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1. (WO2018225908) ETHYLENE SEPARATION PROCESS AND SEPARATION APPARATUS
Document

명세서

발명의 명칭

기술분야

1   2  

배경기술

3   4   5   6  

발명의 상세한 설명

기술적 과제

7  

과제 해결 수단

8   9   10   11   12   13   14   15   16   17   18   19   20   21   22   23  

발명의 효과

24  

도면의 간단한 설명

25   26   27   28   29   30   31   32   33   34  

발명의 실시를 위한 최선의 형태

35   36   37   38   39   40   41   42   43   44   45   46   47   48   49   50   51   52   53   54   55   56   57   58   59   60   61   62   63   64   65   66  

발명의 실시를 위한 형태

67   68   69   70   71   72   73   74   75   76   77   78   79   80   81   82   83   84   85   86   87   88   89   90   91   92   93   94   95   96   97   98   99   100   101   102   103   104   105   106   107  

청구범위

1   2   3   4   5   6   7   8   9  

도면

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10  

명세서

발명의 명칭 : 에틸렌 분리공정 및 분리장치

기술분야

[1]
본 출원은 2017년 6월 8일 출원된 한국 특허출원 10-2017-0071315호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
[2]
본 발명은 아세틸렌, 에탄, 에틸렌 및 C3+ 를 포함하는 혼합물로부터의 에틸렌을 분리하는 공정에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공정효율이 보다 향상된 에틸렌 분리공정에 관한 것이다.

배경기술

[3]
에틸렌은 광범위한 화학 재료를 제조하는 기초 원료이며, 증기가 존재하는 분해로 (cracking furnace) 안에서 탄화수소의 열분해에 의해 산업적으로 제조된다. 다양한 성분을 포함하는 분해로 유출물 스트림은 통상 세정되고, 물을 제거하기 위해 건조되며, 압축되어 올레핀 회수부를 통과함으로 에탄, 프로필렌, 프로판 등의 다른 경질의 탄화수소로부터 에틸렌이 분리된다.
[4]
분해로 유출물로부터의 혼합물 분리 순서는 탈메탄 칼럼(DeC1), 탈에탄 칼럼(DeC2), 또는 탈프로판 칼럼(DeC3)에 의해 시작될 수 있다. 예컨대, 탈메탄 칼럼-우선(first) 분류 공정에서, 분해로(cracking furnace)로부터의 유출물이 냉각 및 압출된 후 탈메탄 칼럼에 유입되어 메탄과 경질 화합물이 제거된다. 탈메탄 칼럼의 저부 유출물이 탈에탄 칼럼에 공급된다.
[5]
탈에탄 칼럼은 탈메탄 칼럼 저부 유출물을, 증기로서 탈에탄 칼럼의 오버헤드에서 유출되는 C2 와 경질화합물, 그리고 탈에탄 칼럼의 저부에서 유출되는 중질 화합물을 포함하는 부분으로 분리한다. 탈에탄 칼럼 저부는 중질 화합물을 분리하기 위하여 처리된다. 오버헤드 C2 는 아세틸렌 컨버터(AC Converter)로 보내어져 아세틸렌을 에탄과 에틸렌으로 전환시킬 수 있으며, 또는 다른 방법으로 아세틸렌 회수 장치로 보내어져 에탄과 에틸렌으로부터 아세틸렌을 분리할 수 있다. 상기 반응기 또는 회수 장치 유출물이 C2 분리기(C2 splitter 또는 C2 fractionater)로 공급되어 에틸렌과 에탄으로 분리될 수 있다.
[6]
C2 분리기에서 에틸렌 생산량을 증가시키 위한 많은 노력들이 있으나 기존 설비의 한계로 인해 보틀넥에 걸려 있는 경우가 많고, 기존 설비를 바꾸려면 많은 비용이 든다는 문제점이 있다. 예를 들어 아세틸렌 컨버터가 탈메탄 칼럼 전단에 위치하는 공정에서는 탈에탄 칼럼 상부에 제2의 탈에탄기를 구비함으로서 보다 고순도의 에틸렌을 포함하는 유출물을 에틸렌분리기에 공급하는 Advanced DeC2 공정이 사용되고 있으나, 이 공정은 아세틸렌 컨버터가 탈에탄 칼럼 후단에 존재하는 공정에는 에틸렌 제품으로부터 아세틸렌을 분리할 수가 없는 이유로 활용이 곤란하다는 문제점이 있다.

