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KR102508049B1 - 분해된 가스를 압축하기 위한 스테이지 및 시스템 - Google Patents

분해된 가스를 압축하기 위한 스테이지 및 시스템 Download PDF

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KR102508049B1
KR102508049B1 KR1020197013089A KR20197013089A KR102508049B1 KR 102508049 B1 KR102508049 B1 KR 102508049B1 KR 1020197013089 A KR1020197013089 A KR 1020197013089A KR 20197013089 A KR20197013089 A KR 20197013089A KR 102508049 B1 KR102508049 B1 KR 102508049B1
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cooling
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조리스 반 일리젠벅
리차드 쿠이퍼스
헹크 헨드릭스
레카이 아르탄
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사빅 글로벌 테크놀러지스 비.브이.
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Abstract

분해된 가스의 압축을 위한 압축 스테이지로서, 상기 압축 스테이지는 분해된 가스의 가스 성분으로부터 액체 성분을 분리하기 위한 액체 분리 수단, 상기 액체 분리 수단에 연결된 압축기, 상기 압축기로부터 압축된 가스를 냉각시키기 위해 압축기에 연결되고, 냉각 유체 공급원으로부터의 제1 냉각 유체에 의해 냉각되는 가스 냉각 수단을 포함한다. 상기 스테이지는 상기 액체 분리 수단에 연결되고, 분해된 가스를 수용하기 위한 주입구를 갖는 가스 사전 냉각 수단을 더 포함한다.

Description

분해된 가스를 압축하기 위한 스테이지 및 시스템
본 발명은 2016년 10월 7일에 출원된 유럽 특허 제16192720.7호의 우선권 및 이익을 주장하며, 이는 본원에 참고 인용된다.
본 발명은 분해 공정에서 분해된 가스를 압축하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
원유 생성물의 생산에서, 탄화수소 공급물은 증발된 탄화수소 공급물을 고온에서 단시간 지속시켜 길이가 감소된 탄소 사슬을 갖는 분해된 탄화수소 성분을 형성시키는, 분해 공정에서 분해될 수 있다. 결과적으로 고온에서 이러한 성분을 갖는 분해된 가스가 발생된다.
1차 분별기 및/또는 탄화수소 공급물 분해 공정의 급랭 타워에서 분해된 가스의 냉각 및 정제 후, 추가 공정은 분해된 가스로부터 상이한 탄화수소 분획을 분리하기 위해 3200 - 3800 kPa 정도의 고압의 압축을 필요로 한다.
압축은 전형적으로 터빈-구동 원심 압축기에 의해 중간 냉각과 함께 4 내지 5 스테이지로 수행된다. 압축 과정에서 물 및 탄화수소의 응축이 일어나고, 이후 스테이지에서, 산성 가스가 제거된다. 상기 압축된 분해 가스는 냉각되고 응축된 탄화수소 분획은 분해된 가스 스트림으로부터 분리될 수 있다. 압축은 다단 압축기 시스템에서 수행될 수 있고, 여기서 단수는 주로 분해 가스 조성, 냉각 매체(medium)의 온도 수준, 및 중간 스테이지 배출을 허용하는 최고 온도에 의존한다. 압축기는 일반적으로 터빈 또는 동등한 구동을 포함하는 단일 구동부에 의해 구동된다.
분해된 가스의 압축은 에너지 집약적이다. 압축기 및 압축기를 구동하는 터빈은 고가의 장비이며 많은 증기 분해 플랜트에서 현재 병목 현상이 발생하고 있다.
본 발명의 목적은 증가된 효율을 갖는 분해된 가스 압축 시스템을 위한 압축 스테이지를 제공하는 것이다.
상기 목적은 분해된 가스의 압축을 위한 압축 스테이지로 달성되며, 상기 스테이지는: 분해된 가스의 가스 성분으로부터 액체 성분을 분리하기 위한 액체 분리 수단 또는 액체 분리기, 상기 액체 분리 수단 또는 상기 액체 분리기에 연결된 압축기, 상기 압축기로부터 압축된 가스를 냉각시키기 위해 압축기에 연결된 가스 냉각 수단 또는 냉각기를 포함하고, 상기 가스 냉각 수단 또는 가스 냉각기는 냉각 유체 공급원으로부터의 제1 냉각 유체에 의해 냉각된다.
상기 스테이지는 상기 액체 분리 수단 또는 상기 액체 분리기에 연결되고, 분해된 가스를 수용하기 위한 주입구를 갖는 가스 사전 냉각 수단을 더 포함한다.
압축기에 의한 압축 이전에 분해된 가스의 사전 냉각은 낮은 온도 및 결과적으로 낮은 체적에서 요구되는 압력을 얻기 위한 압축기 작업을 감소시킨다. 따라서, 유체-가스 분리는 종래 기술과 동일한 결과 수행되지만 비용은 더 낮다. 결과적으로, 압축기는 보다 낮은 성능, 즉 당업계에서 공지된 설계보다 작은 것으로 선택될 수 있다.
일 실시예에서, 가스 사전 냉각 수단 또는 가스 사전 냉각기는 열교환 수단 또는 열교환기 및 흡수 냉각 수단 또는 흡수 냉각기를 포함하며, 열교환 수단 또는 열교환기는 흡수 냉각 수단으로부터의 제2 냉각 유체에 의해 냉각되고, 상기 흡수 냉각 수단 또는 흡수 냉각기는 냉각 유체 공급원으로부터의 제1 냉각 유체 및 열 유체 공급원으로부터의 온수를 사용하여 제2 냉각 유체를 생성하도록 배치될 수 있다.
상기 흡수 냉각 수단은 예를 들어 압축 후에 가스 냉각 수단 또는 가스 냉각기에서 압축 가스를 냉각시키고 통상 처분되는 분해 공정에서 용이하게 이용할 수 있는 열 유체를 사용하는 이미 이용 가능한 냉각 공급원을 사용하여 제2 냉각 유체의 생성을 허용한다.
일 실시예에서, 흡수 냉각 수단 또는 흡수 냉각기를 위한 제1 냉각 유체는 스테이지의 가스 냉각 수단의 제1 가스 냉각기로부터 공급되고, 상기 흡수 냉각 수단 또는 흡수 냉각기로부터의 제1 냉각 유체는 제2 가스 냉각기로 공급된다.
