KR100976034B1 - 고순도의 테레프탈산 회수방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고순도의 테레프탈산 회수방법으로서 정제공정 후의 슬러리를 회전 드럼을 포함하는 회전형 고온·고압 필터 장치 내로 도입하여 140 내지 170 ℃의 온도 하에서의 필터링 단계, 세척 단계 및 고압 스팀 건조 단계를 일괄적으로 수행함으로써, 단순한 공정을 통해서 저함수율 및 고품질의 테레프탈산을 고상으로 효과적으로 회수할 수 있다.

테레프탈산

Description

고순도의 테레프탈산 회수방법{METHOD FOR RECOVERING HIGH PURITY TEREPHTHALIC ACID}

본 발명은 조(粗) 테레프탈산의 정제반응에 의해 얻은 결과물인, 테레프탈산, 물 및 파라톨루익산을 포함하는 슬러리로부터 고순도의 테레프탈산을 회수하는 방법에 관한 것이다.

테레프탈산은 광범위한 종류의 제품의 원료로 사용되는 유용한 화합물로서 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에스테르 섬유, 포장 및 용기용 폴리에스테르 필름의 주 원료로 사용된다. 테레프탈산은 전 세계에서 연간 5,000만 톤 이상이 제조되며 단일 공장에서 연간 10만 톤 내지 80만 톤 이상이 제조될 수 있다.

일반적으로 테레프탈산은 산화제로서 공기 또는 기타 산소분자를 포함하는 기체를 공급원으로 사용하고, 하나 이상의 중금속 화합물 및 하나 이상의 반응 촉진제 화합물을 사용하여 아세트산 용매에서 파라자일렌의 액상 발열 산화반응에 의해서 생성될 수 있다. 이러한 방법에 기반을 둔 소위 Amoco MC 공법은 현재까지 상업적으로 가장 널리 사용되고 있다.

다만, 상기 산화반응 공정 후 생성된 테레프탈산에는 반응 중간체, 예컨대 파라톨루익산(p-toluic acid), 4-카르복시벤즈알데히드(4-carboxybenzaldehyde) 등이 다량 포함되어 있기 때문에, 그 순도가 폴리에스테르 중합반응에 사용이 불가한 수준이다.

한편, 폴리에스테르 관련 제품의 생산을 위하여 상업적으로 판매되고 있는 테레프탈산은 파라톨루익산을 약 150 ppmw 이하의 함량으로 함유하며, 4-카르복시벤즈알데히드를 20 ppmw 이하의 함량으로 함유하고 있는 고순도의 테레프탈산 제품이 주류를 이루고 있다.

이와 같은 고순도의 테레프탈산을 획득하기 위해서, 산화반응 공정 이후에 반응 중간체 및 불순물을 제거하는 별도의 정제공정이 후속되는 것이 일반적이다.

정제공정은 다양한 물리적·화학적 방법을 사용하여 다량의 반응 중간체(파라톨루익산, 4-카르복시벤즈알데히드)를 제거하고, 또한 기타 테레프탈산 제조 과정 중에서 발생하는 유색의 유기물을 처리하는 공정이다. 특히, 반응 중간체 중 4-카르복시벤즈알데히드는 테레프탈산과 물성이 매우 유사하여 물리적인 방법에 의해서 테레프탈산으로부터 분리하기 어렵기 때문에, 수소환원반응 등과 같은 화학적인 방법에 의해서 제거되고 있다.

구체적으로, 현재 상업적인 테레프탈산의 제조 공정에서 4-카르복시벤즈알데히드를 제거하기 위해 수소환원반응이 널리 사용되고 있다. 즉, 4-카르복시벤즈알데히드는 고온·고압 하에서 4-카르복시벤즈알데히드 등의 반응 중간체를 함유하는 조(粗) 테레프탈산을 물 용매에 용해시킨 후, 지지체에 담지된 귀금속 촉매 표면에서 4-카르복시벤즈알데히드를 수소가스와 반응시켜 파라톨루익산으로 전환시킴으로 써 제거될 수 있다. 이러한 수소환원반응을 통한 정제공정의 결과, 실질적으로 테레프탈산에 함유되어 있는 4-카르복시벤즈알데히드의 함량이 20 ppmw 이하 정도로 감소될 수 있다.

이와 같은 방식에 의해서 4-카르복시벤즈알데히드를 감소 또는 제거하면, 물, 테레프탈산 및 파라톨루익산을 포함하는 슬러리를 얻을 수 있다. 이후, 온도 및 압력을 파라톨루익산이 석출되지 않는 수준으로 단계적으로 감소시킴으로써, 상기 슬러리로부터 고상의 테레프탈산만을 획득할 수 있다.