발명의 상세한 설명

기술적 과제

[7]
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 아세틸렌 컨버터가 탈에탄 칼럼 후단에 위치하는 공정에서 기존 설비를 바꾸지 않고 경제적으로 에틸렌 생산량을 늘릴 수 있는 에틸렌 분리공정을 제공하는 것이다.

과제 해결 수단

[8]
본 발명은 상기 기술적 과제를 해결하기 위해,
[9]
아세틸렌, 에탄과 에틸렌을 포함하는 C2스트림 및 프로필렌을 포함하는 C3스트림을 포함하는 공급 스트림으로부터 에틸렌을 분리시키는 공정에 있어서,
[10]
C2 스트림 및 C3 스트림을 포함하는 공급 스트림이 제1 탈에탄(DeC2) 칼럼에 투입되어 제1 탈에탄 칼럼의 상부로 제1 C2 스트림을, 하부로 C3 스트림을 배출하는 단계;
[11]
상기 탈에탄 칼럼의 상부로 배출된 제1 C2 스트림 중 일부를 제2 탈에탄 칼럼으로 투입되어 제2 C2 스트림을 배출하는 단계;
[12]
상기 제2 탈에탄칼럼의 하부 스트림은 다시 제1 탈에탄 칼럼으로 유입되어 제1 탈에탄 칼럼의 리플럭스로 작용하는 단계;
[13]
상기 제2 C2 스트림을 제1 아세틸렌 컨버터로 공급하여 제2 C2 스트림에 포함된 아세틸렌을 에틸렌으로 변환시켜 제1 에틸렌 스트림을 배출하는 단계;
[14]
상기 탈에탄 칼럼의 상부로 배출된 제1 C2 스트림 중 나머지 스트림을 제2 아세틸렌 컨버터로 공급하여 제1 C2 스트림에 포함된 아세틸렌을 에틸렌으로 변환시켜 제2 에틸렌 스트림을 배출하는 단계;
[15]
상기 제1 에틸렌 스트림과 제2 에틸렌 스트림을 에틸렌 분리칼럼에 투입하여 에틸렌을 얻는 단계를 포함하는 에틸렌 분리공정을 제공한다.
[16]
일 실시예에 따르면, 제1 에틸렌 스트림은 에틸렌 분리칼럼의 중간에 투입하고, 제2 에틸렌 스트림은 에틸렌 분리칼럼의 하단에 투입할 수 있다.
[17]
일 실시예에 따르면, 제1 탈에탄 칼럼 상단의 리플럭스율은 제2 탈에탄 칼럼이 존재하지 않는 경우의 리플럭스율과 동일할 수 있다.
[18]
일 실시예에 따르면, 제1 탈에탄 칼럼의 상부로 배출되는 제1 C2 스트림은 65 내지 85%의 에틸렌 순도를 갖는 것일 수 있다.
[19]
일 실시예에 따르면, 상기 제2 탈에탄 칼럼으로부터 배출된 제2 C2 스트림의 에틸렌 순도는 96~99%이며, 제1 아세틸렌 컨버터를 거친 이후 제1 에틸렌 스트림은 97% 이상의 에틸렌 순도를 갖는 것일 수 있다.
[20]
일 실시예에 따르면, 제2 아세틸렌 컨버터를 거친 이후 제2 에틸렌 스트림은 65 내지 85% 의 에틸렌 순도를 갖는 것일 수 있다.
[21]
일 실시예에 따르면, 상기 제2 탈에탄 칼럼은 30 내지 100 단의 단수를 구비하는 것일 수 있다.
[22]
일 실시예에 따르면, 상기 에틸렌 분리칼럼은 150 내지 200단의 단수를 구비하며, 상기 제1 에틸렌 스트림은 에틸렌 분리칼럼의 50 내지 110단으로 투입되고, 제2 에틸렌 스트림은 제1 에틸렌 스트림보다 30 내지 100단 낮은 단으로 투입되는 것일 수 있다.
[23]
일 실시예에 따르면, 에틸렌 분리칼럼 상담의 리플럭스율은 제2 탈에탄 칼럼이 존재하지 않는 경우에 비해 감소할 수 있다.