이는 가스 냉각 수단 또는 가스 냉각기에 사용되는 제1 냉각 유체 공급원으로부터의 제1 냉각 유체의 보다 효율적인 사용을 가능하게 한다.
다른 실시예에서, 스테이지의 흡수 냉각 수단 또는 흡수 냉각기를 위한 제1 냉각 유체는 다른 스테이지의 가스 냉각 수단 또는 가스 냉각기의 제1 가스 냉각기로부터 공급되며, 여기서 흡수 냉각 수단 또는 흡수 냉각기로부터의 제1 냉각 유체는 다른 스테이지의 제2 가스 냉각기로 공급된다.
제1 냉각 유체는 가스 냉각 수단 또는 가스 냉각기로부터 수득될 수 있어 분해된 가스의 압축 스테이지의 어떤 곳에서도 보다 효율적으로 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 흡수 냉각 수단 또는 흡수 냉각기를 위한 가열 유체 공급원으로부터의 가열 유체는 70 - 110℃의 온도를 갖는다. 이 온도 범위는 흡수 냉각 수단 또는 흡수 냉각기, 즉 발생기를 작동시키기에 충분한 증기를 생성하는 온도이다. 70℃ 이하에서는 흡수 냉각 수단 또는 흡수 냉각기가 작동하지 않는 반면, 110℃ 이상의 온도에서는, 열 공급원의 온도가 필요 이상으로 높기 때문에, 열을 비효율적으로 사용하게 된다.
또 다른 실시예에서, 가열 유체는 70 - 95℃의 온도를 갖는다. 이것은 흡수 냉각 수단 또는 흡수 냉각기의 가장 효율적인 작동을 가능하게 한다.
다른 실시예에서, 가열 유체 공급원은 고온의 폐수 공급원을 포함한다.
추가적인 실시예에서, 가열 유체 공급원은 증기 분해기의 급랭 컬럼을 포함한다.
증기 분해기 유닛의 급랭 컬럼으로부터의 급랭수의 열은 일반적으로 냉각에 의해 처리되거나 증류 컬럼에서 리보일링을 위해 사용되지만, 본 발명에 따른 압축 스테이지에서 효율적으로 사용될 수 있으며, 본 발명에 따른 압축 스테이지에서 압축기의 작업 부하를 감소시킨다.
일 실시예에서, 가스 사전 냉각 수단 또는 가스 사전 냉각기의 열교환 수단 또는 열교환기는 냉각기를 포함한다.
일 실시예에서, 액체 분리 수단 또는 액체 분리기는 다른 압축 스테이지로부터 유체를 수용하기 위한 유체 입구를 갖는다.
이는 나중에 압축 스테이지로부터의 액체 성분이 분해된 가스로부터의 가스 성분과 액체 성분 사이의 증가된 분리를 얻기 위해 재순환되도록 한다.
상기 목적은 또한 분해된 가스 압축 시스템으로 달성될 수 있으며, 상기 시스템은 전술한 복수의 계단식 압축 스테이지를 포함하며, 첫번째 압축 스테이지는 분해된 가스 공급원에 연결된 가스 사전 냉각 수단 또는 가스 사전 냉각기를 가지며, 후속 압축 스테이지는 선행 압축 스테이지의 가스 냉각 수단 또는 가스 냉각기에 연결된 가스 사전 냉각 수단 또는 가스 사전 냉각기를 갖는다.
본 발명에 따른 압축 스테이지는 계단식일 수 있다. 사전 냉각을 사용하면, 시스템의 압축기에 대한 전반적인 작업 부하를 줄일 수 있다.
일 실시예에서, 각 스테이지의 압축기는 공통 압축기 구동부에 의해 구동된다.
상기 압축기는 터빈 엔진, 디젤 모터 또는 전기 모터 등에 의해 구동되는 공통 샤프트 상의 공통 구동부에 의해 유리하게 구동될 수 있다.
또한, 상기 목적은 분해된 가스를 압축하기 위한 방법에서 달성되며, 상기 방법은 액체 분리 수단 또는 액체 분리기에서 분해된 가스의 가스 성분으로부터 액체 성분을 분리하는 단계, 압축기에서 액체 분리 수단 또는 액체 분리기로부터 가스 성분을 압축하는 단계, 가스 냉각 수단 또는 가스 냉각기에서 압축된 가스 성분을 냉각시키는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 가스 사전 냉각 수단 또는 가스 사전 냉각기에서 액체 분리 수단 또는 액체 분리기에서 분해된 가스의 가스 성분으로부터 액체 성분을 분리하기 전에 분해된 가스를 사전 냉각하는 단계, 냉각 유체 공급원으로부터의 제1 냉각 유체 및 가열 유체 공급원으로부터의 온수를 사용하여 흡수 냉각 수단 또는 흡수 냉각기로부터의 제2 냉각 유체에 의해 가스 사전 냉각 수단 또는 가스 사전 냉각기를 냉각시키는 단계를 더 포함한다.
일 실시예에서, 상기 가스 사전 냉각 수단은 열교환 수단 또는 열교환기 및 흡수 냉각 수단 또는 흡수 냉각기를 포함하고, 상기 방법은 상기 흡수 냉각 수단으로부터의 제2 냉각 유체에 의해 열교환 수단 또는 열교환기를 냉각하는 단계, 냉각 유체 공급원으로부터의 제1 냉각 유체 및 가열 유체 공급원으로부터의 온수를 사용하여 흡수 냉각 수단 또는 흡수 냉각기에서 제2 냉각 유체를 생성하는 단계를 추가로 포함한다.
다음은 본 명세서 전반에 걸쳐 사용되는 다양한 용어 및 문구의 정의를 포함한다.
"약" 또는 "대략" 이라는 용어는 당업자가 이해하는 것과 거의 유사한 것으로 정의된다. 하나의 비제한적인 실시예에서, 용어는 10% 이내, 바람직하게는 5% 이내, 보다 바람직하게는 1% 이내, 가장 바람직하게는 0.5% 이내로 정의된다.
