KR20240005739A - Ao 프로세스에 대해 최적화된 증기 네트워크 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 안트라퀴논 프로세스를 사용하여 과산화수소를 제조하기 위한 프로세스 및 설비에 관한 것으로, 여기서 적어도 하나의 증기 터빈은 적어도 하나의 회전 장비를 구동하고 수성 과산화수소 추출물을 농축하기 위해 - 0.8 barg 내지 3 barg의 압력 범위와 60 내지 185 ℃의 온도 범위 갖는 증기 흐름을 증류 유닛에 사용되는 증발기에 제공한다.
Description
본 발명은 안트라퀴논(anthraquinone) 프로세스를 사용하여 과산화수소를 제조하기 위한 프로세스 및 설비에 관한 것으로, 여기서 적어도 하나의 증기 터빈은 적어도 하나의 회전 장비를 구동하고 수성 과산화수소 추출물을 농축하기 위한 증류 유닛에서 사용되는 증발기에 - 0.8 barg 내지 3 barg의 압력 범위 및 60 내지 185 ℃의 온도 범위를 갖는 증기 흐름을 제공한다.
산업적 규모로 과산화수소를 생산하기 위해 가장 많이 사용되는 프로세스는 안트라퀴논 공정(AO(anthraquinone) 프로세스)이며, 이는 알킬안트라퀴논 또는 알킬테트라히드로안트라퀴논의 작업 용액을 수불혼화성(water immiscible) 용매에서 수소화하고, 수소화된 용액을 분자 산소(O2)로, 일반적으로 공기로 산화시킴으로써 과산화수소를 생성한다. 그 후, 과산화수소는 작업 용액으로부터 물로 추출되고, 작업 용액은 과산화수소 생성에 재사용된다. 안트라퀴논 프로세스의 개요는 Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 온라인 에디션, Vol. A18, 페이지 397-409, DOI 0.1002/14356007.a13_443.pub2, 특히 페이지 401의 도 5에서 제공된다.
획득된 수성 과산화수소 추출물의 농도는 일반적으로 증류 유닛에 의해 달성된다. 증류 유닛은 수성 과산화수소 추출물을 기화시키기 위해 열과 같은 엄청난 양의 에너지를 필요로 한다. 열은 일반적으로 증기 생성기에서 생성된 증기에 의해 제공된다. 또한, 과산화수소 생산을 위한 안트라퀴논 프로세스에 사용되는 공급 펌프 및 압축기는 막대한 양의 에너지, 특히 환경 친화적이지 않은 전기 에너지를 추가로 필요로 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 CO2 방출을 감소시키고 에너지를 덜 소비하는 안트라퀴논 프로세스에서 과산화수소를 생산하기 위한 새로운 프로세스 및 설비를 제공하는 것이다.
본 발명은 안트라퀴논 프로세스에서 과산화수소를 생산하기 위해 새롭고 진보적인 프로세스뿐만 아니라 설비를 제공한다. 안트라퀴논 프로세스의 증류 유닛에서 증발기에 필요한 증기 압력을 제공하기 위해 적어도 하나의 증기 터빈이 사용된다. 동시에 적어도 하나의 증기 터빈은 압축기 또는 공급 펌프와 같은 안트라퀴논 프로세스에 사용되는 적어도 하나의 회전 장비를 구동한다. 따라서, 새로운 프로세스 및 설비는 안트라퀴논 프로세스에 대한 총 전기 입력을 감소시키고 더 적은 CO2 방출로 이어진다. 또한, 더 넓은 동작 범위에서 적어도 하나의 증기 터빈을 사용함으로써, 적어도 하나의 증기 터빈에 의해 획득되는 낮은 압력과 낮은 온도는 과산화수소의 더 적은 분해로 이어진다.
특히, 위에 언급한 목적은 특히 본 설명에서 정의되는 설비에서 수행되는 과산화수소, 바람직하게는 순환 작업 유체를 제조하기 위한 프로세스에 의해 달성될 수 있으며, 프로세스는 (a) 작업 용액을 수소화하는 단계로서, 상기 작업 용액은 알킬안트라퀴논, 알킬테트라히드로안트라퀴논 또는 둘 모두를 포함하고, 수소화기(110)에서 상기 작업 용액을 압축 수소와 접촉시켜 알킬안트라히드로퀴논, 알킬테트라히드로안트라히드로퀴논 또는 둘 모두를 포함하는 수소화된 작업 용액을 제공하는, 상기 수소화하는 단계, (b) 과산화수소 및 알킬안트라퀴논, 알킬테트라히드로안트라퀴논 또는 둘 모두를 포함하는 산화된 작업 용액을 제공하기 위해 산화 반응기(111)에서 단계 a)에서 획득된 상기 수소화된 작업 용액을 압축 공기 또는 압축 농축 산소 함유 공기와 같은 압축 산소 함유 가스로 산화시키는 단계, (c) 수성 과산화수소 추출물을 제공하기 위해 단계 b)에서 획득된 산화된 작업 용액으로부터 과산화수소를 추출하는 단계, 및 (d) 증발기(113) 및 증류탑(114)을 포함하는 적어도 하나의 증류 유닛(103)에서 단계 c)에서 획득된 수성 과산화수소 추출물을 농축하는 단계로서, 상기 증류탑(114)은 농축된 과산화수소 수용액을 제공하기 위해 상기 증발기(113)로부터 증기를 수용하는, 상기 농축하는 단계를 포함하고, 적어도 하나의 증기 터빈(120, 121, 122, 123)이 적어도 하나의 회전 장비(125, 126, 127, 128, 117a-d)를 구동하고, 적어도 하나의 증기 터빈(120, 121, 122, 123)은 - 0.8 barg 내지 3 barg의 압력 범위와 60 내지 185 ℃의 온도 범위를 갖는 증기 흐름을 증발기(113)에 제공하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 또한 안트라퀴논 프로세스, 특히 본 설명에서 정의되는 프로세스에 의해 과산화수소를 생산하기 위한 설비에 관한 것으로, 알킬안트라퀴논, 알킬테트라히드로안트라퀴논 또는 둘 모두를 포함하는 작업 유체, 바람직하게는 순환 작업 유체, 수소화된 작업 용액을 제공하기 위해 작업 용액을 수소화하기 위한 수소화기(110), 산소 함유 가스로 수소화된 작업 용액을 산화시키기 위한 산화기로서, 상기 산화기는 산화된 작업 용액을 제공하기 위해 산화 반응기(111) 및 압축된 상기 산소 함유 가스를 산화 반응기(111)로 도입하기 위한 가스 압축기(127)를 포함하는, 상기 산화기, 수성 과산화수소 추출물을 제공하기 위해 산화된 작업 용액으로부터 과산화수소를 추출하기 위한 추출기(112) 및 농축 과산화수소 용액을 제공하기 위해 수성 과산화수소 추출물을 농축하기 위한 증류 유닛(103)으로서, 상기 증류 유닛(103)은 증류탑(114) 및 증발기(113)를 포함하는, 상기 증류 유닛(103)을 포함하고, 설비는 적어도 하나의 증기 터빈(120, 121, 122, 123)을 포함하는 것을 특징으로 하고, 증기 터빈(120, 121, 122, 123)은 증기를 받을 수 있고, 적어도 하나의 회전 장비(125, 126, 127, 128, 117a-d)가 적어도 하나의 증기 터빈(120, 121, 122, 123)에 의해 구동 가능하며, 증기 터빈(120, 121, 122, 123)의 증기 출구는 증발기(113)의 증기 입구에 도관(141)으로 연결된다.
본 발명의 프로세스 또는 설비의 구체적이거나 바람직한 변형은 종속 청구항 및 양태에 제시되어 있다. 본 발명은 또한 안트라퀴논 프로세스, 특히 본 설명에서 정의되는 프로세스에 의해 과산화수소를 생산하기 위한 프로세스에서 적어도 하나의 회전 장비를 구동하는 적어도 하나의 증기 터빈의 용도에 관한 것이며, 적어도 하나의 증기 터빈은 농축 과산화수소 수용액을 획득하기 위해 증발기(113)를 포함하는 적어도 하나의 증류 유닛(103)에서 수성 과산화수소 추출물을 농축하기 위해 증발기(113)에 - 0.8 barg 내지 3 barg의 압력 범위 및 60 내지 185 ℃의 온도 범위를 갖는 증기 흐름을 제공한다.
본 발명의 이들 및 다른 선택적인 특징 및 이점은 다음의 설명, 양태 및 도면에서 더욱 상세히 설명된다.
도 1(FIG. 1)은 과산화수소를 제조하기 위한 프로세스 및 설비를 도시한다.
안트라퀴논 프로세스를 사용하여 과산화수소를 제조하기 위한 프로세스는 (a) 작업 용액을 수소화하는 단계를 포함하고, 상기 작업 용액은 알킬안트라퀴논, 알킬테트라히드로안트라퀴논 또는 둘 모두를 포함하고, 수소화기에서 상기 작업 용액을 압축 수소와 접촉시켜 알킬안트라히드로퀴논, 알킬테트라히드로안트라히드로퀴논 또는 둘 모두를 포함하는 수소화된 작업 용액을 제공한다.
본 발명의 프로세스의 단계 a)에서, 알킬안트라퀴논, 알킬테트라히드로안트라퀴논 또는 둘 모두를 함유하는 작업 용액은 수소화 반응기(또는 수소화기)에서 수소로 수소화되어 알킬안트라히드로퀴논, 알킬테트라히드로안트라히드로퀴논 또는 둘 모두를 포함하는 수소화된 작업 용액을 제공한다. 작업 용액은 바람직하게는 하나 이상의 2-알킬안트라퀴논, 2-알킬테트라히드로안트라퀴논, 또는 이하 퀴논으로 지칭되는 2-알킬안트라퀴논과 2-알킬테트라히드로안트라퀴논 모두의 혼합물을 포함한다. 2-알킬안트라퀴논은 바람직하게는 2-에틸안트라퀴논(EAQ), 2-아밀안트라퀴논(AAQ) 또는 2-(4-메틸펜틸)-안트라퀴논(IHAQ)이고, 더욱 바람직하게는 EAQ와 AAQ 및/또는 IHAQ의 혼합물이며, 여기서 에틸 그룹을 갖는 퀴논의 몰분율은 0.05 내지 0.95이다. 작업 용액은 바람직하게는 2-알킬안트라퀴논과 대응하는 2-알킬테트라히드로안트라퀴논을 모두 포함하고, 2-알킬테트라히드로안트라퀴논 플러스(plus) 2-알킬테트라히드로안트라히드로퀴논 대 2-알킬안트라퀴논 플러스 2-알킬안트라히드로퀴논의 비율은 바람직하게는 수소화 단계 및 안트라퀴논 프로세스에 사용되는 재생 단계의 조건을 조정함으로써 1 내지 20의 범위로 유지된다. 작업 용액은 또한 퀴논(들) 및 히드로퀴논(들)을 용해시키기 위한 적어도 하나의 용매를 포함할 수 있다. 작업 용액은 바람직하게는 안트라퀴논용 용매로서 9 또는 10개의 탄소 원자를 갖는 알킬벤젠과 안트라히드로퀴논의 용매로서 디이소부틸카르비놀(DiBC), 메틸시클로헥실아세테이트(MCA), 트리옥틸포스페이트(TOP), 테트라부틸우레아(TBU) 및 N-옥틸카프로락탐으로부터 선택된 하나 이상의 극성 용매의 혼합물을 포함한다. DiBC, MCA, TOP 및 TBU가 바람직하며 TOP가 가장 바람직하다. 작업 용액이 설비 또는 프로세스를 통해 순환하는 것이 바람직하다. 즉, 작업 용액은 과산화수소로부터의 추출 후에 바람직하게는 완충 탱크를 거쳐 작업 용액 펌프에 의해 펌핑되어 수소화기에 재공급되어야 한다.