발명의 효과

[24]
본 발명은 기존의 탈에탄 칼럼의 상단에 제2 탈에탄 칼럼 및 아세틸렌 변환기를 추가함으로써 에틸렌 예비분리공정을 거친 효과를 얻으며, 이로부터 얻은 99% 이상의 고순도를 갖는 제1 에틸렌 스트림을 에틸렌 분리칼럼의 중간부로 투입함으로써 단위부피당 에틸렌 생산량을 증대시킬 수 있다. 본 발명은 탈에탄 칼럼 후단에 아세틸렌 컨버터가 위치하는 모든 설비에 적용이 가능하므로 경제적인 방법으로 에틸렌 생산량을 증대시킬 수 있다.

도면의 간단한 설명

[25]
도 1은 아세틸렌 컨버터가 탈에탄 칼럼 후단에 위치하는 종래의 탈에탄 및 에틸렌 분리공정의 개략적인 공정 흐름도이다.
[26]
도 2는 본 발명에 따른 에틸렌 분리공정의 개략적인 공정 흐름도이다.
[27]
도 3은 종래 공정(Base)에 따른 DeC2 공정의 흐름도이다.
[28]
도 4는 본 발명의 실시예(Prefraction)에 따라 에틸렌 분리칼럼 전단에 Advanced DeC2 공정을 추가한 공정의 흐름도이다.
[29]
도 5는 비교예(Base) 및 실시예(Prefraction)에 따른 공정의 Liquid Load를 비교한 것이다.
[30]
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 탈에탄 칼럼 상단에 제2 탈에탄 칼럼(Advanced DeC2)을 구비한 공정의 공정 흐름도 이다.
[31]
도 7은 도 6에 따른 공정에서 Advanced DeC2 스트림의 유량에 따른 에틸렌 순도를 나타낸 것이다.
[32]
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 99% 에틸렌을 에틸렌 분리칼럼에 투입하는 공정의 흐름도 이다.
[33]
도 9는 도 8에 따른 공정에서 99% 에틸렌의 투입량에 따른 에틸렌 분리칼럼의 리플럭스와 리플럭스율을 나타낸다.
[34]
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 공정에서 투입단수별 리플럭스율와 아세틸렌 컨버터 통과후 예상 에틸렌 조성을 나타내는 그래프이다.