용어 "wt.%", "vol.%", 또는 "mol.%"는 총중량, 총부피 또는 총몰에 기초한 구성요소를 포함하는 물질 성분의 중량, 부피 또는 몰 퍼센트를 의미한다. 비제한적인 실시예에서, 100 몰의 물질 중 10 몰의 성분은 10몰%이다.
명세서 및/또는 청구범위에서 사용되는 용어 "효과적인," 은 원하는, 예상된 또는 의도된 결과를 달성하기에 적절함을 의미한다.
청구범위 또는 명세서에서의 용어 "포함하는," "함유하는,""내재하는" 또는 "갖는" 과 관련하여 사용될 때 "하나의" 또는 "하나의" 라는 용어의 사용은 "하나"를 의미할 수도 있지만, "하나 이상의", "적어도 하나", 및 "하나 이상"을 의미한다.
"포함하다"(및 "포함하다" 및 "포함할 수 있다"와 같은 임의의 형태), "갖는"(및 "갖는" 및 "가질 수 있는"과 같은 임의의 형태), "함유하는"(및 "함유하다" 및 "함유할 수 있다"와 같은 임의의 형태), 또는 "내재하다"(및 "내재" 및 "내재할 수 있는"와 같은 임의의 형태)는 포괄적이거나 제한이 없으며 언급되지 않은 추가 요소, 또는 방법 단계들을 제외하는 것이 아니다.
본 발명의 방법은 명세서 전체에 걸쳐 개시된 특정 요소, 구성 성분, 조성물, 단계 등을 "포함" 하거나 "본질적으로 구성된다" 또는 "포함한다". 또한, 특정 요소를 포함하는 제품/조성물/방법/시스템에 대한 설명은 이들 요소로 구성된 제품/조성물/시스템을 개시함을 이해해야 한다. 이들 요소로 구성된 제품/조성물/방법/시스템은 예를 들어 제품/조성물의 제조를 위한 보다 단순하고 경제적인 방법을 제공한다는 점에서 유리할 수 있다. 유사하게, 예를 들어, 특정 단계를 포함하는 방법에 대한 설명은 또한 이들 단계로 구성된 단계를 개시함을 이해해야 한다. 이러한 단계들로 구성된 공정은 간단하고 경제적인 공정을 제공한다는 점에서 유리할 수 있다.
파라미터(parameter)에 대한 하한값 및 상한값이 언급될 때, 하한값 및 상한값의 조합에 의해 만들어진 범위도 개시되는 것으로 이해해야 한다.
본 발명과 관련하여, 14개의 실시예가 이제 설명된다. 실시예 1은 분해된 가스의 압축을 위한 압축 스테이지로서, 상기 압축 스테이지는 분해된 가스의 가스 성분으로부터 액체 성분을 분리하기 위한 액체 분리 수단 또는 액체 분리기; 상기 액체 분리 수단 또는 액체 분리기에 연결된 압축기; 상기 압축기로부터 압축된 가스를 냉각시키기 위해 압축기에 연결되고, 냉각 유체 공급원으로부터의 제1 냉각 유체에 의해 냉각되는 가스 냉각 수단 또는 가스 냉각기;를 포함하고, 상기 스테이지는 상기 액체 분리 수단에 연결되고, 분해된 가스를 수용하기 위한 주입구를 갖는 가스 사전 냉각 수단을 더 포함한다. 실시예 2는 실시예 1에 따른 스테이지로서, 상기 가스 사전 냉각 수단 또는 가스 사전 냉각기는 열교환 수단 또는 열교환기 및 흡수 냉각 수단 또는 흡수 냉각기를 포함하며, 열교환 수단 또는 열교환기는 상기 흡수 냉각 수단 또는 흡수 냉각기로부터의 제2 냉각 유체에 의해 냉각되고, 상기 흡수 냉각 수단 또는 흡수 냉각기는 상기 냉각 유체 공급원으로부터의 제1 냉각 유체 및 가열 유체 공급원으로부터의 온수를 사용하여 제2 냉각 유체를 생성하도록 배치된다. 실시예 3은 실시예 1 또는 2에 따른 스테이지로서, 상기 흡수 냉각 수단 또는 흡수 냉각기를 위한 제1 냉각 유체는 스테이지의 가스 냉각 수단 또는 가스 냉각기의 제1 가스 냉각기로부터 공급되고, 상기 흡수 냉각 수단 또는 흡수 냉각기로부터의 제1 냉각 유체는 제2 가스 냉각기로 공급된다. 실시예 4는 실시예 1 또는 2에 따른 스테이지로서, 상기 스테이지의 흡수 냉각 수단 또는 흡수 냉각기를 위한 제1 냉각 유체는 다른 스테이지의 가스 냉각 수단 또는 가스 냉각기의 제1 가스 냉각기로부터 공급되고, 상기 흡수 냉각 수단 또는 흡수 냉각기로부터의 제1 냉각 유체는 다른 스테이지의 제2 가스 냉각기로 공급된다. 실시예 5는 실시예 1 내지 4 중 어느 하나에 따른 스테이지로서, 상기 흡수 냉각 수단 또는 흡수 냉각기를 위한 가열 유체 공급원으로부터의 가열 유체의 온도는 70 - 110℃인 것을 특징으로 한다. 실시예 6은 실시예 5에 따른 스테이지로서, 상기 가열 유체는 70 - 95℃의 온도를 갖는다. 실시예 7은 실시예 5 또는 6 중 어느 하나에 따른 스테이지로서, 상기 가열 유체 공급원은 증기 분해기의 급랭 컬럼을 포함한다. 실시예 8은 실시예 5 또는 6에 따른 스테이지로서, 상기 가열 유체 공급원은 고온의 폐수 공급원이다. 실시예 9는 실시예 1 내지 8 중 어느 하나에 따른 스테이지로서, 상기 가스 사전 냉각 수단 또는 가스 사전 냉각기의 열교환 수단 또는 열교환기는 냉각기를 포함한다. 실시예 10은 실시예 1 내지 9 중 어느 하나에 따른 스테이지로서, 상기 액체 분리 수단 또는 액체 분리기는 다른 압축 스테이지로부터 유체를 수용하기 위한 유체 입구를 갖는다.
