JP7314449B2 - 熱交換システムおよびこれを含むジエステル系組成物の製造システム - Google Patents

Description

本出願は、２０１９年７月４日付けの韓国特許出願第１０－２０１９－００８０４６３号に基づく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ている全ての内容は、本明細書の一部として組み込まれる。

本発明は、効率的な熱交換が可能であるように設計された熱交換システムおよび前記熱交換システムを含むジエステル系組成物の製造システムに関する。

フタレート系可塑剤は、２０世紀まで世界の可塑剤市場の９２％を占めており（Ｍｕｓｔａｆｉｚｕｒ Ｒａｈｍａｎ ａｎｄ Ｃｈｒｉｓｔｏｐｈｅｒ Ｓ．Ｂｒａｚｅｌ 「Ｔｈｅ ｐｌａｓｔｉｃｉｚｅｒ ｍａｒｋｅｔ ａｎ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｆ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｐｌａｓｔｉｃｉｚｅｒｓ ａｎｄ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｔｒｅｎｄｓ ｔｏ ｍｅｅｔ ｎｅｗ ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ」 Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ２００４，２９，１２２３－１２４８参照）、主に、ポリ塩化ビニル（以下、ＰＶＣとする）に柔軟性、耐久性、耐寒性などを与え、溶融時に粘度を下げて加工性を改善するために使用される添加物であり、ＰＶＣに様々な含量で投入されて、硬いパイプのような硬質製品から、柔らかく伸びやすくて食品包装材および血液バッグ、床材などに使用可能な軟質製品に至るまで、如何なる材料よりも実生活と密接な関連性を有して人体との直接な接触が不可避な用途で広く使用されている。

しかし、フタレート系可塑剤は、ＰＶＣとの相溶性およ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製品を実生活で使用する際、製品の外部に少しずつ流出され、内分泌系障害（環境ホルモン）推定物質および重金属水準の発癌物質として作用し得るという有害性論難が提起されている（Ｎ．Ｒ．Ｊａｎｊｕａ ｅｔ ａｌ．「Ｓｙｓｔｅｍｉｃ Ｕｐｔａｋｅ 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 ２００７，４１，５５６４－５５７０参照）。特に、１９６０年代の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－ｅｔｈｙｌｈｅｘｙｌ）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てから、１９９０年代に入って環境ホルモンに関する関心が高まり、フタレート系可塑剤の人体有害性に関する様々な研究をはじめ、汎世界的な環境規制が行われ始めた。

これに対して、多数の研究陣は、フタレート系可塑剤、特に、ジ（２－エチルヘキシル）フタレートの流出による環境ホルモンの問題および環境規制に対応すべく、ジ（２－エチルヘキシル）フタレートの製造時に使用される無水フタル酸が排除された新たな非フタレート系代替可塑剤を開発したり、フタレート系ではあるが、可塑剤の流出が抑制されて工業用として使用可能なジ（２－エチルヘキシル）フタレートの代わりに使用できるフタレート系可塑剤を開発するだけでなく、フタレート系可塑剤の流出を抑制して人体為害性を著しく低減することは言うまでもなく、環境基準にも合致することができる流出抑制技術を開発するために研究を行っている。

このように、ジエステル系の可塑剤として、既存の環境的問題があるジ（２－エチルヘキシル）フタレートの代わりに使用可能な環境的問題から自由である物質の開発が活発に行われており、優れた物性を有するジエステル系可塑剤を開発する研究は言うまでもなく、このような可塑剤を製造するための設備に関する研究も活発に行われており、工程設計の面でより効率的且つ経済的であり、簡素な工程の設計が望まれている。

一方、上記のジエステル系可塑剤を製造する工程は、ほとんどの産業現場で回分式工程が適用されており、回分式工程として、反応器内の未反応物の還流と副反応物の効率的な除去のための気液分離システムに関する発明（韓国公開特許第１０－２０１９－００２７６２２号公報）と、回分式工程の設備を簡素化するために、１次直接エステル化反応および２次トランスエステル化反応の設備を統合したシステムに関する発明（韓国公開特許第１０－２０１９－００２７６２３号公報）が開示されている。しかし、このような発明は、回分式工程として、還流量やスチーム量の改善に限界があり、生産性が非常に低く、改善のために適用可能な技術に限界がある、という状況である。

また、連続式工程として、２機以上の反応器を直列に連結して反応部を構成している工程に関する発明（韓国登録特許第１０－１６６３５８６号公報）も開示されているが、連続して連結された反応器の反応温度の制御だけでは、全体の工程性の改善には限界がある。