발명의 실시를 위한 최선의 형태

[35]
본 명세서에서 사용된 "C# 탄화수소" 또는 "C#"(여기서 #은 양의 정수이다)은 #개의 탄소 원자를 가지는 모든 탄화수소를 설명하는 것을 의미한다. 또한, 용어 "C#+ 탄화수소" 또는 "C#+"은 # 이상의 탄소원자를 갖는 모든 탄화수소 분자들을 설명하는 것을 의미한다. 예를 들면, 용어 "C3+ 탄화수소" 또는 "C3+"는 3 이상의 탄소 원자를 갖는 탄화수소의 혼합물을 설명하는 것을 의미한다. 따라서, 용어 "C3+ 알칸"은 3 이상의 탄소 원자를 갖는 알칸에 관한 것이다. 따라서, 용어 "C# 마이너스 탄화수소" 또는 "C# 마이너스"는 # 이하의 탄소 원자를 갖고 수소를 포함하는 탄화수소의 혼합물을 설명하는 것을 의미한다. 예를 들면, 용어 "C2-" 또는 "C2 마이너스"는 에탄, 에틸렌, 아세틸렌, 메탄 및 수소의 혼합물에 관한 것이다.
[36]
본 발명은 아세틸렌 컨버터를 탈에탄 칼럼(DeC2) 후단에 구비하고, 탈에탄 칼럼의 상단에 제2 탈에탄 칼럼(Advanced DeC2) 및 아세틸렌 컨버터를 추가로 배치함으로써, Prefractionator 효과를 통해 에틸렌 생산량을 증대시킬 수 있는 에틸렌 분리공정을 제공한다.
[37]
[38]
본 발명에 따른 에틸렌 분리공정은
[39]
아세틸렌, 에탄과 에틸렌을 포함하는 C2스트림 및 프로필렌을 포함하는 C3스트림을 포함하는 공급 스트림으로부터 에틸렌을 분리시키는 공정에 있어서,
[40]
C2 스트림 및 C3 스트림을 포함하는 공급 스트림이 제1 탈에탄(DeC2) 칼럼에 투입되어 제1 탈에탄 칼럼의 상부로 제1 C2 스트림을, 하부로 C3 스트림을 배출하는 단계;
[41]
상기 탈에탄 칼럼의 상부로 배출된 제1 C2 스트림 중 일부를 제2 탈에탄 칼럼으로 투입되어 제2 C2 스트림을 배출하는 단계;
[42]
상기 제2 C2 스트림을 제1 아세틸렌 컨버터로 공급하여 제2 C2 스트림에 포함된 아세틸렌을 에틸렌으로 변환시켜 제1 에틸렌 스트림을 배출하는 단계;
[43]
상기 탈에탄 칼럼의 상부로 배출된 제1 C2 스트림 중 나머지 스트림을 제2 아세틸렌 컨버터로 공급하여 제1 C2 스트림에 포함된 아세틸렌을 에틸렌으로 변환시켜 제2 에틸렌 스트림을 배출하는 단계;
[44]
상기 제1 에틸렌 스트림과 제2 에틸렌 스트림을 에틸렌 분리칼럼에 투입하여 에틸렌을 얻는 단계를 포함한다.
[45]
본 발명은 제1 탈에탄 칼럼 후단에 추가로 제2 탈에탄 칼럼을 구비함으로써, 고순도의 에틸렌 스트림을 형성할 수 있으며, 고순도의 에틸렌 스트림이 에틸렌 분리칼럼의 중간부로 투입됨으로써 에틸렌의 생산량이 보다 향상될 수 있다. 이는 추가로 구비된 제2 탈에탄 칼럼에 의한 탈에탄 공정이 에틸렌 스트림의 예비분리(Prefraction) 단계로 작용함으로써, 기존의 에틸렌 분리공정에 비해 단위부피당 생산량이 증대될 수 있다.
[46]
일 실시예에 따르면, 제1 에틸렌 스트림은 에틸렌 분리칼럼의 중간에 투입하고, 제2 에틸렌 스트림은 에틸렌 분리칼럼의 하단에 투입할 수 있다.
[47]
일 실시예에 따르면, 제1 탈에탄 칼럼 상단의 리플럭스율은 제2 탈에탄 칼럼이 존재하지 않는 경우의 리플럭스율과 동일할 수 있다.
[48]
일 실시예에 따르면, 제1 탈에탄 칼럼의 상부로 배출되는 제1 C2 스트림은 65 내지 85%, 바람직하게는 80 내지 85%의 에틸렌 순도를 갖는 것일 수 있다.
[49]
일 실시예에 따르면, 상기 제2 탈에탄 칼럼으로부터 배출된 제2 C2 스트림의 에틸렌 순도는 96~99%이며, 제1 아세틸렌 컨버터를 거친 이후 제1 에틸렌 스트림은 97% 이상의 에틸렌 순도를 갖는 것일 수 있다. 즉 제1 C2 스트림보다 제2 C2 스트림의 에틸렌 순도가 훨씬 높다.
[50]
일 실시예에 따르면, 제2 아세틸렌 컨버터를 거친 이후 제2 에틸렌 스트림은 65 내지 85% 의 에틸렌 순도를 갖는 것일 수 있다.
[51]
