KR800001697B1 - 탄화수소 혼합물의 분별 증류법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

탄화수소 혼합물의 분별 증류법

첨부도면은 본 발명을 실시하기 위한 공정도이다.

본 발명은 광유(鑛油)를 분별 증류하는 방법에 관한 것으로, 특히 두 개의 분별증류탑의 탑정 증기를 혼합한 후, 하나의 콘덴서(condenser)에서 응축시키는 탄화수소의 분별 증류법에 관한 것이다. 탑정 액체를 두부분으로 나누어 그 중 한 부분은 공정의 공급물 스트림을 수용하는 탑에 억류 공급시키고 다른 한 부분은 두 번째 탑에 공급물로서 사용한다. 본 발명은 또한 분별 증류시에 사용할 하나의 탑정 콘덴서와 리시버(receiver)룰 이용하는 두 개의 분별 증류탑으로 구성된 조절장치를 포함한다.

분류 증류법은 석유 및 석유화학 가공에 있어서 가장 오래되고 가장 발전한 분야 중의 하나이다. 따라서 분별 증류관을 디자인(design), 제조 및 조각과 그들의 장치에 관한 지식은 당해 분야에 숙련된 자가 알고 있고 다수의 참고 문헌을 이용할 수 있다. 분류 중류탑의 작동부(部)로서 탑정 분별 증류 쟁반으로부터 상승하는 증기 스트림의 탑의 탑정증기 스트림으로 제거시키고 이 탑정 증기 스트림을 최소한 부분적으로 응축시키는 냉각기 또는 응축기를 통구시켜 보통 탑정 액체라고 일컫는 액체를 제조한다. 응축은 탄화수소 및 수성액상의 양자를 제조하여 이들은 탑정 리시버 내에서 분리시킬 것이다. 그 후 수성상을 정상적으로 탑정 리시버로부터 회수된다. 탑정액의 일부를 재래식 방법으로 회수하여 분별 증류시에 보조하기 위해 역류로서 분별 증류탑의 정부(頂部)에 되돌려 보낸다. 탑정액의 제2부분은 탑정 생성물로서 제거된다. 종래에는 각 분별 증류탑의 탑정 증기스트림은 분리응축기 내로 통과시켜 생성된 액체 물질을 분리 탑정 리시버내에서 수집했다. 왜냐하면 분별 증류탑의 탑정 생성물은 둘이나 그 이상의 각기 다른 성분을 함유하고 있기 때문에 상기 생성물을 추가로 분별 증류시켜 상기 성분을 분리 또는 정제시켜야 했다.

종래의 분별 증류법의 예는 미국특허 명세서 제2,357, 113, 2,976,234, 3,803,002, 3,855,074 및 3,905,874호에 기재되어 있다.

본 발명의 바람직한 예를 도면에 도시하였다. 간단하고 명확한 목적을 위해 여러 가지 부품들이 편리하게 사용되었지만 본 발명의 개념에는 관계없기 때문에 본 발명의 일부를 구성하는 펌프(pump), 밸브(valve) 등을 도면에는 생략하였다. 그러나 도면은 본 발명의 범위를 부당하게 제한하지 않았다.

도면을 상세히 설명하면, 라인(line)(1)을 통해 공정에 들어온 공급물 스트림(stream)은 크실렌 이성체의 평형 혼합물을 제조하기 위해 디자인된 촉매 반응 대역의 유출물을 응축시킴으로 생성된 C₈이성체로 구성된다. 공급물 스트림은 잔류하는 량의 수소와 C_1-8범위의 탄화수소로 구성된다. 그것은 공급물 스트림을 분리시키는 제1분별 증류탑(2)의 중간지점을 통과하여 제1탑정 증기 스크림은 라인(6)에서 제거되고 제1탑서 생성물 스트림은 라인(3)에서 제거된다. 제1탑정 증기 스트림은 공급물 스트림 내에 함유된 수소 및 C_1-6탄화수소와 또한 소량의 C₇탄화수소로 구성된다. 제1탑저 스트림은 공급물 스트림 내에 함유된 대부분이 C₇과 C₈탄화수소로 구성됨이 필요하다. 제1탑저 스트림의 일부를 열을 공급하기 위해 라인(4), 및 가열기(5)를 통해 분별증류탑에 재순환시킨다. 제1탑저 스트림의 나머지 부분은 장치(33)에 의하여 수평식 조절기(32)에서 전한 신호에 따라 감응하는 밸브(34)에 의하여 조절된 속도로 타인(3)을 통해 회수한다.

