게시판 > 질답게시판 > High pressure column & Low pressure column

스테파노 Stefano

17-07-03 15:45

문자그대로 고압과 저압으로 운전되는 Column을 언급할 터인데 왜 굳이 두개의 다른 압력으로 운전되는가가 궁금할 것입니다

반응기 부분과 묶여져 저압으로 운전되는 Column과 반응혼합물 중의 NO2를 물에 흡수하는 탑의 압력이 다른 이유를 묻는 것이라고 보면 전자는 반응기와 Recycle Gas의 압력조건에 맞추어 운전되기 때문에 압력이 낮게 운전되고 후자는 흡수탑의 성능을 높이기 위하여 고압으로 운전된다고 봐야 하겠지요.

고압흡수탑을 쓰는 이유는 가스 흡수는 고압, 저온에서 더 흡수가 잘 일어나기 때문에 압력이 높은 까닭이고 저압에서 흡수탑을 사용하려면 황산과 같은 Entrainer를 사용하여 추출증류를 해야 합니다. 질문공정에서 추출증류를 사용하고 있는지 그렇지 않은지 궁금합니다. 공정에 대해 설명을 곁들여 질문해 주시면 답변에 도움이 될 것입니다.

위드기타 withguitar

17-07-04 13:46

답변 감사드립니다 스테파노님^^

저희 회사에서 공정에서 나온 Nitrous vapor를 Absortion하여 액화시킨 질산의 농도를 High pressure column(현재 0.1barg, 100degC로 운전 중)에서 5barg steam으로 열교환하여 농축시키고, 이를 다시 Low pressure column(100torr, 50~60degC)로 Feed하여 다시 원하는 농도로 질산을 농축시킨 후 저장탱크로 Feed하고 있습니다.
제가 알고 있기로는 Low pressure column은 압력을 진공상태로 만들어 유체의 끓는점을 감소시켜 쉽게 기화하게 하여 농축에 사용되는 Steam사용량을 줄이는 것으로 알고 있습니다.
같은 질산 농축공정인데 High pressure column & Low pressure column가 구체적으로 어떻게 다른지, 왜 그런지 궁금해서 질문드렸습니다.

제가 기계쪽이라 공정이 약하네요;;;

스테파노 Stefano

17-07-05 13:49

(1) 상업화 되어있는 질산제조공정에는 약15 종이 있는데 이중 10개의 Process는 반응기와 Column의 압력이 비슷한 조건으로 운전된다고 합니다.

질산합성반응의 첫 반응(4NH3 + 5O2 --> 4NO + 6H2O)이 부피가 늘어나는 발열반응이기 때문에 "평형이동의 법치"에 따라 반응기의 압력은 낮을수록 반응전환율은 높을 것이나 반응장치가 커지고 생성되는 질산의 농도가 묽기 때문에 반응은 저압, 흡수는 고압으로 운전하는 방법이 고안된 것으로 봅니다. 흡수공정은 온도가 낮을수록, 압력이 높을수록 흡수가 잘 일어납니다.

결과적으로 전체적인 공정의 장치투자비용과 에너지의 이용효율성, 생성제품의 농도, 등을 함께 고려하여 적절한(최적의) 운전압력이 결정될 것으로 봅니다.

(2)대체적인 질산공정의 흐름은 ..

주로 반응기의 압력은 대기압 상태~9기압정도이고 만일 반응기 압력이 저압 (3기압 이하)인 경우라면 반응혼합가스를 열회수(과열 스팀발생)하고 냉각응축 시킨다음 미응축 가스(NO, NO2, N2O4)를 압축기로 압축, 냉각하여 고압으로 운전되는 흡수탑으로 보내져 여기에서 질산이 생산됩니다.

그런데.. 질문과 관련된 공정의 운전조건이 좀 혼동스럽습니다. 예를들어...
1) <공정에서 나온 Nitrous vapor를 Absortion하여 액화시킨 질산..>이라고 하여 반응기 출구에 별도의 흡수탑이 있는 것으로 설명되어 있고
2) <High pressure column(현재 0.1barg, 100degC로 운전 중)..>와 같이 대기압에 가까운 압력을 High Pressure 라고 언급하고 있고
3) <..5barg steam으로 열교환하여 농축시키고..>라고 "Steam을 사용하여 열교환함으로 농축.."하는 것으로 묘사되어 있고
4) <..Low pressure column(100torr, 50~60degC)로 Feed하여 다시 원하는 농도로 질산을 농축시킨 후 저장탱크..> 로 생산하는 것으로 설명하고 있습니다.

