JP2016528223A - 低下する分離温度を有する膜カスケード - Google Patents
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Abstract
Description
この膜分離法の場合、多様な分離効果をもたらすことになる。特に、成分の大きさの違い(機械的篩い分け作用)だけでなく、溶解作用及び拡散作用も利用される。膜の分離活性層が厚くなればそれだけ、溶剤作用及び分散作用が優勢となる。従って、膜の分離挙動は、単なる篩い分け効果による簡単なフィルターの分離挙動とは全く比較することはできない。
Melin/Rautenbach:膜分離法.モジュール設計及びプラント設計の基礎(Membranverfahren. Grundlagen der Modul- und Anlagenauslegung)、Springer, Berlin Heidelberg 2004。
R=1−xP/xR
これらの濃度xP及びxRは、この場合、膜の両側で直接測定される。
濃縮部カスケード10は、唯一の膜のように、分離されるべき物質混合物0を供給物Fとして受け取り、かつ生じる残留物Rと生じる透過物Pとに分離するブラックボックスとしてとらえることもできる。この濃縮部カスケード10は、透過物の流動方向で2つの直列接続された段階11,12を有し、これらの段階11,12はそれ自体1つ以上の膜を有する。流動する供給物Fは、供給ポンプ13により第1段階11に送られる。ここで膜による最初の物質分離が行われて、第1段階の残留物14及び第1段階の透過物15が生じる。第1段階の残留物14は、濃縮部カスケード10の生じる残留物Rに相当し、かつこの分離プロセスから搬出される。
この回収部カスケード20は、ここでも、流動する物質流0が供給物Fとして供給され、この供給物Fを、生じる残留物Rと生じる透過物Pとに分離する唯一の膜に相当するブラックボックスとしてとらえることができる。
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ヒドロホルミル化混合物の後処理のために膜分離技術を使用する可能性について報告しているのは、
Priske, M. et al.:Reaction integrated Separation of homogeneous catalysts in the hydroformylation of higher olefins by means of organophilic nanofiltration. Journal of Membrane Science, 第360巻, Issues 1-2, 15 September 2010、77〜83頁;doi:10.1016/j.memsci.2010.05.002
である。
通常の熱損失を考慮しない限り、慣用の膜カスケードはつまり等温で運転される。従って、膜カスケードの供給物の温度を調節することにより、分離温度は全ての工程についてあらかじめ同じに設定される。
膜カスケードは、つまり好ましくは、濃縮部カスケードであり、つまり個々の段階が透過物の流動方向で直列に接続されている接続配置である。本発明によるコンセプトは、濃縮部カスケードの場合に特に良好に機能する、というのも、この接続は減少する透過物の流動方向で行われ、これは全体の膜面積の最適化が特に成果を上げることができるためである。
図4は、二段階の膜カスケード(本発明による)を示し;
図5は、三段階の膜カスケード(本発明による)を示し;
図6は、四段階の膜カスケード(本発明による)を示し;
図7は、透過性の、温度への依存性を示し;
図8は、阻止率の、温度への依存性を示す。
第1段階51:分離温度90℃、膜間差圧60bar、膜の数2、膜面積53.2m2、RRint 0.3kmol/kmol。
第2段階52:分離温度85.5℃、膜間差圧60bar、膜の数2、膜面積73.9m2、RRint 7.8kmol/kmol。
第3段階53:分離温度80.9℃、膜間差圧60bar、膜の数2、膜面積66.5m2、RRint 4.8kmol/kmol。
第4段階54:分離温度63.9℃、膜間差圧60bar、53.3m2の全体の面積を有する膜の数2、RRint 6.1kmol/kmol。
1 膜
F 供給物
P (生じる)透過物
R (生じる)残留物
10 濃縮部カスケード(先行技術)
11 濃縮部カスケードの第1段階
12 濃縮部カスケードの第2段階
13 第1段階の供給ポンプ
14 第1段階の残留物
15 第1段階の透過物
16 高圧ポンプ
17 第2段階の残留物
18 第2段階の透過物
20 回収部カスケード(先行技術)
21 回収部カスケードの第1段階
22 回収部カスケードの第2段階
23 昇圧ポンプ
24 第1段階の残留物
25 第1段階の透過物
26 第2段階の透過物
27 第2段階の残留物
30 二段階の濃縮部カスケード
