혼합 공급물은 에탄 가스 및 산소 가스를 포함한다. 혼합된 공급물은 공급물 희석을 위해 첨가된 재순환수(블록 (2412))를 포함할 수 있다.
블록 (2416)에서, 방법은 유출물의 처리와 관련된 것을 포함하는 ODH 반응기 시스템에서 에너지 통합을 구현하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 방법은 ODH 반응기로 가는 에탄을 갖는 공급물을 교차-교환기에서와 같이 유출물을 이용하여 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 이는 유출물을 냉각시킬 수 있으므로 유출물 내 아세트산 및 물을 응축시키기 위해 유출물을 냉각시키는 데 기여한다. 방법은 원료 아세트산을 처리하기 위해 유출물로부터의 열을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 유출물은 아세트산 유닛에서 추출기 컬럼으로부터 배출된 추출물을 가열(예: 교차-교환기에서)하는 데 활용될 수 있다. 이는 유출물을 냉각시켜 유출물 내의 물 및 아세트산을 응축시키기 위한 유출물 냉각에 기여할 수 있다.
공정 가스를 제공하기 위한 가스의 처리는 원료 아세트산을 처리하기 위해 열을 제공할 수 있다. 예를 들어, 순환 켄치수 루프(가스를 켄칭하는 탑용)에서 켄치수는 추출기 컬럼에서 배출된 추출물을 가열(예: 교차-교환기에서)할 수 있다. 공정 가스를 제공하기 위한 가스의 처리는 에탄을 포함하는 공급물을 위해 제공된 에탄을 가열할 수 있다. 예를 들어, 순환 켄치수 루프(가스를 켄칭하는 탑의 경우)의 켄치수는 재순환수가 에탄에 첨가되기 전에 공급 파이프라인으로부터의 에탄을 가열(예: 교차-교환기에서)할 수 있다. 공정 가스를 제공하기 위한 가스 처리는 재순환수를 가열할 수 있다. 예를 들어, 순환 켄치수 루프(가스를 켄칭하는 탑의 경우) 내의 켄치수는 재순환수를 가열(예: 교차-교환기에서)할 수 있다. 이는 공급물 희석을 위한 가열에 유익하게 기여할 수 있다.
방법은 유출물을 이용하여 재순환수를 가열(예를 들어, 교차-교환기에서)하여 유출물을 냉각시키는 단계(및 이에 따라 유출물 중 물 및 아세트산을 응축시키는 냉각 부하에 기여함)를 포함할 수 있다. 표시된 바와 같이, 방법은 에탄 및 재순환수를 포함하는 공급물을 유출물을 이용하여 가열하고, 이에 따라 유출물을 냉각하는 단계(및 이에 따라 유출물 중 물 및 아세트산을 응축하는 냉각 부하에 기여함)를 포함할 수 있다.
방법은 유출물을 이용하여 에탄(공급물로 제공됨)을 가열하는 것(예를 들어, 교차-교환기에서)을 포함할 수 있다. 방법은 유출물을 이용하여 산소를 가열하는 것(예를 들어, 교차-교환기에서)을 포함할 수 있다. 일례로, 에탄 및 재순환수의 혼합물은 공급물용 유출물에 의해 교차-교환기에서 가열된다. 또 다른 예에서, 산소 및 재순환수의 혼합물은 에탄을 갖는 공급물에 첨가하기 전에 교차-교환기(예를 들어, 산소를 물로 부분 포화하기 위한 것)에서 유출물에 의해 가열된다. 에탄, 산소 또는 재순환수를 포함한 혼합물의 가열은 유출물을 냉각할 수 있다(이는 유출물 내 물 및 아세트산을 응축시키는 냉각 부하에 기여할 수 있음).
한 실시양태는 ODH 반응기에서 산소 존재 하에 ODH 촉매를 통해 에탄을 에틸렌으로 탈수소화하여 ODH 반응기에서 아세트산을 형성시키는 단계, 및 ODH 반응기로부터 적어도 에틸렌, 아세트산 및 물을 포함하는 유출물을 증기-발생 열 교환기를 통해 배출시켜 유출물로부터의 열을 이용하여 증기를 발생시키고, 이에 의해 유출물을 냉각시키는 단계를 포함하는 에틸렌 생산 방법이다. 방법은 증기-발생 열 교환기로부터의 유출물을 공급물 열 교환기를 통해 유동시켜 ODH 반응기를 위한 에탄을 갖는 공급물을 유출물을 이용하여 가열하고, 이로써 유출물을 냉각시키는 단계를 포함한다. 방법은 유출물로부터의 아세트산을 아세트산 생성물로서 회수하고 추가 처리를 위해 유출물로부터 에틸렌을 갖는 공정 가스를 이송시켜 에틸렌 생성물을 제공하는 단계를 포함한다. 방법은 공급물 열 교환기 하류에서 유출물을 추가로 냉각시켜 유출물 내의 물을 응축시키는 단계를 포함할 수 있다. 공급물 열 교환기의 하류에서 유출물의 추가 냉각은 냉각기 열 교환기 또는 공기 냉각기 중 적어도 하나를 이용하여 유출물을 냉각시키는 것을 포함할 수 있으며, 여기서 냉각기 열 교환기는 냉각수를 냉각 매체로서 활용하고, 공기 냉각기는 공기를 냉각 매체로 활용하는 팬 열 교환기이다. 공급물 열 교환기 하류에서 유출물의 추가 냉각은 켄치 탑에서, 또는 켄치 섹션을 갖는 산 스크러버에서 유출물을 냉각시키는 것을 포함할 수 있다. 방법은 공급물 열 교환기 하류에서 유출물을 추가로 냉각하여, 추가 냉각되고 응축된 물을 갖는 유출물을 원료 아세트산 및 가스로 분리하는 단계를 포함하고, 여기서 가스는 에틸렌, 물, 아세트산, 에탄, 이산화탄소 및 일산화탄소를 포함하며, 여기서 원료 아세트산은 아세트산과 물을 포함한다. 공급물 열 교환기의 하류 유출물을 추가로 냉각하고 추가로 냉각된 유출물을 가스 및 원료 아세트산으로 분리하는 단계는 유출물을 켄치 탑에서 또는 켄칭 섹션을 갖는 아세트산 스크러버에서 처리하는 단계를 수반할 수 있으며, 방법은 켄치탑의 바닥 부분으로부터 또는 켄치 섹션을 갖는 아세트산 스크러버의 바닥 부분으로부터 원료 아세트산을 배출시키는 것을 포함한다. 공급물 열 교환기 하류의 유출물을 추가로 냉각시키는 것은 열 교환기에서 유출물을 냉각시키는 것을 포함할 수 있으며, 여기서 유출물을 분리하는 것은 플래시 드럼 내의 유출물을 가스 및 원료 아세트산으로 분리하는 것을 포함하고, 방법은 플래시 드럼으로부터 오버헤드로 가스를 배출시키고 플래시 드럼의 바닥 부분으로부터 원료 아세트산을 배출시키는 것을 포함한다.
