KR101795003B1

KR101795003B1 - Meg 회수 장치 및 meg 회수 방법

Info

Publication number: KR101795003B1
Application number: KR1020160149810A
Authority: KR
Inventors: 서유택; 김현호
Original assignee: 서울대학교 산학협력단
Priority date: 2016-11-10
Filing date: 2016-11-10
Publication date: 2017-11-08
Anticipated expiration: 2036-11-10
Also published as: WO2018088650A1; US20200078702A1; US11052325B2

Abstract

본 발명은 MEG 회수 장치 및 MEG 회수 방법으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 MEG 회수 장치는, 물, MEG(mono-ethylene glycol), 고용해도 염, 저용해도 염을 포함하는 원료(1)에서 MEG를 회수하는 장치(100)로서, 원료 공급부로부터 원료(1)를 공급받아 저용해도 염을 제거하는 전처리부(110), 전처리부(110)에 연결되고, 저용해도 염이 제거된 원료(S)를 공급받아 소정 양의 상기 물을 기화시켜 제1 처리 용액(S1)을 생성하는 제1 증류부(120), 제1 증류부(120)에 연결되고, 제1 처리 용액(S1) 내의 고용해도 염을 제거하는 고용해도 염 제거부(130), 고용해도 염 제거부(130)에 연결되고, 고용해도 염이 제거된 제1 처리 용액(S1)에서 물을 기화시켜 제2 처리 용액(S2)을 생성하는 제2 증류부(140), 및 제2 증류부(140)에 연결되고, 제2 처리 용액(S2)을 회수하는 회수부(150)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

MEG 회수 장치 및 MEG 회수 방법 {DEVICE FOR REGENERATING MONO-ETHYLENE GLYCOL AND METHOD FOR REGENERATING MONO-ETHYLENE GLYCOL}

본 발명은 MEG 회수 장치 및 MEG 회수 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, MEG 회수 과정에서 증류부 내에 고용해도 염이 침적되는 것을 방지하고 고농도의 MEG를 회수할 수 있는 MEG 회수 장치 및 MEG 회수 방법에 관한 것이다.

가스 하이드레이트(gas hydrate)란 저온, 고압의 조건에서 물분자로 이루어진 공동 내로 메탄, 에탄, 프로판 등과 같은 가스가 갇히며 물리적인 결합에 의해 형성되는 화합물이다. 심해저 가스전 개발은 저온, 고압의 조건으로 탄화수소가 육지로 운송되는데 가스 하이드레이트가 생성될 위험이 크다. 일반적으로 열역학적 하이드레이트 저해제를 주입하여 하이드레이트 생성 조건을 저온 고압 조건으로 이동시킨다.

대표적인 하이드레이트 열역학적 저해제는 메탄올과 모노에틸렌글리콜(mono-etylene glycol; MEG)이 있다. 메탄올의 경우, 물보다 휘발성이 높아 가스전에 적합하지 않아, 일반적으로 가스전에서는 열역학적 저해제로 MEG를 주입한다. MEG의 경우, 물보다 휘발성이 적어 가스전에 적합하지만, 하이드레이트 생성방지를 위해 필요한 주입양이 많고 가격이 비싸 회수 공정을 통한 재회수가 필수적이다.

MEG는 가장 간단한 2가 알코올로써, 에틸렌 옥시드의 수화 반응으로 제조되며, 냄새와 색이 없으며, 끈적끈적하고 단맛이 나는 특징을 가진다. MEG는 해상 및 가스 산업에서 하이드레이트의 형성을 제어하는 것 외에, 자동자 엔진 냉각수의 동결방지용 부동액, 유압브레이크의 작동액, 폴리에스테르 섬유의 원료 및 플라스틱의 원료로 사용되는 등 산업전반에 널리 사용될 수 있다.

해저에서 탄화수소가 생성될 때, 다량의 염분을 포함한 생산수가 유입될 수 있다. MEG 회수 공정은 가스, 응축, 물 혼합용액을 분리하는 공정 이후에 오는 공정으로서, MEG, 물, 염의 혼합용액으로부터 저해제로 재사용 가능한 MEG를 분리하는 것을 목표로 한다.