상기 슬러리로부터 고상의 테레프탈산을 분리하기 위한 고액 분리법으로는 원심분리법, 필터법 등의 다양한 방법이 알려져 있다. 최근에는 상기 고액 분리법 중에서 전력 소모가 적고, 분리된 케이크의 함수율이 낮을 뿐만 아니라 설비 관리가 용이한 필터법이 주로 이용되고 있다.

다만, 종래에 알려진 정제공정 후의 고액분리 공정은 일반적으로 원심분리기 및/또는 진공 필터장치에 의해 필터링되기 때문에, 상기 슬러리로부터 테레프탈산을 한번에 효과적으로 분리할 수 없어 필터링된 테레프탈산을 재슬러리화한 후 다시 필터링하는 방식으로 고순도 테레프탈산의 품질을 확보하고 있다. 또한, 이러한 방식에 의해 분리된 테레프탈산 케이크 내에 함유된 물 용매를 최종적으로 제거하기 위하여, 별도의 건조 장치를 통해 건조를 행하고 있기 때문에, 설비 투자비가 상승하고, 또한 공정이 복잡해지는 단점이 있다.

본 발명은 테레프탈산의 제조 시 정제반응의 결과물이 테레프탈산 이외 물 용매 및 파라톨루익산을 포함할 경우, 이로부터 품질이 확보된 저함수율의 테레프탈산 케이크를 효과적으로 회수할 수 있는 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명은 조(粗) 테레프탈산의 정제공정에 의해 수득된 테레프탈산, 파라톨루익산 및 물 용매를 포함하는 슬러리로부터 고순도, 저함수율의 테레프탈산 케이크를 회수하는 방법으로서, a) 상기 슬러리를 회전 드럼을 포함하는 회전형 고온·고압 필터 장치 내로 도입하는 단계; b) 140 내지 170 ℃의 온도 하에서 상기 슬러리 내 파라톨루익산을 물 용매에 용해시킴과 동시에 상기 슬러리에 압력이 3 내지 8 bar인 압축 공기를 공급함으로써 필터링하여 상기 테레프탈산을 고상으로 분리하고, 파라톨루익산을 포함하는 여과액을 액상으로 분리하는 단계; c) 상기 고상의 테레프탈산을 세척 용매를 이용하여 세척하는 단계; 및 d) 압력이 상기 압축 공기의 압력 이상인 스팀(steam)을 이용하여 상기 고상의 테레프탈산 내에 함유된 물 용매를 치환 제거하는 단계;를 포함하며, 상기 c)단계 및 d)단계는 순차적으로 또는 역순으로 수행되는 것이 특징인 고순도, 저함수율의 테레프탈산 케이크를 회수하는 방법을 제공한다.

본 발명은 고순도, 저함수율의 테레프탈산 케이크의 회수방법으로서 정제공 정 후의 슬러리를 회전 드럼을 포함하는 회전형 고온·고압 필터 장치 내로 도입하여 140 내지 170 ℃의 온도 하에서 필터링 단계, 세척 단계 및 고압 스팀 건조 단계를 일괄적으로 수행함으로써, 단순한 공정을 통해서 함수율 및 품질이 향상된 테레프탈산 케이크를 효과적으로 회수할 수 있다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

일반적으로 테레프탈산은 파라자일렌의 산화반응에 의해서 생성될 수 있다. 다만, 상기 산화반응 공정에 의해 생성된 결과물에는 테레프탈산 이외 반응 중간체, 예컨대 파라톨루익산(p-toluic acid), 4-카르복시벤즈알데히드(4-carboxybenzaldehyde) 등이 다량 포함되어 있다.

다만, 상기 반응 중간체가 최종 테레프탈산에 잔존할 경우, 폴리에스터 고분자의 중합성능을 저하시키는 원인이 될 뿐만 아니라, 색도와 투명도 측면에서도 부정적인 영향을 미치므로, 테레프탈산의 제조 시 그 함량을 최소화해야 한다. 따라서, 상기 반응 중간체를 제거하는 정제공정이 수행될 필요가 있다.

종래 당 업계에 알려진 정제공정의 대표적인 예로는 수소환원반응에 의해 4-카르복시벤즈알데히드를 제거하는 정제공정이 있다. 상기 수소환원반응에 의한 정제공정은 산화반응 공정, 고액분리 공정 이후에 수득된 반응 중간체를 함유하는 조(粗) 테레프탈산으로부터 테레프탈산과 물성이 유사한 4-카르복시벤즈알데히드만을 파라톨루익산으로 환원시킨 후 물에 녹여 제거하는 것이다.

