JP2012152663A - 液体分離方法および液体分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】固体粒子および液体を含んで成る固液混合物から液体を分離する方法を、より長い時間運転できる新たな液体分離方法を提供する。
【解決手段】そのような液体分離方法は、
固体粒子および液体を含んで成る固液混合物を湿式分級に付すことによって、所定の粒子寸法より大きい粒子寸法を有する固体粒子および液体を含んで成る混合物２６を得る分級工程１８と、
前記得られた混合物２６をクロスフロー濾過することによって、液体を回収する濾過工程２０と
を含むことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体を分離する方法、詳しくは、固体、特に固体粒子および液体を含んで成る固液混合物から液体を分離する方法に関する。具体的には、本発明は、固体触媒粒子存在下にて液相反応を実施することによって得られる、触媒粒子、ならびに反応原料および反応生成物を含む液相を含んで成る固液混合物から液体を回収する、液体分離方法に関する。

上述のように固体触媒の存在下の液相反応によって得られる反応生成物を含む固液混合物から液体を回収する方法としては、固液混合物を液体サイクロンに供給し、固液混合物に含まれる粗粒子を遠心沈降させて液体と共に排出すると共に、残分として得られる、微粒子と液体との混合物をクロスフロー濾過することによって、この混合物から液体を分離する方法が知られている（下記特許文献１参照）。

特開平８−３３２３２７号公報

上述のような液体を分離する方法では、濾材を洗浄する頻度が多く、長時間運転することができず、生産性が低下するという問題がある。そこで、本発明が解決しようとする課題は、より長い時間運転できる新たな液体の分離方法を提供することである。

本発明は、固体粒子および液体を含んで成る固液混合物から液体を分離する方法を提供し、この方法は、
前記固液混合物を湿式分級に付すことによって、所定の粒子寸法より大きい粒子寸法を有する固体粒子および液体を含んで成る混合物を得る分級工程と、
前記得られた混合物をクロスフロー濾過することによって、液体を回収する濾過工程と
を含むことを特徴とする。

本明細書において、分級工程は、液体および固体粒子を含んで成る固液混合物を重力または遠心力が作用する場において、固体粒子に作用する重力または遠心力の差を利用して、種々の粒子寸法を有する固形粒子を、所定粒子寸法より大きい粒子寸法を有する固体粒子（「粗粒子」とも呼ぶ）の群および液体を含む粗粒子混合物と、残部の固体粒子群、通常、所定寸法より小さい粒子寸法を有する固体粒子（「微粒子」とも呼ぶ）の群および液体を含む微粒子混合物とに分割（または分離）する工程を意味する。即ち、いわゆる重力分級または遠心力分級を実施する工程である。通常、混合物を構成する液体および固体粒子の性質、ならびに分級工程の操作・装置条件によって、所定の粒子寸法が決まる。このような分級工程は、例えば液体サイクロン、遠心分離機、スーパーデカンター、ガス浮上分離塔等を使用して実施できる。

また、本明細書において、濾過工程は、クロスフロー濾過によって実施する。この濾過工程では、前記分級工程で得られた濾過すべき混合物を濾材面に対して実質的に平行に流しながら、圧力差を利用して濾材を通過して得られる、所定の粒子寸法より大きい粒子寸法を有する固形粒子を含まない透過液フラクションと、濾材を通過しない残部である保持液フラクションとに分離（または分割）する工程を意味する。ここで、所定の粒子寸法は、通常、使用する濾材の細孔サイズによって決まる。

このような本発明の液体分離方法を適用できる固液混合物は、固体粒子と液体とを含んで成るものであれば、特に限定されるものではない。例えば、溶媒としての液相中で触媒としての固体粒子の存在下、反応を実施することによって得られる、溶媒、反応生成物および触媒を含んで成る反応液から液体を回収する場合に、本発明の方法を好適に使用できる。そのような反応としては、触媒懸濁反応、触媒懸濁流動床反応等を例示できる。

更に、本発明は、上述および後述の本発明の液体分離方法を実施するのに好適な液体分離装置を提供する。この液体分離装置は、湿式分級装置およびクロスフロー濾過装置を有して成り、湿式分級装置によって得られる、所定寸法より大きい粒子寸法を有する固体粒子および液体を含む混合物、即ち、粗粒子混合物がクロスフロー濾過装置にて濾過処理されるように構成されている。具体的には、本発明の液体分離装置は、粗粒子混合物をクロスフロー濾過装置に供給する配管を有して成る。

本発明の液体分離方法では、湿式分級後に得られる、粗粒子を含む粗粒子混合物をクロスフロー濾過するため、従来から実施されている液体の分離方法と比較して、混合物中に含まれる固体粒子の粒度が相対的に大きいため、濾材の目詰まりが起こり難く、濾過工程に用いる濾材を洗浄する頻度が少なくなるため、濾過工程をより長い時間運転することが可能となり、および／または濾過処理自体が容易になるため、濾過工程に要する時間が短くなる（従って、濾過装置がコンパクトになる）ため、生産性が向上する。

