(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナフサクラッキング反応器に原料として注入するために液状プロパンを気化させる方法であって、
Ｓ１）液状プロパンを減圧して気化点を下げて液状プロパンの少なくとも一部を気化させるステップと、
Ｓ２）前記液状プロパンの気化による気化熱を冷媒として用いるステップと、
Ｓ３）前記気化されたプロパンを圧縮してガスの圧力を高めるステップと、
Ｓ４）前記圧縮されたプロパンガスを予熱するステップと、を含む、液状プロパンの気化方法。
【請求項２】
前記減圧ステップＳ１）で液状プロパンの圧力を７ｋｇ／ｃｍ2Ｇ以下に減圧させ、前記ステップＳ２）で液状プロパンによる気化熱を用いて２０℃未満の冷媒として使用する、請求項１に記載の液状プロパンの気化方法。
【請求項３】
前記減圧ステップＳ１）で液状プロパンの圧力を１ｋｇ／ｃｍ2Ｇ以下に減圧させ、前記ステップＳ２）で液状プロパンによる気化熱を用いて−２０℃以下の冷媒として使用する、請求項１に記載の液状プロパンの気化方法。
【請求項４】
前記ステップＳ２）で液状プロパンの減圧による気化熱を用いた冷媒の活用量がプロパン１ｔｏｎ／ｈｒ当たり０．０５Ｇｃａｌ／ｈｒ以上である、請求項１〜３のいずれかに記載の液状プロパンの気化方法。
【請求項５】
前記ステップＳ３）でプロパンガスは７ｋｇ／ｃｍ2Ｇ以上の圧力に圧縮される、請求項１〜４のいずれかに記載の液状プロパンの気化方法。
【請求項６】
前記ステップＳ３）でプロパンガスの圧縮のためのシャフトワーク（Ｓｈａｆｔｗｏｒｋ）がプロパン１ｔｏｎ／ｈｒ当たり１ｋＷ〜５０ｋＷである、請求項１〜５のいずれかに記載の液状プロパンの気化方法。
【請求項７】
前記ステップＳ４）で圧縮されたプロパンガスの予熱のために消耗されるスチームの消耗量がプロパン１ｔｏｎ／ｈｒ当たり０．０８Ｇｃａｌ／ｈｒ以下である、請求項１〜６のいずれかに記載の液状プロパンの気化方法。
【請求項８】
前記ステップＳ３）で圧縮されたプロパンガスは、ステップＳ４）で１００℃以上の温度に予熱される、請求項１〜７のいずれかに記載の液状プロパンの気化方法。
【請求項９】
液状プロパンを気化させてナフサクラッキング反応器に注入するための気化装置であって、
液状プロパンを減圧して気化点を下げて液状のプロパンの少なくとも一部を気化させる減圧装置と、
前記液状プロパンの気化による気化熱を活用するための熱交換器と、
前記減圧されたプロパンガスを圧縮させる圧縮機と、
前記圧縮されたガスを予熱させる予熱装置と、を具備する液状プロパンの気化装置。
【請求項１０】
前記予熱装置がスチーム（ｓｔｅａｍ）を熱源として使用するものである、請求項９に記載の液状プロパンの気化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１７年１１月２４日付で出願された韓国特許出願第１０−２０１７−０１５８６３１号及び２０１８年８月３０日付で出願された韓国特許出願第１０−２０１８−０１０２５０７号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されている全ての内容は、本明細書の一部として組み込まれる。
【０００２】
本発明は、ナフサクラッカーの原料として液状プロパンを使用する場合、これを気化して供給する工程に関し、より詳細には、液状プロパンの気化工程で発生する気化熱をより効率よく使用するための方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
ナフサクラッカーは、主にナフサを高温でスチームと共に注入して１０００℃以上の熱を加えて炭素環を切る方法でエチレンとプロピレン、そしてブタジエン、ＢＴＸ等の副産物を生産する。シェールガスの台頭と共に、ナフサの代わりにエチレン生産の原料となり得る物質、すなわちエタン、プロパン、ブタン等の価格の下落により、既存のナフサクラッカーにおいてこれらのガスを原料として混用して使用する場合が多く、新規設備の場合、これらのガスを原料として設計される場合も多い。
