JP2020506167A - エステル組成物の製造システム及びこれを用いたエステル組成物の製造方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、統合反応器、気液分離カラム、精製ユニット、アルコール貯蔵タンク及び混合アルコール分離カラムを含むエステル組成物の製造システムであって、効率的で経済的かつ簡素化されたエステル組成物の製造システムを提供しようとしたものであり、エステル化合物が製造される反応及びエステル組成物が製造される反応が１つの空間で行われる統合反応器と混合アルコール分離カラム及び気液分離カラムの導入を介して設備空間が縮小され反応設備が大幅に除去されてよく、移送時間を節減することができる簡素化されたエステル組成物の製造システム及びこれを用いたエステル組成物の製造方法を提供する。
Description
[関連出願との相互参照]
本出願は、２０１７年９月７日付韓国特許出願第１０−２０１７−０１１４６２４号に基づいた優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として含まれる。
本出願は、２０１７年９月７日付韓国特許出願第１０−２０１７−０１１４６２４号に基づいた優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として含まれる。
本発明は、統合反応器を活用したエステル組成物の製造システム及びこれを用いたエステル組成物の製造方法に関する。
フタレート系可塑剤は世界可塑剤市場の９２％を占めており（Ｍｕｓｔａｆｉｚｕｒ Ｒａｈｍａｎａｎｄ Ｃｈｒｉｓｔｏｐｈｅｒ Ｓ． Ｂｒａｚｅｌ「Ｔｈｅ ｐｌａｓｔｉｃｉｚｅｒ ｍａｒｋｅｔ：ａｎ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｆ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｐｌａｓｔｉｃｉｚｅｒｓ ａｎｄ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｔｒｅｎｄｓ ｔｏ ｍｅｅｔ ｎｅｗ ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ」Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ２００４， ２９， １２２３〜１２４８参考）、主にポリ塩化ビニル（以下、ＰＶＣという）に柔軟性、耐久性、耐寒性などを付与して溶融時の粘度を下げて加工性を改善するために用いられる添加物であって、ＰＶＣに多様な含量で投入され、堅いパイプのような硬質製品から柔らかいながらも良く伸びて食品の包装材及び血液パック、床材等に用いることができる軟質製品に至るまでその如何なる材料よりも実生活と密接な連関性を有して人体との直接的な接触が不可避な用途で広く用いられている。
しかし、フタレート系可塑剤のＰＶＣの相溶性及び優れた軟質付与性にもかかわらず、最近フタレート系可塑剤が含有されたＰＶＣ製品の実生活の使用時に、製品外部に少しずつ流出され内分泌系障害（環境ホルモン）推定物質及び重金属水準の発癌物質として作用し得るとの有害性論等が提起されている（Ｎ．Ｒ．Ｊａｎｊｕ ａｅｔ ａｌ．「Ｓｙｓｔｅｍｉｃ Ｕｐ ｔａｋｅ ｏｆ Ｄｉｅｔｈｙｌ Ｐｈｔｈａｌａｔｅ， Ｄｉｂｕｔｙｌ Ｐｈｔｈａｌａｔｅ， ａｎｄ Ｂｕｔｙｌ Ｐａｒａｂｅｎ Ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ Ｗｈｏｌｅ−ｂｏｄｙ Ｔｏｐｉｃａｌ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒｅｐｒｏｄｕｃｔｉｖｅ ａｎｄ Ｔｈｙｒｏｉｄ Ｈｏｒｍｏｎｅ Ｌｅｖｅｌｓ ｉｎ Ｈｕｍａｎｓ」Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ２００８， ４２， ７５２２〜７５２７参照）。特に、１９６０年代米国でフタレート系可塑剤のうちその使用量が最も多いジ−エチルヘキシルフタレート（ｄｉ−（２−ｅｔｈｙｌ ｈｅｘｙｌ）ｐｈｔｈａｌａｔｅ， ＤＥＨＰ）がＰＶＣ製品の外部に流出されるという報告が発表された以後から１９９０年代に入って環境ホルモンに対する関心が増し、フタレート系可塑剤の人体有害性に対する多様な研究を含め汎世界的な環境規制がなされはじめた。
ここに多くの研究陣は、フタレート系可塑剤流出による環境ホルモン問題及び環境規制に対応しようと、フタレート系可塑剤製造時に用いられる無水フタル酸が排除された新しい非フタレート系一体可塑剤を開発したりフタレート系可塑剤の流出を抑制して人体危害性を顕著に減らすのはもちろん、環境基準にも符合し得る流出抑制技術を開発しようと研究を進めている。
