KR101362490B1 - 분리 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 듀얼(dual) 로타리 밸브를 갖는 개선된 흡수형 분리 및/또는 정제 방법에 관한 것이다.

Description

분리 방법{SEPARATION PROCESS}
본 발명은 흡수형 분리 및/또는 정제 방법에 관한 것이다.
관련 출원과의 상호 참조
본원은 2008년 11월 19일자로 출원된 미국 임시 특허출원 제 61/116,097 호를 우선권으로 주장하며, 이를 본원에 참고로 인용한다.
액상으로부터의 흡착은 공정 스트림에 저 농도로 존재하는 오염물질의 제거를 위해 오랫동안 사용되어왔다. 공급물 스트림의 주성분을 순수한 생성물로 회수하기 위한 흡착(때때로 벌크 분리(bulk separation)라고 함)의 상업적 사용은 비교적 최근에 개발되었다.
벌크 분리의 예는 분지쇄 환형 탄화수소로부터 선형 파라핀의 분리, 파라핀으로부터 올레핀의 분리, 및 C8 방향족 이성질체(자일렌 및 에틸벤젠을 포함함)의 분리를 포함한다. 전형적으로 이들 공정은 특히 유용한 탁월한 선택성 때문에 제올라이트계 흡착제를 사용하지만, 그 기술과 이론은 알루미나, 차콜(charcoal), 금속 산화물 등과 같이 적당히 선택적인 비-시브(nonsieve)형 흡착제에 동일하게 적용될 수 있다.
액상으로부터 대규모 벌크 분리의 개발은, 흡수제의 실제적 움직임 없이, 흡수제 및 공정 액체의 연속식 대향류 흐름을 모의한 흐름도(flow scheme)("모의 이동층(simulated moving bed)" 또는 SMB)의 사용에 의해 이루어졌다. 예를 들면, 미국 특허 제 2,985,589 호 및 문헌[Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, Third Edition (1978), Vol. 1, page 563-581] 참조. 이와 같은 공정은 C8 방향족들의 혼합물로부터 p-자일렌의 분리(UOP Parex™), n-파라핀 분리(UOP Molex™) 또는 올레핀-파라핀 분리(UOP Olex™)용으로 개발되었다. p-자일렌 분리를 위한 토레이 아로맥스(Toray Aromax™) 공정 등과 같은 변형례들이 개발되었다. 각각 이들 생성물은, 예를 들어 p-자일렌이 폴리에스터 섬유 및 플라스틱의 제조에 사용되는 것과 같은 중요한 주지의 용도를 갖는다.
SMB는 또한 최근에는 약제, 생화학제 및 방향제의 분리를 위해 더 작은 규모로 사용되고 있다. 예를 들면, WO 2003/026772 참조.
흡착제 및 공급물 스트림의 모의 대향류 움직임을 사용하는 본질적으로 이들 모든 흡착식 분리 유닛에서, 상기 모의는 하나 이상의 관형 흡착제 챔버 내의 알맞은 곳에 상기 흡착제를 고정하는 것을 포함한다. 공정에 관여하는 스트림이 챔버에 유입되고 유출되는 위치는, 예를 들어 멀트-포트 스톱콕(stopcock)과 동일한 원리로 작동하는 로타리 밸브에 의해 상기 층의 길이를 따라 서서히 이동한다. 보통 4개 이상의 스트림(공급물, 탈착물, 추출물 및 라피네이트(raffinate))이 이러한 과정에 사용되며, 상기 공급물 및 탈착물 스트림이 챔버에 유입되고 상기 추출물 및 라피네이트 스트림이 챔버에서 유출되는 위치는 동일한 방향으로 설정된 간격으로 이동한다. 이들 전환점의 각각의 위치 이동으로 인해 챔버 내 서로 다른 층으로부터의 액체가 전달되거나 또는 제거된다. p-자일렌 분리의 경우, 상기 추출물 스트림은 p-자일렌 및 탈착물로 구성되고, 상기 라피네이트 스트림은 탈착물 및 상기 p-자일렌-결핍된 자일렌 혼합물로 구성된다.
이러한 이동은 각 층의 입구에서 각각의 스트림에 대한 전용 라인을 사용하여 수행될 수 있다. 그러나, 이는 공정 비용을 매우 증가시키고, 따라서 상기 라인들을 재사용하게 되어 각각의 라인이 사이클 일부 지점에서는 상기 4개 공정 스트림 중 하나를 수반한다. SMB에서, 상기 공급물 스트림은 일련의 층들에 순차로 예를 들어 다층, 일반적으로 12 내지 24개 층의 경우, 먼저 1번 층으로, 이어서 2번 층 등으로 연결된다. 이들 층은, 그의 이동이 모의된 하나의 대형 층의 부분들로 간주될 수 있다. 매 시간 상기 공급물 스트림의 목적지는 변하고, 공급물 스트림과 같이 층에 유입되거나 또는 추출물 및 라피네이트 스트림과 같이 층을 떠나는 스트림일 수 있는 3개 이상의 다른 스트림의 목적지(또는 기원지)도 필연적으로 변한다. 탈착물 및 다양한 플러쉬(flush)가 또한 층에 유입되고 유출될 수 있다. 이러한 이동 층 모의는, 상기 층을 일련의 고정 층들로 분리하고, 도입과 배출 지점을 지나서 고정 층들을 이동시키는 대신에 일련의 고정 층들을 지나서 도입과 배출 액체 스트림 지점을 이동시키는 것으로서 간단히 기술될 수 있다. 미국 특허 출원 제 2008/036913 참조.