일 실시예에 따르면, 상기 제2 탈에탄 칼럼은 30 내지 100 단, 바람직하게는 30 내지 80단, 보다 바람직하게는 30 내지 60단의 단수를 구비하는 것일 수 있다. 상기 단수로 공급되었을 때, 고순도의 제1 에틸렌 스트림에 의한 효율이 가장 극대화될 수 있다.
[52]
일 실시예에 따르면, 상기 에틸렌 분리칼럼은 150 내지 200단의 단수를 구비하며, 상기 제1 에틸렌 스트림은 에틸렌 분리칼럼의 50 내지 110단, 바람직하게는 80 내지 110단, 보다 바람직하게는 90 내지 105단으로 투입되는 것일 수 있으며, 제2 에틸렌 스트림은 제1 에틸렌 스트림보다 30 내지 100단 낮은 단으로 투입되는 것일 수 있다. 상기 단수로 공급되었을 때, 고순도의 제1 에틸렌 스트림에 의한 효율이 가장 극대화될 수 있다.
[53]
일 실시예에 따르면, 에틸렌 분리칼럼 상담의 리플럭스율은 제2 탈에탄 칼럼이 존재하지 않는 경우에 비해 감소할 수 있으며, 이로써 단위부피당 에틸렌 생산율이 향상될 수 있다.
[54]
아세틸렌 컨버터는 C2 스트림에 포함된 아세틸렌을 수소와 접촉시켜 아세틸렌을 에틸렌으로 전환하여 에틸렌 스트림이 아세틸렌 희박 스트림 또는 본질적으로 아세틸렌이 없는 스트림을 형성한다.
[55]
일 실시예에 따르면, 상기 공급 스트림은 탈프로판 칼럼, 탈메탄 칼럼, 탈부탄 칼럼, 탈메탄 칼럼 스트립퍼에서 얻어진 생성물의 스트림, 분해로 유출물, 촉매 반응기 유출물 또는 이들의 조합물일 수 있다.
[56]
상기 제1 탈에탄 칼럼, 제2 탈에탄 칼럼 및 에틸렌 분리칼럼에는 응축기가 구비될 수 있으며, 상기 응축기는 분리된 에틸렌 스트림을 응축하여 모을 수 있다.
[57]
본 명세서에 사용된 에틸렌 분리칼럼은 "정류기"를 포함하며, 이는 복수개의 트레이를 포함하는 분별 증류 영역을 의미하는 것으로서, 이 영역은 공급 스트림으로부터의 증기가 에탄에 있는 비교적 희박한 액체와 접촉하여, 상부의 에틸렌 스트림은 에탄이 희박하게 되고, 공급 트레이로부터 모인 액체로부터 에틸렌의 리보일링 또는 스트리핑을 제공하지 않는다. 상기 에틸렌 분리칼럼의 하부는 비교적 에틸렌의 순도가 낮은 제2 에틸렌 스트림이 공급됨으로써, 필요하다면 열교환기에서 가열되거나 냉각되어 공급될 수 있다.
[58]
또한, 본 발명은, 아세틸렌, 에탄과 에틸렌을 포함하는 C2스트림 및 프로필렌을 포함하는 C3 스트림을 포함하는 공급 스트림으로부터 에틸렌을 분리시키는 에틸렌 분리 시스템을 제공한다.
[59]
본 발명에 따른 에틸렌 분리 시스템은
[60]
C2 스트림 및 C3 스트림을 포함하는 공급 스트림이 투입되어 상부로 C2 스트림, 하부로 C3스트림을 배출하는 제1 탈에탄(DeC2) 칼럼;
[61]
상기 제1 탈에탄 칼럼의 상부에 구비되며, 제1 탈에탄 칼럼에서 배출된 제1 C2 스트림의 일부로부터 에탄을 추가로 제거하는 제2 탈에탄 칼럼(Advanced DeC2);
[62]
상기 제2 탈에탄 칼럼에서 배출된 제2 C2 스트림에 포함된 아세틸렌을 에틸렌으로 변환시켜 아세틸렌을 제거하는 제1 아세틸렌 컨버터;
[63]
상기 제2 탈에탄 칼럼으로 투입되는 제1 C2 스트림 이외의 나머지 제1 C2 스트림에 포함된 아세틸렌을 에틸렌으로 변환시켜 아세틸렌을 제거하는 제2 아세틸렌 컨버터; 및
[64]
상기 제1 에틸렌 스트림 및 제2 에틸렌 스트림이 투입되어 에틸렌을 분리하는 에틸렌 분리 칼럼을 구비한다.
[65]
일 실시예에 따르면, 상기 제1 아세틸렌 컨버터로부터 배출된 고순도의 제1 에틸렌 스트림은 상기 에틸렌 분리칼럼의 중간부로 투입될 수 있다.
[66]
일 실시예에 따르면, 상기 제2 아세틸렌 컨버터로부터 배출된 저순도의 제2 에틸렌 스트림은 상기 에틸렌 분리칼럼의 하단부로 투입될 수 있다. 제2 에틸렌 스트림은 제1 에틸렌 스트림보다 30 내지 100단 낮은 단으로 투입되는 것일 수 있다. 상기 단수로 공급되었을 때, 고순도의 제1 에틸렌 스트림에 의한 효율이 가장 극대화될 수 있다.

