KR20240006520A - 산화적 탈수소화(odh) 반응기 시스템에서 공급물 희석을 위한 통합 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 ODH 반응기 내에서 산소의 존재 하에서 ODH 촉매를 통하여 에탄을 에틸렌으로 탈수소화시키는 단계, 유출물(적어도 에틸렌, 물 및 아세트산을 포함함)을 ODH 반응기로부터 배출시키는 단계, ODH 반응기를 위한 에탄을 포함하는 공급물을 처리하기 위하여 유출물로부터 열을 회수하는 단계, 공급물의 물 희석의 수행에서 공급물에 첨가를 위한 재순환수로서 유출물로부터 물을 회수하는 단계, 산소를 공급물에 첨가하여 ODH 반응기로의 에탄, 산소 및 재순환수를 포함하는 혼합된 공급물을 얻는 단계를 포함하는 에틸렌 제조 방법 및 시스템에 관한 것이다.
Description
본 개시내용은 에틸렌을 제조하기 위한 산화적 탈수소화(ODH)에 관한 것이다.
우선권 주장
본 출원은 2021년 4월 28일자로 출원된 미국 가출원 제63/181,086호에 대한 우선권을 주장하며, 이 출원의 전체 내용은 본원에 참고로 포함된다.
알칸을 해당 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 제조의 경우 ODH는 증기 분해보다 더 높은 에틸렌 수율을 제공할 수 있다. ODH는 알칸을 해당 알켄으로 전환시키기 위한 촉매를 갖는 반응기 용기에서 수행될 수 있다. 저급 알칸(예, 에탄)을 해당 알켄(예, 에틸렌)으로 전환시키는 데에서 아세트산이 발생될 수 있다.
이산화탄소는 인간 활동을 통하여 배출되는 주요 온실 가스이다. ODH 시설을 포함한 다양한 산업 및 화학 플랜트 시설에서 이산화탄소(CO2)가 생성될 수 있다. 이러한 시설에서 에너지의 보다 효율적인 사용은 시설의 CO2 배출량을 줄일 수 있으며, 결과적으로 시설의 CO2 발자국도 감소시킬 수 있다.
한 측면은 물을 에탄에 첨가하여 혼합물을 얻고, 혼합물을 공급물 열 교환기를 통하여 유동시켜 ODH 반응기로부터의 유출물로부터의 열로 혼합물을 가열하고, 산소를 혼합물에 첨가하여 ODH 반응기를 위한 혼합된 공급물을 얻는 것을 포함하는 에틸렌의 제조 방법에 관한 것이다. 본 방법은 ODH 반응기 내에서 산소의 존재하에 ODH 촉매를 통하여 에탄을 에틸렌으로 탈수소화시키고, 에틸렌, 물, 아세트산, 이산화탄소, 일산화탄소 및 미반응 에탄을 포함하는 유출물을 ODH 반응기로부터 배출시키는 것을 포함한다.
또 다른 측면은 ODH 반응기 내에서 산소의 존재하에서 ODH 촉매를 통하여 에탄을 에틸렌으로 탈수소화시키는 단계로서, 여기서 아세트산이 ODH 반응기 내에서 형성되는 단계, 및 에틸렌, 아세트산 및 물을 포함한 유출물을 ODH 반응기로부터 배출시키는 단계를 포함하는 에틸렌의 제조 방법에 관한 것이다. 본 방법은 유출물을 플래시 드럼 내에서 가스 및 미정제 아세트산으로 분리하는 것을 포함하며, 여기서 가스는 에틸렌, 물, 아세트산, 에탄, 이산화탄소 및 일산화탄소를 포함하며, 미정제 아세트산은 아세트산 및 물을 포함한다. 본 방법은 아세트산 스크러버 용기 내에서 가스로부터 아세트산 및 물을 제거하며, ODH 반응기에의 공급물을 희석하기 위한 재순환수로서 아세트산 스크러버 용기로부터 배출된 하부 스트림을 사용하는 것을 포함한다.
또 다른 측면은 에탄을 에틸렌으로 탈수소화하고, 에틸렌, 물, 아세트산, 이산화탄소, 일산화탄소 및 에탄을 포함한 유출물을 배출시키기 위한 ODH 촉매를 갖는 ODH 반응기를 포함한 에틸렌 제조 시스템에 관한 것이다. 에틸렌 제조 시스템은 ODH 반응기로부터의 유출물을 가스 및 미정제 아세트산으로 분리시키는 플래시 드럼을 포함하며, 여기서 가스는 에틸렌, 물, 아세트산, 이산화탄소, 일산화탄소 및 에탄을 포함하며, 미정제 아세트산은 아세트산 및 물을 포함한다. 에틸렌 제조 시스템은 아세트산 및 물을 가스로부터 제거하고, ODH 반응기에의 공급물을 희석하기 위한 재순환수로서 하부 스트림을 배출시키는 아세트산 스크러버 용기를 포함하며, 여기서 하부 스트림은 물 및 아세트산을 포함한다. 에틸렌 제조 시스템은 재순환수를 유출물로 가열시키기 위한 교차 교환기 및/또는 재순환수 및 에탄의 혼합물을 수용하여 혼합물을 유출물로 가열하는 교차 교환기를 포함할 수 있다. 에틸렌 제조 시스템은 재순환수 및 산소의 혼합물을 수용하여 ODH 반응기로의 공급물을 위하여 혼합물을 유출물로 가열하는 교차 교환기를 포함할 수 있다.
또 다른 측면은 ODH 반응기 내에서 산소의 존재하에 ODH 촉매를 통해 에탄을 에틸렌으로 탈수소화시키는 단계, ODH 반응기로부터의 유출물(에틸렌, 물, 아세트산, 이산화탄소, 일산화탄소 및 미반응 에탄 포함)을 배출시키는 단계, ODH 반응기를 위한 에탄을 포함하는 공급물을 처리하기 위하여 유출물로부터의 열을 회수하는 단계, 공급물의 물 희석의 수행에서 공급물에 첨가하기 위한 재순환수로서 유출물로부터의 물을 회수하는 단계, 및 산소를 공급물에 첨가하여 ODH 반응기로의 에탄 및 산소를 포함하는 혼합된 공급물을 얻는 단계를 포함하며, 여기서 혼합된 공급물은 재순환수로서 유출물로부터 회수되고 공급물에 첨가되는 물을 포함하는 에틸렌의 제조 방법에 관한 것이다.
또 다른 측면은 에탄을 에틸렌으로 탈수소화시키는 ODH 반응기로부터 유출물(에틸렌, 물, 아세트산, 이산화탄소, 일산화탄소 및 미반응 에탄 포함)을 배출시키는 것을 포함하는 에틸렌의 제조 방법에 관한 것이다. 본 방법은 ODH 반응기를 위한 에탄을 포함하는 공급물의 물 희석을 수행하는 것을 포함한다. 물 희석은 재순환수를 에탄에 첨가하는 것을 포함한다. 본 방법은 물을 유출물로부터 회수하여 회수된 물을 물 희석을 수행하기 위한 재순환수로서 얻는 것을 포함한다. 본 방법은 물 희석의 하류에서 공급물을 공급물 열 교환기를 통하여 유동시켜 공급물을 유출물로 가열하고, 산소를 공급물에 첨가하여 ODH 반응기를 위한 혼합된 공급물로서 공급물을 얻는 것을 포함한다.
하나 이상의 구현예의 세부사항은 첨부한 도면 및 하기의 상세한 설명에서 명시되어 있다. 기타 특징 및 잇점은 상세한 설명 및 도면으로부터 및 청구범위로부터 자명할 것이다.
도 1은 에틸렌 제조 시스템을 예시하는 개략도이다.
도 1A는 도 1의 에틸렌 제조 시스템의 실시양태의 개략도이다.
도 2-9는 에틸렌 제조 시스템의 실시양태의 개략도이다.
도 10은 삽입 농도에 대한 발화도 한계의 플롯이다.
도 11은 에틸렌의 제조 방법의 블록 흐름도이다.
각종 도면에서 유사 도면부호 및 지정은 유사 요소를 나타낸다.
도 1A는 도 1의 에틸렌 제조 시스템의 실시양태의 개략도이다.
도 2-9는 에틸렌 제조 시스템의 실시양태의 개략도이다.
도 10은 삽입 농도에 대한 발화도 한계의 플롯이다.
도 11은 에틸렌의 제조 방법의 블록 흐름도이다.
각종 도면에서 유사 도면부호 및 지정은 유사 요소를 나타낸다.
실시양태는 산화적 탈수소화(ODH) 반응기 시스템 및 공급물 희석을 포함한 ODH 반응기 공급 시설의 통합에 관한 것이다. 그러한 통합은 에너지 통합 및 물 재순환 둘다를 포함한다. 에너지 통합은 ODH 반응기 유출물로부터의 열을 제공하여 ODH 반응기로의 공급물을 가열하고, ODH 반응기로의 공급물을 희석하기 위하여 열을 제공하는 것을 포함할 수 있다. 공급물의 희석은 물(증기) 희석제를 공급물에 첨가하는 것을 포함할 수 있다.
ODH 반응기 공급물 희석을 위한 ODH 반응기 시스템에서의 물 재순환 통합은 물 회수 또는 시스템 물 순환으로서 지정할 수 있다. 물 재순환은 회수된 물로서 ODH 반응기 유출물로부터 회수된 물 또는 ODH 반응기 공급물에 물 희석제로서 첨가를 위한 재순환수를 제공하는 것을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, ODH 반응기 유출물로부터 ODH 반응기 공급물 희석으로 회수된 물은 공급물을 물로 희석하기 위하여 통합된 외부 물이 거의 없거나 또는 전혀 없는 폐쇄 회로 물 시스템에 접근할 수 있다.
본 개시내용은 ODH 반응기 내에서 산소의 존재하에서 ODH 촉매를 통하여 에탄을 에틸렌으로 탈수소화시키는 것을 포함한다. 아세트산은 또한 ODH 반응기 내에서 형성될 수 있다. ODH 반응기로부터 배출된 유출물은 적어도 에틸렌, 아세트산, 물, 이산화탄소(CO2), 일산화탄소(CO) 및 미반응 에탄을 포함할 수 있다. 언급한 바와 같이, 일부 측면은 희석제(예, 물)를 공급물에 첨가하는 것을 포함한 ODH 반응기에 대한 공급물을 처리하는 것에 관한 것이다.
에틸렌을 제조하는 ODH 반응기 기술의 잇점은 에틸렌을 제조하기 위한 증기 분해와 비교시 더 낮은 CO2 방출 및 더 높은 에너지 효율일 수 있다. 이들 잇점을 추가로 향상시키기 위하여, 본원의 실시양태는 ODH 반응기 시스템 내에서 공정 스트림의 이로운 사용을 혼입시키는 ODH 반응기 플랜트 내에서의 공정 통합을 수반할 수 있다.
ODH 반응기로의 공급 혼합물은 적어도 에탄 및 산소를 통상적으로 포함할 수 있다. 공급 혼합물을 발화도 조건을 넘어서(발화도 경계의 밖으로) 유지하기 위하여, 공급 혼합물을 희석할 수 있다. 증기 또는 기화된 물은 예를 들면 구현예에서 ODH 반응기 생성물 스트림(유출물)으로부터 물 분리의 상대적 단순성으로 인하여 매력적인 희석제가 될 수 있다.
상당량의 물은 일반적으로 공급물을 희석하는데 사용될 수 있다. 따라서, 공급물에 희석제로서 첨가를 위한 기화된 물을 생성하기 위하여 액체 물을 증발시키는 것은 상당량의 열을 사용할 수 있다. 게다가, ODH 반응기 유출물로부터 수증기(공급물에 첨가됨)의 냉각 및 응축은 상당량의 냉각 용량을 사용할 수 있다. 이는 공급물 희석 시스템 및 반응기 유출물 냉각, 아세트산 유닛 및 아세트산 스크러빙 사이에서 하기 기재된 바와 같이 물 및 열 통합을 개선시키는 이유가 된다. 그러한 통합에서의 개선은 추가적인 물 공급에 대한 필요성을 감소 또는 배제할 수 있으며, 증기 및 냉각탑 시스템에 대한 부하를 감소시킬 수 있다.
폐쇄 회로 물 시스템(또는 실질적으로 폐쇄 회로)을 실행할 수 있다. 그러한 회로에서, 물은 반응기로의 혼합된 공급물을 위한 공급물에 첨가되고, 반응기 유출물로부터 아세트산과 함께 응축되고, 아세트산으로부터 분리되고, 아세트산 스크러버로 다시 재순환된 후, 공급물 희석 시스템에 공급될 수 있다. 이는 공급물 희석에서 외부 물 공급에 대한 필요성을 감소 또는 일반적으로 배제시킬 수 있다.
반응기로의 탄화수소 공급물에 수증기의 첨가의 경우 실시양태는 예를 들면 희석 증기 드럼 또는 포화기탑을 사용할 수 있다. 희석 증기 드럼은 희석 증기를 제공하는데 있어서 더 간단할 수 있으나, 불행하게도 중압 증기와 같은 고가의 열원에 의존할 수 있다. 구현예에서, 예를 들면 증기 터빈을 구동시키기 위하여 중압 증기를 그 대신에 더 잘 사용할 수 있다. 포화기탑은 탄화수소(예, 에탄) 가스 및/또는 산소 가스를 수증기로 포화시킬 수 있으며, 물의 비교적 높은 순환을 사용할 수 있다. 희석 시스템(희석 증기 드럼 또는 포화기탑을 포함함)의 에너지 수요를 감소시키기 위하여, 에탄 및/또는 산소는 또한 가열 매체, 예컨대 반응기 유출물 또는 증기(예, 저압 증기 또는 중압 증기)에 대하여 열 교환기 내부에서 수증기로 포화될 수 있다.
본 개시내용은 증기 희석제를 제공하기 위한 에너지 통합 및 물 통합을 포착한다. ODH 반응기 플랜트 구성으로 에탄/산소 공급물과의 물 혼합을 제공하기 위한 통합에 대하여 하기에는 9종의 예시의 옵션이 제시된다. 9종의 옵션이 예로서 제공된다. 기타 구성도 적용 가능하다. 옵션 2-9는 기본 사례로서 옵션 1에 비하여 40% 이상까지 에너지 소비 감축을 돕는다. 옵션 1은 ODH 반응기 플랜트로의 탄화수소 포화기탑의 에너지 통합의 기준선 사례인 것으로 간주될 수 있다. 1단계 ODH 반응기(예, 입구에서 첨가된 공급물 성분 포함)가 도면에 도시되어 있더라도, 기재된 기술은 복수의 단계 반응기 및 복수의 단계간 공급물 첨가를 갖는 반응기를 포함한 기타 ODH 반응기 구성에 적용 가능하다.
물을 사용한 에탄(및 산소) 공급물 포화를 위한 구성을 갖는 실시양태는 ODH 반응기로부터의 반응기 유출물을 냉각시키고, 유출물로부터 열을 이롭게 회수하는 공정 통합에 관한 것일 수 있다. 제시된 옵션에서, 반응기로부터 배출되는 반응기 유출물은 (매우 높은) 고압 증기를 생성하거나 또는 과열시키는데 초기에 사용될 수 있으며, 그 후, 반응기 공급물을 가열하고, 유출물을 냉각시키기 위하여 반응기 공급물에 대하여 유출물을 교차 교환한다.
실시양태는 ODH 반응기를 위한 에탄을 포함한 공급물을 가열하기 위하여 증기를 발생시키는 증기 발생 열 교환기를 통하여 및 공급물 열 교환기(교차 교환기)를 통하여 ODH 반응기로부터의 에틸렌, 아세트산 및 물을 포함한 유출물을 배출시키는 것을 포함한다. 언급한 바와 같이, 유출물은 또한 CO2, CO 및 미반응 에탄을 포함할 수 있다. 미정제 아세트산은 유출물로부터 분리될 수 있다. 미정제 아세트산은 유출물 중의 대다수의 아세트산 및 물이 될 수 있으며, 응축된다. 미정제 아세트산은 아세트산 유닛 내에서 처리되어 아세트산 생성물을 얻을 수 있다. 에틸렌 및 미반응 에탄을 포함하는(및 CO 및 CO2를 포함할 수 있는) 가스는 유출물로부터 분리될 수 있으며, 스크러빙 처리하여 아세트산 및 물을 제거하여 공정 가스를 얻을 수 있다. 제거된 아세트산 및 물은 일반적으로 미정제 아세트산 중에서 회수되지 않은 유출물로부터의 아세트산 및 물의 나머지가 될 수 있다. 구현예에서, 공정 가스는 추가의 처리를 위하여 공정 가스 압축기로 보내어 에틸렌 생성물을 얻을 수 있다.
나타낸 바와 같이, 공급물 및 ODH 반응기 내의 에탄-산소 혼합물의 발화도 경계의 밖에 머무르기 위하여 희석제를 사용한다. 언급한 바와 같이, 기화된 물 또는 증기는 희석제로서 사용될 수 있다. ODH 반응기로의 에탄, 산소 및 물을 포함한 혼합된 공급물의 압력 및 온도에 기초하여 목표 산소 농도는 상이할 수 있다. 수개의 공정 구성 방식(예, 에탄 포화기탑, 산소 포화기탑 등 포함)은 희석제로서 물을 에탄 및 산소와 혼합하여 수행될 수 있다. 상이한 공급물-포화 방식 및 ODH 반응기 유출물을 사용한 가열을 포함한 열 통합 옵션을 비교한다.
공급물 에탄을 생성물 에틸렌으로 탈수소화시키고, 부산물 아세트산을 생성하는 ODH 반응은 예를 들면 300℃ 내지 450℃의 온도에서 저온 ODH 촉매(예, MoVNbTeOx 및 MoVTeTaOx와 같은 혼합 금속 산화물)를 사용하여 실시하여 높은 선택성을 갖는 에틸렌을 생성할 수 있다. 반응은 산소 가스 및 에탄을 ODH 반응기에 0.5 이상의 화학량론적 비로 공급하는 것을 수반할 수 있다. 이는 에탄-산소 혼합물 중의 33.3 부피 퍼센트(vol%)의 산소 가스 및 66.6 vol%의 에탄에 해당한다. 동시에, 상기는 25℃ 및 100 킬로파스칼(kPa)에서 66.0 vol%인 에탄의 발화도 상한계(UFL)에 해당할 수 있다. 고온 및 고압에서 및 혼합물에 대한 발화도 상한계 밖에 머무르게 하기 위하여 에탄-산소 혼합물 중에 허용되는 산소의 양은 떨어질 수 있다(감소될 수 있다). 예를 들면, 300℃ 및 500 kPa에서, 에탄-산소 혼합물 중 에탄의 UFL은 약 81 vol%이다. 이는 혼합물 중 허용된 산소 농도가 19 vol% 미만이라는 것을 시사한다. 이는 도 10에 나타낸다. 산소의 양은 화학량론적 반응에 대한 양보다 적으며, 낮은 에탄 전환율(예, 혼합된 상태의 19 vol% 산소에서의 에탄 전환율에서 약 40% 감소)을 초래한다. 이는 ODH 반응기 유출물 중의 상당량의 미반응 에탄으로 인하여 하류 C2 분할기에 더 큰 부하를 가할 수 있다.
