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한상섭,범희태,고창현,박종호,조순행,김종남,심규송,최선 한국화학공학회 2007 화학공학의이론과응용 Vol.10 No.1
현재 나프타분해공장에서 프로필렌을 분리생산하기 위해 220단∼260단의 증류탑을 이용하기 때문에 석유화학 분야에서 대표적인 에너지 다소비 공정일 뿐만 아니라 투자비가 많이 요구되고 있다. 본 연구에서는 프로필렌 선택성 흡착제를 직접 제조한 후, 이 흡착제가 충진된 PSA장치를 사용하여 프로필렌과 프로판 성분의 분리성능을 살펴보았다. PSA장치는 2.5cm(ID)x100cm(L)의 제원을 가지는 3개의 흡착탑으로 구성되어 있으며, 흡착탑의 온도조절을 위하여 흡착탑 외부에 heating jacket을 설치하였다. 3개의 흡착탑에는 프로필렌 선택성 은화합물 흡착제를 충진하였다. 그리고 나프타분해공정을 거치고 메틸아세틸렌(MA)과 프로파다이엔(PD) 제거단계를 거친 가스를 대상원료(에탄 25ppmv, 프로필렌 94.8vol%, 프로판 4.8vol.%, MAPD & C4``s 100ppmv, C6+ 0.40vol.%)로 하였다. 프로필렌 분리를 위해 흡착단계-린스단계-탈착/제품생산단계-축압단계로 공정을 구성하였고, 가열자켓을 사용하여 흡착탑 온도를 70℃로 조절한후 공정실험을 수행하였다. 흡착압력을 900mmHg, 최저탈착압력을 45mmHg로 하면서 원료유량을 2000sccm으로 하였을때 프로필렌 제품을 99.8 vol.% 이상의 순도로 얻을 수 있었고, 이때 프로필렌 회수율은 83% 이었다.
김종남,범희태,한상섭,고창현,조순행,이성준,박덕수,최선 한국화학공학회 2007 화학공학의이론과응용 Vol.10 No.2
석유화학산업에서 가장 많이 사용되는 기초원료인 에틸렌과 프로필렌을 생산하는 나프타분해공정 (NCC)은 나프타를 열분해하고 저온 증류공정으로 분해가스를 분리정제하므로 석유화학산업에서 단일공정으로 에너지 소비가 가장 높은 공정이다. NCC에서 프로필렌을 정제하는 C3 splitter는 에탄과 에틸렌의 비점차가 작아서 220~260단의 증류탑으로 이루어져 있어서 투자비와 에너지 소비가 많은 공정으로서 이를 저투자비, 저에너지공정인 흡착이나 막분리기술로 대체하려는 연구가 시도되고 있다. 본 연구에서는 프로필렌을 선택성 흡착하는 π착제 흡착제를 개발하고 이를 이용한 3탑식 PSA로 프로판/프로필렌 분리공정을 개발하였다. aluminosilica에 AgNO3를 함침한 흡착제의 프로필렌 흡착량은 25℃, 3 atm에서 2.3 mmol/g이었고, 프로판에 대한 프로필렌의 선택도는 3.2이었다. C3 splitter 원료가스에서 프로필렌을 정제하는 PSA공정의 성능은 흡착탑의 온도가70℃ 정도 일때 가장 좋았고, 99.5%의 프로필렌을 96%의 회수율로 생산하였다.
한상섭,범희태,고창현,김종남,조순행 한국화학공학회 2007 화학공학의이론과응용 Vol.10 No.2
LDPE공정배가스로부터 에틸렌을 회수하여 직접 제품화하기 위해서는 에틸렌제품 순도를 일정 농도 이상으로 얻는 것뿐만 아니라 다른 불순물의 허용치를 만족시켜야 한다. 흡착식 에틸렌정제기술을 사용하여 에틸렌을 순도 99.95 mol%로 분리정제하면서 동시에 이산화탄소(CO2) 불순물의 허용 한계치 (최대 10 molppm)을 만족시키기 위해서는 에틸렌을 정제하기 위한 주분리정제공정에 유입되기 전에 CO2 성분을 전처리기술에 의해 미리 제거되어야 한다. 일례로 LDPE공정 배가스는 여러 가지 불순물을 포함하고 있으나 그중에서 CO2 성분는 최소300 molppm에서 최대 4000 molppm을 포함하고 있다. 본 연구에서는 이와 같은 배가스로부터 CO2 제거를 위한 전처리방법으로 흡착기술을 적용하였다. 흡착식 전처리를 위하여 두가지 흡착제가 충진된 2탑식 공정을 사용하였고, 탈착시에는 가열하여 80℃로 유지하였다. 전처리과정에 의해 처리된 가스는 4탑식(혹은 3탑식) 공정으로 구성된 주분리흡착공정에 유입하여 최종 에틸렌제품의 순도를 99.95% 이상으로 유지하면서 이때 CO2 함유량을 10 molppm이하로 유지되도록 하는 흡착식 연속 공정실험 결과를 얻을 수 있었다.