KR100344043B1 - 세슘교환된제올라이트x를사용한다른c8탄화수소로부터에틸벤젠의개선된흡착분리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 예기치 못한 이점을 제공하는, 특정 결정성 규산 알루미늄 제올라이트 분자체, 작동 온도 및 탈착 조성물을 사용하여 크실렌을 포함한 방향족 탄화수소의 복잡한 혼합물로부터 에틸벤젠을 흡착 분리하는 방법에 관한 것이다.

에틸벤젠은 크실렌을 포함한 C₈방향족 탄화수소와의 혼합물로부터 흡착제로서 실리카:알루미나의 비가 2.0:1 내지 2.3:1인 세슘 교환된 X 제올라이트를 사용하여 100 내지 125℃의 제한된 온도 범위에서 흡착 분리시킴으로써 회수한다. 디에틸벤젠 및 톨루엔의 혼합물은 바람직한 탈착제이다.

Description

세슘 교환된 제올라이트 X를 사용한 다른 C8 탄화수소로부터 에틸벤젠의 개선된 흡착 분리 방법

본 발명은 예기치 못한 잇점을 제공하는, 특정 결정성 규산 알루미늄 제올라이트 분자체, 작동 온도 및 탈착 조성물을 사용하여 크실렌을 포함한 방향족 탄화수소의 복잡한 혼합물로부터 에틸벤젠을 흡착 분리하는 방법에 관한 것이다.

당업계의 숙련가들은 방향족 탄화수소를 분리하는 데에 사용할 수 있는 많은 흡착 분리 방법에 익숙하다. 제올라이트 흡착제를 사용한 C₈방향족 화합물의 분리방법은 문헌에 기재되어 있다. 예를 들면, 미합중국 특허 제3867470호에는 세슘 이온으로 교환될 수 있는 포우저사이트(Faujasite) X를 사용하여 C₈방향족 탄화수소의 혼합물로부터 에틸벤젠을 흡착 분리하는 방법이 개시되어 있다.

미합중국 특허 제3943182호에는 크실렌과의 혼합물로부터 에틸벤젠을 회수하기 위하여 (I-A)족 금속(세슘일 수 있음)으로 이온 교환된 제올라이트 X의 용도가 개시되어 있다. 이 개시 발명에는 탈착제로서의 파라-디에틸벤젠 또는 p-디에틸벤젠과 벤젠의 혼합물의 용도, 및 제올라이트의 실리카 대 알루미나의 비 및 작열 감량(LOI)법으로 측정한 바의 제올라이트 내의 수분의 양과 같은 작동 매개변수의 중요성에 대한 논의가 부가되어 있다.

또한, 미합중국 특허 제4593149호에는 세슘 교환된 X 제올라이트를 이용한 에틸벤젠-크실렌 혼합물로부터의 에틸벤젠의 회수법이 개시되어 있다. 이 참고 문헌에는 디에틸벤젠 및 톨루엔을 포함한 적합한 개별 탈착제가 광범위하게 개시되어 있다.

본 발명은 에틸벤젠 및 크실렌을 함유하는 혼합물로부터 에틸벤젠을 분리하는 개선된 흡착 분리 방법에 관한 것이다. 이러한 개선은 좁은 온도 범위 내에서의 통상의 단계-시간/선택성/온도 상관성에 있어서의 예기치 못한 불연속성을 발견한데서부터 유래한다. 또한, 예기치 않은 상승적 효과는 두 개의 탈착 화합물들의 혼합물을 사용한 결과로부터 도출되었다. 이 방법은 적어도 일부분은 세슘으로 교환된 저급 실리카 제올라이트 X를 함유하는 흡착제를 사용한다. 또한 이 흡착제는 수분 함량이 낮은 것을 특징으로 한다. 디에틸벤젠 및(또는) 톨루엔이 탈착제로서 사용된다.

본 발명의 한 실시태양은, 에틸벤젠 및 적어도 1 종의 다른 C₈방향족 탄화수소를 함유하는 혼합물을, 100 및 125 ℃ 사이의 온도를 포함한 흡착 조건에서 실리카:알루미나의 비가 2.0:1 내지 2.3:1인 세슘 교환된 제올라이트 X를 함유하는 흡착제와 접촉시키고, 상기 에틸벤젠을 선택적으로 흡착시키며, 상기 혼합물 중의 비흡착 부분을 상기 흡착제와의 접촉으로부터 제거하고, 탈착 조건에서 파라-디에틸벤젠을 함유하는 탈착제로 탈착시켜 에틸벤젠을 회수하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 상기 혼합물로부터 에틸벤젠을 분리하는 방법에 관한 것이다.

에틸벤젠은 많은 유용한 제품의 제조에 사용되는 귀중한 시판품이다. 예를 들면, 이것은 플라스틱류에 사용하기 위한 스티렌을 제조하기 위하여 탈수소화시킬 수 있다. 에틸벤젠을 제조하는 주된 공업 경로는 벤젠의 알킬화이다. 그러나, 통상의 나프타 개질 대역의 유출수는 고 농도의 방향족 탄화수소를 함유하고, 이들 개질물 유출수로부터의 방향족 화합물이 풍부한 탄화수소 혼합물로부터, 현재에 크실렌을 회수하는 것과 동일한 방법으로 에틸벤젠을 흡착시킴으로써 회수하려는 제안이 있어 왔다. 또한 목적하는 크실렌 이성체의 회수 전 또는 그 이후에 크실렌 이성화 단위 중에서 순환하는 공정 스트림(stream)으로부터 에틸벤젠을 회수하는 제안이 있었다. 그러나, 에틸벤젠의 흡착 회수는 상업적으로 성공하지 못했고, 이들 원료 중에서 많은 에틸벤젠이 단순히 벤젠 또는 크실렌과 같은 다른 물질로 전환되었거나 또는 가솔린 중으로 시판될 뿐이었다.

