JP6545830B2

JP6545830B2 - 蒸留装置

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Publication number: JP6545830B2
Application number: JP2017562665A
Authority: JP
Inventors: イ、ソン‐キュ; シン、チュン‐ホ
Original assignee: エルジー・ケム・リミテッド
Priority date: 2015-06-08
Filing date: 2016-06-07
Publication date: 2019-07-17
Anticipated expiration: 2036-06-07
Also published as: KR20160144102A; US20180154278A1; WO2016200111A1; CN107743413B; JP2018517554A; US10493375B2; KR102006422B1; CN107743413A

Description

本出願は熱可塑性エラストマーの重合過程で用いられる溶媒および未反応単量体を高純度および高エネルギー効率で分離する蒸留装置および方法に関するものである。

本出願は２０１５．０６．０８．付韓国特許出願第１０−２０１５−００８０４３０号に基づいた優先権の利益を主張し、該当韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は本明細書の一部として含まれる。

ブタジエンゴムのような熱可塑性エラストマーは耐摩耗性、耐屈曲性および耐寒性が優れており、化学産業の多様な用途に用いられている。

前記ブタジエンゴムは１，３−ブタジエン単量体を溶媒に溶解させた後、触媒を利用して重合する溶液重合法で重合され、前記重合溶液から溶媒を回収した後乾燥工程を経て製品化される。前記のように、溶液重合法を通じてブタジエンゴムを製造する場合には、投入される単量体の量に比べて多量の溶媒を使うため、重合後に溶媒および未反応単量体を回収するための工程で多量のエネルギーが消耗する問題点が存在した。従来には、溶液重合後、溶媒および未反応単量体を含む重合液を２基の蒸留塔が順に連結された蒸留装置を利用して溶媒および未反応単量体を回収したが、この過程で多量のエネルギーが消耗する問題が発生した。

したがって、蒸留装置の設置費用を節減することができ、高純度の化合物を分離できる溶媒回収工程が要求される。

本出願は熱可塑性エラストマーの重合過程で用いられる溶媒および未反応単量体を高純度および高エネルギー効率で分離する蒸留装置を提供することを目的とする。

本出願は蒸留装置に関するものである。例示的な本出願の具現例に係る蒸留装置によれば、熱可塑性エラストマーの重合過程で用いられる単量体、例えば、Ｃ₄油分と溶媒、例えば、Ｃ₆油分を含む原料の精製過程で発生するエネルギー損失を最小化することができ、また、本出願の蒸留装置によれば、Ｃ₆油分を分離壁型蒸留塔の塔頂領域および塔底領域で一部流出させることによって、生成物流出領域でＣ₄油分成分が排出されることを防止することができる。また、本出願の蒸留装置では、前記のように、Ｃ₆油分を特定含量範囲で塔頂領域および塔底領域で流出させるための蒸留塔内部の温度および圧力条件を提供することができ、これによって、本出願の蒸留装置を利用して熱可塑性エラストマーの重合過程で用いられる溶媒および未反応された単量体を高純度および高エネルギー効率で分離して再使用することができる。

以下、図面を参照して本出願の蒸留装置を説明するが、前記図面は例示的なものであり、前記蒸留装置の範囲は添付された図面に制限されない。

図１は、本出願の具現例に係る蒸留装置を例示的に示している図面である。

図１に示されたように、本出願の蒸留装置は凝縮機１０２、再沸器１０３および分離壁１０１が具備された蒸留塔１００を含む。前記において蒸留塔１００は、分離壁型蒸留塔１００であり得る。前記分離壁型蒸留塔１００は低沸点、中沸点、高沸点の３成分を含む原料（Ｆ_1-1）の蒸留のために考案された装置であり、いわゆる熱複合蒸留カラム（Ｐｅｔｌｙｕｋｃｏｌｕｍｎ）と熱力学的観点で類似する装置である。前記熱複合蒸留カラムは低沸点および高沸点物質を一次的に予備分離器から分離し、予備分離器の塔頂および塔底部分が主分離器の供給段にそれぞれ流入して主分離器で低沸点、中沸点および高沸点物質をそれぞれ分離するように考案されている。これに対して、分離壁型蒸留塔１００は塔内に分離壁１０１を設置することによって予備分離器を主分離器内部に統合させた形態である。

一方、分離壁型蒸留塔２００の場合、Ｐｅｔｌｙｕｋ蒸留塔とは違って設計が決定されると内部循環の流れ量を調節できない構造的特性によって運転条件変動に対する柔軟性が落ちるため、蒸留塔の初期設計段階で多様な外乱（ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ）に対する正確な模写と制御が容易にできる制御構造の決定が必要であり、ひいては、分離壁型蒸留塔１００で供給段の位置、分離壁の区間設定、中沸点物質の生産段位置、総理論段数、蒸留温度および蒸留圧力などの蒸留塔の設計構造および運転条件に対する内容は非常に制限されているだけでなく、特に、蒸留しようとする対象化合物の性質により蒸留塔の段数、供給段および流出段の位置などの設計構造および蒸留温度、圧力および還流比などの運転条件が特別に変更されなければならない。本出願の蒸留装置では、前述した通り、エネルギーを節減して設備費を節減できるように、熱可塑性エラストマーの重合過程で用いられる溶媒および未反応単量体を高純度および高エネルギー効率で分離するに適合して設計された分離壁型蒸留塔１００の運転条件を提供することができる。

