JP2014529341A - 擬似移動床吸着を用いた分離方法および分離装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、擬似移動床（ＳＭＢ）吸着を用いた異性体の分離方法に関する。上記方法は、擬似移動床を用いて、異性体を含む原料（Ｆ）を吸着分離する。擬似移動床は、複数の吸着剤床層（３８）を備えている。複数の吸着剤床層（３８）の間には、格子（３９）が設けられている。吸着剤床層（３８）の物質を流入および流出するパイプラインは、各格子（３９）上に配置されている。擬似移動床に流入される物質および擬似移動床から流出される物質は、少なくとも吸着原料（Ｆ）、脱着剤（Ｄ）、抽出液（Ｅ）、およびラフィネート（Ｒ）を含んでいる。目的生成物は、抽出液（Ｅ）に豊富に存在する。抽出液（Ｅ）は、フラッシング液として使用され、原料の注入位置の上流方向における１番目または２番目の吸着剤床層、および、抽出液の抽出位置の下流方向における２番目〜４番目のいずれか１つの吸着剤床層に注入される。上記方法は、Ｃ８芳香族化合物の吸着分離に利用され、吸着分離の目的生成物の純度を効果的に増大させることができるとともに、装置の処理能力を効果的に向上させることができる。

Description

発明の詳細な説明

〔技術分野〕
本発明は、吸着を用いた異性体の分離方法および分離装置に関し、特に、擬似移動床（ＳＭＢ）吸着を用いて炭化水素を分離および精製するための方法および装置に関する。

〔発明の背景〕
吸着分離は、沸点の差が非常に小さい異性体の分離、または、構造的特徴の異なる種々の成分の分離に、非常に有効である。例えば、Ｃ_８芳香族化合物の異性体混合物からのｐ−キシレンの分離、および、別の構造を備える炭化水素類からの直鎖アルカンの分離に、非常に有効である。

ＳＭＢ吸着による分離方法は、液相と固相との向流接触を実現し、分離効率を増大させる。米国特許第２９８５５８９号、米国特許第３２０１４９１号、米国特許第３６２６０２０号、米国特許第３６８６３４２号、米国特許第３９９７６２０号および米国特許第４３２６０９２号には、ＳＭＢ吸着による分離装置および分離方法が記載されており、ｐ−キシレンとｍ−キシレンとを分離するためにその方法が使用されている。Douglas M. Ruthvenは、Chemical Engineering Science（1989, v44(5):1011-1038）において、連続向流吸着による分離方法の原理、発展性、テストおよびモデルの研究、並びに工業的方法の概要を述べている。

典型的なＳＭＢ吸着分離は、少なくとも２つの供給原料の流れ（すなわち原料（Ｆ）および脱着剤（Ｄ）の流れ）、および、少なくとも２つの放出物質の流れ（すなわち抽出液（Ｅ）およびラフィネート（Ｒ）の流れ）を含んでいる。抽出液は、目的物質を豊富に含んでいる。各供給原料の流れが吸着カラムへ供給される位置、または吸着カラムから放出される位置は、周期的に移動する。吸着カラムにおいて供給原料の流れ方向に沿った供給原料の順番は、脱着剤（Ｄ）、抽出液（Ｅ）、原料（Ｆ）およびラフィネート（Ｒ）の順である。吸着カラムにおける供給原料の循環は、閉ループを形成する。吸着カラムへの供給原料の注入、および吸着カラムからの供給原料の放出を調節するための装置は、回転式バルブであっても、ｏｎ−ｏｆｆバルブであってもよい。

吸着分離の間、供給原料の流れの多くが、運搬用パイプラインを共用し、吸着カラムに注入されるか、あるいは吸着カラムから放出される。吸着カラムの特定の床の位置に放出されるパイプライン、および、吸着カラムの特定の床の位置から放出されるパイプラインには、ラフィネート（Ｒ）、原料（Ｆ）、抽出液（Ｅ）および脱着剤（Ｄ）が順に通過する。上記パイプラインに含まれる、以前の残留物が上記パイプラインを通過する物質を汚染する結果、ＳＭＢ吸着による分離に悪影響を与える。特に、ＳＭＢ吸着による分離が、高純度の生成物の製造に使用される場合、パイプラインに残留した供給原料が、抽出液を汚染することがある。

米国特許第３２０１４９１号には、吸着によって連続的に分離される生成物の純度を増大させる方法が開示されている。残留原料が、抽出液を汚染するという状況に関して、「流体を中央に分配する供給口と供給流を受け入れる接触領域に向かう供給口との間の流路中の流体の容積を実質的に上回らない量で、上記供給流の流入口に対し上流側の隣の流体流入口に、供給原料から分離可能な流体を含むフラッシュ流を投入すること」が開示されている。フラッシング液は、脱着剤が豊富な流れ、脱着剤流入口の下流側に固定された多量の吸着剤から取り出された脱着剤が豊富な流れ、または、最も離れた下流側における、脱着領域を含む多量の吸着剤から回収された吸着剤が豊富な流れである。