韓国公開特許第１０－２０１９－００２７６２２号公報 韓国公開特許第１０－２０１９－００２７６２３号公報 韓国登録特許第１０－１６６３５８６号公報

Ｍｕｓｔａｆｉｚｕｒ Ｒａｈｍａｎ ａｎｄ 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．Ｊａｎｊｕａ ｅｔ ａｌ．「Ｓｙｓｔｅｍｉｃ Ｕｐｔａｋｅ 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 ２００７，４１，５５６４－５５７０

本発明は、連続運転されるジエステル系組成物の製造システムに適用されることで、互いに異なる温度を有する各ストリーム間の熱交換を最適化して、全工程において使用されるスチームおよび冷却剤を低減することができる熱交換システムおよび前記熱交換システムを含むジエステル系組成物の製造システムを提供する。

本発明は、ジエステル系組成物の製造システムであって、第２精製部から排出されて混合アルコールタンクに投入される第１高温ストリーム、予備精製部から排出されて第１アルコールタンクに投入される第２高温ストリーム、トランス反応部から排出されて第２水洗部に投入される第３高温ストリーム、予備精製部から排出されて第１水洗部に投入される第４高温ストリーム、および分離部から排出されて第１アルコールタンクおよび反応部のうち少なくとも一つに投入される第５高温ストリームからなる群から選択される一つ以上の高温ストリームと、第２水洗部から排出されて第２精製部に投入される第１低温ストリーム、第２アルコールタンクから排出されてトランス反応部に投入される第２低温ストリーム、第１水洗部から排出されて第１精製部に投入される第３低温ストリーム、および混合アルコールタンクから排出されて分離部に投入される第４低温ストリームからなる群から選択される一つ以上の低温ストリームとが互いに熱交換するように構成された熱交換部を含む熱交換システムを提供する。

本発明の熱交換システムでは、相対的に高温を有する複数個の高温ストリームと相対的に低温を有する複数個の低温ストリームを組み合わせて熱交換させることで、全工程において使用されるスチームおよび冷却剤の使用量を最小化することができる。

本発明の熱交換システムが適用されることができる既存の連続運転ジエステル系組成物の製造システムを図示した図である。 本発明の実施例１による熱交換システムが適用されたジエステル系組成物の製造システムを図示した図である。 本発明の実施例２による熱交換システムが適用されたジエステル系組成物の製造システムを図示した図である。 本発明の実施例３による熱交換システムが適用されたジエステル系組成物の製造システムを図示した図である。 本発明の実施例４による熱交換システムが適用されたジエステル系組成物の製造システムを図示した図である。 本発明の実施例５による熱交換システムが適用されたジエステル系組成物の製造システムを図示した図である。 本発明の実施例６による熱交換システムが適用されたジエステル系組成物の製造システムを図示した図である。 本発明の実施例７による熱交換システムが適用されたジエステル系組成物の製造システムを図示した図である。 本発明の実施例８による熱交換システムが適用されたジエステル系組成物の製造システムを図示した図である。 本発明の実施例９による熱交換システムが適用されたジエステル系組成物の製造システムを図示した図である。 本発明の実施例１０による熱交換システムが適用されたジエステル系組成物の製造システムを図示した図である。

以下、本発明の理解を容易にするために好ましい実施例を提示する。しかし、下記の実施例は、本発明を例示するものであって、本発明の範囲を限定するためのものではない。

実施例１～１０
図２～図１１に図示されているように熱交換システムを構成し、これをそれぞれ実施例１～１０とし、同じジエステル系製造工程で熱交換システムを備えていない場合を比較例とした。工程模擬プログラムにより、比較例を基準として、実施例１～１０での全エネルギー使用量、冷却水使用量、スチーム使用量および熱交換率を計算し、これを下記表１に示した。熱交換率は、熱交換熱量を全エネルギー使用量で除して計算した。

実施例１～１０は、いずれも、比較例に比べて少なくとも２０％のエネルギーを低減しており、冷却水使用量は最大半分まで、スチーム使用量は最大１／３まで低減することができるという点を確認しており、これにより、本発明の熱交換システムは、優れたエネルギー効率性を提供することができるという点を確認した。

以下、本発明をより詳細に説明する。

本明細書および特許請求の範囲にて使用されている用語や単語は、通常的また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宜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に解釈すべきである。

本発明において、「高温ストリーム」とは、他のストリームに比べて相対的に高い温度を有するストリームを指し、具体的には、１５０～２５０℃の温度を有する流れを指す。

本発明において、「低温ストリーム」とは、他のストリームに比べて相対的に低い温度を有するストリームを指し、具体的には、２０～１３０℃の温度を有する流れを指す。

本発明において、「ジカルボン酸」は、二つのカルボン酸基を有する化合物の通称であり、具体的には、フタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸およびシクロヘキサンジカルボン酸からなる群から選択される１種以上の化合物であることができる。