一方、非フタレート系可塑剤として、テレフタレート系可塑剤は、フタレート系可塑剤と物性的な側面で同等水準であるだけでなく、環境的問題で自由な物質として脚光を浴びており、多様な種類のテレフタレート系可塑剤が開発されているのが実情であり、物性が優れたテレフタレート系可塑剤を開発する研究はもちろん、このようなテレフタレート系可塑剤を製造するための設備に関する研究も活発に進められており、工程設計の側面でより効率的で経済的かつ簡素な工程の設計が求められている。
Ｍｕｓｔａｆｉｚｕｒ Ｒａｈｍａｎａｎｄ Ｃｈｒｉｓｔｏｐｈｅｒ Ｓ． Ｂｒａｚｅｌ「Ｔｈｅ ｐｌａｓｔｉｃｉｚｅｒ ｍａｒｋｅｔ：ａｎ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｆ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｐｌａｓｔｉｃｉｚｅｒｓ ａｎｄ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｔｒｅｎｄｓ ｔｏ ｍｅｅｔ ｎｅｗ ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ」Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ２００４， ２９， １２２３〜１２４８
Ｎ． Ｒ． Ｊａｎｊｕａｅｔａｌ． 「Ｓｙｓｔｅｍｉｃ Ｕｐｔａｋｅ ｏｆ Ｄｉｅｔｈｙｌ Ｐｈｔｈａｌａｔｅ， Ｄｉｂｕｔｙｌ Ｐｈｔｈａｌａｔｅ，ａｎｄＢｕｔｙｌ Ｐａｒａｂｅｎ Ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ Ｗｈｏｌｅ−ｂｏｄｙ Ｔｏｐｉｃａｌ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒｅｐｒｏｄｕｃｔｉｖｅ ａｎｄ Ｔｈｙｒｏｉｄ Ｈｏｒｍｏｎｅ Ｌｅｖｅｌｓ ｉｎ Ｈｕｍａｎｓ」Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ２００８， ４２， ７５２２〜７５２７
本発明は、効率的で経済的かつ簡素化されたエステル組成物の製造システムを提供しようとするものであって、エステル化合物が製造される反応及びエステル組成物が製造される反応が１つの空間で行われる統合反応器と混合アルコール分離カラム及び気液分離カラムの導入を介して設備空間が縮小され、反応設備が大幅に除去されてよく、移送時間を節減することができる簡素化されたエステル組成物の製造システム及びこれを用いたエステル組成物の製造方法を提供する。
前記課題を解決するための本発明の一実施例によれば、本発明は、第１アルコール及び２以上のカルボキシル基を含むカルボン酸系化合物が反応する直接エステル反応と前記直接エステル反応の生成物及び第２アルコールが反応するトランスエステル反応が行われる内部反応空間、気相区画と連結された上段出口ライン及び液相区画と連結された下段出口ラインが備えられた統合反応器；前記統合反応器から気化された反応生成物及び気相の低沸点混合物が統合反応器の上段出口ラインを介して流入されて気液分離が行われる気液分離空間、液化された反応生成物が統合反応器に回収される下部回収ライン及び気相の低沸点混合物が流出される上部流出ラインが備えられた気液分離カラム；前記統合反応器の下段出口ラインに流出されたエステル組成物及び第２アルコールが分離される精製槽、精製されたエステル組成物が排出される精製生成物ライン及び第２アルコールが回収されるアルコール回収ラインが備えられた精製ユニット；第１アルコール及び第２アルコールが貯蔵される内部空間が備えられ、前記気液分離カラムの上部流出ライン及び前記精製ユニットのアルコール回収ラインと連結されて第１アルコール及び第２アルコールの混合アルコールが貯蔵されるアルコール貯蔵タンク；及び前記アルコール貯蔵タンクから混合アルコールが流入されてアルコールのアルキル炭素数により混合アルコールが分離するアルコール分離空間及び分離したアルコールが再循環される１以上の再循環ラインが備えられた混合アルコール分離カラム；を含み、前記気液分離カラムでの反応生成物は、直接エステル反応の生成物またはトランスエステル反応の生成物であり、前記低沸点混合物は第１アルコール及び第２アルコールのうち１以上を含むものである製造システムが提供される。
本発明によれば、設備空間が縮小され反応設備が大幅に除去することができ、移送時間を節減することができるので、効率的で経済的ながらも簡素化されたエステル組成物の製造システム及びこれを用いたエステル組成物の製造方法を提供することができる。
以下、本発明に対する理解を助けるために、本発明をさらに詳細に説明する。
本発明の説明及び特許請求の範囲で用いられた用語や単語は通常的かつ辞典的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者は自身の発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適宜定義することができるとの原則に立脚して、本発明の技術的思想に適合する意味と概念として解釈されるべきである。
エステル組成物の製造システム