본 발명의 목적은 기타 모노시클릭 방향족 탄화수소로부터의 에틸벤젠의 개선된 흡착 분리 방법을 제공하는 것이다. 추가의 목적은 크실렌이 풍부한 탄화수소 분획으로부터 에틸벤젠을 회수하는 흡착 방법을 제공하는 것이다.

이들 목적들은 저급 실리카 제올라이트 X를 함유하는 탈착제, 신규 탈착계 및 특수 공정 조건들을 사용함으로써 달성된다. X형 제올라이트는 일반적으로 미합중국 특허 제2882244호에 기재되어 있다. 본 발명의 방법에 사용된 X 제올라이트의 실리카:알루미나의 구성비는 2.3:1 미만이어야 하고, 2.2:1 미만, 바람직하게는2.1:1 미만이어야 한다. 실리카:알루미나의 비가 2.0:1인 세슘-교환된 X 제올라이트는 그 비가 2.5:1인 동등한 X 제올라이트 보다 큰 공극 반경(14.00 대 12.93 Å) 및 더 적은 랑뮤어(Langmuir) 표면(536 대 573 m/g)과 용적 (115 대 124 cc/g)을 갖는 것으로 밝혀졌다.

제올라이트 X 분자체는 원래의 나트륨이 높은 %로 세슘 이온으로 치환되도록 이온 교환되는 것이 중요하다. 당업계의 숙련가들에게 널리 공지된 교환 방법은 본 발명의 제올라이트에 적합하다. 나트륨 이온의 40 몰% 이상을 세슘 이온으로 치환하는 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 나트륨 이온의 50 내지 60% 이상을 세슘 이온으로 치환하는 것이다. 세슘의 효과에 대한 더 많은 정보가 하기의 실시예 4에 주어져 있다.

흡착제의 성능은 작동 조건, 공급 스트림 조성물, 수분 함량 및 탈착제 조성물과 같은 그의 조성과 관계없는 많은 매개 변수에 의하여 크게 영향을 받는다. 따라서, 최적 흡착제 조성은 많은 상관 변수에 의존한다. 한 가지 이러한 변수는 흡착제의 수분 함량인데, 이는 본 명세서에서는 공지된 작열 감량(LOI)시험으로 나타낸다. 예를 들면, 상기 인용한 뉴질(Neuzil)은 제올라이트 내의 물의 양이 증가됨에 따라 X 제올라이트의 에틸벤젠 흡수능이 증가하고, 크실렌 배척능이 감소된다는 것을 보고하고 있다. LOI 시험에서 제올라이트 흡착제의 휘발성 물질 함량은 흡착제 샘플을 질소와 같은 불활성 기체 퍼징하 900 ℃에서 일정 중량을 얻기에 충분한 시간 동안 건조시키기 전후에 얻은 중량 차이로 결정한다. 900 ℃에서 2 시간 동안 하소시킨 후의 샘플의 초기 중량의 백분율로 계산한 중량차는 900 ℃에서의 작열감량으로 알려지고 흡착제 내에 존재하는 휘발성 물잘을 나타낸다. 흡착제의 수분 함량은 900℃ LOI 값 0.5 % 미만, 바람직하게는 0.5 내지 0.2 중량% 범위 내인 것이 바람직하다.

통상적으로, 분리 방법 중에 사용된 흡착제 입자는 무정형 물질 또는 입자 형성에 사용된 점토와 같은 무기 매트릭스 중에 분산된 소량의 제올라이트 결정을 포함한다. 제올라이트는 통상적으로 흡착 입자 내에 휘발성 물질이 제거된 조성물을 기준으로 하여 75 내지 98 중량% 범위의 양으로 존재할 것이다. 휘발성 물질이 제거된 조성물은 일반적으로 모든 휘발성 물질을 제거하기 위해 900 ℃에서 흡착제를 하소시킨 후에 측정한다. 흡착제 잔류물은 일반적으로 제올라이트 물질의 소립자와의 균질 혼합물로서 존재하는 실리카, 티타니아, 또는 알루미나 또는 그의 혼합물과 같은 무기 매트릭스 물질, 또는 점토와 같은 화합물일 것이다. 이 매트릭스 물질은 제올라이트 제조 과정의 부속물일 수 있거나(예를 들면, 그의 제조 동안에 제올라이트를 의도적으로 불완전하게 정화시킴으로써) 또는 비교적 순수한 제올라이트에 첨가될 수 있으나, 어떤 경우에도 그의 사용 목적은 제올라이트를 경질 결정성 입자(예, 목적하는 입도 범위를 갖는 압출체, 응집제, 환체, 거대환체 또는 과립체) 로 형성시키거나 또는 응집시키는 것을 보조하는 결합제로서이다. 통상의 흡착제는 0.25 내지 1.19 mm(16-60 미합중국 표준 메쉬)의 입도 범위를 가질 것이다.