구체적으로, 상기 조(粗) 테레프탈산을, 고온 및 고압 하에서 물 용매에 용 해시켜 조(粗) 테레프탈산이 용해된 수용액을 형성한다. 이후, 지지체에 담지된 귀금속 촉매의 존재 하에서, 상기 수용액 내 4-카르복시벤즈알데히드를 수소가스와 반응시켜 파라톨루익산으로 전환시킨다.

이러한 수소환원반응을 통한 정제공정의 결과, 테레프탈산은 물 용매, 파라톨루익산 및 극소량의 4-카르복시벤즈알데히드와 함께 슬러리 상태로 존재하고 있기 때문에, 이후 상기 슬러리로부터 테레프탈산을 분리하여 회수하는 공정이 수행된다. 다만, 종래에 알려진 정제공정 후의 고액분리 공정은 원심분리기 및 진공필터장치에 의해 필터링되어 왔기 때문에, 상기 슬러리로부터 테레프탈산을 효과적으로 분리하기 위해 재슬러리화를 포함한 2단계의 분리 단계가 요구되었다. 또한, 이러한 방식에 의해 분리된 테레프탈산 내 함유된 물 용매를 제거하기 위하여, 별도의 건조 장치를 통해 건조를 행하고 있기 때문에, 설비 투자비가 상승하고 또한 공정이 복잡해지는 단점이 있다.

이에, 본 발명에서는 함수율 감소 및 품질 확보를 하면서 공정을 보다 단순화하기 위하여, 조(粗) 테레프탈산의 정제공정에 의해 수득된 테레프탈산, 파라톨루익산 및 물 용매를 포함하는 슬러리를, 원형 드럼을 포함하는 회전형 고온·고압 필터 장치(도 3 참조) 내로 도입하여 분리(필터링) 단계, 세척 단계 및 스팀 건조 단계를 일괄적으로 연속 수행함으로써, 상기 슬러리로부터 고상의 테레프탈산을 효과적으로 분리하여 회수할 수 있다.

여기서, 본 발명은 테레프탈산의 품질 확보 및 함수율을 향상시키기 위하여, 상기 분리 단계의 수행 시 내부 온도를 140 내지 170 ℃로 유지하여 슬러리 내 파 라톨루익산을 적은 열량으로 물 용매에 최대한 용해시킴과 동시에 압력이 3 내지 8 bar인 압축 공기를 이용함으로써, 파라톨루익산을 포함하는 여과액과 고상의 테레프탈산 케이크를 보다 효율적으로 분리시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 종래 고액분리법에 의해 수득된 테레프탈산에 비해서 테레프탈산의 함수율을 낮추기 위하여, 압력이 상기 압축공기의 압력과 같거나 그 이상인 고압 스팀을 이용함으로써, 상기 테레프탈산 내 물 용매를 용이하게 치환 제거하고, 이와 더불어 불순물도 보다 효과적으로 제거할 수 있다.

1) 상기 회전형 고온·고압 필터 장치는 케이스 및 원형 드럼으로 구성되어 있으며, 상기 원형 드럼 내부에는 소형의 셀(cell) 타입 필터부가 다수 장착되어 있다. 이러한 회전형 고온·고압 필터 장치의 구동 시, 원형의 드럼이 천천히 회전하면서 슬러리의 셀 내부 충진, 필터링, 세척, 스팀 건조, 고상의 테레프탈산 배출, 및 파라톨루익산을 포함하는 여과액 배출 등의 일련의 작업이 구역별로 수행되게 되는데, 다만 세부적인 작동 원리는 제조 회사별로 차이가 있다.

상기 회전형 고온·고압 필터 장치는 작동 온도가 140 내지 200 ℃, 바람직하게는 160 내지 170 ℃인 것을 이용하는 것이 바람직하다.

2) 이러한 회전형 고온·고압 필터 장치의 필터 대역(10) 내로, 조(粗) 테레프탈산의 수소환원반응에 의한 정제공정의 결과물인 슬러리가 도입된다(도1 참조). 상기 슬러리는 테레프탈산 이외, 테레프탈산 내 함량이 약 3,000 ~ 5,000 ppmw인 파라톨루익산 및 물 용매를 포함한다.