【０００４】
ナフサクラッカーは製品の精製のための低温の冷媒需要先が非常に多い。例えば、エチレン精製塔では−４０℃の冷媒の消費量が４０Ｇｃａｌ／ｈｒを超え、脱エタン塔や脱メタン塔でも相当量の冷媒を必要とする。
【０００５】
一方、プロパン等のガス原料は、液体状態で保管しており、反応器に注入する前に気化させるが、この際にスチームや高温水のような熱源を消費する。このガス原料を前記冷媒需要先と熱交換させて活用すれば、前記熱源と前記冷媒を共に節減する効果を奏することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、液状プロパンをナフサクラッキング（Ｎａｐｈｔｈａ  Ｃｒａｃｋｉｎｇ）原料として使用することにおいて、液状プロパンの気化熱を冷媒として効率よく活用することができる方法を提供することである。
【０００７】
また、本発明が解決しようとする他の課題は、前記方法に使用される液状プロパンの気化装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、前述の課題を解決するために、ナフサクラッキング反応器に原料として注入するために液状プロパンを気化させる方法において、
Ｓ１）液状プロパンを減圧して気化点を下げて液状プロパンの少なくとも一部を気化させるステップと、
Ｓ２）前記液状プロパンの気化による気化熱を冷媒として用いるステップと、
Ｓ３）前記気化されたプロパンを圧縮してガスの圧力を高めるステップと、
Ｓ４）前記圧縮されたプロパンガスを予熱するステップと、を含む、液状プロパンの気化方法を提供する。
【０００９】
一実施態様によれば、前記減圧ステップＳ１）で液状プロパンの圧力を７ｋｇ／ｃｍ2Ｇ以下に減圧させ、前記ステップＳ２）で液状プロパンによる気化熱を用いて２０℃未満の冷媒として使用することができる。
【００１０】
他の実施態様によれば、前記減圧ステップＳ１）で液状プロパンの圧力を１ｋｇ／ｃｍ2Ｇ以下に減圧させ、前記ステップＳ２）で液状プロパンによる気化熱を用いて−２０℃以下の冷媒として使用することができる。
【００１１】
一実施態様によれば、前記ステップＳ２）で液状プロパンの減圧による気化熱を用いた冷媒の活用量がプロパン１ｔｏｎ／ｈｒ当たり０．０５Ｇｃａｌ／ｈｒ以上であってもよい。
【００１２】
一実施態様によれば、前記ステップＳ３）でプロパンガスは７ｋｇ／ｃｍ2Ｇ以上の圧力に圧縮されるものであってもよい。
【００１３】
一実施態様によれば、前記ステップＳ３）でプロパンガスの圧縮のためのシャフトワーク（Ｓｈａｆｔｗｏｒｋ）がプロパン１ｔｏｎ／ｈｒ当たり１ｋＷ〜５０ｋＷであってもよい。
【００１４】
一実施態様によれば、前記ステップＳ４）で圧縮されたプロパンガスの予熱のために消耗されるスチームの消耗量がプロパン１ｔｏｎ／ｈｒ当たり０．０８Ｇｃａｌ／ｈｒ以下であってもよい。
【００１５】
一実施態様によれば、前記ステップＳ３）で圧縮されたプロパンガスは、ステップＳ４）で１００℃以上の温度に予熱されるものであってもよい。
【００１６】
また、本発明は、また他の技術的課題を達成するために、
液状プロパンを気化させてナフサクラッキング反応器に注入するための気化装置において、
液状プロパンを減圧して気化点を下げて液状のプロパンの少なくとも一部を気化させる減圧装置と、
前記液状プロパンの気化による気化熱を活用するための熱交換器と、
前記減圧されたプロパンガスを圧縮させる圧縮機と、
前記圧縮されたガスを予熱させる予熱装置と、を具備する液状プロパンの気化装置を提供する。
【００１７】