米国特許第５７５０８２０号には、マルチグレイドフラッシュ吸着分離法が開示されている。上記方法は、多成分の供給流から目的生成物を分離する方法であって、
少なくとも１つの流体運搬管を通して上記供給流を装置内へ導入する工程、
少なくとも１種の目的成分を初期濃度で含む第１の原料から取り出される少なくとも１種の初回フラッシング媒体を十分量用いて、上記少なくとも１つの流体連通管を備える装置をフラッシングする工程（この結果、供給流の残留物が少なくとも１種の初回フラッシング媒体によって装置から洗い流される）；
少なくとも１種の目的成分を最終濃度で含む第２の原料から取り出される最終フラッシング媒体を十分量用いて、上記少なくとも１つの流体連通管をフラッシングする工程（この結果、上記最終濃度が初期濃度よりも大きくなり、流体連通管から初期フラッシング媒体の残留物が、最終媒体によって、装置内の流体連通管に洗い流される）；および、
上記装置から目的生成物を回収する工程を含み、
上記第１の原料が上記第２の原料から分離され、第１の原料および第２の原料の少なくとも一方が、装置から分離される。

米国特許第５９７２２２４号には、擬似流体床において生成物の純度を高めるための方法および装置が開示されている。上記装置は、少なくとも１つの吸着カラム内に収容される、固相または吸着剤を含む多数の床（Ａ１からＡｎ）と、各床の間に設けられた流体分配プレート（Ｐｉ）とを備える。これにより、各分配プレートがいくつかの領域（Ｐ１０、Ｐ１１、Ｐ１２）に分割され、分割された分配プレートの各領域が少なくとも１つの分配チャンバーを含む。分配チャンバーは、開口部と、分配チャンバーの開口部の周辺に形成された流体循環スペースとを有している。分配チャンバーは、分配チャンバーと吸着カラムの外部に設置された任意の位置との間に延びる輸送ラインに接続されている。循環期間Ｔの間、異なるプレートに属する分配チャンバーへの各物質の流入、および、異なるプレートに属する分配チャンバーからの各物質の流出が実施される。上記のような特徴を有する方法を用いることによって、適切な流速の液量が上記分配プレートの異なる分配チャンバーに接続するパイプライン中のカラムを循環するように、持続的に循環され、フラッシング液は循環する流体に近い組成を有する。その目的は、外部から導入される上記フラッシング液中の物質と吸着カラム内の物質との組成の違いがより大きくなり、分離プロセスに障害を引き起こすのを避けるためである。しかしながら、上述のような液体は、おそらく以下の問題をも引き起こす。すなわち、吸着チャンバーを通過しない供給原料の流量が、吸着剤床に導かれる流量と同一になり、吸着分離に不利な影響を及ぼすという問題を引き起こす。

米国特許第６００４５１８号には、高純度擬似移動床吸着分離装置が開示されている。上記装置は、一連の吸着剤床を保持するために適用される一連の個別吸着チャンバーと、上記個別吸着チャンバーに相互に連結され、原料および脱着剤の流れを装置内へ通過させると共に、抽出液およびラフィネートの流れを装置から取り出すことを可能にする一連の流体輸送ラインと、上記流体輸送ラインおよび吸着チャンバー間を通過する流体の流れを調節する一連のバルブとを備えており、個々のバルブの組は、各吸着チャンバーに結合しており、個々のバルブは、特定の吸着チャンバーへの供給流の流速を調節する各バルブの２つの口が、この特定の吸着チャンバーを次の上流側の吸着チャンバーに連結する流体輸送ラインに連結されることを特徴としている。これにより、上記次の上流側の吸着チャンバーから放出される流体は、上記バルブを通して流すことができ、上記バルブからの供給流、およびこのバルブから上記特定の吸着チャンバーに通じる管からの供給流をフラッシングすることができる。しかしながら、各吸着剤床は、分離されている必要があると共に、前の床から次の床に入る循環流体は、上記ラインおよびバルブを通過する必要がある。

［発明の概要］
本発明の目的は、ＳＭＢ吸着を用いて、異性体混合物から高純度の生成物を分離する方法および装置を提供することであり、本発明の方法および装置は、吸着によって分離された目的生成物の純度を確保しつつ、より高い収率またはより高い処理能力を備える。

本発明における擬似移動床（ＳＭＢ）吸着を用いた異性体の分離方法は、ＳＭＢ吸着を用いて複数の異性体を含む供給原料を分離する工程を含み、上記ＳＭＢは、多数の吸着剤床を備え、各吸着剤床に格子が形成されており、上記各格子に上記吸着剤床における、供給原料を流入および流出するパイプラインが設けられ、ＳＭＢに注入される物質およびＳＭＢから放出される物質は、少なくとも、原料、脱着剤、抽出液およびラフィネートを含み、上記抽出液は、目的生成物を豊富に含んでおり、上記抽出液を、フラッシング液として使用され、原料の注入位置の上流方向における１番目または２番目の吸着剤床、および、上記抽出液の回収位置の下流方向における２番目〜４番目の吸着剤床のいずれか１つの吸着剤床のそれぞれに注入することを特徴としている。