本出願の蒸留装置で使用できる分離壁型蒸留塔１００の具体的な種類は特に制限されない。例えば、図１に示されたような一般的な構造の分離壁型蒸留塔１００を使用するか、精製効率を考慮して蒸留塔内の分離壁１０１の位置や形態が変更設計された蒸留塔の使用も可能である。また、蒸留塔の段数および内径なども特に制限されず、例えば、原料（Ｆ_1-1）の組成を考慮した蒸留曲線から類推される理論段数などに基づいて設定することができる。

一つの例示において、本出願の分離壁型蒸留塔１００は、図１のような構造を有することができる。図１に示した通り、例示的な分離壁型蒸留塔１００は内部が分離壁１０１により分割されている。また、分離壁型蒸留塔１００の内部は図１で仮想の点線で分割されているように、分離壁１０１を含む中間領域と、前記分離壁１０１を含まない上部領域および下部領域に区分され得る。また、前記中間領域は分離壁１０１により分けられる原料供給領域１２０および生成物流出領域１３０に区分され得る。例えば、前記分離壁型蒸留塔１００は、低沸点流れが排出される塔頂領域１１０、高沸点流れが排出される塔底領域１４０、原料（Ｆ_1-1）が流入する原料供給領域１２０および生成物が流出される生成物流出領域１３０に区分され得る。前記分離壁型蒸留塔１００の「塔頂」は前記分離壁型蒸留塔１００の塔の最も頂き部分を意味し、前述した分離壁型蒸留塔１００の上部領域に含まれ得、前記分離壁型蒸留塔１００の「塔底」は前記分離壁型蒸留塔１００の塔の最も底の部分を意味し、前述した分離壁型蒸留塔１００の下部領域に含まれ得る。本明細書で特に定義しない限り、上部領域は塔頂領域１１０と同じ意味で使用され、下部領域は塔底領域１４０と同じ意味で使用される。前記「凝縮機」は蒸留塔と別途設置された装置であって、前記本体から流出された物質を外部から流入した冷却水と接触させるなどの方式で冷却させるための装置を意味し得る。例えば、前記蒸留装置の凝縮機１０２は前記分離壁型蒸留塔１００の塔頂領域１１０から流出される塔頂流れ（Ｆ_1-2）を凝縮させる装置であり得る。また、前記「再沸器」は蒸留塔の外部に設置された加熱装置であって、沸点の高い流れを再加熱および蒸発させるための装置を意味し得る。例えば、前記蒸留装置の再沸器１０３は前記分離壁型蒸留塔１００の塔底領域１４０から流出される塔頂流れ（Ｆ_1-3）を加熱する装置であり得る。

本出願の分離壁型蒸留塔１００では、前記原料供給領域１２０および生成物流出領域１３０が前記分離壁１０１によって互いに分離（ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）または孤立（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）されていることもあり得る。これによって、前記原料供給領域１２０内の流れと前記生成物流出領域１３０内の流れが互いに混合されることを防止することができる。本明細書で用語「分離（ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）または孤立（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）」は、各領域での流れが分離壁１０１により分けられる領域で独立的に流れるか存在することを意味する。一つの例示において、前記分離壁型蒸留塔１００の分離壁１０１は前記分離壁型蒸留塔１００の中間領域に含まれる。具体的に、前記分離壁１０１は前記分離壁型蒸留塔１００の理論段数を基準に算出した時、前記塔頂を基準に算出された全体理論段数の４０〜６０％、好ましくは４２〜５５％、より好ましくは４４〜５０％に位置することができる。前記において、「理論段数」は前記分離壁型蒸留塔１００で気相および液相のような２つの相が互いに平衡をなす仮想的な領域または段数を意味する。前記分離壁１０１が前記範囲で前記分離壁型蒸留塔１００の内部に含まれることによって、原料供給領域１２０内の流れと生成物流出領域１３０内の流れが混合されることを効果的に遮断することができる。また、生成物流出領域１３０から流出される生成物の流れ（Ｆ_1-4）内に低沸点成分が混合されて流出されることを防止することができる。

本出願の一具現例において、前記分離壁型蒸留塔１００は原料供給領域１２０に位置する原料供給ポート１２１を含み、前記原料供給ポート１２１へはＣ₄油分およびＣ₆油分を含む原料（Ｆ_1-1）が流入する。

一つの例示において、前記Ｃ₄油分は、熱可塑性エラストマーの重合に用いられる単量体成分、特に、重合後未反応された単量体成分であり、１，３−ブタジエン、１−ブテン、ｎ−ブタン、ｉｓｏ−ブタン、ｔｒａｎｓ−２−ブテンおよびｃｉｓ−２−ブテンからなる群から選択される１種以上を含むことができるが、これに制限されるものではない。一具現例において、熱可塑性エラストマーがブタジエンゴムである場合、前記Ｃ₄油分は１，３−ブタジエンであり得る。また、前記Ｃ₆油分は、前記単量体が溶解される溶媒成分であり、ｎ−ヘキサン、ｃ−ヘキサンおよびｉｓｏ−ヘキサンからなる群から選択される１種以上を含むことができるが、これに制限されるものではない。例えば、前記熱可塑性エラストマーがブタジエンゴムである場合、前記Ｃ₆油分はｎ−ヘキサンであり得る。