MEG 회수 공정 중에 염의 스케일(scale) 침적이 발생될 수 있으며, 증류기의 리보일러(reboiler) 부분에 침적이 심해지는 경우 운전을 중지시키는 심각한 문제를 일으킬 수 있다. 따라서, MEG 회수 공정에서 염을 효율적으로 제거하여 침적을 방지하는 것이 핵심 요소이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 증류부 내에 고용해도 염이 침적되는 것을 방지할 수 있는 MEG 회수 장치 및 MEG 회수 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

그리고, 본 발명은 공정 비용을 절감하고, 고농도의 MEG를 회수할 수 있는 MEG 회수 장치 및 MEG 회수 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 물, MEG(mono-ethylene glycol), 고용해도 염, 저용해도 염을 포함하는 원료에서 MEG를 회수하는 장치로서, 원료 공급부로부터 상기 원료를 공급받아 상기 저용해도 염을 제거하는 전처리부; 상기 전처리부에 연결되고, 상기 저용해도 염이 제거된 상기 원료를 공급받아 소정 양의 상기 물을 기화시켜 제1 처리 용액을 생성하는 제1 증류부; 상기 제1 증류부에 연결되고, 상기 제1 처리 용액 내의 상기 고용해도 염을 제거하는 고용해도 염 제거부; 상기 고용해도 염 제거부에 연결되고, 상기 고용해도 염이 제거된 상기 제1 처리 용액에서 상기 물을 기화시켜 제2 처리 용액을 생성하는 제2 증류부; 및 상기 제2 증류부에 연결되고, 상기 제2 처리 용액을 회수하는 회수부를 포함하는, MEG 회수 장치가 제공된다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 증류부에서 상기 물을 기화시켜, 상기 제1 처리 용액이 60wt% 내지 75wt%의 MEG 값을 가지도록 할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 처리 용액이 60wt% 내지 75wt%의 MEG 값을 가지도록 하여 상기 제1 증류부 내에 상기 고용해도 염의 침적을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 증류부의 가열 온도는 상기 물의 끓는점보다 높고, 상기 MEG의 끓는점보다 낮을 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 증류부의 가열 온도는 100℃ 내지 135℃일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2 처리 용액은 80wt% 내지 90wt%의 MEG 값을 가질 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2 증류부는 상기 제1 증류부 및 상기 고용해도 염 제거부에 연결되고, 상기 제1 증류부로부터 전달받은 상기 제1 처리 용액 및 상기 제2 처리 용액을 혼합하여 상기 회수부로 전달할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 고용해도 염은 1가염, 상기 저용해도 염은 2가염 일 수 있다.

그리고, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 물, MEG(mono-ethylene glycol), 고용해도 염, 저용해도 염을 포함하는 원료에서 MEG를 회수하는 방법으로서, (a) 상기 원료에서 상기 저용해도 염을 제거하는 단계; (b) 상기 저용해도 염이 제거된 상기 원료에서 소정 양의 상기 물을 기화시켜 제1 처리 용액을 생성하는 단계; (c) 상기 제1 처리 용액 내의 상기 고용해도 염을 제거하는 단계; (d) 상기 고용해도 염이 제거된 상기 제1 처리 용액에서 상기 물을 기화시켜 제2 처리 용액을 생성하는 단계; 및 (e) 상기 제2 처리 용액을 회수하는 단계를 포함하는, MEG 회수 방법이 제공된다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (b) 단계에서, 상기 제1 처리 용액이 60wt% 내지 75wt%의 MEG 값을 가지도록 할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 처리 용액이 60wt% 내지 75wt%의 MEG 값을 가지도록 하여 상기 고용해도 염이 침적되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (b) 단계에서, 상기 물의 기화를 위한 가열 온도는 상기 물의 끓는점보다 높고, 상기 MEG의 끓는점보다 낮을 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 가열 온도는 100℃ 내지 135℃일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (e) 단계에서, 상기 제1 처리 용액 및 상기 제2 처리 용액을 혼합하여 회수할 수 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 증류부 내에 고용해도 염이 침적되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

그리고, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 공정 비용을 절감하고, 고농도의 MEG를 회수할 수 있는 효과가 있다.

