JP2023532829A - イソプロピルアルコールの製造方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、イソプロピルアルコールの製造方法に関し、より詳しくは、イソプロピルアルコール製造工程の反応生成物からイソプロピルアルコールを高純度で分離し、未反応物を効果的に回収する方法に関する。本発明は、イソプロピルアルコールの製造方法に関し、反応器にてプロピレン単量体と水を反応させた反応生成物ストリームを、吸収塔、ガス精製カラム、および前記不活性気体除去カラムを用いて、未反応プロピレン単量体とイソプロピルアルコールを高純度で分離可能なイソプロピルアルコールの製造方法を提供する。
Description
本出願は、2021年05月31日付けの韓国特許出願第10-2021-0070248号に基づく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組み込まれる。
本発明は、イソプロピルアルコールの製造方法に関し、より詳しくは、イソプロピルアルコール製造工程の反応生成物からイソプロピルアルコールを高純度で分離し、未反応物を効果的に回収する方法に関する。
イソプロピルアルコール(isopropyl alcohol、IPA)は、半導体やLCD(Liquid crystal display)製造などの電子産業において、洗浄剤などの用途を含め、多様な用途として用いられている。
イソプロピルアルコールを製造する工程は、例えば、プロピレン(propylene)と水を原料成分として用いる。この際、前記プロピレンと水が反応してイソプロピルアルコールを生成する。
前記イソプロピルアルコール製造工程の反応生成物は、イソプロピルアルコール、未反応プロピレン単量体、および未反応水を含むことになる。この際、前記イソプロピルアルコール製造工程の反応生成物からイソプロピルアルコールを分離して回収し、未反応プロピレン単量体を回収して前記イソプロピルアルコール製造工程にて再使用することになる。
これに対し、従来は、前記イソプロピルアルコール製造工程の反応生成物からイソプロピルアルコールと未反応プロピレン単量体を分離し、前記未反応プロピレン単量体を回収して再使用するための多様な工程が試みられた。しかし、従来のイソプロピルアルコール製造工程においては、回収される未反応プロピレン単量体にイソプロピルアルコールが少量含まれており、それを反応器に供給して再使用する場合、反応器内で逆反応を招いてプロピレンの転換率(Conversion)およびイソプロピルアルコールの選択度(Selectivity)が低下するという問題があった。また、イソプロピルアルコールを精製するためのイソプロピルアルコール精製部に供給されるストリーム中にプロピレン単量体が含まれており、プロピレン単量体の損失が発生するという問題があった。
また、従来のイソプロピルアルコール製造工程においては、反応器に供給されるプロピレン単量体中に存在する不活性気体が除去されることができず、工程中に蓄積されるという問題があった。このため、高純度のプロピレン単量体を必ず用いなければならないという問題があった。
本発明が解決しようとする課題は、上記の発明の背景となる技術において言及した問題を解決するために、イソプロピルアルコール製造工程の反応生成物からイソプロピルアルコールおよび未反応プロピレン単量体を効率的に分離するにおいて、未反応物を効果的に回収する方法を提供することにある。
すなわち、本発明は、プロピレン単量体と水の反応生成物ストリームを吸収塔、ガス精製カラム、および不活性気体除去カラムを用いて分離するにおいて、反応器に未反応プロピレン単量体を回収する際に、回収されるストリーム中にイソプロピルアルコールが含まれるのを防止し、イソプロピルアルコール精製部に供給されるストリーム中に未反応プロピレンが含まれるのを防止する方法を提供することができる。
上記の課題を解決するための本発明の一実施形態によると、本発明は、反応器から、プロピレン単量体と水を反応させた反応生成物ストリームを吸収塔に供給するステップと、前記吸収塔から、イソプロピルアルコールを含む下部排出ストリームはガス精製カラムに供給し、未反応プロピレン単量体を含む上部排出ストリームの一部のストリームは不活性気体除去カラムに供給し、残りのストリームは前記反応器に還流させるステップと、前記ガス精製カラムから、未反応プロピレン単量体を含む上部排出ストリームは不活性気体除去カラムに供給し、イソプロピルアルコールを含む下部排出ストリームはイソプロピルアルコール精製部に供給するステップと、前記不活性気体除去カラムから、未反応プロピレン単量体を含む上部排出ストリームは反応器に還流させ、イソプロピルアルコールを含む下部排出ストリームはイソプロピルアルコール精製部に供給するステップと、を含む、イソプロピルアルコールの製造方法を提供する。
本発明のイソプロピルアルコールの製造方法によると、プロピレン単量体と水の反応を介したイソプロピルアルコール製造工程における反応生成物を吸収塔、ガス精製カラム、および不活性気体除去カラムを用いて分離するにおいて、分離効率を増加させることができる。
また、分離効率の増加により反応器に循環する未反応プロピレン単量体にイソプロピルアルコールが伴うのを防止することで、反応器での平衡反応の正反応を促進してイソプロピルアルコールの生産量を増加させることができ、イソプロピルアルコール精製部に供給されるストリームに未反応プロピレン単量体が流出されるのを防止することで、プロピレン単量体の損失を減らすことができる。
また、前記不活性気体除去カラムを用いて不活性気体を除去することで、不活性気体が工程中に蓄積されるのを防止することができる。
また、前記不活性気体除去カラムに供給されるストリームの供給段を制御することで、分離効率を向上させることができる。
また、前記不活性気体除去カラムに供給されるストリームの供給段を制御することで、分離効率を向上させることができる。
また、前記吸収塔の下部排出ストリームをガス精製カラムに供給する前に1器以上のフラッシュドラムを用いて先分離することで、ガス精製カラムの分離効率を向上させ、後段カラムの装置の大きさを減らすことができる。
本発明の説明および特許請求の範囲で用いられている用語や単語は、通常的もしくは辞書的な意味に限定して解釈してはならず、発明者らは、自分の発明を最善の方法で説明するために、用語の概念を適切に定義することができるという原則に則って、本発明の技術的思想に合致する意味と概念で解釈すべきである。
