자동로그인
컨텐츠 | contents
일반게시판
Q&A게시판
공학 S/W
스터디 | study
단위환산
농도계산
일반화학
화공일반
화공실무

   
  증류탑 과농축 문제 해결 방법 문의.
  글쓴이 : thermo   고유ID : thermo9798     날짜 : 19-04-23 18:06     조회 : 230    
안녕하세요. 현장 개선사항을 찾아보다가 궁금한 점이 있어 문의글 남깁니다.
제품을 생산하는 증류탑(C1) 후단에
Heavy Organic을 제거하고, 제품을 회수하는 증류탑(C2)이 있습니다.

문제는 강제순환식 Reboiler를 설치하여 증류탑 C2의 농축에 의한 fouling을 해결하고자 했으나,
막힘현상 빈번으로 Cleaning 주기가 너무 짧다보니, 강제순환식 Reboiler대신
증류탑에 Live steam을 넣어, 제품의 직접적인 회수가 불가능하게 되었습니다.

C2의 운전 목적이 제품회수 및 Heavy성분 제거에서, 오직 Heavy성분 제거만이 가능하게 됨으로서
제품의 Loss (실질적으로는 recycle 이지만) 측면에서 너무나 안타까운 운전방식인 것 같습니다.
이에 Live steam을 넣는 방법 말고, 다른 좋은 방법이 있을지 의견을 여쭙고자 합니다.
답변 부탁드립니다.

스테파노 Stefano   19-04-23 19:30
(1) C2 Stream에 함께 들어있는 Heavy 성분을 제거하려할 때,  Heavy 성분과 함께 제거되는 Stream에 포함되어 있는 잔류 C2 때문에 손실되는 것을 방지하기 위해 증류탑 후단에 설치되는 Heave Purge Stripping Column을 언급하고 있습니다.

Steam이 가장 저렴하고 분리가 용이하기 때문에 사용되는 것이지요.  여기서 사용되는 Steam은 기능, 특징, 장점은 다음과 같습니다.
1)  Colum 상부에서 흘러내리는 Hydrocarbon(HC)액을  덥혀줌으로써 저비점에게 잠열을 공급
2)  Steam이 공급됨으로써 HC의 분압을 낮추어 줌으로써 저비점 성분이 더 쉽게 증발하여 빠져 나올 수 있도록 함.
3)  Overhead Condenser에서 응축되기 때문에 열전달계수를 높여주는 효과가 있음
4)  Overhaed Condenser에서 HC과 상분리를 일으켜 분리되기 때문에 분리가 용이함
5)  HC중에 물에 잘 녹을 수 있는 성분이 들어있다면 물과 함께 제거되기때문에 Water Soluble 성분의 Washing 효과도 있음.

Steam 대신 N2, CO2, Noncondensable HC 등의 Stripping Gas를 사용하기도 합니다만  위의 1~5의 기능의 대부분 속성을 나타내지 못합니다.

(2) Stripping Steam에 의해  Light Hydrocarbon의 제거가 잘 되고 있다면  Heavy 성분이 너무 걸쭉해져서 막힘현상이 나타나고 있는 모양입니다.  이럴때는...

1) C2 Loss가 조그 늘더라도 Stripping Steam 유량을 줄여본다
2) C2 Stripper 상하 전후단에서 적절한 Diluent Hydrocarbon 을 일부러 넣어줌으로써 점도를 낮추어 주고 잘 흘러내려서 막히지 않도록해준다.
     
thermo    19-04-24 08:54
빠르고 자세한 답변 정말 감사드립니다. :-)
말씀하신 바로 보아, 스팀을 활용하는 것이 가장 저렴하고 용이한 방법이었구나 알게 되었습니다.

다만, Heavy Purge Stripping Column에서 Heavy성분을 제거하고, 열원을 공급하기 위해 Live steam을 넣을 때
스팀(즉, 물)에 잘 녹는 성분이 최종 제품이라면,
최종 제품과 Heavy성분의 분리가 가능하더라도, 최종 제품의 물 함량 증가로 off-spec이 나게 됩니다.

이 때문에 전단으로 Recycle 되는데, 이렇게 직접 열교환으로 제품의 spec이 떨어지는 방법 말고
간접 열교환으로 Heavy Purge Stripping Column에서 on-spec의 제품을 얻을 수 있는 방법이 없을까요?
스테파노 Stefano   19-04-24 09:51
(1) Stripper에서 Light 성분(Strippate)와 Heavy 성분외에 Steam 추가 사용에 의해 3성분이 되는데 앞선 설명에서는 Light 성분과 응축수가 함께 Overhead Vapor로 나와 응축된다고 본 것입니다. 

이 방법을 사용하지 않고 3개의 성분을 1개의 Column으로 분리하고자 한다면 Side-draw로 Water 혹은 Light 성분을 분리해야 하는데 각각의 순도를 높이기가 만만하지 않습니다.   

(2) 따라서 Light 성분이 제품인 경우, (추가 답글에서 설명한 바와 같이)전단으로 순환하는 것 보다,  <별도의 Water-Light 성분을 분리하는 "Dehydration Column"을 두어 대부분 수분을 제거하고 잔류수분은 Desiccant Bed를 이용하여 제거>하는 것이 경제적입니다.  이 방법을 사용하여 보는 것을 고려해 보세요.

(3) "Stripping Column"의 주된 쓰임새는 (a) 제품이 고비점 물질인 경우 <고비점 성분에 남아있는 저비점 성분의 잔량을 On-spec Level 까지 낮추는 목적>, 그리고 (b) 저비점 성분이 원하는 물질인 경우 <고비점에 남아있는 유효 저비점 물질의 회수하는 목적>입니다. 