물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 종래의 전체 처리 방식 MEG 회수 장치를 나타내는 개략도이다.
도 2는 종래의 부분 처리 방식 MEG 회수 장치를 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 MEG 회수 장치를 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 MEG 회수 장치를 나타내는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 공정모사 프로그램을 이용한 모사예에 따른 증류부에서의 고용해도 염 침적 결과를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 공정모사 프로그램을 이용한 모사예 및 비교예에 따른 증류부에서의 고용해도 염 침적 결과를 나타내는 표이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 MEG 회수 장치의 경제성 평과 결과를 나타낸다.
도 8은 고용해도 염과 저용해도 염을 구분한 표이다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 하여 과장되어 표현될 수도 있다.

이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 종래의 전체 처리 방식(full stream) MEG 회수 장치(10)를 나타내는 개략도이고, 도 2는 종래의 부분 처리 방식(slip stream) MEG 회수 장치(50)를 나타내는 개략도이다.

도 1을 참조하면, 전체 처리 방식 MEG 회수 장치(10)는 전처리부(11) 플래쉬 드럼(flash drum; 12), 증류부(13) 및 회수부(14)를 포함한다. 전체 처리 방식으로 MEG를 회수하는 공정은 아래와 같다.

먼저, 원료(1)가 공급되면, 전처리부(11)에서 일부 저용해도 염을 제거한다. 제거된 저용해도 염은 저용해도 염 제거부(11a)를 통해 외부로 배출될 수 있다. 이어서, 플래쉬 드럼(12)에서 모든 물과 MEG를 기화시키고, 고용해도 염 및 잔존한 저용해도 염을 제거한다. 제거된 염들은 염 제거부(12a)를 통해 외부로 배출될 수 있다. 이어서, 증류부(13)를 통해 물과 MEG을 분리한다. 물은 물 배출부(13a)를 통해 외부로 배출될 수 있고, MEG는 MEG 추출부(13b)를 지나, 회수부(14)에서 고농도의 MEG로 회수될 수 있다.

위 방법은 플래쉬 드럼(12)에서 많은 에너지가 소모되는 단점이 있으며, 전처리부(11)의 가열기에 저용해도 염의 스케일이 형성될 수 있다. 저용해도 염의 스케일 때문에 가열기의 운전이 중지될 수 있고, 이를 유지 보수하는데 많은 시간과 비용이 소모되는 문제점이 있다.

도 2를 참조하면, 부분 처리 방식 MEG 회수 장치(50)는 상기 전체 처리 방식 MEG 회수 장치(10)의 문제점을 보완하기 위하여 안출된 것으로서, 전처리부(51), 증류부(52), 플래쉬 드럼(53) 및 회수부(54)를 포함한다. 부분 처리 방식으로 MEG를 회수하는 공정은 아래와 같다.

먼저, 원료(1)가 공급되면, 전처리부(51)에서 저용해도 염을 제거한다. 제거된 저용해도 염은 저용해도 염 제거부(51a)를 통해 외부로 배출될 수 있다. 이어서, 증류부(52)에서 물과 MEG를 분리한다. 물은 물 배출부(52a)를 통해 외부로 배출될 수 있다. 이어서 분리된 MEG에서 일정량을 바이패스(bypass)시켜 플래쉬 드럼(53)을 통해 기화시키고, 고용해도 염을 제거한다. 고용해도 염은 고용해도 염 제거부(53a)를 통해 외부로 배출될 수 있다. 플래쉬 드럼(53)에서 기화된 MEG는 MEG 추출부(53b)를 지나, 증류부(52)에서 분리된 MEG의 메인 흐름과 합쳐져, 회수부(54)에서 고농도의 MEG로 회수될 수 있다.

위 방법은 전체 처리 방식 MEG 회수 장치(10)보다 에너지 효율은 높지만, 증류부(52)에서만 많은 물을 기화시키기 위해 리보일러(re-boiler)의 온도가 높게 유지되며, 분리된 MEG 용액 속에서 고용해도 염의 농도가 높아지고, 증류기의 하단 및 후단 배관에 염이 침적되어 스케일이 형성되는 문제가 발생할 수 있다. 스케일이 쌓이는 경우, 장치 효율이 감소할 뿐만 아니라, 운전이 정지되는 경우가 잦아지고, 그에 따른 유지 보수비용이 증가한다. 또한, 고용해도 염의 스케일이 형성되지 않도록 조심스럽게 운전해야 하므로 인적, 물적 자원의 효율이 저해되는 문제점이 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 MEG 회수 장치를 나타내는 개략도이다.