31 濃縮部カスケードの第1段階
32 濃縮部カスケードの第2段階
33 第1の温度調節装置
34 第2の温度調節装置
35 第1段階のポンプ
36 第2段階のポンプ
37 第1段階の透過物
38 第2段階前への返送路
39 第1段階前への返送路
40 三段階の濃縮部カスケード
41 濃縮部カスケードの第1段階
42 濃縮部カスケードの第2段階
43 濃縮部カスケードの第3段階
50 四段階の濃縮部カスケード
51 濃縮部カスケードの第1段階
52 濃縮部カスケードの第2段階
53 濃縮部カスケードの第3段階
54 濃縮部カスケードの第4段階
61 ジェットループ型反応器
62 合成ガス
63 液体循環路
64 渦流ポンプ
65 膜分離段
66 透過物
67 残留物
68 1−ペンテン
Claims (12)
- 少なくとも2段階の膜カスケードを用い、各段階において少なくとも1つの膜による物質の分離を、それぞれの段階に割り当てられた分離温度で行う、物質混合物を分離する方法において、前記それぞれの分離温度は、前記物質混合物の流動方向で段階毎に低下することを特徴とする、物質混合物を分離する方法。
- 前記膜カスケードは、濃縮部カスケードであることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記膜カスケードから生じる透過物は、前記膜カスケードの全ての段階を透過したことを特徴とする、請求項2に記載の方法。
- 1つの段階の残留物を同段階の供給物中に、及び/又は物質混合物の流動方向とは反対側にある他の段階の供給物中に少なくとも返送することを特徴とする、請求項2又は3に記載の方法。
- 前記膜カスケードは、正確に2段階、又は正確に3段階、又は正確に4段階であることを特徴とする、請求項1から4までのいずれか1項に記載の方法。
- 前記膜カスケードの各段階には、1つの温度調節ユニットが割り当てられていて、前記温度調節ユニットは、それぞれの段階の供給物の温度を、前記段階に割り当てられたそれぞれの分離温度に調節することを特徴とする、請求項1から5までのいずれか1項に記載の方法。
- 少なくとも1つの温度調節ユニットは、冷却器であることを特徴とする、請求項6に記載の方法。
- 前記物質混合物は均一系触媒による化学反応に由来し、かつ前記物質混合物は前記反応の少なくとも1つの生成物、前記反応の少なくとも1つの未反応の出発材料、前記反応中に存在する触媒系及び/又はその少なくとも1つの成分及び/又はその分解生成物を含み、ここで前記触媒系又はその成分又はその分解生成物が前記物質混合物中に溶解していることを特徴とする、請求項1から7までのいずれか1項に記載の方法。
- 前記反応がヒドロホルミル化であり、ここで、前記生成物はアルデヒド又はアルコールであり、前記出発材料はオレフィン又は合成ガスであり、かつ前記触媒系は、有機金属錯体、殊に有機リン錯体で錯化されたロジウムであることを特徴とする、請求項8に記載の方法。
- 少なくとも2つの直列に配置された段階を有する、物質混合物を分離するための膜カスケード、特に濃縮部カスケードにおいて、前記膜カスケードの各段階に1つの温度調節ユニットが割り当てられていて、前記温度調節ユニットによって、それぞれの段階の供給物の温度を、前記段階に割り当てられたそれぞれの分離温度に調節可能であり、
かつ
前記それぞれの分離温度は、物質混合物の流動方向で段階毎に低下するように調節されている、
ことを特徴とする、膜カスケード。 - 触媒錯体の存在で均一系触媒による化学反応に由来する物質混合物から、溶解した前記触媒錯体及び/又はその少なくとも1つの成分及び/又はその分解生成物を分離するための、請求項10に記載の膜カスケードの使用。
- 触媒系の存在で一酸化炭素と水素とを用いる反応によりエチレン性不飽和化合物をヒドロホルミル化する方法であって、前記触媒系は、配位子として少なくとも1つの有機リン化合物を有する、元素の周期表の第8副族の金属の溶解した金属錯体化合物を含み、前記反応の際に、ヒドロホルミル化の生成物の他に、未反応の出発物質及び前記触媒系又は少なくともその成分及び/又はその分解生成物を溶解して含む反応混合物が得られ、ここで、前記反応混合物を、前記触媒系又はその成分及び/又はその分解生成物を、ヒドロホルミル化に返送する目的で、少なくとも部分的に膜技術によって前記反応混合物から分離する触媒分離工程に供給する、エチレン性不飽和化合物をヒドロホルミル化する方法において、
前記触媒分離工程は、少なくとも2段階の膜カスケードを有し、各段階において少なくとも1つの膜による物質の分離を、それぞれの段階に割り当てられた分離温度で行い、ここで、前記それぞれの分離温度は、前記反応混合物の流動方向で段階毎に低下することを特徴とする、エチレン性不飽和化合物をヒドロホルミル化する方法。
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