本発明において、用語「ストリーム(stream)」は、工程中の流体(fluid)の流れを意味し得るし、また、配管内に流れる流体自体を意味し得る。具体的に、前記「ストリーム」は、各装置を連結する配管内に流れる流体自体および流体の流れを同時に意味し得る。また、前記流体は、気体(gas)または液体(liquid)を意味し得る。前記流体に固体成分(solid)が含まれている場合に対して排除するものではない。
以下、本発明に対する理解を助けるために、本発明について下記の図1および図2を参照してさらに詳しく説明する。
本発明によると、イソプロピルアルコールの製造方法が提供される。前記イソプロピルアルコールは、プロピレン単量体と水が気相(Vapor Phase)反応する工程により生成されることができる。具体的に、プロピレン単量体および水を含むフィードストリームは反応器に供給され、前記反応器で生成された反応生成物は、イソプロピルアルコール、未反応のプロピレン単量体、および未反応の水を含むことができる。この際、前記反応生成物からイソプロピルアルコールを分離して回収し、未反応プロピレン単量体を回収して前記イソプロピルアルコール製造工程にて再使用することになる。
本発明によると、イソプロピルアルコールの製造方法が提供される。前記イソプロピルアルコールは、プロピレン単量体と水が気相(Vapor Phase)反応する工程により生成されることができる。具体的に、プロピレン単量体および水を含むフィードストリームは反応器に供給され、前記反応器で生成された反応生成物は、イソプロピルアルコール、未反応のプロピレン単量体、および未反応の水を含むことができる。この際、前記反応生成物からイソプロピルアルコールを分離して回収し、未反応プロピレン単量体を回収して前記イソプロピルアルコール製造工程にて再使用することになる。
従来は、前記イソプロピルアルコール製造工程の反応生成物からイソプロピルアルコールと未反応プロピレン単量体を分離し、前記未反応プロピレン単量体を回収して再使用するための多様な工程が試みられた。しかし、従来のイソプロピルアルコール製造工程においては、回収される未反応プロピレン単量体にイソプロピルアルコールが少量含まれており、それを反応器に供給して再使用する場合、反応器内で逆反応を招いてプロピレンの転換率(Conversion)およびイソプロピルアルコールの選択度(Selectivity)が低下し、イソプロピルアルコールの生成量が減少するという問題があった。また、イソプロピルアルコールを精製するためのイソプロピルアルコール精製部に供給されるストリーム中にプロピレン単量体が含まれており、プロピレン単量体の損失が発生するという問題がある。
これに対し、本発明においては、上述した従来の問題を解決するために、イソプロピルアルコール製造工程の反応生成物から未反応プロピレン単量体を回収して反応器にて再使用する際に、イソプロピルアルコールとプロピレン単量体の分離効率を最大化させ、前記回収される未反応プロピレン単量体にイソプロピルアルコールが含まれるのを防止することで、反応器での平衡反応の正反応を促進してイソプロピルアルコールの生産量を増加させることができ、イソプロピルアルコール精製部に供給されるストリーム中に未反応プロピレン単量体が流出されるのを防止することで、プロピレン単量体の損失を減少させるための方法を提供しようとする。
本発明の一実施形態によると、前記イソプロピルアルコールの製造方法であって、反応器から、プロピレン単量体と水を反応させた反応生成物ストリームを吸収塔100に供給するステップと、前記吸収塔100から、イソプロピルアルコールを含む下部排出ストリームはガス精製カラム200に供給し、未反応プロピレン単量体を含む上部排出ストリームの一部のストリームは不活性気体除去カラム300に供給し、残りのストリームは前記反応器に還流させるステップと、前記ガス精製カラム200から、未反応プロピレン単量体を含む上部排出ストリームは不活性気体除去カラム300に供給し、イソプロピルアルコールを含む下部排出ストリームはイソプロピルアルコール精製部に供給するステップと、前記不活性気体除去カラム300から、未反応プロピレン単量体を含む上部排出ストリームは反応器に還流させ、イソプロピルアルコールを含む下部排出ストリームはイソプロピルアルコール精製部に供給するステップと、を含む、イソプロピルアルコールの製造方法を提供することができる。
本発明の一実施形態によると、前記反応器にプロピレン単量体および水を含むフィードストリームを供給し、気相反応させることでイソプロピルアルコールを含む反応生成物を製造することができる。この際、前記フィードストリーム中に含まれたプロピレン単量体に対する水のモル比率は、0.3~0.5、0.35~0.5、または0.35~0.45であってもよい。前記反応器に供給されるフィードストリーム中のプロピレン単量体に対する水のモル比率が前記範囲を満たすことで、平衡反応の正反応を促進させ、逆反応が進行するのを防止してイソプロピルアルコールの生産量を増加させることができる。
本発明の一実施形態によると、前記反応器は、プロピレン単量体と水の気相反応により、イソプロピルアルコールを効率的に製造可能な最適の条件で運転されることができる。例えば、前記反応器の運転圧力は、30kg/cm2・g~50kg/cm2・g、35kg/cm2・g~50kg/cm2・g、または35kg/cm2・g~45kg/cm2・gであってもよく、運転温度は、180℃~220℃、185℃~220℃、または190℃~215℃であってもよい。前記範囲の圧力および温度で反応器を運転することで、プロピレン単量体と水を用いた気相反応により、イソプロピルアルコールを効果的に生成することができる。
本発明の一実施形態によると、前記反応器にてプロピレン単量体と水を気相反応させることで生成された反応生成物は、気相であって、イソプロピルアルコール、未反応プロピレン単量体、および未反応水を含むことができる。前記反応器から排出される気相の反応生成物は、1器以上の熱交換器を用いて液相の反応生成物に凝縮させた後に吸収塔100に供給することができる。この際、前記吸収塔100に供給される反応生成物の温度は、例えば、105℃~150℃、110℃~140℃、または115℃~140℃であってもよい。
本発明の一実施形態によると、前記反応器から排出される気相の反応生成物は、1器以上の熱交換器にて、反応器に供給されるフィードストリームと熱交換を行うことができる。前記1器以上の熱交換器を通過させたフィードストリームの温度は、例えば、170℃~210℃、180℃~200℃、または185℃~195℃に加熱されることができる。