本発明において、「第１アルコール」および「第２アルコール」は、炭素数３～１２の第一級アルコールを指し、直鎖状と分岐鎖状をすべて含み、前記第１アルコールと第２アルコールは互いに異なるアルコールである。

本発明の熱交換システムは、連続して運転されるジエステル系組成物の製造システム内で移送される各ストリームの間の効率的な熱交換が行われるようにするものである。したがって、連続して運転されるジエステル系組成物の製造システムについてまず説明し、次に熱交換システムについて説明する。

ジエステル系組成物の製造システム
本発明の熱交換システムが適用されることができる基本的なジエステル系組成物の製造システムについて下記で説明する。下記は、本発明の熱交換システムが適用されることができるジエステル系組成物の製造システムの一実施形態を説明するものであり、下記で説明するジエステル系組成物の製造システムの基本的なフレームを維持する範囲内であれば、システムの構成要素が一部除去、追加および変形されても、本発明が提供する熱交換システムが適用可能であることは明らかである。

前記ジエステル系組成物の製造システムの一実施形態を図１に図示しており、図１を参照して、前記ジエステル系組成物の製造システムについて説明する。

前記ジエステル系組成物の製造システムは、第１アルコールタンク１１と、第２アルコールタンク１２と、反応部２１と、トランス反応部２２と、予備精製部３と、第１水洗部４１と、第２水洗部４２と、第１精製部５１と、第２精製部５２と、混合アルコールタンク６１と、分離部６２とを含む。

前記第１アルコールタンクと第２アルコールタンクは、反応原料に相当する第１アルコールと第２アルコールを含む。第１アルコールは、カルボン酸とのエステル化反応に、第２アルコールは、エステル化合物とのトランスエステル化反応に使用され、以降、エステル化反応およびトランスエステル化反応のために、第１アルコールストリーム１０１は反応部に、第２アルコールストリーム１０２はトランス反応部に移送される。前記第１アルコールタンクと第２アルコールタンクの形態は、特に制限されず、第１アルコールおよび第２アルコールを変形させなくても保管することができ、以降、容易に移送させることができるものであれば使用可能である。

前記反応部２１では、第１アルコールとジカルボン酸のエステル化反応が行われる。前記ジカルボン酸の投入ストリームは、図１に図示されていないが、反応部に直接投入されてもよく、反応部への投入前に第１アルコールストリームに予め混合されて投入されてもよい。前記反応部は、エステル化反応のための内部空間を備えることができ、反応に必要な触媒を投入するための触媒投入部や、エステル化反応に必要な熱を加えるための加熱手段などを備えることができ、一般的に、エステル化反応に使用することができる反応部であれば、特に制限なくいずれも使用可能である。

一方、エステル化反応が主に行われる温度は、反応原料であるアルコールとエステル化反応の副生成物である水の沸点より高い温度であるため、エステル化反応途中に水とアルコールの気化が発生して、十分な転化率が達成されないことがあり、これを防止するために、一般的に、実際必要なアルコール当量よりも過量のアルコールを投入することが一般的である。したがって、反応終了後の反応生成物には、エステル化合物以外に未反応のアルコールが含まれ、前記反応部でのエステル化反応によって生成される第１反応物も、エステル化合物と未反応の第１アルコールを含む。前記第１反応物ストリーム２１１は、反応物内に含まれる未反応のアルコールを除去するために、予備精製部３に移送される。

第１反応物が投入された予備精製部３では、反応物内の未反応のアルコール、すなわち、未反応の第１アルコールが除去される。前記「除去」は、蒸留などの周知の方法により行われることができ、エステル化合物とアルコール化合物を分離するために使用されることができる方法であれば、特に制限なく適用可能である。例えば、前記予備精製部は、カラム、蒸留塔などの形態を有することができる。本予備精製部で除去された未反応の第１アルコールストリーム３０３は、また反応原料として使用されるために第１アルコールタンク１１に移送される。一方、未反応の第１アルコールが除去された第１反応物（以下、「精製生成物」とする）は、２種類の製品として取得されるために、互いに異なる部に分けられて投入される。一部の精製生成物（精製生成物ストリーム３０１）は、第１ジエステル系組成物の取得のために第１水洗部に、残りの精製生成物（精製生成物ストリーム３０２）は、第２ジエステル系組成物の取得のためにトランス反応部に移送される。

前記トランス反応部に移送された精製生成物３０２は、第２アルコールから投入された第２アルコール１０２とトランスエステル化反応を行って第２反応物を生成する。前記トランス反応部も、前述の反応部と同様、内部空間、触媒投入部または加熱手段を備えることができ、トランスエステル化反応に使用されることができると知られているものであれば、特に制限なく使用可能である。