발명의 실시를 위한 형태

[67]
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상위한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
[68]
이하에서 약칭 및 기호가 의미하는 바는 다음과 같다.
[69]
DA401: 제1 탈에탄 칼럼
[70]
DA412/1412: 에틸렌 분리 칼럼
[71]
DA403: 탈메탄 칼럼
[72]
[73]
<비교예 1 및 실시예 1>
[74]
도 3 및 도 4는 각각 종래의 DeC2 공정(비교예)과 본 발명에 따른 Advanced DeC2 공정(실시예)을 나타낸다. 각 도면의 스트림에 표시된 4개의 숫자는 위에서 아래로, 온도(℃), 압력(kg/cm 2G), 유량(kg/hr), 기체분율을 나타내며, 공정 운전 조건은 다음과 같다.
[75]
공급물(Feed)의 성상: 100% 기체
[76]
제1 탈에탄 칼럼의 단수: 81단
[77]
제2 탈에탄 칼럼의 단수: 50단 (실시예만)
[78]
에틸렌 분리칼럼의 단수: 215단(DA1412 100단/DA412 115단)
[79]
제1 에틸렌 스트림 순도 및 공급 단수: 99%, 100단 (실시예만)
[80]
제2 에틸렌 스트림 순도 및 공급 단수:
[81]
- 비교예 82%, 151단
[82]
- 실시예 80%, 151단
[83]
[84]
비교예 및 실시예에 따른 공정의 생산량, 리플럭스, 응축기 및 리보일러 부하, 에틸렌 분리칼럼 의 Liquid Load를 비교하였다.
[85]
[표1]
구분 비교예(Base) 실시예(PreFrac)
총공급량 59.1 ton/hr 17.3+41.8=59.1 ton/hr
생산량 48.4 ton/hr 50.7 ton/hr
리플럭스 174.3 ton/hr 157.7ton/hr
응축기 부하 15.048 Gcal/hr 13.508 Gcal/hr
DA412 liquid load 133.5 ton/hr 108.3 ton/hr

