공정모사를 활용한 추출 분리벽형증류탑 운전최적화 연구 : (4성분계 LPG 회수공정을 중심으로) = A study on operation optimization of extractive divided wall column by process simulation : Focusing on 4-products LPG recovery process

국문 초록 (Abstract)

전통적으로 정유 및 석유화학 업계의 가장 큰 관심사는 투자비와 분리공정에 투입되는 에너지를 최소화하는 것이며, 이에 따른 대안 중 하나로 두 개의 증류탑 기능을 하나로 합친 분리벽형증류탑(Divided Wall Column)이 고안되었다. 그러나 보수적인 업의 특성상 산업계에서 이 새로운 형태의 증류탑은 아직 범용화된 수준은 아니며,실제 학계의 연구는 다양한 공정에 대해 분리벽형 증류탑을 설계, 적용했을 때의 비교에 대한 내용이 주를 이룬다.
본 연구에서는 분리벽형증류탑이 적용되어 상업 가동중인 LPG 회수 공정에 대해 운전최적화에 집중하였다. 특히 본 연구대상 공정은 부생가스로부터 LPG를 회수하기 위하여 추출증류를 수반한 분리벽형증류탑으로서, 탑저에서 탑상으로 되돌아가는 흐름과 내부순환량을 주요변수로 설정하여 사례연구를 수행하였다. 공정모사 프로그램을 활용하여 변수조절에 따른 에너지 투입량 변화를 비롯한 개선결과를 정량적으로 제시하였고, 증류탑 내부에서의 변화를 분석하여 연구결과에 대한 공학적 해석을 뒷받침하고자 하였다. 이 연구 결과를 바탕으로 현장적용 가능한 에너지절감 및 최적 운영안을 제시하고, 나아가 분리벽형 증류탑과에 대한 이해를 높여 추후 타 공정으로 확장적용 가능성을 제시하고자 한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Traditionally, the primary concern in the refining and petrochemical industries has been minimizing investment costs and the energy consumed in separation(distillation) processes. As an alternative to address this, the Divided Wall Column, which combines the functionalities of two distillation columns into one, has been developed. However, due to the conservative nature of the industry, this new type of distillation column has not yet become widely adopted, and academic research primarily focuses on comparative studies of the Divided Wall Column when designed/applied to various processes.
In this study, we concentrated on optimizing process variables from the perspective of energy savings for an LPG recovery process currently in commercial operation, utilizing a Divided Wall Column. Specifically, the process in focus is an Extractive Divided Wall Column aimed at recovering LPG from off gas, with the flow returning from the bottom to the top of the column (heavy wash) set as a key variable for the case study. Using the Aspen Plus process simulation software, we quantitatively present the improvements in energy input associated with variable adjustments and analyze the changes in mass transfer inside the distillation column to support the engineering interpretation of the results. Based on these findings, we propose methodologies for energy savings applicable in the field and further aim to enhance understanding of the Divided Wall Column and extractive distillation, suggesting the potential for expansion to other processes in the future.

목차 (Table of Contents)

• 제 1장 서론 1
• 제 1절 연구배경 및 목적 1
• 제 2절 연구 범위 4
• 제 3절 연구 보고서의 구성 8
• 제 2장 이론적 배경 9
• 제 1절 분리벽형 증류탑 9
• 제 2절 추출 분리벽형 증류탑 11
• 제 3장 연구방법론 15
• 제 1절 공정 개요 17
• 제 2절 공정 시뮬레이션 모델링 24
• 제 3절 다목적 최적화 29
• 제 4장 연구결과 38
• 제 1절 모델 유효성 검증 38
• 제 2절 사례연구 주제 선정 42
• 제 3절 사례연구 결과 46
• 제 5장 결론 82
• 제 1절 요약 및 결론 82
• 제 2절 연구성과 및 의의 84
• 제 3절 향후계획 85
• 참고 문헌 86