SMB 기술 수행에 사용되는 일반 기법은 문헌에 잘 기술되어 있다. 예를 들어, p-자일렌 회수에 관한 일반적인 설명은 문헌[Chemical Engineering Progress (Vol. 66, No 9)]의 1970년 판 9월호 70면에 제시되어 있다. 수학적 모델링에 중점을 둔 공정의 일반적인 설명은 문헌[International Conference on "Fundamentals of Adsorption", Schloss Elmau, Upper Bavaria, Germany on May 6-11, 1983 by D. B. Broughton and S. A. Gembicki]에 제시되어 있다. 힐리(F. J. Healy) 등에게 허여된 미국 특허 제 4,029,717 호는 자일렌 이성질체의 혼합물로부터 p-자일렌의 회수를 위한 SMB 공정을 기술하고 있다. 다수의 다른 입수가능한 참조문헌은, 다양한 액체 흐름의 분배를 위한 로타리 밸브, 흡착제 챔버와 제어 시스템의 간격을 비롯하여 SMB 시스템의 기계적인 부분들을 많이 기술하고 있다(예컨대, 문헌[Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, Third Edition (1978), Vo. 1](상기 인용됨), 특히 p. 569 이후 및 도 4, 및 문헌[Meyers' Handbook of Petroleum Refining Processes (3rd Edition (2004), McGraw-Hill Handbooks, pg, 2.51]의 도 2.6.4 참조).
로타리 밸브와 관련하여, 미국 특허 제 2,985,589 호는 고정 층상의 이동 포트 및 상기 고정 층 내의 스트림 흐름들을 분배하기 위한 동반 로타리 밸브의 개념을 기술하고 있다. SMB 공정에서 로타리 밸브를 사용하는 공정들은 미국 특허 제 3,201,491 호 및 제 3,291,726 호 등 다수의 미국 특허 문헌에 기술되어 있다. 미국 특허 제 3,706,812 호에서는, 이 특허의 도 1에 도시된 바와 같이, 로타리 밸브에 연결된 티(tee)를 통해 컬럼들이 서로 연결된다. 여기 개시된 시스템은 각 컬럼과 그의 티 사이에 체크 밸브를 포함시켜 정확한 방향성 흐름을 유지하였다. 상기 특허는 또한 솔레노이드 밸브를 사용하여 컬럼을 통해 포트를 이동시키는 것을 개시하고 있다. SMB에서 사용되는 로타리 밸브는 두 개의 별도의 도관 그룹의 동시적 상호연결을 달성하는 것으로서 설명될 수 있다.
고형물을 통과하는 스트림의 순행적 진전은 또한 유체가 상기 고형물에 대해 대향류 방식으로 흐르도록 하는 매니폴드 구성을 사용함으로써 달성될 수 있다. 매니폴드 내의 밸브는 순차적인 방식으로 작동되어, 상기 스트림이 흡착성 고형물 전체에 걸친 전반적인 유체 흐름과 동일한 방향으로 이동하도록 할 수 있다. 미국 특허 제 3,706,812 호 참조.
유오피 소르벡스(UOP Sorbex™) 공정(상기 기술된 파렉스(Parex™), 몰렉스(Molex™) 및 올렉스(Olex™) 공정을 포함함)은, 전형적으로 SMB 유닛에서 시브 챔버 내의 적절한 시브 층으로 오고 가는 순수 유입 스트림(공급물 및 탈착물), 순수 유출 스트림(추출물 및 라피네이트) 및 분류된 플러쉬(제 1 플러쉬 유입물, 제 2 플러쉬 유입물 및 플러쉬 유출물)를 분배시키는 로타리 밸브를 사용한다. 상기 순수 유입, 순수 유출 및 분류된 플러쉬 스트림은 다양한 층 라인들을 통해 순차로 순환된다. 상기 분류된 플러쉬 스트림은 다른 순수 유입 및 순수 유출 스트림으로부터 층 라인들을 공유함으로써 유발되는 오염을 피해야 한다. 소르벡스 공정 유닛은 전형적으로 서로 크게 다른 조성물을 갖는 다수의 스트림을 처리한다. "추출물" 및 "라피네이트"란 용어는 분리되는 성분들의 특성, 고형물의 선호도, 장치 또는 시스템의 특성에 따른 상대적 용어이지만, 본원에 사용된 "추출물"이란 용어는 생성물 및 탈착물을 포함하는 스트림을 의미하고, 본원에 사용된 "라피네이트"란 용어는 부산물 및 탈착물을 포함하는 스트림을 의미한다.
SMB의 사용은 자일렌과 에틸벤젠의 혼합물로부터 자일렌, 특히 p-자일렌을 분리하는 데 중요하다. 미국 특허 제 3,686,342 호 및 제 3,510,423 호 참조. 상기 언급된 SMB 공정에서 로타리 밸브를 사용하는 파렉스 공정 유닛은 전형적으로 다양한 농도의 자일렌들의 혼합물, 예컨대 평형 자일렌, 선택적 톨루엔 불균등화 유닛으로부터의 농축된 p-자일렌 스트림, p-자일렌 농도가 낮은 결정화기로부터의 여액, 및 이들의 혼합물을 공급받을 수 있다. 통상의 구성에서, 모든 공급물 스트림이 함께 혼합되고 공급되는 대로 로타리 밸브로 보내진다. 미국 특허 제 5,750,820 호에 교시된 바와 같이, 공급물 스트림은 별도로 유지되고 그의 조성에 따라 서로 다른 층들로 공급될 수 있다.