本発明の一実施例によれば、統合反応器；気液分離カラム；精製ユニット；アルコール貯蔵タンク；及び混合アルコール分離システム；を含む製造システムが提供される。
本発明の一実施例によれば、統合反応器；気液分離カラム；精製ユニット；アルコール貯蔵タンク；及び混合アルコール分離システム；を含む製造システムが提供される。
具体的に、前記統合反応器は、第１アルコール及び２以上のカルボキシル基を含むカルボン酸系化合物が反応する直接エステル反応と前記直接エステル反応の生成物及び第２アルコールが反応するトランスエステル反応が行われる内部反応空間、気相区画と連結された上段出口ライン及び液相区画と連結された下段出口ラインが備えられる。
また、前記気液分離カラムは、前記統合反応器から気化された直接エステル反応生成物及び気相の低沸点混合物が統合反応器の上段出口ラインを介して流入されて気液分離が行われる気液分離空間、液化された直接エステル反応生成物が統合反応器に回収される下部回収ライン及び第１アルコールを含む気相の低沸点混合物が流出される上部流出ラインが備えられる。
前記上部流出ラインを介して流出される気相の低沸点混合物には、直接エステル反応が行われる中には水と第１アルコールが含まれ、還流及びデキャンティングを介して水と第１アルコールが分離して第１アルコールを反応器に回収することができ、直接エステル反応が終了されてトランスエステル反応が行われる前には第１アルコールが含まれて第１アルコールが除去されてよく、トランスエステル反応が行われる中には、微量の第１アルコール及び第２アルコールが含まれて還流を介して第１アルコール及び第２アルコールを反応器に回収することができる。
また、前記統合反応器は、反応器内の液相区画に連結されたラインとして中段出口ラインをさらに備えてよく、この中段出口ラインは気液分離カラムの側面部と連結されて具体的に気液分離カラムの高さ方向の１／２以上の地点の側面部に連結されてよい。
前記中段出口ラインとしては上段出口ラインから気相の物質が気液分離カラムに流れるように液相の物質が気液分離カラムに流れるものであってよく、具体的に液相の反応生成物と気化されなかった低沸点混合物が流れるものであってよい。
前記のように中段出口ラインを備える場合には、気液分離カラムを用いた気液分離効率が極大化されてよく、ここに分離効率向上により工程時間の短縮と除去しようとする物質の除去水準を極大化できるなどのメリットを得ることができる。
前記精製ユニットは、前記統合反応器の下段出口ラインに流出されたエステル組成物、第１アルコール及び第２アルコールが分離される精製槽、精製されたエステル組成物が排出される精製生成物ライン及び第１アルコールと第２アルコールが回収されるアルコール回収ラインが備えられたものであり、前記アルコール貯蔵タンクは、第１アルコール及び第２アルコールが貯蔵される内部空間が備えられ、前記気液分離カラムの上部流出ライン及び前記精製ユニットのアルコール回収ラインと連結されて第１アルコール及び第２アルコールの混合アルコールが貯蔵されるものである。
前記精製ユニットは１以上の精製槽と凝縮器などを含む設備を用いて、精製を行うものであってよく、所望の水準の純度により適切な数の設備を適用することができ、場合により蒸溜カラムが配置されてもよい。各設備の種類は当業界で一般的に精製に用いられるものが適用されてよく、これに特別に制限されはしない。
前記混合アルコール分離カラムは、前記アルコールタンクから混合アルコールが流入されてアルコールのアルキル炭素数により混合アルコールが分離するアルコール分離空間、分離されたアルコールが再循環される１以上の再循環ライン及び１つの排出ラインが備えられる。
また、前記混合アルコール分離カラムの１以上の再循環ラインは、好ましくは２つの再循環ラインが備えられるものであってよく、第１アルコールが統合反応器に再循環される第１アルコール再循環ラインと第２アルコールが統合反応器に再循環される第２アルコール再循環ラインであるものであってよく、１つの排出ラインは水が排出されるラインであってよい。
本発明によるエステル組成物の製造システムは、前記混合アルコール分離カラムを導入することにより、２種のアルコールと水分が共に混合された混合物をこれ以上廃棄せず分離してリサイクルすることができ、これにより工程の運営において経済性向上を図ることができる。
また、前記製造システムは生成物貯蔵タンクをさらに含んでよく、この生成物貯蔵タンクは前記精製ユニットの精製生成物ラインと連結されるものであってよい。
本発明の一実施例によれば、前記製造システムは回分式反応システムであってよく、アルコールの回収などの工程は１サイクル以後から行われるものであってよい。
また、好ましく直接エステル反応の原料として２以上のカルボキシル基を含むカルボン酸系化合物はテレフタル酸であってよく、第１アルコールと第２アルコールは１次アルコールであってよく、−ＯＨ基は１つであるのが好ましいといえる。例えば、−ＯＨ基が２以上の場合にはポリエステルへの重合反応が進む恐れがあるため、本発明による製造システムで適用される工程条件と合わないこともあり、高分子化により反応器内のファウリングが発生することがあり、エステル組成物を得ようとする本発明の目的に外れるため、前記第１アルコールと第２アルコールは１次アルコールでありながら−ＯＨ基が１つであるものを適用するのが好ましい。