本発明に係る方法は、マルチバルブを用いてＳＭＢに注入される物質およびＳＭＢから放出される物質を調節し、抽出液は、精製領域にて実施される２回のフラッシングのためのフラッシング液として使用される。一方のフラッシング液は、上記原料の注入位置の上流方向における１番目または２番目の吸着剤床に注入される。他方のフラッシング液は、上記抽出液の回収位置の下流方向における２番目〜４番目の吸着剤床のいずれか１つの吸着剤床に注入される。上記抽出液が回収される前に、上記吸着剤床のパイプラインが、吸着によって分離される目標生成物の純度を確保するためにフラッシングされ、従来技術と比較して、より高い収率またはより高い処理能力が得られるようになる。

［図面の簡単な説明］
図１は、本発明において、ＳＭＢにおける吸着剤床の構造を示す図である。

図２は、本発明の方法において、フラッシング液の注入位置を示す図である。

図３は、キシレン混合物が吸着によって分離される間の吸着カラム中の液相物質の濃度分布を示すグラフである。

［発明の詳細な説明］
本発明においては、吸着剤床のパイプラインのフラッシング液としての抽出液、および、２つの流れによって異なる吸着剤床に注入される抽出液が開示される。吸着剤床に注入されるフラッシング液の組成は、上記フラッシング液が注入される吸着剤床の組成と類似しているので、吸着剤床に注入されるフラッシング液の影響は、最小限に抑えられ、吸着の効率が効果的に増大するようになる。

本発明の方法において、吸着を用いた分離に使用される擬似移動床は、１つまたはそれ以上の吸着カラムを備え、上記吸着カラムはそれぞれ、格子によって、多数の吸着剤床に分離される。ここで、上記格子は、以下の機能を備えている。すなわち、前の吸着剤床から次の吸着剤床へ物質を再配分し、外部から導入される物質を前の吸着剤からの物質と均一に混合すると共に、上記吸着カラム由来の前の吸着剤床からの物質の一部を回収する。上記格子は、液体を通過させる余裕があり、かつ吸着剤粒子が吸着剤床から脱離することを防ぐ。ここで、格子の上面および下面は、一般的に、細かい目の金網、金属焼成ふるい、またはジョンソンスクリーンである。外部から特定の吸着剤床へ導入される物質、および、前の床から回収され吸着カラムの外部から回収される物質は、上記吸着剤床の格子に連結されたパイプラインを介して上記吸着剤床から注入および放出される。

上記吸着カラムに導入される物質および上記吸着カラムから放出される物質は、原料（Ｆ）、脱着剤（Ｄ）、抽出液（Ｅ）およびラフィネート（Ｒ）を少なくとも含む。上記原料は、吸着分離を用いて精製される目的生成物を含む少なくとも２種以上の成分を含む混合物であり、上記原料中の成分は、吸着剤に対し異なる吸着選択性を有しており、上記吸着剤は、目的生成物に対してより高い吸着選択性を有している。上記脱着剤の沸点は、上記原料の沸点とは大きく異なるべきものであり、上記脱着剤は、精留によって上記原料中の成分から分離することができる。上記抽出液は、目的生成物を豊富に含むと同時に、上記脱着剤の一部を含む。上記ラフィネートは、少量の目的生成物を含み、その含有量が少量であるほど、吸着分離の効率は高くなる。上記ラフィネートの主成分は、脱着剤であり、上記原料中の他の成分は目的生成物以外である。上記脱着剤は、精留カラムによって、抽出液およびラフィネートから再利用される。

上記物質の流れる方向に沿って、吸着カラムは、脱着領域、精製領域、吸着領域および分離領域に分かれる。脱着剤の注入と抽出液の回収との間の吸着剤床は脱着領域であり、抽出液の回収と原料の注入との間の吸着剤床は精製領域であり、原料の注入とラフィネートの回収との間の吸着剤床は吸着領域であり、ラフィネートの回収と脱着剤の注入との間の吸着剤床は分離領域である。擬似移動床は、６個〜３０個の床、好ましくは１２個〜２４個の床を備える。通常、２つの吸着カラムが使用され、全体として２４個の床のうち、４個〜６個の床が脱着領域であり、８個〜１０個の床が精製領域であり、６個〜８個の床が吸着領域であり、２個〜３個の床が分離領域である。本発明において、フラッシング液が注入される、ある特定の物質の注入位置および放出位置の上流および下流は、吸着カラムにおける上記物質の注入位置および放出位置の床に対応している。吸着カラムにおいて上記物質の流れ方向に沿った方向を下流方向とする場合、その逆方向が上流方向となる。例えば、フラッシング液は、抽出液が回収位置の下流に位置する１つの吸着剤床に注入される。すなわち、フラッシング液は、床において物質が流れる方向に沿った抽出液の回収位置の次の床に注入される。

フラッシングを必要とする残留物の量を最小限にするために、本発明は、格子に連結されたパイプラインに注入物質および放出物質のそれぞれを接続することを開示し、個別のｏｎ−ｏｆｆバルブを用いて上記物質を調節する。これにより、ｏｎ−ｏｆｆバルブと吸着カラムとを最大限接近させることが可能となり、パイプラインの容積を減少させることが可能となる。