미국 특허 제 4,434,051 호, 제 5,470,464 호, 제 5,750,820 호, 제 5,912,395 호, 제 7,208,651 호, 미국 특허 출원 제 2006/0848065 호 및 제 2008/0149565 호에 교시된 바와 같이, 흡착식 분리 공정과 조합된 로타리 밸브의 효율 및/또는 생산성을 증가시키기 위해 다수의 방법이 고안되었다.
그러나, 정제 및/또는 화학 플랜트에 사용되는 공급물 스트림의 증가하는 공급원의 필요에 따라, 주로 고가의 새로운 장치를 늘이지 않고 및/또는 효율의 손실 없이 동시에 다양한 공급물 공급원을 처리할 수 있는 시스템이 여전히 필요하다. 예를 들어, 상이한 조성의 새로운 공급물 스트림, 예컨대 자일렌의 혼합물에 의해 제공된, 예컨대 90 중량% 초과의 p-자일렌을 갖는 공급물 스트림을 제공하는 모빌 선택적 톨루엔 불균등화(STDP™) 또는 모빌 톨루엔 대 P-자일렌(MTPX™) 공정(미국 특허 제 4,274,982 호, 제 4,851,604 호, 제 5,365,003 호, 제 5,498,822 호 참조)에 의해 제공된 평형보다 고 농도의 p-자일렌을 갖는 공급물 스트림을, 결정화기 여액에 의해 제공되는 약 23 중량%의 파라-자일렌의 평형 농도를 갖는 자일렌 공급물 스트림 및/또는 매우 낮은 함량(약 3 내지 6 중량%)의 파라-자일렌을 갖는 공급물 스트림과 통합시킬 필요가 있다. 상기 공급물 스트림들의 혼합은, 상기 공급물 스트림 중 하나 이상이 목적한 추출물의 농도를 감소시키기 때문에 비효율적이다. 또한, 현실적으로 층 라인들 및/또는 층들 중 적어도 일부는 임의의 주어진 시간에 사용되지 않으며, 이는 매우 고가의 자원의 비효율적 사용이 된다.
본 발명자들은 놀랍게도 독립적으로 작동하도록 구성 또는 배관된 평행 로타리 밸브를 제공함으로써, 소정 실시양태에서는 추가 공급물 및 플러쉬 스트림에 대해 증가된 용량을 제공하고, 소정 실시양태에서는 유닛의 용량을 증가시키거나 또는 일정한 용량으로 유닛의 에너지 요건을 실질적으로 감소시킨다는 것을 발견하였다. 이는 설계자 및/또는 작동자가 다중 공급물 위치를 최적화하거나, 또는 층 라인들로부터의 라피네이트를 플러슁하고 라피네이트와 탈착물 사이의 시브 챔버 내로 흡착물을 플러슁하는 것과 같이 슬러슁의 개수를 유지하거나 증가시킬 수 있도록 한다.
본 발명은 SMB 시스템에서 독립적으로 작동하도록 구성되거나 배관된 평행한 분배 밸브, 바람직하게는 로타리 밸브에 관한 것이다. 실시양태에서, 상기 시스템은 각각의 로타리 밸브 내에 서로 다르게 구성되거나 배관된 크로스오버 배관을 갖는 둘 이상의 로타리 밸브를 포함함으로써, 두 개의 별개의 공급물(하나는 각각의 로타리 밸브로)이 상기 모의 이동 층 흡수형 분리 시스템 내에서 동시에 또는 단계별로 사용될 수 있다.
실시양태에서, 본 발명은 또한 평행한 분배 밸브를 갖는 SMB 시스템에서 두 개의 별개의 공급물을 사용하는 것을 포함하는, 본 발명에 따른 SMB 시스템을 사용하는 방법에 관한 것이다.
바람직한 실시양태에서, 상기 방법은 공급물 스트림을 통합시킬 필요 없이 SMB 시스템 내에서 다수의 공급물 스트림을 정제하는 것을 포함한다.
또 다른 바람직한 실시양태에서, 상기 공급물 스트림은 평형 자일렌(약 23 중량%), 선택적 톨루엔 불균등화 유닛으로부터의 농축 p-자일렌 스트림(90 중량% 초과) 및 p-자일렌 농도가 낮은 결정화기로부터의 여액(10 중량% 미만)으로부터 선택되는 둘 이상을 포함한다.
이들 및 다른 목적, 특징 및 이점은 하기 상세한 설명, 바람직한 실시양태, 실시예 및 첨부된 특허청구범위를 참조하면 명백해질 것이다.
첨부된 도면에서, 유사한 참조 기호는 여러 도면에 걸쳐 유사한 부분을 나타내는 데 사용된다.
도 1 내지 3은 소르벡스 공정과 같은 SMB 시스템에 관한 본 발명의 개략적인 실시양태를 예시한다. 더욱 구체적으로, 본 발명에 의해 제공되는 개선점은 하기를 포함하나 이들에 국한되지 않는다:
도 1에서, 상기 공정에 공급되는 두 공급물은 임의의 공급물 플러슁 능력을 손실시키지 않고 각각의 로타리 밸브에 독립적으로 공급될 수 있다;
도 2에서, 제 1 로타리 밸브는 층 라인들로부터 나오는 라피네이트를 플러슁하도록 구성되고, 제 2 로타리 밸브는 상기 라피네이트 플러쉬 유출물이 시브 챔버 내로 회수되는 탈착물을 플러슁하는 데 사용되도록 구성된다;
도 3에서, 도 1 및 2의 특징의 일부를 조합하여 공급물 및 플러쉬의 개수 모두를 증가시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 둘 이상의 서로 다른 공급물 스트림을 동시에 처리하도록 독립적으로 배관된 적어도 두 개의 분배 밸브를 갖는 SMB 시스템이 제공된다.