이때, 본 발명의 경우, 고상의 테레프탈산을 슬러리로부터 효과적으로 분리 하기 위해, 파라톨루익산이 온도에 따라 용해도 차이가 크다는 점을 이용하여 필터 대역의 내부 온도를 140 ℃ 이상으로 조절하였다. 다만, 필터 대역의 내부 온도가 지나치게 높으면, 파라톨루익산의 용해도가 증가하여 분리효율은 개선되는 반면, 에너지 소모가 증가하게 된다. 그래서, 본 발명에서는 상기 필터 대역의 내부 온도를 약 140 내지 200 ℃, 바람직하게는 160 내지 170 ℃로 조절하였다. 이러한 온도 하에서 필터 대역에 슬러리가 도입되면, 슬러리 내 파라톨루익산은 물 용매에 99% 이상 용해된다.

이와 더불어, 상기 필터 대역에는 압력이 약 3 내지 8 bar인 압축 공기가 공급된다. 만약, 압축 공기의 압력이 너무 낮으면, 온도가 저하될 뿐만 아니라 필터 셀 내부 압력이 약해져 분리 성능이 떨어지며, 압축 공기의 압력이 너무 높으면, 불필요하게 설비의 두께를 두껍게 제조해야 하고 과도한 압력으로 인하여 필터가 막히는 등의 문제가 발생할 수 있다. 뿐만 아니라, 대부분의 압력 필터 설비의 경우, 대기압과 필터 내부의 압력 차이를 특정 한계 이상으로 상승시키기 어렵다는 것을 고려해야 한다.

이러한 압축 공기가 필터 대역 내로 공급됨으로써, 필터 대역의 내부 압력이 3 내지 8 bar 정도로 유지되고, 이로 인해 필터 대역의 내·외부의 압력 차이가 존재하게 된다. 이로써, 본 발명의 경우, 상기 슬러리로부터 고상의 테레프탈산과 액상의 파라톨루익산을 포함하는 여과액이 보다 효과적으로 분리될 수 있다.

3) 이후, 파라톨루익산을 포함하는 여과액과 분리된 고상의 테레프탈산은 세척 대역(20)으로 도입된다. 상기 세척 영역에서, 고상의 테레프탈산은 세척 용매 에 의해서 세척되어, 내부에 함유된 불순물을 대부분 제거할 수 있다.

다만, 상기 세척 대역(20)은 고상의 테레프탈산 내 불순물의 제거 성능을 향상시키기 위해, 단계적으로 세척이 행해지는 것이 바람직하다. 이에, 상기 세척 대역(20)은 제1 세척 대역 내지 제n 세척 대역(n≥2)을 포함할 수 있는데, 예를 들어 테레프탈산 내 불순물의 함량을 고려하여 제1 세척 대역 및 제2 세척 대역을 포함하거나, 또는 제1 세척 대역 내지 제3 세척 대역을 포함할 수 있는데, 이에 제한되지 않는다. 다만, 고상의 테레프탈산의 세척은 경우에 따라 달라질 수 있으나, 세척 단계가 증가하는 만큼 설비의 복잡성이 증대되는 한편 세척 효과는 크게 증가하지 않기 때문에, 세척 단계는 제1 세척 단계 내지 제3 세척 단계(21, 22, 23)로 수행되는 것이 바람직하다.

상기 세척 용매는 테레프탈산 내에 함유된 용매와 동일한 물질을 사용하는 것이 적절하다. 예를 들어, 상기 세척 용매는 물 용매인 것이 바람직하다.

상기 세척 용매의 온도는 고상의 테레프탈산 내 불순물, 특히 파라톨루익산이 용이하게 제거될 수 있도록, 상기 파라톨루익산의 물에 대한 용해도를 고려하여, 약 140 내지 200 ℃인 것이 적절하다.

또, 상기 세척 용매의 사용량은 경제성 및 고상의 테레프탈산 내 불순물의 함량을 고려하는 것이 적절하다. 여기서, 세척 용매를 너무 많이 사용하면, 파라톨루익산 등의 불순물의 제거 성능은 향상되나, 그 만큼 세척 용매의 사용량 증가로 인해 변동비 상승을 가져오게 된다. 반면, 세척 용매를 너무 적게 사용하면, 경제적인 측면에서는 이득이나, 고상의 테레프탈산 내 불순물 제거 효과가 감퇴되 어 최종 제품의 품질 악화를 초래한다. 따라서, 상기 세척 용매의 사용량은 고체 1톤 당 0.01 내지 2톤인 것이 바람직하다.

