처리되는 유량과 제어되는 위험 대비 회수 이점이 가장 큰 곳에 증기 회수 작업을 배치하십시오. 가치 있는 제품이나 미반응 원료가 손실되는 경우 퍼지 흐름(purge stream)에 회수 장치를 설치하십시오. 불순물이 반응기 성능이나 촉매 수명을 위협하는 경우 가스 재순환 흐름(gas-recycle stream)에 설치하고, 두 가지 목적을 모두 해결해야 하는 경우 플래시 증기 흐름(flash vapor stream)에 배치하십시오.
증기 회수 장치의 배치는 물질 보존, 재순환 순도, 장비 크기 및 오염 제어 간의 흐름도 상의 절충안입니다. 문제를 해결할 수 있는 가장 작은 흐름에서 회수하되, 부식성, 독성, 중합성 또는 동결 형성 물질은 하류 장비를 보호하기 위해 충분히 일찍 제거하십시오.
공정 문제에서 시작하십시오
퍼지에서 가치 있는 물질 회수
퍼지 흐름은 불활성 또는 원치 않는 성분이 재순환 루프에 축적되는 것을 방지합니다. 또한 공정에서 가치 있는 제품이나 미반응 원료가 외부로 유출될 수도 있습니다.
이러한 손실이 경제적으로 중요할 때, 회수 장치는 퍼지 라인에 위치해야 합니다. 퍼지는 일반적으로 실용적인 배치 옵션 중 유량이 가장 낮으므로, 이 구성은 종종 장비 크기, 유틸리티 및 자본 비용을 최소화합니다.
반응기 및 촉매 보호
재순환 루프는 반복적인 통과를 통해 미량의 불순물을 농축할 수 있습니다. 적은 양이라도 촉매 활성을 감소시키거나, 제품 선택성을 변경하거나, 허용할 수 없는 반응기 운전 조건을 초래할 수 있습니다.
이 경우, 가스가 반응기로 돌아오기 전에 가스 재순환 흐름에 증기 회수 또는 정제 작업을 배치하십시오. 주된 목적은 제품 회수가 아니라 적절한 재순환 조성을 유지하는 것입니다.
손실 및 오염 문제 해결
공정에 상당한 퍼지 손실과 유해한 불순물 축적이 모두 있는 경우, 플래시 분리기 직후의 증기 흐름에 회수 장치를 설치하십시오.
이 위치는 결합된 플래시 증기가 퍼지 및 재순환 흐름으로 나뉘기 전에 처리할 수 있습니다. 이는 물질 회수와 재순환 보호를 모두 해결하지만, 장치는 퍼지 전용 시스템보다 더 큰 유량을 처리해야 합니다.
흐름 구성 및 유량을 사용하여 위치 선택
관련 흐름 부하 비교
동일한 분리 기술이라도 설치 위치에 따라 비용이 크게 다를 수 있습니다. 퍼지에 설치된 장치는 일반적으로 재순환 또는 플래시 후 증기 흐름에 설치된 장치보다 적은 양의 가스를 처리합니다.
유량이 낮으면 장비 부피, 막 면적, 흡수기 크기, 압축기 부하, 응축기 부하 및 관련 유틸리티 소비를 줄일 수 있습니다. 이러한 절감 효과는 더 작은 흐름에 제거해야 할 모든 물질이나 오염 물질이 포함되어 있는지 여부와 비교하여 고려해야 합니다.
회수해야 할 대상 식별
회수 대상은 응축 가능한 제품, 미반응 원료 성분 또는 기타 가치 있는 물질일 수 있습니다. 농도, 상 거동 및 회수 방법과의 호환성에 따라 응축, 흡수, 극저온 분리 또는 막 투과법 중 적절한 방법이 결정됩니다.
물리적 특성 방법은 끓는점, 상대 휘발도 또는 가스 용해도의 차이를 이용합니다. 화학적 방법은 화학적 흡수, 촉매 산화 또는 촉매 수소화와 같은 선택적 반응성을 이용합니다.
제거해야 할 대상 식별
일부 물질은 경제적 가치보다는 위험성이나 장비에 미치는 영향 때문에 중요합니다. 부식성, 독성, 중합성 및 동결되기 쉬운 오염 물질은 흐름도 순서를 정할 때 명시적으로 고려해야 합니다.
