JP2017525741A - エチルベンゼンの分離のための方法 - Google Patents

Abstract

塩素化芳香族化合物と、フランジオン誘導体及び有機ニトリルから選択される別の化合物との混合物を含む抽出剤を使用する抽出蒸留により、エチルベンゼンと近沸点化合物とを含むＣ８芳香族混合物からエチルベンゼンを分離することができる。

Description

本発明は、Ｃ８芳香族を含む混合物からのエチルベンゼンの抽出蒸留による分離のための方法に関する。

近沸点化合物の分離は通常、従来の蒸留よりも高度なプロセスを必要とする。抽出蒸留は、この目的のために開発された技術のうちの１つである。抽出蒸留は、工業プロセスにおいて応用されてきた。そして石油化学工業においてますます重要な分離方法になりつつある。抽出蒸留の主な特徴は、目標成分の比揮発度を大きくするために、１つの新たな高沸点の溶媒、すなわち抽出剤が、分離される成分に加えられることである。比揮発度は、液体混合物における、より高揮発性の成分の蒸気圧と、より低揮発性の成分の蒸気圧との間の差の尺度である。比揮発度は、混合物中の２つの成分の分離可能性の程度を示す。比揮発度の変更に加えて、さらに抽出剤が蒸留生成物から容易に分離されるべきであり、すなわち、抽出剤と、分離される成分との間の沸点差が大きいことが望ましい。抽出剤は、抽出蒸留の設計において重要な役割を果たす。したがって、効果的且つ経済的な設計にするためには、適した抽出剤の選択が極めて重要である。

エチルベンゼンは、商業的に広く利用される、価値の高い炭化水素化合物である。エチルベンゼンは主に、ポリスチレン生産の中間体であるスチレンの生産に使用される。エチルベンゼンは、ベンゼンとエチレンの間のアルキル化反応から得ることができる。エチルベンゼンを生産するための代替方法は、いくつかの石油化学プロセスから副生成物流として一般に生成される、エチルベンゼンを含む炭化水素混合物からエチルベンゼンを回収する方法である。エチルベンゼンを含む炭化水素混合物は通常、エチルベンゼン、特にＣ８芳香族異性体の沸点に近い沸点を持つ１つ又はそれ以上の炭化水素化合物も含む。

炭化水素混合物からのエチルベンゼンの分離が試みられてきた。英国特許第１１９８５９２号には、単一の多機能蒸留塔を使用してＣ８芳香族異性体を分離するためのプロセスが記載されている。この蒸留は、高純度のエチルベンゼン生成物を得るために、少なくとも２５０、好ましくは３６５の棚段及び１００〜２５０：１の還流比を有する多段塔において行われる。大きな蒸留塔は建設費が高いこと、及び高い還流速度が運転中の高いエネルギー消費につながることが公知である。

米国特許第３１０５０１７号には、エチルベンゼンに富む留分を分離する条件下、環上、少なくとも２つの位置でクロロ基で置換された単一のベンゼン環を含む化合物の存在下でＣ８芳香族炭化水素混合物を蒸留することにより前記混合物を分離するための方法が記載されている。しかし、この方法は依然として分離効率があまり高くならない。

米国特許第４２９９６６８号には、１つ又はそれ以上の他の化合物と混合された主成分としてペンタクロロフェノールを含む抽出剤の存在下、精留塔内でｐ−キシレン及び／又はｍ−キシレンからエチルベンゼンを分離するための方法が記載されている。ペンタクロロフェノールは、高い融点を持つ室温で白色の結晶性固体として生じ、したがって抽出剤としてペンタクロロフェノールを使用する前に、適した溶媒にこれを溶解するために、追加の工程及びエネルギーを必要とする。さらに、急性摂取及び吸入暴露によるペンタクロロフェノールは人に対して極めて有毒である。

本発明のある実施形態によるＣ８芳香族混合物からのエチルベンゼンの分離のための方法である。

英国特許第１１９８５９２号 米国特許第３１０５０１７号 米国特許第４２９９６６８号

ここで驚いたことに、塩素化芳香族化合物、並びにフランジオン誘導体及び有機ニトリルから選択される有機化合物を含む抽出剤の存在下で混合物を蒸留することにより、混合物を含むエチルベンゼンの抽出蒸留によるエチルベンゼンの分離の分離効率を改善することができることが明らかになった。

したがって本発明は、塩素化芳香族化合物、並びにフランジオン誘導体及び有機ニトリルから選択される有機化合物を含む抽出剤の存在下でＣ８芳香族を含む混合物を蒸留する工程を含む、Ｃ８芳香族を含む混合物からのエチルベンゼンの分離のための改善された方法を提供する。