고온 및/또는 고압에서 산소 대 에탄 비를 증가시키는 방법은 희석제를 에탄-산소 혼합물에 첨가하는 것이다. 희석제의 예는 질소, CO2, 증기, 헬륨(He), 아르곤(Ar), 메탄 등을 포함한다. 상기 희석제 모두의 켄칭 가능성에 기초하여, CO2는 1,600 K의 단열 화염 온도에서 1.751의 켄칭 계수로 가장 효과적인 것으로 보인다. 그러나, 불행하게도, 희석제로서 사용된 임의의 CO2 및 반응에서 생성된 CO2는 일반적으로 ODH 생성물 스트림으로부터 분리되어야 한다. 그러한 분리는 예를 들면 아민 및 가성탑 둘다로 수행될 수 있다. 분리되는 CO2의 양으로 인하여, 아민 및 가성 시스템은 비효율적이며, 작동시키는데 비교적 비용이 많이들 수 있다. 희석제로서 질소, He, Ar 또는 메탄의 경우 희석제는 하류 장치를 통하여 공정 가스와 함께 이동하여 장치 크기를 증가시키게 된다. 게다가, 상기 가스를 분리하는데 필요한 설비(utility)가 높게 될 수 있어서 높은 작동 비용이 든다.
증기는 1.259의 켄칭 계수를 가지며, CO2를 제외한 상기 언급된 기타 희석제보다 더 효율적일 수 있다. 생성물 스트림을 하류 장치에 보내기 이전에 냉각에 의한 ODH 공정 가스로부터의 증기의 제거는 기타 유형의 희석제에 비하여 희석제로서 증기의 사용이 매력적이게 한다. 그러나, 고정층 반응기 유닛 및 기타 정보에 대하여 수행한 테스트에 의하여 나타난 바와 같이 증기는 불활성 희석제는 아닐 수 있다. 증기는 아세트산 발생의 형성을 촉매화할 수 있다. 그러므로, 희석에 요구되는 양의 감소는 발생된 아세트산의 양에 대한 그의 영향을 감소시킬 것이다.
본원의 측면은 ODH 반응기에 대한 공급물의 희석 및 혼합을 포함한다. 언급한 바와 같이, 수개의 옵션을 에로서 제시한다.
에틸렌을 제조하기 위한 ODH 반응 공정에서 2가지 주요 열 수요는 하기와 같다: (1) 혼합 공급물을 희석하기 위한 공급물 포화; 및 (2) 아세트산(AA) 생성물 스트림을 제공하는 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.
물을 사용한 상류 공급물 포화를 포함한 ODH 반응기 시스템의 에너지 통합 및 전체 에너지 효율의 증가는 작동 비용 및 이산화탄소와 같은 온실 가스의 방출을 감소시킬 수 있다. 반응기 공급물 포화, 아세트산 회수 및 반응기 유출물 냉각의 에너지 통합이 개시되어 있다. 이는 일반적으로 ODH 반응기 플랜트의 전반적인 더 낮은 작동 비용뿐 아니라, 적어도 증기 시스템, 냉각 물 시스템 및 아세트산 유닛에 대한 더 낮은 자본 비용을 초래할 수 있다.
반응기 공급물 포화 및 반응기 유출물 냉각의 에너지 통합의 옵션이 제시된다. 하기 제시된 옵션 1의 예는 기본 사례가 될 수 있다. 제시된 기타 옵션은 일반적으로 기준선 사례로서 옵션 1과 비교할 수 있다. 그러나, 본 기술은 다양한 옵션을 표로 제시하거나 또는 특징화하는 것으로 제한하지 않는다. 그 대신, 옵션 1-9를 포함한 설정되는 바와 같은 다양한 옵션을 예로서 제시한다.
도 1-9(옵션 1-9)는 서로에 대하여 제시할 수 있으며, 일부는 서로에 대한 증분 차이를 포함한다. 도 1-9의 제시된 도면에 도시된 텍스트, 지정 및 도면 부호에 대한 기재의 경우, 또한 도 1-9의 기타 도면의 논의를 참조한다. 도시된 장치 모두의 논의는 각각의 도면의 논의에서 충분하게 재현되지는 않는다. 그 대신, 다양한 도면에서 유사한 도면 부호 및 지정은 유사한 부재를 나타낸다.
도 1은 에틸렌 제조 시스템(100)이다. 도시한 바와 같은 도 1은 후속 도면에 대한 비교를 위하여 옵션 1로서 특징화할 수 있다. 에탄 공급물 포화기(에탄 포화기탑)는 물 중에 포화된 에탄인 포화된 에탄을 제시하기 위하여 포함된다. 산소 가스(O2)는 포화된 에탄에 임의로 첨가될 수 있다. 이와 같이 첨가할 경우 O2는 단일 첨가 지점에서 첨가될 수 있거나 또는 복수의 첨가 지점 전체에 걸쳐 단계별로 점진적으로 첨가될 수 있다. 포화된 에탄 공급물은 반응기 유출물 또는 기타 열원과의 교차 교환에 의하여 가열(예, 과열)될 수 있다. 에탄을 포화시키는 물의 양(예, 물 순환)은 비교적 크기 때문에, 도 1의 구성은 에탄 포화기탑의 경우 순환수 가열기에서 저압(LP) 증기와 같은 더 낮은 열 품질 공급원을 사용할 수 있게 할 수 있다. 환언하면, 물의 커다란 순환은 에탄 포화기탑 주위에서 실행되어 순환수 가열기의 출구 온도를 비교적 낮게 유지하여 LP 증기가 가열 매체로서 이롭게 사용될 수 있게 한다. 따라서, 전체 ODH 반응기 공정은 에탄 포화에 중압(MP) 증기를 사용하는 구성에 비하여 덜 에너지 집약적일 수 있다. 하기 논의한 바와 같이, 에탄 공급물 포화기(에탄 포화기탑)는 트레이형 또는 패킹형 층상 탑일 수 있다.
에틸렌 제조 시스템(100)은 에탄을 에틸렌으로 탈수소화시키는 ODH 촉매를 갖는 ODH 반응기(102) 용기를 포함한다. 반응기의 작동 온도는 예를 들면 300℃ 내지 450℃ 범위 내일 수 있다. ODH 반응은 통상적으로 발열성일 수 있다. ODH 반응기(102) 시스템은 반응기(102)의 온도를 제어하기 위하여 열-전달 유체를 사용할 수 있다. 열-전달 유체는 ODH 반응기(102)로부터 열을 제거하기 위하여(또는 열을 추가하기 위하여) 사용될 수 있다. 열 전달 유체는 예를 들면 증기, 물(가압수 또는 초임계수 포함), 오일 또는 용융염 등일 수 있다. ODH 반응기(102)는 예를 들면 고정층 반응기(ODH 촉매의 고정층으로 작동) 또는 유동층 반응기(촉매의 유동층으로 작동) 또는 또 다른 반응기 유형일 수 있다.
ODH 반응기(102) 내에서 ODH 촉매를 통하여 에틸렌(C2H4)으로 에탄(C2H6)의 ODH 반응은 C2H6 + 0.5 O2 → C2H4 + H2O일 수 있거나 또는 이를 포함할 수 있다. ODH 반응기(102)에서의 추가적인 반응은 하기를 포함할 수 있다:
C2H6 + 1.5 O2 → CH3COOH + H2O
C2H6 + 2.5 O2 → 2 CO + 3 H2O
C2H6 + 3.5 O2 → 2 CO2 + 3 H2O
C2H4 + O2 → CH3COOH
C2H4 + 2 O2 → 2 CO + 2 H2O
C2H4 + 3 O2 → 2 CO2 + 2 H2O
CH3COOH + O2 → 2 CO + 2 H2O
CH3COOH + 2 O2 → 2 CO2 + 2 H2O
CO + 0.5 O2 → CO2
따라서, 형성된 에틸렌 이외에, 물(H2O), 아세트산(CH3COOH), 일산화탄소(CO) 및 이산화탄소(CO2)는 또한 ODH 반응기(102) 내에서 형성될 수 있다.
고정층 반응기로서 ODH 반응기의 경우, 반응물은 반응기의 한쪽 단부에서 도입되어 고정된 촉매를 지나 유동될 수 있다. 생성물이 형성되고, 생성물이 있는 유출물은 반응기의 다른 단부에서 배출될 수 있다. 고정층 반응기는 각각 촉매층을 갖고 반응물의 흐름을 위한 하나 이상의 관(예, 금속 관, 세라믹 관 등)을 가질 수 있다. 반응기(102)의 경우, 유동 중인 반응물은 적어도 산소 상의 에탄일 수 있다. 관은 예를 들면 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 열 전달 유체는 재킷 또는 외부 열 교환기를 통하여 유동될 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 통하여 위로 유동될 수 있다. 반응물(예를 들면 반응기(102)용 에탄, 산소 등)은 유동 촉매와 접촉 시 생성물(예를 들면 반응기(102)의 에틸렌 및 아세트산)로 전환된다. 생성물이 있는 유출물은 반응기 상부로부터 배출될 수 있다. 냉각 재킷은 반응기의 온도 제어를 용이하게 할 수 있다. 유동층 반응기는 반응기의 온도 제어를 용이하게 하기 위하여 열 전달 관, 재킷 또는 외부 열 교환기(예, 공급물 열 교환기 또는 재순환 루프 열 교환기)를 가질 수 있다. 전술한 열 전달 유체는 반응기 관, 재킷 또는 외부 열 교환기를 통하여 유동될 수 있다.
나타낸 바와 같이, ODH 촉매는 고정층 또는 유동층으로서 작동될 수 있다. 에탄을 에틸렌으로 탈수소화하고 부산물로서 아세트산을 형성하는 ODH 반응을 제공할 수 있는 ODH 촉매는 본 기술에 적용 가능할 수 있다. 저온 ODH 촉매가 유익할 수 있다. ODH 반응기에서 사용될 수 있는 ODH 촉매의 한 예는 몰리브덴, 바나듐, 텔루륨, 니오븀 및 산소를 포함하는 저온 ODH 혼합 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 충족하는 양으로 존재한다. 몰리브덴, 바나듐, 텔루륨, 니오븀의 몰비는 유도 결합 플라즈마 질량 분석법(ICP-MS)에 의하여 결정될 수 있다. 촉매는 450℃ 미만, 425℃ 미만 또는 400℃ 미만에서 ODH 반응을 제공하는 데 있어서 저온일 수 있다.
에탄을 탈수소화시키는 ODH 반응과 관련하여, 형성된 부산물은 아세트산일 수 있다. 언급한 바와 같이 또한 ODH 반응과 관련하여 형성된 것은 물, 이산화탄소 및 일산화탄소를 포함할 수 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 들면 300℃ 내지 450℃ 범위 내일 수 있다.
유출물(104)은 도관을 통하여 증기 발생 열 교환기(106)로 운송되어 유출물(104)로부터의 열에 의하여 증기를 발생시킬 수 있다. 증기 발생 열 교환기(106)는 예를 들면 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 200℃ 내지 350℃까지 냉각될 수 있다.
물은 증기 발생 열 교환기(106)에서 유출물(104)로부터의 열로 가열되어 물을 증기로 플래시(flash)시킬 수 있다. 물은 예를 들면 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 통하여 사용자에게 등과 같이 배출될 수 있다. 일반적으로 고압 증기는 저압 증기보다 고가일 수 있다.
500 psig(제곱인치당 파운드 게이지) 초과 또는 1,500 psig 초과와 같은 고압 증기는 통상적으로 500 psig 미만 또는 150 psig 미만과 같은 저압 증기보다 고가일 수 있다. 증기 발생 열 교환기(106)를 통하여 발생된 증기의 압력은 ODH 반응기(102)의 작동 온도(ODH 반응 온도)에 의하여 구동되는 유출물(104)의 온도의 함수일 수 있다.
에탄 포화기탑(110)은 혼합 공급물(108)용 수증기를 ODH 반응기(102) 용기에 제공할 수 있다. 에탄 포화기탑(110)으로부터 배출된 바와 같은 에탄은 물-포화된 에탄일 수 있다. 에틸렌 제조 시스템(100)은 수증기를 에탄 가스(112) 내로 혼입시키고 혼합 공급물(108)용 포화 에탄(114)을 배출시키기 위하여 에탄 포화기탑(110) 용기(예를 들면 컬럼)를 포함할 수 있다.
구현예에서, 액체수(116)는 포화기탑(110)의 상부로 유입되어 포화기탑(110)을 통하여 아래로 유동될 수 있다. 포화기탑(110)은 유입수(116)를 운반하는 도관과 플랜지식 또는 나사식으로 연결된 입구(예를 들면 노즐)를 가질 수 있다. 에탄 가스(112)는 포화기탑(110)의 하부로 유입되어 포화기탑(110)을 통하여 위쪽으로 유동될 수 있다. 포화기탑(110)은 패킹 또는 트레이를 갖고 있어 에탄 가스(112) 내로 수증기를 대량 전달하기 위하여 물(116)과 에탄 가스(112)의 접촉 스테이지를 제공할 수 있다. 포화기탑(110)은 랜덤 패킹, 구조화된 패킹 또는 컬럼 트레이(예, 체 트레이 등) 또는 그의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
액체수(120)는 에탄 포화기탑(110)의 바닥 부분으로부터 배출(예를 들면 하부 스트림으로서)될 수 있고, 에탄 포화기탑(110)에 대한 물 공급물로서 물 재순환 펌프(122)(예를 들면 원심 펌프)를 통하여 재순환될 수 있다. 따라서, 에탄 포화기탑(110)은 물 재순환 루프를 가질 수 있다. 물은 순환수 가열기(118)(예, 다관식 열 교환기)에서 증기(예, LP 증기)와 같은 가열 매체로 가열되어 에탄 포화기탑(110)으로 유입되는 액체수(116)(가열된 상태)를 얻을 수 있다. 포화 에탄(114)은 공급을 위하여 에탄 포화기탑(110)으로부터 ODH 반응기(102)로 오버헤드 배출될 수 있다. 본원에서 사용되는 용어 "포화" 에탄은 에탄 가스가 물로 포화되는 것을 의미한다. 포화 에탄(114)은 일반적으로 수증기를 포함하지만 액체수는 거의 또는 전혀 포함하지 않는다.
논의된 바와 같이, 에탄 가스(112)를 포화시키는 물의 양은 비교적 클 수 있다. 따라서, 순환 가열기(118)를 통한 비교적 큰 비율의 물 순환 속도는 순환수 가열기(118)의 출구 온도를 비교적 낮게 유지하도록 실행될 수 있다. 그러므로, 구현예에서, LP 증기는 순환수 가열기(118)에서 가열 매체로서 이롭게 사용될 수 있다.
배출된 포화 에탄(114)(수증기로 포화된 에탄 가스)은 ODH 반응기(102)로의 공급물로서 포화 에탄(114)을 가열(과열)하는 공급물 열 교환기(124)를 통하여 운송될 수 있다. 포화된 에탄(114)은 과열된(물 포화 온도 초과) 에탄(114)을 사용한 구현을 위하여 공급물 열 교환기(124)의 배출시 뜨거워질 수 있다. 공급물 열 교환기(124)는 예를 들면 다관식 열 교환기 또는 판-핀형 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 들면 통상적으로 적어도 200℃ 내지 350℃ 정도로 냉각될 수 있다. 다른 구현예에서, 공급물 열 교환기(124)는 가열 매체로서 유출물(104) 대신 증기를 사용할 수 있다.
산소 가스(O2)(126)는 공급물 열 교환기(124)의 상류 또는 공급물 열 교환기(124)의 하류 또는 둘 다의 포화 에탄(114)에 첨가될 수 있다. 일부 구현예에서, 액체 산소는 수용되어 산소 가스로서 기화된 O2로 기화될 수 있다. 산소 가스(126)는 단일 첨가 지점 또는 다중 첨가 지점(예를 들면 2-5개의 첨가 지점)에서 포화 에탄에 첨가될 수 있다. 예시된 실시양태는 5개의 첨가 지점을 도시한다. 특정한 실시양태에서, 다중 첨가 지점에 대한 이유는 유동 중인 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)의 첨가 지점에 인접한(하류) 인라인 정적 혼합기를 포함할 수 있다. 구현예에서, 산소 가스(126)를 운반하는 도관은 파이프 티(pipe tee) 또는 유사한 파이프 핏팅(pipe fitting)을 통하여 포화 에탄(114)을 운반하는 도관에 결부될 수 있다. ODH 반응기(102)로의 혼합 공급물(108)은 포화 에탄(114) 및 산소 가스(126)를 포함할 수 있다. 표시된 바와 같이, 포화 에탄(114) 내의 물은 희석제일 수 있다.
유출물(104)은 공급물 열 교환기(124)로부터 냉각기 열 교환기(128)를 통하여 플래시 드럼(130)으로 유동한다. 플래시 드럼(130)은 예를 들면 수직 배향 또는 수평 배향을 갖는 용기이다. 구현예에 있어서, 액체(예를 들면 주로 물일 수 있는 미정제 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 들면 냉각탑 물일 수 있다. 냉각기 열 교환기(128)는 예를 들면 다관식 열 교환기 또는 판-핀형 열 교환기 또는 기타 유형의 열 교환기일 수 있다. 구현예에서, 냉각기 열 교환기(128)는 예를 들면 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(하기 논의함). 플래시 드럼(130)의 작동 압력은 유출물(104)의 ODH 반응기(104) 배출 압력의 함수일 수 있다. 플래시 드럼(130)의 작동 압력은 ODH 반응기(102)로부터 파이핑 및 열 교환기를 통하여 플래시 드럼(130) 및 하류 공정 가스 압축기로 유동되는 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 의하여 영향을 받을 수 있다. 플래시 드럼(13)으로부터 하부 스트림으로서 배출되는 미정제 아세트산(132) 중 물의 양은 플래시 드럼(130)으로 유입되는 유출물(104)의 온도의 함수일 수 있다. 플래시 드럼(130)으로 유입되는 유출물(104)의 더 낮은 온도는 미정제 아세트산(132)에 더 많은 물을 제공할 수 있다. 이는 더 낮은 온도에서 유출물(104)에 더 많은 물이 응축될 것이기 때문일 수 있다. 미정제 아세트산(132)은 주로 물일 수 있다.