예를 들어, H2S, 이산화탄소 및 수분은 부식, 동결, 파울링, 열화 또는 안전하지 않은 운전을 유발할 수 있는 경우 저온 또는 막 작업 전에 제거해야 할 수 있습니다.
회수 최적화 전 보호 순서 지정
손상 유발 물질 조기 제거
선호되는 배치가 항상 유량이 가장 낮은 지점은 아닙니다. 오염 물질이 하류 장비를 손상시킬 수 있는 경우, 처리 흐름이 더 크더라도 해당 장비 앞에 제거해야 합니다.
조기 오염 물질 제거는 나머지 분리 트레인을 보호하고 회수 장치가 파울링, 부식, 막힘 또는 위험한 노출의 원인이 되는 것을 방지합니다.
저온 작업 보호
극저온 및 기타 저온 작업은 동결되거나 고체화되는 성분에 특히 민감합니다. 수분과 동결되기 쉬운 이산화탄소가 일반적인 예입니다.
이러한 물질은 저온 장치 상류에서 제어되어야 합니다. 그렇지 않으면 효율적인 회수 작업이 막힘, 용량 손실 또는 강제 가동 중단으로 이어질 수 있습니다.
막 및 반응 장치 보호
막은 막 재질 및 작동 범위와 호환되는 공급 조건이 필요합니다. 반응성 오염 물질은 촉매 또는 화학적 처리 단계도 방해할 수 있습니다.
따라서 흐름도는 하류 회수 작업이 여전히 포집할 수 있는 형태로 대상 성분을 보존하면서 민감한 장치 앞에 전처리를 배치해야 합니다.
흐름도를 물리적 및 경제적으로 명확하게 유지
각 작업을 개별적으로 표현
각 흐름도 블록은 하나의 물리적 또는 화학적 작업을 나타내야 합니다. 혼합, 반응, 플래싱, 흡수, 응축 및 분리는 작업 및 설계 제약 조건이 다를 때 모호한 블록으로 결합되어서는 안 됩니다.
이렇게 하면 증기 회수 작업의 위치가 명확해지고 각 장치가 자체 물질 수지, 에너지 수지, 운전 조건 및 장비 평가를 받을 수 있습니다.
흐름을 완전히 라벨링
흐름 라벨은 유량, 온도, 압력 및 적절한 경우 상을 포함하여 조성과 관련 물리적 조건을 식별해야 합니다.
배치 결정은 이러한 특성에 따라 달라집니다. 몰 유량은 작지만 가치 있는 응축 성분의 농도가 높은 퍼지는 동일한 성분의 농도가 낮은 더 큰 재순환 흐름보다 더 매력적일 수 있습니다.
질량 보존 유지
제안된 모든 회수 위치는 관련 장치 전반에 걸쳐 물질 보존을 만족해야 합니다. 회수된 제품, 제거된 불순물, 퍼지 가스, 재순환 가스 및 모든 부산물 또는 폐기물 흐름은 명시적으로 표현되어야 합니다.
불완전한 흐름도 수지로 인해 유익해 보이는 회수 장치는 회수율, 배출량, 재순환 조성 및 경제성에 대해 오해의 소지가 있는 추정치를 생성할 수 있습니다.
절충안 이해
퍼지 배치는 비용을 절감하지만 보호를 제한할 수 있음
퍼지 라인 회수는 일반적으로 흐름 처리량과 장비 크기를 최소화합니다. 그러나 반응기에 영향을 미치기 전에 재순환 루프에서 불순물을 제거하지 못할 수 있습니다.
따라서 주요 문제가 가치 있는 물질 손실일 때 적절하며, 지속적인 불순물 제어가 필요한 경우에는 적절하지 않습니다.
재순환 배치는 반응기를 보호하지만 효율적인 회수가 어려울 수 있음
재순환 라인 처리는 반응기로 돌아가는 가스를 직접 제어합니다. 이는 촉매 피독, 선택성 손실 또는 반응기 불안정성이 지배적인 위험일 때 올바른 우선순위입니다.
절충안은 장치가 퍼지 전용 시스템보다 더 많은 흐름을 처리할 수 있으며 지속적인 작동, 추가 유틸리티 또는 더 까다로운 불순물 사양이 필요할 수 있다는 점입니다.