본 발명에서 에틸벤젠의 분리는 에틸벤젠을 선택적으로 흡착하는 반면 공급 스트림 중 다른 성분은 변하지 않게 통과시키는 흡착제 층 위로 공급 혼합물을 통과시켜 수행한다. 공급물의 흐름을 정지시키고 흡착 대역을 씻어내어 흡착제 주변의 비흡착 물질을 제거한다. 이어서, 흡착제 층을 통하여 탈착제 스트림을 통과시켜 에틸벤젠을 흡착제로부터 탈착시키며 바람직하게는 탈착 물질은 방향족 탄화수소로 이루어진다. 탈착 물질은 또한 통상적으로 흡착제 주변 또는 흡착제 내의 공극으로부터 비흡착 물질을 씻어내는 데에 사용된다.

본 명세서에서 사용된 각종 용어는 다음과 같이 정의된다. "공급 혼합물"은 본 발명의 방법으로 분리되는 1 종 이상의 추출 성분들 및 1 종 이상의 라피네이트 성분들로 이루어진 혼합물이다. "공급 스트림"이라는 용어는 본 발명에 사용된 흡착제를 통과하는 공급 혼합물의 스트림을 나타낸다. "추출 성분"은 흡착제에 의하여 보다 선택적으로 흡착되는 화합물 또는 화합물 족인 반면, "라피네이트 성분"은 덜 선택적으로 흡착되는 화합물 또는 화합물 형이다. "탈착 물질"이라는 용어는 일반적으로 추출 성분을 탈착시킬 수 있는 물질을 의미할 것이다. "라피네이트 스트림" 또는 "라피네이트 배출 스트림"은 라피네이트 성분이 흡착층으로부터 제거된 스트림을 의미한다. 라피네이트 스트림의 조성은 본질적으로 100 % 탈착제 물질에서부터 본질적으로 100 % 라피네이트 성분에까지 가변될 수 있다. "추출 스트림" 또는 "추출 배출 스트림"은 탈착 물질에 의하여 탈착된 추출 물질이 흡착층으로부터 제거된 스트림을 의미한다. 유사하게 추출 스트림의 조성도 본질적으로 100 % 탈착제 물질에서부터 본질적으로 100 % 추출 성분에까지 가변될 수 있다. 추출 생성물 및 라피네이트 생성물을 제조하기 위하여 탈착 물질의 적어도 일부분을 회수하는 분리 수단, 통상적으로는 분별기에 추출 스트림 및 라피네이트 스트림의 적어도 일부분을 통과시킨다. 용어 "추출 생성물" 및 "라피네이트 생성물"은 추출 성분 및 라피네이트 성분을 각각 추출 스트림 및 라피네이트 스트림 내에 존재하는 것 보다 더 높은 농도로 함유케하는 방법으로 제조한 생성물을 의미한다. 용어 "풍부한"은 50 몰% 이상의 지시 화합물 또는 화합물 족의 농도를 나타내는 것을 의도로 한다.

탈착제를 사용한 추출 성분의 교환속도는 일반적으로 흡착 대역 내에서의 펄스 시험 동안에 방출된 각종 화합물의 조성을 시간에 대해 플롯하여 얻어진 반 강도에서의 피크 포락면(envelope)의 너비를 특징으로 할 수 있다. 피크 너비가 좁을수록, 탈착속도가 빨라진다. 각종 성분들의 교환속도는 문헌[Principles of Adsorption and Processes by Douglas M. Ruthven, published by John Wiley & Sons, 1984]의 식에 따라 성분들의 순 보유 용적 및 피크 절반 너비로부터 계산된 "단계 시간"으로서 표현할 수 있다. 탈착 속도는 또한 표지 물질의 피크 포락면의 중심과 금새 탈착된 추출 성분의 소실 중심 사이의 거리를 특징으로 할 수 있다. 이 거리는 상기 시간 간격 동안에 펌핑된 탈착제의 용적이다.

라피네이트 성분에 관한 추출 성분에 대한 선택도, (β)는 추출 성분 피크 포락면의 중심과 표지 물질의 피크 포락면의 중심(또는 다른 기준점) 사이의 거리 대 라피네이트 성분 피크 포락면과 표지 물질의 피크 포락면의 중심 사이의 대응 거리의 비를 특징으로 할 수 있다.

상대 선택도는 다른 공급 화합물에 비교하기 위한 하나의 공급 화합물의 경우 뿐만 아니라, 임의의 공급 혼합물 성분과 탈착제 물질 사이에서도 나타날 수 있다. 본 출원 전체에서 사용된 바의 선택도, (β)는 평형 조건에서 흡착된 상에서의 두 성분의 비를 비흡착된 상에서의 동일한 두 성분들의 비로 나누는 것으로 정의된다. 상대 선택도는 하기식 1로서 나타낸다.

여기서, C 및 D는 중량%로 나타낸 공급물 중의 두 성분이고 아랫첨자 A 및 U는 각각 흡착된 상 및 비흡착된 상을 나타낸다. 흡착제 층 위를 통과하는 공급물이 조성을 변화시키지 않을 경우에, 다시 말해서, 비흡착된 상 및 흡착된 상 사이에서의 물질의 실질적인 이동이 일어나지 않을 때 평형 조건이 결정된다.