수소화 단계 a)에서, 퀴논의 전부 또는 일부가 대응하는 히드로퀴논으로 전환된다. 수소화는 통상적으로 이종 수소화 촉매의 존재 하에 수행된다. 안트라퀴논 사이클 프로세스에 대한 종래 기술로부터 알려진 모든 수소화 촉매는 수소화 단계에서 촉매로서 사용될 수 있다. 팔라듐을 주성분으로 함유하는 귀금속 촉매가 바람직하다. 촉매는 고정 베드(bed) 촉매 또는 현탁 촉매로서 사용될 수 있고, 현탁 촉매는 팔라듐 블랙과 같은 비지지 촉매 또는 지지 촉매일 수 있으며, 현탁 지지 촉매가 바람직하다. SiO2, TiO2, Al2O3 및 이들의 혼합 산화물뿐만 아니라 제올라이트, BaSO4 또는 폴리실록산도 고정-베드 촉매 또는 지지 현탁 촉매용 지지 재료로 사용될 수 있으며, Al2O3 및 나트륨 알루미늄 실리케이트가 바람직하다. 표면이 귀금속으로 코팅된 모놀리식 또는 벌집형 몰딩 형태의 촉매도 사용될 수 있다. 수소화는 정적 혼합기 또는 분사 노즐과 같이 작업 용액에 수소 가스를 분배하기 위한 디바이스가 장착될 수 있는 기포탑 반응기, 교반-탱크 반응기, 튜브 반응기, 고정-베드 반응기, 루프 반응기 또는 가스-리프트 반응기에서 수행될 수 있다. 바람직하게는, WO 2010/139728호 및 Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 온라인 에디션, 엔트리 "과산화수소", DOI: 10.1002/14356007.a13_443.pub3, 페이지 13-14 및 도 8에 설명된 바와 같이 탑 바닥에 수소 가스를 재순환 및 주입하는 기포탑이 사용된다. 수소화는 바람직하게는 20 내지 100 ℃, 더욱 바람직하게는 45 내지 75℃의 온도, 그리고 0.1 MPa 내지 1 MPa, 더욱 바람직하게는 0.2 MPa 내지 0.5 MPa의 압력에서 수행된다. 수소화는 바람직하게는 수소화 반응기에 도입되는 대부분의 수소, 바람직하게는 수소의 총 중량에 기초하여 95 중량% 초과, 80 내지 90 중량%, 80 내지 95 중량%와 같이 90 중량% 초과가 반응기를 한 번 통과할 때 소비된다. 수소화 반응기에 공급되는 수소와 작업 용액 사이의 비율은 바람직하게는 퀴논의 30 내지 80%가 대응하는 히드로퀴논으로 전환하도록 선택된다. 2-알킬안트라퀴논과 2-알킬테트라히드로안트라퀴논의 혼합물이 사용되는 경우, 수소와 작업 용액 사이의 비율은 바람직하게는 2-알킬테트라히드로안트라퀴논만이 히드로퀴논으로 전환되고 2-알킬안트라퀴논은 퀴논 형태로 남도록 선택된다.
본 발명 설비의 수소화기는 알킬안트라퀴논, 알킬테트라히드로안트라퀴논 또는 둘 모두를 함유하는 작업 용액을 압축 수소와 같은 수소로 수소화하도록 구성된다. 본 발명의 설비의 수소화기는 알킬안트라퀴논, 알킬테트라히드로안트라퀴논 또는 둘 모두를 포함하는 작업 용액을 수소화하기 위한 선행 기술로부터 알려진 임의의 유형일 수 있다. 수소화기는 현탁 수소화 촉매 또는 고정 베드 수소화 촉매가 사용될 것인지에 따라 수소화 반응을 수행하기 위한 기포탑 반응기, 교반-탱크 반응기, 튜브 반응기, 고정-베드 반응기, 루프 반응기 또는 가스-리프트 반응기를 포함할 수 있다. 수소화기는 바람직하게는 WO 2010/139728호 및 Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 온라인 에디션, 항목 "과산화수소", DOI: 10.1002/14356007.a13_443.pub3, 페이지 13-14 및 도 8로부터 알려진 현탁 촉매와 함께 사용하기 위해 탑 바닥에서의 수소 가스의 재순환 및 주입을 갖는 기포탑을 포함한다. 수소화기는 바람직하게는 작업 용액으로부터 반응열을 제거하기 위한 열 교환기, 바람직하게는 수소화 반응기 내부에 배열된 열 교환기를 포함한다. 현탁 수소화 촉매가 사용되어야 하는 경우, 수소화기는 통상적으로 또한 작업 용액으로부터 촉매를 분리하고 이를 크로스-플로우(cross-flow) 여과 또는 데드-엔드(dead-end) 여과에 의해 동작할 수 있는 필터와 같은 수소화 반응기로 반환하기 위한 분리기를 포함한다. 수소화기는 또한 수소 공급원에 의해 제공되는 압력보다 높은 압력에서 수소화를 수행하기 위한 수소 압축기를 포함할 수 있다. 수소화기는 수소화된 작업 용액으로부터 미반응 수소 가스를 분리하여 이를 수소화 반응기로 재순환시키기 위한 분리기를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 분리기가 존재하는 경우, 수소화기는 바람직하게는 또한 미반응 수소 가스를 재순환시키기 위한 재순환 압축기를 포함한다.
본 발명의 프로세스의 단계 b)에서, 단계 a)에서 획득된 수소화된 작업 용액은 산화 반응기에서 산소 함유 가스로 산화되어 과산화수소 및 알킬안트라퀴논, 알킬테트라히드로안트라퀴논 또는 둘 모두를 포함하는 산화된 작업 용액을 제공한다. 산소 함유 가스는 바람직하게는 공기 또는 산소 농축 공기이다. 안트라퀴논 프로세스에 대한 종래 기술로부터 알려진 모든 산화 반응기가 산화를 위해 사용될 수 있으며, 역류로 동작되는 기포탑이 바람직하다. 기포탑은 내부 디바이스가 없을 수 있지만, 바람직하게는 패킹 또는 체판(sieve plate) 형태의 분배 디바이스를 포함하며, 가장 바람직하게는 내부 냉각기와 결합된 체판을 포함한다. 산화는 바람직하게는 30 내지 70 ℃, 보다 바람직하게는 40 내지 60 ℃의 온도에서 수행된다. 산화는 90% 초과, 바람직하게는 95% 초과의 히드로퀴논을 퀴논 형태로 전환시키기 위해 과량의 산소로 수행되는 것이 바람직하다.
본 발명의 설비의 산화 반응기는 수소화된 작업 용액을 산소 함유 가스로 산화시키도록 구성된다. 산화 반응기는 알킬안트라히드로퀴논, 알킬테트라히드로안트라히드로퀴논 또는 둘 모두를 포함하는 수소화된 작업 용액을 산화시키기 위해 종래 기술로부터 알려진 임의의 유형일 수 있는 산화 반응기를 포함한다. 바람직하게는, 역류로 바람직하게 동작되는 기포탑이 산화 반응기로서 사용된다. 기포탑은 내부 디바이스가 없을 수 있지만, 바람직하게는 패킹 또는 체판 형태의 내부 디바이스를 포함하며, 가장 바람직하게는 내부 열 교환기와 결합된 체판을 포함한다. 산화 반응기는 바람직하게는 산화 반응기를 떠나는 배출-가스에 수반된 액적을 분리하기 위한 디미스터(demister)를 포함한다.
본 발명의 프로세스의 단계 c)에서, 단계 b)에서 획득된 산화된 작업 용액으로부터 과산화수소가 추출되어 과산화수소 추출물의 수용액을 제공한다. 용해된 과산화수소를 함유하는 단계 b)의 산화된 작업 용액이 수성 추출제로 추출되어 과산화수소 수용액 및 (작업 용액과 같은) 본질적으로 과산화수소를 함유하지 않는 추출된 산화된 작업 용액을 제공한다. 과산화수소 안정화, pH 조정 및/또는 부식 보호를 위한 첨가제를 선택적으로 함유할 수 있는 탈이온수가 바람직하게는 과산화수소 추출에 사용한다. 바람직하게는 pH 조정 및 부식 보호를 위해 인산을 첨가된다. 추출은 역류 연속 추출탑에서 수행되는 것이 바람직하며, 체판 탑이 가장 바람직하다. 추출에 의해 획득된 과산화수소 수용액은 또한 작업 용액 성분을 제거하기 위해 바람직하게는 작업 용액에 포함된 용매인 용매로 바람직하게는 세척하여 정제될 수 있다.
추출된 산화된 작업 용액(즉, 작업 용액)은 통상적으로 사이클 안트라퀴논 프로세스를 동작시키기 위한 단계 a)로 재순환된다. 따라서, 단계 (c)에서의 추출은 단계 (c)에서 추출된 작업 용액의 제공 및 알킬안트라퀴논, 알킬테트라히드로안트라퀴논 또는 둘 모두를 포함하는 작업 용액의 바람직하게는 완충 탱크 및 작업 용액 펌프를 통한 수소화기로의 전달을 추가로 포함하며, 수소화기에서 작업 용액은 단계 (a) 단계에 따라 수소화된 작업 용액을 제공하기 위해 수소화된다. 단계 c)의 추출된 작업 용액은 바람직하게는 완충 탱크 및 작업 용액 펌프를 통해 수소화 단계 a)로 재순환되기 전에 건조기에서 건조된다. 추출된 작업 용액의 건조는 바람직하게는 30 내지 110 ℃, 바람직하게는 40 내지 75℃의 온도 및 10 내지 300 mbar, 바람직하게는 20 내지 100 mbar의 압력에서 작업 용액으로부터 물을 증발시킴으로써 수행된다. 이러한 추출된 작업 용액의 감소된 압력에서의 건조는 바람직하게는 WO 03/070632호 8페이지 24행 내지 8페이지 3행에 설명된 바와 같이 수행된다. 과산화수소를 생산하기 위한 유닛은 바람직하게는 추출된 작업 용액을 수소화기로 재순환시키기 전에 추출된 작업 용액의 수분 함량을 감소시키기 위한 건조기를 추가로 포함한다. 안트라퀴논 프로세스의 작업 용액으로부터 물을 제거하는데 적합한 것으로 종래 기술로부터 알려진 임의의 유형의 건조기가 사용될 수 있다. 바람직하게는 건조기는 히터를 포함하고, 히터는 후술하는 바와 같이 중압 증기를 받는다.
본 발명의 설비의 추출탑은 산화된 작업 용액으로부터 과산화수소를 추출하도록 구성된다. 용해된 과산화수소를 함유하는 산화된 작업 용액으로부터 수성 추출제로 과산화수소를 추출하기 위해 종래 기술로부터 알려진 임의의 유형의 추출탑이 사용될 수 있다. 추출탑은 바람직하게는 역류 연속 추출탑이고, 체판탑이 가장 바람직하다. 본 발명의 설비(또는 플랜트)는 작업 용액 성분을 제거함으로써 추출된 과산화수소 수용액을 정제하기 위한 과산화수소 정제 유닛, 바람직하게는 과산화수소 수용액을 용매로 세척하기 위한 유닛을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 프로세스의 단계 d)에서, 단계 c)에서 획득된 수성 과산화수소 추출물이 증발기 및 증류탑을 포함하는 적어도 하나의 증류 유닛에서 농축되고, 상기 증류탑은 상기 증발기로부터 증기를 수용하여, 농축된 과산화수소 수용액을 제공한다.