このように、反応器から排出される気相の反応生成物ストリームと反応器に供給されるフィードストリームとを熱交換させることで、反応器から排出される気相の反応生成物を液相の反応生成物に凝縮させるとともに、フィードストリームを予熱させた後に反応器に供給することができる。これにより、フィードストリームを反応器に供給する前にイソプロピルアルコールを効率的に製造するための最適の温度に加熱させるためのエネルギーを節減することができ、気相の反応生成物を吸収塔100に供給して分離効率を増加させるための温度で凝縮させるのに必要な冷媒費用を節減させることができる。
本発明の一実施形態によると、前記気相の反応生成物は、1器以上の熱交換器を通過しつつ、一部は液相の反応生成物に凝縮され、残りは気相の反応生成物として存在し得る。一例として、前記反応器から排出される気相の反応生成物は、1器以上の熱交換器を通過しつつ、気相の第1反応生成物ストリームと、液相の第2反応生成物ストリームに分離することができる。この際、前記第1反応生成物ストリームと第2反応生成物ストリームは、後段熱交換器に形成された別の配管を通して分離排出されるか、または前記熱交換器の後段に設けられた気液分離装置を経て分離されることができる。
本発明の一実施形態によると、前記第2反応生成物ストリームの流量に対する第1反応生成物ストリームの流量比は、5~11、6~10、または7~9であってもよい。上記のように、反応器から排出される気相の反応生成物ストリームを1器以上の熱交換器にてフィードストリームと熱交換させる過程で、前記反応器から排出される気相の反応生成物ストリームを105℃~150℃の温度に冷却させることで、前記第2反応生成物ストリームの流量に対する第1反応生成物ストリームの流量比を5~11に制御することができた。ここで、「流量」は、単位時間当たりの重量の流れを意味し得る。具体的な例として、前記流量の単位はton/hrであってもよい。
本発明の一実施形態によると、前記第1反応生成物ストリームは、冷却器を用いて追加的に凝縮させ、気相と液相が混合された気液混合相として吸収塔100に供給されることができる。この際、前記第1反応生成物ストリームは、上述したように1器以上の熱交換器を通過しつつ冷却された状態であって、前記冷却器で用いられる冷媒を安価の冷却水に代替することができ、前記冷却水の使用量を最小化することができる。
本発明の一実施形態によると、前記気相の第1反応生成物ストリームは、未反応プロピレン単量体85重量%~95重量%、イソプロピルアルコール4重量%~8重量%、および水1重量%~5重量%を含むことができる。具体的に、前記第1反応生成物ストリームには、未反応プロピレン単量体の含量が高く、イソプロピルアルコールおよび水の含量が少ないということが分かる。
また、前記液相の第2反応生成物ストリームは、未反応プロピレン単量体1重量%~10重量%、イソプロピルアルコール5重量%~15重量%、および水80重量%~90重量%を含むことができる。具体的に、前記第2反応生成物ストリームには、未反応プロピレン単量体の含量が少なく、水の含量が多くなり得る。この際、第2反応生成物ストリーム中に含まれたイソプロピルアルコールの含量は、第1反応生成物ストリーム中に含まれたイソプロピルアルコールの含量よりも高くなり得る。
本発明の一実施形態によると、前記一部凝縮された気液混合相の第1反応生成物ストリームと第2反応生成物ストリームは、それぞれのストリームまたは混合されたストリームとして吸収塔100の下段の側面に供給されることができる。
本発明の一実施形態によると、前記吸収塔100の全体段数は、10段~30段、15段~30段、または15段~25段であってもよい。例えば、前記吸収塔100の全体段数が10段である場合、前記第1反応生成物および第2反応生成物は、吸収塔100の10段に供給されることができる。
本発明の一実施形態によると、前記反応生成物は吸収塔100に供給され、前記吸収塔100にて、イソプロピルアルコールを含む下部排出ストリームと、未反応プロピレン単量体を含む上部排出ストリームを分離することができる。この際、前記吸収塔100の上部排出ストリームは、未反応プロピレン単量体とともに不活性気体をさらに含むことができ、下部排出ストリームは、イソプロピルアルコールとともに未反応水をさらに含むことができる。具体的に、前記反応生成物は吸収塔100の下段に供給されることができ、前記吸収塔100に供給される溶媒を用いて前記反応生成物中に含まれたイソプロピルアルコールを溶解させて吸収塔100の下部に分離し、未反応プロピレン単量体を含むストリームは上部に分離することができる。
前記吸収塔100で用いられる溶媒は、例えば、水であってもよい。前記溶媒として反応に用いられる成分である水を用いることで、後段にて溶媒を分離するための別の装置が求められない。
前記吸収塔100に供給される溶媒の流量は、前記吸収塔100に供給される反応生成物の総流量の20%~50%、20%~45%、または25%~40%であってもよい。前記範囲内の流量で溶媒を供給することで、吸収塔100に供給される反応生成物中に含まれたイソプロピルアルコールの吸収能を向上させるとともに、後段での溶媒回収のためのエネルギー費用の過度な増加を防止することができる。
本発明の一実施形態によると、前記吸収塔100の運転圧力は、20kg/cm2・g~40kg/cm2・g、25kg/cm2・g~40kg/cm2・g、または25kg/cm2・g~35kg/cm2・gであってもよく、運転温度は、80℃~110℃、90℃~110℃、または90℃~100℃であってもよい。前記範囲の圧力および温度で吸収塔100を運転することで、未反応プロピレン単量体を含む上部排出ストリームと、イソプロピルアルコールを含む下部排出ストリームを効果的に分離することができる。
本発明の一実施形態によると、前記吸収塔100の下部排出ストリームは、イソプロピルアルコールおよび未反応水の他に、未反応プロピレン単量体を少量含むことができる。例えば、前記吸収塔100の下部排出ストリーム中に含まれた未反応プロピレン単量体の含量は、5重量%以下、または3重量%~5重量%であってもよい。そこで、前記吸収塔100から、イソプロピルアルコールを含む下部排出ストリームの全量または一部はガス精製カラム200に供給し、前記吸収塔100の下部排出ストリーム中に含まれた未反応プロピレン単量体を上部排出ストリームとして分離し、イソプロピルアルコールおよび未反応水を含む下部排出ストリームはイソプロピルアルコール精製部に供給することができる。