실시양태에서, 측면은 ODH 반응기 유출물(104)에서 물 및 아세트산의 대부분을 응축시키기 위하여 냉각기 열 교환기(128) 내의 ODH 반응기 유출물(104)을 냉각수로(예를 들면 30℃ 내지 80℃ 범위의 온도에 이르기까지) 냉각하는 것이다. 따라서, 대부분의 물이 응축되기 때문에, 본 실시양태에서 플래시 드럼(130)으로부터 배출되는 미정제 아세트산(132)은 상당한 양의 물을 가질 수 있다. 따라서, 미정제 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, 미정제 아세트산(132) 중 아세트산의 농도는 예를 들면 0.3 wt% 내지 45 wt% 범위일 수 있다.
플래시 드럼(130)은 플래시 드럼(130)의 바닥 부분으로부터 미정제 아세트산(132)을 배출한다. 미정제 아세트산(132)은 액체 아세트산과 액체수를 포함한다. 플래시 드럼(130)은 미정제 아세트산(132)의 배출을 위하여 플래시 드럼(130)의 바닥 부분에 출구를 가질 수 있다. 출구는 플래시 드럼(130)으로부터 도관으로 미정제 아세트산(132)을 배출하기 위한 도관에 연결되는 플랜지식 노즐 또는 나사식 노즐일 수 있다. 플래시 드럼(130)은 도관을 통하여 미정제 아세트산(132)을 아세트산 유닛(132), 예를 들면 아세트산 유닛(132) 내 추출기 컬럼으로 배출할 수 있다.
미정제 아세트산(132)은 아세트산 유닛(134)에서 처리되어 미정제 아세트산(132)으로부터 물(136)을 제거하여 에틸렌 제조의 공동생성물인 아세트산 생성물(138)을 제공할 수 있다. 아세트산 생성물(138)은 예를 들면 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 들면 도 1A와 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 컬럼으로부터 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, 가스, 예컨대 에틸렌, 이산화탄소, 일산화탄소, 미반응 에탄 및 기타 가스를 포함할 수 있다. 기타 가스는 예를 들면 에탄 가스(112)(예를 들면 에탄 가스(112)의 파이프라인 공급에서)와 함께 시스템(100)에 유입되는 상대적으로 적은 양의 메탄 또는 프로판을 포함할 수 있다. 플래시 드럼(130)은 가스(142)의 배출을 위하여 플래시 드럼(130)의 상단 부분에서의 출구를 포함할 수 있다. 출구는 가스(142)의 배출을 위한 배출 도관에 연결하는 플랜지 또는 나사식 핏팅을 갖는 노즐일 수 있다. 가스(142)는 배출 도관을 통하여 탑 또는 컬럼과 같은 용기인 아세트산 스크러버(144)로 유동될 수 있다.
아세트산 스크러버(144)의 목적은 아세트산 및 물을 가스(142)로부터 스크러빙(제거)하는 것일 수 있다. 가스(142)로부터 제거된 아세트산 및 물은 일반적으로 유출물(104)로부터 공급된 바와 같은 아세트산 및 물의 나머지일 수 있다. 가스(142)로부터 아세트산의 제거는 공정 가스(148) 중 낮은 농도의 아세트산을 제공할 수 있으므로, 공정 가스 압축기(158)와 같은 하류 처리 장치의 덜 엄격한 야금학적 요건(및 그에 따른 더 적은 야금학적 비용)을 허용할 수 있다. 공정 가스(148) 중의 아세트산의 농도는 예를 들면 1백만부당 100 부(ppm) 미만일 수 있다.
스크러빙 액체는 아세트산 스크러버(144)의 상부로 유입되어 아세트산 스크러버(144)를 통하여 아래로 유동되는 스크러빙수(146)일 수 있다. 스크러버(144)는 스크러빙수(146)를 수용하기 위한 노즐과 같은 입구를 가질 수 있다. 노즐은 예를 들면 들어오는 스크러빙수(146)를 운반하는 입구 도관과 연결된 플랜지식 또는 나사식 연결부일 수 있다. 펌프(160)는 스크러빙수(146)를 아세트산 스크러버(144)에 유동시키기 위한 추진력을 제공할 수 있다. 아세트산 스크러버(144)에 공급된 스크러빙수(146)는 예를 들면 아세트산 유닛(134)으로부터의 액체수(154) 및 하류 공정 가스 압축기(PCG)(158)로부터의 물 응축물(156)을 포함할 수 있다. 일부 예에서 단계간을 포함한 PCG(158)에서의 응축기 열 교환기(들)는 PCG(158)를 통하여 유동하는(그 내부에서 압축됨) 공정 가스(148) 중의 물을 응축시킬 수 있다.
플래시 드럼(130)으로부터의 가스(142)는 스크러버(144) 용기의 히부로 유입되어 스크러빙수(146)에 대하여 역류 흐름으로 스크러버(144)를 통하여 위쪽으로 유동된다. 스크러버(144)는 유입 가스(142)를 운반하는 입구 도관과 플랜지식 또는 나사식 연결부인 입구(예를 들면 노즐)를 가질 수 있다. 아세트산 스크러버(144)는 패킹 또는 트레이를 가져서 가스(142)로부터 스크러빙수(146)로 수증기 및 아세트산 증기를 물질 전달하기 위하여 스크러빙수(146)와 가스(142)의 접촉 스테이지를 제공할 수 있다. 스크러버(144)는 랜덤 패킹, 정렬된 패킹 또는 트레이, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
아세트산 스크러버(144)는 에틸렌 생성물을 회수하기 위한 하류 처리를 위하여 공정 가스(148)(예를 들면 오버헤드 스트림)를 배출할 수 있다. 공정 가스(148)는 에틸렌, 에탄, 이산화탄소, 일산화탄소, 프로판 및 메탄을 포함할 수 있다. 공정 가스(148) 중 에틸렌의 농도는 예를 들면 10 몰% 내지 90 몰% 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(144)의 상단 부분에 있는 출구 노즐을 통하여 배출될 수 있고, 여기서 노즐은 배출 도관에 연결된다.
가스(142)로부터 제거된 아세트산 증기 및 수증기를 갖는 스크러빙수(146)는 하부 스트림으로서(스크러버(144)의 바닥 부분에 있는 출구 노즐을 통하여) 재순환수(150)로서 에탄 포화기탑(110)으로 배출될 수 있다. 재순환수(150)는 도관을 통하여 에탄 포화기(110)로 유동될 수 있다. 재순환수(150)의 흐름에 원동력을 제공하기 위하여 도관을 따라 재순환수 펌프(152)가 배치될 수 있다. 재순환수(150)는 에탄 포화기탑(110)으로부터의 바닥 액체수(120)와 합하고, 액체수(116) 공급물로서 순환수 가열기(118)를 통하여 포화기탑(110)으로 유동된다.
재순환수(150)를 에탄 포화기탑(110)에 제공하는 것은 시스템(100) 내의 물 재순환의 회로(예, 폐쇄 회로)를 완료할 수 있다. 회로로부터 배출된 물 생성물(140)은 ODH 반응기(102)의 ODH 반응에서 생성된 물에 해당할 수 있다. 구성수(makeup water)는 손실 또는 공정 혼란을 채우기 위하여 회로에 첨가될 수 있다. 혼합된 공급물(108) 희석을 위하여 유출물(104)로부터 회수된 물(예, 재순환수(150)로서)의 제공은 시스템(100)에서 물 통합을 제공할 수 있다.
아세트산 스크러버(144)로부터 배출된 공정 가스(148)는 하류 장비(162)에 의하여 처리하여 공정 가스(148)로부터의 에틸렌을 생성물 에틸렌(164)으로서 제거할 수 있다. 하류 장비(162)는 공정 가스(148)의 압력을 증가시키는 전술한 PCG(158)(예를 들면 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 분할기(166)를 포함할 수 있다. C2 분할기(166)는 증류 트레이를 갖는 증류 컬럼인 용기일 수 있다.
실시양태에서, 에틸렌 제조 시스템(100)은 공정 가스(148)를 하류 장비(162)로 이송시키지만 하류 장비(162)를 포함하지 않는다. 대신, 에틸렌 제조 시스템(100)의 생성물은 에틸렌을 갖는 중간 생성물 공정 가스(148)이다. 다른 실시양태에서, 에틸렌 제조 시스템(100)은 공정 가스(148)를 생성물로서 배출하는 PGC (158)를 포함한다. 또 다른 실시양태에서, 에틸렌 제조 시스템(100)은 하류 공정 장비(162)를 포함한다. 하류 공정 장비(162)의 경우 옵션 1-9 중에서 에너지에 대한 논의 또는 분석에서는 PGC(158)를 고려하지만, 통상적으로 하류 장비(162) 중 나머지 장비는 고려하지 않는다.
ODH 반응기 시스템 또는 ODH 반응기 시스템 플랜트는 하류 공정 장치(162)를 제외한 도 1에 도시된 장치(예, 에탄 포화기탑(110), 플래시 드럼(130), 아세트산 유닛(134), 아세트산 스크러버(144) 등)를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, ODH 반응기 시스템 또는 ODH 반응기 시스템 플랜트는 분할기 증류 컬럼(166)이 아니라 PGC(158)를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
도 1의 에틸렌 제조 시스템(100) 및 후속 도 2-9의 에틸렌 제조 시스템은 에틸렌 제조 시스템의 작동, 예컨대 유동 스트림(유속 포함) 및 관련 제어 밸브의 공급 또는 배출, 작동 온도 및 작동 압력의 제어 및 컬럼, 드럼, 스크러버 및 열 교환기 등의 제어를 돕거나 또는 유도하는 제어 시스템을 포함할 수 있다. 제어 시스템은 에틸렌 제조 시스템의 계산 및 직접 작동을 수행하기 위하여 프로세서에 의하여 실행되는 프로세서 및 메모리 저장 코드(예, 로직, 명령 등)를 포함할 수 있다. 제어 시스템은 하나 이상의 제어기일 수 있거나 또는 이를 포함할 수 있다. 프로세서(하드웨어 프로세서)는 하나 이상의 프로세서일 수 있으며, 각각의 프로세서는 하나 이상의 코어를 가질 수 있다. 하드웨어 프로세서(들)는 마이크로프로세서, 중앙 처리 장치(CPU), 그래픽 처리 장치(GPU), 제어기 카드, 회로판 또는 기타 회로를 포함할 수 있다. 메모리는 휘발성 메모리(예, 캐쉬 및 랜덤 액세스 메모리), 비휘발성 메모리(예, 하드 드라이브, 솔리드 스테이트 드라이브 및 읽기 전용 메모리) 및 펌웨어를 포함할 수 있다. 제어 시스템은 데스크탑 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 컴퓨터 서버, 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC), 분산 컴퓨팅 시스템(DSC), 제어 장치, 액추에이터 또는 제어 카드를 포함할 수 있다. 제어 장치는 메모리에 저장된 코드의 성분일 수 있으며, 프로세서에 의하여 실행될 수 있다. 제어 시스템은 필드에 분산된 제어 모듈 및 장치를 포함할 수 있다.
제어 시스템은 에틸렌 제조 시스템에서의 제어 디바이스 또는 기타 제어 부품의 설정점을 명시하는 유저 입력을 수신할 수 있다. 제어 시스템은 통상적으로 사람이 설정점 및 기타 목표 또는 제약조건을 제어 시스템에 입력하는 유저 인터페이스를 포함한다. 일부 구현예에서, 제어 시스템은 제어 디바이스의 설정점을 계산하거나 또는 달리 결정할 수 있다. 제어 시스템은 계산을 수행하고, 설정점에 대한 값을 포함한 명령을 제공하는 원격 컴퓨팅 시스템에 통신 가능하게 연결될 수 있다. 작동시, 제어 시스템은 에틸렌 제조 시스템의 공정을 도울 수 있다. 다시, 제어 시스템은 시스템에서 제어 부품의 설정점을 명시하는 컴퓨터 입력 또는 유저 입력을 수신할 수 있다. 제어 시스템은 제어 디바이스의 설정점을 결정, 계산 및 명시할 수 있다. 측정은 센서 및 송신기 등으로부터의 피드백 정보를 포함한 에틸렌 제조 시스템의 작동 조건에 적어도 부분적으로 기초할 수 있다.
일부 구현예는 활동의 중심이 될 수 있어서 공정 또는 시설의 모니터링 및 제어를 돕는 제어룸을 포함할 수 있다. 제어룸은 예를 들면 제어 시스템에 대한 유저-인터페이스를 제공하는 특수 소프트웨어를 실시하는 컴퓨터인 사람 기계 인터페이스(HMI)를 포함할 수 있다. HMI는 판매자에 따라 변동될 수 있으며, 유저에게 원격 프로세스의 그래픽 버젼을 제시할 수 있다. 데이타에 대한 다양한 정도의 액세스를 갖는 HMI 콘솔 또는 워크스테이션이 다수 존재할 수 있다. 제어 시스템은 또한 또는 대신에 시스템에 분산된 로컬 제어(예, 분산된 콘트롤러, 로컬 제어 패널 등)를 사용할 수 있다.
도 1A는 도 1(및 후속 도면)의 아세트산 시스템(134)의 일례이다. 논의되는 바와 같이, 아세트산 시스템(134)은 예컨대 플래시 드럼(130)으로부터의 미정제 아세트산(132)을 수용한다. 예시된 실시양태에서, 아세트산 유닛(134)은 미정제 아세트산(132)으로부터 아세트산을 제거하기 위하여 용매를 사용하는 추출기 컬럼(170), 물을 회수하기 위하여 추출기 컬럼(170)으로부터 라피네이트를 처리하는 물 스트리퍼 컬럼(172) 및, 추출기 컬럼(170)으로부터 배출된 아세트산으로부터 용매를 제거하여 아세트산 생성물(138)을 얻는 용매 회수 컬럼(174)을 포함한다. 다시, 아세트산 유닛(134)은 논의된 바와 같이 미정제 아세트산(132)을 수용한다. 미정제 아세트산(132)은 주로 물일 수 있다.
예시된 구현예에서, 미정제 아세트산(132)을 추출기 컬럼(170)에 공급한다. 미정제 아세트산(132)을 추출기 컬럼(170)의 상부에서 도입하여 추출기 컬럼(170)을 통하여 아래로 유동시킬 수 있다.
추출기 컬럼(170)은 일반적으로 수직 배향을 갖는 용기이다. 추출기 컬럼(170)은 액체-액체 추출 컬럼일 수 있다. 추출기 컬럼(170)은 패킹형(랜덤 또는 구조화됨) 또는 트레이형(체 트레이)을 가질 수 있다. 패킹형을 사용할 경우, 패킹은 금속(예, 스테인레스 스틸) 또는 플라스틱일 수 있다. 추출기 컬럼(170)은 액체-액체 상의 더 나은 접촉을 얻기 위하여 가동 인터날(예, 임펠러)을 포함할 수 있다.
작동시, 추출기 컬럼(170)은 미정제 아세트산(132)으로부터 아세트산을 추출하기 위하여 용매(176)를 사용한다. 용매(176)는 일반적으로 물과 비혼화성일 수 있어서 통상적으로 미정제 아세트산(132)으로부터 상당량의 물을 제거하지는 못한다. 용매(176)는 예를 들면 n-부탄올, 이소부탄올, 아밀 알콜, 에틸 아세테이트 또는 메틸 tert-부틸 에테르(MTBE) 등일 수 있다. 용매(176)는 추출기 컬럼(170)의 하부에서 도입되며, 추출기 컬럼(170)을 통하여 아래로 유동되는 미정제 아세트산(132)과 역류 흐름으로 컬럼(170)을 통하여 위쪽으로 유동될 수 있다. 용매(176)는 미정제 아세트산(132)으로부터 아세트산을 제거(흡수, 추출)한다. 추출기 컬럼(170)에서 패킹 또는 트레이 및 가동 부분은 용매(176)로 아세트산의 물질 전달을 도울 수 있다.
용매(176) 및, 미정제 아세트산(132)으로부터 제거된(흡수된, 추출된) 아세트산을 포함하는(및 비교적 소량의 물을 포함할 수 있음) 추출물(178)은 추출기 컬럼(170)으로부터 추출물 가열기(180)(열 교환기)를 통하여 상부에서 배출된다. 추출물 가열기(180)는 추출물(178)을 가열한다. 가열 매체는 예를 들면 증기일 수 있다. 추출물 가열기(180)는 다관식 열 교환기, 판형 열 교환기 또는 판-핀형 열 교환기 또는 기타 유형의 열 교환기일 수 있다. 추출물(178)을 용매 회수 컬럼(174)으로 운송한다.
추출기 컬럼(170)은 추출기 컬럼(170)의 하부로부터 하부 스트림으로서 라피네이트(184)를 배출한다. 라피네이트(184)는 미정제 아세트산(132)으로부터의 대부분의 또는 벌크(예, 거의 전부)의 물을 포함한다. 라피네이트(184)는 주로 물이다. 라피네이트(184)는 미량의 유기 화합물(예, 용매(176), 아세트산 등)을 포함할 수 있다.
라피네이트(184)는 물을 회수하기(물의 순도를 증가시키기) 위하여 추출기 컬럼(170)으로부터 물 스트리퍼 컬럼(172)으로 배출된다. 물 스트리퍼 컬럼(172)(용기)은 증류 트레이 또는 패킹을 포함한 증류 컬럼이며, 열원으로서 리보일러 열 교환기와 회합될 수 있다(또는 하부로 증기 주입을 보낼 수 있다). 물 스트리퍼 컬럼(172)은 오버헤드 응축기 열 교환기와 회합될 수 있다. 경사분리기를 사용하여 오버헤드 응축기로부터 응축된 오버헤드 스트림 중의 용매 상으로부터 물 상을 분리하는데 사용할 수 있다. 증류 컬럼 시스템은 응축된 액체를 오버헤드 응축기로부터 수용하기 위하여 수용기 용기 또는 환류 드럼을 포함할 수 있다.
작동시, 물 스트리퍼 컬럼(172)은 라피네이트(184)로부터 미량의 유기 화합물을 분리하고, 액체 물(186)로서 유기 화합물과 함께 물을 갖는 하부 스트림을 배출할 수 있다. 물 스트리퍼 컬럼(172)은 응??되는 수증기 및 유기 화합물 오버헤드를 배출할 수 있다. 물(186)의 일부는 물 생성물(140)로서 보낼 수 있다. 물(186)의 또 다른 부분(154)은 아세트산 스크러버(144)를 위한 스크러빙수(146)로서 사용될 수 있다.