例えば、前記Ｃ₄油分およびＣ₆油分を含む原料（Ｆ_1-1）が前記分離壁型蒸留塔１００の原料供給領域１２０に位置する原料供給ポート１２１に流入し、流入した前記原料（Ｆ_1-1）は塔底領域１４０から流出される塔底流れ（Ｆ_1-3）、塔頂領域１１０から流出される塔頂流れ（Ｆ_1-2）および生成物流出領域１３０に位置する生成物流出ポート１３１から流出される生成物の流れ（Ｆ_1-4）にそれぞれ分離されて流出される。

前記分離壁型蒸留塔１００の塔頂領域１１０では前記原料（Ｆ_1-1）に含まれている成分のうち相対的に低沸点成分である塔頂流れ（Ｆ_1-2）が流出され得、前記分離壁型蒸留塔１００の塔底領域１４０では前記原料（Ｆ_1-1）に含まれている成分のうち相対的に高沸点成分である塔底流れ（Ｆ_1-3）が流出され得る。前記分離壁型蒸留塔１００の生成物流出領域１３０では原料（Ｆ_1-1）に含まれている成分のうち相対的に中沸点成分である生成物の流れ（Ｆ_1-4）が流出され得る。前記において、「低沸点流れ」とは低沸点、中沸点および高沸点成分の３成分を含む原料の流れのうち相対的に沸点が低い成分が濃厚（ｒｉｃｈ）な流れを意味し、前記低沸点流れは例えば、分離壁型蒸留塔１００の塔頂領域１１０から流出される流れを意味する。前記「高沸点流れ」とは、低沸点、中沸点および高沸点成分の３成分を含む原料の流れのうち相対的に沸点の高い成分が濃厚（ｒｉｃｈ）な流れを意味し、前記高沸点流れは例えば、分離壁型蒸留塔１００の塔底領域１４０から流出される相対的に沸点の高い成分が濃厚な流れを意味する。前記「中沸点流れ」とは、低沸点、中沸点および高沸点成分の３成分を含む原料の流れのうち低沸点成分と高沸点成分の間の沸点を有する成分が濃厚（ｒｉｃｈ）な流れを意味し、前記中沸点流れは例えば、分離壁型蒸留塔１００の生成物流出領域１３０の生成物流出ポート１３１から流出される流れを意味する。前記において用語「濃厚な流れ」とは、原料（Ｆ_1-1）に含まれた低沸点成分、高沸点成分および中沸点成分それぞれの含量よりも前記分離壁型蒸留塔１００の塔頂領域１１０から流出される流れに含まれた低沸点成分、塔底領域１４０から流出される流れに含まれた高沸点成分および生成物流出領域１３０から流出される流れに含まれた中沸点成分それぞれの含量が高い流れを意味する。例えば、前記分離壁型蒸留塔１００の塔頂流れ（Ｆ_1-2）に含まれた低沸点成分、塔底流れ（Ｆ_1-3）に含まれた高沸点成分および生成物の流れ（Ｆ_1-4）に含まれる中沸点成分が示すそれぞれの含量が５０重量％以上、８０重量％以上、９０重量％以上、９５重量％以上または９９重量％以上である流れを意味し得る。本明細書で前記低沸点流れと前記分離壁型蒸留塔１００の塔頂流れ（Ｆ_1-2）は同じ意味で用いられ得、高沸点流れと前記分離壁型蒸留塔１００の塔底流れ（Ｆ_1-3）は同じ意味で用いられ得、前記中沸点流れと分離壁型蒸留塔１００の生成物の流れ（Ｆ_1-4）は同じ意味で用いられ得る。

前記分離壁型蒸留塔１００は生成物流出ポート１３１を含み、前記生成物流出ポートでは前記生成物の流れが流出される。前記生成物流出ポート１３１は前記分離壁型蒸留塔１００の生成物流出領域１３０に位置することができ、例えば、前記原料供給ポート１２１より上部、すなわち、上の側に位置することができる。一つの例示において、前記原料供給ポート１２１は前記分離壁型蒸留塔１００の理論段数を塔頂を基準に算出した時、前記塔頂を基準に算出された全体理論段数の５５〜８５％、５５〜８４％または６０〜８５％に位置することができる。一方、前記生成物流出ポート１３１は前記分離壁型蒸留塔１００の理論段数を塔頂を基準に算出した時、前記塔頂を基準に算出された全体理論段数の４０〜５５％、４３〜５５％または４０〜５０％に位置することができる。例えば、分離壁型蒸留塔１００の理論段数が１００段である場合、前記分離壁型蒸留塔１００の１段は塔頂であり、１００段は塔底に該当し、前記原料供給ポート１２１は５５〜８５段に位置することができ、前記生成物流出ポート１３１は４０〜５５段に位置することができる。前記のように、生成物流出ポート１３１が前記原料供給ポート１２１より上部に位置することによって、生成物流出領域で獲得されるＣ₆油分の純度に最も大きい影響を与えるＣ₆油分より沸点の高い成分と前記Ｃ₆油分の気／液接触区間を長くしてＣ₆油分の分離効率を向上させる効果を得ることができる。