두 성분의 선택도는 약 1.0에 근접한 경우에는, 그 중 한 성분에 대해 흡착제에 의한 다른 하나의 흡착성이 더 우월하지는 않으며, 이들은 모두 서로서로에 대하여 거의 동일한 정도로 흡착된다. β가 1.0 보다 작거나 또는 더 큰 경우에는, 다른 성분에 대한 한 성분의 흡착제에 의한 흡착성이 더 우월하다. 성분 D에 대한 성분 C의 흡착제에 의한 선택도를 비교하면, 1.0 보다 더 큰 β는 흡착제 내에서의 성분 C의 우월한 흡착성을 나타낸다. 1.0 보다 적은 D는 비흡착 상에서는 성분 C가 더 풍부하고 흡착 상에서는 성분 D가 더 풍부하게 되어 결국 성분 D가 우월하게 흡착된다는 것을 지적한다.

라피네이트 성분으로부터 추출 성분을 분리하는 것이 이론적으로는 라피네이트 성분에 대한 추출 성분의 흡착제의 선택도가 1 보다 그다지 크지 않는 경우에 가능하지만, 이러한 선택도는 2의 값에 접근하는 것이 바람직하다. 분별 증류에 있어서의 상대 휘발도와 유사하게, 선택도가 커질수록 흡착 분리의 실행이 더 용이해진다. 보다 높은 선택도는 흡착제 소량을 사용하는 것을 가능하게 한다.

여러 조건 또는 상이한 흡착제/탈착제 조성에서의 흡착 단계의 "속도"는 단계 시간으로 측정 및 비교할 수 있다. 단계 시간은 통상적으로 온도에 역 상관성이 있다. 즉, 온도가 상승함에 따라, 단계 시간은 감소한다. 따라서 저 단계 시간은 주어진 양의 공급 물질을 분리하는 데에 소량의, 저가 장치가 요구되는 것을 의미하므로 통상적으로 보다 높은 온도가 바람직하다. 한편, 선택도는 통상적으로 보다 높은 온도에 의해서는 부정적인 영향을 받는다. 즉, 선택도는 온도가 상승함에 따라 감소된다. 따라서, 상기 타입의 상업적 규모의 분리 장치를 고안하는 데에 있어서, 단계시간 대 선택도의 균형 또는 조정에 기초하여 작동 조건을 선택하는 것이 필요하다.

하기에 나타내는 바와 같이 단계 시간/선택도/온도에 있어서의 예기치 못한 불연속성의 존재를 발견하였다. 이 예기치 못한 결과는 100 내지 125 ℃ 사이의 온도에서 작동하도록 하고, 양호한 전달속도 및 양호한 선택성면에서의 균형을 얻도록 한다. 약 150 ℃ 이상에서는 선택도가 감소되어 우수한 전달속도를 얻지 못한다. 100℃에서는 열등한 전달속도를 얻는다.

흡착제의 중요한 특성은 공급 혼합 물질의 추출 성분에 대한 탈착제의 교환 속도, 즉, 다시 말하면, 추출 성분의 탈착의 상대 속도이다. 이 특성은 흡착제로 부터 추출 성분을 회수하기 위하여 본 방법에 사용되어야 할 탈착제 물질의 양에 직접적으로 관련이 있다. 보다 빠른 교환속도는 추출 성분을 제거하는 데에 필요한탈착제 물질의 양을 감소시키고, 이어서, 본 방법의 작동 비용면에서의 감소를 가져온다. 교환속도가 빨라짐에 따라, 본 발명을 통하여 펌핑되고 본 방법에서 재활용하기 위하여 추출 스트림으로부터 분리되어야 할 탈착제 물질이 적어진다. 이상적으로는, 모든 추출 성분들을 적당한 유속을 갖는 탈착제 물질군으로 탈착시킬 수 있고, 추출 성분들이 차후의 흡착 단계에서 탈착제 물질을 치환할 수 있도록 모든 추출 성분에 대하여 1 또는 그 보다 다소 적은 선택도를 가져야 한다.

흡착 분리 방법에 사용되는 탈착 물질을 선택하는 것은 사용되는 작동의 형태와 같은 변수에 의존하여 가변한다. 실질적으로 일정 압력 및 온도에서 일반적으로는 연속적으로 작동하는 액상을 얻기 위한 흡착 분리 방법에서는, 탈착제 물질은 많은 기준들을 만족시키기 위하여 현명하게 선택되어야 한다. 먼저, 탈착제 물질은 하기의 흡착 사이클에서 추출 성분이 탈착제 물질과 치환되는 것을 크게 방해할 정도로 그 자체가 그리 강하게 흡착되지 않는 적당한 질량 유속의 흡착제로부터 추출 성분과 치환되어야 한다. 선택도에서 나타낸 바와 같이, 흡착제는 라피네이트 성분과 관련된 탈착제 물질에 대해서 보다 라피네이트 성분과 관련된 추출 성분 모두에 대해 더 선택적이어야 하는 것이 바람직하다. 이차적으로, 탈착제 물질은 특정한 흡착제 및 특정한 공급 혼합물과 상용적이어야 한다. 더 구체적으로는, 이들은 라피네이트 성분과 관련된 추출 성분에 대한 흡착제의 임계 선택도를 감소시키거나 또는 파괴시키지 않아야 한다. 추가로, 탈착제 물질은 화학적으로 반응하지 않거나 또는 추출 성분 또는 라피네이트 성분 중의 어느 것과도 화학적 반응을 일으키지 않아야 한다. 추출 스트림 및 라피네이트 스트림은 모두 통상적으로 탈착제 물질과혼합된 흡착제로부터 분리되고, 탈착제 물질과 추출성분 또는 라피네이트 성분 또는 이 두가지를 포함하는 임의의 화학반응은 생성물 회수를 복잡하게 하거나 또는 방해할 것이다.