방법은 가스로부터 물과 아세트산을 제거하여 에틸렌, 에탄, 이산화탄소 및 일산화탄소를 포함하는 공정 가스를 제공하는 단계를 포함할 수 있으며, 여기서 공정 가스는 50ppmv 미만의 아세트산과 5mol% 미만의 수증기를 갖는다. 방법은 에탄을 포함하는 공급물을 물로 포화시키기 위한 재순환수로서 가스로부터 제거된 물 및 아세트산을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 가열 매체로서 유출물을 이용하여 교차-교환기에서 재순환수의 적어도 일부를 가열하는 것을 포함할 수 있다. 방법은 재순환수의 적어도 일부를 산소 가스와 조합하여 혼합물을 제공하는 단계, 가열 매체로서 유출물을 이용하여 교차-교환기에서 혼합물을 가열하는 단계, 및 가열된 혼합물을 에탄을 포함하는 공급물에 첨가하는 단계를 포함할 수 있다. 추가 처리를 위해 공정 가스를 이송시키는 것은 공정 가스를 공정 가스 압축기로 이송시키는 것을 포함할 수 있다. 방법은 액체-액체 추출 컬럼인 추출기 컬럼을 갖는 아세트산 유닛에 원료 아세트산을 제공하는 단계를 포함할 수 있고, 여기서 유출물로부터 아세트산을 아세트산 생성물로서 회수하는 것은 아세트산 유닛에서 원료 아세트산을 처리하는 것을 포함한다.
아세트산 유닛에서 원료 아세트산을 처리하는 것은 원료 아세트산 및 용매를 추출 컬럼에 제공하는 단계, 추출물(주로 아세트산)을 추출기 컬럼으로부터 오버헤드로 배출하는 단계, 및 가열 매체를 이용하여 교차-교환기에서 추출물을 가열하는 단계를 포함할 수 있고, 여기서, 가열 매체는 공급물 열 교환기 하류의 유출물을 포함하거나, 또는 가열 매체는 켄치수를 포함한다. 추출물은 용매 및 상대적으로 적은 양의 물을 포함하며, 여기서 추출물은 물보다 용매를 더 많이 포함한다. 방법은 아세트산 유닛으로부터 적어도 99 wt%의 아세트산을 갖는 아세트산 생성물을 배출하는 단계를 포함할 수 있으며, 여기서 원료 아세트산은 0.3 wt% 내지 45 wt% 범위의 아세트산 농도를 갖고, 아세트산 유닛은 증류 컬럼인 용매 회수 컬럼을 포함한다.
또 다른 구현예는 ODH 반응기에서 산소의 존재 하에 ODH 촉매를 통해 에탄을 에틸렌으로 탈수소화하여 ODH 반응기에서 아세트산을 형성시키는 단계, 및 에틸렌, 아세트산, 물, 일산화탄소, 이산화탄소 및 미반응 에탄을 포함하는 유출물을 ODH 반응기로부터 증기-발생 열 교환기를 통해 배출시켜 증기를 발생시키는 단계를 포함하는 에틸렌 생산 방법으로서, 여기서 증기-발생 열 교환기는 유출물로부터의 열을 물로 전달하여 증기를 발생시키고, 이로써 유출물을 냉각시킨다. 방법은 증기-발생 열 교환기로부터의 유출물을 공급물 열 교환기를 통해 유동시켜 ODH 반응기를 위한 공급물을 유출물을 이용하여 가열하는 단계를 포함하며, 여기서 공급물 열 교환기는 유출물로부터의 열을 공급물로 전달하여 유출물을 냉각시킨다. 방법은 공급물 열 교환기 하류의 유출물을 냉각시켜, 유출물 내의 물을 응축시키는 단계를 포함한다. 방법은 유출물로부터의 에틸렌을 갖는 공정 가스를 추가 처리를 위한 공정 가스 압축기로 이송시켜 에틸렌 생성물을 제공하는 단계를 포함한다. 공급물 열 교환기의 하류 유출물의 냉각은 냉각기 열 교환기 또는 공기 냉각기 중 적어도 하나를 이용하여 유출물을 냉각하는 것을 포함할 수 있고, 여기서 냉각기 열 교환기는 냉각수를 냉각 매체로서 활용하고, 공기 냉각기는 공기를 냉각 매체로서 활용하는 팬 열 교환기이다.
방법은 응축수를 갖는 유출물을 플래시 드럼에 제공하는 단계 및 플래시 드럼에서 유출물을 가스 및 원료 아세트산으로 분리하는 단계를 포함하고, 여기서 가스는 에틸렌, 물, 아세트산, 에탄, 이산화탄소 및 일산화탄소를 포함하며, 상기 원료 아세트산은 아세트산 및 물을 포함한다. 상기 방법은 플래쉬 드럼 바닥 부분으로부터의 원료 아세트산을 액체-액체 추출 컬럼인 추출기 컬럼과 증류 컬럼인 용매 회수 컬럼을 갖는 아세트산 유닛으로 배출시키는 단계, 및 아세트산 유닛에서 원료 아세트산을 처리하여 아세트산 생성물을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 플래시 드럼으로부터 오버헤드로 가스를 배출시키는 단계, 및 가스로부터 물 및 아세트산을 제거하여 에틸렌, 에탄, 이산화탄소, 및 일산화탄소를 포함하는 공정 가스를 제공하는 단계를 포함할 수 있고, 여기서 공정 가스는 50 ppmv 미만의 아세트산(예를 들어, 및 5 mol% 미만의 수증기)을 갖는다.