제1탑정 증기스트림은 라인(7)로부터 도입되는 제2탑정 증기 스트림과 배합되어 생성된 혼합물은 라인(8)을 통해 콘덴서(9)로 이동한다. 생성된 혼합―상태의 유출물은 리시버(10)을 통과한다. 수소와 C_1-3탄산수소로 구성된 제유소 가스 스트림은 라인(11)을 통해 리시버로부터 제거된다. 이 가스 스트림의 제거속도는 탑정 시스템의 압력뿐만 아니라 제1탑의 압력으로 조절한다. 이 속도는 장치(31)을 통하여 압력조절기(29)에 의해 조절되는 밸브(30)에 의해 조절된다. 리시버에서 수집한 여하한의 물은 라인(12)을 통해 제거된다. 리시버(10)에 수집된 탄화수소성 탑정액체는 라인(13)을 통해 회수하고(도시되지 않은 펌프에 의해서) 라인(15) 및 (14)를 통과하는 동일한 조성물의 두 부분으로 분할시킨다. 라인(15)내에 있는 물질은 장치(21)에 의해서 유속측정 및 조절장치(20)로부터 전해진 신호에 따라 감응하는 밸브(22)에 의해서 조절된 속도로 억류하면서 제1분별 증류탑의 정부(頂部)에 도입된다.

라인(14) 내에 있는 물질은 제2분별 증류탑(19)에 대한 공급물로서 이 탑의 상부에 도입된다. 이 스트림의 유동속도는 장치(27)에 의해서 유동밸브(26)에 전해지는 신호를 발생시키는 평형 조절기(28)에 의해서 고정된다. 이 제2탑은 공급물을 라인(16)에서 제거되는 C_4-6―탄화수소로 구성된 제2탑저 스트림과 H₂및 C_1-4탄화수소로 구성된 제2탑정 증기로 분리시키는 조건하에 작동된다.

이와 같은 조건은 제1탑에서 사용된 것보다 더 높은 압력을 포함할 것이다. 제2탑내의 압력은 장치(24)를 통해 조절 밸브(25)를 움직이게 하는 제2압력 조절기(23)에 의해서 고정된다. 제2탑정 스트림은 라인(7)에서 제거되며 그것은 사실상 라인(11)이나 또는 라인(16)을 통해 제거되는 형태의 물질을 더 적은 량 함유할 것이라는 사실에서 제1탑정 증기 스트림과는 다르다(즉, 그것은 라인(11)에서 제거된 물질의 거의 평형의 양을 함유할 것이다). 열음 라인(17)을 경유하여 재비등기(18)을 통해 제2탑저 스트림의 일부를 전환시킴므로 제1탑에 공급시킨다. 제2탑저 스트림을 제거하는 정미의 속도는 수평 조절기(35)로부터 장치(36)에 의해서 전해진 신호에 따라 감응하여 움직이는 유동밸브(37)에 의해서 조절된다. 만약 필요하거나, 또는 원하면, 탑정 액체의 정미의 스트림은 라인(38)을 통해 공정으로부터 제거할 수 있다.