注入物質および放出物質の流れの数がｎ個、吸着カラムにおける床の数がｍ個である場合、全体でｎ×ｍ個のｏｎ−ｏｆｆバルブが存在する。ある特定の時点において、注入物質および放出物質のそれぞれの流れを異なる床に接続するｎ個のｏｎ−ｏｆｆバルブは、開状態であり、残りのｏｎ−ｏｆｆバルブは、閉状態である。特定の時間間隔（すなわち処置時間）のときに、物質注入位置および物質放出位置はすべて、下方の床に移動する。吸着カラムにおいて上記物質の流れ方向に沿った注入物質および放出物質は、脱着剤（Ｄ）、抽出液（Ｅ）、原料（Ｆ）およびラフィネート（Ｒ）の順である。吸着カラム中の物質の循環は、閉ループを形成する。それぞれの床に関して、注入物質および放出物質は、循環中にラフィネート（Ｒ）、原料（Ｆ）、抽出液（Ｅ）および脱着剤（Ｄ）の順になる。上記物質の注入間隔および放出間隔は、異なっており、隣接する物質を分離する吸着剤床の数に依存する。すなわち、同一の床にて、隣接する２つの注入物質および放出物質の間の処置時間の数は、吸着カラムに対応する隣接する２つの注入物質および放出物質の間の床の数と同一である。例えば、脱着剤の注入と抽出液の回収との間の床は、５つの床を備える脱着領域であれば、特定の床に関して、抽出液は、脱着剤の注入前の５回の処置時間、その床から回収される。

吸着分離法における物質運搬パイプライン中の残留物の影響を解消し、そして高純度の目的生成物の分離を確実にするために、原料が通過し抽出液が通過するパイプラインをフラッシングする必要がある。しかしながら、高純度の生成物を生成しつつ、吸着分離法におけるフラッシングの副作用を回避するべきである。本発明は、精製領域の２つの異なる位置に抽出液を注入することによって、パイプラインをフラッシングすることを開示する。これにより、フラッシング後の床のパイプライン中の残留物の組成が、そのパイプラインを通過する物質の組成に近づき、その床に注入される物質の組成がその床中の物質の組成に近づく。その結果、吸着分離におけるフラッシングの影響が最小となる。

フラッシング液の２つの注入位置の一方は、原料の注入位置に近く、かつ原料を注入する床の上流方向における１番目または２番目の床である。他方の注入位置は、残留物をフラッシングし、回収される抽出液の汚染を避けるために、抽出液の回収位置に近く、かつ抽出液の回収位置の下流方向における２番目〜４番目の床のいずれか１つの床である。

処置時間中において、原料を注入する床の上流方向における１番目または２番目の床に注入されるフラッシング液の注入量の体積は、フラッシング液調節バルブから床の格子までのパイプラインの全体積の１．０〜２．５倍、好ましくは、１．２〜２．０倍である。パイプライン中の残留物は、上記の注入量のフラッシング液にてフラッシングされる。吸着カラムに注入される物質は、原料と抽出液との混合物であり、その平均組成は、フラッシング用の流体が吸着カラムに注入される位置に配置された床における液相の物質の組成に近い。

処置時間中において、抽出液を回収する位置の下流方向の２番目〜４番目の床のいずれか１つの床に注入されるフラッシング液の注入量の体積は、フラッシング液調節バルブから床の格子までのパイプラインの全体積の０．５〜１．５倍、好ましくは、０．６〜１．０倍である。パイプラインは、フラッシング液の注入位置にてフラッシングされ、吸着カラムに注入される物質は、残った原料によってわずかに汚染された抽出液である。上記の量のフラッシング液によりフラッシングされることよって得られるフラッシング用の流体の組成は、フラッシング液が注入される吸着カラム内において選択された位置における液相の物質の組成に近い。

精製領域の異なる位置にパイプラインのフラッシング液として抽出液を注入することを除いて、本発明は、床をフラッシングするための抽出液回収ラインの上流方向における１番目または２番目の床に、脱着剤を注入することが好ましいことをさらに開示する。本発明の吸着による分離方法は、液相分離法である。実施温度の範囲は、２０〜３００℃、好ましくは１００〜１８０℃であり、系全体を液相とすることのできる実施圧力は、０．８〜１．２ＭＰａであることが好ましく、ｐ−キシレンを吸着により分離する場合、０．６〜１．０ＭＰａであることが好ましい。

本発明に係る方法にしたがって、吸着により分離される異性体は、キシレンおよびエチルベンゼンであることが好ましく、吸着により分離される目的生成物は、ｐ−キシレンまたはｍ−キシレンであることが好ましい。

本発明は、擬似移動床（ＳＭＢ）吸着を用いた異性体の分離装置を提供する。上記装置は、擬似移動床と、物質を流入および流出するパイプラインとを備え、上記ＳＭＢは、多数の吸着剤床を備え、各吸着剤床には格子が設けられており、各格子は、上記床（吸着剤床）における物質を流入および流出するパイプラインに設けられ、２本のフラッシング液用パイプラインが、上記床の間の物質を流入および流出するパイプライン上に平行に設けられ、各フラッシング液用パイプラインはｏｎ−ｏｆｆバルブを備え、抽出液がフラッシング液として使用され、一方のフラッシング液用パイプライン中のフラッシング液が、原料が注入される床の上流方向における１番目または２番目の床に注入され、他方のフラッシング液用パイプライン中のフラッシング液が、抽出液の回収位置の下流方向における２番目〜４番目の床のいずれか１つの床に注入される。

