JP2005511773A

JP2005511773A - 分留による吸着分離生成物の回収方法

Info

Publication number: JP2005511773A
Application number: JP2003552691A
Authority: JP
Inventors: ダビット，エイ．ハム，
Original assignee: ユーオーピーエルエルシー
Priority date: 2001-12-18
Filing date: 2001-12-18
Publication date: 2005-04-28
Also published as: WO2003051799A1; EP1458662A1; KR20040075881A; CN1297524C; KR100845665B1; CN1582266A; AU2002232649A1

Abstract

擬似移動床吸着分離プロセスユニットにおける抽出物又はラフィネート生成物を回収するための建設コストおよび運転コストは、その分離を行うために隔壁を用いることによって低減される。ラフィネートストリーム（ライン４）又は抽出物ストリーム（ライン１３）は隔壁１９の第１の側の中間点でカラム６に送られる。カラム６は吸着分離生成物を上記隔壁１９の反対側からサイドドローとして提供する。共吸着された不純物のストリームは、オーバーヘッド・ストリームとして取り除かれ、脱着剤は正味底留分ストリームとして回収される。

Description

本発明は、Ｃ₈芳香族炭化水素のような化合物を分離するために用いられる連続吸着分離方法に関するものである。

多くの工業的に重要な石油化学及び石油産業の工程において、沸点が近接した化合物を分離すること、あるいは構造上の種類によって化合物の分離を行うことが望まれている。過度のエネルギー量を消費する多数の分留カラムを必要とするため、従来の分別蒸留によってこれを行うことはきわめて困難、あるいは不可能である。関連産業では、化学的構造または特性に基づいた分離を行うことが可能なその他の分離法を用いることによってこの問題に対処してきた。吸着分離はそうした方法の１つである。

吸着分離の実施において、異なる骨格構造の２つ以上の化合物で構成される供給原料混合物は、１つの骨格構造の化合物を選択的に吸着する吸着剤の１つまたはそれ以上の床を通され、一方、供給原料ストリームのその他の成分が不変条件下の吸着ゾーンを通り抜けることが可能である。吸着剤床を通り抜ける供給原料の流れが止められ、吸着ゾーンが洗い流されて、吸着剤の周囲の非吸着性原料が除去される。その後、望まれる化合物が、脱着剤ストリームを吸着剤床に通すことによって吸着剤から脱着される。脱着剤原料は、吸着剤の周囲及び内部の空隙から非吸着原料を流し出すためにも広く用いられる。これは、吸着剤の単一の大きな床またはスイング床ベースのいくつかの並列床で行われてもよい。しかし、擬似移動床（SMB）吸着分離は、高い純度や回収率などいくつかの利点を提供することがわかっている。

脱着剤を吸着剤に通すことにより、選択的に保持された化合物が除去され、抽出物ストリームが生成される。抽出物ストリームは、脱着剤と望まれる化合物の混合物を含んでおり、その後これらの原料は抽出物カラムと称されるカラム内で分留によって分離される。１つ以上の化合物が吸着剤の上に保持されて、抽出物の一部として除去される場合、仕上げカラム内でさらに別の分留を行うことが必要である。本発明は、望まれる最終化合物を抽出物ストリームから回収する際に用いられる分留の経済性を向上させることを目的とする。

いくつかの経済的利点は、大規模吸着分離方法の、回分式操作と対照されるような、連続式操作に由来する。SMBプロセスは通常回転弁と複数のラインを用い、吸着及び脱着ゾーンを通じた吸着床の向流の運動を促進する。これは、例えば、米国特許出願第3,205,166号明細書及び米国特許出願第3,201,491号明細書に記述されている。

米国特許出願第3,510,423号明細書には、SMBプロセスから除去されるラフィネートと抽出物ストリームを処理する通常の方法が記述されていて、脱着剤は回収され、一体化されて吸着ゾーンで再利用される。米国特許出願第4,036,745号明細書には、より高純度のパラフィン抽出物を提供するための単一の吸着ゾーンを有する二重脱着剤の利用が記述されている。米国特許出願第4,006,197号明細書では、この教示を３つの成分脱着剤混合物に再生利用する脱着剤に拡大適用している。米国特許出願第5,177,295号明細書には、パラキシレンを芳香族炭化水素の混合物から回収する際に用いられる『重い』脱着剤の分留が記述されている。

分留カラム用の隔壁またはPetyluk構造は、Petylukらによって50年ほど前に初めて導入された。この技術を用いた分留カラムの最近の商品化によって、1992年８月27日付けSupplement to The Chemical Engineerのs14ページの論文に述べられているような、より最近の研究が促進された。

米国特許出願第2,471,134号明細書には、メタンからブタンにわたる範囲の軽質炭化水素の分離における隔壁カラムの利用が記述されており、米国特許出願第4,230,533号明細書には、隔壁カラム用制御システムが記述され、ベンゼン、トルエン及びオルトキシレンで構成される芳香族の分離における、請求の範囲に記載されている発明の利用が説明されている。