一方、前記第２反応物は、前述の第１反応物の場合と同様、反応物に反応原料に相当する第２アルコールを含むことができ、トランスエステル化反応では、水の代わりに第１アルコールが生成されるという点を考慮すると、トランスエステル化反応により生成されるか、先に除去されなかった第１アルコールを含むことができる。前記第２反応物ストリーム２２１は、以降、第２ジエステル系組成物の取得のために、第２水洗部に移送される。

第１水洗部に移送される第１反応物３０１と、第２水洗部に移送される第２反応物２２１は、いずれも中和および水洗の対象になる。エステル化反応とトランスエステル化反応には、酸性触媒が用いられることが一般的であるため、残存する触媒の中和および水洗が、第１水洗部および第２水洗部で行われる。中和および水洗を経た第１反応物（以下、「第１中和生成物」とする）と第２反応物（以下、「第２中和生成物」とする）ストリームは、水洗ステップによってその温度が下がり、以降、残存し得る第１アルコールまたは混合アルコールを除去するために、それぞれ、第１精製部および第２精製部に移送される。

前記第１精製部では、移送される第１中和生成物ストリーム４１１内の第１アルコールが除去され、最終製品に相当する第１ジエステル系組成物（第１ジエステル系組成物ストリーム５１１）が取得される。また、前記第２精製部では、移送される第２中和生成物ストリーム４２１内の混合アルコールが除去され、最終製品に相当する第２ジエステル系組成物（第２ジエステル系組成物ストリーム５２１）が取得される。前記第１精製部および第２精製部でのアルコールの除去は、先行の予備精製部でのように、蒸留などの周知の方法により行われることができ、エステル化合物とアルコール化合物を分離するために使用されることができる方法であれば、特に制限なく適用可能である。例えば、前記第１精製部および第２精製部は、フラッシュドラム、カラム、蒸留塔などの形態を有することができる。

一方、第１精製部で除去された第１アルコール（未反応の第１アルコールストリーム５１２）および第２精製部で除去される混合アルコール（未反応混合アルコールストリーム５２２）は、混合アルコールタンク６１に移送される。前記混合アルコールタンク６１は、第１アルコールおよび第２アルコールの混合アルコールを臨時に保管するためのものであり、第１アルコールタンクおよび第２アルコールタンクのように、アルコールの変形などを引き起こさない限り、特に、その形態や位置などが制限されない。前記混合アルコールタンクの混合アルコールストリーム６１１は、以降、分離部６２に投入されて、第１アルコールストリーム６２１と、第２アルコールストリーム６２２として分離され、前記第１アルコールストリームは、第１アルコールタンクおよび反応部のうち少なくとも一つに、前記第２アルコールストリームは、第２アルコールタンクに移送される。

前記分離部は、混合されたアルコールを分離するためのものであり、前記第１アルコールと第２アルコールは、沸点において差を有するため、沸点の差を用いて混合物を分離することができる蒸留塔などの形態を有するものが好ましい。

前記ジエステル系組成物の製造システムは、連続運転されるものであり、各ストリームの流量は一定に維持され、熱交換システムを適用するために特に好適である。仮に、前記製造システムが非連続に運転される場合であれば、一定な熱交換が困難であるため、本発明の熱交換システムを適用することが容易でない。

熱交換システム
本発明は、前述のジエステル系組成物の製造システムに適用されることができる熱交換システムを提供する。ジエステル系組成物の連続製造工程では、相対的に高い温度を有する多数の高温ストリームと相対的に低い温度を有する多数の低温ストリームが存在する。また、前記高温ストリームのうち一部と低温ストリームのうち一部は、次の過程を経る前に、冷却または加熱を経る必要があり得る。

例えば、蒸留などの方法を経て精製されたストリームは、蒸留過程中に加熱された熱によって相対的に高い温度を有することができ、精製されたストリームがタンクなどの装置に貯蔵されるためには、温度を下げて一部気化した成分を液化する必要があるため、前記精製されたストリームは、次の過程を経る前に冷却を経る必要がある。また、相対的に低い温度で行われる水洗のために水洗部に流入されるストリームは冷却されなければならず、水洗部から排出されるストリームは、相対的に低い温度を有することができ、水洗後の精製ステップで、前記ストリームは、蒸留などの過程により加熱されなければならないため、精製ステップに投入される前に予め一部加熱されることができる場合であれば、精製ステップで消費されるエネルギーを低減することができる。