본 발명의 MEG 회수 장치(100)는 심해저 가스전 개발 장치에 적용되어 하이드레이트 생성을 저해하는데 사용하는 MEG를 회수하는 장치로서, 증류기 내의 고용해도 염의 침적을 방지하여 효율적으로 고농도의 MEG를 회수하는 것을 특징으로 한다.

이를 위한, 본 발명의 일 실시예에 따른 MEG 회수 장치(100)는 물, MEG(mono-ethylene glycol), 고용해도 염, 저용해도 염을 포함하는 원료(1)에서 MEG를 회수하는 장치(100)로서, 원료 공급부로부터 원료(1)를 공급받아 저용해도 염을 제거하는 전처리부(110), 전처리부(110)에 연결되고, 저용해도 염이 제거된 원료(S)를 공급받아 소정 양의 물을 기화시켜 제1 처리 용액(S1)을 생성하는 제1 증류부(120), 제1 증류부(120)에 연결되고, 제1 처리 용액(S1) 내의 고용해도 염을 제거하는 고용해도 염 제거부(130), 고용해도 염 제거부(130)에 연결되고, 고용해도 염이 제거된 제1 처리 용액(S1')에서 물을 기화시켜 제2 처리 용액(S2)을 생성하는 제2 증류부(140), 및 제2 증류부(140)에 연결되고, 제2 처리 용액(S2)을 회수하는 회수부(154)를 포함한다.

그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 MEG 회수 방법은 물, MEG(mono-ethylene glycol), 고용해도 염, 저용해도 염을 포함하는 원료(1)에서 MEG를 회수하는 방법으로서, (a) 원료(1)에서 저용해도 염을 제거하는 단계, (b) 저용해도 염이 제거된 원료(S)에서 소정 양의 물을 기화시켜 제1 처리 용액(S1)을 생성하는 단계, (c) 제1 처리 용액(S1) 내의 고용해도 염을 제거하는 단계, (d) 고용해도 염이 제거된 제1 처리 용액(S1')에서 물을 기화시켜 제2 처리 용액(S2)을 생성하는 단계, 및 (e) 제2 처리 용액(S2)을 회수하는 단계를 포함한다.

도 3을 참조하여 구체적으로 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 MEG 회수 장치(100)는, 전처리부(110), 제1 증류부(120), 고용해도 염 제거부(130), 제2 증류부(140) 및 회수부(150)를 포함한다.

원료(1)는 물, MEG(mono-ethylene glycol), 고용해도 염, 저용해도 염을 포함할 수 있다. 본 명세서에서, 고용해도 염이란 저용해도 염에 대비되는 물에 잘 녹는 염(high soluble salts)으로서, 온도가 높아짐에 따라 용해도가 증가하며, 주로 1가염인 NaCl, KCl, NaOH 등이 포함된다. 저용해도 염이란 물에 잘 녹지 않는 염(low soluble salts)으로서, 온도가 높아짐에 따라 용해도가 감소하며, 주로 2가염인 CaCo₃, CaSO₄, BaSO₄, BaCO₃ 등이 포함된다. 도 8을 참조하면, "soluble"로 표시된 염은 고용해도 염, "insoluble" 또는 "slighty soluble"로 표시된 염은 저용해도 염에 포함될 수 있다.

전처리부(110)는 원료 공급부(미도시)로부터 원료(1)를 공급받아 저용해도 염을 제거할 수 있다. 전처리부(110)는 원료(1)를 수용하는 탱크(미도시) 및 원료(1)를 가열하는 가열부(미도시)를 포함할 수 있다. 저용해도 염은 온도가 높아질수록 용해도가 감소되므로, 가열부는 원료(1)를 가열함에 따라 저용해도 염을 석출시킬 수 있다. 석출된 저용해도 염은 저용해도 염 제거부(111)를 통해 외부로 배출될 수 있다. 저용해도 염 제거부(111)는 원심분리기(미도시), 필터(미도시) 등을 구비하여 고체로 석출된 저용해도 염을 처리할 수 있고, 순환파이프(미도시), 펌프(미도시) 등을 구비하여 원료를 다시 전처리부(110)의 탱크로 순환시킬 수도 있다. 이 외에도, 전처리부(110)에는 저용해도 염을 제거하는 공지의 구성이 채용될 수 있다.