과산화수소 수용액은 농축된 과산화수소 수용액의 총 중량을 기준으로 과산화수소의 50 내지 80 중량%, 50 내지 75 중량%, 65 내지 70 중량% 또는 60 내지 75 중량%와 같이 45 내지 90 중량%의 농도로 농축될 수 있다. 과산화수소는 증류에서 폭발성 과산화수소 증기의 형성을 방지하기 위해 감소된 압력, 바람직하게는 6000 내지 13000 Pa(60 내지 130 mbar와 같음)의 압력에서 농축될 수 있다.
증류 유닛은 증발기 및 증발기로부터 증기를 수용하는 증류탑을 포함한다. 과산화수소 수용액을 농축하기 위해 종래 기술로부터 알려진 임의의 유형의 증발기 및 증류탑이 사용될 수 있다. 증발기는 증류 바닥 증발기일 수 있으며, 이는 예를 들어, EP 0 419 406 A1호, 도 4 또는 EP 0 835 680 A1호, 도 1 및 2에 개시된 바와 같이, 증류탑과 별도로 배열될 수 있거나 증류탑에 통합될 수 있다. 증기와 액체의 2-상 혼합물을 증류탑으로 전달하는 별도의 써모사이펀(thermosiphon) 증발기가 증류 바닥 증발기로서 사용될 수 있다. 증류 유닛은 또한 과산화수소 공급 증발기 및 증류 바닥 증발기 모두를 포함할 수 있으며, 압축 증기는 예를 들어 WO 2012/025333호의 도 1 및 2에 개시된 바와 같이 과산화수소 공급 증발기, 또는 증류 바닥 증발기로 또는 과산화수소 공급 증발기 및 증류 바닥 증발기 모두로 전달된다. 본 발명에 따른 과산화수소 공급 증발기는 저압 증기, 즉, - 0.8 barg 내지 3 barg의 압력 범위와 60 내지 185 ℃의 온도 범위를 갖는 증기 흐름을 받는다. 또한, 예열기가 또한 본 발명에 따라 저압 증기, 즉, - 0.8 barg 내지 3 barg의 압력 범위 및 60 내지 185 ℃의 온도 범위를 갖는 증기 흐름을 받을 수 있다. 증류탑은 트레이(tray) 또는 패킹(packing) 또는 이들 둘의 조합을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 탑 내 압력 강하를 최소화하기 위해 구조화된 패킹을 포함한다. 증류 유닛은 또한 증류탑으로부터 오버헤드 증기를 수용하고 가열 매체로서 압축 증기를 증발기로 전달하는 증기 압축기를 포함할 수 있다. 증기 압축기는 기계식 압축기, 바람직하게는 1 스테이지 기계식 압축기일 수 있으며, 가장 바람직하게는 워터 링(water ring) 펌프이다. 증기 압축기는 대안적으로 가스 제트 펌프일 수 있으며, 바람직하게는 증기 구동 이젝터이다. 증기 압축기는 적어도 하나의 증기 터빈에 의해 구동될 수 있다. 증발기는 하강막 증발기, 단일-스테이지 증발기, 바람직하게는 단일-스테이지 순환 증발기, 상승막 증발기, 상승/하강막 증발기 또는 리보일러일 수 있다. 열 전달 효율은 - 0.6 barg 또는 - 0.8 내지 0 barg와 같은 대기압 미만에서의 증기의 사용을 허용하므로 하강막 증발기가 특히 바람직하다. 따라서, 적어도 하나의 증기 터빈으로부터 도출된 증기를 받는 하강막 증발기를 사용하는 것이 특히 바람직하며, 여기서 증기는 - 0.8 barg 내지 0 barg의 압력 범위와 60 내지 185 ℃의 온도 범위를 갖는다.
과산화수소를 생산하기 위한 유닛은 통상적으로 또한 유닛에 의해 생산된 과산화수소 수용액을 저장하기 위한 적어도 하나의 완충 탱크와 순환 작업 용액을 저장하기 위한 적어도 하나의 완충 탱크를 포함한다.
프로세스뿐만 아니라 설비는 적어도 하나의 증기 터빈을 추가로 포함하며, 여기서 적어도 하나의 증기 터빈은 적어도 하나의 회전 장비를 구동한다. 특히, 터빈의 샤프트-파워(shaft-power)는 회전 장비를 구동하는 데 사용된다. 따라서, 증기 터빈은 증기 터빈의 구동 샤프트와 회전 장비를 통해 회전 장비에 직접 연결된다. 회전 장비의 대부분 또는 전부는 전기 드라이브 없이 적어도 하나의 증기 터빈에 의해 동작되도록 의도된다. 회전 장비는 특히 본 설명에서 설명되는 바와 같이, AO 프로세스의 임의의 회전 장비일 수 있다. 예를 들어, 회전 장비는 압축기, 산화기 공급 펌프 또는 수소 공급 펌프, 작업 용액 펌프, 건조기 또는 전기 발전기와 같은 발전기일 수 있다. 적어도 하나의 증기 터빈은 배압 증기 터빈일 수 있다.
적어도 하나의 증기 터빈은 - 0.8 barg 내지 3 barg, 바람직하게는 - 0.8 내지 2 barg, - 0.7 내지 1 barg, - 0.6 내지 1 barg, - 0.5 내지 0.5 barg 또는 - 0.6 내지 0 barg의 압력 범위 및 60 내지 185 ℃, 바람직하게는 60 내지 185 ℃, 60 내지 185 ℃, 80 내지 170 ℃ 또는 100 내지 150 ℃의 온도 범위를 갖는 증기 흐름(저압 증기)을 증류 유닛의 증발기에 제공한다. 특히, 이러한 증기는 증발기에 열을 공급하는 데 사용된다. - 0.8 barg 내지 3 barg의 압력 범위와 60 내지 185 ℃의 온도 범위를 갖는 상기 증기 흐름은 저압 증기로 간주될 수 있다. barg 또는 bar(g) 표기는 게이지 압력, 즉, 주변 또는 대기압보다 높은 바 단위의 압력을 나타낸다. 게이지 압력은 주변 기압에 대해 0으로 참조된다. 음수 부호는 음압을 나타내며, 따라서 주변 기압보다 낮다. 따라서, - 0.8 barg는 주변 기압보다 낮은 진공을 나타낸다. 일반적으로, 주변 기압은 1.013 bar(1 atm)이다. 0 barg의 압력은 측정된 시스템의 압력이 주변 기압과 동일하다는 것을 의미한다.
적어도 하나의 증기 터빈은 위에 언급한 증기 흐름을 제공하는 하나 이상의 증기 터빈일 수 있다. 2개, 3개, 4개, 5개 또는 6개와 같이 하나 초과의 증기 터빈이 설비에 존재하고 프로세스에 사용되는 것이 바람직하다. 또한, 적어도 하나의 증기 터빈이 저압 및 중압 증기와 같은 2개의 상이한 증기 흐름을 공급하는 것이 가능하다. 중압의 증기를 갖는 증기 흐름이란 1 내지 5 barg의 압력 범위 및 100 내지 250 ℃의 온도 범위를 갖는 증기를 지칭한다. 중압 증기는 히터 또는 건조기와 같이 AO 프로세스에서 상기 중압 증기를 필요로 하는 다른 증기 소비자의 대상이 될 수 있다. 따라서, 본 발명은 적어도 2개의 증기 흐름을 제공하는 적어도 하나의 증기 터빈을 포함하며, 제1 증기 흐름은 - 0.8 barg 내지 3 barg, 바람직하게는 - 0.8 내지 2 barg, - 0.7 내지 1 barg, - 0.6 내지 1 barg, - 0.5 내지 0.5 barg, - 0.8 내지 0 barg 미만, - 0.8 내지 0 barg 또는 - 0.6 내지 0 barg의 온도 범위와 60 내지 185 ℃, 바람직하게는 60 내지 185 ℃, 60 내지 185 ℃, 80 내지 170 ℃ 또는 100 내지 150 ℃의 온도 범위를 갖는 증기를 증발기에 제공하고(저압 또는 진공압 증기) 제2 증기 흐름은 1 내지 4 barg 또는 1 내지 2 barg와 같은 1 내지 5 barg의 압력 범위 및 100 내지 220 ℃, 110 내지 200 ℃와 같은 100 내지 250 ℃의 온도 범위를 갖는 증기를 히터 또는 건조기와 같은 다른 AO 중압 증기 소비자에게 제공한다(중압 증기). 증기를 제공하는 제2 증기 흐름의 압력은 증기를 제공하는 제1 증기 흐름의 압력보다 높아야 한다. 증기 터빈은 2개의 증기 흐름을 제공하므로, 적어도 하나의 증기 터빈은 하나의 증기 입구와 2개의 증기 출구를 갖는다.
또한, 적어도 하나의 증기 터빈은 - 0.8 내지 3 barg의 압력 범위 및 60 내지 185 ℃의 온도 범위를 갖는 증기를 포함하는 제1 증기 흐름을 제공하는 제1 증기 터빈을 포함하고, 여기서 제1 증기 흐름에 대한 출구는 증발기에 연결되고, 1 내지 5 barg의 압력 범위 및 100 내지 250 ℃의 온도 범위를 갖는 증기를 포함하는 제2 증기를 히터 또는 건조기와 같은 다른 AO 증기 소비자에 제공하는 제2 증기 터빈을 포함하는 것이 바람직하며, 여기서 제2 증기 흐름에 대한 출구는 히터 또는 건조기와 같은 AO 증기 소비자에 연결된다. 제2 증기 흐름의 증기 압력은 제1 증기의 증기 압력보다 높은 것이 바람직하다.
위에서 언급한 바와 같이, 건조기는 수소화기에 재공급되기 전에 작업 용액으로부터 남은 물을 제거하기 위해 중압의 증기를 공급받을 수 있다. 증기 흐름으로부터 도출되어 건조기의 대상이 되는 응축물은 챔버에서 플래싱(flashing)되어 증발기 또는 증발기에 연결되는 도관에 공급되는 - 0.8 barg 내지 3 barg의 압력 범위와 60 내지 185 ℃의 온도 범위를 갖는 증기 흐름(저압 증기)을 생산한다. 따라서, 중압 증기로부터 도출된 응축물을 받는 플래시 챔버는 저압 증기를 생산할 수 있으므로, AO 프로세스의 에너지 소비가 추가로 감소된다.
10 내지 120 barg의 압력 범위와 185 내지 500 ℃의 온도 범위를 갖는 증기 흐름(고압 증기)은 적어도 하나의 증기 터빈, 바람직하게는 모든 증기 터빈을 구동할 수 있다. 과열 또는 포화 증기원은 적어도 하나의 증기 터빈, 바람직하게는 모든 증기 터빈을 구동하는 10 내지 120 barg의 압력 범위와 185 내지 500 ℃의 온도 범위를 갖는 증기 흐름을 제공하는 것이 바람직하다. 과열 또는 포화 증기원은 가스 터빈 열 회수 증기 생성기일 수 있다. 가스 터빈 열 회수 증기 생성기에 의해 제공되는 증기 흐름은 발전기를 구동할 수 있다. 적어도 하나의 증기 터빈의 증기 입구는 가스 터빈 열 회수 증기 생성기의 증기 출구로부터의 도관으로 연결될 수 있다.
본 발명은 메탄과 같은 천연 가스로부터 수소를 생산하기 위한 증기 개질 유닛을 포함할 수 있으며, 이는 증기 개질기 및 증기 개질기에서 나오는 생성 가스에 의해 가열되는 과열 또는 포화 증기원으로서의 증기 생성기를 포함한다. 증기 개질 유닛은 통상적으로 물 가스 시프트 반응에 의해 일산화탄소를 이산화탄소로 전환시키기 위한 반응기 및 이산화탄소로부터 수소를 분리하는 수소 분리 유닛을 또한 포함한다. 증기 개질 유닛의 수소 출구는 도관에 의해 과산화수소 생산용 수소화기의 입구와 연결되고, 증기 생성기의 증기 출구는 도관에 의해 적어도 하나의 증기 터빈의 입구와 연결된다. 이는 증기 개질기에서 생성된 에너지가 증기 생성기 가열에 사용될 수 있게 하고, 이에 의해 설비 및 프로세스의 에너지 소비를 감소시킨다.
