CN111868020B - 分离酚类副产物的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种分离酚类副产物的方法和设备，该分离方法包括以下步骤：(S10)：将酚类副产物进料到多级反应蒸馏塔；(S20)：通过多级反应蒸馏塔将酚类副产物分离为包含活性成分的上部排出流、包含苯乙酮的侧部排出流和包含焦油的下部排出流；以及(S30)：将从多级反应蒸馏塔排出的侧部排出流与从多级反应蒸馏塔排出的下部排出流混合以形成混合排出流。

Description

分离酚类副产物的方法和设备
技术领域
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年12月20日提交的韩国专利申请No.10-2018-0166578的优先权的权益，其全部内容通过引用并入本说明书中。
技术领域
本发明涉及分离在双酚A制备工艺中产生的酚类副产物(phenolic by-product)的方法和设备。
背景技术
通过在酸催化剂的环境下进行苯酚和丙酮的缩合反应，然后进行分离和纯化工序来制备双酚A。在这种双酚A的制备工艺中产生酚类副产物，并且该酚类副产物包含诸如苯酚、异丙苯或α-甲基苯乙烯的活性成分，因此已经进行了用于回收活性成分的酚类副产物分离工艺。使用反应器和蒸馏塔彼此分离或者反应器和蒸馏塔彼此一体化的分离设备来进行分离工艺。下面将参照附图对此进行描述。
图3示出了通过反应器100和蒸馏塔200分离的分离设备进行的分离工艺，将添加到反应器100中的副产物热裂解，包含在副产物中的焦油通过反应器100的底部排出，并且残留成分通过反应器100的上部排出并添加到蒸馏塔200中。接下来，在蒸馏塔200中进行减压蒸馏，苯乙酮和残留副产物通过蒸馏塔200的底部排出，并且活性成分和轻质成分通过蒸馏塔200的上部排出，从而回收活性成分。这种分离工艺可以提高活性成分的回收率，但是由于分别进行分离工序和减压蒸馏工序，因此存在需要另外的安装设备的空间以及热能的消耗率高的问题。
与图3中示出的分离工艺不同，图4示出了通过包括集成有蒸馏塔的反应器300的分离设备进行的分离工艺，将添加到反应器300中的副产物进行热裂解和加压蒸馏，将包含在副产物中的焦油、苯乙酮和残留副产物通过反应器300的底部排出，并且活性成分和轻质成分通过反应器300的上部排出，从而回收活性成分。这种分离工艺可以减小设备的安装空间并且可以降低热能的消耗率，但是存在的问题是在加压蒸馏工序中发生了活性成分的聚合现象(例如，α-甲基苯乙烯的二聚反应或多聚反应)，从而降低了活性成分的回收率。
因此，需要能够从双酚A制备工艺中产生的酚类副产物中高效回收活性成分的分离工艺和分离设备。
发明内容
技术问题
为了解决背景技术中提到的问题，本发明的目的是提供一种酚类副产物的分离方法和分离设备，该分离方法和分离设备能够通过改善双酚A制备工艺中产生的酚类副产物的分离工艺，来降低分离工艺中的热能消耗率并提高活性成分的回收率。
技术方案
在一个总的方面，提供了一种分离在双酚A制备工艺中产生的酚类副产物的方法，该方法包括：步骤(S10)：将酚类副产物进料到多级反应蒸馏塔；步骤(S20)：通过多级反应蒸馏塔将酚类副产物分离为包含活性成分的上部排出流、包含苯乙酮的侧部排出流和包含焦油的底部排出流；以及步骤(S30)：将从多级反应蒸馏塔排出的侧部排出流与从多级反应蒸馏塔排出的底部排出流混合以形成混合排出流。
在另一方面，提供了一种在双酚A制备工艺中产生的酚类副产物的分离设备，该设备包括：多级反应蒸馏塔，多级反应蒸馏塔将酚类副产物分离为包含活性成分的上部排出流、包含苯乙酮的侧部排出流和包含焦油的底部排出流；以及移动线路(moving line)系统，移动线路系统包括：侧部排出流移动线路，侧部排出流通过侧部排出流移动线路排出和移动；以及底部排出流移动线路，底部排出流通过底部排出流移动线路排出和移动，其中，侧部排出流移动线路和底部排出流移动线路彼此连接，从而侧部排出流和底部排出流彼此汇合以形成混合排出流。
有益效果