低沸点、中沸点および高沸点の３成分を含む原料（Ｆ_1-1）から分離工程を遂行するために、前記原料（Ｆ_1-1）は図１のように、分離壁型蒸留塔１００の原料供給領域１２０の原料供給ポート１２１に流入することができる。前記原料供給領域１２０の原料供給ポート１２１に流入したＣ₄油分およびＣ₆油分を含む原料（Ｆ_1-1）は前記Ｃ₆油分より沸点の高い油分、例えば、Ｃ₄油分のダイマーおよびＣ₄油分のトライマーを含む塔底流れ（Ｆ_1-3）、前記Ｃ₄油分、例えば、１，３−ブタジエンを含む塔頂流れ（Ｆ_1-2）および前記Ｃ₆油分、例えば、ｎ−ヘキサンを含む生成物の流れ（Ｆ_1-4）に分離されて流出され得る。前記分離壁型蒸留塔１００の塔底領域１４０から流出される塔底流れ（Ｆ_1-3）は再沸器１０３を通過し、前記再沸器１０３を通過した塔底流れ（Ｆ_1-3）の一部又は全部は前記塔底領域１４０に流入して分離壁型蒸留塔１００に還流されるか、製品として貯蔵され得る。また、前記分離壁型蒸留塔１００の塔頂領域１１０から流出される塔頂流れ（Ｆ_1-2）は凝縮機１０２を通過し、前記凝縮機１０２を通過した塔頂流れ（Ｆ_1-2）の一部又は全部は前記塔頂領域１１０に流入して分離壁型蒸留塔１００に還流されるか、製品として貯蔵され得、前記分離壁型蒸留塔１００の生成物流出領域１３０の生成物流出ポート１３１から流出される生成物の流れ（Ｆ_1-4）は製品として貯蔵され得る。

一具現例において、本出願の蒸留装置では、生成物の流れ（Ｆ_1-4）に含まれるＣ₆油分の一部が塔頂流れおよび塔底流れに含まれて流出され得る。例えば、Ｃ₄油分およびＣ₆油分を含む原料（Ｆ_1-1）が前記分離壁型蒸留塔１００の原料供給ポート１２１に流入すれば、流入した原料は前記Ｃ₆油分をおよび前記Ｃ₆油分よりも沸点の高い油分を含む塔底流れ（Ｆ_1-3）および前記Ｃ₄油分および前記Ｃ₆油分を含む塔頂流れ（Ｆ_1-2）およびＣ₆油分を含む生成物の流れ（Ｆ_1-4）に分離されて流出され得る。一つの例示において、本出願の蒸留装置では、前記塔頂流れ（Ｆ_1-2）内のＣ₆油分の含量が前記塔頂流れ（Ｆ_1-2）に含まれる全体成分に対して１〜２０重量部で調節され得、前記塔底流れ（Ｆ_1-3）内のＣ₆油分の含量が前記塔底流れ（Ｆ_1-3）に含まれる全体成分に対して８５〜９５重量部で調節され得、これによって、優秀な分離効率で高純度のＣ₆油分を分離することができるだけでなく回収率を増大させることができる。すなわち、前記塔頂流れ（Ｆ_1-2）および塔底流れ（Ｆ_1-3）内に含まれるＣ₆油分の含量を前述したように調節することによって生成物の流れに流出されるＣ₆油分、例えば、ｎ−ヘキサンを効果的に分離することができ、エネルギー節減効果を最大化することができる。また、前記のように、Ｃ₆油分を分離壁型蒸留塔の塔頂領域および塔底領域から一部流出させることによって、生成物流出領域からＣ₄油分成分が排出されることを防止することができる。

一つの例示において、前記塔頂流れ（Ｆ_1-2）内のＣ₆油分の含量は前記塔頂流れ（Ｆ_1-2）に含まれる全体成分に対して１〜２０重量部、例えば、３〜１８重量部、５〜１６重量部、７〜２０重量部または８〜１４重量部であり得、前記塔底流れ（Ｆ_1-3）内のＣ₆油分の含量は前記塔底流れ（Ｆ_1-3）に含まれる全体成分に対して８５〜９５重量部、例えば、８５〜９４重量部、８５〜９３重量部、８５〜９２重量部または８５〜９０重量部であり得る。例えば、前記塔頂流れ（Ｆ_1-2）内のｎ−ヘキサンの含量は１〜２０重量％、例えば、３〜１８重量％、５〜１６重量％、７〜２０重量％または８〜１４重量％であり得、前記塔底流れ（Ｆ_1-3）内のｎ−ヘキサンの含量は８５〜９５重量％、例えば、８５〜９４重量％、８５〜９３重量％、８５〜９２重量％または８５〜９０重量％であり得、この場合、前記分離壁型蒸留塔１００の塔頂流れ（Ｆ_1-2）内の１，３−ブタジエンの含量は１重量％以下、３重量％以下、または５重量％以下であり得、前記分離壁型蒸留塔１００の生成物の流れ（Ｆ_1-4）内のｎ−ヘキサンの含量は８５重量％以上、８７重量％以上、または８８重量％以上であり得る