실시예 11은 분해된 가스 압축 시스템으로서, 실시예 1 내지 10 중 어느 하나에 따른 복수의 계단식 압축 스테이지를 포함하며, 첫번째 압축 스테이지는 분해된 가스 공급원에 연결된 가스 사전 냉각 수단 또는 가스 사전 냉각기를 가지며, 후속 압축 스테이지는 선행 압축 스테이지의 가스 냉각 수단 또는 가스 냉각기에 연결된 가스 사전 냉각 수단 또는 가스 사전 냉각기를 갖는다. 실시예 12는 실시예 11에 따른 시스템으로서, 각 스테이지의 압축기는 공통 압축기 구동부에 의해 구동된다.
실시예 13은 분해된 가스를 압축하기 위한 방법으로서, 상기 방법은 액체 분리 수단 또는 액체 분리기에서 분해된 가스의 가스 성분으로부터 액체 성분을 분리하는 단계; 압축기에서 액체 분리 수단 또는 액체 분리기로부터 가스 성분을 압축하는 단계; 가스 냉각 수단 또는 가스 냉각기, 제1 가스 냉각기에서 압축된 가스 성분을 냉각시키는 단계;를 포함하고, 상기 방법은 가스 사전 냉각 수단 또는 가스 사전 냉각기에서 액체 분리 수단 또는 액체 분리기에서 분해된 가스의 가스 성분으로부터 액체 성분을 분리하기 전에 분해된 가스를 사전 냉각하는 단계; 상기 냉각 유체 공급원으로부터의 제1 냉각 유체 및 가열 유체 공급원으로부터의 온수를 사용하여 흡수 냉각 수단으로부터의 제2 냉각 유체에 의해 가스 사전 냉각 수단을 냉각시키는 단계를 더 포함한다. 실시예 14는 실시예 13에 따른 방법으로서, 상기 가스 사전 냉각 수단 또는 가스 사전 냉각기는 열교환 수단 또는 열교환기 및 흡수 냉각 수단 또는 흡수 냉각기를 포함하고, 상기 방법은 상기 흡수 냉각 수단 또는 흡수 냉각기로부터의 제2 냉각 유체에 의해 상기 열교환 수단 또는 열교환기를 냉각하는 단계; 냉각 유체 공급원으로부터의 제1 냉각 유체 및 가열 유체 공급원으로부터의 온수를 사용하여 흡수 냉각 수단 또는 흡수 냉각기에서 제2 냉각 유체를 생성하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점은 다음의 도면, 상세한 설명 및 실시예로부터 명백해질 것이다. 본 발명은 본 명세서에 기술된 특징들의 모든 가능한 조합들에 관한 것이며, 특히 청구범위에 존재하는 특징들의 조합이 바람직하다는 것이 주목된다. 그러므로, 본 발명에 따른 구성, 방법, 시스템에 관련된 특징들의 모든 조합 본 발명에 따른 방법에 관련된 특징의 모든 조합 및 본 발명에 따른 시스템과 관련된 특징의 모든 조합 및 본 발명에 따른 방법과 관련된 특징이 본 명세서에 기술된다. 그러나, 본 발명의 특정 실시예를 나타내는 도면, 상세한 설명 및 실시예는 단지 설명을 위한 것으로 제한적인 것이 아님을 이해해야 한다. 또한, 본 발명의 사상 및 범위 내의 변경 및 변형은 상세한 설명으로부터 당업자에게 명백해질 것 이라는 것을 고려할 수 있다. 다른 실시예들에서, 특정 실시예들의 특징들은 다른 실시예들의 특징들과 결합될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예의 특징은 다른 실시예의 임의의 특징과 결합될 수 있다. 다른 실시예에서, 추가의 특징이 본 명세서에 기술된 특정 실시예에 추가될 수 있다.
도 1a는 종래 기술에 따른 압축기 스테이지를 갖는 압축기 시스템의 개략도이다.
도 1b는 종래 기술에 따른 압축기 스테이지를 갖는 압축기 시스템의 개략도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기 스테이지를 도시한다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기 스테이지를 도시한다.
도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기 스테이지를 갖는 압축기 시스템의 개략도이다.
도 3은 종래 기술에 따른 흡수 냉각기의 개략도이다.
종래 기술에서 설명된 바와 같이, 중간 스테이지 냉각기를 사이에 두고 3 내지 5개의 압축기 스테이지로 많은 구성이 가능하다. 5개의 스테이지를 갖는 종래 기술에 따른 구성이 도 1에 도시되어 있다.
각 압축기 스테이지는 액체-가스 분리를 위한 급랭 컬럼 V-101, V-111, V-121, V-131, V-141, 압축기 K-111, K-121, K-131, K-141, K-151 및 중간 스테이지 냉각기 H-111/112, H-121/122, H-131/132, H-141/142, H-151/152를 포함한다. 중간 스테이지 냉각기 이후에 물 및 탄화수소 응축물은 예를 들어 분별 증류탑 또는 다른 압축기 스테이지로의 추가 공정을 위해 압축기 이전의 급랭 컬럼에 102, 116, 126, 136, 146, 156으로 연결될 수 있다. 액체 분해에서 C6 내지 C8의 방향족을 포함하는 대부분의 가솔린 분획은 압축기의 중간 스테이지 냉각기에서 응축되어 C4 및 C5 성분 중 많은 부분을 차지한다. 이 예에서 압축기 K-111 - K-151은 공통 샤프트 208을 통해 공통 터빈 엔진 X-101에 의해 구동된다.
도 1b에서, 응축수 및 탄화수소의 이전 스테이지로의 경로 변경을 갖는 도 1b의 구성과 유사한 종래 기술의 다른 구성이 도시되어 있으며, 여기서 급랭 컬럼 V-111 - V-141은 후속 스테이지로부터 액체 성분을 수용하기 위한 입구를 갖는다.
가벼운 분해 강도(0.58의 프로필렌/에틸렌 비)로 분해된 나프타로부터 유래된 100t/h의 에틸렌을 함유하는 분해된 가스를 압축하는 각각의 도 1a 및 1b에 따른 5 단계의 분해된 가스 압축기에 대해 2개의 컴퓨터 시뮬레이션이 수행되었다. 중간 스테이지 냉각기 배출구 114-154 의 온도는 30℃로 유지된다. 각 압축기 K-111 - K-151은 등엔트로피 효율(isentropic efficiency)이 80%이다.