석유 및 석유화학 공업에 있어서 부별 증류법은 중질 탄화수소로부터 겸질 탄화수소를 분리시키는 가장 공통적인 방법이다. 이러한 방법 중의 하나는 반응대역 유출액을 분별 증류하여 경질 탄화수소와 반응에서 형성된 잔류하는 가스를 제거하여 하향 스트림 생성물 회수작용에 통과시키기 위한 유출 물을 제조하는 것이다. 예를 들어, 크실렌 이성체의 평형 혼합 물을 제조하기 위해 디자인 이성화대역의 유출 물은 수소 및 여러 가지 C_1-7탄화수소를 함유할 수 있으며 이것은 보통 분자체(molecular lieve)장치에 의해 특정한 이성체를 회수하기 위한 분리공정 내로 통과시킬 필요가 없다. 다소 유사한 상태가 예컨대 알킬화, 트랜스알킬화, 폐탄 및 부탄이성화, 개질 등의 조작시에 나타난다. 이 유출물 스트림을 분별 증류탑에 충전시켜 원하는 생성물 이하의 비점을 갖는 광범위한 탄화수소를 함유하는 탑정 생성물을 제조한다. 이들은 값이 싸서 경질 물질용으로 가장 많이 이용되기 때문에 일부의 이들 탄화수소, 예컨대 메탄 및 에탄 그리고 가끔 존재하는 비교적 불순한 수소를 정상적으로 연료 가스 시스템에 배출시킨다. 그러나 프로판, 부탄, 벤젠과 톨루엔을 함유하는 C₆및 C₇탄화수소의 펜탄은 생성물 또는 원료로서 유용한다. 그런고로 이들 물질을 회수하는 것은 명백히 바람직한 것이다.

상승된 압력에서 넓은 범위에서 비등하는 공급물 스트림을 수용하는 탑을 조작하는 것은 흔히 바람직한 것이다. 이것은 탑정 증기의 온도를 점점 상승시키기 때문에 어떤 다른 탑을 위한 가열 매체로서 증기를 또는 에너지 보존의 수단으로서 가공 스트림을 사용한다. 상승된 압력은 또한 탑정 리시버의 제유소 가스 스트림을 직접 가압시킨 연료가스 시스템 내로 배출시키기 위해 바람직하며 그러므로 압축기를 사용할 필요가 없다.

분별 증류관의 탑정 콘덴서는 탑과 그것에 연결된 장치를 구성하는 총 자재가격 중의 상당히 큰％를 차지한다. 예컨대, 약 50개의 쟁반을 갖는 전형적인 감압 분별 증류기를 위한 탑정 콘덴서는 전체 자재가격의 거의 15％를 차지한다는 것을 산정하였다. 비교로 분별 증류기 쟁반은 탑의 가격의 단지 2.6％, 기계는 4.6％, 파이프는 약 12％에 상당한다. 탑정 콘덴서는 사실 디자인 및 설계하는 가격을 전체 분별 증류장치의 가격에 포함시킬 때 유일한 가장 가격이 비싼 부품이라는 것을 알 수 있었다. 두 개의 분별 증류탑을 사용하는 장치에 있어서 하나의 큰 콘덴서는 두 개의 작은 콘덴서에 비하여 디자인 및 장치 비용이 감소되기 때문에 자재 가격은 그런고로 단지 하나만의 탑정 콘덴서를 사용함으로 감소시킬 수 있다.

본 발명의 목적은 제1분별 증류탑에서 공급물 스트림을 정제시킬 수 있고 두 개의 탑정 콘덴서를 설치할 필요없이 제2분별 증류탑을 사용하여 제1분별 증류탑의 탑정 물질로부터 유용한 성분을 회수할 수 있는 탄화수소를 분별 증류하는 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 방법은 일반적인 방법 중의 하나이다. 본 발명의 방법은 분별 증류탑 내에 어떤 특정한 공급물 스트림 조성이나 기계적인 배치를 한정하지 않는다. 그런고로 공급물 스트림을 비교적 거의 순수하지 않은 탄화수소 또는 다수의 탄화수소성 화합물, 예컨대 나프타 또는 등유를 함유하는 넓은 범위의 비점을 갖는 석유의 혼합 물일 수 있다. 예를 들면 공급물 스트림은 메탄, 프로판 및 부탄으로 국한될 수 있다. 또 다른 예는 저장 상태에서부터 유리시켜서 두 개의 부분으로 나눌 필요가 있는 원료로부터 수소, 산소 또는 물을 제거시키는 것이다. 공급물 스트림은 사염화탄소, 보론트리 플루오라이드, 암모니아 설파디옥사이드, 하이드로겐 설파이트 또는 여러 가지 머캅탄, 같은 다른 무기화합물을 포함할 수 있다. 그러나 공급물 스트림은 최소한 비점이 다른 세가지성분을 반드시 함유해야 한다. 그것은 두 개의 탑저액체 스트림에 의해서 제거할 수 있는 한가지 성분과 탑정 리시버에 의해서 기체 또는 액체로서 제거할 수 있는 한가지 성분을 포함해야 한다. 따라서 본 발명은 거로 다른 비점을 가진 최소한 세 가지의 성분을 포함한 탄화수소 혼합물을 분별 증류하는 것으로 다음 단계로 구성된다.