제1 증류부(120)는 전처리부(110)에 연결되고, 저용해도 염이 제거된 원료(또는, 흐름; S)를 제1 파이프(2)를 통해 공급받아 소정 양의 물을 기화시킬 수 있다. 본 명세서에서, 제1 증류부(120)에서 물이 소정 양 기화되면서 생성되는 용액을 제1 처리 용액(S1)이라고 지칭한다.

제1 증류부(120)는 증류탑으로 형성되어 분별증류 방식으로 저용해도 염이 제거된 원료(S) 내의 물을 증발, 기화시킬 수 있다. 제1 증류부(120)는 상압 조건에서 물을 기화시킬 수 있고, 물을 기화시키기 위해 물의 끓는점보다 높은 온도로 가열을 수행할 수 있다. 다만, 제1 증류부(120) 내에서 너무 많은 물을 기화시키지 않도록 가열 온도를 조절할 수 있다. 기화된 물은 물 배출부(121)를 통해 외부로 배출될 수 있다.

도 2의 종래의 부분 처리 방식 MEG 회수 장치(50)는 증류부(52)에서 단 한번의 공정으로 많은 양의 물을 기화시켜 분리된 MEG 용액이 약 90wt%의 MEG를 가지도록 하므로, 분리된 MEG 용액 속의 고용해도 염의 농도가 높아지고, 증류기 내부에 고용해도 염이 침적되어 스케일이 형성되는 문제가 발생함은 상술한 바 있다.

반면에, 본 발명은 제1 증류부(120)에서 물의 대부분을 기화시키지 않고, 소정 양, 즉, 고용해도 염이 침적되지 않을 정도의 적당량의 물을 기화시킬 수 있다. 이를 테면, 제1 증류부(120)는 저용해도 염이 제거된 원료(2) 내의 물(50wt% 이하의 MEG 값을 가짐)을 기화시켜, 제1 처리 용액(S1)이 60wt% 내지 75wt%의 MEG 값을 가지도록 할 수 있다. 제1 처리 용액(S1)이 60wt% 내지 75wt%의 MEG 값을 가지는 정도의 물의 양이면 고용해도 염의 침적되는 것이 방지될 수 있다.

제1 처리 용액(S1)이 60wt% 내지 75wt%의 MEG 값을 가지도록, 제1 증류부(120) 내에서 너무 많은 물을 기화시키지 않아야 하는데, 이를 위한 제1 증류부(120)의 가열 온도는 물의 끓는점보다 높고, MEG의 끓는점보다 낮은 것이 바람직하다. 상압에서 물의 끓는점은 약 100℃, MEG의 끓는점은 약 197℃, 고용해도 염의 끓는점은 적어도 500℃ 이상으로 알려져 있다. 바람직하게는 제1 증류부(120)의 가열 온도는 100℃ 내지 125℃ 일 수 있다[도 5 참조].

고용해도 염 제거부(130)는 제1 증류부(120)에 연결되어 제2 파이프(3)를 통해 제1 증류부(120)로부터 제1 처리 용액(S1)을 전달받을 수 있다. 그리고, 제1 처리 용액(S1) 내의 고용해도 염을 제거할 수 있다.

고용해도 염 제거부(130)는 제2 파이프(3)를 통과한 제1 처리 용액(S1)의 일부(P1)를 전달받은 후, 고온, 저압의 환경에서 MEG를 증발시킬 수 있다. 고온, 저압의 환경에서 제1 처리 용액(S1) 내의 MEG는 증발되어 기체 상태로 존재할 수 있고, 고용해도 염은 슬러지 상태로 존재할 수 있다. 고용해도 염 제거부(130)의 분리기(미도시)를 통해 슬러지 상태의 고용해도 염을 고용해도 염 배출부(131)로 보내서 외부로 배출할 수 있다. 기체 상태의 MEG는 냉각, 액화될 수 있다. 이 외에, 고용해도 염 제거부(130)에는 고용해도 염을 제거하고 MEG를 분리하는 공지의 구성이 채용될 수 있다.