また、前記第１アルコールと第２アルコールはそれぞれのアルキル炭素数が異なっているものであってよく、第１アルコールのアルキル炭素数が第２アルコールのアルキル炭素数に比べて大きいものであってよく、炭素数が１から１２であるアルキル基を有するアルコールが適用されてよい。好ましくは第１アルコールのアルキル炭素数は６から１２であってよく、第２アルコールのアルキル炭素数は１から５であってよい。さらに好ましくは第１アルコールのアルキル炭素数は７から１０であってよく、第２アルコールのアルキル炭素数は２から４であってよい。
本発明の一実施例による製造システムで目的する生成物は、エステル組成物で３種のエステル化合物が含まれたものであってよく、好ましくは３種のテレフタレートが含まれたテレフタレート組成物であってよい。
以下、図を参考にしながら本発明の一例に対して詳しく説明する。
図１は、既存のエステル組成物を製造するシステムの工程フロー図の一例を示したものである。既存のエステル組成物を製造するシステムは、大きく２つの段に分離して見ることができ、これは第１段のエステル化合物を製造する直接エステル反応工程と、第２段のエステル化合物を用いてエステル組成物を製造するトランスエステル工程であってよく、この２つの工程は別途に行われることが一般的であった。
具体的に、第１段の直接エステル反応工程の場合、第１反応器１１ａでは２以上のカルボキシル基を含むカルボン酸系化合物と第１アルコールの直接エステル反応がなされ、直接エステル反応が終了されると第１気液分離カラム１２ａを用いて第１アルコール及び水分を除去し、このとき除去された第１アルコールは第１アルコール貯蔵タンク１４ａに流入され、第１アルコール貯蔵タンク１４ａでは第１アルコールを貯蔵しておき、全体１サイクル工程が終了されると再び第１反応器１１ａに第１アルコールを供給する。
第１反応器１１ａで直接エステル反応で生成されたエステル化合物と未反応第１アルコールなどの副産物を共に含むフローが流出されて第１バッファータンク１６ａに流入され、前記第１バッファータンク１６ａは未反応第１アルコール除去カラム１７の分離容量により生成物及び副産物のフローを制御することができ、分離容量に適切に未反応第１アルコール除去カラム１７に送って未反応第１アルコールを除去する。
前記第１バッファータンク１６ａは、この前段の第１反応器１１ａ及び気液分離カラム１２ａの反応は回分式反応で行われ、後段の第１アルコール除去カラム１７は連続式になされるとの点で回分式工程と連続式工程を連結する役割を行う。
次いで、未反応第１アルコールが除去された生成物のフロー、すなわちエステル化合物を含む生成物のフローは再び第２バッファータンク１６ｂに流入され、直接エステル反応の生成物であるエステル化合物を貯蔵する役割を行い、トランスエステル反応が起こる第２反応器１１ｂにエステル化合物を供給する。このとき、除去された未反応第１アルコールはアルコール貯蔵タンク１４ａに回収される。
このときの第２バッファータンク１６ｂもやはり第２バッファータンク１６ｂの前段でアルコールの除去工程が連続的に行われ、第２バッファータンク１６ｂの後段で回分式反応であるトランスエステル化反応が進められる第２反応器１１ｂを連結するための装置、すなわち連続式工程と回分式工程をつなぐ装置であってよい。
第２段のトランスエステル反応工程の場合、前記直接エステル反応工程と類似に進められ、第２反応器１１ｂでエステル化合物と第２アルコールのトランスエステル反応としてエステル組成物が生成される。このとき反応が完了されると、直接エステル反応工程と類似に第２気液分離カラム１２ｂを介して未反応の第２アルコールとトランスエステル化反応の生成物（副産物）である第１アルコールを除去して混合アルコールタンク１４ｂに回収する。
また、反応が完了され生成物のフローが反応器から排出されると、このフローは中和器１８及び精製槽１３に流入されて精製のための設備を介して生成物が精製されてよい。図１には中和器１８と精製槽１３が別途の装置で示されているが、これは一つの設備に統合されてもよい。
このような既存のエステル組成物製造工程は重複される設備が多く、類似の工程が多いにもかかわらず、アルコールが混合される場合、気液分離効率の低下、混合アルコール分離の困難さなどの理由により統合設備を適用することができなかった。
しかし、本発明によるエステル組成物の統合反応システムは、既存のエステル化合物を製造する工程とエステル化合物を用いたエステル組成物を製造する工程が併用されて来たシステムに比べ、高効率の気液分離カラム及び混合アルコール分離カラムの適用により、重複される工程設備を大きく節減することができ、工場敷地も１／２以上減縮させることができ、それにより製造コストの節減、工程運営コストの減少などにより経済性を確保することができるので、工程が簡素化され効率性が極大化され得る。