以下、本出願の一具現例に係る蒸留装置を利用してブタジエン混合物およびｎ−ヘキサンを分離する過程をより詳細に説明する。

一つの例示において、Ｃ₄油分およびＣ₆油分を含む原料（Ｆ_1-1）が前記分離壁型蒸留塔１００の原料供給ポート１２１に流入する。この場合、前記分離壁型蒸留塔１００の塔頂領域１１０で前記原料（Ｆ_1-1）の成分のうちＣ₆油分の一部および相対的に沸点が低い成分であるＣ₄油分を含む流れである塔頂流れ（Ｆ_1-2）、例えば、１，３−ブタジエンおよびｎ−ヘキサンを含む流れが流出され得、流出された前記塔頂流れ（Ｆ_1-2）は凝縮機１０２を経て一部は前記分離壁型蒸留塔１００の塔頂領域１１０に還流され、残りの一部は製品として貯蔵され得る。一方、前記分離壁型蒸留塔１００の塔底領域１４０では前記原料（Ｆ_1-1）の成分のうちＣ₆油分の一部および相対的に沸点の高い成分であるＣ₆油分より沸点の高い成分を含む塔底流れ（Ｆ_1-3）、例えば、Ｃ₄油分のダイマーおよびＣ₄油分のトライマーとｎ−ヘキサンを含む流れに流出され、流出された前記塔底流れ（Ｆ_1-3）は再沸器１０３を経てその一部は前記分離壁型蒸留塔の塔底領域１４０に還流され、残りの一部は製品として貯蔵され得る。また、前記分離壁型蒸留塔１００の生成物流出領域１３０の生成物流出ポート１３１では前記原料（Ｆ_1-1）の成分のうち中沸点成分であるＣ₆油分を含む生成物の流れ（Ｆ_1-4）、例えば、ｎ−ヘキサンが濃厚な流れに分離されて流出され得る。

前記のように、Ｃ₄油分およびＣ₆油分を含む原料（Ｆ_1-1）を本出願の蒸留装置を利用して分離する場合、前記Ｃ₆油分を特定含量範囲で塔頂領域および塔底領域から流出させるために、蒸留塔内部の温度および圧力条件は特定範囲に制御され得る。

一つの例示において、前記分離壁型蒸留塔１００の塔頂領域１１０の圧力は３．５ｋｇ／ｃｍ²ｇ〜４．５ｋｇ／ｃｍ²ｇ、例えば、３．６ｋｇ／ｃｍ²ｇ〜４．４ｋｇ／ｃｍ²ｇ、または３．７〜４．３ｋｇ／ｃｍ²ｇであり得、前記分離壁型蒸留塔１００の塔底領域１４０の圧力は３．６３〜４．７ｋｇ／ｃｍ²ｇ、例えば、３．６５ｋｇ／ｃｍ²ｇ〜４．６ｋｇ／ｃｍ²ｇ、または３．６７ｋｇ／ｃｍ²ｇ〜４．５ｋｇ／ｃｍ²ｇであり得る。

また、前記分離壁型蒸留塔１００の塔頂領域１１０の温度は４５℃〜６０℃、４７℃〜５８℃、または４９℃〜５６℃であり得、前記分離壁型蒸留塔１００の塔底領域１４０の温度は１２０℃〜１４０℃、１２２℃〜１３８℃、または１２４℃〜１３６℃であり得る。

前記分離壁型蒸留塔１００の塔頂流れ（Ｆ_1-2）のうち前記分離壁型蒸留塔１００の塔頂領域１１０に還流される塔頂流れ（Ｆ_1-2）の還流比は４．５〜８．０であり得、熱力学的な観点で好ましくは４．６〜５．８、または４．８〜５．６であり得る。前記において「還流比」とは、前記蒸留塔１００から流出される流出流量（ｋｇ／ｈｒ）に対して還流される流量（ｋｇ／ｈｒ）の比を意味する。

本出願は、また、熱可塑性エラストマーの重合過程で用いられる溶媒および未反応単量体を高純度および高エネルギー効率で分離する蒸留方法に関するものである。

例示的な本出願の蒸留方法は前述した蒸留装置を利用して遂行され得、これによって、前述した蒸留装置で記載された内容と重複する内容は省略する。

本出願の蒸留方法の一具現例は、原料（Ｆ_1-1）を流入する原料流入段階および前記原料（Ｆ_1-1）を分離する蒸留段階を含む。

前記原料（Ｆ_1-1）を流入する段階はＣ₄油分およびＣ₆油分を含む原料（Ｆ_1-1）を分離壁型蒸留塔１００に流入する段階であり、より詳細には、内部に分離壁１０１が具備され、前記内部が、前記分離壁１０１が位置しない塔頂領域１１０および塔底領域１４０と前記分離壁１０１が位置する中間領域に区分され、前記中間領域は前記分離壁１０１によって分けられる原料供給領域１２０および生成物流出領域１３０に区分される分離壁型蒸留塔１００の前記原料供給領域１２０に流入する段階である。

前記原料（Ｆ_1-1）を分離する蒸留段階は前記原料供給領域１２０に流入した原料（Ｆ_1-1）を分離壁型蒸留塔１００の塔頂領域１１０、生成物流出領域１３０および塔底領域１４０からそれぞれ分離流出する段階であり、より詳細には、前記蒸留塔１００の塔頂領域１１０から前記Ｃ₄油分およびＣ₆油分を分離流出し、前記蒸留塔の生成物流出領域１３０から前記Ｃ₆油分を分離流出し、前記蒸留塔の塔底領域１４０から前記Ｃ₆油分および前記Ｃ₆油分よりも沸点の高い油分を分離流出する段階である。