위에서 언급한 바와 같이, 적어도 하나의 증기 터빈은 - 0.8 barg 내지 3 barg의 압력 범위와 60 내지 185 ℃의 온도 범위를 갖는 증기 흐름(저압 증기)을 저압 증기 도관 시스템을 통해 증발기에 제공한다. 상술한 바와 같은 증발기와 같은 원하는 구성 요소에 저압 증기를 분배하는 저압 증기 도관 시스템에는 하나 초과의 터빈이 연결될 수 있다. 중압 증기, 즉, 1 내지 5 barg의 압력 범위 및 100 내지 250 ℃의 온도 범위를 갖는 증기를 제공하는 터빈은 중압 증기를 건조기 또는 히터와 같은 원하는 구성 요소에 분배하는 중압 증기 도관 시스템에 연결될 수 있다. 예를 들어, 중압 증기는 고체 과립들, 특히 활성탄 또는 산화알루미늄을 가열하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 증기 터빈의 적어도 하나의 증기 출구는 고체 과립, 특히 활성탄 또는 산화알루미늄을 함유하는 용기의 증기 입구에 도관으로 연결될 수 있다.
배압 증기 터빈과 같은 적어도 증기 터빈에서 나오는 증기는 하나 또는 몇몇 증류 유닛에 열을 공급하는 데 사용되며, 증기는 적어도 증류 유닛에 존재하는 증발기에 제공된다. 증기 터빈에서 나오는 증기는 물을 포함하는 용매를 오버헤드 생성물로서 분리하는 증발기를 포함하는 증류 유닛에 열을 공급하는 데 사용된다. 따라서, 적어도 하나의 증기 터빈에서 나오는 증기는 추출된 과산화수소를 농축하기 위해 증류 유닛에 열을 공급하는 데 사용된다.
회전 장비는 공기 압축기와 같은 압축기일 수 있으며, 여기서 압축 공기는 산화 반응기에 공급될 수 있다. 압축 후에, 공기와 같은 산소 함유 가스는 질소 농축 가스 스트림과 산소 농축 가스 스트림을 제공하는 공기 분리 유닛을 통과할 수 있다. 질소 농축 스트림은 인화성 가스 혼합물의 형성을 방지하기 위해 프로세스에서 수집되거나 사용될 수 있다. 그 후, 산소 농축 스트림(농축 산소 함유 가스)은 산화 반응기에 공급된다. 따라서, 증기 터빈은 AO 프로세스에서 증발기에 원하는 가압 증기를 제공하고, 증기 터빈의 구동 샤프트는 AO 프로세스에서 산화 반응기(111)용 공기를 압축하는 데 사용되는 압축기에 동력을 제공할 수 있다. 따라서, AO 프로세스의 에너지 소비가 상당히 감소될 수 있다.
공기 압축기는 주변 압력에서 0.11 내지 1.6 MPa의 압력으로 공기를 압축하는 데 적합한 것으로 알려진 임의의 유형일 수 있다. 공기 압축기는 왕복 압축기, 회전 스크류 압축기, 원심 압축기 또는 축류 압축기일 수 있으며, 바람직하게는 원심 압축기이다. 바람직하게는, 다중 스테이지 압축기가 스테이지들 사이에 냉각기와 함께 사용된다. 공기 압축기는 바람직하게는 공기 압축기의 구동 샤프트에 직접 연결되는 적어도 하나의 증기 터빈에 의해 구동될 수 있다. 이러한 구동 샤프트에는 추가적인 전기 드라이브가 또한 연결될 수 있다. 설비는 압축 공기를 공급하기 위해 산화 반응기에 연결된 출구를 갖는 하나 이상의 추가 공기 압축기가 포함할 수 있으며 이러한 추가 공기 압축기는 전기적으로 또는 추가 증기 터빈에 의해 또는 둘의 조합에 의해 구동될 수 있다. 공기는 바람직하게는 0.11 내지 1.6 MPa, 더욱 바람직하게는 0.30 내지 0.60 MPa의 압력으로 압축된다. 압축 공기는 바람직하게는 산화 반응기에 이를 도입되기 전에 20 ℃ 내지 60 ℃ 범위의 온도로 냉각된다. 안트라퀴논 프로세스의 산화 단계에 공기를 공급하기 위해 증기 터빈에 의해 구동되는 공기 압축기를 사용하는 것은 전기 구동 공기 압축기로 압축되는 공기를 사용하는 통상적인 안트라퀴논 프로세스에 비해 본 발명의 프로세스에서의 전기 에너지 소비를 상당히 감소시킨다.
적어도 하나의 증기 터빈은 상술한 바와 같이 AO 프로세스에 사용되는 임의의 회전 장비를 구동할 수 있다. 적어도 하나의 증기 터빈은 수소 공급 펌프, 산화기 공급 펌프, 수성 과산화수소 추출물을 증류탑으로 전달하기 위한 공급 펌프, 또는 작업 용액 펌프와 같이 각각의 작업 용액에 대한 공급 펌프와 같이 AO 프로세스에서 공급 펌프를 구동하는 것이 특히 바람직하다. 안트라퀴논 프로세스의 증기 터빈에 의해 구동되는 회전 장비를 사용하는 것은 전기 에너지 소비를 상당히 감소시킨다.
산화 반응기의 배출-가스는 회전 장비를 또한 구동하는 적어도 하나의 팽창 터빈에 사용될 수 있다. 통상적으로, 산화 반응기는 1 내지 6 barg의 압력 범위와 30 내지 250 ℃의 온도 범위를 갖는 산화기 배출-가스를 제공하며, 배출-가스는 적어도 하나의 팽창 터빈을 구동할 수 있다. 따라서, 산화 반응기의 배출-가스 출구는 팽창 터빈의 배출-가스 입구에 도관으로 연결된다.
적어도 하나의 회전 장비는 적어도 하나의 팽창 터빈과 적어도 하나의 증기 터빈에 의해 구동 가능한 것이 특히 바람직하다. 따라서, 적어도 하나의 증기 터빈은 고압 증기, 즉, 과열 또는 포화 증기원으로부터 도출된 10 내지 120 barg의 압력 범위 및 185 내지 500 ℃의 온도 범위를 갖는 증기 흐름을 받으며 팽창 터빈은 산화 반응기의 배출-가스를 받으며, 여기서 양쪽 터빈은 동일한 회전 장비를 구동한다. 따라서, 양쪽 터빈 모두 적어도 하나의 회전 장비에 구동 샤프트로 연결된다. 따라서, 압축기는 구동 샤프트를 통해 적어도 하나의 증기 터빈에 의해 구동되어 전기 에너지를 절약할 수 있어 더 적은 CO2 방출로 이어진다.
설비는 바람직하게는 적어도 하나의 증기 터빈에 의해 획득되는 저압 및/또는 중압 증기의 압력을 조정하기 위한 압력 제어 밸브, 바람직하게는 배압 증기 터빈의 증기 출구로부터 증기를 수용하는 열 교환기의 상류의 제어 밸브를 포함하며, 제어 밸브는 증기 터빈을 우회하는 증기 도관에 배열된다. 설비는 바람직하게는 또한 적어도 하나의 증기 터빈의 증기 출구로부터 증기를 수용하는 열 교환기의 상류에 흐름 제어 밸브를 포함한다.
도면
본 발명은 이제 본 발명의 범위 및 영역을 제한하지 않는 첨부 도면을 참조하여 설명될 것이다. 제공된 설명은 순전히 예 및 예시의 방식이다. 그러나, 도면에 예시된 특정한 특징은 본 발명 및 청구항의 범위를 추가로 제한하는 데 사용될 수 있다.
도 1은 과산화수소(100)를 제조하기 위한 프로세스 및 설비를 나타낸다. 청구항 1에 따른 시스템은 과산화수소를 생산하기 위한 유닛(101)과 건조 증기를 생산하기 위한 유닛(102)을 포함한다.
사이클 안트라퀴논 프로세스(AO 프로세스)가 과산화수소를 생산하기 위한 유닛(101)에서 과산화수소의 생산을 위해 사용된다. AO 프로세스는 수소화기(110), 산화 반응기(111), 추출기(112) 및 증류 유닛(103)을 포함한다. 증류 유닛(103)은 증발기(113)와 증류탑(114)을 포함한다.
수소화기(110)는 압축 수소를 공급하기 위한 입구뿐만 아니라 알킬안트라퀴논, 알킬테트라히드로안트라퀴논 또는 둘 모두를 포함하는 작업 용액을 공급하기 위한 입구를 포함한다. 그러면, 알킬안트라퀴논, 알킬테트라히드로안트라퀴논 또는 둘 모두를 포함하는 작업 용액은 알킬안트라히드로퀴논, 알킬테트라히드로안트라히드로퀴논 또는 둘 모두를 포함하는 수소화된 작업 용액을 획득하기 위해 수소화된다. 수소화기(110)는 바람직하게는 완충 탱크(118a-d))를 통해 산화 반응기(111)에 바람직하게는 작업 용액 펌프(117a-d)에 의해 알킬안트라히드로퀴논, 알킬테트라히드로안트라히드로퀴논 또는 둘 모두를 포함하는 수소화된 작업 용액을 공급하기 위한 출구를 추가로 포함한다. 수소화기(110)와 산화 반응기(111)는 바람직하게는 도관을 통해 연결된다.
따라서, 산화 반응기(111)는 알킬안트라히드로퀴논, 알킬테트라히드로안트라히드로퀴논 또는 둘 모두를 포함하는 수소화된 작업 용액에 대한 입구뿐만 아니라 압축 공기, 압축 농축 산소 함유 가스와 같은 압축 농축 산소 함유 공기와 같은 압축 산호 함유 가스에 대한 입구도 포함한다. 알킬안트라히드로퀴논, 알킬테트라히드로안트라히드로퀴논 또는 둘 모두를 포함하는 수소화된 작업 용액은 그 후 압축 산소 함유 가스를 사용하여 산화 반응기(111)에서 산화되어 과산화수소 및 알킬안트라퀴논, 알킬테트라히드로안트라퀴논 또는 둘 모두를 포함하는 산화된 작업 용액을 획득한다. 산화 반응기(111)는 바람직하게는 작업 용액 펌프(117d) 및 완충 탱크(118b)를 통해 추출기(112)로 공급되는 산화된 작업 용액에 대한 출구 및 산화기 배출-가스에 대한 출구를 추가로 포함한다. 산화기 배출-가스는 수소화된 작업 용액의 산화 후의 압축 산소 함유 가스이다. 산화기 배출-가스는 바람직하게는 압축된다.
추출기(112)는 과산화수소 및 알킬안트라퀴논, 알킬테트라히드로안트라퀴논 또는 둘 모두를 포함하는 산화된 작업 용액을 수용하기 위한 입구뿐만 아니라 물(130)을 수용하기 위한 입구도 포함한다. 따라서, 산화된 작업 용액으로부터의 과산화수소는 산화된 작업 용액으로부터 추출(또는 분리)되어 수성 과산화수소 추출물을 제공한다. 따라서, 수소화기(110)에 직접 재공급될 수 있는 알킬안트라퀴논, 알킬테트라히드로안트라퀴논 또는 둘 모두를 포함하는 작업 용액이 획득된다. 또한, 알킬안트라퀴논, 알킬테트라히드로안트라퀴논 또는 둘 모두를 포함하는 작업 용액은 바람직하게는 완충 탱크(118d)를 사용하여 작업 용액 펌프(117d)를 통해 수소화기(110)에 작업 용액을 공급하기 전에, 바람직하게는 완충 탱크(118c)를 사용하여 작업 용액 펌프(117c)를 건조기(115)에 공급되는 것이 또한 가능하다. 또한, 추출기(112)는 수성 과산화수소 추출물을 증류 유닛(103), 특히 증류탑(114)에 공급하기 위한 출구를 포함한다. 수성 과산화수소 추출물은 일반적으로 수성 과산화수소 추출물의 총 중량 퍼센티지 기준으로 25 내지 55 중량%, 20 내지 40 중량% 또는 30 내지 50 중량%와 같은 20 내지 60 중량%의 과산화수소를 포함한다.