（発明の概要）
本発明は、２つの抽出物成分及び脱着剤で構成されるストリームをただ１つの分留カラム内で３つの生成物ストリームに分離するための一体化された分留カラムの利用を特徴とする改良された擬似移動床吸着分離方法である。すなわち、吸着分離ゾーンの３成分抽出物ストリームは、単一の隔壁カラム内で３つの高純度処理ストリームに分離される。上記カラムの一部は垂直壁によって並列分留ゾーンに分割され、そのうち１つは抽出物ストリームを受け取り、他方は吸着分離ゾーンの生成物ストリームを送出する。脱着剤は好ましくは、カラムの底部からは受け取られない。軽い生成物はオーバーヘッドで回収することができる。これによって、必要とされる分離、従って、その吸着プロセスの資本コスト及び運転経費が削減される。

本発明の１つの広範囲な実施の形態は、第１、第２及び第３の化合物で構成される供給原料ストリームを、第１の化合物が第２の化合物と比較して多量の選択的吸着剤上に選択的に保持される吸着促進条件に維持された選択的吸着剤の１つの床で構成される吸着ゾーンへ送り込むステップにおいて、第３の化合物は第１及び第２の化合物と十分に異なる沸点を有していて分留によってそれが容易に分離可能であり、第３の化合物は上記第１の化合物よりもより少ない程度に吸着剤上で吸着されて、その結果多量の選択的吸着剤中に予め存在していた第２の化合物及び脱着剤で構成されるラフィネート・ストリームを形成する、供給原料ストリームを吸着ゾーンへ送り込むステップと；脱着剤化合物で構成される脱着剤ストリームを、脱着剤化合物、第１の化合物及び第３の化合物で構成される抽出物ストリームを生成するための脱着促進条件下で、第１の化合物を保持している上記多量の選択的吸着剤と接触させて通らせるステップと；抽出物ストリームを、分留条件で操作されて、少なくとも第１及び第２の並列分留ゾーンに隔壁によって分割される隔壁分留カラムへ送り込むステップにおいて、第１及び第２の分留ゾーンがそれぞれ分留カラム内に位置する上端部及び下端部を有し、第１及び第２の分留ゾーンがそれらの上端部で分留カラムの非分割上部と開放連通し、それらの下端部で分留カラムの非分割下部と開放連通し、そして、抽出物ストリームが第１の分留ゾーンの中間点で上記カラムに流入する、抽出物ストリームを隔壁分留カラムへ送り込むステップと；第１の化合物で構成される抽出生成物ストリームを第２の分留ゾーンの中間点から除去するステップと；そして、第３の化合物で構成される生成物ストリームを分留カラムの第１の端部から回収し、脱着剤化合物で構成される処理ストリームを分留カラムの第２の端部から除去するステップとで構成される、改良された擬似移動床吸着分離方法として特徴づけることができる。

多くの工業的に重要な石油化学及び石油産業の工程において、沸点が近接した化合物を分離すること、あるいは構造上の種類によって化合物の分離を行うことが求められている。この例として、洗浄剤の生産に用いられる石油ケロシン留分からの直鎖パラフィンの回収、及びポリエステルやその他プラスチックの生産におけるＣ₈芳香族の混合物からのパラキシレンの回収がある。化合物の揮発性が近似していたり、化合物の広範な沸点範囲にわたって沸点が重複しているために分留の利用が非実用的な状況でのその他の例としては、ナフサ沸点範囲石油留分からのハイオクタン炭化水素の分離、及びパラフィンとオレフィンの混合物からのオレフィンの回収がある。例えば、上に述べられた直鎖パラフィンの回収の場合、Ｃ₉からＣ₁₂にわたる範囲の炭素数を有するパラフィンの回収が多くの場合に望まれる。

吸着分離は上に述べられた分離を行うために広く用いられる。吸着分離において、脱着剤は、吸着剤上に選択的に保持された化合物を放出するための原動力を提供する。従って、吸着剤は、供給原料ストリームと脱着剤ストリームへの暴露の間で連続的に循環されなければならない。下に述べられるように、これは、少なくとも２つの排液ストリーム、すなわち、非吸着性化合物を含んでいるラフィネート・ストリーム、及び、いくつかの化合物の混合物及び脱着剤で構成されることができる、望まれる脱着剤化合物を含んでいる抽出物ストリームを形成する。本発明の１つの目的は、上記脱着剤化合物を吸着分離の過程で産生されたこれら２つのストリームから回収するためのより経済的な方法を提供することである。本発明の１つの特定の目的は、資本コストが削減された、改良された擬似移動床吸着分離方法を提供することである。これらの目的は、脱着剤を抽出物及び脱着剤から回収するために必要な分留カラムの数を減らすことによって達成される。単一のカラムに並列分留ゾーンを含んでいる単一の一体化カラムが、個別のカラムの代わりに用いられる。各分留ゾーンはカラム断面の一部のみを占め、両ゾーンは、カラムのより大きな領域非分割部によって両端部で開放連通している。分留ゾーンの上端部と下端部の両方でのこの解放連通によって、供給原料のラフィネート及び抽出物成分よりも低い、または高い沸点を有する脱着剤への上記方法の適用が可能になる。