物質を流入および流出するパイプラインは、各床の格子上に設けられており、平行に接続された多数のｏｎ−ｏｆｆバルブが、物質を流入および流出するパイプラインに設けられており、上記床の各物質の流入および放出を調節することが好ましい。各床の物質を注入および流出するパイプラインに設けられたｏｎ−ｏｆｆバルブの数は６〜７個、すなわち、各床に注入される物質または各床から放出される物質が、６〜７種類である。３本のフラッシング用パイプラインが設けられ、それらのうち２本のフラッシング用パイプがフラッシング流体として抽出液を使用し、３本目のフラッシング用パイプラインがフラッシング流体として脱着剤を使用し、注入位置が抽出液の回収位置の上流方向における１つの床であることが好ましい。

本発明を、図面の説明に基づいてさらに説明する。

図１は、本発明に係る方法において、ＳＭＢにおける吸着剤床を個別に図示したものである。複数の格子３９が床（吸着剤床）３８の上方に設けられ、２種類のフラッシング、すなわちフラッシングＡおよびフラッシングＢが、各床に設けられている。注入物質および放出物質の流れが６つ存在し、各物質パイプラインが、物質を流入および流出するパイプライン３１を介して、格子３９に接続されている。注入物質および放出物質の６つの流れは、供給原料の注入および放出を調節するバルブを備えた６本の別個のパイプラインを介して、物質を流入および流出するパイプライン３１と接続されている。具体的には、脱着剤調節バルブ３２は脱着剤の注入を調節し、抽出液調節バルブ３３は抽出液の回収を調節する。フラッシング液Ａ調節バルブ３４は、フラッシング液Ａの注入を調節し、注入位置は、抽出液の回収位置に近く、フラッシング液は抽出液である。フラッシング液Ｂ調節バルブ３５は、フラッシング液Ｂの注入を調節し、注入位置は、原料の注入位置に近い。原料調節バルブ３６は、原料の注入を調節する。ラフィネート調節バルブ３７は、ラフィネートの回収を調節する。

図２によれば、擬似移動吸着剤床が２４個の床を備えることが理解できる。図１によれば、各床は、６本の物質を流入および流出するパイプラインを備えており、２４個の床では、合計６×２４個のｏｎ−ｏｆｆバルブが備えられている。脱着剤の注入と抽出液の回収との間の脱着領域には、５つの床が備えられている。抽出液の回収と原料の注入との間の精製領域には、９つの床が備えられている。原料の注入とラフィネートの回収との間の吸着領域には、７つの床が備えられている。ラフィネートの回収と脱着剤の注入床との間の分離領域には、３つの床が備えられている。ある特定の時点において、注入物質および放出物質のそれぞれの流れを異なる床に接続する６つのｏｎ−ｏｆｆバルブは、開状態であり、その他のｏｎ−ｏｆｆバルブは閉状態である。特定の時間間隔、すなわち処置時間に、物質注入位置および物質放出位置はそれぞれ、ずべて下方の床に移動する。処置時間は、４５〜２００秒の範囲である。吸着カラム中の物質の循環は、閉ループを形成し、循環ポンプが、物質の循環のための動力を供給する。循環ポンプの流速は、循環ポンプが備えられている領域において必要とされる流速にしたがって調節され、循環ポンプの数は、吸着カラムの数と同数かそれ未満である。フラッシングポンプは、すべての抽出液パイプラインとすべてのフラッシング液用パイプラインとの間に設けられていてもよく、抽出液は、フラッシング液として、系に再利用される。フラッシングポンプは、抽出液のバッファタンクの後部にも設けられていてもよく、抽出液は、フラッシング液として、系に再利用される。流量計および流量調節バルブは、フラッシング液Ａおよびフラッシング液Ｂの流速を調節するために、２つのフラッシングのそれぞれに備えられる。

図１によれば、ある床への物質の注入および放出は、以下の方法によって調節される：ある時点において、床の上方の格子に接続されたパイプライン３１を介して、脱着剤が床に注入され始めることを想定すると、この床は脱着領域にある；処置時間（ｔ）後、上記床の上方の格子に接続されたパイプライン３１への脱着剤の注入が停止する；脱着剤が、次の床の上方の格子に接続されたパイプライン４１に注入されることにより、脱着剤が次の床に注入される。分離領域にある最初の床に注入される物質または最初の床から放出される物質はない。３つの床が存在するので、３回の処置時間が必要になる。４×ｔの時点において、ラフィネートが、吸着領域に属する床の下方の格子に接続されたパイプライン４１を介して、床から放出される。６回の処置時間後の１０×ｔの時点において、まだ吸着領域にある床の上方の格子に連結されたパイプライン３１を介して、原料が床に入り始める。１１×ｔの時点において、フラッシング液Ｂが床に入り、この段階で、床が精製領域に入る。６回の処置時間後の１７×ｔの時点において、抽出液の下方の２つの床に注入されるフラッシング液Ａが、床の上方の格子に接続されたパイプライン３１に注入され始め、フラッシング液Ａが床に入り、この段階では、この床はまだ精製領域にある。３回の処置時間後の２０×ｔの時点において、抽出液が、床の下方の格子に接続されたパイプライン４１を介して、床に放出され始め、この段階で、床が脱着領域にある。４回の処置時間後の２４×ｔの時点において、脱着剤が、床の上方の格子に接続されたパイプライン３１を介して、床に再び入り、完全な循環が達成される。