건조기(115)에는 1 내지 4 barg 또는 1 내지 2 barg와 같은 1 내지 5 barg의 압력 범위 및 100 내지 220 ℃, 110 내지 200 ℃와 같은 100 내지 250 ℃의 온도 범위를 갖는 제2 증기 흐름(중압 증기)이 공급될 수 있다.
작업 용액 펌프(117a, 117b, 117c 및 117d)는 적어도 하나의 증기 터빈(120, 121, 122, 123, 124)에 의해 구동될 수 있다. 적어도 하나의 작업 용액 펌프가 작업 용액을 완충 탱크(118a, 118b, 118c, 118d)를 통해 수소화기(110)로부터 산화 반응기(111)로, 산화 반응기(111)로부터 추출기(112)로 그리고 추출기(112)로부터 다시 직접 수소화기(110)로 또는 바람직하게는 추출기(112)로부터 건조기(115)로 그리고 건조기(115)로부터 다시 수소화 장치(110)로 순환시키는 데 사용될 수 있다.
도 1의 증류 유닛(103)은 증류탑(114)과 바닥 증발기로서 배열된 증발기(113)를 포함한다. 수성 과산화수소 추출물(공급물)은 증류탑(114)으로 전달된다. 일반적으로, 수성 과산화수소 추출물은 증류탑(114)에 진입하기 전에 예열된다. 예열은 위에서 논의된 바와 같이 열 교환기, 증발기 또는 하강막 증발기와 같은 본 기술 분야에 알려진 임의의 수단에 의해 수행될 수 있다. 예열기는 본 발명에 따른 적어도 하나의 증기 터빈에 의해 생산된 - 0.8 barg 내지 3 barg의 압력 범위 및 60 내지 185 ℃의 온도 범위를 갖는 증기 흐름에 의해 가열될 수 있다. 증기는 응축기(119)에서 응축된다(상단 생성물). 비응축성 제품은 배출될 수 있다. 상단 생성물의 일부는 환류로서 증류탑에 재공급되고, 상단 생성물 또는 증류물의 나머지 부분은 수집되어(131) 추출기(112)에 재공급될 수 있다. 바닥 생성물은 증발기(113)로 전달되고 바닥 생성물의 일부는 농축된 과산화수소 수용액(132)으로서 수집된다. 농축 과산화수소 수용액(132)은 일반적으로 농축 과산화수소 수용액의 전체 중량을 기준으로 50 내지 80 중량%, 50 내지 75 중량%, 65 내지 70 중량% 또는 60 내지 75 중량%와 같은 45 내지 90 중량%의 과산화수소를 포함한다.
증발기(113)는 농축 과산화수소 수용액을 수용하기 위한 입구와 - 0.8 barg 내지 3 barg, 바람직하게는 - 0.8 내지 2 barg, - 0.7 내지 1 barg, - 0.6 내지 1 barg, - 0.5 내지 0.5 barg 또는 - 0.6 내지 0 barg의 압력 범위와 60 내지 185 ℃, 바람직하게는 60 내지 185 ℃, 60 내지 185 ℃, 80 내지 170 ℃ 또는 100 내지 150 ℃의 온도 범위를 갖는 증기 흐름을 수용하기 위한 입구를 포함한다. 증발기에 공급되는 증기 흐름은 또한 제1 증기 흐름 및/또는 저압 흐름을 지칭한다. 증기를 제공하는 제2 증기 흐름의 압력은 증기를 제공하는 제1 증기 흐름의 압력보다 높은 것이 바람직하다. 증기 흐름은 건조 증기 흐름 또는 과열 또는 포화 증기 흐름인 것이 바람직하다. 그러나, 증기 흐름이 액체 부분을 포함하는 것이 가능하다. 증발기(113)는 하강막 증발기, 단일-스테이지 증발기, 바람직하게는 단일-스테이지 순환 증발기, 상승막 증발기, 상승/하강막 증발기 또는 리보일러일 수 있다. 열 전달 효율이 - 0.6 barg 또는 - 0.8 내지 0 barg와 대기압 미만(진공 압력과 같은 저압)에서의 증기의 사용을 허용하므로, 하강막 증발기가 특히 바람직하다. 농축 과산화수소 수용액은 증기 흐름에 의해 가열되어 증기가 증류탑(114)에 재공급되고, 기화되지 않은 남은 농축 과산화수소 수용액이 수집된다(132).
건조 증기를 생산하기 위한 유닛(102)은 증기 생성 유닛(108)을 포함한다. 증기 발생 유닛(108)은 과열 또는 포화 증기원에서 나오는 생산 가스에 의해 가열되는 증기 생성기, 바람직하게는 가스 터빈 열 회수 증기 생성기, 건조 증기 보일러 또는 폐열 보일러와 같은 과열 또는 포화 증기원(116)을 포함한다. 과열 또는 포화 증기원(116)은 고압 도관 시스템(140)과 연결된다.
물(133) 및/또는 응축물은 고압 증기를 생성하기 위해 과열 또는 포화 증기원(116)으로 전달된다. 생성된 고압 증기 흐름은 10 내지 120 barg, 바람직하게는 20 내지 50 barg의 압력 범위와 185 내지 500 ℃, 바람직하게는 200 내지 400 ℃의 온도 범위를 갖는다.
고압 도관 시스템(140)은 배압 증기 터빈(120, 121, 122, 123)과 같은 적어도 하나의 증기 터빈(120, 121, 122, 123)에 고압 증기를 제공한다. 적어도 하나의 증기 터빈(120, 121, 122, 123)은 증기를 포함하는 원하는 증기 흐름을 획득하기 위해 과열 또는 포화 증기원(116)에 의해 제공되는 고압 증기 흐름의 압력 및/또는 온도를 감소시킬 수 있다. 본 발명에 따르면, 적어도 하나의 증기 터빈(120, 121, 122, 123)은 도관을 통해 증발기(113)로 전달되는 - 0.8 barg 내지 3 barg의 압력 범위와 60 내지 185 ℃의 온도 범위를 갖는 증기 흐름(저압)을 제공한다. 적어도 하나의 증기 터빈(120, 121, 122, 123)은 압축기, 발전기, 수소화기 공급 펌프, 산화기 공급 펌프 또는 추가 작업 용액 펌프(125, 126, 127, 128, 117a-d)와 같은 적어도 하나의 회전 장비를 구동한다. 특히, 터빈(120, 121, 122, 123)의 샤프트-파워는 회전 장비(125, 126, 127, 128, 117a-d)를 구동하는 데 사용된다. 이는 위에 언급한 회전 장비를 구동하기 위해, 터빈으로부터 획득된 에너지와 고압 증기와 저압 증기의 압력 차이를 사용할 수 있게 한다. 종래 기술에서, AO 프로세스의 회전 장비는 전기 모터에 의해 구동된다. 따라서, 본 발명에 따른 프로세스 및 설비의 에너지 소비 및 CO2 방출이 감소될 수 있다. 또한, 적어도 하나의 증기 터빈에 의해 증발기에 제공되는 저압을 사용함으로써 과산화수소의 분해를 낮추는 것이 가능하다. 놀랍게도, - 0.8 barg 내지 0 barg의 압력과 60 내지 185 ℃의 온도를 갖는 하강막 증발기를 사용하여 과산화수소의 분해가 더욱 더 감소될 수 있음을 발견했다.
적어도 하나의 증기 터빈(120, 121, 122, 123)은 제1 증기 흐름과 제2 증기 흐름을 포함하는 적어도 2개의 증기 흐름을 제공할 수 있다. 제1 증기 흐름은 증발기(113)로 전달되는, 저압, 즉, - 0.8 내지 3 barg 및 60 내지 185 ℃의 온도 범위를 갖는 증기를 제공한다. 제2 증기 흐름은 히터 또는 건조기(115)와 같은 다른 AO 프로세스 증기 소비자에게 전달될 수 있는, 중압, 즉, 1 내지 5 barg 및 100 내지 250 ℃의 온도 범위를 갖는 증기를 제공한다.
중압 및/또는 저압 증기를 생성하기 위한 다양한 유닛(104, 105, 106, 107)이 존재할 수 있다. 필요한 가압 증기를 생산하는 유닛의 개수는 원하는 대로 선택될 수 있다. 중압 증기를 생산하기 위한 유닛(104)은 제1 회전 장비(125)를 구동하는 증기 터빈(120)을 포함한다. 증기 터빈(120)은 과열 또는 포화 증기원(116)에 의해 제공되는 고압 증기용 입구와 중압 증기용 출구를 포함한다. 중압 증기는 다른 AO 프로세스 증기 소비자, 바람직하게는 건조기(115)에 중압 증기를 공급하는 중압 증기 도관 시스템(143)으로 분배된다. 건조기(115)는 공급된 중압 증기로부터 도출된 응축물에 대한 출구를 추가로 포함한다. 응축물은 증기 생성 유닛(108)에 직접 재공급되거나, 챔버(150)에서 플래싱되어 저압 증기 도관 시스템(141)으로 공급될 수 있는 저압 증기를 획득할 수 있다. 남은 응축물은 증기 생성 유닛(108)으로 재공급될 수 있다.
그러나, 중압 증기는 또한 히터와 같은 추가 구성 요소에 공급될 수 있다. 중압 증기 도관 시스템(143)의 압력은 더 낮은 압력원에 의해 밸런싱되거나 고압으로부터 스로틀링(throttling)될 수 있다. 예를 들어, 상기 도관 시스템(143)은 고압 증기 도관 시스템(140)에 연결된 스로틀링 밸브를 포함할 수 있다.
저압 증기를 생산하기 위한 유닛(106)은 압축기(127)를 구동하는 증기 터빈(122)을 포함한다. 증기 터빈(122)은 또한 다른 회전 장비를 구동할 수 있다. 증기 터빈(122)은 과열 또는 포화 증기원(116)에 의해 제공되는 고압 증기용 입구와 저압 증기용 출구를 포함한다. 저압 증기는 증발기(113)에 저압 증기를 공급하는 저압 증기 도관 시스템(141)으로 분배된다. 위에서 언급한 바와 같이, 저압 증기는 - 0.8 내지 3 barg의 압력 범위와 60 내지 185 ℃의 온도 범위를 갖는다. 증발기에 필요한 압력이 - 0.8 내지 0 barg(진공 압력)와 같이 낮은 경우, 증기 터빈(122)은 압축기(127)에 더 많은 에너지를 제공할 것이다. 특히, AO 프로세스의 하강막 증발기 또는 상승/하강막 증발기는 압력이 - 0.8 내지 0 barg인 저압 증기를 공급받을 수 있기 때문에 바람직하다. 압축기(127)는 공기(144) 또는 농축 산소 함유 공기(144)와 같은 산소 함유 가스(144)를 압축하고 압축 가스를 산화 반응기(111)로 전달하는 데 사용된다. 저압 증기 도관 시스템(141)의 압력은 더 낮은 압력원에 의해 밸런싱되거나 고압으로부터 스로틀링될 수 있다. 예를 들어, 상기 도관 시스템(143)은 고압 증기 도관 시스템(140)에 연결된 스로틀링 밸브를 포함할 수 있다.