다만, 본 발명에서는 적은 양의 세척 용매를 사용하더라도 세척 효과를 극대화하기 위하여, 세척 용매를 단계적으로 재순환시킬 수 있다. 일반적으로 필터 대역에서 분리된 직후의 고상 테레프탈산은 이후 세척된 고상의 테레프탈산에 비해 함유된 불순물의 함량이 상대적으로 많고, 단계적으로 세척을 할수록 고상의 테레프탈산 내 함유된 불순물의 함량이 감소되게 된다.

그렇기 때문에, 단계적으로 세척을 수행할 경우, 필터 대역에서 분리된 직후의 고상 테레프탈산에 순도가 높은 세척 용매를 사용할 필요는 없다. 그래서, 단계적으로 세척이 수행된 후, 상대적으로 불순물의 함유량이 많은 세척 용매를 회수하여, 필터 대역에서 분리된 직후의 고상의 테레프탈산을 세척하는 대역에 다시 사용하는 것이 경제적이다.

한편, 스팀 건조 대역으로 배출, 또는 필터 장치 외부로 배출되기 직전의 고상의 테레프탈산을 세척하기 위해 사용되는 세척 용매는 최종 제품의 품질이 보장될 수 있도록, 가장 순도가 높은 세척 용매를 사용하는 것이 적절하다.

따라서, 고상의 테레프탈산의 단계적 세척에 있어, 고상의 테레프탈산의 순도 변화와 세척 용매의 순도 변화는 동일한 방향으로 진행되고, 이를 위해 고상의 테레프탈산의 이동 방향과 세척 용매의 이동 방향은 반대 방향(countercurrent)으로 진행되는 것이, 적은 양의 세척수로 세척 효과를 극대화할 수 있는 방법이 될 수 있다. 즉, 최종 세척 대역에서는 고상의 테레프탈산이 가장 신선한 세척 용매 와 접촉 되도록 하고, 최초 세척 대역에서는 가장 많이 세척을 한 세척액과 접촉이 되도록 함으로써 불순물이 많은 고상의 테레프탈산으로부터 적은 고상의 테레프탈산으로 세척이 되기까지 점점 더 깨끗한 세척액과 만나도록 하는 것이다.

이를 위해, 제n 세척 대역에서 이용된 세척 용매를 회수하여 제n-1 세척 대역에서 재사용하며, 이때 제n-1 세척 대역에서 이용되는 세척 용매는 제n 세척 대역에서 이용된 세척 용매에 비해 상대적으로 더 많은 양의 불순물을 함유하고 있다.

예를 들어, 도 1 및 2에 나타낸 바와 같이, 세척 대역(20)이 제1 세척 대역 내지 제3 세척 대역(21, 22, 23)으로 이루어진 경우, 제3 세척 대역(23)에서 이용되는 세척 용매는 가장 신선한 세척 용매이며, 이러한 세척 용매를 이용하여 제3 세척 대역(23)에서 고상의 테레프탈산을 세척하게 되면 고상의 테레프탈산 내 불순물, 예컨대 파라톨루익산이 고상의 테레프탈산으로부터 제거되고, 이때 이용된 세척 용매를 회수 시 상기 제거된 불순물이 포함되게 된다. 이후, 제3 세척 대역에서 제거된 불순물을 포함하는 세척 용매는 회수되어(30) 제2 세척 대역(22)에서 재사용될 수 있다. 이때, 제2 세척 대역에 이용되는 세척 용매는 제3 세척 대역에서 이용된 세척 용매에 비해 상대적으로 많은 양의 불순물을 함유하고 있다. 이후, 상기 제2 세척 대역에서 이용된 세척 용매도 회수되어(31) 제1 세척 대역(21)에서 재사용될 수 있다.

이와 같이 세척 용매를 회수하여 재사용하여 순환시킴으로써, 본 발명의 경우, 종래 각 세척 대역에 새로운 세척 용매를 공급하는 경우보다 세척 용매의 사용 량은 감소될 수 있다. 즉, 본 발명은 종래와 달리 각 세척 대역마다 새로운 세척 용매가 공급되는 것이 아니라 최후 세척 대역에만 새로운 세척 용매가 공급되고, 이 공급된 세척 용매가 회수되어 재사용되기 때문에, 종래에 비해 세척 용매의 총 사용량이 감소될 수 있다.