탈착제로서 톨루엔 및 파라디에틸벤젠의 혼합물을 사용한 결과, 요구되는 단계 시간면에서의 예기치 않은 감소를 가져왔음을 발견하였다. 실제의 상승적 결과는 어느 탈착제의 단계 시간의 평균이 아니고, 어느 단독 탈착제에 대한 단계 시간 이하이다.

라피네이트 스트림 및 추출 스트림 모두가 통상적으로 탈착제 물질을 함유하기 때문에, 추가적으로 탈착재 물질은 본 과정을 통과하는 공급 혼합물로부터 용이하게 분리할 수 있는 물질이어야 한다. 추출 스트림 및 라피네이트 스트림 중에 존재하는 탈착제 물질의 적어도 일부분을 분리하는 방법이 아니면, 추출 생성물 내의 추출 성분의 농도 및 라피네이트 생성물 내의 라피네이트 성분의 농도는 매우 높지 않을 것이고, 이 방법에서 재활용에 이용 가능한 탈착제 물질도 없을 것이다. 그러므로, 탈착제 물질의 적어도 일부분은 통상적으로 증류법 또는 증발법에 의하여 흡착 분리 방법 중의 추출 및 라피네이트 스트림으로부터 분리되지만, 또한 역삼투법과 같은 다른 분리 방법은 단독으로 사용하거나 또는 증류법 또는 증발법과 함께 사용할 수 있다. 마지막으로, 탈착제 물질은 용이하게 이용할 수 있고 따라서 가격면에서도 합리적인 물질이어야 한다.

역학적 시험 "펄스 시험" 장치를 사용하여 특정 공급 혼합물 및 탈착제 물질로 흡착제를 시험함으로써 흡착용량, 선택도, 용해능 및 교환속도와 같은 흡착 특성을 측정할 수 있다. 본 명세서에서 사용된 장치는 챔버의 마주편 단부에 유입부 및 배출부를 갖는 약 70 cc 용적의 흡착 챔버로 이루어져 있다. 이 챔버 내에는 일정한 소정의 압력에서 챔버를 조작하는 데에 사용되는 온도 조절 수단 및 압력 조절 장치가 포함되어 있다. 굴절계, 선광계 및 크로마토그래피와 같은 정성 및 정량 분석 장치를 챔버의 유출 라인에 부착시켜 흡착제 챔버를 떠나는 방출 스트림 중 1 종 이상의 성분을 정량적으로 탐지하거나 또는 정성적으로 측정하는 데에 사용할 수 있다. 펄스 시험 동안에, 특정 탈착제 물질을 흡착,챔버에 통과시킴으로써, 흡착제를 탈착제 물질과 평형이 되도록 충전시킨다. 때때로 탈착제 중에 희석된 공급 혼합물을 수 분 동안 주입시킨다. 탈착제 흐름을 회복시키고 공급 성분을 액체-고체 크로마토그래피 조작으로 용출시킨다. 유출물을 스트림-상에서 분석하거나 또는 유출 샘플을 주기적으로 수집하고 차후에 개별적으로 분석하고 표지 물질의 대응 성분 피크의 포락면의 자취를 나타낼 수 있다.

시험으로부터 유추해 낸 정보로부터, 흡착능을 공극 용적, 추출 성분 또는 라피네이트 성분에 대한 보유 용적, 한 성분의 다른 성분에 대한 선택도, 성분들 사이의 용해능 및 탈착제에 의한 추출 성분의 탈착속도 면에서 평가할 수 있다. 추출 성분 또는 라피네이트 성분의 보유 용적은 추출 성분 또는 라피네이트 성분의 피크 포락면의 중심과 표지 물질의 피크 포락면 또는 몇몇 다른 공지된 기준점 사이의 거리로부터 결정할 수 있다. 보유 용적은 피크 포락면 사이의 거리로 나타내어지는 시간 간격 동안 펌핑된 탈착제의 용적(cm³)으로 표현된다.

양호한 예비계에 대한 보유 용적은 시판 고안품에 외삽시켜 결정한 범위 이내에 해당한다. 매우 적은 보유 용적은 두 성분들 사이에 거의 분리가 일어나지 않음으로 나타낸다. (한 물질은 충분히 강하게 흡착되지 않는다.) 큰 추출 보유 용적은 탈착제가, 보유된 추출 화합물을 제거하기 어렵다는 것을 나타낸다. 본 명세서에 기재한 펄스 시험에 있어서, 30 내지 90 cc의 넓은 범위의 보유 용적이 바람직하다.

시판 단위에서, 흡착제는 공급 혼합물 및 탈착제 물질과 교대로 접촉된 고정층 형태로 사용될 수 있다. 본 발명의 가장 간단한 실시태양으로, 흡착제는 단일 정지층의 형태로 사용되며, 이 경우 공정은 반연속적이다. 다른 실시태양에서, 2개 이상의 정지층 세트를 적절한 밸브와 함께 사용하여 공급 혼합물이 1 개 이상의 흡착층을 통과하는 동안 탈착제 물질이 세트 중의 1 개 이상의 다른 층을 통과하도록 할 수 있다. 공급 혼합물 및 탈착제 물질은 흡착제를 통과하여 상부로 또는 하부로 흐를 수 있다.