前記Ｃ₄油分およびＣ₆油分を含む原料（Ｆ_1-1）に関する説明は前述した内容と同一であるため省略する。

一つの例示において、前記蒸留段階は前記塔頂流れ（Ｆ_1-2）内のＣ₆油分の含量を前記塔頂流れ（Ｆ_1-2）に含まれる全体成分に対して１〜２０重量部、例えば、３〜１８重量部、５〜１５重量部、７〜２０重量部または８〜１４重量部に調節し、前記塔底流れ（Ｆ_1-3）内のＣ₆油分の含量を前記塔底流れ（Ｆ_1-3）に含まれる全体成分に対して８５〜９５重量部、例えば、８５〜９４重量部、８５〜９３重量部、８５〜９２重量部または８５〜９０重量部に調節することを含むことができ、これによって、優秀な効率で高純度のＣ₆油分を分離することができる。すなわち、前記塔頂流れ（Ｆ_1-2）および塔底流れ（Ｆ_1-3）内に含まれる油分の含量を調節することによって、生成物の流れに流出されるＣ₆油分、例えば、ｎ−ヘキサンを効果的に分離することができ、エネルギー節減効果を最大化することができる。

前記分離壁型蒸留塔１００の塔頂領域１１０から流出される塔頂流れ（Ｆ_1-2）、塔底領域１４０から流出される塔底流れ（Ｆ_1-3）および生成物流出領域１３０から流出される生成物の流れ（Ｆ_1-4）の圧力、温度および還流比に対する詳しい説明は、前述した分離壁型蒸留塔１００で説明した内容と同一であるため、省略する。

前記各段階はそれぞれ独立的に有機的に結合されているため、各境界が明確に時間の順序により区分されるものではなく、したがって、前記各段階は順次的に遂行されるかまたはそれぞれ独立的に同時に遂行され得る。また、前記各段階の以前または以後に本発明が属する技術分野で通常的に遂行され得る工程段階を追加的に含むことができるため、前記方法は前記段階だけに制限されるものではない。

本出願の蒸留装置およびこれを利用した蒸留方法によれば、エネルギー消耗量を節減し、原料の精製に用いられる蒸留装置の大きさも最小化することによって工程の経済性を向上させることができる。

本出願の蒸留装置によれば、熱可塑性エラストマーの重合過程で用いられる単量体と溶媒を含む原料の精製過程で発生するエネルギー損失を最小化することができ、２基の蒸留塔を用いて精製する場合よりも蒸留装置の設置費用を節減することができるため、工程の経済性を向上させることができる。

本出願の具現例および実施例に係る蒸留装置を例示的に示している図面である。比較例で使用した蒸留装置を模式的に示した図面である。

以下、本発明に従う実施例および本発明に従わない比較例を通じて本発明をより詳細に説明するが、本発明の範囲は下記に提示された実施例によって制限されるものではない。

実施例１
図１の蒸留装置を用いてブタジエン混合物およびｎ−ヘキサンを分離した。具体的には、１，３−ブタジエンおよびｎ−ヘキサンを含む９３の原料を２１，２６９ｋｇ／ｈｒの流量で理論段数が３０段である分離壁型蒸留塔の１９段に位置する原料供給ポートに流入して分離工程を遂行し、前記分離壁型蒸留塔の塔頂領域、生成物流出領域および塔底領域からそれぞれの流れを流出させた。

この時、前記分離壁型蒸留塔の塔頂領域から４，１７９ｋｇ／ｈｒの流量で流出される塔頂流れの一部は凝縮機を経て分離壁型蒸留塔に還流させ、残りの一部は１，３−ブタジエンを含む製品に分離し、塔底領域から３３ｋｇ／ｈｒの流量で流出される塔底流れの一部は再沸器を経て分離壁型蒸留塔に還流させ、残りの一部は高沸点成分の燃料に活用するために燃料貯蔵タンクに貯蔵した。一方、生成物流出領域から２０，５６２ｋｇ／ｈｒの流量で流出される生成物の流れは前記理論段数が３０段である分離壁型蒸留塔の１５段に位置する生成物流出ポートから流出させて分離し、ｎ−ヘキサンを含む製品に分離して貯蔵した。また、前記分離壁型蒸留塔の塔頂領域の運転圧力は４．０ｋｇ／ｃｍ²ｇ〜４．１ｋｇ／ｃｍ²ｇに調節し、運転温度は５６〜５９℃になるように調節し、塔底領域の運転圧力は４．１５ｋｇ／ｃｍ²ｇ〜４．２５ｋｇ／ｃｍ²ｇに調節し、運転温度は１２９〜１３２℃に調節した。また、生成物流出領域の運転圧力は４．１ｋｇ／ｃｍ²ｇ〜４．２ｋｇ／ｃｍ²ｇに調節し、運転温度は１２５〜１２７℃に調節した。前記分離壁型蒸留塔の塔頂領域の還流比は５．８〜６．４に設定した。

前記塔頂流れ内のＣ₆油分の含量は前記塔頂流れに含まれる全体成分に対して９．９重量部に調節され、前記塔底流れ内のＣ₆油分の含量は前記塔底流れに含まれる全体成分に対して８５重量部に調節された。

実施例２
前記分離壁型蒸留塔の塔頂領域の運転圧力を３．６ｋｇ／ｃｍ²ｇ〜３．７ｋｇ／ｃｍ²ｇ、運転温度を５４〜５８℃に調節し、塔底領域の運転圧力を３．８５ｋｇ／ｃｍ²ｇ〜３．９５ｋｇ／ｃｍ²ｇ、運転温度を１２３〜１２５℃に調節し、生成物流出領域の運転圧力を３．７ｋｇ／ｃｍ²ｇ〜３．８ｋｇ／ｃｍ²ｇ、運転温度を１２３〜１２５℃に調節したことを除いては実施例１と同じ方法で１，３−ブタジエンおよびｎ−ヘキサンを分離した。また、前記分離壁型蒸留塔の塔頂領域の還流比は５．６〜６．２に設定した。