제2 증류부(140)는 고용해도 염 제거부(130)에 연결되어 제3 파이프(4)를 통해 고용해도 염이 제거된 제1 처리 용액(S1')을 전달받을 수 있다. 제1 처리 용액(P1')은 고용해도 염이 허용 가능한 수준까지 제거된 상태로, 물과 MEG가 대부분이며, MEG는 60wt% 내지 75wt% 정도로 포함될 수 있다.

제2 증류부(140)는 제1 처리 용액(S1') 내의 물을 추가적으로 증발시킬 수 있다. 제2 증류부(140)는 전단 공정의 연속으로 낮은 압력으로 운전하여 에너지 효율을 높일 수 있다. 제2 증류부(140)에서 물이 추가적으로 기화되면, 고농도의 MEG를 포함하는 제2 처리 용액(S2)이 생성될 수 있다. 기화된 물은 물 배출부(141)를 통해 외부로 배출될 수 있다.

제2 처리 용액(S2)은 약 80wt% 내지 90wt%의 MEG 값을 가질 수 있다. 한편, 그 이상의 고농도로 MEG를 포함할 수도 있으며, 제2 파이프(3)에서 고용해도 염 제거부(130)로의 흐름(P1)을 제외한 다른 흐름(P2)과 합쳐져 80wt% 내지 90wt%의 MEG값을 가지게 될 수도 있다.

회수부(150)는 제2 증류부(140)에 연결되어 제4 파이프(5)를 통해 제2 처리 용액(S2)을 회수할 수 있다. 한편, 제4 파이프(5)의 흐름 및 제2 파이프(3)에서 분기된 제5 파이프(6)에서의 흐름(P2)이 합쳐진 제2 처리 용액(S2)을 회수할 수도 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 MEG 회수 장치(100')를 나타내는 개략도이다. 도 4에서 도 3과 동일한 참조 부호를 가지는 구성은 동일한 구성이므로, 그 설명을 생략하고 차이점에 대해서만 설명한다.

도 4를 참조하면, 제2 증류부(140)는 제1 증류부(120) 및 고용해도 염 제거부(130)에 연결될 수 있다. 제1 증류부(120)와는 제6 파이프(7)를 통해, 고용해도 염 제거부(130)와는 제3 파이프(4)를 통해 연결될 수 있다. 제2 증류부(140)는 제1 증류부(120)로부터 전달받은 제1 처리 용액(S1") 및 제2 처리 용액(S2)을 혼합하여 회수부(150)로 전달할 수 있다.

더 설명하면, 고용해도 염 제거부(130)에서 고용해도 염이 허용 가능한 수준까지 제거된 상태인 제1 처리 용액(S1')의 일부는 제3 파이프(4)를 통해 제2 증류부(140)로 전달될 수 있다. 그리고, 고용해도 염 제거부(130)에서 처리된 제1 처리 용액(S1')의 일부는 고용해도 염 제거부(130)로 재회수시켜 고용해도 염을 더 제거할 수 있다. 그리고, 반복적으로 고용해도 염을 제거한 제1 처리 용액(S1")이 제6 파이프(7)를 통해 전달되고, 이 흐름이 제4 파이프(5)의 제2 처리 용액(S2)과 합쳐져 회수부(150)로 전달될 수 있다. 이 경우, 도 3의 실시예보다 MEG 회수양이 적어질 수는 있지만, 고용해도 염의 처리 효율은 높아질 것으로 기대할 수 있다.

본 발명은 제1 증류부(120)에서 고용해도 염이 고용해도 염이 침적되지 않을 정도의 적당량의 물을 기화시키므로 스케일 문제를 해결할 수 있고, 필요한 만큼의 고용해도 염을 제거한 후 제2 증류부(140)에서 추가로 물을 제거하므로, 고농도의 MEG를 회수할 수 있는 이점이 있다.

종래 장치와 비교하여 제2 증류부(140)가 더 추가되어 장치 추가비용이 발생할 수는 있지만, 2단계 증류 시스템을 갖추므로, 사이즈가 보다 작은 증류부(120, 140)를 갖추어도 되며, 특히, 제1 증류부(120)에서는 공정 온도를 낮게 유지하므로 에너지 소모를 대폭 감축할 수 있다. 결과적으로, 본 발명을 통해, 스케일 방지, 운전 정지/유지 보수의 감소 및, 공정 에너지 감소를 통해서 절감되는 비용은 제2 증류부(140)의 추가보다 훨씬 더 큰 이익을 발생시킬 수 있다.