図２は、本発明による製造システムの工程フロー図の一例を示したものである。
図２を参照すれば、統合反応器２１では直接エステル反応とトランスエステル反応が順次に同一の空間で行われてよいので、２つの反応器を用いてきたのに比べて設備を減縮することができ、混合アルコール分離カラム２５の導入を介して２種のアルコールと異なる低沸点の副産物がアルコール貯蔵タンク２４と共に流入されたとしても第１アルコール及び第２アルコールを分離してそれぞれの反応サイクルに適切に反応器に再循環することが可能となり得る。
また、既存の工程の場合、反応器が別途で存在して分離工程（分離カラムをはじめとする凝縮器、還流槽などの設備など）が別途で存在して連続式工程及び回分式工程が併存することとなり、これによりバッファータンク１６ａ、１６ｂのように連続式工程と回分式工程を連結する設備が必須で設計に含まれるが、本発明のように反応器が統合して分離工程が統合されて混合アルコールを分離できるようになる場合には、バッファータンク１６ａ、１６ｂのような設備を除去しても工程運営が可能となるメリットがある。
具体的に、最初２以上のカルボキシル基を含むカルボン酸系化合物と第１アルコールが統合反応器２１に投入されて反応が始まってよく、直接エステル反応によりエステル化合物と未反応第１アルコール及び２以上のカルボキシル基を含むカルボン酸系化合物、そして副産物として水分が生成されてよい。
エステル反応の副産物として生成される水は、直接エステル反応中の除去が必須でなされなければならず、これは気液分離カラム２２を介して行われてよい。具体的に、直接エステル反応中には前記統合反応器２１の上段出口ライン２１１を介して気相の低沸点化合物が流出されてよいが、このときの低沸点化合物は水と第１アルコールが含まれていてよく、このとき水と第１アルコールは気液分離カラム２２と前記カラム上段に連結された凝縮器（未図示）及びデカンタ（未図示）を介して分離され、第１アルコールは還流されて再び反応器に流入され、水は除去されてよい。前記還流に回収される第１アルコールは流入ラインを介して回収されてよく、このラインは前記気液分離カラム２２の下段で連結されて下部回収ライン２２１を介して第１アルコールが統合反応器２１に回収されてよい。
直接エステル反応が終了されると、トランスエステル反応のために統合反応器２１に第２アルコールを投入することができるが、投入以前に平衡反応であるトランスエステル反応で生成物側に反応進行をさせるためには生成物である第１アルコールを除去する必要があり、この第１アルコールの除去は前記気液分離カラム２２を介して行われてよい。
統合反応器２１で気化された直接エステル反応生成物と気相の低沸点混合物が統合反応器の上段出口ライン２１１を介して流出されて気液分離カラム２２に流入されてよいが、このときには減圧を適用して気液分離カラム２２に送るものであってよい。気液分離カラム２２に流入された気相の物質は、カラム内部の気液分離空間で沸点差及び物質伝達を用いた気液分離が行われてよく、気化された直接エステル反応生成物は再び液化されて気液分離カラム２２の下部回収ライン２２１を介して反応器に再び流れ、低沸点混合物として第１アルコールは上部流出ライン２２２を介してアルコール貯蔵タンク２４に流入されて貯蔵されてよい。
前記気液分離カラム２２で統合反応器２１内の気相の物質を減圧して送ることを介しては物質伝達面積が狭くて効率が低いことがあり得るため、好ましくは、統合反応器２１の液相区画と連結されるように備えられた中段出口ライン２１３を介して気化されなかった低沸点混合物と液相の直接エステル反応生成物を流れるようにすることができ、この中段出口ライン２１３は前記気液分離カラム２２の高さ方向の１／２以上の地点の側面部で連結されてよく、反応器内の液相区画の液相物質を気液分離カラム２２に送るための動力装置（未図示）が前記中段出口ラインの中に備えられてよく、前記動力装置は多様な種類のポンプ（未図示）であってよい。このように気液分離カラム２２に流入されてよいように統合反応器２１の中段出口ラインを備えるようになる場合には、物質伝達面積の増大により気液分離効率を極大化できて短時間内に反応器内で所望の水準まで未反応の第１アルコールを除去することができる。
前記気液分離カラム２２から除去された第１アルコールは、アルコール貯蔵タンク２４に流入されてから一定期間貯蔵された後又は直ちに混合アルコール分離カラム２５に流入されて第１アルコールと第２アルコールを分離する工程が行われてよい。
一方、直接エステル反応が終了されて統合反応器２１内で未反応の第１アルコールが除去された後には、トランスエステル反応のために統合反応器２１に第２アルコールを投入することができる。
このとき、統合反応器２１には反応物供給部（未図示）が存在し得るし、この反応物の供給部は、２以上のカルボキシル基を含むカルボン酸系化合物、第１アルコール、第２アルコールなどの全ての反応物が１つの供給部を介して注入されてもよく、それぞれの供給部が設けられてそれぞれ注入されてもよい。また、反応が１サイクル進められた以後には、アルコール貯蔵タンク２４から混合アルコール分離カラム２５で混合アルコールが分離してアルコール再循環ライン２５１ａ、２５１ｂを介して第１アルコール及び第２アルコールが反応器に注入されてもよい。