실시양태에서, 본 발명자들에 의해 확인된 바와 같이, 공급물 위치를 최적화하고, 층 라인들로부터의 라피네이트를 플러슁하고, 라피네이트와 탈착물 사이의 시브 챔버 내로의 탈착물을 플러슁하도록 독립적으로 구성 또는 배관된 평행 로타리 밸브 시스템을 갖는 것이 바람직하다. 이는 하나 초과의 공급물 위치에 대한 가능성을 제공하면서 실제로 소르벡스 공정에서와 같은 SMB 공정에서의 플러슁 횟수를 유지하거나 증가시킴으로써 달성될 수 있다.
본 발명은 몇몇 도면을 참조하여 더 잘 이해될 수 있다. 하기의 설명은 본 발명을 단지 예시하기 위한 것이고 본원에 구체적으로 기술된 것과 달리 수행될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 한 실시양태에서, 두 개의 공급물, 바람직하게는 두 개의 서로 다른 공급물(실시양태에 따라 (i) 자일렌의 평형 혼합물; (ii) 평형 농도보다 높은 p-자일렌의 양을 갖는 선택적 톨루엔 불균등화 유닛으로부터의 자일렌의 혼합물; 및 (iii) 평형 농도보다 낮은 p-자일렌의 양을 갖는 결정화 공정으로부터의 자일렌의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택되는 공급물일 수 있음)은 각각 라인(1 및 2)을 통해 각각의 로타리 밸브(A 및 B)에 독립적으로 공급된다. 제 2 로타리 밸브(B)는 층 라인들과 관련하여 제 1 로타리 밸브(A)와 다르게 구성(배관)되기 때문에 공급물 플러슁 능력의 손실은 전혀 없다. 몇몇 도면에서 상기 로타리 밸브의 내부 배관은, 각각의 로타리 밸브와 관련해서 그 자체로 통상적인 것이기 때문에 도시하지는 않았다. 평행 로타리 밸브(A 및 B)를 독립적으로 구성하여 하나 초과의 공급물을 최적화할 수 있다. 도시된 바와 같이, 세 개의 생성물 스트림(라피네이트(13), 추출물(15) 및 추출물 플러쉬 유출물(18))이 동일한 위치(시브 챔버(101))에서 배출된다.
도 1에 개략적으로 도시된 시스템의 경우에 사용된 실시예에서, 상기 추출물은 탈착물과 p-자일렌의 혼합물이다. 상기 라피네이트는 탈착물과 p-자일렌-결핍된 자일렌의 혼합물이다. 추출물 플러쉬 유출물은 탈착물과 p-자일렌의 혼합물이다. 이들 스트림 각각은 더욱 바람직한 실시양태에서 예를 들어 증류에 의해 하류로 정제되고(도시되어 있지 않음), 상기 탈착물은 시스템으로 재순환된다. 또한, 또 다른 더욱 바람직한 실시양태에서, 상기 라피네이트 스트림은 이성질화 유닛(도시되지는 않았지만 그 자체가 당해 분야에 주지되어 있음)으로 보내지고, 이어서 로타리 밸브(A 또는 B)로의 공급물 스트림이 자일렌들의 평형 혼합물인 경우에 공급물 스트림으로서 재순환될 수 있다. 조합될 수 있는 이들 더욱 바람직한 실시양태는 본 발명의 기술 분야의 통상의 기술자에 의해 용이하게 배관될 수 있다.
상기 라피네이트, 추출물 및 추출물 플러쉬 유출물(층 라인 13, 15 및 18)의 스트림 각각은 (예컨대, 13A 및 13B로; 기타의 표기는 도시의 편의를 위해 생략하였음) 분리되고, 재조합(각각 스트림 3A, 3B; 5A, 5B; 8A 및 8B) 이전의 각각의 로타리 밸브(A 및 B)를 통해 각각의 스트림에 대해 출구로 각각 흐른다. 예컨대 본원에 논의된 바와 같은 증류, 재순환 등에 의해 하류를 따라 처리되는 출구 배관은 도시의 편의를 위해 도시하지 않았지만 그 자체로 통상적인 배관이다. 공급물 스트림 4(탈착물), 6(공급물 플러쉬 유입물) 및 7(제 2 공급물 플러쉬)은 각각의 로타리 밸브(A 및 B)를 통해 동일하게 분할(4A, 4B; 6A, 6B; 7A, 7B)되고, 이어서 재조합(스트림 14A 및 14B는 14로 조합됨)되며, 유사하게 적절한 스트림이 시브 챔버(101 및 102)로 유입되기 전에 스트림(16 및 17) 내로 조합된다(도 1 참조, 기타의 표기는 도시의 편의를 위해 생략하였음).
탈착물은, 분리되는 성분과 유사한 시브에 대해 친화성을 갖는 성분 또는 성분들의 혼합물이다. p-자일렌 분리의 경우, 탈착물은 전형적으로 파라-다이에틸벤젠(PDEB)이다. 공급물 플러쉬 유입물은, 상기 SMB 공정 층 라인들에 있는 "오염물질"(공급물)을 플러슁해 낸 스트림이다. p-자일렌 분리의 경우, 이러한 스트림은 PDEB, p-자일렌 또는 재순환된 라인 플러쉬 유출물이다. 제 2 공급물 플러쉬는, 추출물이 제거되는 층 라인에 가까운 추가의 층 라인 플러슁을 제공한다. p-자일렌 분리에서, 상기 제 2 공급물 플러쉬는 전형적으로 PDEB이다.