一実施態様によれば、前記予熱装置がスチーム（Ｓｔｅａｍ）を熱源として使用するものであってもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、液状プロパンを気化させてナフサクラッキング反応器に原料として供給するための工程において、減圧されたプロパンガスの圧縮工程を具備することにより、減圧されたプロパンガスの流れ性を保持することができるため、減圧圧力を大幅に下げることができ、気化熱をより効果的に使用することができる。それだけでなく、ナフサクラッキング反応器へ原料供給の前段の予熱工程においてプロパンガスの更なる気化及び予熱のために消耗される熱エネルギも減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】従来に使用される液状プロパンの気化工程を簡略に示した図である。
【図２】本発明の多様な実施例による液状プロパンの気化工程を簡略に示した図である。
【図３】本発明の多様な実施例による液状プロパンの気化工程を簡略に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明は多様な変換を加えることができ、様々な実施例を有することができるため、特定の実施例を図面に例示し、詳細な説明に詳しく説明しようとする。しかしながら、これは、本発明を特定の実施形態に対して限定しようとするものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれる全ての変換、均等物ないし代替物を含むものと理解されるべきである。本発明の説明において、関連する公知技術に対する具体的な説明が、本発明の要旨を不明にすると判断される場合、その詳細な説明を省略する。
【００２１】
液状プロパン（Ｃ３ＬＰＧ）は、移送及び貯蔵の際、液状の状態で供給されるため、ナフサクラッキング反応器に入る前に気化過程を経て引き込まれる。
【００２２】
この際、液状プロパンは気化温度が低いため、一部は冷媒として活用されることができるが、図１に示されたような既存の工程では、反応器に投入されるための流れ性を保持するために圧力を大幅に下げることができなかった。既存の工程では、液状プロパン（Ｃ３ＬＰＧ）の圧力を９．８→８．３ｋｇ／ｃｍ2Ｇ程度に減圧させる水準で気化点を下げて使用するが、この場合には、減圧の程度が低く２１℃水準の冷媒として活用され得る程度であり、常温との温度差が少なく、冷媒としての価値が低い。したがって、冷媒として十分に活用されることができず、相当部分はスチーム（Ｓｔｅａｍ）や高温水等の熱源でさらに気化させる方法を使用してきた。
【００２３】
本発明は、かかる従来の問題を解決するために、
Ｓ１）液状プロパンを減圧して気化点を下げて液状プロパンの少なくとも一部を気化させるステップと、
Ｓ２）前記液状プロパンの気化による気化熱を冷媒として用いるステップと、
Ｓ３）前記気化されたプロパンを圧縮してガスの圧力を高めるステップと、
Ｓ４）前記圧縮されたプロパンガスを予熱するステップと、を含む、液状プロパンの気化方法を提供する。
【００２４】
すなわち、液状プロパンの気化工程で圧力を十分に下げることができず、気化工程で発生する気化熱を効率よく使用することができなかった問題を解決するために、減圧工程以降、コンプレッサ（ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ）のような圧縮機を用いる圧縮工程を具備することにより、減圧されたガスの流れ性を調節できるようにした。これにより、減圧工程で液状プロパンの気化点を十分に下げることができる水準に減圧させることができ、液状プロパンの気化熱を用いて冷媒としての活用量を著しく向上させることができる。
【００２５】
また、冷媒として使用される過程で気化に必要な熱が外部から伝達されるだけでなく、圧縮工程を通じてプロパンガスの温度が上昇されるため、ナフサクラッキング反応器へ供給される前に予熱工程で消耗される熱エネルギの消耗量も著しく減少させることができる。
【００２６】
図２及び図３は、本発明による多様な実施例を示す。
【００２７】