図１は、本発明の液体分離方法の１つの好ましい態様を採用しているプロピレンオキシドの製造方法を模式的に示す。 図２は、本発明の液体分離方法の別の好ましい態様を採用しているプロピレンオキシドの製造方法を模式的に示す。

本発明の液体分離方法は、固体粒子および液体を含んで成る固液混合物から液体を分離する場合に有用である。以下、触媒としての固体粒子存在下で液相にて反応原料を反応させてプロピレンオキシドを製造する液相反応を例として、添付図面を参照しながら本発明の液体分離方法をより詳細に説明する。

尚、触媒としての固体粒子存在下で液相にて反応原料を反応させてプロピレンオキシドを製造する方法である液相反応は、それ自体公知である。その反応の詳細については、例えば特開２００９−２５６３０１号公報を参照できる。この公報に開示されている方法を簡単に説明すると、反応器において、アセトニトリル／水の混合溶媒ならびに固体粒子としてのチタン触媒およびパラジウム触媒の混合物中に、酸素および水素および（場合により存在する）希釈用窒素を含む混合ガスならびにプロピレンを供給してこれらを反応させることによってプロピレンオキシドを製造することができる。

この製造方法は、反応プロセス、ならびに反応生成物、未反応原料および触媒を含んで成る、固液混合物としての反応液から液体としてのアセトニトリル／水を分離する後処理プロセスを含む。

反応プロセスでは、反応器においてアセトニトリル／水中に触媒としての固体粒子を予め懸濁させておき、混合ガスならびにプロピレンを供給し、反応条件下、これらを反応させる。反応プロセスで得られる、反応生成物、未反応原料および触媒を含んで成る、固液混合物としての反応液を、反応器から取り出し、後処理プロセスに送り、本発明の液体分離方法を実施する。

後処理プロセスは、分級工程および濾過工程を含んで成る。分級工程では、反応液を湿式分級に付すことによって、所定寸法より大きい寸法を有する触媒としての固体粒子および液体としてのアセトニトリル／水を含んで成る混合物を得る。その結果、そのような混合物から、該所定寸法以下の寸法を有する触媒としての固体粒子および液体としてのアセトニトリル／水を含んで成る混合物を分離することになる。

この場合、本発明の液体分離方法でも、濾過工程において触媒とプロピレン等の反応原料とが接触状態にあるが、上述のように濾過工程に要する時間を短縮できるので、そのような接触状態に起因して生じる副反応を抑制することができる。尚、湿式分級は、滞留時間をより短くできる点で、液体サイクロン等を用い遠心分離法によって実施するのが特に好ましく、その場合、副反応を更に抑制することができる。

尚、簡単のため、「所定寸法より大きい寸法を有する触媒としての固体粒子」をも「粗粒子」とも呼び、また、粗粒子およびアセトニトリル／水を含んで成る混合物をも「粗粒子混合物」とも呼ぶ。更に、「該所定寸法以下の寸法を有する触媒としての固体粒子」をも「微粒子」とも呼び、また、微粒子およびアセトニトリル／水を含んで成る混合物をも「微粒子混合物」とも呼ぶ。

次に、分級工程によって得られた粗粒子混合物を濾過工程に送り、そこでクロスフロー濾過処理に付し、それによって、粗粒子混合物から液体としてのアセトニトリル／水を回収する。

図１に、本発明の液体分離方法の１つの好ましい態様を採用しているプロピレンオキシドの製造方法を模式的に示す。反応プロセスでは、オートクレーブ１０においてアセトニトリル／水中に触媒固体粒子を予め懸濁させておき、酸素および水素および希釈用窒素を含む混合ガス１２、ならびにプロピレン１４を供給し、反応条件下、これらを反応させる。反応によって得られる反応液１６をオートクレーブ１０から取り出し、後処理プロセスに送り、本発明の液体分離方法を実施する。後処理プロセスは、分級工程を実施する液体サイクロン１８および濾過工程を実施するクロスフロー濾過装置２０を含んで成る。

分級工程では、オートクレーブ１０から取り出される反応液１６がポンプ２２を経て液体サイクロン１８に供給され、そこで、反応液を湿式分級に付す。その結果、粗粒子および液体としてのアセトニトリル／水を含んで成る粗粒子混合物が粗粒子スラリー２６として得られ、他方、残部、通常、微粒子および液体としてのアセトニトリル／水を含んで成る微粒子混合物が微粒子スラリー２４として得られる。

尚、微粒子および粗粒子の所定の寸法は、液体サイクロンの装置条件および操作条件、ならびに反応液の性質（例えば固体粒子の密度、含量、差粒度分布、アセトニトリル／水の割合、反応生成物の濃度、未反応原料の濃度）等に基づいて、プロピレンオキシドの製造するに際して、当業者が適宜決めることができる。