図は、単一の吸着剤チェンバ１４を有する擬似移動床吸着分離方法の一部を説明するものである。上記方法で用いられる２つのカラムのうち１つのみを示す。他のカラムは、説明されたカラムに類似した従来のデザインのものでもよい。説明の目的のため、上記方法は、少量のトルエン、及びパラキシレンなどいくつかのＣ₈芳香族炭化水素の混合物で構成されるライン１の供給原料ストリームを分離するために用いられているものとする。供給原料は通常メタキシレン、オルトキシレン及びエチルベンゼンでも構成される。トルエンは、不明確な上流分留の残留物である。これらＣ₈芳香族化合物は揮発性がきわめて近似しているので、工業規模でそれらを分留によって分離することは非実用的である。

ライン１の供給原料ストリームは回転弁２へ送り込まれる。この回転弁は、吸着剤チェンバ処理ストリームの数と、上記方法で用いられる１つ以上の吸着剤チェンバに位置する吸着剤の副床の数を加えたものに相当する数の孔部を有する。吸着剤チェンバは８から24の吸着剤副床を有することができるので、上記方法に関係する多数の床ラインがあり、通例12から30の個別のラインが回転弁２に接続する。簡略化のため、説明されている時点で用いられている床ラインのみが図示されている。その他の時点での流動も同様であるが、図示しない異なる床ラインを通って流れる。

回転弁２は、供給原料ストリームを床ライン３へ導き、それは供給原料ストリームを吸着剤チェンバ１４へ運ぶ。供給原料ストリームは、２つの副床の間の境界で吸着剤チェンバへ流れ込み、チェンバの断面を横切って送り込まれる。次に供給原料ストリームは、微粒子を含んでいる吸着剤のいくつかの副床を通って下方へ流れる。上記吸着剤は、この場合はパラキシレンである、１つの化合物、または化合物の構造上の種類を選択的に保持する。上記吸着剤は多少のトルエンも保持する。供給原料ストリームのその他のＣ₈成分は引き続き下方へ流れ、ライン４によって運ばれるラフィネート・ストリームの吸着剤チェンバから除去される。ラフィネート・ストリームも、流動する供給原料ストリームによって吸着剤の微粒子内空隙容積から流し出される、及び吸着剤の表面から除去される、種々の量の脱着剤化合物で構成される。この脱着剤は、脱着ステップを予め実施することにより、吸着ステップより前に上記床に存在する。ラフィネート・ストリームは回転弁２に流れ込み、その後上記弁によってライン２４へ導かれる。ライン２４は、図の簡略化のため図示されない分留ゾーンへラフィネート・ストリームを運ぶ。これは従来のカラムまたは隔壁カラムでもよい。

吸着手順と同時に、脱着剤のストリームが連続的に吸着剤チェンバ１４へライン１２を通って送り込まれる。脱着剤はカラムの断面を横切って供給され、吸着ゾーンを形成する吸着剤のいくつかの床を通って下方へ移動する。脱着剤はパラキシレン及びトルエンを吸着剤から除去する。これによって、パラキシレン、トルエン、及び脱着ゾーンとして機能する吸着剤チェンバの部分を通って流れる脱着剤との混合物が生成される。この物質はチェンバ１４の底部から除去され、本技術分野で『ポンプ・アラウンド』ラインと称される図示しないラインを通って上記チェンバの先端部へ戻される。このストリームは、脱着ゾーンの残り部分を形成するチェンバの先端部でより多くの吸着剤を通り抜ける。その後、上記ストリームは吸着剤チェンバ１４からライン１３を通って抽出物ストリームとして除去され、回転弁２へ送り込まれる。

上記回転弁はライン１３の抽出物ストリームをライン１５へ導く。ライン１５は抽出物ストリームを、分留カラム６の中央部左側の大きな部分を占める第１の垂直分留ゾーンへ送る。この分留ゾーンは、30から50個の分留トレイ２１を有し、略流体密封の垂直壁１９によってカラム断面の他の半分を占める並列な第２分留ゾーンから分離される。垂直壁は必ずしもカラムの中心に位置せず、２つの分留ゾーンは断面の面積または形状が異なってもよい。垂直壁１９はカラム６の大きな垂直部を２つの並列分留ゾーンに分割する。２つのゾーンはこの壁の高さによって互いに隔てられるが、先端部及び底部で連通する。上記２つの分留ゾーン間に隔壁を通じた直接の蒸気または液体の流動は存在しないが、ライン１５の抽出物ストリームを受け取る分留ゾーンの上端部は、付加的なトレイ２１を有する非分割分留ゾーンを収容しているカラム６の内容積に対して開放されている。蒸気の流動は制限されることが好ましいが、液体は２つの分留部の底部で隔壁１９の下を通ることができる。従って、蒸気及び液体は、カラムのこれら２つの部分の間の壁部周辺を自由に移動することが可能である。操作の間、抽出物ストリームは第１の分留ゾーンで分離され、より多くの揮発性トルエンが、左側第１の分留ゾーンから上方へ移動し、カラム６の非分割上部へ出てくる。第１の分留ゾーンと同様に、右側第２のゾーンの上端部はカラム６の上方部と開放連通しており、カラム６はカラム断面全体に広がる追加的な分留トレイ２１を格納している。