도 5는 본 발명의 공정모사 프로그램을 이용한 모사예에 따른 증류부에서의 고용해도 염 침적 결과를 나타내는 그래프이다.

증류부에서의 운전 조건은 150kPA, 유입되는 흐름은 10,000kg/hr로 50wt% MEG 혼합용액이 흐르도록 설정하였다. MEG 혼합용액의 NaCl 조성을 10, 15, 20g/L로 변화시켜가며 증류부 하단의 온도에 따른 리보일러에 침적되는 NaCl의 양을 나타내었다.

도 5를 참조하면, MEG 혼합용액에 녹아있는 NaCl의 비율이 높을수록, 리보일러의 온도가 올라감에 따라 침적되는 위험이 높아짐을 확인할 수 있다. 회수농도의 혼합용액에서 NaCl의 농도가 10, 15, 20g/L일 경우, 증류부의 온도가 125℃ 이후부터 침적이 발생하였다. 이 중, NaCl의 농도가 20g/L일 경우, 125℃에서 형성된 후, 온도 변화에 따라, 10, 15g/L의 경우보다 급격한 속도로 침적이 발생하였다. 따라서, 제1 증류부(120)의 가열 온도는 125℃를 넘지 않게 설정하는 것이 침적을 줄이는 방안으로 고려될 수 있다.

한편, 가열 온도를 125℃가 넘지 않게 설정하는 것은 90wt% MEG의 고농도로 회수를 위한 조건이며, 본 발명의 목적에 따라 제1 증류부(120)에서 제1 처리 용액(S1)이 60wt% 내지 75wt%의 MEG 값을 가지도록 회수하기 위해서는, 도 5에서 침적량 최대치 직전까지 가열 온도를 확대할 수 있다. 따라서, 제1 증류부(120)의 가열 온도를 100℃ 내지 135℃까지 설정하는 것이 가능하다.

도 6은 본 발명의 공정모사 프로그램을 이용한 모사예 및 비교예에 따른 증류부에서의 고용해도 염 침적 결과를 나타내는 표이다. 도 6의 (a)는 4가지 종류의 원료(Case 1-4)에서의 염의 농도를 나타내며, 도 6의 (b)는 4가지 종류의 원료를 비교예(a)[도 2의 종래 부분 처리 방식 MEG 회수 장치(50)] 및 실험예(b)[도 3의 본 발명의 MEG 회수 장치(100)]의 고용해도 염 침적 결과를 나타낸다.

도 6의 (b)를 참조하면, 종래 기술의 경우 원료에 염이 고농도로 포함될 경우에 NaCl의 침적 가능성이 높아짐을 확인할 수 있다. 특히, Case 3-4와 같이 TDS(total dissolved solids)가 90이상으로 나타나면 NaCl의 침적 가능성이 높아짐을 확인할 수 있다. 반면에, 본 발명에서는 Case 3-4의 원료에서도 NaCl이 침적되지 않아, 고용해도 염의 침적을 방지하는데 유용한 것을 확인할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 MEG 회수 장치의 경제성 평과 결과를 나타낸다.

CAPEX의 경우, 장치 구매 비용 및 설치에 필요한 모든 비용을 포함하는 수치이며, OPEX는 15년동안 운전되는 에너지 소모를 고려한 운전 비용을 포함하는 수치이다. 단위는 Million $이다.

도 7을 참조하면, 종래 기술은 CAPEX 7.58, OPEX 108.96이며, 본 발명은 CAPEX 6.34, OPEX 102.86로 나타난다. 총 비용은 종래 기술 116.54, 본 발명은 109.20로 본 발명이 종래 기술 대비 비용이 약 6.3% 감소됨을 확인할 수 있다.

이처럼 본 발명은, 증류부 내에 고용해도 염이 침적되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다. 그리고, 공정 비용을 절감하고, 고농도의 MEG를 회수할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.