このように、連続したジエステル系組成物の製造システムでは、冷却または加熱を要する複数個の高温ストリームおよび低温ストリームが存在し、本発明の発明者らは、前記高温ストリームと低温ストリームが互いに熱交換するように熱交換部を設計することで、各ストリームの以降のステップでの冷却および加熱に消費されるエネルギーを低減することができるという点を見出し、本発明を完成するに至った。

具体的には、本発明の熱交換システムは、前述のジエステル系組成物の製造システムにおいて、第２精製部から排出されて混合アルコールタンクに投入される第１高温ストリーム、予備精製部から排出されて第１アルコールタンクに投入される第２高温ストリーム、トランス反応部から排出されて第２水洗部に投入される第３高温ストリーム、予備精製部から排出されて第１水洗部に投入される第４高温ストリームおよび分離部から排出されて第１アルコールタンクおよび反応部のうち少なくとも一つに投入される第５高温ストリームからなる群から選択される一つ以上の高温ストリームと、第２水洗部から排出されて第２精製部に投入される第１低温ストリーム、第２アルコールタンクから排出されてトランス反応部に投入される第２低温ストリーム、第１水洗部から排出されて第１精製部に投入される第３低温ストリームおよび混合アルコールタンクから排出されて分離部に投入される第４低温ストリームからなる群から選択される一つ以上の低温ストリームとが互いに熱交換するように構成された熱交換部を含むことができる。

まず、本発明の熱交換システムにおいて、熱交換の対象になる高温ストリームは、第１～第５高温ストリームの互いに異なる５個の高温ストリームを含む。

第１高温ストリームは、第２精製部から排出されて混合アルコールタンクに投入されるストリームであり、第２精製部で蒸留などの過程を経て除去された混合アルコールは、気体または液体形態であることができ、気体として存在するアルコールは、体積が大きくて混合アルコールタンクに直接貯蔵することが難しく、液化させる必要があり、液体形態の場合、安全な保管のために、温度をより下げる必要がある。

第２高温ストリームは、予備精製部から排出されて第１アルコールタンクに投入されるストリームであり、前記第１高温ストリームの場合と同様、蒸留などの過程を経て除去された第１アルコールは、気体または液体の形態であることができ、冷却の必要がある。

第３高温ストリームは、トランス反応部から排出されて第２水洗部に投入されるストリームであり、トランス反応部で行われるトランスエステル化反応は、相対的に高温で行われるため、これより排出されて第２水洗部に投入されるストリームも高温を有する。前記ストリームは、以降、第２水洗部での中和および水洗過程で冷却されるため、予め冷却過程を経る場合、第２水洗部で消費されるエネルギー量を低減することができ、これによって前記第３高温ストリームは、冷却の必要がある。

前記第４高温ストリームは、予備精製部から排出されて第１水洗部に投入されるストリームである。前記第４高温ストリームは、第２高温ストリームと同様、予備精製部から排出されるため、高温を有し、第３高温ストリームと同様、以降、中和および水洗過程で冷却されるため、冷却の必要がある。

前記第５高温ストリームは、分離部から排出されて第１アルコールタンクおよび反応部のうち少なくとも一つに投入されるストリームである。前記分離部での混合アルコールの分離は、加熱を伴って行われることができ、これによって分離部で分離され、第１アルコールタンクおよび反応部のうち少なくとも一つに投入されるストリームは、高温ストリームである。したがって、前記アルコールを第１アルコールタンクおよび反応器に投入するために冷却する必要があるため、前記第５高温ストリームは、冷却の必要がある。

上述の第１～第５高温ストリームの温度は、工程の運転条件や、反応原料であるジカルボン酸、第１アルコールおよび第２アルコールの具体的な選択に応じて変化し得るが、略１５０～２５０℃の範囲に含まれる。

本発明の熱交換システムにおいて、熱交換の対象になる低温ストリームは、第１～第４低温ストリームの互いに異なる４個の低温ストリームを含む。

第１低温ストリームは、第２水洗部から排出されて第２精製部に投入されるストリームであり、水洗過程を経たストリームは、相対的に低温を有し、以降、精製部では、ストリーム内の混合アルコールを分離するために加熱される必要があるため、加熱の必要がある。

第２低温ストリームは、第２アルコールタンクから排出されてトランス反応部に投入されるストリームであり、第２アルコールタンクに貯蔵される第２アルコールは、液体状態で存在するため、本ストリームは、相対的に低温を有し、以降、トランス反応部では、反応のために反応原料が加熱される必要があるため、加熱の必要がある。

第３低温ストリームは、第１水洗部から排出されて第１精製部に投入されるストリームであり、第１低温ストリームの場合と同様、水洗過程を経て低温を有し、以降、ストリーム内の第１アルコールを分離するために加熱される必要がある。