예를 들어, 본 발명에 따른 세척 대역이 3번의 세척 대역(제1 세척 대역 내지 제3 세척 대역)을 포함할 경우, 최후 세척 대역인 제3 세척 대역에 일정량 a 톤의 세척 용매가 새로 공급되고, 이 공급된 세척 용매가 회수(제1 회수)되어 그 전 대역인 제2 세척 대역에 재사용(제1 재사용)되고, 이후 제2 세척 대역에서 재사용된 세척 용매가 다시 회수(제2 회수)되어 제1 세척 대역에 재사용(제2 재사용)된다. 이런 방식으로 사용된 본 발명의 세척 용매의 총량은 a 톤이다. 이때, 본 발명에서 사용된 세척 용매의 총량은 세척 용매가 2번 회수되어 2번 재사용되었기 때문에, 각 세척 대역마다 일정량 a 톤의 세척 용매가 공급되는 종래의 세척 용매 총 사용량에 비해, 1/3 × 100 (%) 만큼 감소될 수 있다. 즉, 본 발명에 따라 세척 용매의 회수 및 재사용 횟수가 1회, 2회, 3회 등일 경우, 회수 및 재사용되지 않는 경우에 비해 50 %, 약 33 %, 25 % 등의 수준으로 감소될 수 있다.

따라서, 본 발명의 경우, 총 n번의 세척 대역에서 사용된 세척 용매의 총량이 각 세척 대역마다 일정량의 세척 용매를 새로 공급하는 종래의 경우보다 감소되기 때문에, 세척 용매가 효과적으로 절감될 수 있다.

4) 이후, 세척된 고상의 테레프탈산은 내부에 함유된 수분을 제거하기 위하여, 스팀 건조 대역(40)으로 도입된다. 이때, 고압 스팀에 의해서 고상의 테레프 탈산 내 수분이 제거되어 케이크 함수율이 낮아지며, 이와 더불어 고상의 테레프탈산 내 파라톨루익산의 함량도 감소될 수 있다.

구체적으로 설명하면, 세척된 고상의 테레프탈산은 입자들 사이에 기공이 존재하고, 이러한 기공에 파라톨루익산을 함유한 여과액(물)이 함유되어 있다. 이러한 고상의 테레프탈산에 고압 스팀이 가해지면, 초기에는 고압 스팀이 상기 여과액과의 접촉시 응축된다. 하지만, 고압 스팀을 계속적으로 공급하게 되면, 고압 스팀과 접촉하는 부위와 그렇지 않는 부위 간에 압력 차이가 발생하게 되고, 이러한 압력 차이로 인해 기공 내부의 여과액 대신에 스팀이 충진되고, 여과액은 고상의 테레프탈산에서 배출되게 된다. 이때, 스팀이 여과액(물)에 비해 밀도가 훨씬 낮기 때문에, 이러한 스팀이 여과액 대신에 기공에 충진됨으로써, 고상의 테레프탈산의 함수율이 감소되는 효과를 얻을 수 있다.

상기 고압 스팀의 압력은 필터 대역에 공급된 압축 공기의 압력 이상인 것이 적절하다. 만약, 고압 스팀의 압력이 너무 낮으면, 고상의 테레프탈산 케이크 내부에 여과액(물)이 잔존하여 건조 효과가 감소하고, 고압 스팀의 압력이 너무 높으면, 건조 효과는 증대되나 불필요한 에너지가 소모된다. 따라서, 고압 스팀의 압력은 3 내지 12 bar, 바람직하게는 5 내지 12 bar인 것이 적절하다.

전술한 방법에 의해서, 회수된 고상의 테레프탈산의 경우, 함수율이 약 8 % 이하로 감소되었고, 파라톨루익산의 함량이 약 150 ppmw 이하 수준으로 감소되었다. 이는 종래의 테레프탈산 회수 방법에 따라 회수된 테레프탈산의 함수율이 약 12 ~ 15%인 것을 감안한다면, 본 발명에 따른 고상의 테레프탈산 회수 방법이 종래 의 테레프탈산 회수 방법에 비해 보다 품질이 향상된 테레프탈산을 얻을 수 있다. 게다가, 본 발명에 따라 테레프탈산을 회수한 후에, 선택적으로 건조 공정을 수행한다고 하더라도 본 발명에 따라 회수된 테레프탈산 내 함수율이 약 8 % 이하로 감소되었기 때문에, 건조 공정의 부하를 감소시킬 수 있고, 또한 설비 투자비의 감소도 도모할 수 있다.

