아민 제조 공정 이해

주로 sweetening공정에 acid gas 제거용으로 사용되는 amine은 EO와 암모니아를 합성하여 만든다.

Davy process, UK

암모니아와 EO가 물 존재하에 가압상태의 reactive distillation column내에서 반응 (1)을 한 후, crude ethanolamine을 얻는다. 반응은 액상에서 진행하고 온도는 60~150도, 압력은 500~2000psig에서 진행하며 EO에 대한 암모니아 몰비는 5~20이다. 이후 증류탑에서 잔여 물을 제거하고 MEA, DEA, TEA를 분리한다.

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암모니아와 EO의 비율 그리고 아민의 recycle양에 의해 원하는 product의 조성을 얻을 수 있다. effluent는 separation (2,3) system에서 분리되어 미반응 암모니아와 물은 다시 전단으로 recycle된다.

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후단의 진공 운전되는 증류탑 (4,5,6,7)에서 pure MEA, DEA, TEA를 분리하고 최종 마지막 column bottom으로는 tar byproduct를 분리하여 외부로 판매가 가능하다.

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raw material 기준 amine으로의 yield는 98%이상이다. 원단위 측면에서 MEA, DEA, TEA가 균등하여 33% 섞인 혼합물을 1톤 생산하기 위해 원료인 EO는 0.82톤이 필요하고 암모니아는 0.19톤, 그리고 스팀은 5톤이 사용되며 CW는 300m3이 요구되며 전기는 30kWh가 필요하다.

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control측면에서 feed내 EO에 대한 암모니아의 비율 조정을 통해 bottom product내 암모니아의 spec을 control하며 reboiler에 공급되는 에너지량에 따라 MEA, DEA, TEA의 ratio을 유지할 수 있다.

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공정 측면에서 반응은 발열반응으로 온도가 올라가 flash point까지 가지 않도록 하며, 반응기내 압력을 충분히 유지하여 EO와 암모니아가 증발되지 않도록 한다.

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EO는 암모니아와 느리가 반응하지만 물이 들어가게 되면 반응속도가 빨라진다. 물이 없는 공정에서는 fixed bed catalytic reactor에 ion exhange resin이나 zeolite, clay가 사용된다.

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MEA가 초기에 부식이나 solvent loss가 심해 DEA이 사용되어 왔다. 특히 CO2, H2S의 선택적 분리에 적합하고 안정성이 높고 에너지 소비가 낮아 gas industry에서 많이 사용되고 있다.

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아민은 적어도 하나의 hydroxyl group (-COH)과 적어도 하나의 amino group (-NH2)으로 구성되며 gas sweetening에 사용되는 common amine들로는 다음과 같다.

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• Primary, monoethanolamine (MEA) and diglycolamine (DGA)
• Secondary, Diethanolamine (DEA) and Diisopropanolamine (DIPA)
• Tertiary, triethanolamine (TEA) and methyl diethanolamine (MDEA)

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MEA (Monoethanolamine or 2-aminoethanol)의 주요 물성치는 아래와 같다.

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아래는 RD (Reactive Distillation) process와 conventional process와의 flowsheet이다.

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RD process flowsheet for ethanolamine production

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Conventional process flowsheet for ethanolamine production

 

 

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