第４低温ストリームは、混合アルコールタンクから排出されて分離部に投入されるストリームであり、混合アルコールタンクに保管される混合アルコールは、第２低温ストリームと同様、液体状態で存在し、本ストリームは、相対的低温を有し、以降、分離部で、第１アルコールと第２アルコールを互いに分離するために加熱される必要があるため、加熱の必要がある。

上述の第１～第４低温ストリームの温度は、工程の運転条件や、反応原料であるジカルボン酸、第１アルコールおよび第２アルコールの具体的な選択に応じて変化し得るが、略２０～１３０℃の範囲に含まれる。

本発明の熱交換システムに含まれる熱交換部は、上述の第１～第５高温ストリームから選択される一つ以上の高温ストリームと、第１～第４低温ストリームから選択される一つ以上の低温ストリームとが互いに熱交換するように構成されたものである。前記熱交換部は、一つの熱交換装置を含むものであるか、複数個の熱交換装置を含むものであることができる。全工程のエネルギー効率を極大化するという意味で、前記熱交換装置は、複数個であることが好ましい。前記熱交換装置が複数個である場合、前記熱交換部は、複数個の熱交換装置をすべて含む熱交換システムそのものを意味し、各熱交換装置の種類や形態などは、熱交換の目的を達成することができるものであれば、特に制限されず、位置は、熱交換の対象になる高温ストリームと低温ストリームの熱交換がスムーズに行われるようにする位置であればさらに制限されない。

より具体的には、本発明の熱交換システムは、図２～図１１に図示されているように構成されることができる。図２～図１１に図示されている熱交換システムは、本発明の熱交換システムの一実施形態をそれぞれ図示したものであり、図１のジエステル系組成物の製造システムのうち熱交換の対象になるストリームのみを表し、残りのストリームは、その表示を省略しており、熱交換を行う熱交換器は、ＨＸで表した。本明細書の図２～図１１は、本発明の熱交換システムの一例を図示したものであって、本発明の範囲が図２～図１１の範囲に限定されるものではないことは明らかである。

図２に図示されている熱交換システムは、熱交換部が、第１高温ストリームが第３低温ストリームと熱交換し、第２高温ストリームおよび第３高温ストリームが第１低温ストリームと熱交換し、第４高温ストリームが第２低温ストリームと熱交換し、第５高温ストリームが第４低温ストリームと熱交換するように構成されたことを図示したものである。

図３に図示されている熱交換システムは、熱交換部が、第１高温ストリームが第２低温ストリームと熱交換し、第２高温ストリームおよび第３高温ストリームが第１低温ストリームと熱交換し、第４高温ストリームが第３低温ストリームと熱交換し、第５高温ストリームが第４低温ストリームと熱交換するように構成されたことを図示したものである。

図４に図示されている熱交換システムは、熱交換部が、第１高温ストリームが第２低温ストリームと熱交換し、第２高温ストリームおよび第３高温ストリームが第１低温ストリームと熱交換し、第４高温ストリームが第４低温ストリームと熱交換し、第５高温ストリームが第３低温ストリームと熱交換するように構成されたことを図示したものである。

図５に図示されている熱交換システムは、熱交換部が、第１高温ストリームが第２低温ストリームおよび第４低温ストリームと熱交換し、第２高温ストリームおよび第３高温ストリームが第１低温ストリームと熱交換し、第４高温ストリームが第３低温ストリームと熱交換するように構成されたことを図示したものである。

図６に図示されている熱交換システムは、熱交換部が、第１高温ストリームが第２低温ストリームおよび第４低温ストリームと熱交換し、第２高温ストリームおよび第３高温ストリームが第１低温ストリームと熱交換し、第５高温ストリームが第３低温ストリームと熱交換するように構成されたことを図示したものである。

図７に図示されている熱交換システムは、熱交換部が、第１高温ストリームが第４低温ストリームと熱交換し、第２高温ストリームおよび第３高温ストリームが第１低温ストリームと熱交換し、第４高温ストリームが第３低温ストリームと熱交換し、第５高温ストリームが第２低温ストリームと熱交換するように構成されたことを図示したものである。

図８に図示されている熱交換システムは、熱交換部が、第１高温ストリームが第３低温ストリームおよび第４低温ストリームと熱交換し、第２高温ストリームおよび第３高温ストリームが第１低温ストリームと熱交換し、第４高温ストリームが第３低温ストリームと熱交換し、第５高温ストリームが第２低温ストリームと熱交換するように構成されたことを図示したものである。