ライン１５の抽出物ストリーム中に存在するトルエンは、第１の分留ゾーンで上方へ導かれ、カラム６の先端部に入る。そのカラムの先端部は、抽出物成分をトルエンから分離するように設計された精製ゾーンである。この精製ゾーンは、多成分脱着剤ストリームが用いられる場合に種々の脱着剤成分を分離するために用いることもできる。トルエンを多量に含む蒸気ストリームはカラム６の上端部からライン７を通って除去され、図示しないオーバーヘッド・コンデンサを通されて、受液部８へ送られる液体を形成する。液相トルエンのストリームは上記受液部から除去されて第１の部分及び第２の部分に分割され、第１の部分は還流として分留カラム６の先端部に戻され、第２の部分は上記プロセスからライン２５を通って除去される。本明細書で用いられるように、『多量に含む』という語は、当該の化合物または化合物の種類の濃度が50モル％より大きく、好ましくは75モル％より大きいことを示す意味で用いられる。

カラム６の底部も非分割分留ゾーンで構成される。このゾーンは、第１及び第２の分留ゾーンの両方から排出する液体を受け取ることができる。この液体は、より揮発性の低い脱着剤をライン１９を通って除去される底留分液体に濃縮しながらＣ₈芳香族炭化水素を蒸気として上方へ導く分留にかけられる。この分離は、蒸気を底部非分割分留ゾーンへ供給する図示しないリボイラの利用を通じて行われる。脱着剤を多量に含む底留分液体は、ライン２４のラフィネートを受け取るカラムから得られるライン２２の脱着剤ストリームと混合される。その後、回収された脱着剤は、ライン２３を通って本方法での再利用のために回転弁２へ送られる。

カラム６の非分割底部は、垂直壁１９の底面の真下に位置するガス・フロー調節またはガス・トラップ・アウト・トレイ１２によって上記２つの並列分留ゾーンから分離されるとして説明される。この箇所でのわずかな隙間により、並列分留ゾーン間の水平方向の液体流動が可能になる。このトレイは、液体が普通に下方へ流れるように液体密封された穿孔を有してもよいが、その構造は蒸気の上方への流れが、少なくとも大きく制限されるような構造である。上記トレイは上方への蒸気流動を完全に遮ることができる。このトレイの利用は、トレイが２つの分留ゾーン間の上方への気体流動の分割を確実に調節する手段を提供するので好ましく、それは上記２つのゾーンの性能を調節する主要なプロセスである。従って、蒸気流動全体は、好ましくはカラムからライン１６を通って除去され、蒸気を２つの並列分留ゾーンの底部へ供給するライン１８及び２０の間で分割される。上記気体流動は、１個以上の流量調節弁によって、または上記２つのゾーンの底部の相対的な液面を調整することによって調節可能である。これは、わずかに異なる配置であるが、先に引用した米国特許出願第4,230,533号明細書に幾分詳細に述べられている。

本発明の好ましい実施の形態は、従って、パラキシレン、メタキシレン及びトルエンで構成される供給原料ストリームを、パラキシレンが選択的吸着剤上に選択的に保持される吸着促進条件に維持された選択的吸着剤の１つの床で構成される吸着ゾーンへ送り込むステップにおいて、トルエンがパラキシレンよりも少ない程度に吸着剤上で吸着されて、それによってメタキシレンで構成されるラフィネート・ストリームを形成する、供給原料ストリームを吸着ゾーンへ送り込むステップと；脱着剤を送り込んで、脱着促進条件下でパラキシレン及びトルエンを保持している選択的吸着剤の上記床と接触させて、脱着剤化合物、パラキシレン及びトルエンで構成される抽出物ストリームを産生するステップと；抽出物ストリームを、分留条件で操作され、少なくとも第１及び第２の並列分留ゾーンに隔壁によって分割される隔壁分留カラムへ送り込むステップにおいて、各分留ゾーンが分留カラム内に位置する上端部及び下端部を有し、第１及び第２の分留ゾーンがそれらの上端部で分留カラムの非分割上部と開放連通し、それらの下端部で分留カラムの非分割下部と開放連通し、そして、抽出物ストリームが第１の分留ゾーンの中間点で上記カラムに流入する、抽出物ストリームを隔壁分留カラムへ送り込むステップと；パラキシレンを多量に含む抽出生成物ストリームを第２の分留ゾーンの中間点から除去するステップと；そして、トルエンで構成されるオーバーへッド蒸気ストリームを分留カラムの第１の上端部から除去し、脱着剤で構成される底留分ストリームを分留カラムの第２の下端部から除去するステップとでその方法が構成される、キシレン異性体を分離するための擬似移動床吸着分離方法として特徴づけることができる。