この場合、前記塔頂流れ内のＣ₆油分の含量は前記塔頂流れに含まれる全体成分に対して９．９重量部に調節され、前記塔底流れ内のＣ₆油分の含量は前記塔底流れに含まれる全体成分に対して８５重量部に調節された。

実施例３
前記分離壁型蒸留塔の塔頂領域の運転圧力を４．３ｋｇ／ｃｍ²ｇ〜４．４ｋｇ／ｃｍ²ｇ、運転温度を６０℃〜６３℃に調節し、塔底領域の運転圧力を４．５５ｋｇ／ｃｍ²ｇ〜４．６５ｋｇ／ｃｍ²ｇ、運転温度を１２９℃〜１３２℃に調節し、生成物流出領域の運転圧力を４．４ｋｇ／ｃｍ²ｇ〜４．５ｋｇ／ｃｍ²ｇ、運転温度を１２９℃〜１３２℃に調節したことを除いては実施例１と同じ方法で１，３−ブタジエンおよびｎ−ヘキサンを分離した。また、前記分離壁型蒸留塔の塔頂領域の還流比は７．０〜７．５に設定した。

実施例４
原料供給ポートが理論段数が３０段である分離壁型蒸留塔の２５段に位置し、生成物流出ポートが理論段数が３０段である分離壁型蒸留塔の１３段に位置する分離壁型蒸留塔を利用したことを除いては実施例１と同じ方法で１，３−ブタジエンおよびｎ−ヘキサンを分離した。

実施例５
原料供給ポートが理論段数が３０段である分離壁型蒸留塔の１５段に位置し、生成物流出ポートが理論段数が３０段である分離壁型蒸留塔の１９段に位置する分離壁型蒸留塔を利用したことを除いては実施例１と同じ方法で１，３−ブタジエンおよびｎ−ヘキサンを分離した。

比較例
図２のように、２基の蒸留塔が連結されている蒸留装置を利用してブタジエン混合物およびｎ−ヘキサンを分離した。具体的には、１，３−ブタジエンおよびｎ−ヘキサンを含む１３８の原料を２１，２６９ｋｇ／ｈｒの流量で一番目の蒸留塔に流入して分離工程を遂行した。

一番目の蒸留塔の塔頂領域から１，４５１ｋｇ／ｈｒの流量で排出される低沸点流れは凝縮機を経て一部は一番目の蒸留塔に還流させ、残りの一部は製品として貯蔵し、一番目の蒸留塔の塔底領域から２０，６１５ｋｇ／ｈｒの流量で排出される流れの一部は再沸器を利用して一部は再び一番目の蒸留塔の塔底領域に還流させ、残りの一部は２番目の蒸留塔に導入させた。２番目の蒸留塔の塔頂から２５，８６７ｋｇ／ｈｒの流量で排出される中沸点流れは凝縮機を利用して凝縮させ、一部は再び２番目の蒸留塔の塔頂領域に還流させ、残りの一部は製品に分離し、２番目の蒸留塔の塔底から２３ｋｇ／ｈｒの流量で排出される高沸点流れは再沸器を利用して一部は再び２番目の蒸留塔の塔底領域に還流させ、残りの一部は製品に分離した。この場合、一番目の蒸留塔の塔頂温度は４５〜６５℃、圧力は３．５ｋｇ／ｃｍ²ｇ〜４．５ｋｇ／ｃｍ²ｇに調節し、塔底の温度は１２０〜１４０℃、圧力は３．７１ｋｇ／ｃｍ²ｇ〜４．７１ｋｇ／ｃｍ²ｇに調節し、２番目の蒸留塔の塔頂温度は７５〜９５℃、圧力は０．２４ｋｇ／ｃｍ²ｇ〜０．９１ｋｇ／ｃｍ²ｇに調節し、塔底の温度は９２〜１０７℃、圧力は０．４ｋｇ／ｃｍ²ｇ〜１０．７ｋｇ／ｃｍ²ｇに調節した。また、前記一番目の蒸留塔の塔頂領域の還流比は０．５０〜０．６０に設定し、前記２番目の蒸留塔の塔頂領域の還流比は０．１５〜０．２５に設定した

前記実施例および比較例によりブタジエン混合物およびｎ−ヘキサンを含む原料を精製した後、前記ブタジエン混合物およびｎ−ヘキサンの純度、エネルギー消費量を測定して下記の表１に表わした。

前記表１に表わされたように、本出願の実施例の蒸留装置を利用した精製工程で使われたエネルギーの総量は比較例の蒸留装置を利用した精製工程で使われたエネルギー総量に比べて総エネルギー消費量が減少されたことを確認することができる。すなわち、本出願の実施例に係る蒸留装置によって１，３−ブタジエンおよびｎ−ヘキサンを分離する場合、比較例の蒸留装置を利用した場合に比べて最大５４．６％のエネルギー節減効果を得ることができる。