以下において、Ｃ８芳香族を含む混合物は「Ｃ８芳香族混合物」とも表される。

本発明による方法は、高収率の商業的に純粋なエチルベンゼン及び混合キシレン生成物を生産するための効果的な方法を示す。

本発明の方法の好ましい実施形態において、少なくとも１つの有機化合物は、
ａ）以下の式：
（式中、Ｒ^１及びＲ^２は互いに無関係にＨ又は有機基であり、式中、Ｒ^１及びＲ^２は互いに結合されて環構造を形成してもよく、好ましくは、Ｒ^１及びＲ^２は無関係にＨ、又はＲ^１及びＲ^２が互いに結合されて環構造を形成してもよい炭化水素基であり、より好ましくはＲ^１及びＲ^２は炭化水素であり、且つ互いに結合されて環構造を形成し、さらにより好ましくはＲ^１及びＲ^２は炭化水素であり、且つフラン環に縮合される芳香族系が形成されるように互いに結合されて環構造を形成し、最も好ましくはフランジオン化合物は無水フタル酸である。）によるフランジオン誘導体、
及び
ｂ）以下の式：
Ｒ−Ｃ≡Ｎ
（式中、Ｒは有機基であり、好ましくはＲは炭化水素基であり、より好ましくはＲは脂肪族又は芳香族炭化水素基であり、さらにより好ましくはＲはＣ１〜Ｃ１２脂肪族又は芳香族炭化水素基であり、最も好ましくは有機ニトリルはアセトニトリル又はベンゾニトリルである。）による有機ニトリルから選択される。

したがって、特に好ましい実施形態において、少なくとも１つの有機化合物は、無水フタル酸、アセトニトリル及びベンゾニトリルから選択される。

Ｃ８芳香族混合物は、様々な石油化学プロセスから得ることができる。好ましくは、Ｃ８芳香族混合物は、Ｃ８芳香族カットが主にエチルベンゼンを、近い沸点範囲にある何らかの他の化合物と共に含む、水蒸気分解装置又は精製装置のいずれかの芳香族回収プロセスから得られる。異なる源は、Ｃ８芳香族混合物流の異なる組成をもたらす。

１つの実施形態において、Ｃ８芳香族混合物は、ｏ−キシレン、ｍ−キシレン、ｐ−キシレン又はこれらの混合物から選択されるキシレン異性体を含む。

特定の実施形態において、Ｃ８芳香族混合物は、ベンゼン、トルエン、スチレン、Ｃ８非芳香族化合物、Ｃ９非芳香族化合物又はこれらの混合物をさらに含んでもよい。より適切には、高純度、例えば９０重量％よりも高い純度、好ましくは９９重量％よりも高い純度のエチルベンゼン生成物を得るために、Ｃ８芳香族混合物は、５重量パーセント未満の非芳香族化合物を含む。

本発明の方法は、幅広いエチルベンゼン含有量を持つＣ８芳香族混合物と共に適用できる。しかし、エチルベンゼン含有量が非常に低いと、方法が経済的にあまり魅力的でなくなる可能性がある。

１つの実施形態において、Ｃ８芳香族混合物は、５〜９９重量パーセントのエチルベンゼン、好ましくは２０〜９５重量パーセントのエチルベンゼン、より好ましくは３０〜８５重量パーセントのエチルベンゼンを含む。

さらに、本発明の１つの実施形態において、エチルベンゼン生成物は、８０重量パーセントを超えるエチルベンゼン、好ましくは９０重量パーセントを超えるエチルベンゼン、より好ましくは９５重量パーセントを超えるエチルベンゼン、さらにより好ましくは９９重量パーセントを超えるエチルベンゼンを含む。

本発明において使用される抽出剤は、塩素化芳香族化合物、並びに上記の実施形態のいずれかにおけるフランジオン誘導体及び有機ニトリルから選択される、好ましくは無水フタル酸、アセトニトリル及びベンゾニトリルから選択される有機化合物を含む。これらの化合物は、多くの実験結果及び慎重な考慮に基づいて選ばれた。抽出剤が、Ｃ８芳香族混合物中に存在する成分の比揮発度をできるだけ大きくすべきである。同時に、方法がより経済的に魅力的になるために、抽出剤が回収及び再循環可能であるべきである。

１つの実施形態において、塩素化芳香族化合物は、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン、テトラクロロベンゼン、ペンタクロロベンゼン及びベンゼンヘキサクロリド、好ましくはトリクロロベンゼンから選択される塩素化ベンゼンを含み、好ましくはこの塩素化ベンゼンからなる。

特定の実施形態において、塩素化芳香族化合物は、１，２，３−トリクロロベンゼン、１，２，４−トリクロロベンゼン及び１，３，５−トリクロロベンゼン、好ましくは１，２，４−トリクロロベンゼンから選択されるトリクロロベンゼンを含み、好ましくはこのトリクロロベンゼンからなる。