従来の場合には多くの作業単位との比較という利点を有する工学設計計算に基づく上記図の分離の代表的な比較は、合計110個のトレイを格納する従来の２カラム・システム（抽出物カラム及び仕上げカラム）を、合計100個のトレイを格納する単一の隔壁カラムで置き換え可能なことを示している。基本的な場合のトレイは、50個が抽出物カラムに、60個が仕上げカラムにある。隔壁カラムでは、全体の再沸騰負荷が従来のカラム・ペアの110 MMBTU/hrに対して93 MMBTU/hr必要である。隔壁カラムでは、全コンデンサ負荷が標準的２カラムの場合の109 MMBTU/hrに対して87 MMBTU/hr必要である。その他の経済性は、調節システム、配管、ポンプ及びプロットのスペースの削減から得られる。

吸着のための操作条件には、一般に、20℃から250℃の範囲の温度が挙げられ、60℃から200℃が好ましい。第２の吸着ゾーンについては90℃から160℃の温度がきわめて好ましい。吸着条件には、好ましくは、処理流体を液相に維持するために十分な圧力が挙げられ、それは大気圧から600 psigまでの範囲でよい。脱着条件には、通常、吸着条件に用いられるのと同じ温度及び圧力が挙げられる。SMBプロセスは吸着ゾーンを通る流速Ａ：Ｆが広い範囲で１：１から５：1.0で操作され、ここでＡは吸着剤中の選択的細孔容積の『循環』の体積流量であり、Ｆは供給流速である。本発明の実施において、吸着剤チェンバ内の操作条件、吸着剤または脱着剤化合物の著しい変形は必要でない。好ましくは吸着剤が、上記方法の全体にわたって同じ温度に保持される。

本明細書での記述の多くは、SMBプロセスにおける本発明の利用という見地から行われているが、本発明は、吸着剤の１つ以上の別個の床を用いるスイング式床システムのような吸着分離を実施するその他の方法にも適用できると考えられる。上記方法の適用の本当の限界は、上記方法が、分留によって分離されることが望まれる３つの化合物で構成される抽出物またはラフィネート・ストリームを生成するという点である。上記方法の実施の別の変形は、回転弁をマニホルド・システムの弁と差し替えることである。そうしたシステムは、米国特許出願第4,434,051号明細書のような先行技術で述べられており、吸着剤の副床の数が減るにつれ、より実用的になる。

上記図の記述から逸脱するさらに別の変形は、脱着剤が、ラフィネート及び抽出物成分よりも低い沸点を有する分離の例である。この場合、脱着剤はカラムの先端部から除去される。並列分留ゾーンの両方が、脱着剤がそこから回収されるカラムのより大きな断面部とやはり連通しているであろう。パラキシレンの分離における『重い』脱着剤、すなわち、供給原料のラフィネートまたは抽出物成分よりも高い沸点を有する脱着剤の利用は、米国特許出願第5,107,062、米国特許出願第5,057,643及び米国特許出願第5,012,038各号明細書に述べられている。重い脱着剤の抽出物及びラフィネートからの分留は先に引用した米国特許出願第5,177,295号明細書に示されている。

特定の吸着分離の成功の可否は多くの要因によって決まる。これらの要因のうち主要なものは、上記方法で用いられる吸着剤（固定相）及び脱着剤（移動相）の組成物である。その他の要因は基本的に処理条件に関するものである。

本方法は、いずれか特定の形状の吸着剤と共に利用することに限定されないと考えられる。上記方法で用いられる吸着剤は、好ましくは、タイプＡ、ＸまたはＹゼオライトまたはシリカライトのような分子篩で構成される。シリカライトは文献に多く記述されている。また、それは米国特許出願第4,061,724号明細書に開示され、特許請求されている。より詳しい記述は、そのシリカライトの記述と特徴づけに関して引用によって本明細書に組み込まれる、"Silicalite, A New Hydrophobic Crystalline Silica Molecular Sieve", Nature, Vol. 271, Feb. 9, 1978の論文に見られる。