[86]
[87]
상기 표 1 에서 나타낸 바와 같이 제2 탈에탄 칼럼에 의한 예비 분리공정을 포함하는 경우 Liquid Load의 감소효과가 가장 눈에 띄게 나타났으며, 이는 도 5에서 보다 자세하게 나타내고 있다. 본 발명에 따른 공정은 10단 이하부터 100단까지 구간의 Liquid Load가 21.5ton/hr 감소하였고, 101단 이하에서의 Liquid Load 또한 25.2ton/hr 감소하여 에틸렌 6ton/hr를 추가 생산할 수 있게 되었다.
[88]
또한, 본 발명에 따른 공정은 리플럭스율(RR)이 3.597에서 3.114 로 감소하였으며, Reflux rate 총 18.4ton/hr 감소, Condenser duty 총 1.9 Gcal/hr 감소, Reboiler duty 총 2.02 Gcal/hr 감소하여 제2 탈에탄 칼럼에 의한 예비 분리공정을 포함함으로써, 분리공정에 필요한 에너지가 감소되었음을 확인하였다.
[89]
[90]
<실시예 2 : 공급 유량에 따른 에틸렌 순도 >
[91]
도 6에 도시된 운전조건으로 제2 탈에탄 칼럼을 운전하였을 때, 제2 탈에탄 칼럼의 유량에 따른 에틸렌의 순도를 도 7에 나타내었다.
[92]
본 공정은 아세틸렌 컨버터를 통과하기 전 에틸렌 순도이므로 스트림에 아세틸렌이 존재하고 있다. 이로 인해 에틸렌의 순도가 98.9% 수준의 한계를 나타내며, 17ton/h가량 에틸렌을 뽑을 때까지 조성의 변화가 나타나지 않음을 알 수 있다.
[93]
[94]
<실시예 3: 고순도 에틸렌 스트림 투입량에 따른 리플럭스 및 리플럭스율 >
[95]
본 발명에 따라 제2 탈에탄 칼럼에 의한 예비 분리공정(Prefractionation)을 거치는 경우 약 99%의 에틸렌 스트림을 얻을 수 있음을 앞서 확인하였다. 이에, 99% 에틸렌 스트림의 투입량에 따른 에틸렘 분리칼럼의 리플럭스 및 리플러스율 변화를 측정하였다.
[96]
도 8에 도시된 바와 같이, DA402(에틸렌 분리 칼럼)의 40단에 99%의 에틸렌 스트림을 직접 공급하였으며, 에틸렌 스트림의 투입량을 변화시키면서 Reflux 및 RR(Reflux ratio)의 변화를 측정하였다. 그 결과는 도 9 및 표 2와 같다.
[97]
[98]
[표2]
[99]
[100]
상기 결과에 따르면, 고순도 에틸렌 스트림의 투입량이 증가함에 따라 Reflux는 증가하고 RR은 감소하는 것으로 나타났다. 이는 리플럭스는 투입량에 비례하여 증가하고, RR은 L/D로서 리플럭스/생성물의 양으로 나타낼 수 있는데, 리플럭스 증가에 따라 생성물의 양도 증가하며, 리플럭스의 증가폭에 비해 생성물의 양의 증가폭이 더 높게 나타나기 때문에 RR은 에틸렌의 투입량이 증가함에 따라 감소하는 양상을 나타내었다.
[101]
[102]
<실시예 4: 에틸렌 분리칼럼 투입 단수에 따른 효과>
[103]
제1 아세틸렌 컨버터를 통과한 후의 제1 에틸렌 스트림을 에틸렌 분리칼럼에 투입하는 단계에서 투입단수에 따른 효과를 확인하였다. 도 10에는 투입단수에 따른 리플럭스와 리플럭스율을 나타내었다.
[104]
아세틸렌 컨버터를 통과하기 전 에틸렌 스트림의 조성은 98.9%이고, 아세틸렌 컨버터를 통과한 제1 에틸렌 투입흐름의 예상 조성은 99.4%이며, 아세틸렌 컨버터의 반응에 따라 99.0~99.7% 사이에서 결정될 수 있다.
[105]
도 10의 그래프를 참고하면, 에틸렌 스트림의 조성이 99.4%보다 높아질 수 있는 가능성과 리플럭스 변화 양상을 고려할 때 투입단수가 80 내지 100단 사이에서 가장 높은 예비 분리 효과를 나타낼 수 있다. 80단 보다 높은 단수에 투입하는 경우 상단에서 99.96%로 생산하여야 하는 에틸렌 제품의 순도에 악영향을 미칠 수 있고, 100단 보다 낮은 단수에 투입하는 경우 탑저에서 에틸렌이 누출될 가능성이 커지므로, 양쪽의 경우 모두 결과적으로 리플럭스 증가 및 생산량 감소, 에너지 효율 저하로 이어질 수 있다.
[106]
[107]
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