공급물 열 교환기의 하류 유출물의 냉각, 이에 따른 유출물 내 물의 응축은 켄치 용기에서 유출물을 냉각하는 것을 포함할 수 있다. 방법은 켄치 용기에서 유출물을 가스와 원료 아세트산으로 분리하는 단계를 포함할 수 있으며, 여기서 가스는 에틸렌, 물, 아세트산, 에탄, 이산화탄소 및 일산화탄소를 포함하고, 원료 아세트산은 아세트산과 물을 포함한다. 방법은 켄치 용기의 바닥 부분으로부터 원료 아세트산을 액체-액체 추출 컬럼인 추출기 컬럼을 갖는 아세트산 유닛으로 배출시키는 단계 및 아세트산 유닛에서 원료 아세트산을 처리하여 아세트산 생성물을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 켄치 용기(켄치 탑 또는 켄치 섹션을 갖는 아세트산 스크러버로서)로부터 오버헤드로 가스를 배출시키는 단계로서, 여기서 가스는 에틸렌, 물, 아세트산, 에탄, 이산화탄소, 및 일산화탄소를 포함하는 것인 단계, 및 가스로부터 물 및 아세트산을 제거하여, 에틸렌, 에탄, 이산화탄소, 및 일산화탄소를 포함하는 공정 가스를 제공하는 단계로서, 여기서 공정 가스는 50 ppmv의 아세트산 및 5 mol% 미만의 수증기를 갖는 것인 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 실시양태는 ODH 반응기에서 산소의 존재 하에 ODH 촉매를 통해 에탄을 에틸렌으로 탈수소화하여 ODH 반응기에서 아세트산을 형성시키는 단계, 및 에틸렌, 아세트산, 물, 일산화탄소, 이산화탄소, 및 미반응 에탄을 포함하는 유출물을 ODH 반응기로부터 증기-발생 열 교환기를 통해 배출시켜 증기를 발생시키고, 공급물 열 교환기를 통해 배출시겨 ODH 반응기를 위한 에탄을 포함하는 공급물을 가열하는 단계를 포함하는, 에틸렌 생산 방법이다. 방법은 용기 내 유출물을 가스 및 원료 아세트산으로 분리하는 단계를 포함하고, 여기서 가스는 에틸렌, 물, 아세트산, 에탄, 이산화탄소, 및 일산화탄소를 포함하고, 원료 아세트산은 아세트산 및 물을 포함한다. 방법은 가스로부터 아세트산 및 물을 제거하여 에틸렌, 에탄, 이산화탄소, 및 일산화탄소를 포함하는 공정 가스를 제공하는 단계, 및 공정 가스를 추가 처리를 위한 공정 가스 압축기로 이송시켜 에틸렌 생성물을 제공하는 단계를 포함하고, 여기서 공정 가스는 50 ppmv 미만의 아세트산 및 5 mol% 미만의 수증기를 포함한다. 방법은 원료 아세트산을 용기의 바닥 부분으로부터 아세트산 유닛(추출기 컬럼을 가짐)으로 배출시켜 원료 아세트산으로부터의 아세트산 생성물을 회수하는 단계를 포함한다.
방법은 용기로부터 오버헤드로 가스를 배출시키는 단계를 포함할 수 있고, 여기서 용기는 플래시 드럼 또는 켄치 탑이다. 다른 구현예에서, 가스로부터 잔류 아세트산 및 물을 제거하는 단계는 용기 내에서 일어나며, 여기서 용기는 켄칭 섹션을 갖는 아세트산 스크러버이다.
방법은 냉각기 열 교환기 또는 공기 냉각기 중 적어도 하나를 이용하여 유출물을 냉각시키는 단계를 포함할 수 있고, 여기서 냉각기 열 교환기는 냉각수를 냉각 매체로서 활용하고, 공기 냉각기는 공기를 냉각 매체로서 활용하는 팬 열 교환기이다.
또 다른 실시양태는 에탄을 에틸렌으로 탈수소화하고 아세트산을 발생시키는 ODH 촉매를 갖는 ODH 반응기, ODH 반응기로부터의 유출물을 수용하여 유출물로부터의 열을 이용하여 증기를 발생시키는 증기-발생 열 교환기, 증기-발생 열 교환기로부터의 유출물을 수용하여, ODH 반응기를 위한 적어도 에탄을 포함하는 공급물을 유출물을 이용하여 가열하는 공급물 열 교환기, 및 유출물을 가스 및 원료 아세트산으로 분리하는 용기를 포함하는, 에틸렌 생산 시스템이며, 여기서 가스는 에틸렌, 물, 아세트산, 에탄, 이산화탄소, 및 일산화탄소를 포함하고, 원료 아세트산은 아세트산 및 물을 포함한다. 에틸렌 생산 시스템은 원료 아세트산을 처리하여 아세트산 생성물을 제공하는 아세트산 유닛을 포함하고, 여기서 아세트산 유닛은 액체-액체 추출 컬럼인 추출기 컬럼을 포함한다.