용매 회수 컬럼(174)은 추출물 가열기(180)로부터 추출물(178)을 수용한다. 용매 회수 컬럼(174)은 추출물(178)로부터 용매(176)를 분리하여 아세트산 생성물(138)을 얻는 증류 컬럼일 수 있다. 분리된 용매(178)는 추출기 컬럼(170)으로 보낼 수 있다. 증류 컬럼은 증류 트레이 또는 패킹을 갖는 용기이며, 리보일러 열 교환기 및 오버헤드 응축기 열 교환기(및 물-용매 상을 분리하는 경사분리기)와 함께 작동한다.
추출물(178)은 용매 회수 컬럼(174)의 측면 공급물(예, 상부)로서 도입될 수 있다. 아세트산 생성물(138)은 용매 회수 컬럼(174)으로부터 배출된 하부 스트림일 수 있다. 용매(176)는 용매 회수 컬럼(174)으로부터 오버헤드 배출된 후 응축될 수 있다.
도 2는 산소 포화기탑(202)(산소 가스 포화기탑)을 추가한 것을 제외하고 도 1의 에틸렌 제조 시스템(100)과 동일하거나 또는 유사한 에틸렌 제조 시스템(200)이다. 도 2는 옵션 2로서 특징화될 수 있다. 도 2에 도시된 장치 및 도면 부호의 설명은 도 1의 논의를 또한 참조한다.
산소 포화기탑(202) 및 에탄 포화기탑(110)은 공급물로서 아세트산 스크러버(144)로부터의 재순환수(150)를 공유할 수 있다. 재순환수(150)의 일부(204)는 하부 물(120)과 함께 액체 물(116)로서 합하여 순환수 가열기(118)를 통하여 에탄 포화기탑(110)으로 제공될 수 있다(재순환수 펌프(152)에 의하여). 재순환수(150)의 또 다른 일부(206)는 산소 포화기탑(202)으로부터의 하부 물(208)과 합하여 순환수 가열기(212)를 통하여 산소(O2) 포화기탑(202)으로 공급되는 액체 물(210)로서 제공될 수 있다(재순환수 펌프(152)에 의하여).
산소 포화기탑(202)을 포함하는 예시된 실시양태에서, 혼합된 공급물(108)에(포화시키는 또는 포화를 위하여) 혼입된 물의 부하는 2개의 포화기탑(110, 202) 사이에서 공유된다. 이는 또한 순환수 가열기(118, 212)에서 물 순환 속도 및 LP 증기 요구의 품질을 감소시킬 수 있으며, 옵션 1에서 순환수 가열기(118)와 비교하여 순환수 가열기(118, 212)로부터 배출된 순환수의 온도를 감온시킨다. 예를 들면 고압 70 psig에서의 LP 증기와 비교시 저압 60 psig에서의 LP 증기가 옵션 2에 대하여 실시되는 표 1을 참조한다. 이는 옵션 1에 비하여 옵션 2에 대한 순환수의 저온을 제공한다. 산소 포화기탑(202)(산소 공급물 포화기)은 트레이탑 또는 패킹층탑일 수 있다.
산소 포화기탑(202)은 산소 가스(126)(공급)를 수용하며, 혼합된 공급물(108)을 위하여 포화된 산소 가스(214)(물로 포화됨)를 ODH 반응기(102) 용기에 제공할 수 있다. 에틸렌 제조 시스템(100)은 수증기를 산소 가스(126)에 혼입하고, 포화된 산소 가스(214)를 혼합된 공급물(108)을 위하여 배출하는 산소 포화기탑(202) 용기(예, 컬럼)를 포함할 수 있다.
구현예에서, 액체 물(210)은 포화기탑(202)의 상부에 도입되어 탑(202)을 통하여 아래로 유동될 수 있다. 탑(202)은 유입수(210)를 운반하는 도관과 플랜지식 또는 나사식으로 연결된 입구(예, 노즐)를 가질 수 있다. 산소 가스(126)는 포화기탑(202)의 하부에서 유입되어 탑(202)을 통하여 위쪽으로 유동될 수 있다. 탑(202)은 산소 가스(126)로의 수증기의 물질 전달을 위한 산소 가스(126)와 물(210)의 접촉 스테이지를 제공하는 패킹 또느 트레이를 가질 수 있다. 탑(202)은 랜덤 패킹, 구조화된 패킹 또는 컬럼 트레이(예, 체 트레이 등) 또는 그의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
액체 물(208)은 산소 포화기탑(202)의 하부로부터 배출되고(예, 하부 스트림으로서), 물 순환(재순환) 펌프(216)(예, 원심분리 펌프)를 경유하여 물 공급물로서 산소 포화기탑(202)으로 순환(재순환)될 수 있다. 따라서, 산소 포화기탑(202)은 물 재순환 루프를 가질 수 있다. 언급한 바와 같이, 하부 액체 물(208)은 재순환수(150)의 일부(206)와 합하여 산소 포화기탑(202)의 상부에 도입되는 액체 물(210)을 얻을 수 있다.
공급물 액체 물(210)은 순환수 가열기(212) 내에서 가열 매체, 예컨대 증기(예, LP 증기)로 가열되어 액체 물(210)(가열된 상태임)을 얻고, 이는 산소 포화기탑(202)으로 유입될 수 있다. 순환수 가열기(212)는 열 교환기, 예컨대 다관식 열 교환기 또는 판-핀형 열 교환기 등이다. 포화된 산소 가스(214)는 ODH 반응기(102)로의 공급을 위하여 산소 포화기탑(202)으로부터 오버헤드 배출될 수 있다. "포화된" 산소 또는 "포화된" 산소 가스는 산소 가스가 물(수증기)로 포화되어 물 포화된다는 것을 의미한다. 포화된 산소 가스(214)는 액체 물을 거의 또는 전혀 갖지 않는 것을 제외한 수증기를 포함한다.
도 3은 에탄 교차 교환기(302) 및 산소 교차 교환기(304)를 가지며, 부분 포화를 위한 관련 물 첨가를 제외하고, 도 2의 에틸렌 제조 시스템(200)과 동일하거나 또는 유사한 에틸렌 제조 시스템(300)이다. 도 3은 옵션 3으로 지정할 수 있다. 도 3에 도시된 텍스트, 지정 및 도면 부호에 대한 설명의 경우, 또한 도 1 및 2의 논의를 참조한다.
에탄 교차 교환기(302) 및 산소 교차 교환기(304)의 포함은 반응기 유출물(104)로부터의 상당한 열 회수로 인하여 포화기탑(110, 202)의 각각의 순환수 가열기(118, 212)에서 이롭게도 더 적은 LP 증기를 요구를 할 수 있게 된다. 플랜트 냉각수 요구는 또한 교차 교환기(302, 304)를 경유하여 반응기 유출물(의 냉각)로부터의 열 회수로 인하여 감소(예, 냉각탑에 대한 부하를 감소)될 수 있다. 교차 교환기(302, 304) 각각은 각각의 측면에 열원 및 흡열원을 갖는 열 교환기, 예컨대 판형(및 핀형) 열 교환기 또는 다관식 열 교환기일 수 있다.
작동시, 에탄 교차 교환기(302)는 에탄 가스(112) 및 재순환수(308)의 혼합물(306)을 가열한다. 재순환수(308)는 아세트산 스크러버(144)의 하부로부터 재순환수(150)의 일부일 수 있다. 에탄 교차 교환기(302)의 혼합물(306)(가열된 상태) 하류는 에탄 포화기(110)에 공급되는 부분 포화된 에탄으로 지정될 수 있다. 따라서, 도 1 및 2에서와 같이 에탄 가스(112)를 직접 에탄 포화기탑(110)에 공급하는 대신에, 에탄 포화기탑(110)에 도입하기 이전에 에탄 가스(112)를 우선 재순환수(308)로 부분 포화시킨다.
산소 교차 교환기(304)는 산소 가스(126) 및 재순환수(312)의 혼합물(310)을 가열한다. 재순환수(312)는 아세트산 스크러버(144)의 하부로부터의 재순환수(150)의 또 다른 일부일 수 있다. 재순환수(150)의 나머지(314)는 도시한 바와 같이 에탄 포화기(110) 및 산소 포화기탑(202)(각각 일부(204 및 206)로서)에 공급될 수 있다. 산소 교차 교환기의 혼합물(310)(가열된 상태) 하류는 산소 가스를 물로 포화시키기 위하여 산소 포화기탑(202)에 공급되는 부분 포화된 산소로서 지정될 수 있다. 따라서, 도 2에서와 같이 산소 가스(126)를 직접 산소 포화기탑(202)에 공급하는 대신에, 산소 포화기탑(202)에 도입하기 이전에 산소 가스(126)를 우선 재순환수(312)로 부분 포화시킨다.
에탄 교차 교환기(302) 및 산소 교차 교환기(304)는 각각 다관식 열 교환기, 판형 열 교환기 또는 판-핀형 열 교환기 또는 기타 유형의 열 교환기일 수 있다. 에탄 교차 교환기(302) 및 산소 교차 교환기(304)는 유출물(104)을 가열 매체로서 도시한 바와 같이 직렬로 또는 병렬로 사용할 수 있다.
예시된 구현예에서, 에탄 교차 교환기(302) 및 산소 교차 교환기(304)는 공급물 열 교환기(124)의 하류에서 유출물(104)을 수용한다. 유출물(104)의 일부(316)는 에탄 교차 교환기(302)에 공급된다. 유출물(104)의 나머지 일부(318)는 산소 교차 교환기(304)에 공급된다. 유출물(104)은 예를 들면 파이프 티 또는 기타 파이핑 핏팅을 경유하여 일부(316 및 318)로서 분할될 수 있다. 따라서, 유출물(104)을 운반하는 도관은 일부(316 및 318)를 운반하는 2개의 도관 각각으로 배출될 수 있다. 제어 밸브(예, 유동 제어 밸브)는 2개의 도관 중 하나에 배치될 수 있다. 유출물(104)을 일부(316 및 318)로 분할하기 위한 기타 배치 또는 구성도 적용 가능하다.
유출물(104)의 하류인 일부(316 및 318)는 합하여 에탄 교차 교환기(302) 및 산소 교차 교환기(304)에 의하여 냉각된 상태로 정방향으로 진행하는 유출물(104)를 얻을 수 있다. 일부(316 및 318)는 냉각기 열 교환기(128)의 상류에서 합쳐질 수 있다(화살표(320)에 나타낸 바와 같음). 유출물(104)(냉각된 상태)은 냉각기 열 교환기(128)(추가의 냉각을 위함)를 통하여 플래시 드럼(130)으로 유동될 수 있다.
2개의 평행한 교차 교환기(302 및 304)의 혼입은 유출물의 냉각을 제공하므로, 옵션 1 및 2과 비교시 유출물(104)을 냉각시키기 위한 냉각수 수요를 감소시킨다(예, 냉각기 열 교환기(128)에서 냉각탑 물의 수요를 감소시킨다). 더욱이, 2개의 평행한 교차 교환기(302 및 304)의 추가는 공급물 포화를 위하여(예, 에탄 가스(112) 및 산소 가스(126)의 물 포화를 위하여 및 혼합된 공급물(108)을 물로 희석하기 위하여) 유출물(104)로부터의 열을 회수한다. 그러므로, 공급물 포화를 위한 증기 소비(예, 순환수 가열기(118, 212)에서의 LP 증기)는 옵션 2에 비하여 감소될 수 있다. 그러나, ODH 반응기(102) 및 PGC(158) 사이에 2개의 평행한 교차 교환기(302 및 304)의 추가는 옵션 1 및 2에 비하여 PGC(158)에 대한 더 낮은 흡입 압력을 초래하여 더 높은 PGC(158) 전력 소비를 초래할 수 있다.
도 4는 산소 포화기탑(202)이 없는 것을 제외하고 도 3의 에틸렌 제조 시스템(300)과 동일하거나 또는 유사한 에틸렌 제조 시스템(400)이다. 도 4는 옵션 4로 지정할 수 있다. 도 4에 도시된 텍스트, 지정 및 도면 부호에 대한 설명의 경우, 또한 상기 도면의 논의를 참조한다.
산소(O2) 포화기탑(202)의 배제는 옵션 3에 비하여 에틸렌 제조 시스템을 단순화시킬 수 있다. 그러나, 에탄 포화기탑(110)에 대한 순환수 가열기(118)에서의 LP 증기 수요의 질은 옵션 2 및 3보다 더 높을 수 있다.
재순환수(150)의 나머지(314)는 에탄 포화기(110)에 공급할 수 있다. 재순환수(150)의 나머지(314)는 산소 가스 포화 또는 산소 포화기탑(202)에 사용된 일부(206) 없이 일부(204)에 해당할 수 있다(도 2-3).
도 4에서, 산소 교차 교환기(304)는 도 3에서와 같이 산소 가스(126) 및 재순환수(312)의 혼합물(310)을 가열한다. 그러나, 도 4에서, 가열된 혼합물(310)(부분 포화된 산소)은 포화된 에탄(114)을 운반하는 도관에 첨가한다(도 3에서와 같이 산소 포화기탑(202)에 공급하는 대신에).
게다가, 도 1과 비교시, 도 1에서와 같이 산소 가스(126)를 직접 포화된 에탄(114)에 첨가하는 대신에, 도 4에서의 산소 가스(126)는 포화된 에탄(114)을 운반하는 도관에 도입하기 이전에 산소 교차 교환기(304)를 경유하여 재순환수(312)로 우선 부분 포화된다.
가열된 혼합물(310)(부분 포화된 산소)을 단일 첨가 지점에서 또는 복수의 첨가 지점(예, 2-5개의 첨가 지점)에서 포화된 에탄(114)에 첨가될 수 있다. 가열된 혼합물(310)을 공급물 열 교환기(124)의 상류 또는 하류 또는 둘다인 포화된 에탄(114)에 첨가할 수 있다. 포화된 에탄(114) 및 혼합물(310)의 조합(교차 교환기(304)에 의하여 가열된 상태)은 ODH 반응기(102) 용기에 도입된 혼합 공급물(108)일 수 있다.
도 5는 재순환수(150)의 나머지(314)를 반응기 유출물(104)로 가열하는 재순환수 교차 교환기(502)를 추가한 것을 제외하고, 도 4의 에틸렌 제조 시스템(400)과 동일하거나 또는 유사한 에틸렌 제조 시스템(500)이다. 도 5는 옵션 5로서 지정할 수 있다. 도 5에 도시된 텍스트, 지정 및 도면 부호에 대한 설명의 경우, 또한 상기 도면의 논의를 참조한다.
재순환수 교차 교환기(502)는 에탄 포화기탑(110)에 공급되는 재순환수(150)의 나머지(314) 일부를 (가열 매체로서 유출물(104)로) 가열한다. 따라서, 재순환수 교차 교환기(502)는 에탄 포화기탑(110)(에탄 공급물 포화기)로의 재순환수를 예열시킨다. 재순환수 교차 교환기(502)는 반응기 유출물(104)로부터의 열 회수를 추가로 증가시킨다. 재순환수 교차 교환기(502)의 사용은 옵션 4에 비하여 공급물 포화를 위한 증기 수요 및 반응기 유출물(104) 냉각을 위한 냉각수 수요 둘다를 감소시킨다. 교차 교환기(302, 304)와 같이, 재순환수 교차 교환기(502)는 흡열원 및 열원이 각각 측면에 있는 예를 들면 판형(및 핀형) 열 교환기 또는 다관식 열 교환기일 수 있다. 예시된 실시양태에서, 재순환수 교차 교환기(502)는 교차 교환기(302, 304)의 하류 및 냉각기 열 교환기(128)의 상류에서 유출물(104) 유동을 따라 작동적으로 배치된다.
논의한 바와 같이, 재순환수(150)는 아세트산 스크러버(144)로부터 배출된 하부 스트림이다. 재순환수(150)의 일부(308 및 312)는 도 4에서 실시된 바와 같이 에탄 가스(112) 및 산소 가스(126)를 각각 부분 포화시키기 위하여 사용된다. 그러나, 나머지 재순환수(150)는 나머지 일부(314)로서 재순환수 교차 교환기(502)를 통하여 순환수 가열기(118)를 거쳐(이를 통하여 이송하기 이전에) 에탄 포화기탑(110)으로 운송된다.
나타낸 바와 같이, 교차-교환기(302, 304 및 502)는 다관식 열 교환기, 판형 열 교환기, 판-핀형 열 교환기 또는 기타 유형의 열 교환기일 수 있다. 추가로, 일반적으로 본원에서 논의된 교차-교환기인 경우, 시스템(500)은 교차-교환기의 어느 한쪽 측면을 통하여 각각 가열 매체와 냉각 매체를 운송하도록 구성될 수 있다. 예를 들면 다관식 열 교환기로서의 교차-교환기는 가열 매체(교차-교환기(502)를 위한 유출물(104))가 관(관 번들)을 통하여 유동되고, 냉각 매체(교차-교환기(502)를 위한 재순환수의 나머지(314))가 쉘을 통하여 유동되도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 교차-교환기는 가열 매체가 관을 통하여 유동되고, 냉각 매체가 쉘을 통하여 유동되도록 구성될 수 있다.
또한, 나타낸 바와 같이, 재순환수 교차 교환기(502)의 사용은 도 4(옵션 4)에 비하여 에탄 포화를 위한 증기 소비(예, 순환수 가열기(118)에서의 LP 증기)를 추가로 감소시킬 수 있다. 재순환수 교차 교환기(502)의 추가는 또한 옵션 4에 비하여 유출물(104)을 냉각시키기 위한 냉각기 열 교환기(128)에서 냉각수 수요를 추가로 감소시킬 수 있다. 그렇지만, 유출물(104)이 유동되는 또 다른 열 교환기(재순환수 교차 교환기(502))의 추가는 ODH 반응기(102) 및 PGC(158) 사이의 압력 강하를 증가시킬 수 있으며, 이는 PGC(158)에 의하여 더 많은 전력 수요를 초래할 수 있다.
도 6은 에탄 포화기 열 교환기(602) 및 산소(O2) 포화기 열 교환기(604)를 포함하는 것을 제외하고 도 5의 에틸렌 제조 시스템(500)과 동일하거나 또는 유사한 에틸렌 제조 시스템(600)이다. 에탄 포화기 열 교환기(602)는 도 5에 비하여 에탄 포화기탑(110)을 대체한다. 도 6은 옵션 6으로서 특징화될 수 있다. 도 6에 도시된 텍스트, 지정 및 도면 부호에 대한 설명의 경우, 또한 상기 도면의 논의를 참조한다.
