This study presents energy-efficient design alternatives for dimethyl carbonate production by combining various heat integration routes of reactive and pressure-sensitive distillation columns. The design of the hybrid heat-integrated sequences was based on internal and external heat integration with a vapor recompression heat pump (VRHP). The conventional sequence and the proposed sequences were compared while maintaining the high product purity of 99.5% or more. The combined sequence of internal and external heat integration resulted in a cost reduction of 30.28% by eliminating the low-pressure (LP) column reboiler. The VRHP combined with external heat integration fully eliminated the heat duty of the high-pressure (HP) column condenser and the LP column reboiler, resulting in 38.33% energy savings and a 37.5% reduction in CO2 emissions. The two hybrid sequences with external heat integration showed better energy and economic efficiency and more reduced CO2 emissions than the VRHP combined with internal heat integration, since the reflux flow rate of the HP column and the reboil flow rate of the LP column were dramatically reduced.
본 연구는 디메틸 카보네이트 생산을 위한 반응 증류 및 압력 변동 스윙 증류 시퀀스에서 다양한 열 통합 장치를 조합하여 에너지 효율적인 강화공정을 제시하였다. 하이브리드 열 통합 프로세스는 증기 압축 열 펌프 (VRHP)를 사용한 내부 및 외부 열 통합을 기반으로 이루어졌다. 기존의 공정 및 제시된 하이브리드 열 통합 공정들은 높은 제품 순도인 99.5%을 유지한 상태에서 비교되었다. 내부 및 외부 열 통합을 모두 이용한 강화공정은 저압 증류탑의 리보일러를 제거하는 효과를 얻음으로써 30.28%의 비용이 절감되었다. 외부 열 통합과 증기 압축 열 펌프를 결합한 강화공정은 고압 증류탑의 컨덴서와 저압 증류탑의 리보일러 간 열 통합을 통해 38.33%의 에너지 와 37.5%의 이산화탄소 배출이 절감되었다. 외부 열 통합이 포함된 두 하이브리드 열 통합 공정들은 고압 증류탑의 환류 (reflux) 량과 저압 증류탑의 재가열 증기 (boilup) 량이 급격히 줄어듦에 따라 내부 열 통합이 포함된 하이브리드 열 통합 공정보다 매우 향상된 에너지, 비용 측면에서의 절감 및 이산화탄소 배출의 절감을 확인하였다.