정지층 유체-고체 접촉에서 사용되는 통상의 장치를 본 방법의 통상의 실시태양에서 사용할 수 있다. 그러나, 항류식 이동층 또는 유의(Simulated) 이동층 항류식 유동계는 고정 흡착층계 보다 훨씬 큰 분리능을 가지므로 시판 장치에 바람직하다. 한 가지 이러한 이동층계는 미합중국 특허 제4385993호에 기재되어 있다. 이동층 또는 유의 이동층 방법에서, 흡착 및 탈착 작업은 추출 및 라피네이트 스트림 모두를 연속적으로 제조하고 공급 및 탈착 스트림을 연속적으로 사용하도록 연속 수행된다.

한 가지 바람직한 흡착 접촉 방법은 유의 이동층 항류식 유동계로서 당업계에 공지된 것을 이용한다. 작동 원리 또는 이러한 유동계의 배열은 미합중국 특허 제2985589호 및 미합중국 특허 제3310486호에 게시되어 있다. 이러한 계에서, 흡착제 챔버 아래의 다수의 액체 접점의 상부로의 이동은 챔버 내에 포함된 흡착제의 상부로의 이동과 유사하다. 통상적으로 단지 네 개의 접선은 언제라도 활성적이다: 공급 유입 스트림, 탈착제 유입 스트림, 라피네이트 유출 스트림 및 추출 유출 스트림 접선이 그것이다. 상기 유의 고체 흡착제의 상부로의 이동과 동시에 흡착제의 충전층의 공극 용적을 차지하는 액체의 이동이 있다. 유의 이동을 계속하기 위하여, 흡착제 챔버 아래로의 액체 흐름을 펌프로 제공할 수 있다. 활성의 액체 접점이 사이클을 통하여, 즉, 챔버의 상부로부터 하부로 이동하므로, 챔버 순환 펌프는 상이한 유속을 제공한다. 계획된 유동성 조절기는 이들 유속을 고정하고 조절할 수 있다.

흡착제의 고정층을 통한 유입 및 배출 스트림의 사이클 진행은 매니폴드내 밸브들을 유입 및 배출 스트림을 이동시킬 수 있도록 연속적인 방식으로 작동시키고, 그럼으로써 고체 흡착제에 대한 유체의 흐름을 항류식으로 흐르게 하는 매니폴드 계를 사용함으로써 수행할 수 있다. 유체에 대해 고체 흡착제를 항류식으로 흐르게 할 수 있는 다른 작동 방식은 공급물 유입, 추출물 배출, 탈착제 유입 및 라피네이트 배출 스트림이 흡착제 층을 통하여 동일한 방향으로 진행되는 밸브 및 라인에 유입 및 배출 스트림이 연결된 회전성 디스크 밸브를 사용하는 것을 포함한다. 매니폴드 배열 및 디스크 밸브 둘다 당업계에 공지되어 있다. 다수의 밸브가있는 장치는 미합중국 특허 제4434051호에 상세히 기재되어 있다. 이 작업에서 사용할 수 있는 회전 디스크 밸브는 미합중국 특허 제3040777호 및 미합중국 특허 제3422848호에 기재되어 있다.

시판되는 장치에서 추출 배출 스트림의 적어도 일부분은 분별 칼럼과 같은 분리 수단을 통과하는데, 여기서, 탈착제 물질의 일부분은 저농도의 탈착제 물질 및 탈착 재순환 스트림을 포함하는 추출 생성물을 생산하기 위하여 회수될 수 있다. 바람직하게는, 라피네이트 배출 스트림의 적어도 일부분을 또한 분리 수단에 통과시킬 수 있는데, 여기서, 탈착 물질의 일부분은 저농도의 탈착제 물질을 포함하는 추가의 재순환 탈착제 및 라피네이트 생성물을 제조하기 위하여 회수된다. 이러한 분별 증류 시설의 설계는 분리되는 물질, 탈착 조성물 등에 의존할 것이다.

본 발명의 방법에 사용하기에 적합한 유의 이동층 유동계의 다른 형태는 미합중국 특허 제4402832호 및 미합중국 특허 제4478721호에 개시된 병류식 고 효율성 유의 이동층 방법이다. 이 방식의 작업은 다소 낮은 순도를 갖는 생성물도 적합한 경우, 그의 에너지 효율성 및 저렴한 가격 때문에 바람직할 수 있다.

액체 및 증기 상 양쪽 작업이 많은 흡착 분리 방법에 사용될 수 있지만, 액체-상 작업이 바람직하다. 100 내지 125 ℃의 온도 범위를 포함한 흡착 조건이 매우 바람직하다. 또한 101.3 내지 1825 kPa(대기압 내지 250 psig)의 압력의 액체 상 작업을 만족시키기에 요구되는 101.3 내지 3350 kPa(대기압 내지 500 psig)의 압력 범위를 갖는 흡착 조건이 바람직하다. 승온된 온도는 보유 용적을 감소시키는 경향이 있다. 바람직하게는 탈착 조전은 흡착에 사용된 바와 동일한 온도 및 압력을 포함한다.