一実施例によれば、前記減圧ステップで液状プロパンの圧力を７ｋｇ／ｃｍ2Ｇ以下に減少することができ、前記減圧される圧力の大きさは前記気化熱を使用する冷却温度等の条件に応じて調節されることができる。
【００２８】
このような減圧工程で発生する気化熱を用いた冷媒は、２０℃未満の冷媒として使用されることができ、例えば、常温と１０℃以上の差の冷却のための冷媒として使用可能であり、減圧の程度に応じて０℃以下の冷却温度のための冷媒としても使用可能である。
【００２９】
例えば、図２の工程によれば、前記減圧ステップＳ１）で液状プロパンの圧力を７ｋｇ／ｃｍ2Ｇ以下、例えば、５ｋｇ／ｃｍ2Ｇ〜６．８ｋｇ／ｃｍ2Ｇに減圧させ、前記ステップＳ２）で液状プロパンによる気化熱を用いて２０℃未満、例えば、１０〜１８℃の冷媒として使用することができる。
【００３０】
また、図３の工程によれば、前記減圧ステップＳ１）で液状プロパンの圧力を１ｋｇ／ｃｍ2Ｇ以下、例えば、０．３ｋｇ／ｃｍ2Ｇ〜０．８ｋｇ／ｃｍ2Ｇに減圧させ、前記ステップＳ２）で液状プロパンによる気化熱を用いて−２０℃以下、例えば、−２５℃〜−３０℃の冷媒として使用することができる。
【００３１】
例えば、前記気化熱は、熱交換器を介してエチレン精製塔、脱メタン塔、脱エタン塔のような反応器抽出物あるいは蒸留塔原料の冷却（Ｐｒｅｃｈｉｌｌｉｎｇ）、蒸留塔のコンデンサ等に冷媒として使用されることができる。
【００３２】
一実施例によれば、前記減圧工程で発生する気化熱を用いた冷媒の活用量は、プロパン１ｔｏｎ／ｈｒ当たり０．０５Ｇｃａｌ／ｈｒ以上であってもよく、好ましくはプロパン１ｔｏｎ／ｈｒ当たり０．０７Ｇｃａｌ／ｈｒ以上、より好ましくはプロパン１ｔｏｎ／ｈｒ当たり０．０８Ｇｃａｌ／ｈｒ以上であってもよい。
【００３３】
また、一実施例によれば、前記減圧されたプロパンガスの流れ性の保持のためにコンプレッサのような圧縮機を使用して圧縮されることができる。この際、圧縮機を用いたプロパンガスの圧縮のためにプロパン１ｔｏｎ／ｈｒ当たり１ｋＷ〜５０ｋＷのシャフトワーク（Ｓｈａｆｔｗｏｒｋ）を使用することができ、好ましくはプロパン１ｔｏｎ／ｈｒ当たり３ｋＷ以上３５ｋＷ以下のシャフトワークが使用されることができる。
【００３４】
また、圧縮工程を通じてプロパンガスの圧力は、通常７〜８ｋｇ／ｃｍ2Ｇの圧力に圧縮されるか、あるいは後段工程の圧力によって４〜１０ｋｇ／ｃｍ2Ｇの圧力に圧縮されることができ、温度は８℃〜１００℃ほど上昇することができる。
【００３５】
前記条件で圧縮されたプロパンガスは、著しく低い圧力に減圧させることができ、液状プロパンが十分に気化されることができ、また圧縮工程を通じて温度が上昇して予熱工程に使用される熱エネルギの消耗量を低減させることができる。
【００３６】
一実施例によれば、前記圧縮されたプロパンガスは、予熱工程を経てナフサクラッキング反応器に投入されることができる。この際、予熱のために消耗される熱源の熱エネルギの消耗量は、プロパン１ｔｏｎ／ｈｒ当たり０．０５Ｇｃａｌ／ｈｒ以下であってもよい。従来は、減圧される圧力が十分に低くなくて熱源を介してさらに気化させて熱エネルギの消耗量がプロパン１ｔｏｎ／ｈｒ当たり０．０９Ｇｃａｌ／ｈｒ以上で高かった。一方、本発明は、既存の減圧工程に比べて著しく低い圧力に減圧させることができ、液状プロパンが十分に気化されることができ、また圧縮工程を通じて温度が上昇して予熱工程に使用される熱エネルギの消耗量を低減させることができる。
【００３７】
また、本発明は、前記気化方法を使用するための気化装置を提供する。
【００３８】
より具体的に、本発明による気化装置は、
液状プロパンを気化させてナフサクラッキング反応器に注入するための気化装置において、
液状プロパンを減圧して気化点を下げて液状のプロパンの少なくとも一部を気化させる減圧装置と、
前記液状プロパンの気化による気化熱を活用するための熱交換器と、
前記減圧されたプロパンガスを圧縮させる圧縮機と、
前記圧縮されたガスを予熱させる予熱装置と、を具備する。