本発明の一実施形態によると、前記吸収塔100の下部排出ストリームは、ガス精製カラム200に供給される前に、1器以上、1器~3器、または1器~2器のフラッシュドラムを経ることができる。例えば、前記吸収塔100の下部排出ストリームは、第1フラッシュドラム400、または第1フラッシュドラム400および第2フラッシュドラム410を用いて、前記吸収塔100の下部排出ストリームの一部のストリームがガス精製カラム200に供給されることができる。
一例として、1器のフラッシュドラムを用いる場合、前記吸収塔の下部排出ストリームは第1フラッシュドラムに供給され、前記第1フラッシュドラムから、前記吸収塔の下部排出ストリーム中に含まれた未反応プロピレン単量体を上部排出ストリームとして分離してガス精製カラムに供給し、下部排出ストリームはイソプロピルアルコール精製部に供給することができる。
前記吸収塔の下部排出ストリームを第1フラッシュドラムに供給する前に、第1バルブを用いて減圧させた後に第1フラッシュドラムに供給することができ、これにより、前記第1フラッシュドラムでの気相と液相の分離効率を向上させることができる。
前記吸収塔の下部排出ストリームを第1フラッシュドラムを経て先分離し、未反応プロピレン単量体および不活性気体を含む一部のストリームはガス精製カラムに供給し、イソプロピルアルコールおよび未反応水を含む一部のストリームはイソプロピルアルコール精製部に供給することができる。
また、前記不活性気体除去カラムに供給されるストリームの組成を制御して分離効率が向上することで、前記不活性気体除去カラムの上部排出ストリームにイソプロピルアルコールが流出されるのを防止することができる。例えば、前記不活性気体除去カラムに供給されるストリーム中のイソプロピルアルコールはいずれも前記不活性気体除去カラムの下部に分離され、イソプロピルアルコールが含まれていない未反応プロピレン単量体を高純度で回収して反応器に還流および再使用することができる。
他の一例として、前記吸収塔100の下部排出ストリームは第1フラッシュドラム400に供給され、前記第1フラッシュドラム400から、前記吸収塔100の下部排出ストリーム中に含まれた未反応プロピレン単量体を上部排出ストリームとして分離して不活性気体除去カラム300に供給し、下部排出ストリームは第2フラッシュドラム410に供給することができる。
前記吸収塔100の下部排出ストリームを第1フラッシュドラム400に供給する前に、第1バルブ500を用いて減圧させた後に第1フラッシュドラム400に供給することができる。また、第1フラッシュドラム400の下部排出ストリームを第2フラッシュドラム410に供給する前に、第2バルブ510を用いて減圧させた後に第2フラッシュドラム410に供給することができる。これにより、前記第1フラッシュドラム400および第2フラッシュドラム410それぞれでの気相と液相の分離効率を向上させることができる。
前記第2フラッシュドラム410から、イソプロピルアルコールおよび未反応水を含む下部排出ストリームはイソプロピルアルコール精製部に供給し、残りの成分を含む上部排出ストリームはガス精製カラム200に供給することができる。
前記吸収塔100の下部排出ストリームを第1フラッシュドラム400および第2フラッシュドラム410を用いて先分離し、未反応プロピレン単量体および不活性気体を含む一部のストリームは不活性気体除去カラム300に供給し、イソプロピルアルコールおよび未反応水を含む一部のストリームはイソプロピルアルコール精製部に供給することができる。
また、不活性気体除去カラム300に供給されるストリームの組成を制御して分離効率が向上することで、前記不活性気体除去カラム300の上部排出ストリームにイソプロピルアルコールが流出されるのを防止することができる。例えば、前記不活性気体除去カラム300に供給されるストリーム中のイソプロピルアルコールはいずれも前記不活性気体除去カラム300の下部に分離され、イソプロピルアルコールが含まれていない未反応プロピレン単量体を高純度で回収して反応器に還流および再使用することができる。
このように、1器以上のフラッシュドラムを用いて前記吸収塔100の下部排出ストリームを先分離する場合、前記吸収塔100の下部排出ストリームを減圧後、後段カラムに供給される前に気相と液相が分離可能な空間を提供することで、後段カラムにて気液分離のためにカラム大きさが非効率的に増加しなければならない問題を防止することができ、前記ガス精製カラム200および不活性気体除去カラム300の分離効率を向上させることができる。
本発明の一実施形態によると、前記第1フラッシュドラム400の上部排出ストリームおよび第2フラッシュドラム410の上部排出ストリームの流量比は、1:0.4~1:0.8、1:0.5~1:0.8、または1:0.5~1:0.7であってもよい。前記範囲内に第1フラッシュドラム400の上部排出ストリームおよび第2フラッシュドラム410の上部排出ストリームの流量比を制御することで、先分離効果を向上させるとともに、ガス精製カラム200および不活性気体除去カラム300に供給されるストリームの成分および流量を制御することで、カラムの装置の大きさを減らし、分離効率を向上させることができる。
本発明の一実施形態によると、前記第1フラッシュドラム400での運転温度は、80℃~100℃、85℃~100℃、または85℃~95℃であってもよい。また、前記第1フラッシュドラム400での運転圧力は、10kg/cm2・g~25kg/cm2・g、15kg/cm2・g~25kg/cm2・g、または15kg/cm2・g~20kg/cm2・gであってもよい。前記第1フラッシュドラム400での運転条件を前記範囲に制御する場合に分離効率が向上することができる。
前記第2フラッシュドラム410での運転温度は、80℃~95℃、85℃~95℃、または85℃~90℃であってもよい。また、前記第2フラッシュドラム410での運転圧力は、0kg/cm2・g~2kg/cm2・g、0kg/cm2・g~1kg/cm2・g、または0kg/cm2・g~0.5kg/cm2・gであってもよい。前記第2フラッシュドラム410での運転条件を前記範囲に制御する場合に分離効率が向上することができる。