급랭 타워로부터의 분해된 가스 101은 흡수 드럼 용기 V-101로 보내지고, 응축물 102는 급랭 타워로 다시 펌핑되고, 상기 분해된 가스 (1x1)는 절대 압력 0.15 MPa에서 압축기 스테이지(K-1x1)의 주입구(1st, 2nd, 3rd, 4th, 5th)로 보내진다. 압축기 K-1x1의 출구는 열교환기(H-101 및 H-1x2)를 통해 냉각수 공급원 104으로부터의 냉각수에 의해 30℃의 온도로 냉각되고, 흡수 드럼 용기 V-111, V-121, V-131, V-141 및 V-151에서 상기 응축된 탄화수소 및 물 106, 116, 126, 136, 146, 156은 분해된 가스 101, 111, 121, 131, 141, 151으로부터 각각 분리된다.
제3 및 제4 압축기 스테이지 사이에서 가스 처리 장치 Z-100에서의 가스 처리는 종래 기술에 기재된 바와 같이 수행된다. 가스 처리 장치 Z-100에서 가스는 이산화탄소, 이산화황, 산성 성분 등의 가스를 제거하여 정화된다. 상기 분해된 가스는 3.6MPaa(스트림 161)로 압축되고 압축기 출력은 36.2 MWmech로 계산된다. 도 1a의 구성에서, 응축된 스트림 116, 126, 136, 146, 156은 압축기로(직접적으로) 재순환되지 않지만, 분별 타워, 화염(flash) 분리 및 또는 디켄터에서 처리되어 생성물을 회수하고 추가 처리를 위해 원하는 압력 및 온도로 펌핑되고, 가열 및 냉각될 수 있다.
도 1b의 구성에서, 응축된 스트림 116, 126, 136, 146, 156은 별도로 처리되지 않고 이전 스테이지로 재순환된다: 116을 급랭 타워 또는 첫번째 스테이지 흡수 드럼 V-101로 되돌린다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 스트림 126을 V-111로, 스트림 136을 V-121로, 스트림 146을 V-132로 및 스트림 156을 V-141로 되돌린다. 이 방식에서 총 압축기 동력은 39.5 MWmech로 계산되었다.
도 2a에서, 압축기 스테이지 S-201은 흡수 드럼 V-201, 샤프트 271을 통해 터빈 엔진 X-201에 의해 구동되는 압축기 K-211, 중간 냉각기 H-211/H-212, 및 사전-냉각기 H-201을 포함한다. 중간 스테이지 냉각기 H-211/H-212의 출구 214는 후속 압출기 스테이지(S-201, 도 2c 참조)에 연결될 수 있다.
유입구 201의 분해된 가스는 사전-냉각기 H-201 15℃(1 -25℃)에서 사전 냉각되어 액체 및 가스 성분으로 분리하기 위한 흡수 드럼 V-201로 보내진다. 냉각기 H-201은 흡수 냉각기 Y-201에 의해 냉각되는, 냉각수 루프 208에서 분해된 가스로부터의 열을 전달한다. 상기 흡수 냉각기 Y-211은 냉각수 공급원 274으로부터의 열을 사용하여 80℃에서 73℃로 냉각시키고 따뜻한 급랭수 헤더 275로 복귀시킨다. 흡수 냉각기 Y-201은 급랭수 및 냉각수 루프에서 냉각수로, 냉각수 공급원 273의 25℃에서 냉각수 헤더 272의 35℃로 열을 전달한다.
흡수 드럼 V-201에서 응축수 및 탄화수소(203)가 분리되고, 펌핑 및 가열되어 급랭 타워로 돌아가는 가스 스트림 204 및 디켄터에서 탄화수소가 물과 분리될 수 있는 액체 스트림 205로 분리된다(도 2a에 도시되지 않음).
냉각수 공급원 274의 급랭 타워에서 급랭된 물은 일반적으로 약 85 - 75℃ 이지만, 증기 분해기에서의 사용은 C3 올레핀/파라핀 분리를 위한 주요 소비원인, 증류 컬럼의 일부 리보일러에 국한된다. 다량의 냉각수는 사용할 수 없으며 열은 공기 및 냉각수로 냉각시켜 처리해야 한다. 따라서 냉각수는 흡수 냉각기 Y-201를 작동시키는데 유리하게 사용될 수 있다. 흡수 냉각기의 작동은 도 3 및 이에 상응하는 부분에서 설명될 것이다.
냉각기 201에 대한 도 2b의 냉각수 공급원은 1차 냉각기 H-212로부터의 냉각수에 의해 냉각되는 흡수 냉각기 Y-211이다. 상기 흡수 냉각기 Y-211로부터의 냉각수는 2차 냉각기 H-211에 연속적으로 공급된다. 따라서, 냉각수 공급원 273으로부터의 냉각수는 보다 효율적으로 사용된다.
도 2c에는 도 1a 및 도 1b에 따른 첫번째 스테이지에서 냉각기 201로부터의 냉각수를 사용하기 위한 두가지 구성이 각각 도시되어 있다. 스테이지 S-201의 냉각기 201은 냉각수 공급원 273으로부터의 냉각수로 직접 냉각된 흡수 냉각기 Y-201로부터 냉각 유체를 수용하지만, 스테이지 S-202의 냉각기 H-213은 스테이지 S-201의 1차 가스 냉각기 H-212로부터의 냉각 유체에 의해 냉각된, 흡수 냉각기 Y-211로부터의 냉각 유체를 수용한다.
도 2c에서 압축기 스테이지 S-203 - S-205는 압축기 스테이지들이 계단식(cascade)으로 도시되어 있다. 압축기 스테이지 S-203에는 도 1a 및 1b의 구성과 동일한 기능을 가진 가스 처리 장치 Z-200이 제공된다.
도 2c에서, 흡수 드럼 V-201(211)로부터의 증기는 제1 압축기 스테이지 S-201로 보내지고 압축기 K-211에 의해 0.3 MPaa(212)로 압축되어 H-211 및 H-212에서 20 - 50℃, 바람직하게는 약 30℃의 온도로 냉각되고, H-123에 의해 1 - 25℃의 온도, 바람직하게는 약 15℃의 온도로 더 냉각되고, 냉각기 H-213을 통해 제2 스테이지 S-202의 흡착 드럼 V-211에 공급되고, 스테이지 S-202에서 사전 냉각된다.