청구범위

[청구항 1]
아세틸렌, 에탄과 에틸렌을 포함하는 C2스트림 및 프로필렌을 포함하는 C3스트림을 포함하는 공급 스트림으로부터 에틸렌을 분리시키는 공정에 있어서, C2 스트림 및 C3 스트림을 포함하는 공급 스트림이 제1 탈에탄(DeC2) 칼럼에 투입되어 제1 탈에탄 칼럼의 상부로 제1 C2 스트림을, 하부로 C3 스트림을 배출하는 단계; 상기 탈에탄 칼럼의 상부로 배출된 제1 C2 스트림 중 일부를 제2 탈에탄 칼럼으로 투입되어 상부로 제2 C2 스트림을 배출하는 단계; 상기 제2 탈에탄칼럼의 하부 스트림은 다시 제1 탈에탄 칼럼으로 유입되어 제1 탈에탄 칼럼의 리플럭스로 작용하는 단계; 상기 제2 C2 스트림을 제1 아세틸렌 컨버터로 공급하여 제2 C2 스트림에 포함된 아세틸렌을 에틸렌으로 변환시켜 제1 에틸렌 스트림을 배출하는 단계; 상기 탈에탄 칼럼의 상부로 배출된 제1 C2 스트림 중 나머지 스트림을 제2 아세틸렌 컨버터로 공급하여 제1 C2 스트림에 포함된 아세틸렌을 에틸렌으로 변환시켜 제2 에틸렌 스트림을 배출하는 단계; 상기 제1 에틸렌 스트림과 제2 에틸렌 스트림을 에틸렌 분리칼럼에 투입하여 에틸렌을 얻는 단계를 포함하는 에틸렌 분리공정.
[청구항 2]
제1항에 있어서, 제1 에틸렌 스트림은 에틸렌 분리칼럼의 중간에 투입하고, 제2 에틸렌 스트림은 에틸렌 분리칼럼의 하단에 투입하는 것인 에틸렌 분리공정.
[청구항 3]
제1항에 있어서, 제1 탈에탄 칼럼 상단의 리플럭스율은 제2 탈에탄 칼럼이 존재하지 않는 경우의 리플럭스율과 동일한 것인 에틸렌 분리공정.
[청구항 4]
제1항에 있어서, 제1 탈에탄 칼럼의 상부로 배출되는 제1 C2 스트림은 65 내지 85%의 에틸렌 순도를 갖는 것인 에틸렌 분리공정.
[청구항 5]
제1항에 있어서, 상기 제2 탈에탄 칼럼으로부터 배출된 제2 C2 스트림의 에틸렌 순도는 96~99%이며, 제1 아세틸렌 컨버터를 거친 이후 제1 에틸렌 스트림은 97% 이상의 에틸렌 순도를 갖는 것인 에틸렌 분리공정.
[청구항 6]
제1항에 있어서, 제2 아세틸렌 컨버터를 거친 이후 제2 에틸렌 스트림은 65 내지 85% 의 에틸렌 순도를 갖는 것인 에틸렌 분리공정.
[청구항 7]
제1항에 있어서, 상기 제2 탈에탄 칼럼은 30 내지 100 단의 단수를 구비하는 것인 에틸렌 분리공정.
[청구항 8]
제1항에 있어서, 상기 에틸렌 분리칼럼은 150 내지 200단의 단수를 구비하며, 상기 제1 에틸렌 스트림은 에틸렌 분리칼럼의 50 내지 110단으로 투입되고, 제2 에틸렌 스트림은 제1 에틸렌 스트림보다 30 내지 100단 낮은 단으로 투입되는 것인 에틸렌 분리공정.
[청구항 9]
제1항에 있어서, 에틸렌 분리칼럼 상담의 리플럭스율은 제2 탈에탄 칼럼이 존재하지 않는 경우에 비해 감소하는 것인 에틸렌 분리공정.

도면

[도1]

[도2]

[도3]

[도4]

[도5]

[도6]

[도7]

[도8]

[도9]

[도10]