100: MEG 회수 장치
110: 전처리부
120: 제1 증류부
130: 고용해도 염 제거부
140: 제2 증류부
150: 회수부

Claims

물, MEG(mono-ethylene glycol), 고용해도 염, 저용해도 염을 포함하는 원료에서 MEG를 회수하는 장치로서,
원료 공급부로부터 상기 원료를 공급받아 상기 저용해도 염을 제거하는 전처리부;
상기 전처리부에 연결되고, 상기 저용해도 염이 제거된 상기 원료를 공급받아 소정 양의 상기 물을 기화시켜 제1 처리 용액을 생성하는 제1 증류부;
상기 제1 증류부에 연결되고, 상기 제1 처리 용액 내의 상기 고용해도 염을 제거하는 고용해도 염 제거부;
상기 고용해도 염 제거부에 연결되고, 상기 고용해도 염이 제거된 상기 제1 처리 용액에서 상기 물을 기화시켜 제2 처리 용액을 생성하는 제2 증류부; 및
상기 제2 증류부에 연결되고, 상기 제2 처리 용액을 회수하는 회수부
를 포함하는, MEG 회수 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 증류부에서 상기 물을 기화시켜, 상기 제1 처리 용액이 60wt% 내지 75wt%의 MEG 값을 가지도록 하는, MEG 회수 장치.
제2항에 있어서,
상기 제1 처리 용액이 60wt% 내지 75wt%의 MEG 값을 가지도록 하여 상기 제1 증류부 내에 상기 고용해도 염의 침적을 방지하는, MEG 회수 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 증류부의 가열 온도는 상기 물의 끓는점보다 높고, 상기 MEG의 끓는점보다 낮은, MEG 회수 장치.
제4항에 있어서,
상기 제1 증류부의 가열 온도는 100℃ 내지 135℃인, MEG 회수 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 처리 용액은 80wt% 내지 90wt%의 MEG 값을 가지는, MEG 회수 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 증류부는 상기 제1 증류부 및 상기 고용해도 염 제거부에 연결되고, 상기 제1 증류부로부터 전달받은 상기 제1 처리 용액 및 상기 제2 처리 용액을 혼합하여 상기 회수부로 전달하는, MEG 회수 장치.
제1항에 있어서,
상기 고용해도 염은 1가염, 상기 저용해도 염은 2가염인, MEG 회수 장치.
물, MEG(mono-ethylene glycol), 고용해도 염, 저용해도 염을 포함하는 원료에서 MEG를 회수하는 방법으로서,
(a) 상기 원료에서 상기 저용해도 염을 제거하는 단계;
(b) 상기 저용해도 염이 제거된 상기 원료에서 소정 양의 상기 물을 기화시켜 제1 처리 용액을 생성하는 단계;
(c) 상기 제1 처리 용액 내의 상기 고용해도 염을 제거하는 단계;
(d) 상기 고용해도 염이 제거된 상기 제1 처리 용액에서 상기 물을 기화시켜 제2 처리 용액을 생성하는 단계; 및
(e) 상기 제2 처리 용액을 회수하는 단계
를 포함하는, MEG 회수 방법.
제9항에 있어서,
상기 (b) 단계에서, 상기 제1 처리 용액이 60wt% 내지 75wt%의 MEG 값을 가지도록 하는, MEG 회수 방법.
제10항에 있어서,
상기 제1 처리 용액이 60wt% 내지 75wt%의 MEG 값을 가지도록 하여 상기 고용해도 염이 침적되는 것을 방지하는, MEG 회수 방법.
제9항에 있어서,
상기 (b) 단계에서, 상기 물의 기화를 위한 가열 온도는 상기 물의 끓는점보다 높고, 상기 MEG의 끓는점보다 낮은, MEG 회수 방법.
제12항에 있어서,
상기 가열 온도는 100℃ 내지 135℃인, MEG 회수 방법.
제9항에 있어서,
상기 제2 처리 용액은 80wt% 내지 90wt%의 MEG 값을 가지는, MEG 회수 방법.
제9항에 있어서,
상기 (e) 단계에서, 상기 제1 처리 용액 및 상기 제2 처리 용액을 혼합하여 회수하는, MEG 회수 방법.
제9항에 있어서,
상기 고용해도 염은 1가염, 상기 저용해도 염은 2가염인, MEG 회수 방법.