KR940004339B1 - 산화반응기 오프개스로 부터의 에너지 회수방법 - Google Patents
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Description
제1도는 방향족 화합물의 산화반응기로부터 배출되는 오프개스로부터 열회수용의 종래기술에 따른 공정도.
제2도는 동일한 열회수용의 본 발명에 따른 공정도.
본 발명은 크실렌, 수도쿠멘(pseudocumene), 두렌등과 같은 방향족 화합물의 산화반응기로부터 배출되는 고온 고압의 오프개스(off-gas)로부터 에너지를 효율적으로 회수하는 방법에 관한 것이다.
종래, 방향족 화합물의 액상 산화반응기로부터 배출되는 오프개스는 오프개스중 유효성분을 회수하고 반응온도를 조절하기 위하여 먼저 열교환으로 냉각시키고; 오프개스내의 응축된 성분을 분리하고 이들중 일부를 재사용하기 위하여 반응기에 순환시키는 한편 나머지는 유효성분으로서 회수한다. 그런데, 비응축성 오프개스 성분은 예열한 후에 팽창기에 보내어 이들 오프개스 성분으로부터 에너지를 회수한다[일본국 특허 출원 공개 제131458/1976, 일본국 특허공고 제48615/1985]. 이러한 종래기술을 제1도의 공정도에 보였다. 즉, 산화반응기(6)으로부터 배출되는 온도가 약 200℃이고 압력이 15~20atm인 오프개스(1)를 열교환기(2)에 보내서 열교환으로 저압스팀이 발생하고; 열교환 후의 오프개스를 냉각용 냉각기(3)으로 보내고; 냉각된 오프개스를 분리기(4)로 보내어 반응용매 부산물로서 유기물질 등과 같은 오프개스내의 응축성 성분을 응축시키고; 응축된 성분의 일부를 파이프(5)를 통하여 반응기(6)에 순환시켜서 회수하고; 응축성분의 나머지는 파이프(7)를 통하여 인출하여 적절히 폐기한다. 한편 오프개스 성분을 파이프(8)을 통하여 예열기(9)에 보내어 가열하고; 가열된 오프개스 성분을 연소기(10)에 보내어 거기에서 팽창기(11)를 부식시킬 수 있는 가열된 오프개스 성분내에 남은 유기성분을 촉매 연소시켜서 무기물질로 전환시키고; 연소후 개스를 팽창기(11)에 보내어 이로부터 에너지를 회수한다.
그러나, 이러한 종래 기술에서는 열교환기(2)를 떠나는 온도 약 150℃의 오프개스로부터 열회수가 불가능하고, 이 오프개스는 냉각기(3)에서 냉각수로 표준온도 정도로 냉각되어 분리기(4)에서 오프개스내의 응축성 성분의 회수 및 제거를 가능케 한다. 따라서, 열교환기(2)를 떠나는 오프개스내의 열에너지는 낭비된다.
상기한 산화반응기로부터의 열회수와는 별도로, 본 발명자는 이미, 수(water) 주입형 재생 개스터어빈 사이클에서 공기압축기의 출구개스(공기)를 물과 직접 접촉시켜서 개스를 습윤화하고 개스터어빈에 오프개스와 스팀의 혼합물을 공급함으로써 열효율을 개량시킬 수 있음을 발견하였다. 이러한 발견을 근거로 본 발명자는 특허출원 하였다(USP 4537023).
또한 본 발명자는 개스터어빈 사이클 공장이외의 공장의 폐열을 압축공기-액상부(water) 접촉탑의 탑저로부터 냉각된 물과 열교환시키고 가열된 액상수를 접촉탑에 순환시키는 방법으로부터 폐열의 효율적인 회수방법을 발견하였다. 이러한 발견을 근거로 본 발명자는 특허출원 하였다[일본국 특허출원 공개 제106924/1986].