에틸렌 생산 시스템은 가스로부터 아세트산 및 물을 제거하여 에틸렌, 에탄, 이산화탄소, 및 일산화탄소를 포함하는 공정 가스를 제공하는 아세트산 스크러버를 포함할 수 있고, 여기서 공정 가스는 50 ppmv 미만의 아세트산 및 5 mol% 미만의 수증기를 갖고, 용기는 플래시 드럼 또는 켄치탑이다. 아세트산 스크러버는 켄칭 섹션을 가질 수 있다. 에틸렌 생산 시스템은 에틸렌 생성물을 제공하는 추가 처리를 위해 공정 가스를 수용하는 공정 가스 압축기를 포함할 수 있다. 에틸렌 생산 시스템은 에탄을 포함하는 공급물을 위해 에탄을 물로 포화시키는 재순환수로서 아세트산 스크러버로부터의 바닥 스트림의 적어도 일부를 수용하는 에탄 포화탑을 포함한다.
에틸렌 생산 시스템은 아세트산 스크러버로부터의 바닥 스트림의 적어도 일부를 재순환수로서 수용하여 재순환수를 가열하는 교차-교환기를 포함할 수 있고, 여기서 재순환수는 에틸렌 포화탑을 위한 것이다. 에틸렌 생산 시스템은 공급물 열 교환기의 하류 유출물로 혼합물을 가열하는 교차-교환기를 포함할 수 있고, 여기서 혼합물은 에탄을 포함하는 공급물을 제공하기 위한 에탄 가스에 첨가된 재순환수를 포함하고, 재순환수는 아세트산 스크러버로부터의 바닥 스트림의 적어도 일부를 포함한다. 에틸렌 생산 시스템은 공급물 열 교환기의 하류 유출물을 사용하여 혼합물을 가열하는 교차-교환기를 포함할 수 있고, 여기서 혼합물은 에탄을 포함하는 공급물을 제공하기 위해 산소 가스에 첨가된 재순환수를 포함하고, 재순환수는 아세트산 스크러버로부터 바닥 스트림의 적어도 일부를 포함한다. 언급한 바와 같이, 시스템은 유출물을 가스 및 원료 아세트산으로 분리하는 용기를 가질 수 있다. 용기는 가스로부터 아세트산과 물을 분리하여 에틸렌, 에탄, 이산화탄소, 및 일산화탄소를 포함하는 공정 가스를 제공하는 아세트산 스크러버일 수 있고, 여기서 아세트산 스크러버는 켄칭 섹션을 갖는다.
에틸렌 생산 시스템은 공급물 열 교환기의 하류 유출물을 냉각하는 열 교환기를 포함할 수 있고, 여기서 용기는 플래시 드럼이다. 열 교환기는 냉각 매체로서 냉각수를 활용하는 냉각기 열 교환기일 수 있거나, 또는 열 교환기는 냉각 매체로서 공기를 활용하는 팬 열 교환기를 포함하는 공기 냉각기일 수 있다.
에틸렌 생산 시스템은 추출 컬럼으로부터 배출된 추출물을 유출물을 이용하여 가열하기 위한 교차-교환기를 포함할 수 있고, 여기서 추출물은 아세트산 및 용매를 포함한다. 아세트산 유닛은 추출물을 수용하기 위한 용매 회수 컬럼을 가질 수 있고, 여기서 용매 회수 컬럼은 증류 컬럼이다. 에틸렌 생산 시스템은 추출기 컬럼으로부터 배출된 추출물을 가열하기 위해, 켄치 용기로부터 배출된 켄치수를 수용하는 교차-교환기를 가질 수 있고, 여기서 추출물은 아세트산, 용매, 및 물을 포함하고, 추출물은 물보다 용매를 더 많이 포함한다.
또 다른 실시양태는 ODH 반응기에서 ODH 촉매를 통해 에탄을 에틸렌으로 탈수소화하는 단계, 및 ODH 반응기로부터 유출물을 배출시키는 단계를 포함하는 에틸렌 생산 방법이며, 여기서 유출물은 에틸렌, 물, 아세트산, 이산화탄소, 일산화탄소, 및 미반응 에탄을 포함한다. 방법은 유출물 내 아세트산 및 물을 응축시켜 유출물을 원료 아세트산 및 가스로 분리하는 단계를 포함하고, 원료 아세트산은 응축된 아세트산 및 응축된 물을 포함하고, 가스는 에틸렌, 이산화탄소, 일산화탄소, 및 미반응 에탄을 포함한다. 방법은 원료 아세트산을 처리하여 아세트산 생성물을 제공하는 단계, 및 가스를 처리하여 에틸렌 생성물을 포함하는 공정 가스를 제공하는 단계를 포함한다. 방법은 유출물로부터의 물을 재순환수로서 회수하는 단계, 재순환수를 ODH 반응기로 가는 에탄을 포함하는 공급물에 첨가하는 단계, 공급물을 유출물을 이용하여 가열하는 단계, 및 공급물에 산소를 첨가하는 단계를 포함한다. 방법은 유출물로부터의 열을 제공하여 원료 아세트산을 처리하는 단계를 포함할 수 있다.
공정 가스를 제공하기 위한 가스의 처리는 원료 아세트산을 처리하기 위해 열을 제공할 수 있다. 구현예에서, 가스의 처리는 에탄을 포함하는 공급물을 위해 제공된 에탄을 가열한다. 방법은 유출물을 이용하여 재순환수를 가열하고, 이로써 유출물을 냉각하는 것을 포함할 수 있다(이에 따라 유출물 내 물 및 아세트산을 응축시키는 냉각 부하에 기여한다). 구현예에서, 공정 가스를 제공하는 가스의 처리는 재순환수를 가열한다. 방법은 유출물을 이용하여 에탄 및 재순환수를 포함하는 공급물을 가열하고, 이로써 유출물을 냉각시키는 것을 포함할 수 있다(이에 따라, 유출물 중 물 및 아세트산을 응축시키는 냉각 부하에 기여한다). 방법은 공급물을 위해 제공된 에탄을 유출물을 이용하여 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 유출물을 시용하여 산소를 가열하는 단계를 포함할 수 있다.
원료 아세트산의 처리는 물을 재순환수로서 회수하는 단계를 포함할 수 있다. 즉, 원료 아세트산의 처리는 유출물로부터의 물을 재순환수로서 회수하는 작용을 제공할 수 있다. 더욱이, 아세트산 생성물을 제공하는 원료 아세트산의 처리 및 공정 가스를 제공하는 가스의 처리는 함께 유출물로부터의 물을 재순환수로서 회수하기 위해 제공할 수 있다.