本発明の一実施形態によると、前記ガス精製カラム200においては、未反応プロピレン単量体を含む上部排出ストリームと、イソプロピルアルコールを含む下部排出ストリームを分離することができる。この際、前記ガス精製カラム200の上部排出ストリームは、未反応プロピレン単量体とともに不活性気体をさらに含むことができ、下部排出ストリームは、イソプロピルアルコールとともに未反応水をさらに含むことができる。具体的に、前記ガス精製カラム200から、未反応プロピレン単量体を含む上部排出ストリームは不活性気体除去カラム300に供給し、イソプロピルアルコールを含む下部排出ストリームはイソプロピルアルコール精製部に供給することができる。
前記ガス精製カラム200の運転圧力は、0kg/cm2・g~2kg/cm2・g、0kg/cm2・g~1kg/cm2・g、または0kg/cm2・g~0.5kg/cm2・gであってもよく、運転温度は、40℃~80℃、50℃~80℃、または50℃~70℃であってもよい。前記範囲の運転温度および運転圧力でガス精製カラム200を運転することで、上部排出ストリームとしてプロピレン単量体を高純度で分離することができる。
本発明の一実施形態によると、前記不活性気体除去カラム300に供給されるストリームは、混合ストリームを形成して不活性気体除去カラム300に供給されることができる。例えば、吸収塔100の上部排出ストリームの一部のストリームおよびガス精製カラム200の上部排出ストリームは、混合ストリームを形成して不活性気体除去カラム300に供給されることができ、場合によっては、吸収塔100の上部排出ストリームの一部のストリーム、ガス精製カラム200の上部排出ストリーム、および第1フラッシュドラム400の上部排出ストリームは、混合ストリームを形成して不活性気体除去カラム300に供給されることができる。
本発明の一実施形態によると、前記ガス精製カラム200および不活性気体除去カラム300の全体段数比率は、1:15~1:20、1:17~1:20、または1:17~1:18であってもよい。この際、前記ガス精製カラム200の全体段数は、3段~15段、3段~10段、または3段~5段であってもよく、前記不活性気体除去カラム300の全体段数は、50段~90段、65段~90段、または65段~75段であってもよい。上記のように、ガス精製カラム200および不活性気体除去カラム300の全体段数および全体段数比率を制御することで、ガス精製カラム200の上部排出ストリームの組成を制御するとともに、不活性気体除去カラム300での分離効率を向上させることができる。
本発明の一実施形態によると、前記混合ストリームは、不活性気体除去カラム300の全体段数の5%~25%、10%~25%、または10%~20%の段に供給されることができる。具体的に、前記混合ストリームを不活性気体除去カラム300の前記範囲の段に供給する場合、不活性気体および未反応プロピレンを上部に分離させる蒸留部(Stripping section)を十分に確保することで、分離効率を向上させることができる。
本発明の一実施形態によると、前記不活性気体除去カラム300は、吸収塔100の上部排出ストリーム、ガス精製カラム200の上部排出ストリーム、および第1フラッシュドラム400の上部排出ストリームの供給を受け、上部排出ストリームとして未反応プロピレン単量体を分離し、下部排出ストリームとしてイソプロピルアルコールおよび未反応水を分離することができる。具体的に、前記不活性気体除去カラム300の気相の上部排出ストリームとして不活性気体を分離し、液相の上部排出ストリームとして未反応プロピレン単量体を分離することができる。この際、前記不活性気体除去カラム300の液相の上部排出ストリームは反応器に還流させ、下部排出ストリームはイソプロピルアルコール精製部に供給することができる。
本発明の一実施形態によると、前記不活性気体除去カラム300の運転圧力は、15kg/cm2・g~25kg/cm2・g、18kg/cm2・g~25kg/cm2・g、または18kg/cm2・g~20kg/cm2・gであってもよく、運転温度は、40℃~170℃、45℃~170℃、または45℃~160℃であってもよい。前記範囲の圧力および温度で不活性気体除去カラム300を運転することで、上部および下部を通してそれぞれの成分を高純度で分離することができる。
本発明の一実施形態によると、前記不活性気体除去カラム300の上部排出ストリームとして不活性気体、例えば、エタンを分離して除去することで、不活性気体が工程中に蓄積されるのを防止することができる。具体的に、気相反応で行われるイソプロピルアルコール製造工程において、反応物として投入されるプロピレン単量体中に不活性気体が一部含まれることができる。前記不活性気体は、例えば、炭素数2~3の炭化水素からなる群から選択された1種以上を含むことができ、具体的な例として、前記不活性気体は、エタンおよびプロパンからなる群から選択された1種以上を含むことができる。この際、不活性気体除去カラム300の上部排出ストリーム中の不活性気体を含む気相成分はパージ(purge)して不活性気体の一部または全量を分離および除去することで、反応器に還流される不活性気体除去カラム300の上部排出ストリームの液相成分中の不活性気体の含量を下げ、不活性気体が工程中に蓄積されないようにするという効果がある。
本発明の一実施形態によると、前記不活性気体除去カラム300の下部排出ストリームは、イソプロピルアルコールおよび未反応水を含むストリームであって、第3バルブ520を通過させて減圧後に気液分離装置600に供給することができる。前記気液分離装置600から、イソプロピルアルコールおよび水を含む下部排出ストリームは、イソプロピルアルコール精製部に供給し、不活性気体、例えば、プロパンを含む上部排出ストリームは、不活性気体除去カラム300の上部排出ストリーム中の気相成分とともにパージ(purge)して除去することができる。この場合、イソプロピルアルコール精製部に供給されるストリーム中の不活性気体を除去し、不活性気体が工程中に蓄積されないようにするという効果がある。
本発明の一実施形態によると、イソプロピルアルコール精製部に供給されるストリームには、イソプロピルアルコール、未反応水、および溶媒として用いられた水が含まれることができ、イソプロピルアルコール精製部にて、水が除去された高純度のイソプロピルアルコールを分離することができる。この際、前記イソプロピルアルコール精製部で分離された水は、反応器に供給して再使用することができ、この場合、プロピレン単量体やイソプロピルアルコールなどの不純物が含まれていないため、前記反応器にてイソプロピルアルコールを製造するにおいて、プロピレン単量体に対する水のモル比率の制御が容易である。