第２アルコールが投入されて直接エステル反応生成物であるエステル化合物とのトランスエステル反応が統合反応器２１で行われてよく、この後の過程は、前記直接エステル反応と類似し得る。トランスエステル反応の中間にも、前記直接エステル反応と同様に気液分離カラム２２を介して気化された第１アルコール及び第２アルコールを凝縮器（未図示）及びデカンタ（未図示）に再び統合反応器２１に回収することができる。
トランスエステル反応が終了されると、トランスエステル反応の生成物は製品化のために精製工程が行われてよいが、統合反応器の下段出口ライン２１２を介して離隔された精製ユニット２３に流入され、精製ユニット２３では１以上の精製槽と凝縮器などを含む設備を用いて生成物精製がなされてよい。
精製ユニット２３では、生成物から副産物又は未反応物を除去するものであってよく、これにより分離された未反応の第２アルコール、副産物である第１アルコールなどがアルコール回収ライン２３１を介してアルコール貯蔵タンク２４に流入されてよく、アルコール貯蔵タンク２４に流入された後には混合アルコール分離カラム２５で適切に分離して統合反応器２１に再循環される工程が行われてよい。
生成物で未反応物などが除去されたフローは、精製生成物ライン２３２を介して生成物貯蔵タンク（未図示）に流れてよく、この貯蔵タンクに貯蔵された生成物は所定の工程を経て製品化されてよい。
前記精製ユニット２３から除去される第１アルコール及び第２アルコールは、アルコール貯蔵タンク２４に流入されて一定期間貯蔵された後又は直ちに混合アルコール分離カラム２５に流入されて第１アルコール及び第２アルコールの分離する工程が行われてよく、反応時期に適切に統合反応器２１にアルコール再循環ライン２５１ａ、２５１ｂを介して再循環させることもでき、このカラムでは副産物として存在する水も共に分離して上段の排出ライン２５１ｃを介して水が除去されてよい。
また、前記図１及び２に示さなかったが、熱交換器、凝縮器、再沸器及びポンプなどの工程設計上一般的に含まれる装置は、設計により当業者が設計に含ませて適切に配置してもよい。
エステル組成物の製造方法
本発明の他の一実施例によれば、統合反応器から２以上のカルボキシル基を含むカルボン酸系化合物と第１アルコールの直接エステル反応を介してエステル化合物及び水分が製造される段階（Ｓ１）；前記統合反応器内の未反応第１アルコール及び水分を含む低沸点混合物を除去し、前記第１アルコールをアルコール貯蔵タンクに回収する段階（Ｓ２）；前記統合反応器に第２アルコールを投入し、前記エステル化合物及び第２アルコールのトランスエステル反応を介してエステル組成物を製造する段階（Ｓ３）；及び前記エステル組成物を精製して混合アルコールをアルコール貯蔵タンクに回収する段階（Ｓ４）；を含むエステル組成物の製造方法が提供される。
本発明の他の一実施例によれば、統合反応器から２以上のカルボキシル基を含むカルボン酸系化合物と第１アルコールの直接エステル反応を介してエステル化合物及び水分が製造される段階（Ｓ１）；前記統合反応器内の未反応第１アルコール及び水分を含む低沸点混合物を除去し、前記第１アルコールをアルコール貯蔵タンクに回収する段階（Ｓ２）；前記統合反応器に第２アルコールを投入し、前記エステル化合物及び第２アルコールのトランスエステル反応を介してエステル組成物を製造する段階（Ｓ３）；及び前記エステル組成物を精製して混合アルコールをアルコール貯蔵タンクに回収する段階（Ｓ４）；を含むエステル組成物の製造方法が提供される。
前記製造方法は前述の製造システムで適用される方法であって、一連の過程は全て前述したのと同一であり 、反応原料に関する説明も前述と同一なので、その説明を省略する。
但し、前記Ｓ２段階で未反応の第１アルコールを除去する場合には統合反応器内で、反応器内の物質の総重量対比未反応の第１アルコールが２重量％以下となるように除去するのが好ましく、このような水準まで短時間内に除去するには前述の中段出口ラインを共に活用するのが好ましい。
前記直接エステル反応とトランスエステル反応の具体的な反応条件（温度、圧力、時間など）は当業界で適用される反応条件が適用されてよく、これに特に限定されない。
実施例
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明しようとする。しかし、下記実施例は本発明を例示するためのものであって、これらだけで本発明の範囲が限定されるものではない。
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明しようとする。しかし、下記実施例は本発明を例示するためのものであって、これらだけで本発明の範囲が限定されるものではない。
下記実施例１及び２と比較例１では、プロセスシミュレーションプログラムＡＳＰＥＮ ＰＬＵＳ内のＢＡＴＣＨ ＭＯＤＥＬＥＲを用いて本発明による除去ユニットが含まれたシステムをシミュレーションした。