다수의 구현예가 기술되었다. 그럼에도 불구하고, 다양한 수정이 본 개시내용의 사상 및 범위에서 벗어남이 없이 이루어질 수 있음이 이해될 것이다.
본 발명은 산화적 탈수소화에 의한 에틸렌 생산 방법 및 시스템에 관한 것이다.
Claims (55)
- 에틸렌을 생산하는 방법으로서,
ODH 반응기에서 산소 존재 하에 산화적 탈수소화(ODH) 촉매를 통해 에탄을 에틸렌으로 탈수소화시켜 상기 ODH 반응기에서 아세트산을 형성시키는 단계;
상기 ODH 반응기로부터 에틸렌, 아세트산 및 물을 포함하는 유출물을 증기-발생 열 교환기를 통해 배출시켜, 상기 유출물로부터의 열을 이용하여 증기를 발생시키고, 이로써 상기 유출물을 냉각시키는 단계;
상기 증기-발생 열 교환기로부터의 상기 유출물을 공급물 열 교환기를 통해 유동시켜 상기 ODH 반응기를 위한 에탄 포함 공급물을 상기 유출물을 이용하여 가열하고, 이로써 상기 유출물을 냉각시키는 단계;
상기 유출물로부터의 아세트산을 아세트산 생성물로서 회수하는 단계; 및
상기 유출물로부터 에틸렌을 포함하는 공정 가스를 추가 처리하기 위해 이송시켜 에틸렌 생성물을 제공하는 단계
를 포함하는 방법. - 제1항에 있어서, 상기 공급물 열 교환기 하류의 유출물을 추가로 냉각시켜 상기 유출물 내의 물을 응축시키는 단계를 포함하는 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 공급물 열 교환기 하류의 유출물을 추가로 냉각시키는 단계는 냉각기 열 교환기 또는 공기 냉각기 중 적어도 하나로 상기 유출물을 냉각시키는 단계를 포함하고, 상기 냉각기 열 교환기는 냉각 매체로서 냉각수를 활용하며, 상기 공기 냉각기는 냉각 매체로서 공기를 활용하는 팬 열 교환기를 포함하는 것인, 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 공급물 열 교환기 하류의 유출물을 추가로 냉각시키는 단계는 켄치 탑에서 또는 켄칭 섹션을 갖는 산 스크러버에서 상기 유출물을 냉각하는 것을 포함하는, 방법.
- 제2항에 있어서, 추가로 냉각되고 응축된 물을 갖는 상기 유출물을 원료 아세트산 및 가스로 분리하는 단계를 포함하고, 상기 가스는 에틸렌, 물, 아세트산, 에탄, 이산화탄소, 및 일산화탄소를 포함하고, 상기 원료 아세트산은 아세트산 및 물을 포함하는 것인, 방법.
- 제5항에 있어서, 상기 공급물 열 교환기 하류의 상기 유출물을 추가로 냉각하는 단계, 및 추가로 냉각된 상기 유출물을 가스 및 원료 아세트산으로 분리하는 단계가 상기 유출물을 켄치 탑에서 또는 켄칭 섹션을 갖는 아세트산 스크러버에서 처리하는 단계를 포함하고, 상기 방법은 상기 켄치탑의 바닥 부분으로부터 또는 상기 켄칭 섹션을 갖는 상기 아세트산 스크러버의 바닥 부분으로부터 원료 아세트산을 배출시키는 단계를 포함하는, 방법.
- 제5항에 있어서, 상기 공급물 열 교환기의 하류 유출물을 추가로 냉각시키는 단계가 열 교환기에서 상기 유출물을 냉각시키는 것을 포함하고, 상기 유출물을 분리하는 단계는 상기 유출물을 플래시 드럼에서 상기 가스 및 상기 원료 아세트산으로 분리하는 것을 포함하고, 상기 방법은 상기 플래시 드럼으로부터 오버헤드로 상기 가스를 배출시키는 단계 및 상기 플래시 드럼의 바닥 부분으로부터 상기 원료 아세트산을 배출시키는 단계를 포함하는 방법.
- 제5항에 있어서, 상기 가스로부터 물 및 아세트산을 제거하여 상기 에틸렌, 에탄, 이산화탄소 및 일산화탄소를 포함하는 상기 공정 가스를 제공하는 단계를 포함하며, 상기 공정 가스는 50 ppmv(parts per million volume) 미만의 아세트산 및 5 몰% 미만의 수증기를 포함하는 것인, 방법.
- 제8항에 있어서, 에탄을 포함하는 상기 공급물을 물로 포화시키기 위해 상기 가스로부터 제거된 물 및 아세트산을 재순환수로서 제공하는 단계를 포함하는 방법.
- 제9항에 있어서, 가열 매체로서 유출물을 이용하여 교차-교환기에서 상기 재순환수의 적어도 일부를 가열하는 단계를 포함하는 방법.
- 제9항에 있어서, 상기 재순환수의 적어도 일부를 산소 가스와 조합하여 혼합물을 제공하는 단계;
가열 매체로서 유출물을 이용하여 교차-교환기에서 상기 혼합물을 가열하는 단계; 및
가열된 혼합물을 상기 에탄을 포함하는 상기 공급물에 첨가하는 단계
를 포함하는 방법. - 제8항에 있어서, 추가 처리를 위해 상기 공정 가스를 이송시키는 단계는 상기 공정 가스를 공정 가스 압축기로 이송시키는 것을 포함하는, 방법.
- 제5항에 있어서, 액체-액체 추출 컬럼인 추출기 컬럼을 포함하는 아세트산 유닛에 상기 원료 아세트산을 제공하는 단계를 포함하고, 여기서 상기 유출물로부터의 아세트산을 아세트산 생성물로서 회수하는 것이 상기 아세트산 유닛에서 상기 원료 아세트산을 처리하는 것을 포함하는, 방법.