종래 기술에서, 둘 이상의 스트림의 블렌드인 통상의 단일 공급물 스트림은 또한 각각의 로타리 밸브를 통해 동일하게 분할되고 시브 챔버의 단일 공급물 위치로 재조합된다. 그러나, 도 1에 도시된 바와 같이, 이들 공급물 스트림(공급물 1 및 공급물 2)은 스트림(11 및 12)에 의해 각각의 로타리 밸브로부터 하나 또는 둘 모두의 시브 챔버(단일 시브 챔버(102)에 의해 도 1의 실시양태에 예시되어 있음)로 공급될 수 있다. 모든 도면에서 시브 챔버는, 그 자체로 당해 분야 숙련자에게 공지되어 있는 통상의 흡착제 물질을 사용하는 통상적인 시브 챔버일 수 있다.
증류탑에서와 같이, 제공되는 공급물의 최적 위치는 조성물의 함수이다. SMB에 대한 C8 방향족 공급물은 전형적으로 다수의 공급원, 예컨대 개질물, 트랜스알킬화, 톨루엔 불균등화, 선택적 톨루엔 불균등화, 자일렌 이성질화, p-자일렌 결정화기로부터의 여액 등에서 연유한다. 이들 공급물의 조성은 p-자일렌 순도(예컨대, 약 3 중량%, 약 6 중량% 또는 약 9 중량% 내지 약 80 중량%, 약 90 중량%, 약 92 중량% 또는 약 94 중량%) 및 에틸벤젠 함량(예컨대, 약 1 내지 약 25 중량%)에서 넓게 변하고, 상기 공급물은 서로 다른 공급원으로부터의 자일렌과 에틸벤젠의 혼합물일 수 있으며, 따라서 각각의 C8 이성질체는 상기 공급물 스트림에서 미량의 불순물 수준으로부터 99 중량% 또는 심지어 그 초과로까지 변할 수 있다. 전형적으로 이성질체를 p-자일렌으로부터 분리해내기가 가장 어렵기 때문에, 에틸벤젠이 가장 주목된다.
그러나, 서로 다른 농도를 갖는 공급물 스트림의 혼합은 일반적으로 본 발명의 이점들 중 하나가 관심 있는 1종 이상의 최종 생성물을 공통으로 갖는 두 개의 본질적으로 다른 공급물 스트림을 혼합하지 않고 SMB 시스템에서 처리하여 상기 관심 있는 최종 생성물을 포함하는 공통의 추출물을 유도할 수 있다는 점을 고려하면 열역학적으로 비효율적이다.
예를 들어, 비-제한적으로, 상기 다양한 공급물 스트림은 정제 및/또는 화학 플랜트 공급물 스트림으로부터 선택될 수 있으며, 예컨대 SMB 공정 예컨대 파렉스 공정과 관련하여 상기 논의된 C8 방향족 공급물은 파라핀 및/또는 올레핀 공급물 스트림을 포함한다.
또한, 예를 들어, 관심 있는 최종 생성물은 p-자일렌, o-자일렌, m-자일렌, 에틸렌 벤젠 또는 이들의 혼합물, 큐멘, 하나 이상의 파라핀, 하나 이상의 올레핀, 프룩토오스 등일 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에 속하는 당해 분야 숙련자에게 명백한 본 발명의 다수의 다른 실시양태들이 있다.
몇몇 다른 구체적이고 바람직한 실시양태를 이하에 기술한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 또 다른 실시양태에서, 제 1 로타리 밸브(A)는 층 라인을 나오는 라피네이트를 플러슁하도록 구성 또는 배관되고, 제 2 로타리 밸브(B)는 라피네이트 플러쉬 유출물을 사용하여 시브 챔버로 회수되는 탈착물을 플러슁하도록 구성된다. 도 2에서도, 상기 평행 로타리 밸브 구성을 사용하여 SMB 공정에서의 플러슁 횟수를 늘릴 수 있다. 세 개의 생성물 스트림(라피네이트(13), 추출물(15) 및 추출물 플러쉬 유출물(18))은 각각의 로타리 밸브(A 및 B)에 대해 동일한 층 라인으로부터 배출된다. 상기 스트림들은 분할되고(예컨대, 라인(13)(이는 라인(13A 및 13B)으로), 15 및 18)에 대해 도시된 바와 같이(기타의 표기는 도시의 편의를 위해 생략하였음)), 출구(라피네이트(3), 추출물(5) 및 플러쉬 유출물(8)로 표시된 스트림)에서 재조합되기(각각 3A, 3B; 5A, 5B; 및 8A, 8B) 전에 각각의 로타리 밸브를 통해 흐른다. 상기 스트림들은 본원에 논의된 바와 같이 추가의 처리 예컨대 증류 후 재순환을 위해 하류(배관은 도시되어 있지 않음)로 보내질 수 있다. 탈착물(4), 공급물 플러쉬 유입물(6) 및 공급물(1)의 공급물 스트림은 동일하게 분할되고(각가 4A, 4B; 6A, 6B; 1A 1B), 각각의 로타리 밸브를 통과한 다음 재조합된(스트림 14, 16 및 11) 후 동일한 위치에서 각각의 시브 챔버(101 및 102)(각각 시브 챔버 #1 및 #2)로 들어간다. 