根据本发明，多级反应蒸馏塔的运行在常压范围内进行，使得可以防止活性成分的聚合现象，从而提高了活性成分的回收率。
另外，根据本发明，通过将侧部排出流与包含焦油且具有高粘度的底部排出流混合，降低了底部排出流的粘度，使得可以增加底部排出流中包含的焦油的移动性和可储存性。
另外，根据本发明，在混合排出流与酚类副产物之间的进行热交换，通过将侧部排出流与底部排出流混合而获得混合排出流，使得可以降低酚类副产物分离工艺中的热能消耗率。
附图说明
图1是用于描述根据本发明示例性实施例的分离酚类副产物的方法和设备的参考图。
图2是用于描述根据本发明另一示例性实施例的分离酚类副产物的方法和设备的参考图。
图3是用于描述根据本发明的比较例1的分离酚类副产物的方法和设备的参考图。
图4是用于描述根据本发明的比较例2的分离酚类副产物的方法和设备的参考图。
图5是用于描述根据本发明的比较例3的分离酚类副产物的方法和设备的参考图。
具体实施方式
本发明的说明书和权利要求书中使用的术语和词语不应被理解为一般含义或词典的含义，而应基于发明人可以适当地定义术语的概念以便以最佳方式描述他们自己的发明的原则被理解为满足本发明的技术思想的含义和概念。
在本发明中，术语“流”可以是指工艺中的流体的流动，也可以是指流过移动线路(管道)的流体本身。另外，在移动各个设备的过程中，流体可以被理解为气体、液体或流体状态。
在本说明书中，术语“上部”可以指通过在长度方向或高度方向上垂直划分每个设备而获得的两个区域的上部，术语“底部”可以指通过在长度方向或高度方向上垂直划分每个设备而获得的两个区域的下部。另外，术语“侧部”可以指沿着每个设备的长度方向(具体地，沿着长度方向的左侧或右侧)存在的侧表面。
在本说明书中，术语“移动线路”可以指包括将各个设备彼此连接的管道或输送线路的结构，并且术语“移动线路”可以实际上具有与管道相同的含义。
在下文中，将详细描述本发明。
本发明涉及一种双酚A制备工艺中产生的酚类副产物的分离方法，该分离方法包括：步骤(S10)：将酚类副产物进料到多级反应蒸馏塔；步骤(S20)：通过多级反应蒸馏塔将酚类副产物分离为包含活性成分的上部排出流、包含苯乙酮的侧部排出流和包含焦油的底部排出流；以及步骤(S30)：将从多级反应蒸馏塔排出的侧部排出流与从多级反应蒸馏塔排出的底部排出流混合以形成混合排出流。将参照附图详细描述本发明的分离酚类副产物的方法。
参照图1，根据本发明的示例性实施例，步骤(S10)包括将酚类副产物进料到多级反应蒸馏塔10的工序。酚类副产物产生于双酚A的制备工艺中，并且可以包含选自由苯酚、α-甲基苯乙烯、异丙苯、苯乙酮、枯基苯酚、α-甲基苯乙烯的二聚体、双酚A(BPA)和残留副产物组成的组中的一种或多种。
根据本发明的示例性实施例，步骤(S20)包括通过热裂解分离酚类副产物的工序。也就是说，通过热裂解添加到多级反应蒸馏塔10中的酚类副产物，将酚类副产物分离为包含活性成分的上部排出流、包含苯乙酮的侧部排出流和包含焦油的底部排出流。
根据本发明的示例性实施例，为了对酚类副产物进行热裂解，多级反应蒸馏塔10的运行可以在0.1(10kPa)巴至3.0(300kPa)巴、0.1(10kPa)巴至2.0(200kPa)巴或0.1(10kPa)巴至1.0(100kPa)巴的压力下进行。在多级反应蒸馏塔10的运行在该压力范围内进行的情况下，多级反应蒸馏塔10中的活性成分的聚合现象(例如，α-甲基苯乙烯的二聚或聚合)最小化，使得可以提高活性成分的产率。另外，由于，在加压条件下，可以在不进行热裂解的情况下将包含苯乙酮的侧部排出流与酚类副产物分离，因此可以降低在热裂解过程中消耗的热能的消耗率。
在多级反应蒸馏塔10的运行在上述压力范围内进行的情况下，热裂解过程中的多级反应蒸馏塔10的运行可以在260℃至370℃、290℃至370℃或300℃至350℃的温度下进行。在上述温度范围内进行热裂解的情况下，可以提高活性成分的产率，并且包含在酚类副产物中的苯乙酮可以通过侧部排出流顺利地排出。也就是说，通过使在上部排出流中的苯乙酮(其为杂质)的含量最小化，可以提高活性成分的纯度和产率。