図３は、エチルベンゼン（ＥＢ）、ｐ−キシレン（ＰＸ）、ｍ−キシレン（ＭＸ）およびｏ−キシレン（ＯＸ）を含むＣ_８芳香族化合物の異性体混合物から、ＰＸ（ｐ−キシレン）を分離する方法において、２４個の床を有するＳＭＢにおける液相の供給原料の分布を示すグラフである。脱着剤はｐ−ジエチルベンゼン（ＰＤＥＢ）である。

本発明は、Ｃ_８芳香族化合物の異性体混合物からのｐ−キシレン（ＰＸ）の分離に使用されつつ、生成物の純度が、少なくとも９９．５質量％、より好ましくは９９．７質量％より大きいことが要求される。脱着剤は、ｐ−ジエチルベンゼン（ＰＤＥＢ）であることが好ましく、吸着剤は、バリウムおよびカリウムの少なくとも一方で置換されたフォージャサイトであることが好ましい。一般的には、２つの吸着カラムが使用され、全体では２４個の床が存在し、４〜６個の床が脱着領域であり、８〜１０個の床が精製領域であり、６〜８個の床が吸着領域であり、２〜３個の床が分離領域である。

本発明は、Ｃ_８芳香族化合物の異性体混合物からのｍ−キシレン（ＭＸ）の分離に使用されつつ、生成物の純度が、少なくとも９９．５質量％、より好ましくは９９．７質量％より大きいことが要求される。脱着剤は、トルエンであることが好ましく、吸着剤は、アルカリ金属イオンで置換されたフォージャサイトであることが好ましい。

本発明は、別のＣ_８芳香族化合物の異性体混合物からのｐ−キシレン（ＭＸ）の分離、別のＣ_８芳香族化合物の異性体混合物からのｍ−キシレン（ＭＸ）の分離、別のＣ_８芳香族化合物の異性体混合物からのエチルベンゼンの分離、別の構造を備える炭化水素類からのｎ−アルカンの分離、別の構造を備える炭化水素類からのｎ−アルカンおよびモノメチル分岐パラフィンの分離、アルカンからのアルケンの分離にも使用することができる。

本発明は、以下の実施例によってさらに説明されるが、本発明は以下の実施例によっては限定されない。

［実施例１］
本発明に係る方法を、ｐ−キシレンの分離に使用し、ＳＭＢ吸着を用いてｐ−キシレンを分離した。ＳＭＢは、２４個の床を備えており、脱着領域は５個の床を備え、精製領域は９個の床を備え、吸着領域は７個の床を備え、分離領域は３個の床を備えていた。処置時間は８０秒、実施温度は１７７℃、実施圧力は０．８８ＭＰａとした。吸着剤は、SIPOPEC catalyst companyによって製造されたＲＡＸ−２０００Ａ型の吸着剤（主成分はバリウムイオンで置換されたＸ型の分子ふるい）とした。個々のｏｎ−ｏｆｆバルブによって、各床への供給原料の流入口の流れと、各床からの供給原料の流出口の流れとを、それぞれ調整した。脱着剤である第１のフラッシングＣ_１をセットし、抽出液の回収位置の上流方向における１番目の床に注入した。第２のフラッシングＡは抽出液であり、抽出液の回収位置の下流方向における２番目の床に注入した。第３のフラッシングＢは抽出液であり、原料の注入位置の上流方向における１番目の床に注入した。ある床に関して、フラッシング液が通過するパイプラインの容積は、床単独における体積の０．７５％であった。脱着剤はｐ−ジエチルベンゼンとした。

各床に関して、まずフラッシングＢを用いて床をフラッシングし、次に、物質の流れる方向に沿ってフラッシングＡを用いて床をフラッシングした。フラッシングＡに使用された抽出液の体積と、フラッシングＢに使用された抽出液の体積とは異なっていた。吸着分離のための原料、フラッシングＡおよびフラッシングＢが注入された床における物質の組成、および、異なる量のフラッシング液をフラッシングに用いつつ、床に注入された物質の組成が表１に記載されている。

表１におけるデータから、フラッシングＢの体積が、通過するパイプラインの容積（個々の床におけるパイプライン全体の容積を参照）の１．２倍および１．７倍であった場合、床に注入された物質の組成は、原料の注入位置の上流方向における１番目および２番目の床の物質の組成とわずかに異なっており、原料の注入位置の上流方向における３番目の床の物質の組成とかなり異なることがわかった。従って、フラッシングＢは、原料の注入位置の上流方向における１番目および２番目の床には適切に注入され、原料の注入位置の上流方向における３番目の床には適切に注入されなかった。