중압 및 저압 증기를 생산하기 위한 유닛(105)은 수소 공급 펌프 또는 압축기(126) 또는 작업 용액 펌프(117a, 117b, 117c, 117d)를 구동하는 증기 터빈(121)을 포함한다. 증기 터빈(121)은 또한 다른 회전 장비를 구동할 수 있다. 증기 터빈(121)은 과열 또는 포화 증기원(116)에 의해 제공되는 고압 증기용 입구, 저압 증기용 출구 및 중압 증기 도관 시스템(143) 및 저압 증기 도관 시스템(141)에 각각 연결된 중압 증기용 출구를 포함한다. 수소 공급 펌프 또는 압축기(126)는 수소 공급 도관(142) 내에 존재하며 수소(134)를 수소화기(110)로 전달한다. 작업 용액 펌프(117a, 117b, 117c, 117d)는 수소화기(110)로부터 산화 반응기(111)로, 산화 반응기(111)로부터 추출기(112)로, 추출기(112)로부터 건조기(115)로 그리고 건조기(115)로부터 다시 수소화기(110)로 바람직하게는 완충 탱크(118a, 118b, 118c, 118d)를 통해 작업 용액을 순환시키는 과산화수소를 생산하기 위한 유닛(101)에 존재한다.
산화기 배출-가스를 사용하여 저압을 생산하기 위한 유닛(107)은 증기 터빈(123), 팽창 터빈(124) 및 압축기, 발전기, 수소화기 공급 펌프, 산화기 공급 펌프 또는 추가적인 작업 용액 펌프와 같은 회전 장비(128)를 포함한다. 증기 터빈(123)은 과열 또는 포화 증기원(116)에 의해 제공되는 고압 증기용 입구 및 저압 증기 도관 시스템(141)에 연결된 저압 증기용 출구를 포함한다. 팽창 터빈(124)은 산화기 배출-가스용 배출-가스 입구를 포함한다. 도관은 팽창 터빈(124)의 배출-가스 입구와 산화 반응기(111)의 배출-가스 출구를 연결한다. 따라서, 산화 반응기는 팽창 터빈(124)으로 전달될 수 있는 산화기 배출-가스를 제공할 수 있다. 1 내지 6 barg의 압력 범위 및 30 내지 250 ℃의 온도 범위를 갖는 산화기 배출-가스는 적어도 하나의 팽창 터빈(124)을 구동할 수 있다. 적어도 하나의 팽창 터빈(124)과 적어도 하나의 증기 터빈(123)은 적어도 하나의 회전 장비(128)를 구동할 수 있다. 따라서, 산화기의 배출-가스를 사용하는 팽창 터빈(124)뿐만 아니라 증기 터빈의 조합은 에너지 입력, 예를 들어, 전기 입력과 CO2 방출이 추가로 감소될 수 있도록 AO 프로세스에서 추가적인 펌프를 동작시키도록 추가로 허용한다.
참조 부호의 목록:
100: 과산화수소를 제조하기 위한 프로세스 및 설비
101: 과산화수소를 생산하기 위한 유닛
102: 건조 증기를 생산하기 위한 유닛
103: 과산화수소 수용액을 농축하기 위한 증류 유닛
104: 중압을 생산하기 위한 유닛
105: 중압 및 저압을 생산하기 위한 유닛
106: 저압을 생산하기 위한 유닛
107: 산화기 배출-가스를 사용하여 저압을 생산하기 위한 유닛
108: 증기 생성 유닛
110: 수소화기
111: 산화 반응기
112: 추출기
113: 바닥 증발기
114: 증류 유닛
115: 건조기
116: 과열 또는 포화 증기원
117a-d: 작업 용액 펌프
118a-d: 완충 탱크
119: 콘덴서
120: 유닛(104)의 증기 터빈
121: 유닛(105)의 증기 터빈
122: 유닛(106)의 증기 터빈
123: 유닛(107)의 증기 터빈
124: 팽창 터빈
125: 제1 회전 장비
126: 수소 공급 펌프 또는 압축기
127: 압축기
128: 제2 회전 장비
130: 물 입구
131: 과열 또는 포화 증기원(117)으로의 증류물
132: 농축 과산화수소 수용액
133: 과열 또는 포화 증기원(117)으로의 물
134: 수소화기로의 수소
140: 고압 도관 시스템
141: 저압 증기 도관 시스템
142: 수소 공급 도관
143: 중압 증기 도관 시스템
144: 산화 반응기(111)로의 산소 함유 가스
150: 플래시 챔버
다양한 수정이 이루어질 수 있고, 본 발명의 원리로부터 벗어나지 않고 바람직한 실시예에서 많은 변경이 이루어질 수 있다는 것이 이해될 것이다. 본 발명은 이하의 양태에 의해 추가로 설명된다.
예
비교예 1
증기 터빈이 없는 종래 기술에 따른 AO 안트라퀴논 프로세스에서, 증기원으로부터 3 barg의 압력 및 144 ℃의 온도를 갖는 증기가 증류탑의 증발기로서 보일러에 제공된다.
천연 가스로부터 증기를 생산하고 전기 모터에 의한 샤프트 동력을 위한 총 에너지 소비는 77,95 MW이다. 전기 모터에 대한 샤프트 동력만을 위한 전기 에너지 소비는 19,35 MW이다. 전체 CO2 방출은 207,669 TCO2/yr이다.
증류 유닛에서 70 중량% H2O2 용액의 전체 수율은 98 중량%이다.
예 2
비교예 1에 따른 AO 안트라퀴논 프로세스에서, 증기 터빈은 증류 유닛의 증발기로서 보일러에 3 barg의 압력 및 144 ℃의 온도를 갖는 증기를 제공하는 데 사용된다.
천연 가스로부터 증기를 생산하고 전기 모터에 의한 샤프트 동력을 위한 총 에너지 소비는 77,31 MW이다. 전기 모터에 대한 샤프트 동력만을 위한 전기 에너지 소비는 12,61 MW이다. 전체 CO2 방출은 177,874 TCO2/yr이다.
증류 유닛에서 70 중량% H2O2 용액의 수율은 98 중량%이다. 전기 모터에 대한 샤프트 동력을 위한 전기 에너지의 소비 절감은 34,89%이며 전체 CO2 배출은 14,35%만큼 감소한다.
놀랍게도, H2O2 용액의 수율과 농도에 부정적인 영향을 주지 않으면서 총 에너지 소비, 전기 소비뿐만 아니라 총 CO2 방출이 감소될 수 있음이 밝혀졌다.
예 3
예 2에 따른 AO 안트라퀴논 프로세스에서, 증기 터빈은 증류 유닛의 보일러 대신 하강막 증발기에 - 0.6 barg의 압력 및 80 ℃의 온도를 갖는 증기를 제공하는 데 사용된다.
천연 가스로부터 증기를 생산하고 전기 모터에 의한 샤프트 동력을 위한 총 에너지 소비는 77,01 MW이다. 전기 모터에 대한 샤프트 동력만을 위한 전기 에너지 소비는 8,91 MW이다. 전체 CO2 방출은 161,508 TCO2/yr이다.
AO 안트라퀴논 프로세스에서 증기 터빈에 의해 제공되는 - 0.6 barg의 압력 및 80 ℃의 온도를 갖는 증기의 제공으로 인해, H2O2의 분해가 감소될 수 있으므로 70 중량% H2O2 용액의 98 중량%보다 높은 수율이 달성될 수 있다.
따라서, 전기 모터에 대한 샤프트 동력을 위한 전기 에너지의 소비 절감은 53,95%이며 전체 CO2 방출은 23%만큼 감소한다.
예 4
예 3에 추가로, 산화 반응기로부터의 배출-가스가 증기 터빈에 연결되는 팽창 터빈에 의해 사용되어, - 0.6 barg의 압력과 80 ℃의 온도를 갖는 증기를 하강막 증발기에 제공한다. 두 터빈 모두 구동 샤프트와 연결되어 공기 압축기를 구동한다.
천연 가스로부터 증기를 생산하고 전기 모터에 의한 샤프트 동력을 위한 총 에너지 소비는 73,51 MW이다. 전기 모터에 대한 샤프트 동력만을 위한 전기 에너지 소비는 5,41 MW이다. 전체 CO2 방출은 140,928 TCO2/yr이다.
AO 안트라퀴논 프로세스에서 증기 터빈에 의해 제공되는 - 0.6 barg의 압력 및 80 ℃의 온도를 갖는 증기의 제공으로 인해, H2O2의 분해가 감소될 수 있으므로 70 중량% H2O2 용액의 98 중량%보다 높은 수율이 달성될 수 있다.
따라서, 전기 모터에 대한 샤프트 동력을 위한 전기 에너지의 소비 절감은 72,04%이며 전체 CO2 방출은 32,14%만큼 감소한다.
본 발명의 양태
1. 특히 양태 21 내지 양태 36에 따른 설비에서 수행되는 과산화수소를 제조하기 위한 프로세스는,
(a) 작업 용액을 수소화하는 단계로서, 상기 작업 용액은 알킬안트라퀴논, 알킬테트라히드로안트라퀴논 또는 둘 모두를 포함하고, 수소화기(110)에서 상기 작업 용액을 압축 수소와 접촉시켜 알킬안트라히드로퀴논, 알킬테트라히드로안트라히드로퀴논 또는 둘 모두를 포함하는 수소화된 작업 용액을 제공하는, 상기 수소화하는 단계,
(b) 과산화수소 및 알킬안트라퀴논, 알킬테트라히드로안트라퀴논 또는 둘 모두를 포함하는 산화된 작업 용액을 제공하기 위해 산화 반응기(111)에서 단계 a)에서 획득된 상기 수소화된 작업 용액을 압축 공기 또는 압축 농축 산소 함유 공기와 같은 압축 산소 함유 가스로 산화시키는 단계,
(c) 수성 과산화수소 추출물을 제공하기 위해 단계 b)에서 획득된 산화된 작업 용액으로부터 과산화수소를 추출하는 단계, 및
(d) 증발기(113) 및 증류탑(114)을 포함하는 적어도 하나의 증류 유닛(103)에서 단계 c)에서 획득된 수성 과산화수소 추출물을 농축하는 단계로서, 상기 증류탑(114)은 농축된 과산화수소 수용액을 제공하기 위해 상기 증발기(113)로부터 증기를 수용하는, 상기 농축하는 단계를 포함하고,
적어도 하나의 증기 터빈(120, 121, 122, 123)이 적어도 하나의 회전 장비(125, 126, 127, 128, 117a-d)를 구동하고, 적어도 하나의 증기 터빈(120, 121, 122, 123)은 - 0.8 barg 내지 3 barg, 바람직하게는 - 0.8 내지 2 barg, - 0.7 내지 1 barg, - 0.6 내지 1 barg, - 0.5 내지 0.5 barg, - 0.8 내지 0 barg 미만, - 0.8 내지 0 barg 또는 - 0.6 내지 0 barg의 압력 범위와 60 내지 185 ℃, 바람직하게는 60 내지 185 ℃, 60 내지 185 ℃, 80 내지 170 ℃ 또는 100 내지 150 ℃의 온도 범위를 갖는 증기 흐름을 증발기(113)에 제공하는 것을 특징으로 한다.
2. 양태 1의 프로세스에 있어서, - 0.8 barg 내지 0 barg의 압력 범위 및 60 내지 185 ℃의 온도 범위를 갖는 증기 흐름이 하강막 증발기 또는 상승막 증발기 및/또는 하강/상승막 증발기에 열을 공급하는 데 사용된다.
3. 양태 1의 프로세스에 있어서, - 0.8 barg 내지 3 barg의 압력 범위 및 60 내지 185 ℃의 온도 범위를 갖는 증기 흐름이 증발기에 열을 공급하는 데 사용된다.