根据本发明的示例性实施例，上部排出流通过多级反应蒸馏塔10的上部排出，并且上部排出流包含活性成分。上部排出流可以包含活性成分和轻质成分。因此，可以对上部排出流进行纯化工序以回收活性成分。活性成分可以是选自由苯酚、α-甲基苯乙烯和异丙苯组成的组中的一种或多种。活性成分的各个成分可以直接作为产物获得，或者可以在双酚A制备工艺中重复使用。另外，轻质成分在热裂解工序中产生，并且可以是沸点低于活性成分的沸点的甲苯、苯乙烯等。
活性成分与轻质成分一起通过多级反应蒸馏塔10的上部(特别是顶部)排出，这可以提高活性成分的回收率。也就是说，在活性成分与轻质成分开地通过多级反应蒸馏塔10的上部排出的情况下(例如，在轻质成分通过多级反应蒸馏塔10的上部排出并且活性成分通过多级反应蒸馏塔10的侧部排出的情况下)，一部分活性成分在被包含在通过多级反应蒸馏塔10的上部排出的轻质成分中的情况下通过多级反应蒸馏塔10的上部排出，这导致活性成分的回收率降低。然而，在本发明中，活性成分和轻质成分通过多级反应蒸馏塔10的上部一起排出，使得活性成分的损失最小化，并且可以提高活性成分的回收率。
如果需要，可以对这种上部排出流另外进行使活性成分和轻质成分分离的纯化工序。
根据本发明的示例性实施例，侧部排出流通过多级反应蒸馏塔10的侧部排出，并且侧部排出流包含苯乙酮。由于苯乙酮是杂质而不是活性成分，因此酚类副产物中包含的苯乙酮主要包含在侧部排出流中，并通过多级反应蒸馏塔10的侧部排出。具体地，侧部排出流中包含的苯乙酮的含量可以为99wt％以上、99.5wt％以上或99.6wt％至100wt％。例如，基于酚类副产物中包含的100wt％的苯乙酮，侧部排出流中包含的苯乙酮的含量为99wt％以上。在侧部排出流中包含的苯乙酮的含量在上述范围内的情况下，活性成分中的苯乙酮的含量被最小化，从而可以提高活性成分的产率。另外，在侧部排出流中包含的苯乙酮的含量在上述范围内的情况下，能够有助于降低底部排出流的粘度，这将在下面描述。
另外，除了苯乙酮外，侧部排出流还可以包含热裂解工序中产生的异丙基苯酚和其他副产物。例如，基于100wt％的侧部排出流，侧部排出流可以包含40wt％至50wt％的苯乙酮，20wt％至30wt％的异丙基苯酚和25wt％至35wt％的其他副产物。
根据本发明的示例性实施例，侧部排出流可以通过侧部出口排出，该侧部出口设置在多级反应蒸馏塔10从顶部起的总级数的50％至90％、50％至85％或50％至80％内的级处。例如，在多级反应蒸馏塔10的总级数为100的情况下，侧部出口位于从顶部起的第50至第90级处。具体地，在多级反应蒸馏塔10的总级数为30的情况下，侧部出口可以位于第15级处。侧部排出流通过设置在上述范围内的级处的侧部出口排出，使得高效分离苯乙酮，从而提高了活性成分的回收率和纯度。
根据本发明的示例性实施例，底部排出流通过多级反应蒸馏塔10的底部排出，并且底部排出流含有焦油。焦油是黑色或棕色的粘性油相物质，可以稍后回收以用作燃料等。
根据本发明的示例性实施例，步骤(S30)包括将从多级反应蒸馏塔10排出的侧部排出流和从多级反应蒸馏塔10排出的底部排出流混合以形成混合排出流的工序。
通过步骤(S30)，与底部排出流的粘度相比，混合排出流的粘度降低了，这可以提高具有高粘度的焦油的可移动性和可储存性。也就是说，具有高粘度的焦油不易在室温下传输和储存，但是在本发明中，由于通过将侧部排出流与底部排出流混合而降低了底部排出流的粘度，因此可以增加底部排出流中包含的焦油的可移动性和可储存性。
根据本发明的示例性实施例，可以在酚类副产物和混合排出流之间进行热交换(参见图2)。也就是说，酚类副产物可以在通过热交换器30与混合排出流进行热交换之后进料到多级反应蒸馏塔10中。酚类副产物在热交换之后被添加到多级反应蒸馏塔10中，使得降低了多级反应蒸馏塔10的加热器所消耗的能量，从而可以降低在酚类副产物的热裂解过程中消耗的热能的消耗率。
同时，本发明涉及一种在双酚A制备工艺中产生的酚类副产物的分离设备，该分离设备包括多级反应蒸馏塔10和移动线路系统20。
