[논문]메탄올을 이용한 올레핀 생산 분리공정의 기술 및 경제성 분석

박종현; 정영민; 한명완

doi:10.9713/kcer.2020.58.1.69

메탄올을 이용한 올레핀 생산 분리공정의 기술 및 경제성 분석
Techno-Economic Analysis of Methanol to Olefins Separation Processes 원문보기

Korean chemical engineering research = 화학공학, v.58 no.1, 2020년, pp.69 - 83

박종현 (충남대학교 공과대학 응용화학공학과) , 정영민 (충남대학교 공과대학 응용화학공학과) , 한명완 (충남대학교 공과대학 응용화학공학과)

초록
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경질 올레핀은 중요한 석유화학제품일 뿐 아니라 다양한 화학 중간체들을 위한 기본 구성체이다. 최근 에틸렌이 생산 제품의 대부분을 차지하는 Ethane Cracking Center (ECC) 공정이 크게 늘어남에 따라 프로필렌 공급이 매년 꾸준히 증가하는 프로필렌 수요를 따라잡지 못하고 있다. 이에 따라 프로필렌의 수요를 따라잡기 위하여 메탄올로부터 올레핀으로 전환하는 기술이 보다 중요하게 되었다. Methanol to olefins (MTO) 공정은 합성가스를 통해 메탄올을 생산하고 메탄올로부터 프로필렌 등 올레핀을 생산한다. 메탄올을 올레핀으로 전환하는 반응은 사용되는 촉매에 따라 다른 반응생성물 조성을 갖기 때문에 생성물에 따른 적절한 분리 방법이 고려되어야 한다. 따라서 네 가지의 대표적인 반응 생성물 조성들에 대하여 네 가지의 분리공정 대안들을 Aspen plus를 이용하여 모사하였다. 또한 모사 결과를 바탕으로 기술적 경제적 분석을 통하여 MTO 공정의 반응 생성물 조성에 대한 각 분리공정의 성능을 평가하였으며, 이를 통해 MTO 공정의 반응기에서 생산되는 생성물 조성에 따라 적합한 분리공정 선정을 위한 지침을 제시하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Light olefins are important petrochemicals as well as primary building blocks for various chemical intermediates. As the number of ethane cracking center (ECC) process, in which ethylene accounts for most of the production, has increased in recent years, propylene supply is not catching up with steadily increasing propylene demand. This trend makes the conversion of methanol to olefins to get more industrial importance. The methanol to olefins (MTO) process produces methanol through syngas and obtain olefins such as propylene through methanol. Since the reaction from methanol to olefins provides different product compositions depending on the catalyst used for the reaction, it is important to choose an appropriate separation process for the reaction product with different composition. Four different separation processes are considered for four representative cases of product compositions. The separation processes for the reaction products are evaluated by techno-economic analysis based on the simulation results using Aspen plus. Guidelines are provided for selecting a suitable separation process for each of representative case of product compositions in the MTO process.

주제어

표/그림 (20)

표 Table 1. Typical product compositions for different olefin producing processes
표 Table 2. The type, conditions and cost of the utilities used in the process simulation
표 Table 3. Compositions of the reactor effluent in MTO process
$Fig. 1. Mole fraction profile of products for various modified H-ZSM-5 catalyst in the MTO reaction (O: olefin, P: paraffin).$ 그림 Fig. 1. Mole fraction profile of products for various modified H-ZSM-5 catalyst in the MTO reaction (O: olefin, P: paraffin).
표 Table 4. Product stream specification in MTO process
그림 Fig. 2. Membrane process flow diagram for gas separation in hybrid membrane/distillation system.
그림 Fig. 3. Process flow diagram of propylene and ethylene refrigeration.
그림 Fig. 4. Process flow diagram of cryogenic separation combined with conventional splitter process.
그림 Fig. 5. Process flow diagram of adsorption separation combined with conventional splitter process.
그림 Fig. 6. Process flow diagram of cryogenic separation combined with hybrid membrane/distillation process.
그림 Fig. 7. Process flow diagram of absorption separation combined with hybrid membrane/distillation process.
그림 Fig. 8. E-3 ethylene refrigerants duty for different reactor effluent compositions.
그림 Fig. 9. Variation of (a) condenser temperature and (b) ethylene flow rate in distillate stream with reflux ratio in demethanizer.
그림 Fig. 10. The refrigerants flow rate and required electricity utility duty of ethylene refrigeration process for different reactor effluent compositions.
그림 Fig. 11. The required C₃-solvent flow rate in absorption process for different reactor effluent compositions.
그림 Fig. 12. The utility energy duties in absorption process for different light ends compositions: (a) propylene refrigerants duty; (b) utility duty.
그림 Fig. 13. Condenser and reboiler duties in the splitter for different paraffins compositions: (a) cryogenic separation combined with splitter; (b) absorption separation combined with splitter.
그림 Fig. 14. Condenser and reboiler duties in the splitter and HMD for different paraffins compositions: (a) cryogenic separation combined with splitter and HMD; (b) absorption separation combined with splitter and HMD.
그림 Fig. 15. Capital expenditures and operating expenditures of the separation processes for different reactor effluent compositions: (a) case 1; (b) case 2; (c) case 3; (d) case 4.
그림 Fig. 16. Total annual costs of separation processes for different reactor effluent compositions: (a) case 1; (b) case 2; (c) case 3; (d) case 4.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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