加えて、表１の最後の２列におけるデータから、床に注入されたフラッシングＡの物質の組成が、抽出液の回収位置の下流方向における２番目〜４番目の床における物質の組成とわずかに異なっており、抽出液の回収位置の下流方向における１番目または５番目の床の物質の組成とかなり異なることがわかった。従って、フラッシングＡは、抽出液の回収位置の下流方向における２番目〜４番目の床には適切に注入され、抽出液の回収位置の下流方向における１番目または５番目の床には適切に注入されなかった。

［実施例２］
ＳＭＢ吸着を用いて、キシレン混合物からｐ−キシレンを分離した。ＳＭＢは、２４個の床を備えており、脱着領域は５個の床を備え、精製領域は９個の床を備え、吸着領域は７個の床を備え、分離領域は３個の床を備えていた。実施温度は１７７℃、実施圧力は０．８８ＭＰａとした。キシレン混合物を含む原料の組成が表１に記載されている。吸着剤は、実施例１にて使用されたものと同一とした。

個々のｏｎ−ｏｆｆバルブによって、各床への供給原料の流入口の流れと、各床からの供給原料の流出口の流れとを、それぞれ調整した。脱着剤からなる第１のフラッシングＣ_１をセットし、抽出液の回収位置の上流方向における１番目の床に注入した。第２のフラッシングＡは抽出液であり、抽出液の回収位置の下流方向における３番目の床に注入した。第３のフラッシングＢは抽出液であり、原料の注入位置の上流方向における１番目の床に注入した。ある床に関して、フラッシング液が通過するパイプラインの容積は、床単独における体積の０．７５％であった。脱着剤はｐ−ジエチルベンゼンとした。

各床に関して、それぞれのフラッシングに使用されたフラッシング液の量が、フラッシング液が通過するパイプラインの容積を基準としたパーセント表示で示されている（以下同様）。約９９．７質量％のｐ−キシレン純度を確保する条件下における、ｐ−キシレンの収率および処置時間中のフラッシング液の量が、表２に記載されている。

［実施例３］
実施例２における方法にしたがって、各フラッシングに使用するフラッシング液の量を変えて、ＳＭＢ吸着を用いて、キシレン混合物からｐ−キシレンを分離した。約９９．７質量％のｐ−キシレン純度を確保する条件下における、ｐ−キシレンの収率および処置時間中のフラッシング液の量が、表２に記載されている。

［実施例４］
実施例２における方法にしたがって、各フラッシングに使用するフラッシング液の量を変えて、ＳＭＢ吸着を用いて、キシレン混合物からｐ−キシレンを分離した。ある床に関して、フラッシング液が通過するパイプラインの容積は、床単独における体積の１．５％であった。ｐ−キシレンの純度が必ず約９９．７質量％となるような状況下における、ｐ−キシレンの収率および処置時間中のフラッシング液の量が、表２に記載されている。

［比較例１〜３］
現在工業的に使用されているＳＭＢ吸着を用いてキシレン混合物からＰＸ（ｐ−キシレン）を分離する方法を実施した。ＳＭＢは、２４個の吸着剤床を備え、脱着領域は５個の床を備え、精製領域は９個の床を備え、吸着領域は７個の床を備え、分離領域は３個の床を備えていた。処置時間は８５秒、実施温度は１７７℃、実施圧力は０．８８ＭＰａとした。ロータリーバルブを用いて、各床のパイプラインを全ての床に接続し、フラッシング液を回収する流出口（Ｈｏｕｔ）を設け、脱着剤の注入位置の下流方向における１番目の床でフラッシング液を回収し、フラッシング液の流入口（Ｈｉｎ）（すなわち、原料の注入位置の上流方向における２番目の床）にフラッシング液を送り込んだ。脱着剤からなるフラッシングＸをセットし、抽出液の回収位置の下流方向における１番目の床に注入した。フラッシング（Ｈｉｎ）およびフラッシング（Ｈｏｕｔ）は、２回の物質のフラッシングとして算出した。ある床に関して、フラッシング液が通過するパイプラインの容積は、床単独における体積の１．５％であった。原料は、表１に記載の原料と同一とし、脱着剤および吸着剤は、実施例２において使用された脱着剤および吸着剤と同一とした。ｐ−キシレンの純度が必ず約９９．７質量％となるような状況下における、ｐ−キシレンの収率および処置時間中のフラッシング液の量が、表２に記載されている。ｐ−キシレンの収率は、本発明に係る実施例におけるｐ−キシレンの収率よりも著しく低くなっていた。他の条件を比較例１と同一にし、吸着に使用する供給原料の流速を８％減少させることによっても、より高収率のｐ−キシレンを得ることができ、その結果も表２に記載されている。

表２におけるデータによれば、実質的に同一のキシレン純度を確保する条件下において、本発明の方法は、比較例よりも、ｐ−キシレンの収率が高く、または、処理能力が高いことがわかる。