吸着剤の活性成分は、高度な物理的強度と摩滅抵抗性を有する粒子塊の形状で通常用いられる。上記粒子塊は、流体の吸着剤材料へのアクセスを可能にするチャネル及び空洞を有する非晶質の無機基質または結合剤に分散される活性な吸着剤材料を含んでいる。結晶性粉体をそのような塊に形成するための方法には、無機結合剤、一般に二酸化ケイ素及び酸化アルミニウムで構成される粘土を、湿性混合物中の高純度吸着剤粉体へ添加することなどがある。上記結合剤は結晶性粒子の形成または凝塊化を促進する。混合された粘土と吸着剤の混合物は、円筒形ペレットに押出し成形され、またはビーズに成形されて、上記粘土を相当な機械的強度の非晶質結合剤に転換するために引き続き焼成される。吸着剤は、噴霧乾燥によって、またはより大きな塊の粉砕とその後の粒径スクリーニングによって形成される不規則な形状の粒子に結合させられてもよい。従って、吸着剤粒子は、望まれる粒径範囲、好ましくは、1.9 mmから250μm（16から60標準米国メッシュ）を有する押出し成形物、タブレット、球体及び顆粒の形状であってもよい。カオリン型の粘土、透水性有機高分子またはシリカが一般に結合剤として用いられる。

吸着剤の活性分子篩成分は、通常、非揮発性組成物に基づく粒子の75から98重量％の範囲の量の吸着剤粒子中に存在する小結晶の形状である。非揮発性組成物は、一般に、すべての揮発性物質を除去するために吸着剤を900℃で焼成した後に判定される。残りの吸着剤は、一般に、シリカライト物質の小粒子との完全な混合物中に存在する結合剤の無機基質である。この基質物質は、シリカライトの製造方法での、例えば、その製造過程でのシリカライトの意図的に不完全な精製からの随伴物でもよい。

当業者であれば、吸着剤の吸着能が、操作条件、供給原料組成物及び吸着剤の含水量のような、その組成物に関係しない数多くの要因によってしばしば大きく影響されることを理解するであろう。上記方法のための最適な吸着剤組成物及び操作条件は、従って、相互に関係する数多くの変数に依存している。１つのそうした変数は、本明細書において認められている強熱減量（LOI）試験として表される吸着剤の含水量である。LOI試験では、ゼオライト吸着剤の揮発性物質含有量が、吸着剤のサンプルを500℃の温度下で窒素のような不活性ガス・パージ下で恒量を達成するに十分な時間乾燥させた前後に得られる重量の差によって判定される。本方法のためには、吸着剤の含水量が900℃でのLOIにおいて7.0％未満、好ましくは０から4.0重量％の範囲内となることが好ましい。上記方法の流体は吸着剤を乾燥させることができるので、上記篩の加湿レベルは、脱着剤ストリームを介するなど制御された水噴射によって通常制御される。

上に示されるように、脱着剤は２つ以上の化合物の混合物でもよい。例えば、Ｃ₉からＣ₁₁の直鎖パラフィンをケロシンから分離するための好ましい脱着剤は、直鎖バラフィンとシクロパラフィン（ナフテン）の混合物で構成される。直鎖及びシクロパラフィンが同じ炭素数を持つ混合物がきわめて好ましく、脱着剤化合物の炭素数は一般に５から８の範囲にある。好ましい直鎖パラフィンはｎヘキサンであり、脱着剤は０から100％の範囲の直鎖パラフィンである。脱着剤は100％シクロパラフィンでもよい。Ｃ₈芳香族炭化水素の分離にとって好ましい脱着剤は、パラフィン分離に好ましいものとは異なっている。本方法においてオーバーヘッドで除去される好ましい『軽い』脱着剤はトルエンである。好ましい重い脱着剤はパラ-ジエチルベンゼンであり、飽和炭化水素との混合物に用いることができる。この分離のためのその他の重い脱着剤には、米国特許第5,107,062号明細書に述べられているようなインダン（Indane）及びインダン（Indan）誘導体、ジエチルトルエン及びテトラリン誘導体などがある。

１つの関連するSMB処理技術は、『ゾーン・フラッシュ』の利用である。ゾーン・フラッシュは、供給原料と抽出物床ラインの間の緩衝区域を形成し、脱着剤すなわち直鎖ペンタンが吸着ゾーンに入り込むのを防ぐ。ゾーン・フラッシュの利用はより複雑で、従って高価な回転弁を必要とするが、ゾーン・フラッシュの利用は、高純度抽出生成物が望まれる場合の吸着ゾーンにおいて好ましい。実際には、オーバーヘッドで抽出物及び／又はラフィネート・カラムから回収される多量の混合成分脱着剤は、別個のスプリッタ・カラムへ送られる。上記混合成分脱着剤のより低い強度の成分の高純度ストリームが回収され、ゾーン・フラッシュ・ストリームとして用いられる。二重成分脱着剤の利用に関する、及びフラッシュ・ストリームの利用のような生成物純度を向上させる技術に関するより詳細な情報は、SMB技術の本態様に関するそれらの教示のため引用によって本明細書に組み込まれる米国特許出願第3,201,491、米国特許出願第3,274,099、米国特許出願第3,715,409、米国特許出願第4,006,197及び米国特許出願第4,036,745各号明細書から得ることができる。