에탄 포화기 열 교환기(602) 및 산소 포화기 열 교환기(604)는 각각 예를 들면 판형(및 핀형) 열 교환기 또는 다관식 열 교환기일 수 있다. 흡열원(여기서는 공정 스트림) 및 열원(설비 가열 매체)은 각각 열 교환기의 측면을 통하여 유동될 수 있다. 공정측 및 설비측은 열 교환기의 어느 한 측일 수 있다.
에탄 포화기 열 교환기(602)의 경우, 흡열원(재순환수의 일부(204)와 합한 가열된 혼합물(306)) 및 열원(예, LP 증기)은 각각 에탄 포화기 열 교환기(602)의 어느 한 측을 통하여 유동될 수 있다. 산소 포화기 열 교환기(604)의 경우, 흡열원(재순환수의 일부(206)와 합한 가열된 혼합물(310)) 및 열원(예, LP 증기)은 각각 산소 포화기 열 교환기(604)의 어느 한 측을 통하여 유동될 수 있다.
에탄 포화기 열 교환기(602)는 에탄 포화기탑(110) 및 회합된 물 순환 펌프(122) 및 순환수 가열기(118)를 대체한다. 물(재순환수)로 추가로 가열 및 포화시키기 위하여 에탄 포화기탑(110) 대신에 에탄 포화기 열 교환기(602)를 사용하며, 가열된 혼합물(306)은 물(재순환수)로 부분 포화된 에탄 가스이다. 그러므로, 탑(110), 물 순환 펌프(122) 및 순환수 가열기(118)를 포함하는 에탄 포화기탑(110) 시스템을 배제시킬 수 있다. 따라서, 옵션 6은 옵션 5에 비하여 더욱 간단하며, 전원 효율적일 수 있다.
논의한 바와 같이, 공급물을 포화시키기 위한 재순환수의 주요 유입되는 흐름은 아세트산 스크러버(144)로부터 배출된 하부 스트림인 전체 재순환수(150)일 수 있다. 도 6에서, 재순환수(150)의 일부(308 및 312)는 도 4 및 5에서 도시된 바와 같이 각각 에탄 가스(112) 및 산소 가스(126)를 부분 포화시키기 위하여 사용된다. 도 6에서 가열된 나머지(314)가 에탄 포화기 열 교환기(602) 및 산소 포화기 열 교환기(604)에 재순환수로서 제공되는 것을 제외하고, 재순환수(150)의 나머지(314)는 도 5에서와 같이 재순환수 교차 교환기(502)를 통하여 유동된다. 특히, 재순환수(150)의 나머지(314)의 일부(204)는 에탄 포화기 열 교환기(602)에 제공된다. 나머지(314)의 일부(206)는 산소 포화기 열 교환기(604)에 제공된다.
일부(204)는 에탄 포화기 열 교환기(602)를 통하여 운송된 가열된 혼합물(306)(물로 부분 포화된 에탄 가스)과 합하여 포화된 에탄(114)을 얻는다. 에탄 포화기 열 교환기(602)는 가열된 혼합물(306)을 물로 포화(예, 완전 포화)시켜 포화된 에탄(114)을 배출시키기 위하여 액체-물 일부(206)를 가열 및 수증기로 기화시키는 가열 매체(예, LP 증기)를 사용한다. 상기 도면에서와 같이, 포화된 에탄(114)을 공급물 열 교환기(124)를 통하여 운송하고, 혼합된 공급물(108)에서 ODH 반응기(102)에 도입한다.
재순환수(150)의 나머지(314)의 일부(206)는 산소 포화기 열 교환기(604)를 통한 운송에서 가열된 혼합물(310)(물로 부분 포화된 산소 가스)과 합한다. 산소 포화기 열 교환기(604) 내에서 가열된 상태의 합한 흐름(예, LP 증기를 경유하여)은 열 교환기로부터 포화된 산소(214)로서 배출된다. 상기 포화된 산소(214)는 도 2-3에서 산소 포화기탑(202)으로부터 오버헤드 배출되는 포화된 산소(214)와 동일하거나 또는 유사할 수 있다. 도 6에서, 산소 포화기탑(202)은 사용하지 않는다. 포화된 산소(214)는 수증기로 포화된(예, 완전 포화된) 산소 가스이다. 도 2-3에서와 같이, 포화된 산소(214)를 포화된 에탄(114)에 첨가하고, 혼합된 공급물(108)에서 ODH 반응기(102)로 도입한다.
도 7은 산소 포화기 열 교환기(604)를 사용하지 않은 것을 제외하고, 도 6의 에틸렌 제조 시스템(600)과 동일하거나 또는 유사한 에틸렌 제조 시스템(700)이다. 도 7은 옵션 7로서 특징화될 수 있다. 도 7에 도시된 텍스트, 지정 및 도면 부호에 대한 설명의 경우, 또한 상기 도면의 논의를 참조한다. 옵션 7은 산소 포화기 열 교환기(604)를 갖지 않아서 약간 더 간단한 것으로 고려될 수 있는 것을 제외하고, 옵션 6보다 훨씬 더 상이하지는 않다. 시설의 공급 증기 시스템에 대한 옵션 7 대 옵션 6의 가열 수요는 유사할 수 있다.
나타낸 바와 같이, 에틸렌 제조 시스템(700)은 포화된 에탄(114)에 추가하기 위한 산소 공급물을 완전 포화시키는 산소 포화기 열 교환기(604)(도 6의)를 포함하지 않는다. 시스템(700)은 또한 산소 포화기탑(202)(도 2-3)을 포함하지 않는다. 따라서, 도 4에 대하여 논의된 바와 같이, 산소 교차 교환기(304)로부터 배출되는 가열된 혼합물(310)(물로 부분 포화된 산소 가스(126))은 혼합된 공급물(108)을 위하여 포화된 에탄(114)에 첨가된다.
재순환수 교차 교환기(502)에서 가열된 재순환수(150)의 나머지(314)는 (도 5 및 도 6에서와 같이) 혼합물(306)(물로 부분 포화된 에탄 가스(112))을 완전 포화시켜 포화된 에탄(114)을 얻기 위하여 에탄 포화기 열 교환기(602)에 제공된다. 도 7에는 산소 포화기 열 교환기(604)가 존재하지 않으므로 재순환수(150)의 나머지(314)는 도 6에서와 같이 일부(204 및 206)로 분할되지 않는다.
도 8은 희석 증기 드럼(802)을 포함하며, 에틸렌 포화기 열 교환기(602)는 없는 것을 제외하고, 도 7의 에틸렌 제조 시스템(700)과 동일하거나 또는 상이한 에틸렌 제조 시스템(800)이다. 도 8은 옵션 8로서 지정할 수 있다. 도 8에 도시된 텍스트, 지정 및 도면 부호에 대한 설명의 경우, 또한 상기 도면의 논의를 참조한다.
희석 증기(DS) 드럼(802)은 물로 에탄 및 O2 둘다를 완전 포화시키기 위하여 희석 증기를 제공한다. 특히, DS 드럼(802)은 가열된 혼합물(306)(부분 포화된 에탄)에 첨가하여 포화된 에탄(114)을 얻기 위하여 희석 증기를 제공한다. DS 드럼(802)은 가열된 혼합물(310)(부분 포화된 산소 가스)에 첨가하여 포화된 산소 가스(214)를 얻기 위하여 희석 증기를 제공한다. 논의한 바와 같이, 포화된 산소 가스(214)를 포화된 에탄(114)에 첨가하여 ODH 반응기(102)에 공급되는 혼합된 공급물(108)을 얻는다.
도 8에서, 도 4-7과 관련하여 기재된 바와 같이, 재순환수의 일부(308 및 312)는 에탄 교차 교환기(302) 및 산소 교차 교환기(304) 내에서 각각 에탄 가스(112) 및 산소 가스(126)를 부분 포화시키기 위하여 사용된다. 도 8에서, 재순환수(150)의 나머지(314)는 재순환수 교차 교환기(502)를 통하여 DS 드럼(802)으로 이송된다. 따라서, 재순환수 교차 교환기(502) 내에서 재순환수(150)의 나머지(314)를 가열하여 반응기 유출물(104)로부터 DS 드럼(802)에 열을 회수한다.
DS 드럼(802)은 수평 배향 또는 수직 배향을 가질 수 있는 용기이다. DS 드럼(802)은 재순환수(150)의 나머지(314)를 DS 드럼(802) 용기에 수용하는 용기 입구 노즐을 가질 수 있다. 작동시, 물의 액체 레벨은 DS 드럼(802) 내에서, 예컨대 액체 레벨 제어에 의하여 유지된다. 액체 레벨 제어는 DS 드럼(802)의 하부로부터 배출 도관 상의 레벨 제어 밸브, DS 드럼(802) 용기에서의 레벨 센서, 제어 시스템에 대하여 레벨 센서에 의하여 측정시 액체 레벨을 나타내는 계기 송신기 및 액체 레벨을 설정점에서 유지하기 위하여 레벨 제어 밸브를 제어하기 위한 제어 시스템에서의 제어 논리를 포함할 수 있다. DS 드럼(802)에서 작동 온도는 예를 들면 135℃ 내지 175℃ 범위 내일 수 있다.
작동시, 액체 물은 드럼(802) 내에서 플래시 처리되고(기화되고), DS 드럼(802)으로부터 증기로서 오버헤드 배출된다. 순환된(재순환된) 물(810) 중의 DS 드럼(802)에 도입되는 임의의 수증기(증기)는 또한 배출된 증기 스트림에서 오버헤드 배출된다. DS 드럼(802)으로부터 오버헤드 배출되는 증기는 희석 증기이며, 포화된 증기(또는 포화 온도보다 약간 높음)일 수 있다. DS 드럼(802)은 포화된 희석 증기의 배출을 위한 DS 드럼(802)의 상부 또는 탑 부분에서 용기 출구 노즐을 가질 수 있다. 희석 증기(예, 포화된 희석 증기 또는 거의 포화)는 과열기(804)를 통한 흐름을 위한 도관에 배출될 수 있다.
희석 증기는 희석제로서 희석 증기의 사용전 과열기(804)를 통하여 유동될 수 있다. 과열기(804)는 열 교환기, 예컨대 다관식 열 교환기 또는 판-핀형 열 교환기일 수 있다. 과열기(804)는 증기(예, MP 증기)를 가열 매체로서 사용하여 희석 증기를 포화 온도보다 높은 온도로 가열하여 희석 증기를 과열된 증기로서 얻는다.
예시된 실시양태에서, 과열된 희석 증기는 2개의 일부(806 및 808)를 2개의 각각의 도관으로 분할할(나눌) 수 있다. 과열된 희석 증기의 일부(806)는 가열된 혼합물(306)(부분 포화된 에탄)에 첨가하여 포화된 에탄(114)을 얻는다. 예를 들면 과열된 희석 증기의 일부(806)는 과열기(804)의 도관 하류를 통하여 유동되고, 에탄 교차 교환기(302)로부터 가열된 혼합물(306)을 이송하는 도관에 (예, 파이프 티 또는 기타 파이프 핏팅을 경유하여) 첨가할 수 있다.
과열된 희석 증기의 일부(808)는 가열된 혼합물(310)(부분 포화된 산소 가스)에 첨가하여 포화된 산소 가스(214)를 얻는다. 예를 들면 과열된 희석 증기의 일부(808)는 과열기(804)의 도관 하류를 통하여 유동되고, 에탄 교차 교환기(304)로부터 가열된 혼합물(310)을 이송하는 도관에 (예, 파이프 티 또는 기타 파이프 핏팅을 경유하여) 첨가할 수 있다.
액체수(810)는 DS 드럼(802)의 하부로부터 배출 도관으로 배출될 수 있다. 상기 언급된 레벨 제어 밸브는 배출 도관을 따라 배치될 수 있다. 하기 논의된 바와 같이, 액체수(810)는 (예, 열사이펀, 펌프 등을 경유하여) DS 드럼(802)으로 다시 순환될 수 있다.
일부 구현예에서, DS 드럼(802)으로부터 배출된 액체수(810)(또는 액체수(810)의 슬립스트림)는 도면 부호 816으로 나타낸 바와 같이 블로우다운(blowdown)(예, 하수관)으로 보내어 DS 드럼(802) 내에서 불순물(예, 고체)의 축적을 방지 또는 감소시킬 수 있다. 블루우다운은 간헐적일 수 있다.
액체수(810)는 (예, 열사이펀을 경유하여) DS 드럼(802)으로 다시 순환되고, 순환 루프 내의 DS 발생기(812) 내에서 가열될 수 있다. 물(810)의 기화는 DS 발생기(812) 내에 포함되는 순환 루프 내에서 발생될 수 있다. 따라서, 순환 루프를 통한 물(810)의 흐름은 액체수 및 증기(수증기)의 2상 흐름일 수 있다. 물(810)은 DS 발생기(812)를 통하여 다시 DS 드럼(802)으로 유동될 수 있다. DS 발생기(812)는 열 교환기, 예컨대 다관식 열 교환기 또는 판-핀형 열 교환기일 수 있다. 가열 매체는 예를 들면 MP 증기(814)일 수 있다. 일부 실시양태에서, MP 증기(814)는 열 교환기의 설비측 유체인 것 이외에 DS 발생기(814)에서 순환 중인 물(810)에 주입될 수 있다.
DS 드럼(802)은 DS 발생기(812)로부터의 도관을 통하여 순환 중인 액체수(810)를 수용하는 입구 노즐을 가질 수 있다. DS 발생기(812) 내에서 부분 증기 생성이 존재할 수 있다. 언급한 바와 같이, 특정한 구현예에서, 물(810)의 일부 기화는 순환 파이핑 및 DS 발생기(812) 내에서 발생될 수 있다. 그러므로, 순환 중인 액체수(810)는 DS 발생기(812)의 하류를 포함하여 2상 흐름이 되는 수증기를 포함할 수 있다.
옵션 8에서와 같이 희석 증기에 대한 구성은 물(희석용)을 공급물(에탄 및 산소)에 첨가하여 혼합된 공급물(108)을 얻는 간단한 기술일 수 있다. 그러나, 옵션 8에서의 그러한 기술은 공급물 포화를 위한 옵션 1-7보다 더 고가의 증기를 사용할 수 있다. 예를 들면, 옵션 8은 LP 증기를 사용하는 이전의 옵션에 비하여 예를 들면 에탄 포화기탑을 위한 순환수 가열기(118)에서 MP 증기(814)(DS 발생기(812)에서)를 사용할 수 있다. 그렇지만, 옵션 8은 이롭게는 반응기 유출물(104)로부터 상당한 열을 회수할 수 있다. 옵션 8은 구현예에서 옵션 1 및 2에 비하여 에너지에 대하여 더 나은 옵션이 될 수 있다.
도 9는 에탄 교차 교환기(302) 및 산소 교차 교환기(304)가 없는 것을 제외하고, 도 8의 에틸렌 제조 시스템(800)과 동일하거나 또는 유사한 에틸렌 제조 시스템(900)이다. 도 9는 옵션 9로 지정할 수 있다. 도 9에 도시된 텍스트, 지정 및 도면 부호에 대한 설명의 경우, 또한 상기 도면의 논의를 참조한다.
과열된 희석 증기의 일부(806)를 에탄 가스(112)에 첨가하여 포화된 에탄(114)을 얻는다. 일부(806)는 도관을 경유하여 수송되며, 예를 들면 에탄 가스(112)를 이송하는 도관에 첨가할 수 있다. 파이프 핏팅(예, 파이프 티)을 2개의 도관의 접속에 사용할 수 있다. 옵션 9에서 일부(806)의 유속은 옵션 8에서의 일부(806)의 유속에 비하여 더 클 수 있는데, 이는 옵션 9가 재순환수를 희석용 에탄 가스에 혼입하여 부분 포화를 얻는 에탄 교차 교환기(302)를 사용하지 않기 때문이다.
과열된 희석 증기의 일부(808)를 산소 가스(126)에 첨가하여 포화된 산소 가스(214)를 얻는다. 일부(808)는 도관을 경유하여 수송되고, 예를 들면 산소 가스(126)를 이송하는 도관에 첨가할 수 있다. 파이프 핏팅(예, 파이프 티)을 2개의 도관의 접속에 사용할 수 있다. 논의한 바와 같이, 포화된 산소 가스(214)를 포화된 에탄(114)에 첨가하여 ODH 반응기(102)에 공급되는 혼합된 공급물(108)을 얻는다. 옵션 9에서 일부(808)의 유속은 옵션 8에서 일부(808)의 유속보다 클 수 있는데, 이는 재순환수를 희석용 산소 가스에 혼입하여 부분 포화를 얻는 산소 교차 교환기(304)를 옵션 9가 사용하지 않기 때문이다.
재순환수(150)(예, 아세트산 스크러버(144)로부터의 하부 스트림으로서)를 재순환수 교차 교환기(502)를 통하여 DS 드럼(802)에 공급한다. 재순환수 교차 교환기(502)는 가열 매체로서 반응기 유출물(104)로 재순환수(150)를 가열한다. 따라서, 열은 이롭게는 유출물(104)로부터 DS 드럼(802)으로 회수한다.
옵션 9는 혼합된 공급물(108)을 물로 희석하는 간단한 접근법을 사용한다. 그러나, 구현예에서 MP 증기의 사용은 옵션 1에 비하여 에너지 통합을 위한 반응기 유출물(104)로부터의 열 회수를 상쇄할 수 있다.
이해될 수 있는 바와 같이, 도 1 내지 도 9와 관련하여 논의된 용기 및 열 교환기는 입구 도관과 플랜지식 또는 나사식으로 연결된 적어도 하나의 입구(예를 들면 노즐), 출구 도관과 플랜지식 또는 나사식으로 연결된 적어도 하나의 출구(예를 들면 노즐)를 가질 수 있다.
하나보다 많은 ODH 반응기(102)는 직렬 및/또는 병렬로 사용될 수 있다. 비록 ODH 반응기(102)가 예를 들면 모든 공급물 성분(혼합 공급물(108))이 반응기의 입구에서 첨가되는, 스테이지, 또는 1-스테이지 반응기로서 도시되더라도 기술된 공정은 다중 스테이지 반응기 및 다중 스테이지간 공급물 첨가를 갖는 반응기를 포함한 기타 반응기 구성에도 적용 가능하다.