本発明において、ＳＭＢにおける吸着剤床の構造を示す図である。 本発明の方法において、フラッシング液の注入位置を示す図である。 キシレン混合物が吸着によって分離される間の吸着カラム中の液相物質の濃度分布を示すグラフである。

Claims (13)

1. 擬似移動床（ＳＭＢ）吸着を用いた異性体の分離方法であって、
   異性体を含む原料をＳＭＢ吸着によって分離する工程を含み、
   上記ＳＭＢは、複数の吸着剤床を備え、上記各吸着剤床には格子が設けられており、
   上記各格子は、上記吸着剤床における、物質を注入および放出するパイプラインに設けられ、
   上記ＳＭＢに注入される上記物質および上記ＳＭＢから放出される物質は、少なくとも原料、脱着剤、抽出液、およびラフィネートを含み、
   上記抽出液は、目的生成物を豊富に含み、
   上記抽出液を、フラッシング液として使用し、
   上記抽出液を、上記原料の注入位置の上流方向における１番目または２番目の吸着剤床、および、上記抽出液の回収位置の下流方向における２番目〜４番目の吸着剤床のいずれか１つの吸着剤床のそれぞれに注入することを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、
   上記脱着剤を、上記抽出液の回収位置の上流方向における１番目または２番目の吸着剤床に注入し、上記吸着剤床を洗浄することを特徴とする方法。
3. 請求項１に記載の方法であって、
   処置時間中において、上記原料が注入される吸着剤床の上流方向における１番目または２番目の吸着剤床に注入される上記フラッシング液の注入量の体積が、上記フラッシング液を調節するバルブから上記吸着剤床の格子までのパイプラインの全容量の１．０〜２．５倍であることを特徴とする方法。
4. 請求項１に記載の方法であって、
   処置時間中において、上記抽出液が回収される吸着剤床の下流方向における２番目〜４番目の吸着剤床の内のいずれか１つの吸着剤床に注入される上記フラッシング液の注入量の体積が、上記フラッシング液を調節するバルブから上記吸着剤床の格子までのパイプラインの全容量の０．５〜１．５倍であることを特徴とする方法。
5. 請求項１に記載の方法であって、
   上記吸着を用いた分離方法が、液相分離法であることを特徴とする方法。
6. 請求項１に記載の方法であって、
   処理時間中において、上記ＳＭＢにおける上記物質の流れる方向に沿って流入される上記物質および放出される上記物質は、上記脱着剤、上記抽出液、上記原料、上記ラフィネートの順であることを特徴とする方法。
7. 請求項１に記載の方法であって、
   上記ＳＭＢが複数の床を備え、
   上記複数の床が、脱着領域、精製領域、吸着領域、および分離領域に分かれていることを特徴とする方法。
8. 請求項１に記載の方法であって、
   吸着を用いて分離される上記異性体が、キシレンおよびエチルベンゼンであり、
   吸着を用いて分離される目的生成物が、ｐ−キシレンまたはｍ−キシレンであることを特徴とする方法。
9. 請求項１に記載の方法であって、
   吸着を用いた分離に用いられる上記脱着剤が、ｐ−ジエチルベンゼンまたはトルエンであることを特徴とする方法。
10. 擬似移動床（ＳＭＢ）吸着を用いた異性体の分離装置であって、
    上記装置は、擬似移動床と、物質を流入および流出するパイプラインとを備え、
    上記ＳＭＢは、複数の吸着剤床を備え、上記各吸着剤床には格子が設けられており、
    上記各格子は、上記吸着剤床における、上記物質を流入および流出するパイプラインに設けられ、
    上記吸着剤床における、上記物質を流入および放出するパイプラインに、２本の平行なフラッシング液用パイプラインが設けられ、
    上記各フラッシング液用パイプラインは、ｏｎ−ｏｆｆバルブを備え、
    抽出液が、フラッシング液として使用され、
    一方のフラッシング液用パイプラインのフラッシング液が、原料が注入される吸着剤床の上流方向における１番目または２番目の吸着剤床に注入され、
    他方のフラッシング液用パイプラインのフラッシング液が、上記抽出液の回収位置の下流方向における２番目〜４番目の吸着剤床のいずれか１つの吸着剤床に注入されることを特徴とする装置。
11. 請求項１０に記載の装置であって、
    上記各吸着剤床の格子は、上記物質を流入および流出するパイプラインに設けられ、
    平行に接続された複数の上記ｏｎ−ｏｆｆバルブが、上記パイプラインに設けられ、上記吸着剤床における各物質の注入および放出を調節するようになっていることを特徴とする装置。
12. 請求項１０に記載の装置であって、
    ６個〜７個の上記ｏｎ−ｏｆｆバルブが、上記吸着剤床における上記物質を流入および流出するパイプラインのそれぞれに設けられていることを特徴とする装置。
13. 請求項１０に記載の装置であって、
    上記各吸着剤床は、脱着剤がフラッシング液として使用されるパイプラインを備え、
    上記脱着剤の注入位置が、上記抽出液の回収位置の上流方向の吸着剤床に存在することを特徴とする装置。

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