KR100421265B1 - 암모니아 증류 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 혼합물, 더 구체적으로는 아미노니트릴과 물 사이의 반응 (상기 반응은 순환성 가수분해로도 언급)으로부터 생성되는 혼합물로부터 암모니아를 증류하는 개선된 방법에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 본 발명은 바닥 온도가 160 ℃ 이하이고 절대 압력이 5 바 이하인 컬럼을 이용하여 증류를 수행하고, 컬럼의 상부에서 증류된 암모니아를 10 바 이상의 절대 압력으로 압축한 다음 25 ℃ 내지 60 ℃의 온도에서 응축시키는 것을 특징으로 하는 카프로락탐 수용액중에 함유된 암모니아의 분리 방법으로 구성된다.

Description

암모니아 증류 방법 {METHOD FOR DISTILLING AMMONIA}
아미노니트릴의 순환성 가수분해에 의한 락탐의 여러 제조 방법에 대한 기술은, 예를 들어 특허 EP-A-0 659 741 또는 국제 특허 출원 WO-A-96/22974 또는 동 WO-A-95/14664 및 95/14665를 참고로 할 수 있다.
순환성 가수분해는 증기상 또는 액체상 중에서 수행될 수 있다. 본 발명의방법은 상기 제조 방법 중 하나 또는 다른 것으로부터 생성되는 혼합물에 적용될 수 있다.
아미노니트릴의 락탐으로의 순환성 가수분해로부터 생성되는 용액 중, 6-아미노카프로니트릴 및 물로부터의 카프로락탐의 제조에 해당하는 것이 공업적인 면에서 가장 중요한데, 이는 상기 카프로락탐이 중합시에 나일론-6으로 되기 때문이다.
본 발명은 혼합물, 더 구체적으로는 아미노니트릴과 물 사이의 반응 (상기 반응을 순환성 가수분해로도 언급)으로부터 생성되는 혼합물로부터 암모니아를 증류하는 개선된 방법에 관한 것이다.
락탐을 형성시키기 위한 아미노니트릴의 순환성 가수분해중에, 락탐 1 분자 당 암모니아 1 분자가 또한 형성된다.
따라서, 반응 말기에 반응 혼합물은 적어도 생성된 락탐, 과량의 물 및 암모니아를 함유한다.
반응 혼합물은 반응하지 않은 아미노니트릴 또는 반응의 가능한 부산물을 더 적은 양으로 함유할 수 있다.
반응 혼합물은 또한 순환성 가수분해 반응에 아마도 사용되는 용매를 또한 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명의 방법은 더욱 구체적으로는 카프로락탐의 수용액으로부터의 암모니아 증류에 관한 것이지만, 이는 또한 다른 락탐의 수용액으로 바뀔 수도 있다.
카프로락탐 수용액에 용해된 암모니아를 분리하고자 할 경우, 가능한한 카프로락탐의 분해를 방지할 필요가 있다. 이는, 증류 동안 컬럼의 바닥 온도를 160℃ 이하, 더욱 바람직하게는 145℃ 이하의 값으로 유지하는 것이 바람직하다는 것을 의미한다. 이러한 제한은, 절대 압력이 5 바 이하, 바람직하게는 3.5 바 이하의 값으로 제한되어야 한다는 것을 의미한다.
상기의 결과로서, 컬럼의 상부를 떠나는 암모니아의 온도는, 채용되는 상기 절대 압력 한계치에 따라, +5℃ 이하, 바람직하게는 -6℃ 이하이다.
공업적인 공정에 있어서, 컬럼의 상부에서의 암모니아의 효과적인 응축은, 상당한 파워의 냉각기를 필요로한다. 예를 들어, 300 kW의 냉각기가 약 1200 킬로그램/시간의 암모니아를 증류하는 데 필요하다.
본 발명의 주제는, 동일한 생성량의 증류 암모니아에 대하여, 필요한 에너지, 특히 전기력의 소비를 감소시킬 수 있는 조건 하에서, 카프로락탐 수용액에 함유된 암모니아를, 컬럼 바닥에서 상기 용액의 온도를 160℃, 바람직하게는 145℃의 값으로 유지함으로써, 증류에 의해 분리하는 방법이다.
보다 구체적으로, 본 발명은 바닥 온도가 160 ℃ 이하이고 절대 압력이 5 바 이하인 컬럼을 이용하여 증류를 수행하고, 컬럼의 상부에서 증류된 암모니아를 10 바 이상의 절대 압력으로 압축한 다음 25 ℃ 내지 60 ℃의 온도에서 응축시키는 것을 특징으로 하는 카프로락탐 수용액중에 함유된 암모니아를 증류시키는 방법으로 구성된다.
바람직하게는, 컬럼의 바닥 온도는 145 ℃ 이하이고 절대 압력은 3.5 바 이하이다.
컬럼의 상부에서 증류된 암모니아는 바람직하게는 10 바 내지 25 바의 압력으로 압축된다.
응축 후, 10 내지 25 바의 압력에서 수득된 암모니아수는 액체/증기 분리기에서 컬럼의 압력으로 확장된다. 확장 중에, 암모니아는 부분적으로 증발되고 냉각되며, 생성된 증기는 증류 컬럼의 상부로 보내진 다음 컬럼의 상부에서 압축기에 의해 재압축된다. 액체/증기 분리기에서 회수된 액체를 펌프한 다음 그의 일부분을 환류로서 컬럼의 상부로 되돌려보내고, 회수된 순수한 암모니아로 구성된 다른 부분은 유용한 생성물로서 방출된다.
상기 용액은 증류된 암모니아를 응축하기 위해서 외부적인 냉각기의 존재를필요로 하지 않는다. 압축을 위해 필요한 에너지는 상기 냉각기에 의해 소모될 에너지의 약 70% 정도이다.
또한, 기류가 흐르는 방식이 단순하기 때문에 본 방법을 위해 필요한 투자는 더 적다.