발생 또는 사용된 증기는 저압(LP) 증기(예, 150 psig 이하), 중압(MP) 증기(예, 150 psig 내지 500 psig 범위), 고압(HP) 증기(예, 500 psig 이상) 또는 초고압(VHP) 증기(예, 1,500 psig 이상) 등일 수 있다. 다시, 증기 발생기(106)에서 HP 증기 또는 VHP 증기의 발생은 일반적으로 MP 증기 또는 LP 증기의 발생보다 더욱 고가일 수 있고, 따라서 에틸렌 제조 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, 제조된 증기의 더 높은 증기 압력은 시설 또는 플랜트 내에서 증기의 통합에 더 많은 다양성을 제공할 수 있다. 예를 들면 HP 증기는 압축기에 부착된 동력 터빈에 사용될 수 있는 반면, LP 증기는 통상적으로 가열 목적 등에 사용된다. 공급물 희석 실시양태의 일부에 대하여 논의한 바와 같이, LP 증기보다 더 고가의 증기인 MP 증기를 사용할 수 있다. LP 증기 및 MP 증기의 공급원은 예를 들면 HP 또는 VHP 증기에 대한 추출 터빈 또는 감압 밸브를 포함할 수 있다.
나타낸 바와 같이, ODH 반응기(102)는 고정층 반응기(예를 들면 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 통하여 유동되고, 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 들면 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 하부에 배치될 수 있다. 반응물은 촉매층을 유동화하는 속도로 지지체를 통하여 위쪽으로 유동될 수 있다(예를 들면 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, 반응기(102) 입구 압력은 80 psig(제곱인치당 파운드 게이지) 미만 또는 70 psig 미만일 수 있다. 각 반응기의 반응기 입구 압력은 1 psig 내지 80 psig 범위 내 또는 5 psig 내지 75 psig 범위 내일 수 있다. 관형 고정층 반응기로서 반응기(102)의 실시양태에서 반응기(102)의 기타 작동 조건은 200 시간-1 내지 25,000 시간-1 범위 내의 가스 시간당 공간 속도(GHSV) 및 1 초당 적어도 5 센티미터(㎝/sec)의 반응기를 통한 공급물의 선속도 범위일 수 있다.
도 10은 에탄 가스, 산소 가스(O2) 및 수증기(증기)의 혼합물에 대한 발화도 다이아그램(1000)이다. 물은 불활성 성분으로서 희석제이다. 발화도 다이아그램(1000)은 혼합물 중 물의 몰%인 불활성 농도에 대한 혼합물 중 O2의 몰 퍼센트(몰%)의 발화도 한계의 플롯이다. 곡선(점선)(1002)은 불활성 농도(몰% 물)에 대한 O2 농도(몰% O2)의 함수로서 혼합물의 더 낮은 발화도 한계(몰% O2)이다. 곡선(실선)(1004)은 불활성 농도에 대한 O2 농도의 함수로서 혼합물의 발화도 상한계이다. 곡선(1002) 및 곡선(1004) 사이의 영역은 에탄, O2 및 물의 혼합물의 발화 구역(발화도 경계)으로 지정할 수 있다. 곡선(파선)(1006)은 불활성 농도에 대하여 에탄 농도와의 화학량론적 관계에서의 O2 농도이다. 마지막으로, 다이아그램(1000)에 의하여 나타낸 바와 같이, 발화도 경계는 희석제(예, 물)의 포함으로 온도 및 압력에서 좁아진다. 논의한 바와 같이, 공급물 라인에서 및 ODH 반응기 내에서 공급물의 발화도 경계를 좁히기 위하여(및 공급물을 발화도 경계 밖으로 유지하기 위하여) ODH 반응기로의 공급물에 물을 첨가할 수 있다. 특히, 물의 포함은 에탄 및 산소의 농도를 조절하여 혼합물을 발화도 경계 밖에 있게 한다.
하기는 옵션 1-9 및 유사한 옵션의 구현예에 관한 언급이다. 첫째, 기술은 예를 들면 한계 산소 농도(LOC)보다 0.5 몰% 내지 6 몰% 더 적은 O2 농도를 목표로 할 수 있다. 환언하면, ODH 반응기에 대한 혼합된 공급물 중의 목표 O2 몰%는 예를 들면 혼합된 공급물에서의 주어진 온도 및 압력에서 LOC에서 뺀 값(예, 0.5 몰% 내지 6 몰% 범위 내)일 수 있다. 이는 혼합된 공급물을 ODH 반응기에 도입할 때까지 공급물 도관 내에서 산소 가스와 에탄 혼합의 시작으로부터 공급물이 발화 구역 밖에 남아 있는 것을 도울 수 있다.
둘째, 공급물을 운반하는 도관 내에서 ODH 반응기 공급물(에탄을 포함함)에 점진적으로(환언하면, 복수의 첨가 지점에 대하여) O2의 첨가는 공급물이 가연성 구역에 급작스럽게 및 일시적으로 도입될 기회 또는 가능성을 감소시킬 수 있다.
셋째, 물의 폐쇄된 순환(또는 실질적으로 폐쇄된 순환)은 반응기 공급물의 희석을 위하여 물을 공급하는데 사용될 수 있다. 이는 반응기 유출물로부터의 응축된 미정제 아세트산(AA) 혼합물이 미정제 AA 혼합물로부터 물을 분리하는 AA 유닛 내에서 처리된다는 것을 의미할 수 있다. 공정 가스 압축기 부위로부터 응축된 물과 함께 분리된 물의 일부는 스크러버탑(아세트산 스크러버) 내의 AA의 추가의 스크러빙에 사용된다. 상기 탑의 하부에서의 물을 다시 재순환시켜 ODH 반응기에 혼합된 공급물을 희석한다. 그와 대조적으로, AA 유닛으로부터의 생성된 물은 희석을 위한 물의 공급원으로서 직접 사용될 수 있다. 그러나, AA 스크러버의 하부로부터 물의 수용은 일반적으로 찾거나 또는 명시하여야 한다. AA 스크러버의 하부로부터의 물을 AA 유닛으로 보낸다면, AA 유닛에 상당한 부하를 가할 것이다. AA 스크러버의 하부로부터의 물을 하수관으로 보낸다면 이는 폐수 처리 시스템에 부하를 가할 것이다. 그러므로, AA 스크러버의 하부로부터의 물을 포함한 폐쇄 회로 물 시스템은 공급물을 반응기에 희석하는 이로운 기술일 수 있다. 마지막으로, AA 유닛으로부터 배출된 물 생성물에 대한 물 질량 밸런스를 위하여 물 생성물은 적어도 ODH 반응기 내에서 ODH 반응에서 형성되는 물에 해당할 수 있다.
넷째, 에탄 포화기(예, 탑 또는 열 교환기)의 사용은 통상적으로 DS 드럼 옵션에 사용되는 바와 같이 더 높은 열 품질 공급원(예, MP 증기) 대신에 더 낮은 열 품질 공급원(예, LP 증기)을 사용하게 할 수 있다. 그러한 방식은 고압(HP) 또는 초고압(VHP) 증기가 플랜트의 압축기를 실시하는 터빈에 배치할 때 ODH 반응기 및 보일러의 생성된 HP 또는 VHP 증기로부터 더 많은 전력을 얻을 수 있다. 예로서(수치값은 단지 예시이며, 상이할 수 있거나 또는 변동 가능함), 1 시간당 1,000 킬로그램(kg/hr)의 VHP가 터빈을 통과하고, LP 증기로서 추출되면 145 킬로와트(kW)의 전력을 생성할 수 있다. 그와 대조적으로, 1,000 kg/hr의 VHP가 터빈을 통과하고, MP 증기로서 추출되면 105 kW의 전력을 생성할 수 있다. 이는 145 kW의 유사한 전력을 얻기 위하여 추출 MP 증기를 추출하며, 상기 가상의 예에서 LP 증기의 추출시보다 대략 40% 더 많은 VHP 증기를 소비한다는 것을 의미한다. LP 증기 및 MP 증기의 공급원은 예를 들면 HP 또는 VHP 증기의 경우 추출 터빈 또는 감압 밸브를 포함할 수 있다.
다섯째, ODH 반응기 시스템(이는 공급물 처리 및 유출물 처리를 포함할 수 있음)에 대한 상당한 열 수요는 공급물 희석 부위에서 발생한다. 혼합된 공급물에 첨가되는 물의 실질적인 양의 증발은 상당량의 열을 사용한다. 게다가, 반응기 유출물로부터의 첨가된 물의 냉각 및 응축은 실질적인 냉각 용량을 사용한다. 실시양태에서, 공급물 희석 시스템 및 반응기 유출물 냉각 사이의 열 통합은 ODH 반응기 플랜트에서 증기 및 냉각탑 시스템에 대한 부하를 이롭게 감소시킬 수 있다.
여섯째, 포화기탑을 사용하지 않고 공급물을 포화시키기 위하여 열 교환기(예, 옵션 6 및 7에서와 같이)의 사용은 이로운 에너지 접근이 될 수 있다. 포화기탑과 같이, 포화기 열 교환기는 저가의 열원(예, LP 증기)을 사용한다. 그러나, 포화기 열 교환기를 사용한 공급물 포화는 고 전력 소비를 제공하는 포화기탑에 대하여 비교적 커다란 흐름(예, 10,000 mg/hr)의 물(순환수)를 펌핑하지 않고 실시할 수 있다.
마지막으로, 희석 증기 드럼의 실시는 희석을 제공하기 위한 옵션 1-9의 가장 간단한 또는 더 단순한 기술 또는 접근법을 초래할 수 있다. 그러나, 희석 증기 드럼의 사용(옵션 8 및 9에서와 같은)은 희석을 제공하기 위한 기타 옵션보다 더 고가의 열원, 예컨대 MP 증기를 사용한다.
옵션 1-9는 일반적으로 ODH 반응기 유출물 냉각을 통한 열 회수 및 아세트산 회수의 고려로 ODH 반응기 공급물 포화의 에너지 통합에 대하여 비교할 수 있다. 하기 표 1은 에너지 통합에 관하여 옵션 1-9에 대한 시뮬레이션 결과를 제시한다. 표 1에서, 옵션 1은 비교를 위한 기본 사례로서 사용한다. 환언하면, 옵션 2-9는 기준선 사례로서 옵션 1과 비교할 수 있다.
아스펜 플러스(Aspen Plus)® V10을 사용하여 공정 시뮬레이션을 개발하고, 수행했다. 시뮬레이션에는 상태의 SR-POLAR 방정식을 사용하였다. 시뮬레이션의 경우 ODH 반응기(102)로의 공급물 입구 온도(혼합 공급물(108))는 465 킬로파스칼(kPa)에서 310℃ 미만으로 유지되고, 반응기(102)로의 혼합 공급물(108)의 산소 농도는 발화 구역 밖에 위치하도록 10 부피%(vol%)를 목표로 한다. 혼합 공급물(108) 스트림에서 에탄에 대한 산소 몰비는 0.62이다. 반응기(102)로의 총 물 함유량은 반응기(102) 이전에 물을 증발시키는 가열 및 반응기(102) 이후에 물을 응축시키는 냉각을 필요로 하는 74 vol%이다. 하기 표 1은 상이한 에너지 통합 측면 및 전략에 기초하여 옵션 1에 대한 옵션 2-9의 가열, 냉각 및 전력에 대한 영향을 제시한다. 본 기술의 기타 측면은 본 실시예 결과의 범위 밖에 있다.
포 1에 표로 제시한 바와 같은 처리 시뮬레이션 및 결과에 기초한 하기 언급은 예로서 제시한다.
옵션 1은 혼합된 공급물을 희석하기 위한 높은 물 순환 및 70 psig에서 상당량의 LP 증기를 사용한다. 옵션 1은 반응기 유출물을 냉각시키기 위하여 상당량의 냉각수를 사용한다.
옵션 2는 옵션 1에 대하여 각각의 포화기에 대한 더 적은 물 순환을 갖는 것을 제외한 2개의 포화기탑을 가지며, 이는 60 psig에서인 것을 제외하고, 동일량의 증기를 생성하였다. 그러나, 옵션 2는 옵션 1보다 비교적 더 높은 냉각수 요구를 갖는다.
옵션 3은 반응기 유출물로부터 열 회수 모드를 사용한 것을 제외한 2개의 포화기탑을 갖는다. 옵션 1에 비하여, 옵션 3은 60 psig에서의 LP 증기를 사용한다. 그러나, 옵션 3은 물 순환에 대한 더 많은 추가적인 영향을 갖지 않는다. 옵션 3에서 LP 증기 요구는 옵션 1보다 31% 더 적으며, 옵션 1에 비하여 냉각수 요구의 감소는 21%이다.
옵션 4는 2개의 포화기탑 대신에 1개의 포화기탑을 사용한 것(에탄 공급물의 경우)을 제외하고 옵션 3과 비교적 동일한 에너지 결과를 가지며, 이는 옵션 3을 더욱 간단하거나 또는 더 단순하게 한다. 그러나, 70 psig에서의 LP 증기는 공급물 포화에 사용되며, 이는 옵션 3에 비하여 더 적은 물 순환을 초래한다.
옵션 5는 옵션 4에 비하여 추가적인 열 교환기를 포함한다. 추가적인 열 교환기는 옵션 4에 비하여 에탄 포화기탑을 위한 재순환수를 예열시킨다. LP 증기 요구는 옵션 1보다 37% 더 적으며, 옵션 1에 비하여 냉각수 요구의 감소는 29%이다.
옵션 6은 60 psig에서의 LP 증기에 대한 에탄 및 산소 공급물을 완전 포화시키기 위하여 2개의 열 교환기를 사용한다. 이는 일반적으로 포화기탑(들) 및 관련 탑 물 순환 펌프(들)에 대한 수요를 제거한다. LP 증기 요구는 옵션 1보다 37% 더 적으며, 옵션 1에 비하여 냉각수 요구의 감소는 25%이다.
옵션 7은 에탄 공급물을 완전 포화시키기 위하여 1개의 열 교환기를 사용한다. 따라서, 열 교환기는 옵션 6에 비하여 에탄의 부분 포화에 사용된 열 교환기 및 에탄의 완전 포화를 위한 후속 열 교환기보다 더 클 수 있다. 그러나, 에탄 공급물을 물로 완전 포화시키기 위한 열 교환기의 사용은 에탄의 완전 포화를 위한 에탄 포화기탑을 사용하는 것에 비하여 전체 장치가 더 적다는 것을 의미한다. LP 증기 요구는 옵션 1보다 37% 더 적으며, 옵션 1에 비하여 냉각수 요구의 감소는 29%이다.
옵션 8은 희석 증기 생성 시스템을 사용한 혼합된 공급물을 희석하는 가장 단순한 방법 중 하나이다. 이는 MP 증기를 200 psig에서 사용하였다. MP 증기 요구는 옵션 1의 LP 증기보다 34% 더 적으며, 옵션 1에 비하여 냉각 요구의 감소는 24%이다.
옵션 9는 혼합된 공급물을 희석하기 위한 옵션 1-9의 가장 단순한 기술로서 특징화될 수 있다. 옵션 9는 반응기 유출물에 대한 에탄 및 산소 공급물의 2개의 부분 포화기의 제거를 제외하고 옵션 8과 유사하다. MP 증기 요구는 옵션 1(LP 증기)보다 20% 더 적으며, 옵션 1에 비하여 냉각수 요구는 12%이다.
도 11은 에틸렌을 제조하는 방법(1100)이다. 블록(1102)에서, 본 방법은 ODH 반응기에서 산소의 존재 하에 ODH 촉매를 통하여 에탄을 에틸렌으로 탈수소화하는 단계를 포함한다. ODH 반응기는 예를 들면 고정층 반응기 또는 유동층 반응기일 수 있다. 에탄을 에틸렌으로 탈수소화하는 ODH 반응의 부산물로서 ODH 반응기에서 아세트산이 생성될 수 있다.
블록(1104)에서, 본 방법은 ODH 반응기로부터 유출물을 배출시키는 단계를 포함한다. 유출물은 에틸렌 및 물을 포함하며, 아세트산, 이산화탄소, 일산화탄소 및 미반응 에탄을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 유출물로부터의 열은 ODH 반응기를 갖는 시설에서 소비용 증기를 발생시키기 위하여 열 교환기 내에서 물(예를 들면 보일러 공급수)을 가열하는 데 사용될 수 있다.
블록(1106)에서, 본 방법은 에탄을 포함한 공급물을 ODH 반응기에 제공하는 것을 포함한다. 에탄은 공급 파이프라인으로부터 제공된 에탄 가스일 수 있거나 또는 하류 C2 분할기로부터의 재순환 에탄 등일 수 있다. 에탄은 공급 파이프라인으로부터 제공되며, 에탄 가스로 기화되는 액체 에탄일 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, 용어 에탄은 일반적으로 에탄 가스인 것을 의미한다. 하기 논의된 바와 같이(블록(1110), 물을 사용한 공급물 희석을 위하여 물(예, 재순환수)을 에탄 가스에 첨가할 수 있다. 일부 구현예에서, 물 첨가는 에탄 가스를 물로 포화시킬 수 있다.
블록(1108)에서, 본 방법은 에탄을 포함한 공급물에 산소(O2 가스)를 첨가하여 혼합된 공급물을 ODH 반응기에 제공하는 것을 포함한다. 본원에 사용된 바와 같이, 용어 산소는 일반적으로 O2 가스를 의미한다. 산소는 에탄을 포함한 공급물을 운반하는 도관에 대한 단일 첨가 지점에서 또는 에탄을 포함한 공급물을 운반하는 도관에 대한 복수의 첨가 지점에서 첨가될 수 있다. 일부 구현예에서, 하기 논의된 바와 같이(블록(1110), 공급물에 산소를 첨가하기 이전에 물을 사용한 공급물 희석을 위하여 물(예, 재순환수)을 산소에 첨가할 수 있다. 반응기로의 혼합된 공급물은 에탄 가스 및 산소 가스를 포함한다. 혼합된 공급물은 공급물 희석을 위하여 첨가된 물을 포함할 수 있다(블록(1110).
블록(1110)에서, 본 방법은 ODH 반응기로의 공급물을 재순환수로 희석하기 위하여 유출물로부터의 물을 재순환수로서 회수하는 것을 포함한다. 논의된 바와 같이(블록(1106)), 공급물은 에탄을 포함한다. 공급물의 희석은 재순환수를 에탄에 첨가하는 것을 포함한다. 공급물의 희석은 공급물에 첨가된 산소(블록(1108))에 재순환수를 첨가하는 것을 포함할 수 있다. 공급물에 첨가하기 위한 유출물로부터 물을 회수하는 것은 에틸렌의 생성에서 물 소비를 감소시킬 수 있다. 환언하면, 공급물 희석을 위하여 유출물로부터 물을 회수하지 않고, 공급물 희석에 외부 물을 소비하여야 할 필요가 있을 수 있다. 공급물 희석을 위한 유출물로부터 물을 회수하는 것은 일부 구현예에서 유출물 및 공급물 사이에서 물의 실질적인 폐쇄 회로 재순환을 제공할 수 있다.