実施例１
反応原料として、テレフタル酸、２−エチルヘキサノールを統合反応器２１に導入して直接エステル反応を進めた後、ブタノールを統合反応器２１に導入してトランスエステル反応を進めて反応を終了し、図２に示した工程フロー図によりエステル組成物製造工程を行い、直接エステル反応とトランスエステル反応の中間に統合反応器の中段出口ライン及び上段出口ラインを介して２−エチルヘキサノールの除去を行い、その結果を下記表１に示した。
反応原料として、テレフタル酸、２−エチルヘキサノールを統合反応器２１に導入して直接エステル反応を進めた後、ブタノールを統合反応器２１に導入してトランスエステル反応を進めて反応を終了し、図２に示した工程フロー図によりエステル組成物製造工程を行い、直接エステル反応とトランスエステル反応の中間に統合反応器の中段出口ライン及び上段出口ラインを介して２−エチルヘキサノールの除去を行い、その結果を下記表１に示した。
実施例２
前記実施例１と同一の方法でエステル組成物の製造工程を行うが、直接エステル反応とトランスエステル反応中間に統合反応器の中段出口ラインは適用せず、上段出口ラインを介して２−エチルヘキサノールを除去し、その結果を下記表１に示した。
前記実施例１と同一の方法でエステル組成物の製造工程を行うが、直接エステル反応とトランスエステル反応中間に統合反応器の中段出口ラインは適用せず、上段出口ラインを介して２−エチルヘキサノールを除去し、その結果を下記表１に示した。
比較例１
反応原料として、テレフタル酸、２−エチルヘキサノールを第１反応器１１ａに導入して直接エステル反応を進めた後、図１に示した工程フロー図によりシミュレーションし、第２反応器１１ｂにブタノールを導入してトランスエステル反応を進めて反応を終了し、図１に示した工程フロー図により行われた工程シミュレーション結果を下記表１に示した。
反応原料として、テレフタル酸、２−エチルヘキサノールを第１反応器１１ａに導入して直接エステル反応を進めた後、図１に示した工程フロー図によりシミュレーションし、第２反応器１１ｂにブタノールを導入してトランスエステル反応を進めて反応を終了し、図１に示した工程フロー図により行われた工程シミュレーション結果を下記表１に示した。
前記表１で示すように、別途の工程で行った比較例１は、統合工程を適用した実施例１と２の場合と比べて工程時間が長く遅延されたことを確認することができ、前記の時間は１サイクルに要される時間であるとの点を考慮すれば、全体製品の需給側面からみるならば、相当の時間遅延につながることとなり、結局は生産性が低下する問題をもたらし得ることが確認することができる。すなわち、統合反応器を用いた本発明の製造システムを適用すれば、生産性を増大させる可能性があることを確認した。
また、原料導入量を比べてみると、実施例１及び２の場合、比較例に比べて投入する２−エチルヘキサノールとブタノールの量が大きく低減されたことを確認することができる。実施例１及び２の場合、混合アルコールを廃棄せずリサイクルすることができる混合アルコール分離カラムを導入したため、新たに投入しなければならない原料アルコールの含量を低減できるとの点を確認することができる。
そして、工程運用の効率性の側面で最も向上されなければならない部分として、移送に要される時間を評価してみた結果、実施例１及び２の場合、比較例に比べて移送時間が約１／３ほど短縮され得ることを確認することができる。これを介して、本発明によるエステル組成物の製造システムを適用するならば効率的な工程運営が可能であるとのことを確認することができる。
さらに、統合反応器で気液分離カラムを介して第１アルコールすなわち２−エチルヘキサノールを除去するとき、中段出口ラインを適用した実施例１の場合、気液分離効率増加で実施例２に比べて工程時間がさらにより短縮されたことをやはり確認することができる。
１１ａ：第１反応器
１１ｂ：第２反応器
１２ａ：第１気液分離カラム
１２ｂ：第２気液分離カラム
１３：精製槽
１４ａ：アルコールタンク
１４ｂ：混合アルコールタンク
１６ａ：第１バッファータンク
１６ｂ：第２バッファータンク
１７：未反応第１アルコール除去カラム
１８：中和器
２１：統合反応器
２２：気液分離カラム
２３：精製ユニット
２４：アルコール貯蔵タンク
２５：混合アルコール分離カラム
２１１：上段出口ライン
２１２：下段出口ライン
２１３：中段出口ライン
２２１：下部回収ライン
２２２：上部流出ライン
２３１：アルコール回収ライン
２３２：精製生成物ライン
２５１ａ：第１アルコール循環ライン
２５１ｂ：第２アルコール循環ライン
１１ｂ：第２反応器
１２ａ：第１気液分離カラム
１２ｂ：第２気液分離カラム
１３：精製槽
１４ａ：アルコールタンク
１４ｂ：混合アルコールタンク
１６ａ：第１バッファータンク
１６ｂ：第２バッファータンク
１７：未反応第１アルコール除去カラム
１８：中和器
２１：統合反応器
２２：気液分離カラム
２３：精製ユニット
２４：アルコール貯蔵タンク
２５：混合アルコール分離カラム
２１１：上段出口ライン
２１２：下段出口ライン
２１３：中段出口ライン