상기한 종래 반응열 회수방법의 결점을 해결코자, 본 발명은 상술한 개스터어빈 사이클내의 열회수시스템을 활용하고 이로써 오프개스로부터 에너지를 회수하는데 종래 방법보다 더 효율적인 방법을 제공한다.
본 발명에 따라 산화반응기로부터 배출되는 오프개스로부터의 에너지 회수방법으로서, 산화반응기로부터 배출되는 고온 고압의 오프개스를 냉각수와 열교환시켜서 오프개스를 냉각시키고, 냉각된 오프개스를 상기 열교환에 의하여 가열된 물과 직접 역류 접촉시켜서 오프개스와 스팀의 혼합물과 냉각된 물을 얻고, 냉각된 물을 상기 고온 고압의 오프개스용의 상기 냉각수로 재사용하기 위하여 순환시키고, 오프개스와 스팀의 혼합물을 팽창기로 보내어 이로부터 에너지를 회수하는 에너지 회수방법이 제공된다.
본 발명의 방법을 도면(제2도)을 사용하여 설명한다.
제2도에서 오프개스(1)를 필요시에 열교환기(2)에서 열교환하고(그리하여 저압스팀이 발생함), 냉각기(3-A,3-B)에서 냉각한다; 냉각된 오프개스를 응축시키고 분리기(4)에서 응축성 성분을 분리시킨다; 응축물의 일부를 파이프(5)를 경유하여 반응기(6)에 순환시킨다; 그리고 응축물의 나머지를 취하여 적절히 폐기한다. 비응축성 오프개스 성분은 파이프(8)을 경유하여 접촉탑(12)에 보내어 거기서 오프개스는 냉각기(3-A)로부터의 가열된 물과 직접 역류 접촉한다; 탑저로부터의 냉각된 물은 보급수(13)과 결합하여 파이프(14)를 통하여 냉각기(3-A)에 순환시켜서 냉각기(3-A)용 냉각수로서 재사용한다.
한편, 접촉탑의 탑정으로부터의 오프개스와 스팀의 혼합물을 예열기(9)에서 가열하여, 필요시에 연소기(10)에서 잔류하는 유기성분을 촉매 연소시키고 팽창기(11)에 보내어 에너지를 회수시킨다.
본 발명의 방법은 여러가지 변형하에서도 실시할 수 있다.
예를들면, 냉각기(3-A) 및 냉각기(3-B) 사이에 열교환기를 설치하고, 이 열교환기에서 보급수가 예열된 후에 순환 냉각수의 일부로 사용될 수 있다. 또는 산화되는 방향족 화합물의 종류에 따라 반응기(6)내의 산화온도가 낮을때에는 열교환기(2)를 생략할 수 있다. 또는, 오프개스의 특성에 따라 연소기(10)을 생략할 수 있다. 또는, 팽창기(11)에 재가열 순환화를 사용할 수 있는데, 다시 말해서, 팽창기의 중간단 저급출구로부터의 개스를 가열하여 이의 다음단 입구에 보낼 수 있다. 또는, 오프개스와 스팀의 혼합물을, 본 발명 출원인에 의한 일본국 특허출원 공개 제219421/1985호에 설명한 바와 같이 개스터어빈 사이클의 작업매체(공기)의 일부로서 사용할 수 있다.
본 발명에서 방향족 화합물이라 함은 예를들면, 톨루엔, 크실렌, 수도쿠멘, 헤이멜리텐, 메시틸렌, 두렌, 메틸나프탈렌 및 이들의 산화 유도체(예 : 톨루알데히드, 디메틸벤즈알데히드, 트리메틸벤즈알데히드, 톨루산, 디메틸벤조산, 트리메틸벤조산, 카르복시벤즈알데히드)가 있다. 이들 방향족 화합물의 산화반응은 일반적으로 공지된 방법, 즉, 코발트, 망간, 브롬 등과 같은 촉매 존재하에 아세트산 또는 수(water) 용매내에서 150℃~250℃, 더욱 바람직하기로는 180℃~220℃의 온도에서 5 내지 50atm, 바람직하기로는 10 내지 30atm의 압력하에서 산소함유 개스를 취입시켜서 실시할 수 있다.