S-202 스테이지의 흡수 드럼 V-211에서 응축수 및 탄화수소가 분리되어 216으로 나가고 디켄터에서 탄화수소가 물과 분리될 수 있다. 흡착 드럼 V-211에서 나온 증기는 압축기 K-221에 공급되고, 이곳에서 가스 냉각기 H-221, H-222에 의해 냉각된다.
냉각기 H-213은 흡수 냉각기 Y-211에 의해 냉각되는, 냉각수 루프 218에서 분해된 가스로부터 열을 전달한다. 상기 흡수 냉각기 Y-211은 급랭수 공급원 274으로부터의 열을 80℃에서 73℃로 냉각시키고 따뜻한 급랭수 헤더 275로 되돌려 보내 사용한다. H-211, H-212 및 Y-211의 열은 H-212에 의해 먼저 가열된 다음 Y-211, 다음 H-211에 의해 가열되는 냉각수 217의 계단식으로 전달된다.
상기 단계는 스테이지 S-203 및 S-205에서 반복된다. 스테이지 S-202의 증기는 냉각기 H-223에서 사전 냉각되어, 흡수 드럼 V-221에 공급되어 압축기 스테이지 K-231에 공급되고 3 bara 232로 압축되어 H-231 및 H-232에 의해 30℃(20 - 50℃) 등의 온도로 냉각된다.
스테이지 S-203 및 S-204 사이에는 기술된 바와 같은 가스 처리 장치 Z-200이 포함된다. 이 경우 H-233은 이 가스 정제 단계의 하류에 위치한다. 추가적인 탄화수소 함유 스트림은 흡수 용기 V-202, V-201, V-211, V-221, V-232, V-241, V-251에 첨가할 수는 있지만 표시하지 않는다.
도 1a에서 설명한 시스템과 비교하여, 압축기 작업량이 크게 줄어들어, 총 압축기 작업량이 36.2 MWmech에서 33.5 MWmech로 줄어들게 된다. 표 1에는 압축기 스테이지의 결과가 나타나 있다.
방법 100
(종래 기술에 따른 도 1a 참조)		 방법 200
(본 발명에 따른 도 2c 참조)
압축기 작업량
(MWmech)		 압축기 작업량
(MWmech)
K-111 7.8 K-211 5.9
K-121 7.7 K-221 6.4
K-131 7.4 K-231 6.8
K-141 7.0 K-241 7.1
K-151 6.4 K-251 7.4
total 36.2 33.5
Table 1
표 1의 비교예로부터 압축 이전에 분해된 가스의 사전 냉각을 사용하면 약 3MW의 기계적 동력을 절약할 수 있는 것을 알 수 있었다. 흡수 냉각기에 의한 스테이지 입구 냉각의 또 다른 중요한 효과는 압축기 스테이지 출구 온도이며, 도 2c의 예에서는 도 1a에서보다 9 내지 17℃ 낮은 범위에 있다. 이는 압축기 및 중간 스테이지 냉각기의 오염(fouling)을 감소시킨다. 또한, 이것은 적은 압축기 스테이지로 저렴한 압축기 설계를 가능하게 한다.
표 2에서는 도 1a의 압축기 K-111, K-121, K-131, K-141, K-151 및 도 2c의 압축기 K-211, K-221, K-231, K-241, K-251의 입구 및 출구 온도를 나타낸다.
방법 100의 작업량
(종래 기술에 따른 도 1a 참조)		 방법 200의 작업량
(본 발명에 따른 도 2c 참조)
압축기 입구 온도 출구 온도 압축기 입구 온도 출구 온도
℃ ℃ ℃ ℃
K-111 30 74 K-211 15 65
K-121 34 79 K-221 19 64
K-131 34 81 K-231 17 64
K-141 32 81 K-241 16 65
K-151 31 83 K-251 16 67
Table 2
Y-241의 급랭수 사용량은: 672t/h이다. 헤더 274의 고온 급랭수는 80℃에서 흡수 냉각기 Y-241로 보내지며 6.3 MWth의 열을 취한 후 73℃로 따뜻한 급랭수로 헤더 275로 되돌아간다. 이 따뜻한 냉각수는, 예를 들어 C3 분별 증류 타워에서 리보일러 H-261의 열로, 사용할 수 있다. 이 냉각수의 계단식 방법은 급랭 타워로부터 전달되는 이용 가능한 열을 최적으로 사용할 수 있게 한다. 흡수 냉각기 Y-201, Y-211, Y-221, Y-231에도 동일한 원리 및 양이 적용된다.
계단식 냉각수 스트림 217, 227, 237 및 247에 관해서는, 도 2c에 따른 예시 247이 제공된다. 냉각수는 흡수 냉각기 Y-241보다, 먼저 제2 분해된 가스 냉각기 H-242로 공급된 다음, 제1 분해된 가스 냉각기 H-241로 공급된다. 이러한 과정은 냉각수를 절약시킨다. 예: 냉각수 공급원 273에서 25℃의 1400t/h 냉각수 247은 제2의 4번째 스테이지의 중간 스테이지 냉각기 H-242로 공급되며, 여기서 H-242는 1.9MWth의 열을 흡수하고 26.2℃의 온도에서 배출된다. 다음으로 냉각수는 흡수 냉각기에서 냉각기로부터의 전달된 열(냉각수로부터의 열 + 공정에서 제거된 열)의 10.6MWth를 흡수하기 위해 사용되고 결과적으로 32.8℃로 가열된다. 그런 다음 냉각수는 제1의 4번째 스테이지의 중간 스테이지 냉각기 H-241로 보내지며, 3.5MWth의 열을 흡수하고 35℃로 가열된다.
전체 재순환을 포함하는 도 1b에 설명된 바와 같은 방식이 도 2c에도 적용될 수 있다. 도 2c와의 차이는 생성물 스트림 216, 226, 236, 246 및 256이 별도의 생성물은 아니지만, 각각의 이전 압축기 스테이지 흡수 드럼으로 다시 재순환된다는 것이다.