플래시 후 배치는 더 많은 흐름을 처리함
플래싱 직후의 처리는 회수 및 재순환 순도 문제를 모두 해결할 수 있습니다. 또한 흐름 분할 전에 분리 작업을 중앙 집중화할 수 있습니다.
단점은 더 높은 부피 처리량으로 인해 압축기, 응축기, 흡수기, 막 또는 분리기 요구 사항이 증가할 수 있다는 것입니다. 이 배치는 하나의 작업으로 두 가지 문제를 해결하는 가치에 의해 정당화되어야 합니다.
회수가 정당화되지 않을 수 있음
퍼지 손실이 경제적으로 미미하고 불순물이 재순환 루프에서 유해한 수준으로 축적되지 않는 경우 증기 회수 장치는 필요하지 않습니다.
성분이 존재한다는 이유만으로 회수 시스템을 추가해서는 안 됩니다. 그 가치는 회수 가능한 양, 제품 가치, 환경 또는 안전 의무, 반응기 요구 사항, 운전 비용 및 흐름을 처리하지 않았을 때의 결과에 따라 달라집니다.
분리기 형상은 별도의 설계 질문
회수 장치 상류의 수직 기-액 분리기는 L/D = 3에 가까운 종횡비로 설계할 수 있으며, 약 2.5에서 5의 더 넓은 실용적 범위를 가집니다. 액체 홀드업은 일반적으로 절반이 찼다고 가정할 때 약 5에서 10분 동안 평가되며, 와이어 메쉬 디미스터를 사용하여 액체 비산을 제한할 수 있습니다.
이는 장비 크기 조정 휴리스틱이지 퍼지, 재순환 및 플래시 후 배치 사이에서 선택하기 위한 규칙이 아닙니다. 배치 결정이 우선이며, 분리기 치수와 내부 구조는 선택된 흐름도와 운전 조건에 따라 결정됩니다.
프로젝트에 적용하는 방법
개념 설계 중에 다음 결정 논리를 사용하십시오.
- 주된 초점이 가치 있는 제품 손실 최소화인 경우: 재순환 불순물이 더 빠른 처리를 요구하지 않는다면 퍼지 흐름에 회수 장치를 배치하십시오.
- 주된 초점이 반응기 또는 촉매 보호인 경우: 가스 재순환 흐름이 반응기로 돌아가기 전에 회수 또는 정제 장치를 배치하십시오.
- 주된 초점이 물질 손실 및 불순물 축적 문제 해결인 경우: 퍼지 및 재순환 흐름으로 나뉘기 전 플래시 증기 흐름에 회수 장치를 배치하십시오.
- 주된 초점이 하류 저온 또는 막 장비 보호인 경우: 민감한 작업 상류에서 부식성, 독성, 중합성 또는 동결되기 쉬운 물질을 제거하십시오.
- 주된 초점이 불필요한 자본 및 운전 비용 최소화인 경우: 퍼지 손실과 재순환 오염이 모두 미미함이 입증되면 증기 회수를 생략하십시오.
올바른 배치는 공정에 필요한 것보다 더 큰 흐름에 회수 비용을 부과하지 않으면서 가장 필요한 시점에 제어 공정 문제를 해결하는 것입니다.
요약 표:
| 공정 우선순위 | 권장 배치 | 주요 이점 | 핵심 절충안 |
|---|---|---|---|
| 가치 있는 제품 또는 원료 손실 감소 | 퍼지 흐름 | 더 작은 장비 및 낮은 유틸리티 비용 | 재순환 루프를 불순물로부터 보호하지 못할 수 있음 |
| 반응기 또는 촉매 보호 | 반응기 전 가스 재순환 흐름 | 불순물 축적 제어 및 재순환 품질 유지 | 더 많은 흐름을 처리하며 지속적인 처리가 필요할 수 있음 |
| 회수 및 오염 문제 해결 | 퍼지/재순환 분할 전 플래시 증기 흐름 | 두 목적을 위한 중앙 집중식 처리 | 더 높은 처리량 및 장비 비용 |
| 극저온, 막 또는 민감한 장비 보호 | 민감한 장치 상류 | 동결, 파울링, 부식 또는 손상 방지 | 전처리에 더 큰 흐름이 필요할 수 있음 |
| 불필요한 투자 방지 | 회수 장치 없음 | 정당화되지 않은 자본 및 운전 비용 제거 | 손실 및 오염이 미미한 경우에만 적절 |
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