本発明の一実施形態によると、イソプロピルアルコールの製造方法においては、必要な場合、蒸留カラム、コンデンサ、リボイラー、バルブ、ポンプ、分離器、および混合器などの装置を追加的にさらに設けて用いることができる。
以上、本発明に係るイソプロピルアルコールの製造方法を記載および図面に図示したが、上記の記載および図面の図示は、本発明を理解するための核心的な構成だけを記載および図示したものであって、上記の記載および図面に図示した工程および装置の他に、別に記載および図示していない工程および装置は、本発明に係るイソプロピルアルコールの製造方法を実施するために適宜応用して利用されてもよい。
以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。ただし、下記の実施例は、本発明を例示するためのものであって、本発明の範囲および技術思想の範囲内で多様な変更および修正が可能であることは、通常の技術者にとって明白であり、これらにのみ本発明の範囲が限定されるものではない。
実施例
実施例1
図1に示された工程フローチャートのように、イソプロピルアルコール(IPA)を含む反応生成物を製造し、前記反応生成物からイソプロピルアルコールを分離する工程をAspen社のアスペンプラスを用いてシミュレーションした。
実施例1
図1に示された工程フローチャートのように、イソプロピルアルコール(IPA)を含む反応生成物を製造し、前記反応生成物からイソプロピルアルコールを分離する工程をAspen社のアスペンプラスを用いてシミュレーションした。
具体的に、40kg/cm2・gの圧力および192℃~208℃の温度で運転される反応器にフィードストリームを10ton/hrの流量で供給し、前記フィードストリーム中のプロピレン単量体(PP)に対する水(H2O)のモル比率を0.4に制御し、不活性気体としてエタンおよびプロパンを含んだ。
前記反応器から排出される気相の反応生成物ストリームは、2器の熱交換器を通過しつつ、気相の第1反応生成物ストリームと液相の第2反応生成物ストリームとして分離排出され、前記第1反応生成物ストリームは、冷却器にて一部を液相に凝縮させた後に吸収塔100の20段に供給し、第2反応生成物ストリームは、吸収塔100の20段に供給した。この際、前記吸収塔100の全体段数は20段であった。
前記吸収塔100は、96℃~98℃の温度および31.2kg/cm2・g~31.6kg/cm2・gの圧力で運転され、前記吸収塔100の上段に溶媒として供給される水を用いて前記反応生成物ストリーム中のイソプロピルアルコールを吸収させ、プロピレン単量体を含む上部排出ストリームと、水およびイソプロピルアルコールを含む下部排出ストリームに分離した。具体的に、前記吸収塔100の上部排出ストリームの一部のストリームは、不活性気体除去カラム300に供給し、残りのストリームは、反応器に還流させ、下部排出ストリームは、第1バルブ500を用いて減圧させた後、第1フラッシュドラム400に供給した。この際、第1フラッシュドラム400の運転圧力は16.8kg/cm2・gで運転し、上部排出ストリームの流量は0.2ton/hrに制御した。
前記第1フラッシュドラム400から、下部排出ストリームは、第2バルブ510を用いて減圧させた後、第2フラッシュドラム410に供給し、前記第2フラッシュドラム410から、上部排出ストリームは、ガス精製カラム200に供給し、下部排出ストリームは、イソプロピルアルコール精製部に供給した。この際、第2フラッシュドラム410の運転圧力は0.2kg/cm2・gで運転し、上部排出ストリームの流量は0.1ton/hrに制御した。
前記ガス精製カラム200から、下部排出ストリームは、イソプロピルアルコール精製部に供給した。この際、ガス精製カラム200の全体段数は4段であり、運転温度は57℃~64℃、運転圧力は0.15kg/cm2・g~0.2kg/cm2・gに制御した。
前記ガス精製カラム200から、下部排出ストリームは、イソプロピルアルコール精製部に供給した。この際、ガス精製カラム200の全体段数は4段であり、運転温度は57℃~64℃、運転圧力は0.15kg/cm2・g~0.2kg/cm2・gに制御した。
前記吸収塔100の上部排出ストリームの一部のストリーム、ガス精製カラム200の上部排出ストリーム、および第1フラッシュドラム400の上部排出ストリームは、混合ストリームを形成して不活性気体除去カラム300の9段に供給した。この際、不活性気体除去カラム300の全体段数は70段であり、運転温度は46℃~157℃、運転圧力は19.1kg/cm2・g~19.6kg/cm2・gに制御した。
前記不活性気体除去カラム300から、上部排出ストリームとして未反応プロピレン単量体を反応器に還流させて再使用し、下部排出ストリームはイソプロピルアルコール精製部に供給し、水が除去されたイソプロピルアルコールを得た。
前記(1)反応器に還流される不活性気体除去カラム300の上部排出ストリーム中のイソプロピルアルコールの含量、(2)反応器に還流される不活性気体除去カラム300の上部排出ストリーム中のプロピレン単量体の含量、および(3)イソプロピルアルコール精製部に供給されるストリーム中のプロピレン単量体の含量に対して下記表1に示した。
実施例2
図2に示された工程フローチャートのように、イソプロピルアルコール(IPA)を含む反応生成物を製造し、前記反応生成物からイソプロピルアルコールを分離する工程をAspen社のアスペンプラスを用いてシミュレーションした。
図2に示された工程フローチャートのように、イソプロピルアルコール(IPA)を含む反応生成物を製造し、前記反応生成物からイソプロピルアルコールを分離する工程をAspen社のアスペンプラスを用いてシミュレーションした。
具体的に、40kg/cm2・gの圧力および192℃~208℃の温度で運転される反応器にフィードストリームを10ton/hrの流量で供給し、前記フィードストリーム中のプロピレン単量体(PP)に対する水(H2O)のモル比率を0.4に制御し、不活性気体としてエタンおよびプロパンを含んだ。
前記反応器から排出される気相の反応生成物ストリームは、2器の熱交換器を通過しつつ、気相の第1反応生成物ストリームと液相の第2反応生成物ストリームとして分離排出され、前記第1反応生成物ストリームは、冷却器にて一部を液相に凝縮させた後に吸収塔100の20段に供給し、第2反応生成物ストリームは、吸収塔100の20段に供給した。この際、前記吸収塔100の全体段数は20段であった。