根据本发明的示例性实施例，多级反应蒸馏塔10将酚类副产物分离为包含活性成分的上部排出流、包含苯乙酮的侧部排出流和包含焦油的底部排出流。可以使用反应器和多级蒸馏塔一体化的设备作为这种多级反应蒸馏塔10。
这里，根据本发明的示例性实施例，可以在多级反应蒸馏塔10从顶部起的总级数的50％至90％、50％至85％或50％至80％内的级处设置用于排出侧部排出流的侧部出口。例如，在多级反应蒸馏塔10的总级数为100的情况下，侧部出口位于从顶部起的第50至第90级处。侧部出口设置在上述范围内的级处，使得高效分离苯乙酮，从而提高活性成分的回收率和纯度。
另外，根据本发明的示例性实施例，可以在多级反应蒸馏塔10的上部设置用于排出上部排出流的上部出口。上部出口设置在多级反应蒸馏塔10的上部，使得可以提高上部排出流中包含的活性成分的回收率。
根据本发明的示例性实施例，移动线路系统20包括连接各个设备的移动管道或移动线路，以使各个流移动到相应的设备。特别地，移动线路系统包括：侧部排出流移动线路21，侧部排出流通过侧部排出流移动线路21排出和移动；以及底部排出流移动线路22，底部排出流通过底部排出流移动线路22排出和移动。这里，侧部排出流移动线路21和底部排出流移动线路22彼此连接，从而侧部排出流和底部排出流彼此汇合。
通过侧部排出流移动线路21和底部排出流移动线路22之间的连接，侧部排出流和底部排出流彼此汇合。在这种情况下，侧部排出流和底部排出流通过汇合而彼此混合，使得可以形成混合排出流，或者侧部排出流和底部排出流在单独的混合设备(例如，桶(drum))中汇合，并通过汇合彼此混合，使得可以形成混合排出流。
同时，根据本发明的示例性实施例，分离酚类副产物的设备可以进一步包括热交换器30，该热交换器30进行酚类副产物和混合排出流之间的热交换。作为热交换器30，可以使用管壳式热交换器、螺旋式热交换器或板式热交换器。
在下文中，将通过示例更详细地描述本发明。然而，提供以下示例用于例示本发明。对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的范围和精神的情况下可以进行各种修改和变换，并且本发明的范围不限于此。
[示例1]
酚类副产物的分离通过使用图1中示出的分离设备和分离工艺流程图进行。具体地，将具有表1的组成的酚类副产物进料到设置在总共具有30个级的多级反应蒸馏塔10的侧部的入口处，并且进行酚类副产物(流速：1000kg/hr)的热裂解(热裂解温度：330℃，热裂解压力：常压)。
通过热裂解，酚类副产物分离为包含活性成分的上部排出流、包含苯乙酮的侧部排出流和包含焦油的底部排出流，然后连续进行从多级反应蒸馏塔10排出各个流的工序。通过热裂解，通过侧部排出流分离包含在酚类副产物中的约99wt％的苯乙酮，并且通过底部排出流排出对应于进料重量的约30wt％的焦油。
同时，侧部排出流通过设置在与多级反应蒸馏塔的第15级相对应的位置处的侧部出口和侧部排出流移动线路21排出和移动，并且与底部排出流汇合并混合以形成混合排出流。另外，上部排出流通过设置在多级反应蒸馏塔10上部的上部出口排出。
[示例2]
酚类副产物的分离通过使用图2中示出的分离设备和分离工艺流程图进行。具体地，将具有表1的组成的酚类副产物进料到设置在总共具有30个级的多级反应蒸馏塔10的侧部的入口处，并且进行酚类副产物(流速：1000kg/hr)的热裂解(热裂解温度：330℃，热裂解压力：常压)。
通过热裂解，酚类副产物分离为包含活性成分的上部排出流、包含苯乙酮的侧部排出流和包含焦油的底部排出流，然后连续进行从多级反应蒸馏塔10排出各个流的工序。通过热裂解，通过侧部排出流分离包含在酚类副产物中的约99wt％的苯乙酮，并且通过底部排出流排出对应于进料重量的约30wt％的焦油。
同时，侧部排出流通过设置在与多级反应蒸馏塔的第15级相对应的位置处的侧部出口和侧部排出流移动线路21排出和移动，并且与底部排出流汇合并混合以形成混合排出流。使形成的混合排出流与酚类副产物进行热交换，并且将热交换后的酚类副产物通过设置在多级反应蒸馏塔10侧部的入口进料到多级反应蒸馏塔10。另外，上部排出流通过设置在多级反应蒸馏塔10上部的上部出口排出。