표 3에서, 생성물 스트림 216, 226, 236, 246 및 256이 재순환되는 도 2c의 시스템과 비교하여, 종래 기술에 따른 도 1b에 따른 시스템의 압축기 작업량이 도시되어 있다.
방법 100
(종래 기술에 따른 도 1b 참조)		 방법 200
(본 발명에 따른 도 2c 참조)
압축기 작업량
(MWmech)		 압축기 작업량
(MWmech)
K-111 7.8 K-211 5.9
K-121 7.7 K-221 6.4
K-131 7.4 K-231 6.8
K-141 7.0 K-241 7.1
K-151 6.4 K-251 7.4
total 36.2 33.5
Table 3
표 3의 비교예로부터, 압축 이전에 분해된 가스의 사전 냉각을 사용하는 것은 약 3MW의 기계적 동력을 절약할 수 있고, 또한 중간 생성물 스트림 216, 226, 236, 246 및 256이 이전 스테이지로 재순환되는 경우에도 가능한 것을 알 수 있었다.
도 3은 압축기 스테이지 S-201 - S-205에서 사용되는 흡수 냉각기 300의 개략도를 도시한다.
흡수 냉각기에서의 흡수 냉각 사이클은, 기계식 증기 압축기 냉동 사이클과 마찬가지로, 유입되는 냉각수로부터 열을 제거하기 위해 냉매의 증발 잠열을 이용한다. 증기 압축 냉동 시스템은 냉매 증기를 전달하기 위해 냉매 및 압축기를 사용하여 응축기에서 응축된다. 그러나, 흡수 사이클은, 냉매 305로서 물을 사용하고, 증발된 냉매를 흡수하기 위한 흡수제 306으로 흡수성 브롬화 리튬 용액을 사용한다. 그런 다음 열을 용액에 가하여 흡수제에서 냉매 증기를 방출한다. 상기 냉매 증기는 응축기에서 응축된다.
도 3의 기본 단일-효과 흡수 냉각기 300은 발생기 303, 응축기 301, 증발기 310 및 흡수기 311를 포함하고, 작동 용액으로서 냉매 305 및 흡수제 306를 포함한다. 발생기 303은 발생기 303 내의 흡수 용액 306으로부터의 냉매 302를 증발시키기 위해 열원, 예를 들어 버너, 증기 또는 온수로부터의 고온 가스와 같은 유체 307을 이용한다. 방출된 냉매 증기 302는 응축기 301로 이동하여 액체 냉매 305로 다시 응축되고, 열교환기 315에서 급랭 타워 물 304로 열을 전달한다. 일단 응축되면, 액체 냉매 305는 증발기 310으로 보내져 증발기 튜브 308에 분배되고, 증발기 튜브 308 내의 냉각수 316로부터 열을 제거하고 액체 냉매 305를 냉매 증기 314로 증발시킨다.
발생기 303으로부터의 흡수 용액 306은 냉각 튜브 309를 거쳐 흡수기 311 내로 통과하면서, 증발기 310으로부터 냉매 증기 314를 흡수하여 스스로 희석된다. 희석된 흡수 용액 312는 펌프 313을 통해 펌핑되어 생성기 305로 되돌아가서 사이클이 다시 시작된다.
흡수 냉각기 300은 반응기 유출물로부터의 물/증기를 응축시키는 것에서 방출되는 저온 열을 소비할 수 있는 능력을 가지며, 0 - 30℃의 온도 범위의 냉각을 제공한다.
흡수 냉각기 공정은 에너지 효율적인 공정은 아니며 일반적으로 열 주입량의 70%만 열 냉각력으로 전환된다. 그러나, 공정이 저온 폐열을 이용할 수 있기 때문에, 충분한 폐열이 이용 가능할 때 이것은 문제되지 않는다.
본 실시예에서는 작동 용액으로서 브롬화 리튬을 사용하지만 다른 작동 매체도 사용 가능하다. 암모니아수 혼합물을 바탕으로 한 흡수 냉각기도 일반적으로 사용되며 브롬화 리튬 흡수 냉각기 대신 사용할 수 있다.
도 2a의 압축기 스테이지 201에서, 발생기 303을 가열하기 위한 가열 유체 307은 급랭수 공급원 274로부터 얻어진다. 응축기 301의 냉각수 304는 냉각수 공급원 273 또는, 가스 냉각기 H-212의 출구 냉각수에서 얻어진다. 증발기 튜브 308은, 도 2a의 루프 208을 통해 사전 냉각기 H-201을 위한 냉각 액체 316을 냉각시킨다.
전술한 실시예는 단지 예시로서 서술된 것이다. 이들 실시예에 대한 변형 및 수정은 이하의 청구 범위에 설명된 보호 범위를 벗어나지 않고 가능하다.