【００３９】
一実施例によれば、前記予熱装置がスチーム（ｓｔｅａｍ）、高温水、電気ヒータ等を熱源として使用することができるが、これに限定するものではなく、好ましくはスチームを使用することができる。
【実施例】
【００４０】
以下、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が容易に実施できるように、本発明の実施例について詳細に説明する。しかしながら、本発明は様々な異なる形態で具現されることができ、ここで説明する実施例に限定されない。
【００４１】
＜比較例１＞
図１に示されたプロパンの気化工程を使用してプロパンを気化させた。
【００４２】
図１に示された工程の各ユニットにおける温度、圧力及び流量を表１に示した。以下で、符号の意味は次の通りである。
【００４３】
Ｃ３ＬＰＧ：液状プロパン
Ｃ３ＶＡＰ：気状プロパン
ＰＲＣ：プロピレン冷媒コンプレッサ（Ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ  Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔ  Ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ）
ＰＲ：プロピレン冷媒（Ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ  Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔ）
Ｌ、Ｍ、１、２等はライン符号である。
【００４４】
【表１】
0006842598.tif 000002
【００４５】
＜実施例１＞
図２に示されたプロパンの気化工程を使用して液状プロパンを気化させた。
【００４６】
減圧による気化熱を用いて１５．２℃の冷媒として活用しており、前記気化工程に使用されたユニットの温度、圧力、プロパン流量等を表２に示した。
【００４７】
【表２】
0006842598.tif 000003
【００４８】
＜実施例２＞
図３に示されたプロパンの気化工程を使用して液状プロパンを気化させた。
【００４９】
減圧による気化熱を用いて−２７℃の冷媒として活用しており、前記気化工程に使用されたユニットの温度、圧力、プロパン流量等を表３に示した。
【００５０】
【表３】
0006842598.tif 000004
【００５１】
表４は、比較例１及び実施例１と２の工程による冷媒温度、冷媒活用量、スチーム消耗量及びコンプレッサシャフトワークを比較したものである。
【００５２】
【表４】
0006842598.tif 000005
【００５３】
前記表４の結果から分かるように、本発明によれば、圧縮ステップ（Ｓ３）でコンプレッサのような圧縮手段を使用して減圧されたプロパンガスの流れ性を保持させることができるため、減圧ステップ（Ｓ１）で十分な減圧が可能である。それにより、液状プロパンの減圧工程を通じた気化において、気化点を著しく下げて気化熱の活用度を著しく向上させることができる。
【００５４】
また、スチームによる予熱ステップ（Ｓ４）で更なる気化のための熱エネルギの消耗が減少することにより、スチーム消耗量も既存の方法（比較例１）に比べて半分以上減少することが分かる。
【００５５】
以上のように、本発明の内容の特定の部分を詳細に述べたところ、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者にとって、かかる具体的記述は単なる好ましい実施態様に過ぎず、これにより本発明の範囲が制限されるものではないことは明らかである。したがって、本発明の実質的な範囲は、添付の請求項とそれらの等価物により定義されると言える。
【図１】
0006842598.tif 000006
【図２】
0006842598.tif 000007
【図３】
0006842598.tif 000008