(가) 탄화수소로 구성된 공급물 스트림을 환류 스트림으로 제1분별 증류탑의 상부로 통과시키는 것을 포함하여 제1탑정 스트림과 제1탑정 증기 스트림으로 분리시키는데 효과적인 조건에서 작동하는 제1분별 증류탑 내의 중간지점으로 통과시키고, (나) 제1탑정 증기 스트림과 제1탑정 증기 스트림을 혼합시켜서 그 혼합물을 응축기를 통과 시키고 혼합된 상태의 응축기 유출물 스트림탑정 리시버 내로 통과시키고, (다) 탑정 리시버로부터 가스 스트림을 회수하고, (라) 탑정 리시버로부터 탄화수소를 함유한 탑정 액체를 제거하여 탑정 증기 액체를 조성이 같은 두 개의 부분으로 분리한 다음, (마) 탑정 액체의 제1부분을 환류스트림으로서 제1분별증류탑 내로 통과시키고, (바)탑정 액체의 제2부분을 공정물 스트림으로서 탑정 액체의 제2탑정 증기 스트림과 제2탑저 스트림으로서 부리시키는 효과적인 조건에서 작용하는 제2분별 증류탑으로 통과시킨다.

이러한 과정을 수행할 적당한 기구의 선택과 디자인하는 것 및 또한 탄화수소를 분리시키기 위해 적당한 작용조건을 고정시키는 것은 이 분야에 숙련된 자들의 전문지식에 의한다. 이 두 분별 증류탑을 모두 조작시키는 조건의 일반적인 범위는 0.5 절대기압(stmospfere absolute) 71절대기압의 압력과 66℃―371℃또는 그 이상의 온도이다. 이러한 조작 범위는 각 탑의 저부에 존재하는 조건에 관한 것을 의미한다. 탑의 조작조건의 바람직한 범위는 저부 온도가 149℃―288℃이고 압력이 1.5―30 절대 기압이다. 두 탑 사이에 조건이 다를 것이라는 사실을 알아야 한다. 각 탑의 정부에서의 압력도 그것들이 탑정 증기 파이프 시스템에 의해서 서로 연결되어 있기 때문에 실진적으로 동일할 것이나, 도면에 의하면 제2탑에서 보다 높은 압력이 사용될 수 있다. 압력이 동일한 상태에서는 제2 또는 스트리핑(stripping)탑 내에 유지되는 온도는 제1탑 내의 온도보다 낮을 것이다. 두 탑에 대한 역류 비율 또한 변하기 쉽다. 역류비율은 각각의 탑에서 0.5 : 1―5 : 1 범위로 유지되는 것이 바람직하다.

공정에서 공급물은 제1탑의 중간지점에 공급된다. 이것에 의하여 공급물 스트림은 최소한 두 개의 분별 증류쟁반에 의하여 탑의 정부 및 저부의 양자 모두에서 분리된 수직의 부분에서 탑에 도입되는 것을 의미한다. 만약 충전탑이 사용된다면 최소한 하나의 이론상의 운반 단위와 같은 양의 충전물이 공급물 지점과 각 말단 사이에 놓인다. 탑정 액체는 스트리핑이나 제2분열 증류탑 정부에 공급된다. 여기서 사용된 정부라는 용어는 탑의 정부 1/2를 의미한다. 이 스트림은 3개의 탑정부로부터 분별 증류 쟁반보다 약간 낮은 높이에서 탑에 도입되는 것이 바람직하다. 공급물 스트림은 대부분의 경우에 정부 쟁반에 직접 공급되게 되지만 하부 공급물 지점은 분별 증류시에 보조시킴이 필요할 것이다. 만일 이들이 사용될 경우에는 역류는 제2탑의 정부에 공급되어야 한다.