실시예 1

방법 수행에 있어서 온도의 효과를 흡착제층 중 공탑 속도 1.12 cm/분을 포함하는 다른 균일 조건에서 수행하는 실험으로 측정하였다. 흡착제는 세슘 교환된 X 제올라이트였다. 탈착제는 파라-디에틸벤젠이었다. 테스트를 70cc 흡착 칼럼 상에서 2cc 공급량의 펄스를 사용하여 수행하였다. 이 실시예의 시험들 모두에서 공급 펄스는 동일량의 파라-크실렌, 오르토-크실렌, 메타-크실렌, 에틸벤젠 및 통상의 C₉파라핀의 혼합물을 함유하였다. 흡착제는 LOI 0.1 중량% 미만이고 실리카 대 알루미나의 비 2.0:1이며 교환가능한 부위의 54%에 해당하는 양이 세슘으로 교환된 제올라이트 X였다. 하기의 표 1은 공급 펄스의 크실렌 성분들에 대한 에틸벤젠의 선택도, β값의 요약을 나타낸다.

표 1의 데이타를 검토하면 선택성은 100 ℃에서의 선택도로 알 수 있는 바와 같이 보다 낮은 온도에서 더 양호하다는 것을 나타낸다. 그러나, 저온에서의 작동 이익은 저온의 유해성과 대조하여 평가되어야 한다. 저온 작동시의 가장 큰 단점은 흡착제에 대한 각종 공급 성분의 전달 속도의 감소이다. 전달속도 감소의 결과 개별 성분의 흡착 프로파일 또는 포락면을 넓히게 한다. 이 결과, 조건들의 임의의 한 세트의 조건에 대해 포락면이 더 겹치게 된다. 포락면의 겹침은, 2 이상의 성분이 겹치게 되는 추출 스트림의 일부에 존재할 것이고 각종 스트림의 순도는 감소될 것임을 의미한다. 이를 보상하기 위하여, 동일 분리 정도로 분리를 수행하는 데 사용되는 흡착제의 양을 증가시키는 것이 필요하다. 이는 공정의 비용을 증가시킨다.

표 2는 표 1에 주어진 데이타에서와 동일한 온도에서 p-크실렌 및 에틸벤젠의 단계 시간을 나타낸다. 125와 150 ℃ 사이의 단계 시간에 있어서의 불연속성 또는 턱모양이 이 데이타로부터 명백하다.

실시예 2

많은 실험으로 상이한 탈착제의 성능을 측정하였다. 흡착제는 실리카:알루미나의 비 2.0:1이고 LOI 0.5 중량% 미만인 제올라이트 X였다. 제올라이트는 세슘으로 교환되어 약 54 % 세슘 이온 함량을 얻었다. 탈착제는 표 3에 기재한 바와 같이 다양하였다. 시험을 70 cc 흡착 칼럼에서 2 cc 공급 펄스를 사용하여 100 ℃에서 수행하였다. 이 실시예의 모든 시험에서 공급 펄스는 동등량의 파라-크실렌, 오르토-크실렌, 메타-크실렌, 에틸벤젠 및 통상의 C₉파라핀의 혼합물을 함유하였다. 표 3은 공급 펄스의 주요 성분에 대한 에틸벤젠 흡착의 측정된 선택도를 요약한다.

탈착제의 농도는 선택적 흡착 방법의 성공에 있어 중요한 인자이다. 예를 들면 보다 진한 탈착제는 그렇지 않다면 허용되지 않을 높은 생성물 보유 용적을 갖는 더 선택적인 흡착제를 사용할 수 있게 한다. 톨루엔 및 p-디에틸벤젠은 그들의비용면에 중심을 둔 경제적 관점에서 볼 때 바람직한 탈착제이다. 표 3의 데이타는 톨루엔 또한 양호한 선택성을 제공함을 예시한다. 이는 12.3 ml의 낮은 순 보유 용적을 갖는다는 점에서 추가의 잇점을 갖는다. 파라-디에틸 벤젠은 톨루엔보다 더 양호한 선택성을 갖지만 33.1 ml의 열등한(높은) 순 보유 용적을 갖는다.

실시예 3

실험을 양호한 순 보유 용적 및 높은 선택성 모두를 제공하는 탈착 조성물을 얻기 위한 시도로 수행하였다. 125 ℃에서 작동되는 70 cc 흡착 칼럼 상에서 2 cc 공급 펄스를 사용하여 시험을 수행하고, 교환가능 부위의 54 %가 세슘 이온을 포함하며 실리카 대 알루미나의 비가 2.0:1이고, LOI 0.5 중량% 미만인 제올라이트 X를 넣었다. 이 실시예의 시험에서 공급 펄스는 동등량의 파라-크실렌, 오르토-크실렌, 메타-크실렌 및 노난의 혼합물을 함유하였다.

톨루엔 및 p-디에틸벤젠 50 용적%를 함유하는 탈착제 혼합물을 사용한 에틸벤젠의 순 보유 용적은 17.9 ml이었고 파라, 메타 및 오르토 크실렌에 대한 선택도는 각각 1.86, 2.57 및 2.10이었다. 톨루엔 및 디에틸벤젠 30/70 용적% 혼합물을 함유하는 탈착제를 사용한 에틸벤젠 순 보유 용적은 22 ml이었고 세 개의 크실렌에 대한 선택도는 2.04, 2.92 및 2.26이었다.

더 흥미롭고 예기치 못했던 것은 50 용적% 보다 큰 에틸벤젠 농도에서 나타난 감소된 에틸벤젠 단계 시간의 상승적 결과였다. 하기의 표는 각종 p-DEB/톨루엔 혼합물에 대한 상기 데이타이다.