次に、得られた粗粒子スラリー２６は、クロスフロー濾過装置２０に供給され、そこで、粗粒子スラリーはクロスフロー濾過される。その結果、粗粒子スラリーは、濾過装置２０の装置条件および操作条件、ならびに粗粒子スラリーの性質に応じて決まる所定寸法より大きい粒子寸法を有する固体粒子およびアセトニトリル／水を含んで成る保持液フラクション２８と、好ましくは実質的に固体粒子を含まない、アセトニトリル／水を含んで成る透過液フラクション３０とに分離される。尚、クロスフロー濾過の透過液フラクションの流量は、クロスフロー濾過の装置条件および操作条件、ならびに前記分級工程で得られた混合物の性質（例えば、固体粒子の密度、粒度分布、形状、液体の粘度）等に基づいて、プロピレンオキシドを製造するに際して、当業者が適宜決めることができる。

保持液フラクション２８は、濾過装置２０の濾材を通過しない固体粒子を含むので、オートクレーブ１０にリサイクルして反応の触媒として再使用する。図示した態様では、液体サイクロン１８によって得られる微粒子混合物２４も、固体粒子を含むので、オートクレーブ１０にリサイクルして反応の触媒として再使用する。尚、メイクアップ分のアセトニトリル／水を供給するライン３２に保持液フラクション２８および微粒子混合物２４が合流するように配管している。透過液フラクション３０は、反応生成物および未反応原料を含むので、精製処理工程に付して、反応生成物を分離できる。

オートクレーブ１０に供給される混合ガス１２は、撹拌機３４によって触媒としての固体粒子が懸濁している液相に取り込まれてプロピレンと反応する。図示するように、オートクレーブの気相は、循環ライン３６を経て新たに供給する混合ガス１２と一緒に所にオートクレーブに供給することによってリサイクルする。

図２に、本発明の液体分離方法の別の好ましい態様を採用しているプロピレンオキシドの製造方法を模式的に示す。この場合の反応プロセスは、図１を引用して先に説明した反応プロセスと実質的に同じである。即ち、オートクレーブ１０においてアセトニトリル／水中に触媒固体粒子を予め懸濁させておき、酸素および水素および希釈用窒素を含む混合ガス１２、ならびにプロピレン１４を供給し、反応条件下、これらを反応させる。反応によって得られる反応液１６をオートクレーブ１０から取り出し、後処理プロセスに送り、本発明の液体分離方法を実施する。

後処理プロセスは、湿式分級工程を実施するガス浮上分離装置３８および濾過工程を実施するクロスフロー濾過装置２０を含んで成る。ガス浮上分離装置３８は、分離塔４０およびその底部付近に設けたスパージャー４２を有する。分離塔４０の上方部分は、上方連結管４４によってオートクレーブ１０の気相と連通状態にあり、また、分離塔４０の下方部分は、下方連結管４６によってオートクレーブ１０の液相と連通状態にある。その結果、オートクレーブ１０内の反応液は、下方連結管４６を経て分離塔４０に入り込む。

分離塔４０の気相は、スパージャー４２を介して分離塔４０内に供給されて気泡となって分離塔内の液相と一緒に上昇流を形成して分離塔内を上昇する。この時、所定の粒子寸法より大きい粒子寸法を有する粒子、即ち、粗粒子は、上昇流に乗ることができず、分離塔内を降下して底部に溜まる。そのような粗粒子は、分離塔４０の底部から粗粒子スラリー４８として排出され、クロスフロー濾過装置２０に供給される。

排出された粗粒子スラリー４８は、図１を参照して先に説明したのと同様に、濾過処理され、その結果、保持液フラクションおよび透過液フラクション３０に分離される。即ち、透過液フラクション３０が回収され、よって、反応液から液体としての透過液フラクションが分離される。

尚、図２に示す態様では、オートクレーブ１０の気相の一部は、上方連結管４４を介して分離塔４０に送られ、分離塔４０の上方から、一部分はスパージャー４２に送られて浮上分離に使用され、残りは、オートクレーブ１０にリサイクルされる。

１０…オートクレーブ、１２…混合ガス、１４…プロピレン、１６…反応液、
１８…液体サイクロン、２０…クロスフロー濾過装置、２２…ポンプ、
２４…微粒子スラリー、２６…粗粒子スラリー、２８…保持液フラクション、
３０…透過液フラクション、３２…メイクアップ、３４…撹拌機、３６…循環ライン、
３８…ガス浮上分離装置、４０…分離塔、４２…スパージャー、４４…上方連結管、
４６…下方連結管、４８…粗粒子スラリー。

Claims (4)

1. 固体粒子および液体を含んで成る固液混合物から液体を分離する方法であって、
   前記固液混合物を湿式分級に付すことによって、所定の粒子寸法より大きい粒子寸法を有する固体粒子および液体を含んで成る混合物を得る分級工程と、
   前記得られた混合物をクロスフロー濾過することによって、液体を回収する濾過工程と
   を含むことを特徴とする、液体分離方法。
2. 分級工程は、遠心分級または重力分級によって実施することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 固液混合物は、触媒懸濁液流動床反応で得られることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 湿式分級装置およびクロスフロー濾過装置を有して成る、固体粒子および液体を含んで成る固液混合物から液体を分離する装置であって、
   湿式分級装置によって得られる、所定寸法より大きい粒子寸法を有する固体粒子および液体を含む混合物がクロスフロー濾過装置にて濾過処理されるように構成されていることを特徴とする液体分離装置。

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