101, 114, 124, 134, 144, 154 분해된 가스 주입구
K-111, K-121, K-131, K-141, K-151 압축기
108 공통 구동축
112, 122, 132, 142, 152 압축기 출구
111, 121, 131, 141, 151 압축기 입구
117, 127, 137, 147, 157 냉각수 입구
113, 123, 133, 143, 153 상호 연결 구간(interconnection)
103 냉각수 공급원
104 냉각수 헤더
139 가스 정수기 입구
H-111, H-121, H-131, H-141, H-151 1차 가스 냉각기
H-112, H-122, H-132, H-142, H-152 2차 가스 냉각기
116, 126, 136, 146, 156 중간 생성물 스트림
Z-100 가스 처리 장치
201, 202, 215, 225, 235, 245, 254 분해된 가스 주입구
K-211, K-221, K-231, K-241, K-251 압축기
H-211, H-221, H-231, H-241, H-251 1차 가스 냉각기
H-212, H-222, H-232, H-242, H-252 2차 가스 냉각기
Y-201, Y-211, Y-221, Y-232, Y-241 흡수 냉각기
V-201, V-211, V-221, V-232, V-241 액체 분리기
V-202 액체 분리기
H-201, H-213, H-223, H-233, H-243 사전 냉각기
216, 226, 236, 246, 256 중간 생성물 스트림
273 냉각수 공급원
272 냉각수 헤더
274 급랭수 공급원
275 급랭수 헤더
300 흡수 냉각기
301 응축기
302 냉매 증기
303 발생기
304 응축기 냉각수
305 냉매
306 흡수제
307 가열 유체
308 증발 튜브
309 냉각 튜브
310 증발기
311 흡수기
312 희석된 흡수제
315 열교환기
316 냉각수

Claims (14)

  1. 분해된 가스의 압축을 위한 압축 스테이지(S-202)로서, 상기 압축 스테이지(S-202)는:
    분해된 가스의 가스 성분으로부터 액체 성분을 분리하기 위한 액체 분리 수단(V-201);
    상기 액체 분리 수단(V-201)에 연결되어, 상기 액체 분리 수단(V-201)으로부터의 가스 성분을 압축하기 위한 압축기(K-211);
    상기 압축기(K-211)로부터 압축된 가스를 냉각시키기 위해 압축기(K-211)에 연결되고, 냉각 유체 공급원(273)으로부터의 제1 냉각 유체에 의해 냉각되는 가스 냉각 수단(H-211, H-212);을 포함하고,
    상기 스테이지(S-202)는 상기 액체 분리 수단(V-201)에 연결되고, 분리 전 분해된 가스를 냉각하기 위한, 분해된 가스를 수용하기 위한 주입구(201)를 갖는 가스 사전 냉각 수단(H-201, Y-211, 201)을 더 포함하고,
    상기 가스 사전 냉각 수단(H-201, Y-211) 은 열교환 수단(H- 201) 및 흡수 냉각 수단(Y-211)을 포함하고,
    상기 열교환 수단(H-201)은 상기 흡수 냉각 수단(Y-211)으로부터의 제2 냉각 유체에 의해 냉각되고,
    상기 흡수 냉각 수단(Y-211)은 상기 냉각 유체 공급원(273)으로부터의 제1 냉각 유체 및 가열 유체 공급원(274)으로부터의 온수를 사용하여 제2 냉각 유체를 생성하도록 배열되고,
    상기 흡수 냉각 수단(Y-211)을 위한 제1 냉각 유체는 상기 스테이지의 가스 냉각 수단(H-211, H-212)의 제1 가스 냉각기(H-212)로부터 공급되도록 배열되고,
    상기 흡수 냉각 수단(Y-211)으로부터의 제1 냉각 유체는 상기 압축기(K-211)로부터의 압축된 가스를 냉각하기 위한 제2 가스 냉각기(H-211)에 공급되도록 배열되는,
    분해된 가스의 압축을 위한 압축 스테이지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가열 유체 공급원(274)은 증기 분해기의 급랭 컬럼을 포함하는 분해된 가스의 압축을 위한 압축 스테이지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가열 유체 공급원(274)은 고온의 폐수 공급원인 것인 분해된 가스의 압축을 위한 압축 스테이지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가스 사전 냉각 수단(H-201, Y-211, 201)의 열교환 수단은 냉각기(chiller)를 포함하는 분해된 가스의 압축을 위한 압축 스테이지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 액체 분리 수단(V-201)은 다른 압축 스테이지로부터 유체를 수용하기 위한 유체 입구를 갖는 분해된 가스의 압축을 위한 압축 스테이지.
  6. 제1항에 따른 복수의 계단식 압축 스테이지(cascaded compression stages; S-201, S-202, S-203, S-204, S-205)를 포함하는, 분해된 가스 압축 시스템에 있어서, 첫번째 압축 스테이지(S-201)는 분해된 가스 공급원에 연결된 가스 사전 냉각 수단(H-201, Y-211, 201)을 가지며, 후속 압축 스테이지(S-202)는 선행 압축 스테이지(S-201)의 가스 냉각 수단(H-211, H-212)에 연결된 가스 사전 냉각 수단(H-213, Y-211)을 갖는 분해된 가스 압축 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    각 스테이지(S-201, S-202, S-203, S-204, S-205)의 압축기(K-211, K-221, K-231, K- 241, K-251)는 공통 압축기 구동부에 의해 구동되는 분해된 가스 압축 시스템.
  8. 분해된 가스를 압축하기 위한 방법으로서, 상기 방법은
    액체 분리 수단(V-201) 내 분해된 가스의 가스 성분으로부터 액체 성분을 분리하는 단계;
    압축기(K-211)에서 액체 분리 수단(V-201)으로부터 가스 성분을 압축하는 단계;
    상기 제1 가스 냉각기(H-212)인 가스 냉각 수단(H-212)에서 압축된 가스 성분을 냉각시키는 단계;를 포함하고,
    상기 방법은,
    가스 사전 냉각 수단(H-201, Y-211, 201) 내 액체 분리 수단(V-201)에서 분해된 가스의 가스 성분으로부터 액체 성분을 분리하기 전에 분해된 가스를 사전 냉각하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 가스 사전 냉각 수단(H-201, Y-211, 201)은 열교환 수단(H-201) 및 흡수 냉각 수단(Y-211)을 포함하고,
    상기 방법은,
    상기 흡수 냉각 수단(Y-211)으로부터의 제2 냉각 유체에 의해 상기 열교환 수단(H-201)을 냉각하는 것에 의해 상기 가스 사전 냉각 수단(H-201, Y-211, 201)을 냉각하는 단계, 및 냉각 유체 공급원(273)으로부터의 제1 냉각 유체 및 가열 유체 공급원으로부터의 온수를 사용하여 상기 흡수 냉각 수단(Y-211)에서 제2 냉각 유체를 생성하는 단계를 더 포함하고
    여기서, 상기 흡수 냉각 수단(Y-211)의 제1 냉각 유체는 상기 스테이지의 상기 가스 냉각 수단(H-211, H-212)의 제1 가스 냉각기(H-212)로부터 공급되고,
    여기서 상기 흡수 냉각 수단(Y-211)로부터의 제1 냉각 유체는 상기 압축기(K-211)로부터의 압축 가스를 냉각하기 위한 제2 가스 냉각기(H-211)로 공급되는 분해된 가스를 압축하기 위한 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 흡수 냉각 수단(Y-211)의 상기 가열 유체 공급원(274)로부터의 온수는 70 내지 110 ℃ 범위의 온도를 가지는 분해된 가스를 압축하기 위한 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 온수는 70 내지 95 ℃ 범위의 온도를 가지는 분해된 가스를 압축하기 위한 방법.
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