본 발명의 공정은 여러 가지 공정 스트림의 조성에 있어서 고유의 두 가지의 차이점에 특징 지워질 수 있다. 첫째, 제2분별 탑에서 제거된 탑저 액체생성물 스트림은 제1탑의 탑저 생성물 스트림의 주성분을 실질적으로 함유하지 않을 것이다. 둘째, 제2탑의 탑정 증기 스트림은 가스가 없는 스트림으로서 제거된 공급물 스트림의 경질 성분과 또한 제2탑의 탑저 생성물 스트림에서 제거된 중질 성분을 실질적으로 함유하지 않음이 바람직하다. 비록 탑저 스트림은 불필요한 성분이 없는 비교적 순수하고 최소한 99％의 순도를 가질지라도 탑정 스트림은 제1탑저 스트림으로서 제거된 것을 제외한 공급 스트림의 모든 성부 중의 변화하는 양을 함유하고 있다. 그러므로 탑정 증기 스트림에 관하여 지정된 화합물이 실질적으로 없다는 것은 지정된 화합물이 5몰％ 이하로 존재한다는 것을 의미한다. 이 화합물은 탑정 스트림의 2몰％ 이하고 구성됨이 바람직하다.

중요 공정은 도면에 표시된 것과 같은 시스템 또는 그것과는 다른 시스템에 의해 행할 수 있다. 예를 들면 응축기로서는 도시된 것과 같은 공기 대신에 냉각수 또는 냉각기를 사용할 수 있다. 도면에 있는 조절 시스템에 대해서는 그와 같이 다양성이 가능하다. 제1탑으로의 역류 속도를 일정하게 고정시키는 대신 다양한 속도를 조작함으로 제1탑 내에서 감시된 한가지 또는 그 이상의 기체 또는 액체의 온도에 따라 조절 될 수 있다. 제2탑에 사용한 합력 조절장치는 없앨 수도 있다. 그러나 본 도면에 표시한 장치가 바람직하다. 이 장치는 6, 8, 7, 13, 14 및 15의 공정운반 라인 22, 25, 26, 30, 34 및 37의 밸브장치 및 20, 23, 28, 32 및 35의 조절 부재(部材)를 포함한다.

본 발명에 의한 바람직한 일예는 다음과 같은 탄화수소의 분별 증류 과정으로서 특정지을 수 있다. 즉 C₂―C₈탄화수소로 구성된 공급물 스트림을 초대기 압력과 역류 스트림을 제1분별 증류 탑내로 통과시키는 것을 포함하여 공급물 스트림을 C₂―C₆탄화수소로 구성된 제1탑정 증기와 C₇및 C₈탄화수소로 구성된 제1탑저 스트림으로 분리시키는 효과적인 조건에서 작동하는 제1분별 증류관의 중간 지점에 통과시키고 ; 제1탑정 증기 스트림과 제2탑정 증기 스트림을 혼합하고 이 혼합물을 응축기를 통과시켜 얻어진 혼합―상태의 응축기 유출물 스트림을 탑정 리시버로 통과시키고 ; 탑정 리시버로부터 C₁및 C₂탄화수소로 구성된 제유소가스 스트림을 제거하고, 탑정 리시버로부터 C₃―C₆탄화수소로 구성된 탑정 액체를 제거하고, 탑정 액체를 동등한 성분의 두 부분으로 나눈다 ; 탑정액체 중의 제1부분을 역류 스트림으로서 제1분별 증류탑에 통과시키고 ; 탑정액체 중의 제2부분을 C₃탄화수소로 구성되며 실질적으로 C₅탄화수소가 없는 제2탑정 증기스트림과 C₅및 C₆탄화수소로 구성된 제2탑저 스트림으로 분리시키는 효과적인 조건에서 작동하는 제2분별 증류탑의 정부로 통과시킨다.