그러므로 고압-저압의 혼동스러움. Low Pressure에서 농축 ... 등의 설명이 좀처럼 이해되지 않습니다.

(3) 앞 질문의 마지막 부분 ..<Low pressure column은 압력을 진공상태로 만들어 유체의 끓는점을 감소시켜 쉽게 기화하게 하여 농축에 사용되는 Steam사용량을 줄이는 것으로 알고 ...> 와 같이 이해하는것은

저온의 공정폐열(예를 들어 Condensate, 온수, 등..)이 있을 경우 이를 Reboiler 열원으로 이용하려고 할 경우 Column의 압력을 낮추어 끓는 점을 낮추어 증류탑이 운전되도록 하기 위한 방법의 하나입니다.

반응기(암모니아 산화탑) 후단의 분리공정에 사용하는 Column이 <농축 증류탑(Distillation Column)>인지, <흡수탑(Absorption Column)>인지 <저비점 분리탑(Low Boiler Stripper)>인지 구분해 보도록 해야 할 것이므로 추가 보충설명 하거나 개략 공정도라도 올려주어야 이해할 수 있을 것 같습니다.

(1) 상업화 되어있는 질산제조공정에는 약15 종이 있는데 이중 10개의 Process는 반응기와 Column의 압력이 비슷한 조건으로 운전된다고 합니다.

질산합성반응의 첫 반응(4NH3 + 5O2 --> 4NO + 6H2O)이 부피가 늘어나는 발열반응이기 때문에 "평형이동의 법치"에 따라 반응기의 압력은 낮을수록 반응전환율은 높을 것이나  반응장치가 커지고 생성되는 질산의 농도가 묽기 때문에 반응은 저압, 흡수는 고압으로 운전하는 방법이 고안된 것으로 봅니다.    흡수공정은 온도가 낮을수록, 압력이 높을수록 흡수가 잘 일어납니다.

결과적으로 전체적인 공정의 장치투자비용과 에너지의 이용효율성, 생성제품의 농도, 등을 함께 고려하여 적절한(최적의) 운전압력이 결정될 것으로 봅니다.

(2)대체적인 질산공정의 흐름은 ..

주로 반응기의 압력은 대기압 상태~9기압정도이고 만일 반응기 압력이 저압 (3기압 이하)인 경우라면 반응혼합가스를 열회수(과열 스팀발생)하고 냉각응축 시킨다음 미응축 가스(NO, NO2, N2O4)를 압축기로 압축, 냉각하여 고압으로 운전되는 흡수탑으로 보내져 여기에서 질산이 생산됩니다.

그런데.. 질문과 관련된 공정의 운전조건이 좀 혼동스럽습니다.  예를들어...
1) <공정에서 나온 Nitrous vapor를 Absortion하여 액화시킨 질산..>이라고 하여 반응기 출구에 별도의 흡수탑이 있는 것으로 설명되어 있고
2) <High pressure column(현재 0.1barg, 100degC로 운전 중)..>와 같이 대기압에 가까운 압력을 High Pressure 라고 언급하고 있고
3) <..5barg steam으로 열교환하여 농축시키고..>라고 "Steam을 사용하여 열교환함으로 농축.."하는 것으로 묘사되어 있고
4) <..Low pressure column(100torr, 50~60degC)로 Feed하여 다시 원하는 농도로 질산을 농축시킨 후 저장탱크..> 로 생산하는 것으로 설명하고 있습니다.

그러므로 고압-저압의 혼동스러움.  Low Pressure에서 농축 ... 등의 설명이 좀처럼 이해되지 않습니다.

(3) 앞 질문의 마지막 부분 ..<Low pressure column은 압력을 진공상태로 만들어 유체의 끓는점을 감소시켜 쉽게 기화하게 하여 농축에 사용되는 Steam사용량을 줄이는 것으로 알고 ...> 와 같이 이해하는것은

저온의 공정폐열(예를 들어 Condensate, 온수, 등..)이 있을 경우 이를 Reboiler 열원으로 이용하려고 할 경우 Column의 압력을 낮추어 끓는 점을 낮추어 증류탑이 운전되도록 하기 위한 방법의 하나입니다.

반응기(암모니아 산화탑) 후단의 분리공정에 사용하는 Column이 <농축 증류탑(Distillation Column)>인지, <흡수탑(Absorption Column)>인지 <저비점 분리탑(Low Boiler Stripper)>인지 구분해 보도록 해야 할 것이므로 추가 보충설명 하거나 개략 공정도라도 올려주어야 이해할 수 있을 것 같습니다.