[比较例1]
酚类副产物的分离通过使用图3中示出的分离设备和分离工艺流程图进行。具体地，将具有表1的组成的酚类副产物进料到反应器100中，并且进行酚类副产物(流速：1000kg/hr)的热裂解(热裂解温度：330℃，热裂解压力：常压)。通过热裂解，包含焦油的流通过反应器100的底部排出，包含活性成分和苯乙酮的流通过反应器100的上部排出。在这种情况下，通过热裂解，通过反应器100的上部分离了酚类副产物中包含的约99wt％的苯乙酮，并且产生了对应于进料重量的约30wt％的焦油。
之后，将通过反应器100的上部排出的包含活性成分和苯乙酮的流添加到蒸馏塔200中，并进行减压蒸馏工序。在进行减压蒸馏工序后，将包含活性成分的流通过蒸馏塔200的上部排出，并且将包含苯乙酮的流通过蒸馏塔200的底部排出。
[比较例2]
酚类副产物的分离通过使用图4中示出的分离设备和分离工艺流程图进行。具体地，将具有表1的组成的酚类副产物进料到多级反应器300中，并且进行酚类副产物(流速：1000kg/hr)的热裂解(热裂解温度：330℃，热裂解压力：加压)。通过热裂解，包含苯乙酮和焦油的流通过反应器300的底部排出，并且包含活性成分的流通过反应器300的上部排出。在这种情况下，通过热裂解，通过反应器300的底部分离了酚类副产物中包含的约99wt％的苯乙酮，并且产生了对应于进料重量的约30wt％的焦油。
[比较例3]
酚类副产物的分离通过使用图5中示出的分离设备和分离工艺流程图进行，并且除了活性成分通过反应器400的侧部分离并且轻质成分通过反应器400的上部分离(活性成分和轻质成分分开分离)之外，酚类副产物的分离按照与示例1相同的步骤进行。
[表1]
[实验例]
确认了由示例和比较例获得的活性成分的组成和在热裂解工序中消耗的热能(加热器工作中消耗的能量)，结果示于表2中。
[表2]
参照表2，可以确认在通过根据本发明的分离方法分离酚类副产物的情况下，活性成分的回收率高，并且在分离工艺中消耗的热能低。
另一方面，可以确认，在反应器和蒸馏塔分离的比较例1的情况下，分离工艺中消耗的热能非常高。另外，可以预料，由于反应器和蒸馏塔分离，需要确保安装空间，并且增加了安装成本。
另外，可以确认，在加压的条件下进行热裂解的比较例2的情况下，从α-甲基苯乙烯的比例较少这一事实可以看出，活性成分被聚合，因此活性成分的回收率非常低。
另外，可以确认，在仅通过多级反应蒸馏塔的侧部分离活性成分的比较例3的情况下，活性成分的回收率降低。

Claims (4)

1.一种分离在双酚A制备工艺中产生的酚类副产物的方法，所述方法包括：
步骤(S10)：将所述酚类副产物进料到多级反应蒸馏塔；
步骤(S20)：通过所述多级反应蒸馏塔将所述酚类副产物分离为包含活性成分的上部排出流、包含苯乙酮的侧部排出流和包含焦油的底部排出流；以及
步骤(S30)：将从所述多级反应蒸馏塔排出的所述侧部排出流与从所述多级反应蒸馏塔排出的所述底部排出流混合以形成混合排出流，
其中，所述侧部排出流包含40wt％至50wt％的苯乙酮，
其中，所述侧部排出流通过侧部出口排出，所述侧部出口设置在所述多级反应蒸馏塔的从顶部起的总级数的50％至90％的级处，
其中，所述多级反应蒸馏塔的工作压力为0.1巴至1.0巴，
其中，所述多级反应蒸馏塔的工作温度为260℃到370℃。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述酚类副产物被进料到所述多级反应蒸馏塔中之前通过热交换器与所述混合排出流进行热交换。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述侧部排出流包含：所述酚类副产物中包含的99wt％以上的苯乙酮。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述混合排出流的粘度低于所述底部排出流的粘度。
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