- 제13항에 있어서, 상기 아세트산 유닛에서 상기 원료 아세트산을 처리하는 것이,
상기 원료 아세트산 및 용매를 상기 추출기 컬럼에 제공하는 단계;
상기 추출기 컬럼으로부터 오버헤드로 추출물을 배출시키는 단계로서, 여기서 상기 추출물은 주로 아세트산을 포함하고, 상기 용매 및 물을 추가로 포함하며, 상기 추출물은 물보다 용매를 더 많이 포함하는 것인, 단계; 및
가열 매체를 이용하여 교차-교환기에서 상기 추출물을 가열하는 단계로서, 상기 가열 매체는 공급물 열 교환기 하류의 유출물을 포함하거나, 또는 상기 가열 매체는 켄치수를 포함하는 것인, 방법. - 제13항에 있어서, 상기 아세트산 유닛으로부터 적어도 99 중량%(wt%)의 아세트산을 포함하는 상기 아세트산 생성물을 배출시키는 단계를 포함하며, 여기서 상기 원료 아세트산은 0.3 wt% 내지 45 wt% 범위의 아세트산 농도를 포함하고, 상기 아세트산 유닛은 증류 컬럼인 용매 회수 컬럼을 포함하는 것인, 방법.
- 에틸렌을 생산하는 방법으로서,
산화적 탈수소화(ODH) 반응기에서 산소의 존재 하에 ODH 촉매를 통해 에탄을 에틸렌으로 탈수소화시켜 상기 ODH 반응기에서 아세트산을 형성시키는 단계;
상기 ODH 반응기로부터 에틸렌, 아세트산, 물, 일산화탄소 및 이산화탄소를 포함하는 유출물을 증기-발생 열 교환기를 통해 배출시켜 증기를 발생시키는 단계로서, 상기 증기-발생 열 교환기는 상기 유출물로부터의 열을 물로 전달하여 상기 증기를 발생시키고, 이로써 상기 유출물을 냉각시키는 것인, 단계;
상기 유출물을 상기 증기-발생 열 교환기로부터 공급물 열 교환기를 통해 유동시켜 상기 ODH 반응기를 위한 공급물을 상기 유출물을 이용하여 가열하는 단계로서, 상기 공급물 열 교환기는 상기 유출물로부터 상기 공급물로 열을 전달하여, 상기 유출물을 냉각시키는 것인, 단계;
상기 공급물 열 교환기 하류의 상기 유출물을 냉각시켜, 상기 유출물 내의 물을 응축시키는 단계; 및
상기 유출물로부터의 에틸렌을 포함하는 공정 가스를 추가 처리를 위한 공정 가스 압축기로 이송시켜 에틸렌 생성물을 제공하는 단계
를 포함하는 방법. - 제16항에 있어서, 상기 공급물 열 교환기 하류의 상기 유출물을 냉각시키는 단계는 냉각기 열 교환기 또는 공기 냉각기 중 적어도 하나로 상기 유출물을 냉각시키는 것을 포함하고, 상기 냉각기 열 교환기는 냉각 매체로서 냉각수를 활용하고, 상기 공기 냉각기는 냉각 매체로서 공기를 활용하는 팬 열 교환기를 포함하는 것인, 방법.
- 제17항에 있어서,
상기 응축수를 갖는 상기 유출물을 플래시 드럼으로 제공하는 단계; 및
상기 플래시 드럼에서 상기 유출물을 가스 및 원료 아세트산으로 분리하는 단계로서, 상기 가스는 에틸렌, 물, 아세트산, 에탄, 이산화탄소, 및 일산화탄소를 포함하고, 상기 원료 아세트산은 아세트산 및 물을 포함하는 것인, 방법. - 제18항에 있어서,
상기 플래시 드럼의 바닥 부분으로부터의 원료 아세트산을, 액체-액체 추출 컬럼인 추출기 컬럼과 증류 컬럼인 용매 회수 컬럼을 포함하는 아세트산 유닛으로 배출시키는 단계; 및
상기 아세트산 유닛 내의 상기 원료 아세트산을 처리하여 아세트산 생성물을 제공하는 단계
를 포함하는 방법. - 제18항에 있어서,
상기 플래시 드럼으로부터 오버헤드로 상기 가스를 배출시키는 단계; 및
상기 가스로부터 물 및 아세트산을 제거하여 에틸렌, 에탄, 이산화탄소, 및 일산화탄소를 포함하는 상기 공정 가스를 제공하는 단계로서, 상기 공정 가스가 50 ppmv 미만의 아세트산 및 5 몰% 미만의 수증기를 포함하는, 단계
를 포함하는 방법. - 제16항에 있어서, 상기 공급물 열 교환기 하류의 상기 유출물을 냉각시켜 상기 유출물 내의 물을 응축시키는 단계는 켄치 용기에서 상기 유출물을 냉각시키는 것을 포함하는, 방법.
- 제21항에 있어서, 상기 켄치 용기에서 상기 유출물을 가스 및 원료 아세트산으로 분리하는 단계를 포함하며, 여기서 상기 가스는 에틸렌, 물, 아세트산, 에탄, 이산화탄소 및 일산화탄소를 포함하고, 상기 원료 아세트산은 아세트산 및 물을 포함하는 것인, 방법.