図９に図示されている熱交換システムは、熱交換部が、第１高温ストリームが第４低温ストリームと熱交換し、第２高温ストリームおよび第３高温ストリームが第１低温ストリームと熱交換し、第４高温ストリームが第２低温ストリームと熱交換し、第５高温ストリームが第３低温ストリームと熱交換するように構成されたことを図示したものである。

図１０に図示されている熱交換システムは、熱交換部が、第１高温ストリームおよび第２高温ストリームが第１低温ストリームと熱交換し、第３高温ストリームが第４低温ストリームと熱交換し、第４高温ストリームが第２低温ストリームと熱交換し、第５高温ストリームが第３低温ストリームと熱交換するように構成されたことを図示したものである。

図１１に図示されている熱交換システムは、熱交換部が、第１高温ストリームおよび第２高温ストリームが第１低温ストリームと熱交換し、第３高温ストリームが第４低温ストリームと熱交換し、第４高温ストリームが第３低温ストリームと熱交換し、第５高温ストリームが第２低温ストリームと熱交換するように構成されたことを図示したものである。

１１ 第１アルコールタンク
１２ 第２アルコールタンク
１０１ 第１アルコールストリーム
１０２ 第２アルコールストリーム（第２低温ストリーム）
２１ 反応部
２１１ 第１反応物ストリーム
２２ トランス反応部
２２１ 第２反応物ストリーム（第３高温ストリーム）
３ 予備精製部
３０１ 精製生成物ストリーム（第４高温ストリーム）
３０２ 精製生成物ストリーム
３０３ 未反応の第１アルコールストリーム（第２高温ストリーム）
４１ 第１水洗部
４１１ 第１中和生成物ストリーム（第３低温ストリーム）
４２ 第２水洗部
４２１ 第２中和生成物ストリーム（第１低温ストリーム）
５１ 第１精製部
５１１ 第１ジエステル系組成物ストリーム
５１２ 未反応の第１アルコールストリーム
５２ 第２精製部
５２１ 第２ジエステル系組成物ストリーム
５２２ 未反応混合アルコールストリーム（第１高温ストリーム）
６１ 混合アルコールタンク
６１１ 混合アルコールストリーム（第４低温ストリーム）
６２ 分離部
６２１ 第１アルコールストリーム（第５高温ストリーム）
６２２ 第２アルコールストリーム

Claims (14)