유출물로부터 물을 회수하는 것은 예컨대 냉각 매체로서 냉각수와 함께 열 교환기를 통하여 유출물을 운송시켜 유출물 중 물 및 아세트산을 응축시키는 것을 포함할 수 있다. 응축수 및 응축된 아세트산은 나머지 유출물(가스)로부터, 예컨대 플래시 드럼에서 분리될 수 있다. 응축수 및 응축된 아세트산은 합하여 미정제 아세트산으로서 지정될 수 있다. 나머지 유출물(가스)은 에틸렌, 이산화탄소, 일산화탄소 및 미반응 에탄을 포함할 수 있다. 가스 중 소량의 아세트산 증기 및 수증기를 제거하기 위하여 아세트산 스크러버(또는 유사한 탑) 내에서 가스를 스크러빙시킬 수 있다. 스크러빙된 가스는 에틸렌을 에틸렌 생성물로서 회수하는 추가의 처리(블록(1114)에 대한 공정 가스로서 보낼 수 있다. 미정제 아세트산은 아세트산 생성물 뿐 아니라, 아세트산 스크러버를 위한 스크러빙수를 얻기 위하여 처리할 수 있다. 아세트산 스크러버(또는 유사 탑)로부터의 하부 스트림은 공급물 희석에 사용되는 재순환수일 수 있다.
공급물 희석을 위하여 재순환수를 공급물에 첨가하는 것은 공급물에 산소를 첨가하는 상류에서 도관 내에서 또는 에탄 포화기탑 내에서 또는 둘다에서 재순환수를 에탄에 첨가하거나 또는 산소를 공급물에 첨가하기 이전에 도관 내에서 또는 산소 포화기탑 내에서 또는 둘다에서 재순환수를 산소에 첨가하거나 또는 그의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 공급물 희석을 위하여 재순환수를 공급물에 첨가하는 것은 재순환수를 증기 희석 드럼 내에서 기화시켜 공급물에 첨가하기 위한 희석 증기를 얻는 것을 포함할 수 있다. 공급물 희석을 위하여 재순환수를 공급물에 첨가하는 것은 산소를 공급물에 첨가하는 상류에서 희석 증기로서 재순환수를 에탄에 첨가하거나 또는 산소를 공급물에 첨가하는 상류에서 희석 증기로서 재순환수를 산소에 첨가하거나 또는 그의 조합을 포함할 수 있다.
블록(1112)에서, 본 방법은 공급물 처리를 위하여 유출물로부터 열을 회수하는 것을 포함한다. 예를 들면 공급물의 논의에 대하여 상기 블록(1106, 1108)을 참조한다. 공급물의 처리는 공급물을 가열하는 것을 포함할 수 있다. 공급물은 예컨대 열 교환기(교차 교환기)에서 가열 매체로서 유출물로 가열될 수 있다. 따라서, 열은 유출물로부터 회수되고, 열 교환기 내에서 공급물에 전달될 수 있다.
공급물의 처리는 공급물의 물 희석(예, 블록(1110))을 포함할 수 있다. 물 희석을 수행하기 위하여 유출물로부터 열의 회수는 예컨대 교차 교환기 내에서 유출물로부터의 열로 재순환수를 가열하는 것을 포함할 수 있다. 구현예에서, 물 희석을 위하여 재순환수(예, 유출물에 의하여 가열되지 않음)를 에탄에 첨가하여 유출물로부터의 열로 가열되는(예, 열 교환기 내에서) 혼합물을 얻는다. 일부 구현예에서, 재순환수(예, 유출물에 의하여 가열되지 않음)를 산소에 첨가하여 (예, 열 교환기 내에서) 유출물로 가열되는 혼합물을 얻는다. 특정한 구현예에서, 에탄을 포함하는 공급물에 재순환수를 첨가하는 것은 공급물에 첨가하고자 하는 산소에 재순환수를 첨가하는 것을 포함하며, 물 희석을 수행하기 위하여 유출물로부터 열을 회수하는 것은 공급물에 첨가하고자 하는 재순환수 및 산소의 혼합물을 유출물로부터의 열로 가열하는 것을 포함한다.
공급물을 처리하기 위한 열을 회수하는 것은 에틸렌 생성에서 에너지 소비를 감소시킬 수 있다. 예를 들면, 공급물을 유출물로 가열하는 것은 공급물을 증기로 가열하는 것을 방지할 수 있으며, 이는 증기 사용과 관련된 양만큼 에너지 소비를 절감한다. 게다가, 재순환수(또는 재순환수를 갖는 혼합물)를 유출물로 가열하는 것은 재순환수 또는 증기와의 혼합물의 가열을 방지할 수 있으며, 그리하여 재순환수를 가열하기 위한 증기 사용과 관련된 에너지 소비를 방지한다.
블록(1114)에서, 본 방법은 블록(1110)과 관련하여 언급된 공정 가스를 처리하는 것을 포함한다. 상기 처리는 예컨대 공정 가스 압축기를 경유하여 공정 가스의 압력을 증가시키는 것을 포함할 수 있다. 상기 처리는 공정 가스로부터 경질 성분(예, CO)을 제거하는 것을 포함할 수 있다. 상기 처리는 예컨대 C2 분할기(증류 컬럼)에서 에틸렌을 공정 가스의 에탄으로부터 분리하는 것을 포함할 수 있다. 공정 가스의 처리는 분포 또는 추가의 처리를 위한 에틸렌 생성물을 산출할 수 있다.
실시양태는 에틸렌의 제조 방법을 포함한다. 그러한 방법은 물을 에탄에 첨가하여 혼합물을 얻고, 혼합물을 공급물 열 교환기를 통하여 유동시켜 ODH 반응기로부터의 유출물로 혼합물을 가열하고, 산소를 혼합물에 첨가하여 ODH 반응기를 위한 혼합된 공급물을 얻는 것을 포함한다. 그러한 방법은 ODH 반응기 내에서 산소의 존재하에서 ODH 촉매를 통하여 에탄을 에틸렌으로 탈수소화시키고, 유출물을 ODH 반응기로부터 배출하는 것을 포함하며, 유출물은 에틸렌, 물, 아세트산, 이산화탄소, 일산화탄소 및 미반응 에탄을 포함한다. 상기 방법은 혼합된 공급물을 ODH 반응기에 도입하는 것을 포함할 수 있으며, 여기서 에탄에 첨가한 물은 유출물의 처리로부터의 재순환수를 포함하며, 공급물 열 교환기 상류에서의 혼합물은 물로 포화된 에탄을 포함한다. 물을 에탄에 첨가하는 것은 물을 에탄 포화기탑 내에서 에탄에 첨가하는 것을 수반할 수 있다. 만약 그럴 경우, 상기 방법은 에탄 포화기탑 내에서 물을 에탄에 첨가하기 이전에, 교차 교환기 내에서 에탄에 첨가된 물을 유출물로 가열하는 것을 포함할 수 있다. 물을 에탄에 첨가하는 것은 에탄 포화기탑의 상류에서 열 교환기의 상류에서 도관 내에서 에탄에 물을 첨가하는 것을 추가로 포함할 수 있으며, 여기서 열 교환기는 유출물을 가열 매체로서 사용하는 교차 교환기이다.
물을 에탄에 첨가하는 것은 열 교환기의 상류에서 도관 내에서 물을 에탄에 첨가하는 것을 포함할 수 있으며, 여기서 열 교환기는 유출물을 가열 매체로서 사용하는 교차 교환기이다. 만약 그럴 경우, 도관 내에서 물을 에탄에 첨가하기 이전에 물을 제2의 교차 교환기 내에서 유출물로 가열할 수 있다.
물을 에탄에 첨가하는 것은 희석 증기 드럼으로부터 에탄을 운반하는 도관에 희석 증기를 첨가하는 것을 수반할 수 있다. 만약 그럴 경우, 상기 방법은 물을 희석 증기 드럼에 도입하기 이전에 교차 교환기 내의 물을 유출물로 가열하는 것을 포함할 수 있다. 물을 에탄에 첨가하는 것은 희석 증기를 수용하는 에탄의 상류에서 열 교환기의 상류에서 에탄을 운반하는 도관에 물을 첨가하는 것을 추가로포함할 수 있으며, 여기서 열 교환기는 유출물을 가열 매체로서 사용하는 교차 교환기이다.
상기 방법은 산소를 혼합물에 첨가하기 이전에 물을 산소에 첨가하는 것을 포함할 수 있으며, 산소를 혼합물에 첨가하는 것은 혼합물을 운반하는 도관에 산소를 첨가하는 것을 포함할 수 있으며, 여기서 물을 산소에 첨가하는 것은 열 교환기의 상류에서 산소를 운반하는 도관에 물을 첨가하거나 또는 산소 포화기탑 내의 산소에 물을 첨가하거나 또는 그의 조합을 수반할 수 있으며, 열 교환기는 유출물을 가열 매체로서 사용하는 교차 교환기이다. 물을 산소에 첨가하는 것은 희석 증기 드럼으로부터의 희석 증기를 산소를 운반하는 도관에 첨가하는 것을 수반할 수 있다.
또 다른 실시양태는 ODH 반응기 내에서 산소의 존재 하에서 ODH 촉매를 통하여 에탄을 에틸렌으로 탈수소화시키는 단계로서, 여기서 아세트산은 ODH 반응기 내에서 형성되는 단계, 및 에틸렌, 아세트산 및 물을 포함한 유출물을 ODH 반응기로부터 배출시키는 단계를 포함한 에틸렌의 제조 방법이다. 상기 방법은 플래시 드럼 내의 유출물을 가스 및 미정제 아세트산으로 분리시키는 것을 포함하며, 여기서 가스는 에틸렌, 물, 아세트산, 에탄, 이산화탄소 및 일산화탄소를 포함하며, 미정제 아세트산은 아세트산 및 물을 포함한다. 상기 방법은 아세트산 스크러버 용기 내에서 아세트산 및 물을 가스로부터 제거하고, ODH 반응기로의 공급물을 희석하기 위하여 재순환수로서 아세트산 스크러버 용기로부터 배출된 하부 스트림을 사용하는 것을 포함한다. 상기 방법은 재순환수를 교차 교환기 내에서 유출물로 가열하는 것을 포함할 수 있다. 재순환수로서 아세트산 스크러버로부터의 하부 스트림은 물 이외에 아세트산을 포함할 수 있다. ODH 반응기에의 공급물을 희석하기 위한 재순환수로서 하부 스트림의 사용은 재순환수를 에탄에 첨가하는 것을 포함할 수 있다. 만약 그럴 경우, 재순환수를 에탄에 첨가하는 것은 에탄 포화기탑 내에서 재순환수를 에탄에 첨가하거나 또는 교차 교환기의 상류에서 에탄을 운반하는 도관에 재순환수를 첨가하거나 또는 그의 조합을 포함할 수 있으며, 교차 교환기는 유출물을 가열 매체로서 사용한다. ODH 반응기에의 공급물을 희석하기 위한 재순환수로서 하부 스트림을 사용하는 것은 재순환수를 산소 포화기탑 내에서 또는 교차 교환기의 상류에서 도관 내에서 또는 그의 조합으로 산소에 첨가하는 것을 포함할 수 있으며, 교차 교환기는 유출물을 가열 매체로서 사용한다.
또 다른 실시양태는 에탄을 에틸렌으로 탈수소화시키고, 에틸렌, 물, 아세트산, 이산화탄소, 일산화탄소 및 에탄을 포함하는 유출물을 배출하는 ODH 촉매를 갖는 ODH 반응기를 포함한 에틸렌 제조 시스템이다. 에틸렌 제조 시스템은 ODH 반응기로부터의 유출물을 가스 및 미정제 아세트산으로 분리하는 플래시 드럼을 포함하며, 여기서 가스는 에틸렌, 물, 아세트산, 이산화탄소, 일산화탄소 및 에탄을 포함하며, 미정제 아세트산은 아세트산 및 물을 포함한다. 에틸렌 제조 시스템은 가스로부터 아세트산 및 물을 제거하며, ODH 반응기에의 공급물을 희석하기 위한 재순환수로서 하부 스트림을 배출하는 아세트산 스크러버 용기를 포함하며, 여기서 하부 스트림은 물 및 아세트산을 포함한다. 에틸렌 제조 시스템은 재순환수를 유출물로 가열하는 교차 교환기 및/또는 재순환수 및 에탄의 혼합물을 수용하여 혼합물을 유출물로 가열하는 교차 교환기를 포함할 수 있다. 에틸렌 제조 시스템은 재순환수 및 산소의 혼합물을 수용하여 ODH 반응기로의 공급물을 위한 유출물로 혼합물을 가열하는 교차 교환기를 포함할 수 있다.
에틸렌 제조 시스템은 재순환수를 수용하고, ODH 반응기로의 공급을 위한 에탄에 재순환수를 첨가하는 에탄 포화기탑을 포함할 수 있다. 만약 그럴 경우, 에틸렌 제조 시스템은 재순환수를 에탄 포화기탑 내의 에탄에 첨가하기 이전에 재순환수를 유출물로 가열하기 위한 에탄 포화기탑의 상류에서 교차 교환기를 포함할 수 있다. 구현예에서, 에틸렌 제조 시스템은 재순환수 및 에탄의 혼합물을 유출물로 가열하기 위한 에탄 포화기탑의 상류에서의 교차 교환기 및, 교차 교환기에 의하여 가열된 혼합물을 에탄 포화기탑으로 운반하는 도관을 포함할 수 있으며, 여기서 재순환수를 수용하는 에탄 포화기탑은 혼합물을 수용하는 에탄 포화기탑을 수반하며, 재순환수를 에탄에 첨가하는 에탄 포화기탑은 혼합물로부터 별도로 수용된 에탄 포화기탑 내에서 혼합물을 에탄에 첨가하는 에탄 포화기탑을 수반한다. 에틸렌 제조 시스템은 재순환수를 수용하며 ODH 반응기로의 공급을 위하여 산소에 재순환수를 첨가하는 산소 포화기탑을 포함할 수 있다.
에틸렌 제조 시스템은 ODH 반응기로의 공급을 위해, 희석 증기를 에탄에 첨가하거나 또는 희석 증기를 산소에 첨가하거나 또는 그의 조합을 위해, 재순환수를 수용하고, 이를 희석 증기로 기화시키기 위한 증기 희석 드럼을 포함할 수 있다. 만약 그럴 경우, 에틸렌 제조 시스템은 재순환수를 증기 희석 드럼에 도입하기 이전에 재순환수를 유출물로 가열하기 위하여 증기 희석 드럼의 상류에서 교차 교환기를 포함할 수 있다.
또 다른 실시양태는 ODH 반응기 내에서 산소의 존재 하에 ODH 촉매를 통하여 에탄을 에틸렌으로 탈수소화시키는 단계, 유출물(에틸렌, 물, 아세트산, 이산화탄소, 일산화탄소 및 미반응 에탄 포함)을 ODH 반응기로부터 배출하는 단계, ODH 반응기를 위하여 에탄을 포함한 공급물을 처리하기 위하여 유출물로부터 열을 회수하는 단계, 공급물의 물 희석을 수행하는데 있어서 공급물에 첨가하기 위한 재순환수로서 유출물로부터의 물을 회수하는 단계, 산소를 공급물에 첨가하여 ODH 반응기로의 에탄 및 산소를 포함하는 혼합된 공급물을 얻는 단계를 포함하는 에틸렌의 제조 방법이며, 여기서 혼합된 공급물은 재순환수로서 유출물로부터 회수되며 공급물에 첨가된 물을 포함한다. 공급물을 처리하기 위한 유출물로부터 열의 회수는 에틸렌 생성에서 에너지 소비를 절감할 수 있다. 공급물에 첨가하기 위하여 유출물로부터 물을 회수하는 것은 에틸렌 생성에서 물 소비를 감소시킬 수 있다. 공급물 처리를 위하여 유출물로부터 열 회수는 유출물로부터의 열로 공급물을 가열하는 것을 포함할 수 있다. 공급물의 처리를 위하여 유출물로부터의 열의 회수는 열 교환기 내에서 가열 매체로서 유출물로 공급물을 가열하는 것을 포함할 수 있다.
유출물로부터 물을 회수하는 것은 유출물 중의 물 및 아세트산을 응축시켜 응축된 물 및 응축된 아세트산을 얻고, 미정제 아세트산을 응축수 및 응축된 아세트산으로서 유출물로부터 분리하여 유출물로부터의 에틸렌, 이산화탄소, 일산화탄소 및 미반응 에탄을 포함한 가스를 얻는 것을 수반할 수 있다. 추가로, 유출물로부터 물의회수는 미정제 아세트산을 처리하여 아세트산 생성물 및 스크러빙수를 얻는 것을 포함할 수 있으며, 여기서 스크러빙수는 아세트산을 가스로부터 제거하는 아세트산 스크러버를 위한 것이며, 재순환수는 아세트산 스크러버로부터 배출된 하부 스트림이거나 또는 이를 포함한다.
에탄을 포함한 공급물에 재순환수를 첨가하는 것은 산소를 공급물에 첨가하기 이전에 재순환수를 에탄에 첨가하는 것을 수반할 수 있거나 또는 산소를 공급물에 첨가하기 이전에 재순환수를 산소에 첨가하는 것을 수반하거나 또는 그의 조합이다. 에탄을 포함한 공급물에 재순환수를 첨가하는 것은 공급물에 산소 첨가의 상류에서 에탄 포화기탑 내에서 에탄에 재순환수를 첨가하는 것을 수반할 수 있거나 또는 공급물에 산소를 첨가하기 이전에 산소 포화기탑 내에서 재순환수를 산소에 첨가하는 것을 수반할 수 있거나 또는 그의 조합이다.
에탄을 포함한 공급물에 재순환수의 첨가는 공급물에 산소의 첨가 상류에서 에탄에 희석 증기로서 재순환수를 첨가하는 것을 수반할 수 있거나 또는 공급물에 산소의 첨가 상류에서 희석 증기로서 재순환수를 산소에 첨가하는 것을 수반할 수 있거나 또는 그의 조합이다. 에탄을 포함한 공급물에 재순환수를 첨가하는 것은 재순환수를 증기 희석 드럼 내에서 기화시켜 공급물에 첨가를 위한 희석 증기를 얻는 것을 수반할 수 있다.
공급물의 처리는 공급물의 물 희석을 수행하는 것을 포함할 수 있다. 만약 그럴 경우, 물 희석을 수행하기 위한 유출물로부터 열의 회수는 유출물로부터의 열로 재순환수를 가열하는 것을 포함할 수 있다. 에탄을 포함한 공급물에 재순환수를 첨가하는 것은 재순환수를 에탄에 첨가하여 혼합물을 얻는 것을 수반할 수 있으며, 여기서 물 희석을 수행하기 위한 유출물로부터의 열 회수는 유출물로부터의 열로 혼합물을 가열하는 것을 포함한다. 에탄을 포함한 공급물에 재순환수를 첨가하는 것은 공급물에 첨가하고자 하는 재순환수를 산소에 첨가하는 것을 수반할 수 있으며, 여기서 물 희석을 수행하기 위한 유출물로부터의 열의 회수는 공급물에 첨가하고자 하는 재순환수 및 산소의 혼합물을 유출물로부터의 열로 가열하는 것을 포함한다.