실시예 4

제올라이트성 흡착제의 이온 교환은 흡착제 성능에 큰 영향을 미칠 수 있다. 이런 이유로 LOI 0.5 중량% 미만인 제올라이트 X의 성능에 대한 세슘 교환 정도의 영향을 연구하기 위하여 많은 시험을 행하였다. 이들 시험은 70 cc 흡착제층 상에서 탈착제로서 100 용적% 톨루엔 및 2 cc 4-성분 공급 펄스를 사용하여 100℃에서 수행하였다. 원래의 나트륨의 세슘 교환 농도는 25 내지 64 몰%로 가변되었다. 이들 시험의 결과에 기초하여, 메타 및 오르토크실렌에 대한 에틸벤젠의 선택성은 세슘 교환량이 증가함에 따라 증가되었는데, 체에 50 % 세슘이 존재한 이후에는 증가비가 가속되었다. 그러나, 체내의 세슘 농도가 50 %를 초과한 후에는 파라크실렌에 대한 에틸벤젠의 선택성은 감소하였다. 파라크실렌을 제외한 4 개의 공급 성분 모두에 대한 순 보유 용적은 체내에 약 56 몰%의 세슘이 존재한 후에는 감소되기 시작한다는 것을 알아내었다. 상기 데이타를 기초로 하여, 이 체는 그의 교환 가능 부위내에 50 몰% 이상의 세슘 및 더 바람직하게는 60 몰% 미만의 세슘을 함유하도록 교환되는 것이 바람직하다.

따라서, 본 발명의 한 실시 태양은 에틸벤젠 및 적어도 1 종의 크실렌을 함유하는 혼합물을 교환가능한 제올라이트 부위의 50 내지 60 %가 세슘으로 교환되며 실리카:알루미나의 비가 약 2.0인 제올라이트 X를 포함하는 흡착제와 흡착 조건에서 접촉시키고, 상기 에틸벤젠을 선택적으로 흡착시키며, 상기 흡착제와의 접촉으로부터 상기 혼합물 중의 비흡착 부분을 제거하고, 탈착 조건에서 톨루엔 25 용적% 이상 및 p-디에틸벤젠 50 용적% 이상을 함유하는 탈착제로 탈착시킴으로써 에틸벤젠을 회수하는 것으로 이루어진, 상기 혼합물로부터 에틸벤젠을 분리하는 연속적인 방법으로서 특징화될 수 있다. 이 혼합된 탈착제 실시태양에서, 탈착제는 톨루엔 및 디에틸벤젠을 각각 약 25 용적% 이상으로, 그리고 매우 바람직하게는 p-디에틸벤젠 50 용적% 이상으로 함유하는 것이 바람직하다. 탈착제는 톨루엔 30 내지 50 용적% 및 디에틸벤젠 약 50 내지 70 용적% 이상을 함유하는 것이 더 바람직하다.

Claims (8)

1. 에틸벤젠 및 적어도 1 종의 다른 C₈방향족 탄화수소를 함유하는 혼합물을 100 내지 125 ℃의 온도를 포함한 흡착 조건에서 실리카:알루미나의 비가 2.0:1 내지 2.3:1인 세슘 교환된 제올라이트 X를 포함하는 흡착제와 접촉시키고, 상기 에틸벤젠을 선택적으로 흡착시키며, 상기 흡착제와의 접촉으로부터 상기 혼합물 중의 비흡착 부분을 제거하고, 탈착 조건에서 파라-디에틸벤젠을 함유하는 탈착제로 탈착시켜 에틸벤젠을 회수하는 것을 포함하는, 상기 혼합물로부터 에틸벤젠의 분리 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 탈착제가 25 용적% 이상의 톨루엔을 함유하는 방법.
3. 제1항 또는 2항에 있어서, 흡착제가 제올라이트의 교환가능한 부위의 40 %를 초과하는 부위에서 세슘으로 이온-교환되고, 실리카:알루미나의 비가 약 2.2:1 비만인 제올라이트 X를 포함하고, 탈착제가 톨루엔과 파라-디에틸벤젠의 혼합물을 함유하는 방법.
4. 제1항 내지 2 항 중 어느 한 항에 있어서, 탈착제가 50 용적% 이상의 p-디에틸벤젠을 함유하는 방법.
5. 제1항 내지 2 항 중 어느 한 항에 있어서, 제올라이트 X의 실리카:알루미나의 비가 2.1:1 미만인 방법.
6. 제1항 내지 2항 중 어느 한 항에 있어서, 흡착제가 제올라이트의 교환가능한 부위의 50 내지 60 %가 세슘 이온으로 교환되고, 실리카:알루미나의 비가 약 2.0:1인 제올라이트 X를 포함하고, 탈착제가 25 용적% 이상의 톨루엔 및 50 용적% 이상의 p-디에틸벤젠을 함유하는 방법.
7. 제1항 내지 2 항 중 어느 한 항에 있어서, 탈착제가 30 내지 50 용적%의 톨루엔 및 50 내지 70 용적% 이상의 p-디에틸벤젠을 함유하는 방법.
8. 제1항 내지 2항 중 어느 한 항에 있어서, 흡착제 중의 수분 함량이 900℃에서 0.5 중량% 미만의 LOI(작열 감량)를 갖는 정도인 방법.