본 발명은 본 실시예에 의해서 추가로 설명한다. 수소, 크실렌, 에틸벤젠 및 여러 가지 C_1-7탄화수소로 구성된 공급물 스트림을 20개의 첫번째 쟁반에서 40개의 쟁반으로 구성된 증류탑으로 통과시킨다. 온도는 약 250℉, 압력은 78psig 및 유동속도는 거의 1851mph(시간당 몰수)이다. 탑정 증기 스트림은 약 75정도의 평균 분자량을 갖고 273℉ 및 60psig에서 유동속도를 약 869mph로 유지시킨다. 이 탑정 증기는 공급물 스트림 내에 포함된 수소 14mph, 메탄 25.6mph, 에탄 7mph 및 프로판 12mph를 함유한다.

이 부분의 부가적인 양을 역류액내에 용해시키고 또한 탑정 증기 스트림을 도입시킨다. 탑저액체 생성물은 417℉의 온도, 1722mph 정도의 유동속도를 탑으로부터 제거한다. 이 탑저 생성물은 톨루엔 29mph, 에틸벤젠 186mph 및 혼합된 크실렌 1377mph를 포함한다. 이 스트림에서 경질 물질은 벤젠의 영향이다.

이 제1탑정 스트림을 22mph 스트리퍼 탑정 증기 스트림과 혼합시키고 배합된 증기를 110℉정도로 냉각시킨 후 56Psig에서 탑정 리시버 내로 공급한다. 95.2mph의 배출 가스를 탑정 리시버로부터 제거하고 연료가스 시스템 내로 포함된 수소, 메탄 및 C₃탄화수소로 모두 구성되어야 한다. 이것은 또한 부탄 30.2mph, 펜탄 3.2mph 및 다양한 고비점 탄화수소를 소량 포함한다. 탑정 액청 스트림은 795mph 정도의 속도로 리시버로부터 배축되어 두 부분으로 분할된다. 좀더 많은 부분은 740mph의 속도로 역류로서 분별 증류탑의 정부 쟁반에 공급된다.

탑정 액체의 보다 적은 부분은 110℉에서 20개의 쟁반 스트리퍼탑의 정부 쟁반에 공급된다. 스트리퍼는 90Psig에서 284℉의 온도인 저부액체로 조작된다. 이것은 탑정액체 스트림의 적은 부분을 상술한 탑정증기 스트림과 제2탑저 액청 스트림으로 분리시키기에 효과적이다. 이 스트리퍼 탑정증기는 129℉의 온도와 거의 55.1의 평균 분자량을 갖는다. 이것은 에탄 0.5mph, 프로판 2.5mph, 부탄 18.4mph 및 펜탄 0.mph정도를 함유한다. 제2탑저 액청 스트림은 약 33mph의 유동속도를 갖는 C₁―C₃탄화수소는 함유하지 않으며 0.3mp의 부탄만을 함유한다. 이것은 펜탄 5.5mph와 톨루엔, 벤젠, C₈파라핀(Paraaffin) 및 나프탈렌 및 다른 탄화수소의 변화하는 양을 포함한다.

Claims (1)

1. 분문에 상술하고 도면에 도시한 바와 같이, 환류 스트림은 제1분별 증류탑의 상부에 통과시키는 것을 포함하여 탄화수소로 구성된 공급를 스트림을 제1탑저 스트림과 제1탑정 증기 스트림으로 분리시키기에 효과적인 조건에서 조작되는 제1분별 증류탑의 중간 부분에 통과시키고, 제1탑정 증기 스트림을 제2탑정 증기 스트림과 혼합하여 얻어진 혼합물을 응축기에 통과시킨 다음 얻어진 혼합상태의 응축기 유출물 스트림을 탑정 리시버(receiver)로 통과시키고, 탑정 리시버로부터 가스 스트림을 제거하고, 탄화수소로 구성된 탑정액청를 탑정 리시버로부터 제거하여 동일한 성분의 두 부분으로 분리시키고, 탑정액체의 제1부분을 환류스트림으로서 제1분별 증류탑 내로 통과시키고, 탑정 액체의 제2부분을 제2탑정 증기 스트림과 제2탑저 스트림으로 분리시키기에 효과적인 조건에서 조작되는 제2분별 증류탑 내로 공급물 스트림으로서 통과 시키는 것으로 구성된 서로 다른 비점을 갖는 최소한 세가지의 성분을 함유하는 탄화수소 혼합물의 분별 증류법.

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