본 발명의 경우, 도 2에 나타낸 바와 같이, 테레프탈산, 파라톨루익산 및 물 용매를 포함하는 슬러리를 필터 대역(10)에 도입하여 상기 슬러리로부터 테레프탈산을 고상으로 분리하고, 파라톨루익산을 포함하는 여과액을 액상으로 분리한 후에, 스팀 건조 대역(40)에서 고압 스팀을 이용하여 분리된 고상의 테레프탈산 내 물 용매를 제거하고, 이후 세척 대역에서 건조된 고상의 테레프탈산을 세척 용매로 세척할 수 있다.

즉, 본 발명은 경우에 따라, 고순도의 테레프탈산은, ⅰ) 테레프탈산, 파라톨루익산 및 물 용매를 포함하는 슬러리를 회전 드럼을 포함하는 회전형 고온·고압 필터 장치 내로 도입하는 단계; ⅱ) 140 내지 170 ℃의 온도 하에서 상기 슬러리 내 파라톨루익산을 물 용매에 용해시킴과 동시에 상기 슬러리에 압력이 3 내지 8 bar인 압축 공기를 공급함으로써 필터링하여 상기 테레프탈산을 고상으로 분리하고, 파라톨루익산을 포함하는 여과액을 액상으로 분리하는 단계; ⅲ) 상기 고상의 테레프탈산을 세척 용매를 이용하여 세척하는 단계; 및 ⅳ) 압력이 상기 압축 공기의 압력 이상인 스팀(steam)을 이용하여 상기 고상의 테레프탈산 내에 함유된 물 용매를 제거하는 단계;를 포함하는 방법에 의해서 회수될 수 있다.

또는, 고순도의 테레프탈산은, ⅰ) 테레프탈산, 파라톨루익산 및 물 용매를 포함하는 슬러리를 회전 드럼을 포함하는 회전형 고온·고압 필터 장치 내로 도입하는 단계; ⅱ) 140 내지 170 ℃의 온도하에서 상기 슬러리 내 파라톨루익산을 물 용매에 용해시킴과 동시에 상기 슬러리에 압력이 3 내지 8 bar인 압축 공기를 공급함으로써 필터링하여 상기 테레프탈산을 고상으로 분리하고, 파라톨루익산을 포함하는 여과액을 액상으로 분리하는 단계; ⅲ) 압력이 상기 압축 공기의 압력 이상인 스팀(steam)을 이용하여 상기 고상의 테레프탈산 내에 함유된 물 용매를 제거하는 단계; 및 ⅳ) 상기 고상의 테레프탈산을 세척 용매를 이용하여 세척하는 단계;를 포함하는 방법에 의해서 회수될 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 단, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이지 이들만으로 한정하는 것은 아니다.

[실시예 1]

수소환원 반응에 의해 정제공정 후 수득된 테레프탈산 슬러리 40 kg(10 kg의 조 테레프탈산 및 30 kg의 물 포함)를, 150 ℃의 내부 온도 및 5.2 bar인 내부 압력을 유지하는 회전형 고온·고압 필터를 통과시켜 고상의 테레프탈산을 회수하였다. 이때, 회전형 고온·고압 필터를 이용하여 하기와 같은 조건에서 필터링 - 세척 - 스팀건조를 일괄적으로 수행하였다.

- 필터링 대역에 공급된 압축 공기의 압력: 6.2 bar

- 압축공기의 사용량: 0.77 NL

- 필터링 대역의 내부 온도: 150 ℃

- 세척 용매의 종류: 물 용매

- 세척 용매의 사용량: 6.45 L

- 세척 용매의 온도: 140 ℃

- 고압 스팀의 압력: 11 bar

- 고압 스팀의 사용량: 0.1 kg

[실험예 1] 고상의 테레프탈산의 함수율 측정

본 발명에 따른 고상의 테레프탈산의 함수율을 측정하였고, 이에 따른 Solid와 Liquid의 함량을 하기 표 1에 나타내었다. 이때, 대조군 1은 원심분리기만을 사용하였고, 대조군 2와 3은 원심분리기와 진공필터를 동시에 사용하였다.

	함수율(%)	Solid(g)	Liquid(g)
실시예 1	8	100	8.70
대조군 1	15	100	17.65
대조군 2	12	100	13.64
대조군 3	10	100	11.11

측정 결과, 대조군 1의 테레프탈산은 함수율이 15 %였으며, 이때 Solid 100 g 당 액체(Liquid)의 함량이 약 17.65 g이었으며, 대조군 2의 테레프탈산은 함수율이 12 %였으며, 이때 Solid 100 g 당 액체(Liquid)의 함량이 약 13.64 g이었다. 반면, 실시예 1의 테레프탈산의 경우, 함수율이 8 %였으며, 이때 Solid 100 g 당 액체(Liquid)의 함량이 약 8.70 g이었고, 이는 대조군 2의 테레프탈산에 비해 고체 100 g당 액체가 약 5 g 정도 더 적었다.