前記吸収塔100は、96℃~98℃の温度および31.2kg/cm2・g~31.6kg/cm2・gの圧力で運転され、前記吸収塔100の上段に溶媒として供給される水を用いて前記反応生成物ストリーム中のイソプロピルアルコールを吸収させ、プロピレン単量体を含む上部排出ストリームと、水およびイソプロピルアルコールを含む下部排出ストリームに分離した。具体的に、前記吸収塔100の上部排出ストリームの一部のストリームは、不活性気体除去カラム300に供給し、残りのストリームは、反応器に還流させ、下部排出ストリームは、第1バルブ500を用いて減圧させた後、第1フラッシュドラム400に供給した。この際、第1フラッシュドラム400の運転圧力は16.8kg/cm2・gで運転し、上部排出ストリームの流量は0.2ton/hrに制御した。
前記第1フラッシュドラム400から、下部排出ストリームは、第2バルブ510を用いて減圧させた後、第2フラッシュドラム410に供給し、前記第2フラッシュドラム410から、上部排出ストリームは、ガス精製カラム200に供給し、下部排出ストリームは、イソプロピルアルコール精製部に供給した。この際、第2フラッシュドラム410の運転圧力は0.2kg/cm2・gで運転し、上部排出ストリームの流量は0.1ton/hrに制御した。
前記ガス精製カラム200から、下部排出ストリームは、イソプロピルアルコール精製部に供給した。この際、ガス精製カラム200の全体段数は4段であり、運転温度は57℃~64℃、運転圧力は0.15kg/cm2・g~0.2kg/cm2・gに制御した。
前記吸収塔100の上部排出ストリームの一部のストリーム、ガス精製カラム200の上部排出ストリーム、および第1フラッシュドラム400の上部排出ストリームは、混合ストリームを形成して不活性気体除去カラム300の9段に供給した。
前記不活性気体除去カラム300から、上部排出ストリーム中のエタンを含む気相成分は排出して除去し、未反応プロピレン単量体を含む液相成分は反応器に還流させて再使用し、下部排出ストリームは第3バルブ520を用いて減圧後に気液分離装置600に供給した。前記気液分離装置600にて上部排出ストリームとしてプロパンを分離し、前記不活性気体除去カラム300の上部排出ストリーム中の気相成分とともに排出し、下部排出ストリームはイソプロピルアルコール精製部に供給し、水が除去されたイソプロピルアルコールを得た。この際、不活性気体除去カラム300の全体段数は70段であり、運転温度は46℃~157℃、運転圧力は19.1kg/cm2・g~19.6kg/cm2・gに制御した。
前記(1)反応器に還流される不活性気体除去カラム300の上部排出ストリーム中のイソプロピルアルコールの含量、(2)反応器に還流される不活性気体除去カラム300の上部排出ストリーム中のプロピレン単量体の含量、および(3)イソプロピルアルコール精製部に供給されるストリーム中のプロピレン単量体の含量に対して下記表1に示した。
実施例3
前記実施例2において、前記混合ストリームを不活性気体除去カラム300の3段に供給したことを除いては、前記実施例2と同様の方法で、イソプロピルアルコールを製造した。
前記実施例2において、前記混合ストリームを不活性気体除去カラム300の3段に供給したことを除いては、前記実施例2と同様の方法で、イソプロピルアルコールを製造した。
前記(1)反応器に還流される不活性気体除去カラム300の上部排出ストリーム中のイソプロピルアルコールの含量、(2)反応器に還流される不活性気体除去カラム300の上部排出ストリーム中のプロピレン単量体の含量、および(3)イソプロピルアルコール精製部に供給されるストリーム中のプロピレン単量体の含量に対して下記表1に示した。
実施例4
前記実施例2において、前記混合ストリームを不活性気体除去カラム300の19段に供給したことを除いては、前記実施例2と同様の方法で、イソプロピルアルコールを製造した。
前記実施例2において、前記混合ストリームを不活性気体除去カラム300の19段に供給したことを除いては、前記実施例2と同様の方法で、イソプロピルアルコールを製造した。
前記(1)反応器に還流される不活性気体除去カラム300の上部排出ストリーム中のイソプロピルアルコールの含量、(2)反応器に還流される不活性気体除去カラム300の上部排出ストリーム中のプロピレン単量体の含量、および(3)イソプロピルアルコール精製部に供給されるストリーム中のプロピレン単量体の含量に対して下記表1に示した。
比較例
比較例1
図3に示された工程フローチャートのように、イソプロピルアルコール(IPA)を含む反応生成物を製造し、前記反応生成物からイソプロピルアルコールを分離する工程をAspen社のアスペンプラスを用いてシミュレーションした。
比較例1
図3に示された工程フローチャートのように、イソプロピルアルコール(IPA)を含む反応生成物を製造し、前記反応生成物からイソプロピルアルコールを分離する工程をAspen社のアスペンプラスを用いてシミュレーションした。
具体的に、40kg/cm2・gの圧力および192℃~208℃の温度で運転される反応器にフィードストリームを10ton/hrの流量で供給し、前記フィードストリーム中のプロピレン単量体(PP)に対する水(H2O)のモル比率を0.4に制御し、不活性気体としてエタンおよびプロパンを含んだ。
前記反応器から排出される反応生成物ストリームは、吸収塔100の20段に供給した。この際、前記吸収塔100の全体段数は20段であった。前記吸収塔100は、96℃~98℃の温度および31.2kg/cm2・g~31.6kg/cm2・gの圧力で運転され、前記吸収塔100の上段に溶媒として供給される水を用いて前記反応生成物ストリーム中のイソプロピルアルコールを吸収させ、プロピレン単量体を含む上部排出ストリームと、水およびイソプロピルアルコールを含む下部排出ストリームに分離した。具体的に、前記吸収塔100の上部排出ストリームの一部のストリームは、ガス精製カラム210に供給し、残りのストリームは、反応器に還流させ、下部排出ストリームは、フラッシュドラム420に供給した。
前記ガス精製カラム210から、未反応プロピレン単量体を含む上部排出ストリームは、反応器に還流させ、下部排出ストリームは、イソプロピルアルコール精製部に供給した。この際、前記ガス精製カラム210の全体段数は32段であり、運転温度は41℃~160℃、運転圧力は16.50kg/cm2・g~16.52kg/cm2・gに制御した。
