기계공학 취준일기 #10 SM(Styrene Monomer) 제조공정

앞서 Butadiene과 Styrene(스타이렌 c8)으로 합성고무를 제조하는 SBR제조를 알아보았다.

 

부타디엔이 제조되는 공정은 앞서 살펴보았으니 스타이렌이 제조되는 공정을 알아보자.

 

STYRENE MONOMER는 에틸렌과 벤젠의 합성에 의해 제조되는 주요 석유화학 중간체로, 합성수지인

 

폴리스티렌(GPPS, HIPS, EPS), ABS, SAN 및 합성고무인 SRR 등의 원료료 사용된다.

 

1. Steam Supper Heater

 

출처 한국산업안전공단

희석 스팀을 가열시켜 탈수소반응을 하는데 필요한 feed의 온도를 올려준다.

 

EB(에텔벤젠)을 EB증발기에서 기화시켜 스팀과 함께 EB/Steam Superheater에서 열교환을 한 후 1단계 탈수소기로

 

공급한다. 탈 수소반응은 흡열반응이므로 필요한 열원을 1단계 탈수소기와 2단계 탈수소기로

 

직접 과열스팀으로 공급한다. 또한 smart탈수소기에서 수소를 연소시켜 반응기 전체 온도를

 

상승시켜 반응율을 향상시킨다.

 

2. Dehydrogenator

EB가 고온의 희석스팀과 함께 탈수소촉매(산화철 촉매) 및 산화촉매(백금 촉매)충진 반응기에서 탈수소화 반응에 의해

 

69wt%의 SM이 함유된 탈수소 혼합물이 생성된다.

 

SM공정은 증기와 함께 EB를 탈수소 반응촉매에 통과시켜 SM과 수소로 분해하는 공정이다. 수율향상을 위해 2개의 

 

반응기가 직렬로 연결되어 있는 것이 특징이다. 2단계 탈수소화 반응기로부터 탈수소혼합물(DM), EB/Primary Steam,

 

산소가 SMART 탈수소화기로 혼합공급되어 미 반응 EB를 DM으로 생산하는 과정을 거친다. 

 

고온과 다량의 희석스팀 그리고 낮은압력 유지가 중요하다. 반응기 압력이 올라가면, 선택도는 낮아지므로, 낮은

 

압력을 유지해야 한다. 효소 억제제를 주입해서 스타이렌이 중합반응이 일어나지 않게 한다. 

 

3. EB/Steam Superheater

 

EB를 기화기에서 스팀과 함께 기화시킨 후 EB/Steam Superheater에서 탈수소 반응기 유출물을 열교환 하고 

 

1차 탈수소반응기로 공급한다. 열교환을 할때, 이곳에서 상당량의 열을 회수하여 탈수소 반응물 가스를 

 

냉각 응축시킨다.

 

4. Medium Pressure WHE(Waste heat exchanger)

EB/STEAM Superheater를 거친 탈수소반응기 유출물(DM)은 MPWHE를 거치면서 약 175도까지 냉각된다.

 

5. Low Pressure WHE

 

약 175 ℃의 유체는 Low Press. WHE를 거쳐 응축수와 열교환한다. 열교환으로 탈수소혼합물을 약 131도까지 

 

냉각시킨다.

 

6. Reactor Effluent Desuperheater

 

3번 4번 5번을 순서대로 거친 DM은 6번에서 응축수와 직접 접촉하여 열교환을 한다. 이후 직렬로 연결된 

 

공랭식 MAIN CONDENSER를 통과해서 약 53도까지 냉각된다.

 

7. EB/SM Splitter

 

 

EB/SM Splitter에서 EB와 저비점 물질을 상부로 분리하고, 하부로는 스타이렌과 고비점 물질을 분리한다.

 

스타이렌 모노머의 중합방지를 위해 감압분별 증류를 사용한다. 

 

8. EB Recovery Column

 

7번에서 분류한 EB는 EB Recovery Column으로 들어온다. 이곳에서 상부로는 0.1 wt%이하의

 

벤젠/툴루엔 혼합물 포함하는 EB를 분류하고, 하부로는 약 2 wt%의 벤젠/톨루엔을 함유하고 있는 EB를 분리한다.

 

9. Benzene/Toluene Splitter

EB Recovery Column의 상부에서부터 FEED된 벤젠.툴루엔 혼합물은 이곳에서 벤젠을 상부로, 툴루엔은 하부로

 

분리하여 저장한다.

 

10. SM Column

8번에서 분류된 하부 물질은 SM Column으로 FEED된다. 이곳에서 순도 99.9 wt%의 스타이렌 모노머를

 

상부로부터 얻는다. 이후 직렬로 연결된 SM Column Condenser와 Vent Condenser를 거친후

 

Overhead Drum으로 보내진다. Overhead Drum에서 나온 SM은 Product SM Cooler 및 Product SM Chiller를

 

통과하여 약 5℃까지 냉각되어진다.  Overhead 배관 및 스타이렌 모노머 저장탱크내 에서 중합이 일어나지 않도록

 

SM Column의 O/H 출구에 TBC와 같은 중합방지제를 투입한다.

 

11. 박막증발기(Thin Film Evaporator) 

SM Column의 하부생산물은 스타이렌 모노머가 섞인 휘발성물질뿐만 아니라 폴리머 및 중합방 지제가 포함되어

 

있으므로 이러한 물질을 제거 하기 위해 박막증발기로 보내어진다. 박막증발기의 상부에서는 휘발성 물질을

 

증발시킨 상부유출물을 SM Column 하부로 다시 보낸다. 박막증발기의 하부유출물 중 약 2/3가량은 중합

 

금지제 회수를 위해 EB/SM Splitter로 순환시킨다.

 

위에 어렵게 설명되어 있지만 간단하게 말하다면 EB(에틸 벤젠)을 만드는 과정에서 일부는 중간제품으로 사용하고, 

 

일부는 SM을 제조하기 위해 사용된다. 아래 글을 참고하자

 

SM을 생산하는 SM제조공정은 크게 에틸벤젠(EB)공정과 SM공정으로 구성된다. EB공정은 에틸렌과 벤젠이 혼합되어 인접층을 통과하면서 ALKYLATION 반응에 의해 에틸벤젠으로 전환되고, 에벤젠과 부반응에 의해 생성된 OFF GAS, 플리에틸벤젠, HEAVY RESIDUE 및 미반응 벤젠을 분별증류를 통해 분리, 회수하여 OFF GAS와 HEAVY RESIDUE는 연료로 사용하고 벤젠과 폴리에틸벤젠은 반응계로 순환시키며, 제품인 에틸벤젠은 SM공정으로 이송한다.

 

  SM공정은 증기와 함께 에틸벤젠을 탈수소반응촉매를 통과시켜 SM과 수소로 분해하는 공정으로 수율을 높이기 위하여 2개의 반응기를 직렬로 사용한다. 생산된 SM과 부생성물인  벤젠/톨루엔, HEAVY END, 미반응 EB를 제품 SM과 분리하는 과정 중 SM의 중합방지를  위하여 감압분별증류를 사용한다.