２２１：下部回収ライン
２２２：上部流出ライン
２３１：アルコール回収ライン
２３２：精製生成物ライン
２５１ａ：第１アルコール循環ライン
２５１ｂ：第２アルコール循環ライン
Claims (14)
- 第１アルコール及び２以上のカルボキシル基を含むカルボン酸系化合物が反応する直接エステル反応と前記直接エステル反応の生成物及び第２アルコールが反応するトランスエステル反応が行われる内部反応空間、気相区画と連結された上段出口ライン及び液相区画と連結された下段出口ラインが備えられた統合反応器；
前記統合反応器から気化された反応生成物及び気相の低沸点混合物が統合反応器の上段出口ラインを介して流入されて気液分離が行われる気液分離空間、液化された反応生成物が統合反応器に回収される下部回収ライン及び気相の低沸点混合物が流出される上部流出ラインが備えられた気液分離カラム；
前記統合反応器の下段出口ラインに流出されたエステル組成物及び第２アルコールが分離される精製槽、精製されたエステル組成物が排出される精製生成物ライン及び第２アルコールが回収されるアルコール回収ラインが備えられた精製ユニット；
第１アルコール及び第２アルコールが貯蔵される内部空間が備えられ、前記気液分離カラムの上部流出ライン及び前記精製ユニットのアルコール回収ラインと連結されて第１アルコール及び第２アルコールの混合アルコールが貯蔵されるアルコール貯蔵タンク；及び
前記アルコール貯蔵タンクから混合アルコールが流入されてアルコールのアルキル炭素数により混合アルコールが分離するアルコール分離空間及び分離したアルコールが再循環される１以上の再循環ラインが備えられた混合アルコール分離カラム；を含み、
前記気液分離カラムでの反応生成物は、直接エステル反応の生成物またはトランスエステル反応の生成物であり、前記低沸点混合物は第１アルコール及び第２アルコールのうち１以上を含むものである製造システム。 - 前記統合反応器内の液相区画に中段出口ラインがさらに備えられたものであり、前記中段出口ラインは前記気液分離カラムの中段に連結され、前記気液分離カラムの中段はカラムの高さ方向の１／２地点以上のものである請求項１に記載の製造システム。
- 前記統合反応器の中段出口ラインとしては、液相の直接エステル反応生成物と気化されない制１アルコールを含む低沸点混合物が流出されるものである請求項２に記載の製造システム。
- 前記混合アルコール分離カラムの再循環ラインは、第１アルコール再循環ラインと第２アルコール再循環ラインを含むものである請求項１から３のいずれか一項に記載の製造システム。
- 前記製造システムは生成物貯蔵タンクをさらに含み、前記精製ユニットの精製生成物ラインと連結されるものである請求項１から４のいずれか一項に記載の製造システム。
- 前記製造システムは、回分式反応システムであるものである請求項１から５のいずれか一項に記載の製造システム。
- 前記２以上のカルボキシル基を含むカルボン酸系化合物はテレフタル酸であるものである請求項１から６のいずれか一項に記載の製造システム。
- 前記第１アルコール及び第２アルコールは１次アルコールであり、第１アルコールの炭素数は第２アルコールの炭素数より大きいものである請求項１から７のいずれか一項に記載の製造システム。
- 前記第１アルコール及び第２アルコールは、アルキル炭素数が１から１２であるものである請求項１から８のいずれか一項に記載の製造システム。
- 前記エステル組成物は、３種のエステル化合物の混合物であるものである請求項１から９のいずれか一項に記載の製造システム。
- 統合反応器から２以上のカルボキシル基を含むカルボン酸系化合物と第１アルコールの直接エステル反応を介してエステル化合物及び水分が製造される段階（Ｓ１）；
前記統合反応器内の未反応第１アルコール及び水分を含む低沸点混合物を除去し、前記第１アルコールをアルコール貯蔵タンクに回収する段階（Ｓ２）；
前記統合反応器に第２アルコールを投入し、前記エステル化合物及び第２アルコールのトランスエステル反応を介してエステル組成物を製造する段階（Ｓ３）；及び
前記エステル組成物を精製して混合アルコールをアルコール貯蔵タンクに回収する段階（Ｓ４）；を含むエステル組成物の製造方法。 - 前記Ｓ２段階では、未反応第１アルコールが統合反応器内の物質の総重量対比２重量％以下となるように除去されるものである請求項１１に記載の製造方法。
- 前記Ｓ２段階での低沸点混合物の除去は気液分離カラムを介して行われ、
前記低沸点混合物は減圧により気相の低沸点混合物が気液分離カラムに流入され、統合反応器内の液相区画に連結されたラインにより液相の低沸点混合物が気液分離カラムに流入されるものである請求項１１または１２に記載の製造方法。 - 前記アルコール貯蔵タンクの混合アルコールを炭素数により分離して第１アルコールを前記Ｓ１段階で再循環させ、第２アルコールを前記Ｓ３段階で再循環させる段階（Ｓ５）；をさらに含むものである請求項１１から１３のいずれか一項に記載の製造方法。
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