여기서 (a)의 용도로 사용될 경우에는 On-spec 제품의 <Light 성분 잔량>이 주된 관심사항이고 <잔류 수분>은 그리 중요한 요소가 되지 않습니다.  수분이 문제가 된다면 추가로 수분을 제거하는 공정을 두어 해결하면 될 것입니다.    질문과 과련된 경우가 여기에 해당되는 것으로 보이는데  원래의 질문에서 "과농축"이 문제였다면 Stripping Steam의 양을 줄이면 되겠지만  Stripper Overhead가 제품일 경우라면, <수분제거를 위해 반드시 증류 Column을 사용하는 것만은 아니다> 라는 관점에서 사고의 폭을 넓혀가는 것이 도움됩니다. 

위에서 (b)의 용도로는 고비점에 남아 <손실>되는 유효성분을 가급적 낮추기 위해 많이 사용하는 방법이며 Main Column에서 처리하려면 Reboiler에서 Fouling 문제가 대두될 수 있고 또한 물이 추가됨으로써 수분제거가 문제될 수 있어서 별도의 작은 Column을 추가로 두어 해결하는 방법이며 Solvent Recovery, Sour Water Stripper 등, 적용사례가 많습니다.
     
thermo9798    19-04-24 13:28
답변 감사드립니다.
(1)에 대해 부연설명을 드리자면, Light 성분(제품)에서 Heavy성분을 제거하기 위해 Live Steam을 넣을 때
Light-물이 공비점을 형성하게 됩니다. 전단에서 decanter로 물을 제거하고, 공비점 후단에서는 Drying Column으로
물을 제거하는 컬럼이 존재합니다.

공정 순서 : Decanter - Drying Column - Product Column - Stripping Column

이에 Stripping Column에서 Heavy성분을 제거하고자 Steam을 넣는다면,
제품이 또 다시 공비혼합물을 형성하게 되어 증류탑의 가장 전단으로
되돌아가서 재정제가 되어야 하는 상황입니다. (가장 중요한 부연설명을 미리 드리지 못한 점 죄송합니다.)

따라서 저희 공정의 Product column 후단 Stripping column은 말씀해주신 대로 (3)의 (b)용도로 쓰이는 것인데,
물을 분리하는 별도의 작은 Column을 추가로 두는 것이 해결법이라고 하신 것이지요?
Main Column의 Fouling문제를 해결하기 위해 물이 추가되는 것이 가장 용이한 방법이라고 생각하면 되나요?
Stefano    19-04-24 19:45
(1) Stripping Column
Product Column에서 Heavy 성분을 분리하지 않고 Stripping Column으로 Heavy 성분을 끌고 온 이유가 "골치아픈 성분은 따로 떼처 처리하자"는 철학에서 그리된 것입니다.  이런 목적의 Column을 "Heavy Purge Column"이라고 하는 데 처리량이 작기 때문에 별도의 작은 Column에 해당합니다. 

이 Stripping Column은 Heavy 성분을 제거할 목적으로 제품손실을 최소화 하는데 중점을둔 것이고,  Top으로 분리된 공비혼합물을 Drying Column (필자가 언급했었던 Dehydration Column)으로 되돌려 보내 처리하는 것이지요. 

(2) 바로 앞 추가질문에서 
<..물을 분리하는 별도의 작은 Column을 추가로 두는 것이 해결법이라고..?>라고 했는데  이에 대한 답은..
a) Dehydration Column이 있다면 그럴 필요가 없고 거기서 처리하면 될 것이고, 
b) Distillate가 층분리 되지도 않고 또 Dehydration Column이 없는 경우라면 (어쩔수 없이, 그러나 Heavy 성분이 없는 상태에서 홀가분하게)  물과 제품을 분리하는 Column이 필요할 것이라는 것을 언급한 것이며
c) 만일 Top Distillate가 제품과 층분리되고 층분리하고 얻어진 제품에 남아있는 수분이라면 굳이 Column을 사용하지 말고 재생가능한 (액상 수분건조 Desiccant Bed 사용) 건조기를 사용하는 것이 좋을 것이라는 것을 설명했던 것이지요.   

(3) <..Main Column의 Fouling문제를 해결하기 위해 물이 추가되는 것이 가장 용이한 방법이라고 생각하면..?>
맞습니다.  여기서의 Main Column은 Product Column 혹은 Stripping Column이 될 터인데  Main Column에 Steam을 투입하는것은 (일이 커지기 때문에) 적절하지 않으므로 Product Column Bottom에서 Heavy 성분을 완전히 쫄여(?) 냄으로써 Fouling 문제로 골치 썩이지 말고 (제품이 꽤 남아있는 Bottom성분을) Stripping Column으로 꺼내온 다음 여기서 Steam Stripping 처리하는 것이 가장 합리적인 해결책인 것으로 봅니다. 

Produce Column에서도 Fouling문제가 생기는 경우라면 여기서는 Steam을 사용하지 않고 중합방지제를 Column Top에 투입하는 방법도 있습니다. 

혹시.. Dehydration Column에서 물이 상부로 배출되고 있다면 물의 증발잠열이 대단히 커서 에너지 손실이 아주 큽니다.  이런경우 물을 하부로 배출되도록 하기 위해 추출증류 방법을 이용하고 있지 않나요?  탈수탑에서 물의 잠열이 일반 HC의 5~6배 정도 되기 때문에 관심을 가지고 운전해야 합니다.
코멘트입력
   

Copyright 1999.07.10-Now ChemEng.co.kr & 3D System Engineering. (mail : ykjang@naver.com, call 010-4456-8090)