4. 양태 1 내지 양태 3 중 어느 하나의 프로세스에 있어서, 10 내지 120 barg의 압력 범위 및 185 내지 500 ℃의 온도 범위를 갖는 증기 흐름이 적어도 하나의 증기 터빈(120, 121, 122, 123), 바람직하게는 모든 증기 터빈들(120, 121, 122, 123)을 구동하고, 바람직하게는 과열 또는 포화 증기원(116), 바람직하게는 증기 생성기는 10 내지 120 barg의 압력 범위와 185 내지 500 ℃의 온도 범위를 갖는 증기 흐름을 제공하며, 상기 증기 흐름은 적어도 하나의 증기 터빈(120, 121, 122, 123), 바람직하게는 모든 증기 터빈들(120, 121, 122, 123)을 구동한다.
5. 양태 1 내지 양태 4 중 어느 하나의 프로세스에 있어서, 가스 터빈 열 회수 증기 생성기가 10 내지 120 barg의 압력 범위 및 185 내지 500 ℃의 온도 범위를 갖는 증기 흐름을 제공하고, 상기 증기 흐름은 적어도 하나의 증기 터빈(120, 121, 122, 123), 바람직하게는 모든 증기 터빈들(120, 121, 122, 123)을 구동한다.
6. 양태 1 내지 양태 5 중 어느 하나의 프로세스에 있어서, 가스 터빈 열 회수 증기 생성기 및/또는 과열 또는 포화 증기원에 의해 제공되는 증기 흐름이 발전기를 구동한다.
7. 양태 1 내지 양태 6 중 어느 하나의 프로세스에 있어서, 적어도 하나의 증기 터빈(120, 121, 122, 123)은 적어도 2개의 증기 흐름을 제공하고, 제1 증기 흐름은 - 0.8 내지 3 barg의 압력 범위 및 60 내지 185 ℃의 온도 범위를 갖는 증기를 증발기에 제공하고, 제2 증기 흐름은 1 내지 4 barg 또는 1 내지 2 barg와 같은 1 내지 5 barg의 압력 범위와 100 내지 220 ℃, 110 내지 200 ℃와 같은 100 내지 250 ℃의 온도 범위를 갖는 증기를 히터 또는 건조기(115)에 제공한다.
8. 양태 7의 프로세스에 있어서, 증기를 제공하는 제2 증기 흐름의 압력은 증기를 제공하는 제1 증기 흐름의 압력보다 높다.
9. 양태 7 또는 양태 8 중 어느 하나의 프로세스에 있어서, 제2 증기 흐름은 고체 과립들, 특히 활성탄 또는 산화알루미늄을 가열하기 위해 증기를 제공한다.
10. 양태 1 내지 양태 9 중 어느 하나의 프로세스에 있어서, 산화 반응기는 산화기 배출-가스를 제공하고, 1 내지 6 barg의 압력 범위 및 30 내지 250 ℃의 온도 범위를 갖는 산화기 배출-가스는 적어도 하나의 팽창 터빈을 구동한다.
11. 양태 1 내지 양태 10 중 어느 하나의 프로세스에 있어서, 적어도 하나의 팽창 터빈과 적어도 하나의 증기 터빈(120, 121, 122, 123)은 적어도 하나의 회전 장비(125, 126, 127, 128, 117a-d)를 구동한다.
12. 양태 1 내지 양태 11 중 어느 하나의 프로세스에 있어서, 제1 증기 터빈(121, 122, 123)이 - 0.8 내지 3 barg의 압력 범위 및 60 내지 185 ℃의 온도 범위를 갖는 증기를 포함하는 제1 증기 흐름을 증발기에 제공하고, 제2 증기 터빈(120, 121)이 1 내지 5 barg의 압력 범위 및 100 내지 250 ℃의 온도 범위를 갖는 증기를 포함하는 제2 증기 흐름을 히터 또는 건조기(115)에 제공한다.
13. 양태 12의 프로세스에 있어서, 제2 증기 흐름의 증기의 압력은 제1 증기의 증기의 압력보다 높다.
14. 양태 12 또는 양태 13 중 어느 하나의 프로세스에 있어서, 제1 증기 터빈(121, 122, 123)은 압축 산소-함유 가스를 획득하기 위해 공기 또는 농축 산소 함유 공기와 같은 산소-함유 가스에 대한 압축기를 구동하고, 압축 산소 함유 가스는 산화 반응기(111)에 공급된다.
15. 양태 12 내지 양태 14 중 어느 하나의 프로세스에 있어서, 제2 증기 터빈(121, 122, 123)은 작업 용액 펌프(117a-d) 또는 압축 수소에 대한 수소 공급 펌프 또는 압축기(126)를 구동하고, 압축 수소가 수소화기(110)로 공급된다.
16. 양태 1 내지 양태 15 중 어느 하나의 프로세스에 있어서, 회전 장비(125, 126, 127, 128, 117a-d)는 압축기, 산화기 공급 펌프 또는 수소 공급 펌프와 같은 공급 펌프, 건조기, 또는 발전기 또는 작업 용액 펌프이다.
17. 양태 1 내지 양태 16 중 어느 하나의 프로세스에 있어서, 단계 (c)에서의 추출은 단계 (c)에서 추출된 작업 용액의 제공 및 알킬안트라퀴논, 알킬테트라히드로안트라퀴논 또는 둘 모두를 포함하는 작업 용액의 수소화기(110)로의 전달을 추가로 포함하고, 수소화기(110)에서 작업 용액은 단계 (a)에 따라 수소화된 작업 용액을 제공하기 위해 수소화된다.
18. 양태 17의 프로세스에 있어서, 전달은 수소화기(110)에 진입하기 전에 건조기(115)에서 작업 용액을 건조시키는 것을 포함한다.
19. 양태 18의 프로세스에 있어서, 적어도 하나의 증기 터빈(120, 121, 122, 123)은 1 내지 4 barg 또는 1 내지 2 barg와 같은 1 내지 5 barg의 압력 범위 및 100 내지 220 ℃, 110 내지 200 ℃와 같은 100 내지 250 ℃의 온도 범위를 갖는 제2 증기 흐름과 같은 증기 흐름을 건조기(115)에 제공한다.
20. 양태 19의 프로세스에 있어서, 증발기(113)에 공급되는, - 0.8 barg 내지 3 barg의 압력 범위 및 60 내지 185 ℃의 온도 범위를 갖는 증기 흐름을 생성하기 위해 건조기를 거친 증기 흐름으로부터 도출된 응축물이 챔버(150)에서 플래싱(flashing)된다.
21. 양태 1 내지 양태 20 중 어느 하나의 프로세스에 있어서, 증기 흐름(들)의 응축물은 과열 또는 포화 증기원에 공급된다.
22. 안트라퀴논 프로세스에 의해, 특히 양태 1 내지 양태 21 중 어느 하나에 정의된 프로세스에 의해 과산화수소를 생산하기 위한 설비로서,
(a) 알킬안트라퀴논, 알킬테트라히드로안트라퀴논 또는 둘 모두를 포함하는 작업 유체, 바람직하게는 순환 작업 유체,
(b) 수소화된 작업 용액을 제공하기 위해 작업 용액을 수소화하기 위한 수소화기(110),
(c) 산소 함유 가스로 수소화된 작업 용액을 산화시키기 위한 산화기로서, 상기 산화기는 산화된 작업 용액을 제공하기 위해 산화 반응기(111) 및 압축된 상기 산소 함유 가스를 산화 반응기(111)로 도입하기 위한 가스 압축기(127)를 포함하는, 상기 산화기,
(d) 수성 과산화수소 추출물을 제공하기 위해 산화된 작업 용액으로부터 과산화수소를 추출하기 위한 추출기(112), 및
(e) 농축 과산화수소 용액을 제공하기 위해 수성 과산화수소 추출물을 농축하기 위한 증류 유닛(103)으로서, 상기 증류 유닛(103)은 증류탑(114) 및 증발기(113)를 포함하는, 상기 증류 유닛(103)을 포함하고,
설비는 적어도 하나의 증기 터빈(120, 121, 122, 123)을 포함하는 것을 특징으로 하고, 증기 터빈(120, 121, 122, 123)은 증기를 받을 수 있고, 적어도 하나의 회전 장비(125, 126, 127, 128, 117a-d)가 적어도 하나의 증기 터빈(120, 121, 122, 123)에 의해 구동 가능하며, 증기 터빈(120, 121, 122, 123)의 증기 출구는 증발기(113)의 증기 입구에 도관(141)으로 연결된다.
23. 양태 22의 설비에 있어서, 증기 터빈은 - 0.8 barg 내지 3 barg, 바람직하게는 - 0.8 내지 2 barg, - 0.7 내지 1 barg, - 0.6 내지 1 barg, - 0.5 내지 0.5 barg, - 0.8 내지 0 barg 미만, - 0.8 내지 0 barg 또는 - 0.6 내지 0 barg의 압력 범위와 60 내지 185 ℃, 바람직하게는 60 내지 185 ℃, 60 내지 185 ℃, 80 내지 170 ℃ 또는 100 내지 150 ℃의 온도 범위를 갖는 증기 흐름을 증발기(113)에 제공할 수 있다.
24. 양태 22 또는 양태 23 중 어느 하나의 설비에 있어서, 적어도 하나의 증기 터빈(120, 121, 122, 123)의 증기 입구는 과열 또는 포화 증기원(116)의 증기 출구로부터 도관(140)으로 연결된다.
25. 양태 24의 설비에 있어서, 과열 또는 포화 증기원(116)은 가스 터빈 열 회수 증기 생성기이다.
26. 양태 22 내지 양태 25 중 어느 하나의 설비에 있어서, 발전기가 과열 또는 포화 증기원(116)에 의해 구동 가능하다.
27. 양태 22 내지 양태 26 중 어느 하나의 설비에 있어서, 적어도 하나의 증기 터빈(121)은 하나의 증기 입구와 2개의 증기 출구를 갖는다.
28. 양태 22 내지 양태 27 중 어느 하나의 설비에 있어서, 적어도 하나의 증기 터빈(121)은 적어도 2개의 증기 흐름을 제공할 수 있고, 제1 증기 흐름은 - 0.8 barg 내지 3 barg, 바람직하게는 - 0.8 내지 2 barg, - 0.7 내지 1 barg, - 0.6 내지 1 barg, - 0.5 내지 0.5 barg, - 0.8 내지 0 barg 미만, - 0.8 내지 0 barg 또는 - 0.6 내지 0 barg의 압력 범위와 60 내지 185 ℃, 바람직하게는 60 내지 185 ℃, 60 내지 185 ℃, 80 내지 170 ℃ 또는 100 내지 150 ℃의 온도 범위를 갖는 증기를 제공하고, 제1 증기 흐름에 대한 제1 출구는 증발기(113)에 연결되고 제2 증기 흐름은 1 내지 4 barg 또는 1 내지 2 barg와 같은 1 내지 5 barg의 압력 범위와 100 내지 220 ℃, 110 내지 200 ℃와 같은 100 내지 250 ℃의 온도 범위를 갖는 증기를 히터 또는 건조기(115)에 제공하고, 제1 증기 흐름에 대한 제2 출구는 히터 또는 건조기(115)에 연결된다.
29. 양태 22 내지 양태 28 중 어느 하나의 설비에 있어서, 적어도 하나의 증기 터빈(120, 121, 122, 123)의 적어도 하나의 증기 출구는 히터 또는 건조기(115)의 증기 입구에 도관(141, 143)으로 연결된다.
30. 양태 22 내지 양태 29 중 어느 하나의 설비에 있어서, 적어도 하나의 증기 터빈(120, 121, 122, 123)의 적어도 하나의 증기 출구는 고체 과립들, 특히 활성탄 또는 산화알루미늄을 함유하는 용기의 증기 입구에 도관으로 연결된다.