스트림(9)(라피네이트 플러쉬 유출물)은 층 라인(10B)을 통해 로타리 밸브(B)로 보내지고 이 스트림을 스트림(10)(탈착물 플러쉬 유입물)으로서 사용하고, 이는 로타리 밸브(A)를 통해 라피네이트 배출 지점(13)과 탈착물 공급 지점(14) 사이의 위치로 보내진다. 바람직한 실시양태에서 p-자일렌 결핍된 자일렌과 파라다이에틸벤젠의 혼합물인 스트림(9)이, 챔버로 회수되는 탈착물(파라다이에틸벤젠)로 채워진 층 라인을 대신할 것이다. 이렇게 함으로써, 상기 탈착물은 SMB 공정에서 완전히 사용될 것이다. 바람직한 실시양태에서, 이러한 플러슁의 속도는 층 라인 체적/로타리 밸브 계단화 속도를 초과하지 않고, 이는 p-자일렌 결핍된 자일렌을 상기 탈착물에 매우 가까운 위치로 도입할 것이다. 이는 상기 p-자일렌 생성물의 오염을 초래할 수 있다. 이러한 구성에서, 상기 로타리 밸브는, 도 1에서 제 2 공급물 플러쉬 용으로 사용되고 여기서는 라피네이트 공급물 플러쉬 유출물(9) 및 탈착물 공급물 플러쉬 유입물(16) 용으로 사용되는 로타리 밸브(A 및 B)에서 진행된다(로타리 밸브의 내부 배관(이들은 본질적으로 본 발명의 한 양태가 아니기 때문에 도시하지 않음)). 감소된 공급물 플러슁에 대한 일부 손실을 실행할 수 있지만, 라피네이트 및 탈착물 플러슁에 대한 유익은 공급물 플러슁 감소에 대한 임의의 손실을 훨씬 능가할 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 또 다른 실시양태에서, 공급물과 플러쉬의 개수는 모두 증가할 수 있다.
도 3에 도시된 본 발명의 실시양태는 도 1에서 상기 예시된 바와 같은 공급물 최적화 및 도 2에서 상기 예시된 바와 같은 최적화된 플러슁 모두를 사용한다. 도 3에서, 공급물(1 및 2)은 각각 라인(1A 및 2B)에 의해 각각 로타리 밸브(A 및 B)로 공급되고, 이어서 스트림(11 및 12)에 의해 시브 챔버(102) 내의 서로 다른 위치로 공급된다. 도면에 도시된 바와 같이, 세 개의 생성물 스트림(라피네이트(13), 추출물(15) 및 추출물 플러쉬 유출물(18))은 동일한 위치(층 라인)에서 배출된다. 상기 스트림들은 분할되고(앞선 도면에서와 같이, 13A 및 13B로, 다른 스트림(15 및 18)에 대해서는 도시의 편의를 위해 별도로 표시하지 않았음), 출구(스트림 3, 5 및 8)에서 각각 라인(3A, 3B; 5A, 5B; 및 8A, 8B)에 의해 재조합되기 전에 각각의 로타리 밸브(A 및 B)를 통해 흐르고, 이어서 본원에 논의된 바와 같은 하류를 따라서 (하류 처리를 위한 라인, 도시되어 있지 않음) 추가로 처리될 수 있다. 공급물 스트림 4(탈착물) 및 6(공급물 플러쉬 유입물)은 동일하게 (각각 4A, 4B; 6A, 6B)로 분할되고, 각각의 로타리 밸브를 통과한 다음 재결합(스트림 14 및 16; 14A 및 14B; 도시의 편의를 위해 표기하지 않은 라인(16)의 경우와 유사함)한 후, 동일한 위치(층 라인)에서 각각 시브 챔버(101 및 102)로 유입된다. 스트림(9)(라피네이트 플러쉬 유출물)은 라인(9B)을 통해 로타리 밸브(B)로 경로하고 이러한 동일한 스트림을 스트림(10A)(탈착물 플러쉬 유입물)으로 사용하고, 이를 로타리 밸브(A)를 통해 라피네이트 배출 지점과 탈착물 공급 지점 사이의 위치로 보낸다. p-자일렌 결핍된 자일렌과 파라다이에틸벤젠의 혼합물인 스트림(9)이 챔버(102)로 회수되는 탈착물(파라다이에틸벤젠)로 채워진 층 라인을 대신할 것이다. 이는 다시 SMB 공정의 탈착물을 더욱 완전히 사용한다. 바람직한 실시양태에서, 이러한 플러슁의 속도는 층 라인 체적/로타리 밸브 계단화 속도를 초과하지 않고, 이는 p-자일렌 결핍된 혼합된 자일렌을 상기 탈착물에 매우 가까운 위치로 도입할 것이다. 이는 상기 p-자일렌 생성물의 오염을 초래할 수 있다.
또 다른 실시양태에서, 상기 라피네이트 플러쉬 유출물은 제 1 로타리 밸브를 통해 보내질 수 있고, 이 스트림의 성질은 라피네이트 탑 공급물이다. (도 2에 따라) 라피네이트 플러쉬 유출물을 탈착물 플러쉬 유입물로 재순환하는 대신에, 제 2 로타리 밸브를 배관시켜 추가의(제 2의) 공급물 플러슁 능력을 제공할 수 있다.