접촉탑에 보내어지는 오프개스의 온도는 30℃ 내지 60℃이고, 탑정으로부터 공급되는 가열수의 온도는 120℃ 내지 180℃이다. 이 오프개스와 가열수는 접촉탑에서 직접 접촉하여 물은 60℃ 내지 100℃로 냉각됨과 동시에 오프개스는 100℃ 내지 160℃로 가열된다. 오프개스는 예열기에서 200℃ 내지 300℃로 더욱 가열된 후에 개스의 온도는 연소기에서 더욱 상승하여 팽창기에 보내어진다.
접촉탑으로서, 통상의 기-액 접촉장치를 사용할 수 있다. 따라서, 충전탑, 습윤벽탑(wetted wall tower), 플레이트탑, 스프레이탑 등을 사용할 수 있다. 여기서 사용되는 물은 반드시 순수(pure water)일 필요는 없다. 이는 상기 산화반응기 또는 기타 장치로부터 배출되는 연소성 개스 또는 불활성 개스를 함유하는 공정으로부터의 폐수도 가능하다.
본 발명에 있어서, 방향족 화합물의 산화반응기로부터 배출되는 오프개스의 열에너지는 그 온도가 80℃ 내지 120℃로 냉각 저하될때까지 회수된 후에 오프개스는 팽창기로 보내어진다. 따라서, 오프개스의 열에너지를 효율적으로 회수할 수 있다.
제1도의 종래기술 및 제2도의 본 발명에 따른 열회수의 결과를 표 1에 비교하였다.
본 발명에 있어서는 제1도의 종래기술과는 달리 냉각기(3-A) 및 접촉탑(12)가 추가로 설치되어 있다. 이는 에너지가 회수될 오프개스의 량을 오프개스와 동반하여 이에 포화하는 스팀량에 동등량만큼 증가시킨다. 그 결과 오프개스로부터 회수되는 에너지도 증가한다. 표 1에 보인 바와 같이 에너지 회수는 본 발명에 있어서 종래기술과 비교할때 16%(700kw)만큼 증가시킬 수 있다.
[표 1]
*1 입구온도가 각각 360℃ 및 260℃인 재가열형 팽창기를 사용하였다. 냉각기(3-A) 및 접촉탑(12)를 추가 설치하여 회수된 에너지는 700kw만큼 증가하였다.
Claims (4)
- 산화반응기로부터 배출되는 오프개스로부터의 에너지 회수 방법으로서, 산화반응기로부터의 고온 고압 오프개스를 냉각수와 열교환시켜서 오프개스를 냉각시키고, 냉각된 오프개스를 상기 열교환으로 가열된 물과 직접 역류 접촉시켜서 오프개스와 스팀의 혼합물 및 냉각된 물을 얻고, 냉각된 물은 순환시켜서 상기 고온 고압 오프개스용 냉각수로서 재사용하고, 오프개스와 스팀의 혼합물을 팽창기로 보내어 이로부터 에너지를 회수하는 것으로 되는 에너지 회수방법.
- 제1항에 있어서, 직접 역류 접촉 처리될 오프개스의 온도는 30℃ 내지 60℃이고 오프개스와 접촉할 가열된 물의 온도는 120℃ 내지 180℃임을 특징으로 하는 에너지 회수방법.
- 제1항에 있어서, 직접 역류 접촉은 충전탑, 습윤벽탑, 플레이트탑 및 스프레이탑으로부터 선택되는 접촉탑을 사용하여 실시됨을 특징으로 하는 에너지 회수방법.
- 제1항에 있어서, 팽창기는 재가열형 팽창기임을 특징으로 하는 에너지 회수방법.
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