암모니아를 함유하는 카프로락탐 수용액은 카프로락탐이 제조되는 조건에 따라서, 특히 초기 물/아미노니트릴 몰비 및 유기 용매가 존재하는지 하지 않는지에 따라서 매우 다양한 카프로락탐 농도 및 암모니아 농도를 갖는다. 카프로락탐의 농도는 일반적으로, 용액의 총 중량에 대해서, 5 내지 80 중량%, 및 바람직하게는 20 내지 75 중량%로 다양할 수 있다. 암모니아 농도는 일반적으로, 용액의 총 중량에 대해서, 0.85 내지 15 중량% 및 바람직하게는 3.5 내지 14 중량%로 다양할 수 있다.
증류된 암모니아는 그를 함유하는 수용액중의 다른 화합물들과는 매우 다른 물리적 특성을 갖기 때문에, 매우 많은 이론적 트레이를 가진 컬럼을 사용할 필요가 없다.
약 10 개의 이론적 트레이를 가진 포장된 컬럼이 본 발명의 방법을 수행하는데 매우 적합하다. 그러나, 이러한 지표값은 본 발명의 내용에 있어서 절대치를 구성하지는 않는다. 고성능 컬럼은 결점으로서 매우 고가의 비용이 드는 반면, 바람직하지는 않다해도 그럼에도 불구하고 덜-효율적인 컬럼이 사용될 수 있다.
사용된 패킹은, 다양한 제조자들에 의해 제안되고 당 분야의 규칙에 따라서 크기가 결정된, 느슨한 패킹 또는 정렬된 패킹 타입일 수 있다.
헤드 손실의 관점에서 덜 유리하다 해도, 트레이를 가진 컬럼을 사용하는 것도 가능하다.
오버헤드 증기 압축기는, 적용 및 처리 용량에 따라, 예를 들어, 왕복 압축기 또는 스크류 압축기와 같은, 양성-전위 압축기 타입, 또는 원심분리 타입일 수 있으며, 이들 기술이 없는 것은 상기 언급한 방법의 관점에서 소모적이다.
하기 실시예는 본 발명을 예시한다. 본 실시예 및 비교 시험은 8 t/h 의 카프로락탐 생산에 해당하는 것이다.
실시예 1 : 오버헤드 증기 압축기로 증류
하기 조성을 갖는 생성물의 증류:
- 암모니아: 9 중량%
- 물: 30 중량%
- 카프로락탐: 61 중량%
증류 칼럼의 특징은 하기와 같다:
- 증류 단계의 수: 10
- 환류 비율: 0.30
- 칼럼 상부의 절대 작동 압력: 3.5 바
- 상부 온도: 35℃
- 바닥 온도: 145℃
- 보일러의 열 로드: 1.1 Gcal/h
- 오버헤드 압축기의 절대 전달 압력: 14 바
- 오버헤드 압축기의 소비 전력: 160 kW
- 압축기 전달에서 콘덴서의 열 로드: 0.7 Gcal/h.
암모니아를 증류 제거한 뒤 수득한 카프로락탐 용액은 하기 조성을 갖는다:
- 암모니아: 0.01 중량%
- 물: 33 중량%
- 카프로락탐: 67 중량%
비교 시험 1 : 칼럼 상부에서 냉각기를 이용한 통상적인 증류
하기 조성을 갖는 생성물의 증류:
- 암모니아: 9 중량%
- 물: 30 중량%
- 카프로락탐: 61 중량%
증류 칼럼의 특징은 하기와 같다:
- 증류 단계의 수: 10
- 환류 비율: 0.35
- 칼럼 상부의 절대 작동 압력: 3.5 바
- 상부 온도: -9℃
- 바닥 온도: 145℃
- 보일러의 열 로드: 1.1 Gcal/h
- 콘덴서의 열 로드: 0.5 Gcal/h
- 냉각기의 소비 전력: 35℃ 에서의 응집으로, 270 kW.
암모니아를 증류 제거한 뒤 수득된 카프로락탐 용액은 하기 조성을 갖는다:
- 암모니아: 0.01 중량%
- 물: 33 중량%
- 카프로락탐: 67 중량%.
실시예 1 에서의 증류의 수행은, 암모니아 분리 효율의 관점에서, 비교 시험에서의 수행과 엄격히 동일하다.
상기 결과를 달성하기 위한 에너지 소비는 본 발명에 따른 방법에서 현저히 적다.

Claims (6)

  1. 바닥 온도가 160 ℃ 이하이고 절대 압력이 5 바 이하인 컬럼을 이용하여 증류를 수행하고, 컬럼의 상부에서 증류된 암모니아를 10 바 내지 25 바의 절대 압력으로 압축한 다음 25 ℃ 내지 60 ℃의 온도에서 응축시키는 것을 특징으로 하는 카프로락탐 수용액중에 함유된 암모니아를 증류에 의해 분리하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 컬럼 바닥의 온도가 145 ℃ 이하이고 절대 압력이 3.5 바 이하인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 삭제
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 컬럼 상부에서 증류된 암모니아의 압력이 양성-전위형 압축기 또는 원심분리형 압축기에 의해서 증가되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 사용된 수용액이 수용액의 총 중량에 대해 5 내지 80 중량%의 카프로락탐을 함유하고, 수용액의 총 중량에 대해 0.85 내지 15 중량%의 암모니아를 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 사용된 수용액이 수용액의 총 중량에 대해 20 내지 75 중량%의 카프로락탐을 함유하고, 수용액의 총 중량에 대해 3.5 내지 14 중량%의 암모니아를 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
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