31. 양태 22 내지 양태 30 중 어느 하나의 설비에 있어서, 산화 반응기(111)의 배출-가스 출구가 팽창 터빈(124)의 배출-가스 입구에 도관으로 연결되고, 적어도 하나의 회전 장비(125, 126, 127, 128, 117a-d)는 적어도 하나의 팽창 터빈(124)과 적어도 하나의 증기 터빈(123)에 의해 구동 가능하다.
32. 양태 22 내지 양태 31 중 어느 하나의 설비에 있어서, 회전 장비는 압축기(127)이다.
33. 양태 22 내지 양태 31 중 어느 하나의 설비에 있어서, 회전 장비는 발전기이다.
34. 양태 22 내지 양태 31 중 어느 하나의 설비에 있어서, 회전 장비는 수소화기 공급 펌프(126)이다.
35. 양태 22 내지 양태 31 중 어느 하나의 설비에 있어서, 회전 장비는 산화기 공급 펌프(127)이다.
36. 양태 22 내지 양태 31 중 어느 하나의 설비에 있어서, 회전 장비는 작업 용액 펌프(117a-d)이다.
37. 양태 22 내지 양태 36 중 어느 하나의 설비에 있어서, 증발기(113)는 하강막 증발기(113)이다.
38. 양태 22 내지 양태 37 중 어느 하나의 설비에 있어서, 증발기(113)는 상승막 증발기(113) 및/또는 상승/하강막 증발기(113)이다.
39. 양태 22 내지 양태 38 중 어느 하나의 설비에 있어서, 적어도 하나의 증기 터빈(120, 121, 122, 123)은 - 0.8 내지 3 barg의 압력 범위 및 60 내지 185 ℃의 온도 범위를 갖는 증기를 포함하는 제1 증기 흐름을 제공하고 제1 증기 흐름에 대한 출구는 증발기(113)에 연결되는 제1 증기 터빈(120, 121, 122, 123) 및 1 내지 5 barg의 압력 범위와 100 내지 250 ℃의 온도 범위를 갖는 증기를 포함하는 제2 증기 흐름을 히터 또는 건조기(115)에 제공하고 제2 증기 흐름에 대한 출구는 히터 또는 건조기(115)에 연결되는 제2 증기 터빈(120, 121, 122, 123)을 포함한다.
40. 안트라퀴논 프로세스에 의해 과산화수소를 생산하기 위한 프로세스, 특히 선행 프로세스 양태들 중 어느 하나에 정의된 프로세스에서 적어도 하나의 회전 장비를 구동하는 적어도 하나의 증기 터빈의 용도로서, 적어도 하나의 증기 터빈은 농축 과산화수소 수용액을 획득하기 위해 증발기(113)를 포함하는 적어도 하나의 증류 유닛(103)에서 수성 과산화수소 추출물을 농축하기 위해 증발기(113)에 - 0.8 barg 내지 3 barg의 압력 범위 및 60 내지 185 ℃의 온도 범위를 갖는 증기 흐름을 제공한다.
Claims (15)
- 과산화수소를 제조하기 위한 프로세스로서,
(a) 작업 용액을 수소화하는 단계로서, 상기 작업 용액은 알킬안트라퀴논, 알킬테트라히드로안트라퀴논 또는 둘 모두를 포함하고, 수소화기(110)에서 상기 작업 용액을 압축 수소와 접촉시켜 알킬안트라히드로퀴논, 알킬테트라히드로안트라히드로퀴논 또는 둘 모두를 포함하는 수소화된 작업 용액을 제공하는, 상기 수소화하는 단계,
(b) 과산화수소 및 알킬안트라퀴논, 알킬테트라히드로안트라퀴논 또는 둘 모두를 포함하는 산화된 작업 용액을 제공하기 위해 산화 반응기(111)에서 단계 a)에서 획득된 상기 수소화된 작업 용액을 압축 공기 또는 압축 농축 산소 함유 공기와 같은 압축 산소 함유 가스로 산화시키는 단계,
(c) 수성 과산화수소 추출물을 제공하기 위해 단계 b)에서 획득된 산화된 작업 용액으로부터 과산화수소를 추출하는 단계, 및
(d) 증발기(113) 및 증류탑(114)을 포함하는 적어도 하나의 증류 유닛(103)에서 단계 c)에서 획득된 상기 수성 과산화수소 추출물을 농축하는 단계로서, 상기 증류탑(114)은 농축된 과산화수소 수용액을 제공하기 위해 상기 증발기(113)로부터 증기를 수용하는, 상기 농축하는 단계를 포함하고,
적어도 하나의 증기 터빈(120, 121, 122, 123)이 적어도 하나의 회전 장비(125, 126, 127, 128, 117a-d)를 구동하고, 적어도 하나의 증기 터빈(120, 121, 122, 123)은 - 0.8 barg 내지 3 barg의 압력 범위와 60 내지 185 ℃의 온도 범위를 갖는 증기 흐름을 상기 증발기(113)에 제공하는 것을 특징으로 하는, 과산화수소를 제조하기 위한 프로세스. - 제1항에 있어서,
- 0.8 barg 내지 0 barg의 압력 범위 및 60 내지 185 ℃의 온도 범위를 갖는 상기 증기 흐름이 하강막 증발기 또는 상승막 증발기 및/또는 하강/상승막 증발기에 열을 공급하는 데 사용되는, 과산화수소를 제조하기 위한 프로세스. - 제1항에 있어서,
10 내지 120 barg의 압력 범위 및 185 내지 500 ℃의 온도 범위를 갖는 증기 흐름이 적어도 하나의 증기 터빈(120, 121, 122, 123), 바람직하게는 모든 증기 터빈들(120, 121, 122, 123)을 구동하고, 바람직하게는 과열 또는 포화 증기원(116), 바람직하게는 증기 생성기는 10 내지 120 barg의 압력 범위와 185 내지 500 ℃의 온도 범위를 갖는 증기 흐름을 제공하며, 상기 증기 흐름은 상기 적어도 하나의 증기 터빈(120, 121, 122, 123), 바람직하게는 모든 증기 터빈들(120, 121, 122, 123)을 구동하는, 과산화수소를 제조하기 위한 프로세스. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 하나의 증기 터빈(120, 121, 122, 123)은 적어도 2개의 증기 흐름을 제공하고, 제1 증기 흐름은 - 0.8 내지 3 barg의 압력 범위 및 60 내지 185 ℃의 온도 범위를 갖는 증기를 상기 증발기에 제공하고, 제2 증기 흐름은 1 내지 5 barg의 압력 범위와 100 내지 250 ℃의 온도 범위를 갖는 증기를 히터 또는 건조기(115)에 제공하는, 과산화수소를 제조하기 위한 프로세스. - 제4항에 있어서,
상기 제2 증기 흐름은 고체 과립들, 특히 활성탄 또는 산화알루미늄을 가열하기 위해 증기를 제공하는, 과산화수소를 제조하기 위한 프로세스. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 산화 반응기(111)는 산화기 배출-가스를 제공하고, 1 내지 6 barg의 압력 범위 및 30 내지 250 ℃의 온도 범위를 갖는 상기 산화기 배출-가스는 적어도 하나의 팽창 터빈(124)을 구동하고/하거나 적어도 하나의 팽창 터빈(124)과 적어도 하나의 증기 터빈(120, 121, 122, 123)은 적어도 하나의 회전 장비(125, 126, 127, 128, 117a-d)를 구동하는, 과산화수소를 제조하기 위한 프로세스. - 안트라퀴논 프로세스에 의해 과산화수소를 생산하기 위한 설비로서,
(a) 알킬안트라퀴논, 알킬테트라히드로안트라퀴논 또는 둘 모두를 포함하는 작업 유체, 바람직하게는 순환 작업 유체,
(b) 수소화된 작업 용액을 제공하기 위해 상기 작업 용액을 수소화하기 위한 수소화기(110),
(c) 산소 함유 가스로 상기 수소화된 작업 용액을 산화시키기 위한 산화기로서, 상기 산화기는 산화된 작업 용액을 제공하기 위해 산화 반응기(111) 및 압축된 상기 산소 함유 가스를 상기 산화 반응기(111)로 도입하기 위한 가스 압축기(127)를 포함하는, 상기 산화기,
(d) 수성 과산화수소 추출물을 제공하기 위해 상기 산화된 작업 용액으로부터 과산화수소를 추출하기 위한 추출기(112), 및
(e) 농축 과산화수소 용액을 제공하기 위해 상기 수성 과산화수소 추출물을 농축하기 위한 증류 유닛(103)으로서, 상기 증류 유닛(103)은 증류탑(114) 및 증발기(113)를 포함하는, 상기 증류 유닛(103)을 포함하고,
상기 설비는 적어도 하나의 증기 터빈(120, 121, 122, 123)을 포함하고, 상기 증기 터빈(120, 121, 122, 123)은 증기를 받을 수 있고, 적어도 하나의 회전 장비(125, 126, 127, 128, 117a-d)가 적어도 하나의 증기 터빈(120, 121, 122, 123)에 의해 구동 가능하며, 상기 증기 터빈(120, 121, 122, 123)의 증기 출구는 상기 증발기(113)의 증기 입구에 도관(141)으로 연결되는 것을 특징으로 하고, 과산화수소를 생산하기 위한 설비. - 제7항에 있어서,
적어도 하나의 증기 터빈(120, 121, 122, 123)의 증기 입구는 과열 또는 포화 증기원(116)의 증기 출구로부터 도관(140)으로 연결되는, 과산화수소를 생산하기 위한 설비. - 제7항 또는 제8항에 있어서,
발전기가 상기 과열 또는 포화 증기원(116)에 의해 구동 가능한, 과산화수소를 생산하기 위한 설비. - 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 하나의 증기 터빈(121)은 하나의 증기 입구와 2개의 증기 출구를 갖는, 과산화수소를 생산하기 위한 설비. - 제10항에 있어서,
적어도 하나의 증기 터빈(120, 121, 122, 123)의 적어도 하나의 증기 출구는 히터 또는 건조기(115)의 증기 입구에 도관(141, 143)으로 연결되는, 과산화수소를 생산하기 위한 설비. - 제10항 또는 제11항에 있어서,
적어도 하나의 증기 터빈(120, 121, 122, 123)의 적어도 하나의 증기 출구는 고체 과립들, 특히 활성탄 또는 산화알루미늄을 함유하는 용기의 증기 입구에 도관으로 연결되는, 과산화수소를 생산하기 위한 설비. - 제7항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 산화 반응기(111)의 배출-가스 출구가 팽창 터빈(124)의 배출-가스 입구에 도관으로 연결되고, 적어도 하나의 회전 장비(125, 126, 127, 128, 117a-d)는 적어도 하나의 팽창 터빈(124)과 적어도 하나의 증기 터빈(123)에 의해 구동 가능한, 과산화수소를 생산하기 위한 설비. - 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 증발기(113)는 하강막 증발기(113), 또는 상승막 증발기(113) 및/또는 상승/하강막 증발기(113), 바람직하게는 하강막 증발기(113)인, 과산화수소를 생산하기 위한 설비. - 안트라퀴논 프로세스에 의해 과산화수소를 생산하기 위한 프로세스에서 적어도 하나의 회전 장비(125, 126, 127, 128, 117a-d)를 구동하는 적어도 하나의 증기 터빈(120, 121, 122, 123)의 용도로서,
상기 적어도 하나의 증기 터빈은 농축 과산화수소 수용액을 획득하기 위해 증발기(113)를 포함하는 적어도 하나의 증류 유닛(103)에서 수성 과산화수소 추출물을 농축하기 위해 상기 증발기(113)에 - 0.8 barg 내지 3 barg의 압력 범위 및 60 내지 185 ℃의 온도 범위를 갖는 증기 흐름을 제공하는, 적어도 하나의 증기 터빈의 용도.
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