[실험예 2] 고상의 테레프탈산의 순도 측정

본 발명에 따라 고상의 테레프탈산을 회수 시 품질이 향상될 수 있다는 것을 확인하기 위하여, 실시예 1에 따라 처리되어 회수된 고상의 테레프탈산 내 테레프탈산, 파라톨루익산, 및 4-카르복시벤즈알데히드의 농도를 측정하여, 하기 표 2에 나타내었다. 이때, 대조군으로서, 본 발명에 따라 회전형 고온·고압 필터를 통과시키기 전, 즉 처리 전의 슬러리 내 테레프탈산, 파라톨루익산, 및 4-카르복시벤즈알데히드의 농도를 측정하였다.

	테레프탈산	파라톨루익산	4-카르복시벤즈알데히드
처리 전	99.6 %	3,700 ppm	10 ppm
처리 후	99.9 %	115 ppm	8 ppm

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범주에 속하는 것은 당연하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 고상의 테레프탈산을 회수하는 공정도이다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따라 고상의 테레프탈산을 회수하는 공정도이다.

도 3은 본 발명에서 이용되는 회전형 고온·고압 필터 장치의 개략도이다.

<도면 부호의 간단한 설명>

10: 필터 대역, 20: 세척 대역,

21: 제1 세척 대역, 22: 제2 세척 대역,

23: 제3 세척 대역, 30: 제1 여과액 저장소,

31: 제2 여과액 저장소, 32: 제3 여과액 저장소,

40: 스팀 건조 대역

Claims (8)

1. 조(粗) 테레프탈산의 정제공정에 의해 수득된 테레프탈산, 파라톨루익산 및 물 용매를 포함하는 슬러리로부터 고순도의 테레프탈산을 회수하는 방법으로서,

   a) 상기 슬러리를 회전 드럼을 포함하는 회전형 고온·고압 필터 장치 내로 도입하는 단계;

   b) 140 내지 170 ℃의 온도하에서 상기 슬러리 내 파라톨루익산을 물 용매에 용해시킴과 동시에 상기 슬러리에 압력이 3 내지 8 bar인 압축 공기를 공급함으로써 필터링하여 상기 테레프탈산을 고상으로 분리하고, 파라톨루익산을 포함하는 여과액을 액상으로 분리하는 단계;

   c) 상기 고상의 테레프탈산을 세척 용매를 이용하여 세척하는 단계; 및

   d) 압력이 상기 압축 공기의 압력 이상인 스팀(steam)을 이용하여 상기 고상의 테레프탈산 내에 함유된 물 용매를 제거하는 단계;

   를 포함하며,

   상기 c)단계 및 d)단계는 순차적으로 또는 역순으로 수행되는 것이 특징인 고순도의 테레프탈산을 회수하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 회전형 고온·고압 필터는 내부 온도가 140 내지 170 ℃이고, 내부 압력이 3 내지 8 bar으로 유지되는 것이 특징인 고순도의 테레프탈산을 회수하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 회수된 고상의 테레프탈산은 함수율이 8 % 이하이고, 파라톨루익산의 농도가 150 ppmw 이하인 것이 특징인 고순도의 테레프탈산을 회수하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 세척 단계는 제1 세척 단계 내지 제n 세척 단계(n≥2)를 포함하는 것이 특징인 고순도의 테레프탈산을 회수하는 방법.
5. 제4항에 있어서, 제n 세척 단계(n≥2)에서 이용된 세척 용매를 회수하여 제n-1 세척 단계에서 재사용하는 것이 특징인 고순도의 테레프탈산을 회수하는 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 제n-1 세척 단계(n≥2)에서 이용되는 세척 용매는, 제n 세척 단계에서 이용되는 세척 용매보다 상대적으로 더 많은 양의 불순물을 함유하고 있는 것이 특징인 고순도의 테레프탈산을 회수하는 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 세척 용매의 사용량은 고체 1톤 당 0.01 내지 2 톤이며, 세척 용매의 온도는 140 내지 200 ℃인 것이 특징인 고순도의 테레프탈산을 회수하는 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 고압 스팀의 압력은 3 내지 12 bar인 것이 특징인 고 순도의 테레프탈산을 회수하는 방법.

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