또한, 추가의 바람직한 실시양태는 라피네이트 및 탈착물 스트림의 개수를 증가시키는 것을 포함할 것이다. 서로 다른 조성의 탈착물 스트림은, 상기 평행 로타리 밸브를 서로 다르게 배관함으로써 SMB 공정 유닛의 서로 다른 지점으로 동시에 공급될 수 있다. 상기 로타리 밸브로의 탈착물 스트림은, 분리되어 상기 라피네이트 및 추출물을 분별시키는 탑으로부터 재순환되는 탈착물의 혼합물이다. 상기 라피네이트 탑으로부터의 탈착물의 조성은 상기 추출물 탑으로부터의 탈착물의 조성과 약간 다르다. 상기 라피네이트 탑으로부터의 탈착물 내의 불순물은 p-자일렌-결핍된 C8 방향족이다(주로 가장 높은 비등점의 C8 방향족인 o-자일렌이다). 상기 추출물 탑으로부터의 탈착물 내의 불순물은 주로 p-자일렌이다. 따라서, 또 다른 바람직한 실시양태에서, 상기 공정은 상기 시브 층 내의 서로 다른 지점으로 이들 스트림을 독립적으로 공급하는 것을 추가로 포함한다. 추가로, 상기 최적화는 탑 사양 및 에너지 유입의 감소를 완화시킬 것이다.
본 발명의 예시적인 실시양태를 구체적으로 기술하였지만, 본 발명의 진의 및 범주를 벗어나지 않는 다양한 다른 변형례들이 당해 분야 숙련자들에게 명백하고 이들에 의해 제조될 수 있음을 이해할 것이다.
본원에 사용된 상표명은 ™ 기호 또는 ® 기호로 나타내었으며, 이는 상기 상표명이 소정의 상표권에 의해 보호되는 것으로, 예를 들어 다양한 법률 하에서 등록된 상표일 수 있다. 모든 특허 및 특허 출원, 시험 절차(예컨대 ASTM 방법, UL 방법 등) 및 기타 본원에 인용된 문헌은 그 개시내용이 본 발명과 상충되지 않고 그러한 인용을 허용하는 모든 법률 하에서 허용되는 정도로 본원에 참고로 인용된다. 수치 하한과 수치 상한이 본원에 기재된 경우, 임의의 하한 내지 임의의 상한 범위가 고려된다. 본원에 사용된 용어의 의미는 당해 분야에서 통상의 의미를 가지는 것으로, 특히 문헌[Handbook of Petroleum Refining Processes, Third Edition, Robert A. Meyers, Editor, McGraw-Hill (2004)]을 참조한다.

Claims (10)

  1. SMB(모의 이동층; simulated moving bed) 시스템에서 제 1 화합물 및 하나 이상의 다른 화합물을 포함하는 혼합물로부터 제 1 화합물을 분리하는 방법으로서,
    (a) 상기 제 1 화합물의 제 1 농도 및 제 2 화합물의 제 1 농도를 갖는 제 1 공급물 스트림을, 제 2 분배 밸브와 유체가 연통되는(fluidly connected) 제 1 분배 밸브에, 및 상기 제 1 화합물 또는 상기 제 2 화합물의 흡착에 대해 선택적인 흡착성 물질을 포함하는 복수 개의 챔버에 제공하는 단계;
    (b) 상기 단계 (a)에서의 상기 제 1 화합물의 상기 제 1 농도와 동일하거나 상이할 수 있는 상기 제 1 화합물의 제 2 농도 및 상기 제 2 화합물의 상기 제 1 농도와 동일하거나 상이할 수 있는 제 2 화합물의 제 2 농도를 갖는 제 2 공급물 스트림을, 상기 제 1 분배 밸브와 유체가 연통되는 상기 제 2 분배 밸브에, 및 흡착성 물질을 포함하는 상기 복수 개의 챔버 중 하나 이상에 제공하는 단계;
    (c) 상기 제 1 공급물 스트림을, 상기 흡착성 물질을 포함하는 상기 복수 개의 챔버 중 하나 이상에 도입하여, 상기 흡착성 물질 상에 상기 제 1 화합물 또는 상기 제 2 화합물을 선택적으로 흡착시켜, 변성된(modified) 흡착성 물질, 및 상기 제 1 화합물의 상기 제 1 농도와 상이한 상기 제 1 화합물의 제 3 농도 및 상기 제 2 화합물의 상기 제 1 농도와 상이한 상기 제 2 화합물의 제 3 농도를 갖는 개질된 제 1 공급물 스트림을 제공하고, 상기 하나 이상의 챔버로부터 상기 개질된 제 1 공급물 스트림을 배출시켜 상기 제 1 분배 밸브, 상기 제 2 분배 밸브 또는 이들의 조합에 통과시키는 단계;
    (d) 상기 제 2 공급물 스트림을, 상기 단계 (c)에서의 복수 개 챔버 중 하나 이상과 동일하거나 상이할 수 있는, 흡착성 물질을 포함하는 상기 복수 개의 챔버 중 하나 이상에 도입하여, 상기 흡착성 물질 상에 상기 제 1 또는 상기 제 2 화합물을 선택적으로 흡착시켜, 변성된 흡착성 물질, 및 상기 제 1 화합물의 상기 제 2 농도와 상이한 상기 제 1 화합물의 제 4 농도 및 상기 제 2 화합물의 상기 제 2 농도와 상이한 상기 제 2 화합물의 제 4 농도를 갖는 개질된 제 2 공급물 스트림을 제공하되, 이때, 상기 제 1 화합물의 제 4 농도 및 상기 제 2 화합물의 제 4 농도는 독립적으로 각각 상기 제 1 화합물의 제 3 농도 및 상기 제 2 화합물의 제 3 농도와 동일하거나 상이하고, 이 단계 (d)에서의 상기 하나 이상의 챔버로부터 상기 개질된 제 2 공급물 스트림을 배출시켜 상기 제 1 분배 밸브, 상기 제 2 분배 밸브 또는 이들의 조합에 통과시키는 단계;
    (e) 상기 개질된 제 1 공급물 스트림 및 상기 개질된 제 2 공급물 스트림을 회수하는 단계;