- 제22항에 있어서, 상기 켄치 용기의 바닥 부분으로부터의 상기 원료 아세트산을 액체-액체 추출 컬럼인 추출기 컬럼을 포함하는 아세트산 유닛으로 배출시키는 단계; 및
상기 아세트산 유닛 내의 상기 원료 아세트산을 처리하여 아세트산 생성물을 제공하는 단계
를 포함하는 방법. - 제22항에 있어서,
상기 켄치 용기로부터 오버헤드로 가스를 배출시키는 단계로서, 상기 가스가 에틸렌, 물, 아세트산, 에탄, 이산화탄소, 및 일산화탄소를 포함하고, 상기 켄치 용기가 켄치 탑을 포함하는 것인, 단계; 및
상기 가스로부터 물 및 아세트산을 제거하여 에틸렌, 에탄, 이산화탄소 및 일산화탄소를 포함하는 상기 공정 가스를 제공하는 단계로서, 상기 공정 가스는 50 ppmv 미만의 아세트산 및 5 몰% 미만의 수증기를 포함하는 것인, 단계
를 포함하는 방법. - 제22항에 있어서, 상기 가스로부터 아세트산 및 물을 제거하여 상기 공정 가스를 제공하는 단계, 및 상기 공정 가스를 상기 켄치 용기로부터 오버헤드로 배출시키는 단계를 포함하며, 상기 켄치 용기는 켄칭 섹션을 갖는 아세트산 스크러버를 포함하는 것인, 방법.
- 에틸렌을 생산하는 방법으로서,
ODH 반응기에서 산소의 존재 하에 산화적 탈수소화(ODH) 촉매를 통해 에탄을 에틸렌으로 탈수소화시켜, 상기 ODH 반응기에서 아세트산을 형성시키는 단계;
에틸렌, 아세트산, 물, 일산화탄소, 이산화탄소 및 미반응 에탄을 포함하는 유출물을 상기 ODH 반응기로부터 증기-발생 열 교환기를 통해 배출시켜 증기를 발생시키고 공급물 열 교환기를 통해 배출시켜 상기 ODH 반응기를 위한 에탄 포함 공급물을 가열하는 단계;
용기 내의 상기 유출물을 가스 및 원료 아세트산으로 분리하는 단계로서, 상기 가스는 에틸렌, 물, 아세트산, 에탄, 이산화탄소, 및 일산화탄소를 포함하고, 상기 원료 아세트산은 아세트산 및 물을 포함하는 것인, 단계;
상기 가스로부터 아세트산 및 물을 제거하여 에틸렌, 에탄, 이산화탄소, 및 일산화탄소를 포함하는 공정 가스를 제공하고, 상기 공정 가스를 추가 처리를 위해 공정 가스 압축기로 이송시켜 에틸렌 생성물을 제공하는 단계로서, 상기 공정 가스는 50 ppmv(부피 기준 백만분의 부) 미만의 아세트산을 포함하는 것인, 단계; 및
상기 원료 아세트산을 상기 용기의 바닥 부분으로부터 아세트산 유닛으로 배출시켜 상기 원료 아세트산으로부터 아세트산 생성물을 회수하는 단계로서, 상기 아세트산 유닛은 추출기 컬럼을 포함하는 것인, 단계
를 포함하는 방법. - 제26항에 있어서, 상기 유출물을 냉각기 열 교환기 또는 공기 냉각기 중 적어도 하나로 냉각시키는 단계를 포함하며, 여기서 상기 냉각기 열 교환기는 냉각 매체로서 냉각수를 활용하고, 상기 공기 냉각기는 냉각 매체로서 공기를 활용하는 팬 열 교환기를 포함하며, 상기 공정 가스는 5 몰% 미만의 수증기를 포함하는 것인, 방법.
- 제26항에 있어서, 상기 용기로부터 오버헤드로 상기 가스를 배출시키는 단계를 포함하며, 상기 용기는 플래시 드럼 또는 켄치 탑을 포함하는 것인, 방법.
- 제26항에 있어서, 상기 가스로부터 아세트산 및 물을 제거하는 단계가 상기 용기에서 일어나고, 상기 용기는 켄치 섹션을 갖는 아세트산 스크러버를 포함하는 것인, 방법.
- 에틸렌 생산 시스템으로서,
에탄을 에틸렌으로 탈수소화하고 아세트산을 발생시키기 위한 ODH 촉매를 포함하는 산화적 탈수소화(ODH) 반응기;
상기 ODH 반응기로부터의 유출물을 수용하여 상기 유출물로부터의 열을 이용하여 증기를 발생시키는, 증기-발생 열 교환기;
상기 증기-발생 열 교환기로부터의 유출물을 수용하여 상기 ODH 반응기를 위한 에탄 포함 공급물을 상기 유출물을 이용하여 가열하는 공급물 열 교환기;
상기 유출물을 가스 및 원료 아세트산으로 분리하는 용기로서, 상기 가스는 에틸렌, 물, 아세트산, 에탄, 이산화탄소, 및 일산화탄소를 포함하고, 상기 원료 아세트산은 아세트산 및 물을 포함하는 것인 용기; 및
상기 원료 아세트산을 처리하여 아세트산 생성물을 제공하는 아세트산 유닛으로서, 액체-액체 추출 컬럼인 추출기 컬럼을 포함하는, 아세트산 유닛
을 포함하는 에틸렌 생산 시스템. - 제30항에 있어서, 상기 가스로부터 아세트산 및 물을 제거하여 에틸렌, 에탄, 이산화탄소, 및 일산화탄소를 포함하는 공정 가스를 제공하는 아세트산 스크러버를 포함하며, 상기 공정 가스는 50 ppmv 미만의 아세트산 및 5 몰% 미만의 수증기를 포함하며, 상기 용기는 플래시 드럼 또는 켄치탑을 포함하는 것인, 시스템.
- 제31항에 있어서, 에틸렌 생성물을 제공하도록 추가 처리하기 위한 공정 가스를 수용하는 공정 가스 압축기를 포함하는 시스템.
- 제31항에 있어서, 상기 아세트산 스크러버는 켄칭 섹션을 포함하는 시스템.
- 제31항에 있어서, 상기 아세트산 스크러버로부터 바닥 스트림의 적어도 일부를, 상기 에탄 포함 공급물을 위해 에탄을 물로 포화시키는 재순환수로서 수용하는 에탄 포화탑을 포함하는, 시스템.
- 제31항에 있어서, 상기 아세트산 스크러버로부터의 바닥 스트림의 적어도 일부를 재순환수로서 수용하여 상기 재순환수를 가열하기 위한 교차-교환기를 포함하며, 상기 재순환수는 에탄 포화탑용인, 시스템.