또 다른 실시양태는 에탄을 에틸렌으로 탈수소화시키는 ODH 반응기로부터 유출물(에틸렌, 물, 아세트산, 이산화탄소, 일산화탄소 및 미반응 에탄 포함)을 배출하는 것을 포함하는 에틸렌의 제조 방법이다. 그러한 방법은 ODH 반응기를 위한 에탄을 포함한 공급물의 물 희석을 수행하는 것을 포함한다. 물 희석은 재순환수를 에탄에 첨가하는 것을 포함한다. 상기 방법은 물을 유출물로부터 회수하여 물 희석을 수행하기 위한 재순환수로서 회수된 물을 얻는 것을 포함한다. 상기 방법은 물 희석의 하류에서의 공급물을 공급물 열 교환기를 통하여 유동시켜 공급물을 유출물로 가열하고, 산소를 공급물에 첨가하여 ODH 반응기를 위한 혼합된 공급물로서 공급물을 얻는 것을 포함한다. 물 희석의 수행은 재순환수를 산소에 첨가하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 상기 방법은 물 희석을 수행하기 위한 유출물로부터 열을 회수하는 것을 포함할 수 있다. 물 희석을 수행하기 위한 유출물로부터 열의 회수는 열 교환기 내의 재순환수를 가열 매체로서 유출물로 가열하는 것을 포함할 수 있다. 물 희석을 수행하기 위한 유출물로부터 열의 회수는 열 교환기 내의 에탄 및 재순환수의 혼합물을 가열 매체로서 유출물로 가열하는 것을 포함할 수 있거나 또는 열 교환기 내의 산소 및 재순환수의 혼합물을 가열 매체로서 유출물로 가열하는 것을 포함할 수 있거나 또는 둘다를 포함할 수 있다.
다수의 구현예를 기재하였다. 그럼에도 불구하고, 다양한 변경예는 본 개시내용의 정신 및 범주로부터 벗어남 없이 이루어질 수 있는 것으로 이해될 것이다.
본 개시내용은 산화적 탈수소화에 의한 에틸렌의 제조 방법 및 시스템에 관한 것이다.
Claims (47)
- 에틸렌의 제조 방법으로서,
물을 에탄에 첨가하여 혼합물을 얻는 단계;
상기 혼합물을 공급물 열 교환기에 유동시켜 산화적 탈수소화(ODH) 반응기로부터의 유출물로 상기 혼합물을 가열하는 단계;
산소를 상기 혼합물에 첨가하여 ODH 반응기를 위한 혼합된 공급물을 얻는 단계;
ODH 반응기 내에서 산소의 존재하에서 ODH 촉매에 의하여 에탄을 에틸렌으로 탈수소화시키는 단계; 및
에틸렌, 물, 아세트산, 이산화탄소, 일산화탄소 및 미반응 에탄을 포함하는 유출물을 ODH 반응기로부터 배출시키는 단계를 포함하는 방법. - 제1항에 있어서, 혼합된 공급물을 ODH 반응기에 도입하는 것을 포함하며, 에탄에 첨가된 물이 유출물의 처리로부터의 재순환수를 포함하며, 공급물 열 교환기의 상류에서 혼합물이 물로 포화된 에탄을 포함하는 방법.
- 제1항에 있어서, 물을 에탄에 첨가하는 것이 에탄 포화기탑 내에서 물을 에탄에 첨가하는 것을 포함하는 방법.
- 제3항에 있어서, 에탄 포화기탑 내에서 물을 에탄에 첨가하기 이전에 에탄에 첨가된 물을 교차 교환기 내에서 유출물로 가열하는 것을 포함하는 방법.
- 제3항에 있어서, 물을 에탄에 첨가하는 것이 에탄 포화기탑의 상류에서 열 교환기의 상류 도관 내에서 물을 에탄에 첨가하는 것을 더 포함하며, 열 교환기가 가열 매체로서 유출물을 사용하는 교차 교환기를 포함하는 방법.
- 제1항에 있어서, 물을 에탄에 첨가하는 것이 열 교환기의 상류 도관 내에서 물을 에탄에 첨가하는 것을 포함하며, 열 교환기가 가열 매체로서 유출물을 사용하는 교차 교환기를 포함하는 방법.
- 제6항에 있어서, 도관 내에서 물을 에탄에 첨가하기 이전에 제2의 교차 교환기 내의 물을 유출물로 가열하는 것을 포함하는 방법.
- 제1항에 있어서, 물을 에탄에 첨가하는 것이 희석 증기 드럼으로부터의 희석 증기를 에탄 이송 도관에 첨가하는 것을 포함하는 방법.
- 제8항에 있어서, 물을 희석 증기 드럼에 도입하기 이전에 교차 교환기 내에서 물을 유출물로 가열하는 것을 포함하는 방법.
- 제8항에 있어서, 물을 에탄에 첨가하는 것이 희석 증기를 수용하는 에탄의 상류의 열 교환기 상류의 에탄 이송 도관에 물을 첨가하는 것을 더 포함하며, 열 교환기가 가열 매체로서 유출물을 사용하는 교차 교환기를 포함하는 방법.
- 제1항에 있어서, 산소를 혼합물에 첨가하기 이전에 물을 산소에 첨가하는 것을 포함하며, 혼합물에 산소를 첨가하는 것이 혼합물을 이송하는 도관에 산소를 첨가하는 것을 포함하는 방법.
- 제11항에 있어서, 물을 산소에 첨가하는 것이 열 교환기의 상류의 산소 이송 도관에 물을 첨가하거나 또는 물을 산소 포화기탑 내의 산소에 첨가하거나 또는 그의 조합을 포함하며, 열 교환기가 가열 매체로서 유출물을 사용하는 교차 교환기를 포함하는 방법.
- 제11항에 있어서, 물을 산소에 첨가하는 것이 희석 증기 드럼으로부터의 희석 증기를 산소 이송 도관에 첨가하는 것을 포함하는 방법.
- 에틸렌의 제조 방법으로서,
ODH 반응기 내에서 산소의 존재 하에서 산화적 탈수소화(ODH) 촉매를 통하여 에탄을 에틸렌으로 탈수소화시키는 단계로서, 여기서 아세트산이 ODH 반응기 내에서 형성되는 단계;
에틸렌, 아세트산 및 물을 포함하는 유출물을 ODH 반응기로부터 배출시키는 단계;
유출물을 플래시 드럼 내에서 가스 및 미정제 아세트산으로 분리시키는 단계로서, 여기서 가스가 에틸렌, 물, 아세트산, 에탄, 이산화탄소 및 일산화탄소를 포함하며, 미정제 아세트산이 아세트산 및 물을 포함하는 단계;
아세트산 스크러버 용기 내에서 아세트산 및 물을 가스로부터 제거하는 단계; 및
ODH 반응기에의 공급물을 희석하기 위한 재순환수로서 아세트산 스크러버 용기로부터 배출된 하부 스트림을 사용하는 단계를 포함하는 방법. - 제14항에 있어서, 재순환수를 교차 교환기 내에서 유출물로 가열하는 것을 포함하는 방법.
- 제14항에 있어서, 하부 스트림이 물 및 아세트산을 포함하며, ODH 반응기에의 공급물을 희석하기 위하여 재순환수로서 하부 스트림을 사용하는 것이 재순환수를 에탄에 첨가하는 것을 포함하는 방법.
- 제16항에 있어서, 에탄에 재순환수의 첨가가 에탄 포화기탑 내에서 재순환수를 에탄에 첨가하거나 또는 교차 교환기의 상류의 에탄 이송 도관에 재순환수를 첨가하거나 또는 그의 조합을 포함하며, 교차 교환기가 가열 매체로서 유출물을 사용하는 방법.
- 제14항에 있어서, ODH 반응기에의 공급물을 희석하기 위한 재순환수로서 하부 스트림을 사용하는 것이 산소 포화기탑 내에서 또는 교차 교환기의 상류 도관 내에서 또는 그의 조합으로 재순환수를 산소에 첨가하는 것을 포함하며, 교차 교환기가 가열 매체로서 유출물을 사용하는 방법.
- 에틸렌 제조 시스템으로서,
에탄을 에틸렌으로 탈수소화시키고, 에틸렌, 물, 아세트산, 이산화탄소, 일산화탄소 및 에탄을 포함하는 유출물을 배출하기 위한 ODH 촉매를 포함하는 산화적 탈수소화(ODH) 반응기;
ODH 반응기로부터의 유출물을 가스 및 미정제 아세트산으로 분리하는 플래시 드럼으로서, 여기서 가스가 에틸렌, 물, 아세트산, 이산화탄소, 일산화탄소 및 에탄을 포함하며, 미정제 아세트산이 아세트산 및 물을 포함하는 플래시 드럼; 및
아세트산 및 물을 가스로부터 제거하고, ODH 반응기에의 공급물을 희석하기 위한 재순환수로서 하부 스트림을 배출하는 아세트산 스크러버 용기로서, 여기서 하부 스트림은 물 및 아세트산을 포함하는 아세트산 스크러버 용기를 포함하는 에틸렌 제조 시스템. - 제19항에 있어서, 재순환수를 유출물로 가열하는 교차 교환기를 포함하는 시스템.
- 제19항에 있어서, 재순환수를 수용하며, ODH 반응기로의 공급을 위한 에탄에 재순환수를 첨가하는 에탄 포화기탑을 포함하는 시스템.
- 제21항에 있어서, 에탄 포화기탑 내에서 재순환수를 에탄에 첨가하기 이전에 재순환수를 유출물로 가열하기 위하여 에탄 포화기탑의 상류의 교차 교환기를 포함하는 시스템.
- 제21항에 있어서,
재순환수 및 에탄의 혼합물을 유출물로 가열하는 에탄 포화기탑의 상류의 교차 교환기; 및
교차 교환기에 의하여 가열된 혼합물을 에탄 포화기탑으로 이송하는 도관을 포함하며, 여기서 재순환수를 수용하는 에탄 포화기탑이 혼합물을 수용하는 에탄 포화기탑을 포함하며, 재순환수를 에탄에 첨가하는 에탄 포화기탑이 혼합물로부터 별도로 수용된 에탄 포화기탑 내의 에탄에 혼합물을 첨가하는 에탄 포화기탑을 포함하는 시스템. - 제19항에 있어서, 재순환수 및 에탄의 혼합물을 유출물로 가열하기 위하여 혼합물을 수용하는 교차 교환기를 포함하는 시스템.
- 제19항에 있어서, 재순환수를 수용하며, ODH 반응기로의 공급을 위한 산소에 재순환수를 첨가하는 산소 포화기탑을 포함하는 시스템.
- 제19항에 있어서, ODH 반응기로의 공급을 위하여 재순환수 및 산소의 혼합물을 수용하여 혼합물을 유출물로 가열하는 교차 교환기를 포함하는 시스템.
- 제19항에 있어서, 에탄에 희석 증기의 첨가를 위하여 또는 산소에 희석 증기의 첨가를 위하여 또는 그의 조합으로, ODH 반응기로의 공급을 위하여 재순환수를 수용하고 이를 희석 증기로 기화시키는 증기 희석 드럼을 포함하는 시스템.
- 제27항에 있어서, 재순환수를 증기 희석 드럼에 도입하기 이전에 재순환수를 유출물로 가열하기 위하여 증기 희석 드럼의 상류의 교차 교환기를 포함하는 시스템.
- 에틸렌의 제조 방법으로서,
ODH 반응기 내에서 산소의 존재 하에서 산화적 탈수소화(ODH) 촉매를 통하여 에탄을 에틸렌으로 탈수소화시키는 단계;
에틸렌, 물, 아세트산, 이산화탄소, 일산화탄소 및 미반응 에탄을 포함하는 유출물을 ODH 반응기로부터 배출하는 단계;
ODH 반응기를 위한 에탄을 포함하는 공급물을 처리하기 위하여 유출물로부터의 열을 회수하는 단계;
공급물의 물 희석의 수행에서 공급물에 첨가하기 위한 재순환수로서 유출물로부터의 물을 회수하는 단계; 및
산소를 공급물에 첨가하여 ODH 반응기로의 에탄 및 산소를 포함하는 혼합 공급물을 얻는 단계를 포함하며, 혼합된 공급물이 유출물로부터 재순환수로서 회수되며 공급물에 첨가되는 물을 포함하는 방법. - 제29항에 있어서, 공급물 처리를 위하여 열을 회수하는 것이 에틸렌 제조에서 에너지 소비를 감소시키며, 공급물에 첨가를 위한 물을 회수하는 것이 에틸렌 제조에서 물 소비를 감소시키는 방법.
- 제29항에 있어서, 공급물을 처리하기 위하여 유출물로부터 열을 회수하는 것이 공급물을 유출물로부터의 열로 가열하는 것을 포함하는 방법.
- 제29항에 있어서, 공급물을 처리하기 위하여 유출물로부터 열을 회수하는 것이 열 교환기 내의 공급물을 가열 매체로서 유출물로 가열하는 것을 포함하는 방법.
- 제29항에 있어서, 유출물로부터 물을 회수하는 것이 유출물 중의 물 및 아세트산을 응축시켜 응축수 및 응축된 아세트산을 얻고, 유출물로부터의 응축수 및 응축된 아세트산을 포함하는 미정제 아세트산을 분리하여 유출물로부터의 에틸렌, 이산화탄소, 일산화탄소 및 미반응 에탄을 포함하는 가스를 얻는 것을 포함하는 방법.
- 제33항에 있어서, 유출물로부터 물을 회수하는 것이 미정제 아세트산을 처리하여 아세트산 생성물 및 스크러빙수를 얻는 것을 포함하며, 스크러빙수가 아세트산을 가스로부터 제거하는 아세트산 스크러버를 위한 것이며, 재순환수가 아세트산 스크러버로부터 배출된 하부 스트림을 포함하는 방법.
- 제29항에 있어서, 에탄을 포함하는 공급물에 재순환수를 첨가하는 것이 공급물에 산소를 첨가하기 이전에 재순환수를 에탄에 첨가하는 것을 포함하거나, 에탄을 포함하는 공급물에 재순환수를 첨가하는 것이 산소를 공급물에 첨가하기 이전에 재순환수를 산소에 첨가하는 것을 포함하거나, 또는 그의 조합인 방법.
- 제29항에 있어서, 에탄을 포함하는 공급물에 재순환수를 첨가하는 것이 공급물에 산소 첨가 상류의 에탄 포화기탑 내에서 재순환수를 에탄에 첨가하는 것을 포함하거나, 또는 에탄을 포함하는 공급물에 재순환수를 첨가하는 것이 산소를 공급물에 첨가하기 이전에 산소 포화기탑 내에서 재순환수를 산소에 첨가하는 것을 포함하거나, 또는 그의 조합인 방법.
- 제29항에 있어서, 에탄을 포함하는 공급물에 재순환수를 첨가하는 것이 공급물에 산소를 첨가하는 상류에서 재순환수를 희석 증기로서 에탄에 첨가하는 것을 포함하거나, 또는 에탄을 포함하는 공급물에 재순환수를 첨가하는 것이 공급물에 산소 첨가의 상류에서 재순환수를 희석 증기로서 산소에 첨가하는 것을 포함하거나, 또는 그의 조합인 방법.
- 제29항에 있어서, 에탄을 포함하는 공급물에 재순환수를 첨가하는 것이 재순환수를 증기 희석 드럼 내에서 기화시켜 공급물로의 첨가를 위한 희석 증기를 얻는 방법.
- 제29항에 있어서, 공급물의 처리가 공급물의 물 희석을 수행하는 것을 포함하는 방법.
- 제39항에 있어서, 물 희석을 수행하기 위한 유출물로부터 열의 회수가 재순환수를 유출물로부터의 열로 가열하는 것을 포함하는 방법.
- 제39항에 있어서, 에탄을 포함하는 공급물에 재순환수를 첨가하는 것이 재순환수를 에탄에 첨가하여 혼합물을 얻는 것을 포함하며, 물 희석을 수행하기 위하여 유출물로부터 열의 회수가 혼합물을 유출물로부터의 열로 가열하는 것을 포함하는 방법.
- 제39항에 있어서, 에탄을 포함하는 공급물에 재순환수를 첨가하는 것이 공급물에 첨가하고자 하는 산소에 재순환수를 첨가하는 것을 포함하며, 물 희석을 수행하기 위한 유출물로부터 열의 회수가 공급물에 첨가하고자 하는 재순환수 및 산소의 혼합물을 유출물로부터의 열로 가열하는 것을 포함하는 방법.
- 에틸렌의 제조 방법으로서,
에탄을 에틸렌으로 탈수소화시키는 산화적 탈수소화(ODH) 반응기로부터 유출물을 배출시키는 단계로서, 여기서 유출물이 에틸렌, 물, 아세트산, 이산화탄소, 일산화탄소 및 미반응 에탄을 포함하는 단계;
ODH 반응기를 위한 에탄을 포함하는 공급물의 물 희석을 수행하는 단계로서, 여기서 물 희석이 재순환수를 에탄에 첨가하는 것을 포함하는 단계;
물을 유출물로부터 회수하여 물 희석을 수행하기 위한 재순환수로서 회수된 물을 얻는 단계;
공급물을 유출물로 가열하기 위하여 공급물 열 교환기를 통하여 물 희석의 하류에서 공급물을 유동시키는 단계; 및
산소를 공급물에 첨가하여 ODH 반응기를 위한 혼합된 공급물로서 공급물을 얻는 단계를 포함하는 방법. - 제43항에 있어서, 물 희석을 수행하는 것이 재순환수를 산소에 첨가하는 것을 더 포함하는 방법.
- 제43항에 있어서, 물 희석을 수행하기 위하여 유출물로부터 열을 회수하는 것을 포함하는 방법.
- 제45항에 있어서, 물 희석을 수행하기 위한, 유출물로부터 열의 회수가 재순환수를 열 교환기 내에서 가열 매체로서 유출물로 가열하는 것을 포함하는 방법.
- 제45항에 있어서, 물 희석을 수행하기 위한, 유출물로부터 열의 회수가 열 교환기 내의 에탄 및 재순환수의 혼합물을 가열 매체로서 유출물로 가열하거나 또는 산소 및 재순환수의 혼합물을 열 교환기 내에서 가열 매체로서 유출물로 가열하거나 또는 둘다인 것을 포함하는 방법.
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