SMB技術は、上に述べられたもの以外にも広範な種類の化学物質に適用されてきた。例えば、米国特許出願第4,467,126号明細書には、ニトロトルエン異性体のような２基置換ベンゼンの回収について述べられている。2,6-ジメチルナフタリンの分離は米国特許出願第5,004,853号明細書に、2,7-ジイソプロピルナフタリンは米国特許出願第5,012,039号明細書にそれぞれ述べられている。SMB技術は、糖類の分離、キラル化合物、及び米国特許出願第5,225,580号明細書に述べられているような脂肪酸及びトリグリセリドのようなより複雑な有機物に拡大適用されてきた。本方法は、特に分留によって分離可能な第３の成分も存在している場合に、抽出物またはラフィネート成分からの脱着剤の回収を必要とするそうしたSMBプロセスのいずれにも適用可能であると考えられる。

本発明の目的のために、本明細書で用いられる種々の語が以下のように定義される。『供給原料混合物』という語は、本方法によって分離される対象となる１つ以上の抽出物成分と１つ以上のラフィネート成分を含んでいる混合物である。『供給原料ストリーム』という語は、上記方法で用いられる吸着剤と接触するために送り込まれる供給原料混合物のストリームを示す。『抽出物成分』とは、吸着剤によってより多く選択的に吸着される１つの化合物または化合物の種類であり、『ラフィネート成分』とは、より少なく選択的に吸着される１つの化合物または化合物のタイプである。『脱着剤物質』という語は、抽出物成分を吸着剤から脱着することができる物質を一般に意味する。『ラフィネート・ストリーム』または『ラフィネート・アウトプット・ストリーム』という語は、ラフィネート成分が抽出物成分の吸着後に吸着剤床から除去されるストリームを意味する。ラフィネート・ストリームの組成物は、本質的に100％の脱着剤物質から本質的に100％のラフィネート成分まで変えることが可能である。『抽出物ストリーム』または『抽出物アウトプット・ストリーム』という語は、脱着剤物質によって脱着されている抽出物物質が吸着剤床から除去されるストリームを意味する。抽出物ストリームの組成物は、本質的に100％の脱着剤物質から本質的に100％の抽出物成分まで変えることが可能である。『抽出生成物』及び『ラフィネート生成物』という語は、吸着剤チェンバから回収される抽出物ストリーム及びラフィネート・ストリームにおけるよりも高い濃度の抽出物成分及びラフィネート成分をそれぞれ含んでいる方法によって生成されるストリームを意味する。抽出物ストリームは望まれる化合物に多量に含まれてもよく、あるいは高い濃度を有するだけでもよい。

SMB吸着チェンバの多数の床をいくつかのゾーンにグループ分けすることが本技術分野で慣例となっている。通常上記方法は４つまたは５つのゾーンとして記述される。供給原料ストリームと吸着剤の最初の接触はゾーンＩである吸着ゾーンで行われる。ゾーンＩの吸着剤または固定相は望ましくない異性体、すなわちラフィネートを含んでいる液体によって取り囲まれることになる。この液体は、精製ゾーンと称されるゾーンIIの吸着剤から除去される。上記精製ゾーンで、望ましくないラフィネート成分は、分留によって望まれる成分から容易に分離される物質によって吸着剤床の空隙容積から流し出される。吸着剤チェンバのゾーンIIIで、脱着剤と共に吸着剤を暴露し、流し出すことによって、望まれる異性体が吸着剤から放出される（移動相）。放出された望まれる成分及び付随する脱着剤は、抽出物ストリームという形で吸着剤から除去される。ゾーンIVは、ゾーンＩとIIIの間に位置する吸着剤の一部で、ゾーンＩとIIIを分離するために用いられる。ゾーンIVにおいて、脱着剤の流動混合物及び供給原料ストリームの望まれない成分によって、脱着剤は部分的に吸着剤から除去される。ゾーンIVを通り抜ける液体の流動によって、ゾーンIIIからゾーンＩへの吸着剤の擬似動作と同時に起きる流動によるゾーンＩの液体によるゾーンIIIの汚染が回避される。擬似移動床プロセスのより詳細な説明は、Adsorptive Separation section of the Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology at page 563に示されている。『上流』及び『下流』という語は、本明細書においてそれらの通常の意味で用いられ、液体が吸着剤チェンバで流れている全体的な方向に基づいて解釈される。すなわち、液体が一般に垂直な吸着剤チェンバ内を通って下方へ流れる場合、上流とは、チェンバ内の上方またはより高い位置に相当する。