- 제31항에 있어서, 상기 공급물 열 교환기 하류의 유출물을 이용하여 혼합물을 가열하는 교차-교환기를 포함하며, 상기 혼합물은 에탄을 포함하는 공급물을 제공하기 위해 에탄 가스에 첨가된 재순환수를 포함하고, 상기 재순환수는 상기 아세트산 스크러버로부터의 바닥 스트림의 적어도 일부를 포함하는 것인, 시스템.
- 제31항에 있어서, 상기 공급물 열 교환기 하류의 유출물을 이용하여 혼합물을 가열하는 교차-교환기를 포함하며, 상기 혼합물은 에탄을 포함하는 공급물을 제공하기 위해 산소 가스에 첨가된 재순환수를 포함하고, 상기 재순환수는 상기 아세트산 스크러버로부터의 바닥 스트림의 적어도 일부를 포함하는 것인, 시스템.
- 제30항에 있어서, 상기 용기는 상기 가스로부터 아세트산 및 물을 분리하여 에틸렌, 에탄, 이산화탄소 및 일산화탄소를 포함하는 공정 가스를 제공하는 아세트산 스크러버를 포함하고, 상기 아세트산 스크러버는 켄칭 섹션을 포함하는 것인, 시스템.
- 제38항에 있어서, 상기 공정 가스는 50 ppmv 미만의 아세트산 및 5 몰% 미만의 수증기를 포함하는 것인, 시스템.
- 제30항에 있어서, 상기 공급물 열 교환기 하류의 유출물을 냉각시키는 열 교환기를 포함하며, 상기 용기는 플래시 드럼을 포함하는 것인, 시스템.
- 제40항에 있어서, 상기 열 교환기는 냉각 매체로서 냉각수를 활용하는 냉각기 열 교환기를 포함하거나, 또는 상기 열 교환기는 냉각 매체로서 공기를 활용하는 팬 열 교환기를 포함하는 공기 냉각기를 포함하는 것인, 시스템.
- 제30항에 있어서, 상기 추출기 컬럼으로부터 배출된 추출물을 상기 유출물을 이용하여 가열하는 교차-교환기를 포함하고, 상기 추출물은 아세트산 및 용매를 포함하는 것인, 시스템.
- 제42항에 있어서, 상기 아세트산 유닛은 상기 추출물을 수용하는 용매 회수 컬럼을 포함하고, 상기 용매 회수 컬럼은 증류 컬럼인, 시스템.
- 제30항에 있어서, 켄치 용기로부터 배출된 켄치수를 수용하여 상기 추출기 컬럼으로부터 배출된 추출물을 가열하는 교차-교환기를 포함하고, 상기 추출물은 아세트산, 용매, 및 물을 포함하고, 상기 추출물은 물보다 더 많은 용매를 포함하는 것인, 시스템.
- 에틸렌을 생산하는 방법으로서,
ODH 반응기에서 산화적 탈수소화(ODH) 촉매를 통해 에탄을 에틸렌으로 탈수소화시키는 단계;
ODH 반응기로부터 에틸렌, 물, 아세트산, 이산화탄소, 일산화탄소, 및 미반응 에탄을 포함하는 유출물을 배출시키는 단계;
상기 유출물 중의 아세트산 및 물을 응축시켜 상기 유출물을 원료 아세트산 및 가스로 분리하는 단계로서, 상기 원료 아세트산은 응축된 아세트산 및 응축된 물을 포함하고, 상기 가스는 에틸렌, 이산화탄소, 일산화탄소 및 미반응 에탄을 포함하는 것인 단계;
상기 원료 아세트산을 처리하여 아세트산 생성물을 제공하는 단계;
상기 가스를 처리하여 에틸렌 생성물을 포함하는 공정 가스를 제공하는 단계;
상기 유출물로부터의 물을 재순환수로서 회수하는 단계;
상기 재순환수를 ODH 반응기로 가는 에탄을 포함하는 공급물에 첨가하는 단계;
상기 유출물을 이용하여 상기 공급물을 가열하여 상기 유출물을 냉각시키는 단계; 및
상기 공급물에 산소를 첨가하는 단계
를 포함하는 방법. - 제45항에 있어서, 상기 유출물로부터의 열을 상기 원료 아세트산을 처리하는 데 제공하여, 상기 유출물을 냉각시키는 단계를 포함하는 방법.
- 제45항에 있어서, 상기 공정 가스를 제공하기 위해 상기 가스를 처리하는 단계는 상기 원료 아세트산을 처리하기 위해 열을 제공하는 것인, 방법.
- 제45항에 있어서, 상기 가스를 처리하는 단계는 에탄을 포함하는 공급물로 제공된 상기 에탄을 가열하는 것인, 방법.
- 제45항에 있어서, 상기 재순환수를 상기 유출물을 이용하여 가열하여 상기 유출물을 냉각시키는 것을 포함하는, 방법.
- 제45항에 있어서, 상기 공정 가스를 제공하기 위해 상기 가스를 처리하는 단계가 상기 재순환수를 가열하는 것인, 방법.
- 제45항에 있어서, 상기 에탄 및 상기 재순환수를 포함하는 공급물을 상기 유출물을 이용하여 가열하여 상기 유출물을 냉각시키는 단계를 포함하는, 방법.
- 제45항에 있어서, 상기 공급물에 제공된 상기 에탄을 상기 유출물을 이용하여 가열하는 것을 포함하는, 방법.
- 제45항에 있어서, 상기 유출물을 이용하여 상기 산소를 가열하는 것을 포함하는 방법.
- 제45항에 있어서, 상기 원료 아세트산을 처리하는 것이 상기 회수한 물을 재순환수로서 포함하는 것인, 방법.
- 제45항에 있어서, 상기 원료 아세트산을 처리하여 아세트산 생성물을 제공하고, 상기 가스를 처리하여 상기 공정 가스를 제공하는 것이 상기 유출물로부터 회수한 물을 재순환수로서 제공하는 것인, 방법.
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