抽出剤中の成分の任意の比例混合比を用いることができる。より効率的な分離を実現するために適した組成が用いられてもよい。好ましい実施形態において、抽出剤は、１〜５０重量パーセントの有機化合物、好ましくは１〜３０重量パーセントの有機化合物、さらにより好ましくは２〜２５重量パーセントの有機化合物を含む。

使用される抽出剤の量は、蒸留塔全体にわたってＣ８芳香族混合物の比揮発度を改善するのに十分であるべきである。特定の実施形態において、Ｃ８芳香族混合物に対する抽出剤の重量比は、０．２：１〜２０：１、好ましくは０．５：１〜１２：１、より好ましくは１：１〜１０：１の範囲である。

本発明による方法は、無水環境又は水和環境のいずれかで行うことができる。水和環境を作り出すために、水又は蒸気が発明の方法に加えられる。したがって、本発明の方法における１つの実施形態において、Ｃ８混合物を蒸留する工程は、水又は蒸気の存在下で行われる。

好ましくは、この実施形態において、抽出剤１００重量部当たり０．０１〜１０重量部の水が発明の方法に加えられ、より好ましくは抽出剤１００重量部当たり０．０５〜１０重量部の水が加えられ、最も好ましくは抽出剤１００重量部当たり０．５〜５重量部の水が加えられる。

１つの好ましい実施形態において、方法をより経済的に魅力的にするため、抽出剤が回収及び再循環される。

図１を参照することにより、本発明の１つの実施形態による方法を実施するための例示的な手順を以下で説明する。

図１は、本発明のある実施形態によるＣ８芳香族混合物からのエチルベンゼンの分離のための方法である。Ｃ８芳香族混合物が、エチルベンゼン、並びにｏ−キシレン、ｍ−キシレン及びｐ−キシレンから選択される少なくとも１つのキシレン異性体を含む特定の実施形態において、導管１１を通じてＣ８芳香族混合物を蒸留塔１０へ導入することにより分離を行うことができる。蒸留塔１０の内部は、所望の効率を得るために様々に選ぶことができて、例えば蒸留塔１０は、いくつかの充填床又は棚段で満たされてもよい。必要に応じて、熱交換器１２を制御することにより、Ｃ８芳香族混合物の温度が調整されてもよい。塩素化芳香族化合物、並びにフランジオン誘導体及び有機ニトリルから選択される、好ましくは無水フタル酸、アセトニトリル及びベンゾニトリルから選択される有機化合物を含む抽出剤は、導管１３を通じて蒸留塔１０へ同時に導入される。選択された成分は、抽出剤の所望の組成物が蒸留塔１０へ導入される前に、この組成物に予備混合される。或いは、抽出剤の所定量の各成分が蒸留塔１０内に別々に供給されてもよい。水和環境が望まれるとき、所定量の水又は蒸気を抽出剤組成物中に予備混合したり、又は蒸留塔１０内に別々に供給したりすることができる。抽出剤は、少なくとも１つのキシレン異性体と共に、より高沸点の混合物を優先的に生成し、蒸留塔１０の下方で蒸留され、一方、抽出剤との親和性がないか、又は低く、より軽質の沸騰しているエチルベンゼンは、蒸留塔１０の上方で蒸留される。

エチルベンゼンに富む塔頂生成物は、導管１４を通じて蒸留塔１０の上部から取り出される。この塔頂生成物流は、貯蔵に完全に移すことができる。より一般的な場合、この塔頂生成物は、冷却器１５内で凝縮される。凝縮された塔頂流の一部は、還流として導管１６を通じて蒸留塔１０に戻され、一方、凝縮された塔頂生成物の別の部分は、導管１７を通じてエチルベンゼン生成物として回収されるか、又は他の加工ユニットに移される。本発明の１つの実施形態において、エチルベンゼン生成物は、８０重量パーセントを超えるエチルベンゼン、好ましくは９０重量パーセントを超えるエチルベンゼン、より好ましくは９５重量パーセントを超えるエチルベンゼン、最も好ましくは９９重量パーセントを超えるエチルベンゼンを含む。

抽出剤及び少なくとも１つのキシレン異性体を含む底部生成物は、導管１８を通じて蒸留塔１０の下部から取り出される。この底部生成物は、貯蔵に移したり、又は他の方法において使用したりすることができる。好ましくは、底部生成物の一部は、熱交換器１９内で加熱されて蒸留塔１０に戻され、底部生成物の別の部分は、導管２１を通じて回収塔２０に移される。回収塔２０へ移る底部生成物の温度は、熱交換器２２を制御することにより適切に調節することができる。回収塔２０の運転条件は、好ましくは、抽出剤と少なくとも１つのキシレン異性体との間の分離を実現するために調節される。