Claims

凝縮機、再沸器、および分離壁が具備された蒸留塔を含み、
前記蒸留塔は内部が、分離壁が位置しない塔頂領域および塔底領域と前記分離壁を含む中間領域に区分され、前記中間領域は前記分離壁によって分けられる原料供給領域および生成物流出領域に区分され、
Ｃ₄油分およびＣ₆油分を含む原料が前記原料供給領域の原料供給ポートに流入し、流入した前記原料は前記Ｃ₆油分を含む生成物の流れ、前記Ｃ₆油分および前記Ｃ₆油分よりも沸点の高い油分を含む塔底流れおよび前記Ｃ₄油分および前記Ｃ₆油分を含む塔頂流れに分離されて流出され、
前記塔底流れは前記塔底領域から流出され、前記塔底流れのうち一部は前記再沸器を通過して前記塔底領域に還流され、
前記塔頂流れは前記塔頂領域から流出されて前記凝縮機に流入し、前記凝縮機を通過した塔頂流れのうち一部は前記塔頂領域に還流され、
前記生成物の流れは生成物流出領域の生成物流出ポートから流出され、
前記塔頂流れ内のＣ₆油分の含量が前記塔頂流れに含まれる全体成分に対して１〜２０重量部であり、前記塔底流れ内のＣ₆油分の含量が前記塔底流れに含まれる全体成分に対して８５〜９５重量部であり、
前記分離壁は蒸留塔の塔頂を基準に算出された理論段数の４０〜６０％に位置し、
前記原料供給ポートは蒸留塔の塔頂を基準に算出された理論段数の５５〜８５％に位置し、
前記生成物流出ポートは前記原料供給ポートより上部に位置し、
前記塔頂領域の圧力は３．５〜４．５ｋｇ／ｃｍ ² ｇであり、
前記塔頂領域の温度は４５℃〜６５℃であり、
塔底領域の圧力は３．６３〜４．７ｋｇ／ｃｍ ² ｇであり、
前記塔底領域の温度は１２０℃〜１４０℃であり、
前記塔頂領域の還流比は４．０〜８．０である、蒸留装置。
生成物流出ポートは蒸留塔の塔頂を基準に算出された理論段数の４０〜５５％に位置する、請求項１に記載の蒸留装置。
Ｃ₄油分は１，３−ブタジエン、１−ブテン、ｎ−ブタン、ｉｓｏ−ブタン、ｔｒａｎｓ−２−ブテンおよびｃｉｓ−２−ブテンからなる群から選択される１種以上を含む、請求項１または２に記載の蒸留装置。
Ｃ₆油分はｎ−ヘキサン、ｃ−ヘキサンおよびｉｓｏ−ヘキサンからなる群から選択される１種以上を含む、請求項１〜３のいずれかに記載の蒸留装置。
前記Ｃ₆油分よりも沸点の高い油分はＣ₄油分のダイマーおよびＣ₄油分のトライマーからなる群から選択される１種以上を含む、請求項１〜４のいずれかに記載の蒸留装置。
内部に分離壁が具備され、前記内部が、前記分離壁が位置しない塔頂領域および塔底領域と前記分離壁を含む中間領域に区分され、前記中間領域は前記分離壁によって分けられる原料供給領域および生成物流出領域に区分される蒸留塔の前記原料供給領域の原料供給ポートにＣ₄油分およびＣ₆油分を含む原料を流入する原料流入段階；および
前記蒸留塔の塔頂領域から前記Ｃ₄油分およびＣ₆油分を分離流出し、前記蒸留塔の生成物流出領域の生成物流出ポートから前記Ｃ₆油分を分離流出し、前記蒸留塔の塔底領域から前記Ｃ₆油分および前記Ｃ₆油分よりも沸点の高い油分を分離流出する蒸留段階を含み、
前記蒸留段階は前記塔頂領域から分離流出した塔頂流れ内のＣ₆油分の含量を前記塔頂流れに含まれる全体成分に対して１〜２０重量部に調節し、前記塔底領域から分離流出した塔底流れ内のＣ₆油分の含量を前記塔底流れに含まれる全体成分に対して８５〜９５重量部に調節することを含み、
前記分離壁は蒸留塔の塔頂を基準に算出された理論段数の４０〜６０％に位置し、
前記原料供給ポートは蒸留塔の塔頂を基準に算出された理論段数の５５〜８５％に位置し、
前記生成物流出ポートは前記原料供給ポートより上部に位置し、
前記塔頂領域の圧力は３．５〜４．５ｋｇ／ｃｍ ² ｇであり、
前記塔頂領域の温度は４５℃〜６５℃であり、
前記塔底領域の圧力は３．６３〜４．７ｋｇ／ｃｍ ² ｇであり、
前記塔底領域の温度は１２０℃〜１４０℃であり、
前記塔頂領域の還流比は４．０〜８．０である、蒸留方法。
生成物流出ポートは蒸留塔の塔頂を基準に算出された理論段数の４０〜５５％に位置する、請求項６に記載の蒸留方法。
Ｃ ₄ 油分は１，３−ブタジエン、１−ブテン、ｎ−ブタン、ｉｓｏ−ブタン、ｔｒａｎｓ−２−ブテンおよびｃｉｓ−２−ブテンからなる群から選択される１種以上を含む、請求項６または７に記載の蒸留方法。
Ｃ ₆ 油分はｎ−ヘキサン、ｃ−ヘキサンおよびｉｓｏ−ヘキサンからなる群から選択される１種以上を含む、請求項６〜８のいずれかに記載の蒸留方法。
前記Ｃ ₆ 油分よりも沸点の高い油分はＣ ₄ 油分のダイマーおよびＣ ₄ 油分のトライマーからなる群から選択される１種以上を含む、請求項６〜９のいずれかに記載の蒸留方法。