単一の隔壁生成物回収カラム６の左方分留ゾーンへ送り込まれている吸着剤チェンバ１４から回収される抽出物ストリームを示す高度に簡略化された工程フロー図である。

符号の説明

１ライン（供給原料ストリーム）
２回転弁
３ライン（供給原料ストリーム）
４ライン（ラフィネート・ストリーム）
６生成物回収カラム（分留カラム）
７、１０、１２、１６、１８、１９、２０、２５ライン
８受液部
１２ガス・トラップ・アウト・トレイ（ガス・フロー調節）
１３ライン（抽出物ストリーム）
１４吸着剤チェンバ
１５ライン（抽出物ストリーム）
１７ライン（抽出生成物ストリーム）
１９垂直壁（隔壁）
２１分留トレイ
２２、２３ライン（脱着剤ストリーム）
２４ライン（ラフィネート・ストリーム）

Claims

擬似移動床吸着分離方法において、
ａ）第１、第２及び第３の化合物で構成される供給原料ストリームを、第１の化合物が第２の化合物と比較して多量の選択的吸着剤上に選択的に保持される吸着促進条件に維持された選択的吸着剤の１つの床で構成される吸着ゾーンへ送り込むステップにおいて、第３の化合物は第１及び第２の化合物と十分に異なる沸点を有していて分留によってそれが容易に分離可能であり、第３の化合物は前記第１の化合物よりもより少ない程度に吸着剤上で吸着されて、その結果多量の選択的吸着剤中に予め存在していた第２の化合物及び脱着剤で構成されるラフィネート・ストリームを形成する、供給原料ストリームを吸着ゾーンへ送り込むステップと；
ｂ）脱着剤化合物で構成される脱着剤ストリームを、脱着剤化合物、第１の化合物及び第３の化合物で構成される抽出物ストリームを生成するための脱着促進条件下で、第１の化合物を保持している前記多量の選択的吸着剤と接触させて通らせるステップと；
ｃ）抽出物ストリームを、分留条件で操作されて、少なくとも第１及び第２の並列分留ゾーンに隔壁によって分割される隔壁分留カラムへ送り込むステップにおいて、第１及び第２の分留ゾーンがそれぞれ分留カラム内に位置する上端部及び下端部を有し、第１及び第２の分留ゾーンがそれらの上端部で分留カラムの非分割上部と開放連通し、それらの下端部で分留カラムの非分割下部と開放連通し、そして、抽出物ストリームが第１の分留ゾーンの中間点でカラムに流入する、抽出物ストリームを隔壁分留カラムへ送り込むステップと；
ｄ）第１の化合物で構成される抽出生成物ストリームを第２の分留ゾーンの中間点から除去するステップと；
ｅ）第３の化合物で構成される生成物ストリームを分留カラムの第１の端部から回収するステップと；そして、
ｆ）脱着剤化合物で構成される処理ストリームを分留カラムの第２の端部から除去するステップとで構成されることを特徴とする擬似移動床吸着分離方法。
分留カラムの非分割上部が分留カラムの第３の上部に位置し、そして、脱着剤化合物で構成される処理ストリームが分留カラムの上端部から除去されることを特徴とする請求項１の方法。
分留カラムの非分割下部が分留カラムの第３の下部に位置し、そして、脱着剤化合物で構成される処理ストリームが分留カラムの下端部から除去されることを特徴とする請求項１の方法。
第１及び第２の化合物がパラフィン系炭化水素であることを特徴とする請求項１の方法。
第１及び第２の化合物が芳香族炭化水素であることを特徴とする請求項１の方法。
請求項１の方法において、第３の化合物が第１及び第２の化合物よりも低い沸点を有して、前記第１の化合物よりもより少ない程度に吸着剤上に吸着され、第３の化合物で構成される生成物ストリームがオーバーヘッド・ストリームとして分留カラムの第１の上端部から除去され、そして、脱着剤化合物で構成される処理ストリームが底留分ストリームとして分留カラムの第２の下端部から除去されることを特徴とする請求項１の方法。
第１の化合物が直鎖パラフィンであることを特徴とする請求項６の方法。
第１の化合物がオレフィンであることを特徴とする請求項６の方法。
請求項１の方法において、擬似移動床吸着分離方法がキシレン異性体を分離し、供給原料ストリームがパラキシレン、メタキシレン及びトルエンで構成され、パラキシレンが選択的吸着剤上に選択的に保持されて、トルエンはパラキシレンよりも少ない程度に吸着剤上で吸着され、ラフィネート・ストリームがメタキシレン及び脱着剤化合物で構成され；抽出物ストリームが脱着剤化合物、パラキシレン及びトルエンで構成され、抽出生成物ストリームがパラキシレンを多量に含み、オーバーヘッド蒸気ストリームが分留カラムの第１の上端部からのトルエンで構成されて、トルエンで構成される抽出生成物ストリームを提供し、そして、脱着剤で構成される底留分ストリームが分留カラムの第２の下端部から除去されて、脱着剤化合物で構成される処理ストリームを提供することを特徴とする請求項１の方法。
分留カラムの下部から第１及び第２の分留ゾーンへの蒸気の上方への流動が収集され、その後第１及び第２の分留ゾーンの間で調節された方法で分割されることを特徴とする請求項９の方法。