1. 第１アルコールの保管および投入のための第１アルコールタンクと、
   第２アルコールの保管および投入のための第２アルコールタンクと、
   前記第１アルコールとジカルボン酸をエステル化反応させて第１反応生成物を生成する反応部と、
   前記第１反応生成物内の未反応の前記第１アルコールを除去して精製生成物を生成する予備精製部と、
   前記精製生成物と第２アルコールをトランスエステル化反応させて第２反応生成物を取得するトランス反応部と、
   前記精製生成物を中和および水洗して第１中和生成物を取得する第１水洗部と、
   前記第２反応生成物を中和および水洗して第２中和生成物を取得する第２水洗部と、
   前記第１中和生成物内の未反応の前記第１アルコールを除去して混合アルコールタンクに投入し、残りの第１ジエステル系組成物を取得する第１精製部と、
   前記第２中和生成物内の未反応の前記第１アルコールおよび前記第２アルコールの混合アルコールを除去して混合アルコールタンクに投入し、残りの第２ジエステル系組成物を取得する第２精製部と、
   前記第１精製部から投入された前記第１アルコールと、前記混合アルコールと、を冷却および保管する混合アルコールタンクと、
   前記混合アルコールを前記第１アルコールと前記第２アルコールとして分離し、前記第１アルコールを前記第１アルコールタンクおよび前記反応部のうち少なくとも一つに投入し、前記第２アルコールを前記第２アルコールタンクに投入する分離部とを含むジエステル系組成物の製造システムに適用される熱交換システムであって、
   前記第２精製部から排出されて混合アルコールタンクに投入される第１高温ストリーム、前記予備精製部から排出されて第１アルコールタンクに投入される第２高温ストリーム、前記トランス反応部から排出されて第２水洗部に投入される第３高温ストリーム、前記予備精製部から排出されて第１水洗部に投入される第４高温ストリーム、および前記分離部から排出されて第１アルコールタンクに投入される第５高温ストリームからなる群から選択される一つ以上の高温ストリームと、
   前記第２水洗部から排出されて第２精製部に投入される第１低温ストリーム、前記第２アルコールタンクから排出されてトランス反応部に投入される第２低温ストリーム、前記第１水洗部から排出されて第１精製部に投入される第３低温ストリーム、および前記混合アルコールタンクから排出されて分離部に投入される第４低温ストリームからなる群から選択される一つ以上の低温ストリームとが互いに熱交換するように構成された熱交換部を含む、熱交換システム。
2. 前記熱交換部は、選択される一つの前記高温ストリームが選択される複数個の前記低温ストリームと互いに熱交換するように構成されている、請求項１に記載の熱交換システム。
3. 前記熱交換部は、選択される複数個の前記高温ストリームが選択される一つの前記低温ストリームと互いに熱交換するように構成されている、請求項１に記載の熱交換システム。
4. 前記熱交換部は、
   前記第１高温ストリームが前記第３低温ストリームと熱交換し、
   前記第２高温ストリームおよび前記第３高温ストリームが前記第１低温ストリームと熱交換し、
   前記第４高温ストリームが前記第２低温ストリームと熱交換し、
   前記第５高温ストリームが前記第４低温ストリームと熱交換するように構成されている、請求項１または請求項３に記載の熱交換システム。
5. 前記熱交換部は、
   前記第１高温ストリームが前記第２低温ストリームと熱交換し、
   前記第２高温ストリームおよび前記第３高温ストリームが前記第１低温ストリームと熱交換し、
   前記第４高温ストリームが前記第３低温ストリームと熱交換し、
   前記第５高温ストリームが前記第４低温ストリームと熱交換するように構成されている、請求項１または請求項３に記載の熱交換システム。
6. 前記熱交換部は、
   前記第１高温ストリームが前記第２低温ストリームと熱交換し、
   前記第２高温ストリームおよび前記第３高温ストリームが前記第１低温ストリームと熱交換し、
   前記第４高温ストリームが前記第４低温ストリームと熱交換し、
   前記第５高温ストリームが前記第３低温ストリームと熱交換するように構成されている、請求項１または請求項３に記載の熱交換システム。
7. 前記熱交換部は、
   前記第１高温ストリームが前記第２低温ストリームおよび前記第４低温ストリームと熱交換し、
   前記第２高温ストリームおよび前記第３高温ストリームが前記第１低温ストリームと熱交換し、
   前記第４高温ストリームが前記第３低温ストリームと熱交換するように構成されている、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の熱交換システム。
8. 前記熱交換部は、
   前記第１高温ストリームが前記第２低温ストリームおよび前記第４低温ストリームと熱交換し、
   前記第２高温ストリームおよび前記第３高温ストリームが前記第１低温ストリームと熱交換し、
   前記第５高温ストリームが前記第３低温ストリームと熱交換するように構成されている、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の熱交換システム。
9. 前記熱交換部は、
   前記第１高温ストリームが前記第４低温ストリームと熱交換し、
   前記第２高温ストリームおよび前記第３高温ストリームが前記第１低温ストリームと熱交換し、
   前記第４高温ストリームが前記第３低温ストリームと熱交換し、
   前記第５高温ストリームが前記第２低温ストリームと熱交換するように構成されている、請求項１または請求項３に記載の熱交換システム。
10. 前記熱交換部は、
    前記第１高温ストリームが前記第３低温ストリームおよび前記第４低温ストリームと熱交換し、
    前記第２高温ストリームおよび前記第３高温ストリームが前記第１低温ストリームと熱交換し、
    前記第４高温ストリームが前記第３低温ストリームと熱交換し、
    前記第５高温ストリームが前記第２低温ストリームと熱交換するように構成されている、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の熱交換システム。
11. 前記熱交換部は、
    前記第１高温ストリームが前記第４低温ストリームと熱交換し、
    前記第２高温ストリームおよび前記第３高温ストリームが前記第１低温ストリームと熱交換し、
    前記第４高温ストリームが前記第２低温ストリームと熱交換し、
    前記第５高温ストリームが前記第３低温ストリームと熱交換するように構成されている、請求項１または請求項３に記載の熱交換システム。
12. 前記熱交換部は、
    前記第１高温ストリームおよび前記第２高温ストリームが前記第１低温ストリームと熱交換し、
    前記第３高温ストリームが前記第４低温ストリームと熱交換し、
    前記第４高温ストリームが前記第２低温ストリームと熱交換し、
    前記第５高温ストリームが前記第３低温ストリームと熱交換するように構成されている、請求項１または請求項３に記載の熱交換システム。
13. 前記熱交換部は、
    前記第１高温ストリームおよび前記第２高温ストリームが前記第１低温ストリームと熱交換し、
    前記第３高温ストリームが前記第４低温ストリームと熱交換し、
    前記第４高温ストリームが前記第３低温ストリームと熱交換し、
    前記第５高温ストリームが前記第２低温ストリームと熱交換するように構成されている、請求項１または請求項３に記載の熱交換システム。
14. 請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の熱交換システムを含む、ジエステル系組成物の製造システム。

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