前記フラッシュドラム420から、気相の未反応プロピレン単量体を含む上部排出ストリームは、反応器に還流させ、下部排出ストリームは、イソプロピルアルコール精製部に供給した。この際、前記フラッシュドラムの運転圧力は16.8kg/cm2・gで運転し、上部排出ストリームの流量は0.2ton/hrに制御した。
前記(1)反応器に還流されるガス精製カラム210の上部排出ストリームおよびフラッシュドラム420の上部排出ストリーム中のイソプロピルアルコールの含量、(2)反応器に還流されるガス精製カラム210の上部排出ストリームおよびフラッシュドラム420の上部排出ストリーム中のプロピレン単量体の含量、および(3)イソプロピルアルコール精製部に供給されるストリーム中のプロピレン単量体の含量に対して下記表1に示した。
前記表1において、実施例1~4の場合、反応器に還流されるストリーム中のイソプロピルアルコールの含量が0重量%~0.04重量%と低く示され、プロピレン単量体の含量が94.17重量%以上と高く示され、イソプロピルアルコール精製部に供給されるストリーム中のプロピレン単量体の含量が0.016重量%以下と低く示されることを確認することができた。
また、前記実施例2~4の場合、不活性気体除去カラム300の上部排出ストリーム中の不活性気体を除去した後に反応器に還流させて再使用することで、不活性気体が工程中に蓄積されるのを防止し、高純度のプロピレン単量体を用いなくても、イソプロピルアルコールの生産量を増加させることができる。
ただし、実施例3および4の場合は、混合ストリームが不活性気体除去カラム300に供給される供給段が本発明に係る範囲から外れる場合であって、分離効率が多少低下したことを確認することができた。
これに対し、比較例1のように、吸収塔100、フラッシュドラム420、およびガス精製カラム210を用いて反応生成物ストリームから未反応プロピレン単量体とイソプロピルアルコールを分離する場合、前記反応器に還流されるフラッシュドラム420の上部排出ストリームおよびガス精製カラム210の上部排出ストリーム中のイソプロピルアルコールの含量が3.5重量%と高く示され、プロピレン単量体の含量が83.2重量%と低く示されることを確認することができた。これにより、前記反応器での逆反応がもたらされ、イソプロピルアルコールの生産量が少なくなるという問題があった。また、前記イソプロピルアルコール精製部に供給されるストリーム中のプロピレン単量体の含量が0.4重量%と高く示されることを確認することができた。これにより、前記反応器に還流されて再使用されずに損失するプロピレン単量体の量が増加するという問題があった。
Claims (13)
- 反応器から、プロピレン単量体と水を反応させた反応生成物ストリームを吸収塔に供給するステップと、
前記吸収塔から、イソプロピルアルコールを含む下部排出ストリームはガス精製カラムに供給し、未反応プロピレン単量体を含む上部排出ストリームの一部のストリームは不活性気体除去カラムに供給するステップと、
前記ガス精製カラムから、未反応プロピレン単量体を含む上部排出ストリームは不活性気体除去カラムに供給し、イソプロピルアルコールを含む下部排出ストリームはイソプロピルアルコール精製部に供給するステップと、
前記不活性気体除去カラムから、未反応プロピレン単量体を含む上部排出ストリームは反応器に還流させ、イソプロピルアルコールを含む下部排出ストリームはイソプロピルアルコール精製部に供給するステップと、
を含む、イソプロピルアルコールの製造方法。 - 前記吸収塔の下部排出ストリームは第1フラッシュドラムに供給し、前記第1フラッシュドラムの上部排出ストリームは不活性気体除去カラムに供給し、下部排出ストリームは第2フラッシュドラムに供給し、
前記第2フラッシュドラムの上部排出ストリームはガス精製カラムに供給し、下部排出ストリームはイソプロピルアルコール精製部に供給する、請求項1に記載のイソプロピルアルコールの製造方法。 - 前記吸収塔の下部排出ストリームは、第1バルブを用いて減圧させた後に前記第1フラッシュドラムに供給し、
前記第1フラッシュドラムの下部排出ストリームは、第2バルブを用いて減圧させた後に前記第2フラッシュドラムに供給する、請求項2に記載のイソプロピルアルコールの製造方法。 - 前記第1フラッシュドラムの上部排出ストリームおよび第2フラッシュドラムの上部排出ストリームの単位時間当たりの流量の重量の比は、1:0.4~1:0.8である、請求項2または3に記載のイソプロピルアルコールの製造方法。
- 前記不活性気体除去カラムの上部排出ストリームおよび下部排出ストリームから不活性気体を分離する、請求項1から4のいずれか一項に記載のイソプロピルアルコールの製造方法。
- 前記不活性気体除去カラムの下部排出ストリームは、第3バルブを通過させて減圧後に気液分離装置に供給し、前記気液分離装置にて、イソプロピルアルコールを含む下部排出ストリームをイソプロピルアルコール精製部に供給し、不活性気体を含む上部排出ストリームを分離する、請求項5に記載のイソプロピルアルコールの製造方法。
- 前記ガス精製カラムおよび不活性気体除去カラムの全体段数比率は、1:15~1:20である、請求項1から6のいずれか一項に記載のイソプロピルアルコールの製造方法。
- 前記ガス精製カラムの全体段数は3段~15段であり、
前記不活性気体除去カラムの全体段数は50段~90段である、請求項1から7のいずれか一項に記載のイソプロピルアルコールの製造方法。 - 前記不活性気体除去カラムに供給されるストリームは、混合ストリームを形成して不活性気体除去カラムに供給される、請求項2から4のいずれか一項に記載のイソプロピルアルコールの製造方法。
- 前記混合ストリームは、不活性気体除去カラム全体段数の5%~25%の段に供給される、請求項9に記載のイソプロピルアルコールの製造方法。
- 前記混合ストリームは、不活性気体除去カラム全体段数の10%~20%の段に供給される、請求項9に記載のイソプロピルアルコールの製造方法。
- 前記ガス精製カラムの運転圧力は0kg/cm2・g~2kg/cm2・gであり、運転温度は40℃~80℃である、請求項1から11のいずれか一項に記載のイソプロピルアルコールの製造方法。
- 前記不活性気体除去カラムの運転圧力は15kg/cm2・g~25kg/cm2・gであり、運転温度は40℃~170℃である、請求項1から12のいずれか一項に記載のイソプロピルアルコールの製造方法。
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