主に少なくとも１つのキシレン異性体を含む塔頂生成物は、導管２３を通じて回収塔２０の上部から取り出される。好ましくは、この塔頂生成物は、冷却器２４内で少なくとも部分的に凝縮することができる。凝縮された塔頂生成物の一部は、還流として導管２５を通じて回収塔２０に戻され、凝縮された塔頂生成物の別の部分は、導管２６を通じて混合キシレン生成物として回収される。

主に抽出剤を含む底部生成物は、導管２７を通じて回収塔２０の下部から取り出される。好ましくは、この底部生成物の一部は、熱交換器２８内で加熱されて回収塔２０に戻され、この底部生成物の別の部分は、導管２９を通じて蒸留塔１０に再循環される。

方法の条件を適切に調節するために、別の機器、例えば熱交換器、ポンプ又は圧縮機がプロセスシステムの任意の適切な場所に追加されてもよい。プロセス内のすべての機器の適した寸法及び構成は、炭化水素混合物の厳密な組成、抽出剤及び使用される特定の運転条件に合わせるために当業者によって変更することができる。

実施例１
異なる抽出剤の分離効率を求めた。実験は、気液平衡測定装置（ＦＩＳＣＨＥＲ（登録商標）ＶＬＥ ６０２）において、６０重量％のエチルベンゼン、１０重量％のｐ−キシレン、２０重量％のｍ−キシレン及び１０重量％のｏ−キシレンを含むＣ８炭化水素供給混合物並びに選択した抽出剤を、重量で５：１の供給に対する抽出剤の比で装置内に導入することにより行った。気液平衡に達するまで徐々に温度を上げた。圧力は５００ｍｂａｒであった。比較する目的で異なる抽出剤を試験した。試験結果を表１に示す。

表１に示す比揮発度の値は以下の式（１）により計算した。
式中、
α_ｉ，ｊは、エチルベンゼンとｐ−キシレンの間の比揮発度であり、
ｙ_ｉは、エチルベンゼンの蒸気の質量分率であり、
ｘ_ｉは、エチルベンゼンの液体の質量分率であり、
ｙ_ｊは、ｐ−キシレンの蒸気の質量分率であり、及び
ｘ_ｊは、ｐ−キシレンの液体の質量分率である。

実施例２
実施例１に記載されているものと同じ装置及び試験方法を用いて、供給に対する異なる抽出剤の比の影響を測定した。ただし、選択した抽出剤は９５重量％ １，２，４−トリクロロベンゼン及び５重量％ アセトニトリルであり、供給に対する抽出剤の比は、重量で１：１から５：１に変化させた。結果を表２に示す。

Claims (10)

1. Ｃ８芳香族を含む混合物からエチルベンゼンを分離する方法であって、
   Ｃ８芳香族を含む前記混合物を、塩素化芳香族化合物と、フランジオン誘導体及び有機ニトリルから選択される有機化合物とを含む抽出剤の存在下で蒸留する工程を含む方法。
2. 前記有機化合物が、無水フタル酸、アセトニトリル及びベンゾニトリル又はこれらの混合物から選択される、請求項１に記載の方法。
3. Ｃ８芳香族を含む前記混合物が、ｏ−キシレン、ｍ−キシレン、ｐ−キシレン又はこれらの混合物から選択されるキシレン異性体を含む、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記塩素化芳香族化合物が、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン、テトラクロロベンゼン、ペンタクロロベンゼン及びベンゼンヘキサクロリド、好ましくはトリクロロベンゼンから選択される塩素化ベンゼンを含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記トリクロロベンゼンが、１，２，３−トリクロロベンゼン、１，２，４−トリクロロベンゼン及び１，３，５−トリクロロベンゼン、好ましくは１，２，４−トリクロロベンゼンから選択される、請求項４に記載の方法。
6. 前記抽出剤が、１〜５０重量パーセントの前記有機化合物、好ましくは１〜３０重量パーセントの前記有機化合物、より好ましくは２〜２５重量パーセントの前記有機化合物を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. Ｃ８芳香族を含む前記混合物に対する前記抽出剤の重量比が、０．２：１〜２０：１、好ましくは０．５：１〜１２：１、より好ましくは１：１〜１０：１の範囲である、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. Ｃ８芳香族を含む前記混合物を蒸留する工程が、水又は蒸気の存在下で行われる、請求項１に記載の方法。
9. Ｃ８芳香族を含む前記混合物を蒸留する工程が、前記抽出剤の１００重量部当たり、０．０１〜１０重量部、好ましくは０．５〜１０重量部の水又は蒸気の存在下で行われる、請求項８に記載の方法。
10. 前記抽出剤が回収及び再循環される、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。