    (f) 탈착성 물질을 포함하는 하나 이상의 플러쉬(flush)를 상기 제 1 분배 밸브, 상기 제 2 분배 밸브 또는 이들의 조합에 제공하는 단계;
    (g) 상기 단계 (c) 및 (d)로부터의 상기 변성된 흡착성 물질을 동시에 또는 단계별로 상기 플러쉬와 접촉시켜 상기 제 1 화합물 또는 상기 제 2 화합물을 적어도 부분적으로 탈착시킴으로써, 개질된 플러쉬를 제공하는 단계; 및
    (h) 상기 개질된 플러쉬를 상기 제 1 분배 밸브, 상기 제 2 분배 밸브 또는 이들의 조합에 통과시키는 단계
    를 포함하는, 분리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 화합물이 p-자일렌이고, 상기 제 2 화합물이 o-자일렌, m-자일렌 및 에틸벤젠으로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물인, 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 (c) 및 (d)가 상기 흡착성 물질 상의 o-자일렌을 흡착시키는 단계를 포함하고, 상기 제 1 개질된 공급물 스트림 및 상기 제 2 개질된 공급물 스트림이 o-자일렌, m-자일렌 및 에틸벤젠으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물을 포함하는, 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 (a)에서의 제 1 공급물 스트림이 C8 방향족, 올레핀과 파라핀의 혼합물, 노말 파라핀들의 혼합물 및 프룩토오스로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 물질을 포함하는, 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 (a)에서의 제 1 공급물 스트림 및 상기 단계 (b)에서의 제 2 공급물 스트림이 자일렌들의 평형(equilibrium) 혼합물, 선택적 톨루엔 불균등화 유닛(disproportionation unit)으로부터의 농축된 p-자일렌 스트림, 및 결정화기로부터의 p-자일렌 함량이 낮은 여액(filtrate)으로부터 선택되는, 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 (a)에서 제공된 상기 제 1 화합물의 상기 제 1 농도가 상기 단계 (b)에 의해 제공된 상기 제 1 화합물의 상기 제 2 농도와 상이한, 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. SMB 시스템에서 제 1 화합물 및 하나 이상의 다른 화합물을 포함하는 혼합물로부터 제 1 화합물을 분리하는 방법으로서,
    (a) 상기 제 1 화합물의 제 1 농도 및 제 2 화합물의 제 1 농도를 갖는 제 1 공급물 스트림을, 제 2 분배 밸브와 유체가 연통되는 제 1 분배 밸브에, 및 상기 제 1 화합물 또는 상기 제 2 화합물의 흡착에 대해 선택적인 흡착성 물질을 포함하는 복수 개의 챔버에 제공하는 단계;
    (b) 상기 제 1 공급물 스트림을, 상기 흡착성 물질을 포함하는 상기 복수 개의 챔버 중 하나 이상에 도입하여, 상기 흡착성 물질 상에 상기 제 1 화합물 또는 상기 제 2 화합물을 선택적으로 흡착시켜, 변성된 흡착성 물질, 및 상기 제 1 화합물의 상기 제 1 농도와 상이한 상기 제 1 화합물의 농도 및 상기 제 1 화합물의 상기 제 1 농도와 상이한 상기 제 2 화합물의 농도를 갖는 개질된 제 1 공급물 스트림을 제공하고, 상기 하나 이상의 챔버로부터 상기 개질된 제 1 공급물 스트림을 배출시켜 상기 제 1 분배 밸브, 상기 제 2 분배 밸브 또는 이들의 조합에 통과시키는 단계;
    (c) 상기 제 2 분배 밸브로부터의 탈착물 및 플러쉬로 구성된 군으로부터 선택되는 물질을, 상기 변성된 흡착성 물질을 포함하는 상기 복수 개의 챔버 중 하나 이상으로 도입시키는 단계; 및
    (d) 상기 개질된 제 1 공급물 스트림을 회수하는 단계
    를 포함하는, 분리 방법.
  10. 공급물 스트림 내에 제 1 화합물 및 하나 이상의 다른 화합물을 포함하는 혼합물로부터 상기 공급물 스트림 내의 제 1 화합물을 분리하기 위한 SMB 방법에 있어서,
    서로 및 복수 개의 흡착성 분리 챔버와 유체가 연통되는 두 개의 분배 밸브를 포함하고, 이때 상기 분배 밸브들 각각은 탈착물 및 플러쉬로부터 선택되는 하나 이상의 물질의 공급원을 갖고, 이들 각각은 동일하거나 상이한 공급원으로부터 연유한 것일 수 있고, 이들 각각은 동일하거나 상이한 조성을 가질 수 있으며, 상기 복수 개의 흡착성 분리 챔버 중 하나 이상이 상기 혼합물과 접촉되고, 이어서 상기 분배 밸브들 각각으로부터의 상기 하나 이상의 물질과 접촉되는 것을 개선점으로 하는, SMB 방법.
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