KR101555393B1 - 시뮬레이팅 이동층을 분리하는 개선된 장치 - Google Patents

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    • B01D—SEPARATION
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    • B01D15/08—Selective adsorption, e.g. chromatography
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Abstract

폐쇄 루프에서 작동하는 일련의 다수의 기초 영역 (Zi) 을 포함하는 시뮬레이팅 이동층 흡착에 의해 공급물 (F) 을 분리하는 장치 (SMB) 로서, 상기 영역 각각은, 2 개의 연속 유체 주입 또는 추출 지점 사이에서, 체적 (VAi) 의 흡착제 고형물의 유일한 층 (Li) 과, 대부분의 영역이 동일한 흡착제 (S) 의 동일한 체적 (VA) 을 각각 구비한 통상의 기초 영역인 비선택적인 자유 체적 (Vi) 및 V 와 실질적으로 동일한 비선택적인 자유 체적을 포함하고; 상기 장치는, 또한 특별한 기초 영역이라고 하는 적어도 하나의 특별한 기초 영역 (Z0) 을 포함하고, 이 기초 영역 (Z0) 은 V 보다 큰 비선택적인 자유 체적 (V0) 및 VA 보다 작은 체적 (VA0) 의 흡착제 (S0) 의 유일한 층 (L0) 을 포함하고, S0 의 체적 흡착 용량 (C0) 은 고형물 (S) 의 체적 흡착 용량 (C) 보다 크고, 그리하여 특별한 기초 영역 (Z0) 의 전체 흡착 용량 C0 × VA0 은, Z0 층 (L0) 의 흡착제 고형물이 고형물 (S0) 이 아니라 고형물 (S) 인 것으로 산출되는 Z0 의 전체 흡착 용량보다는 통상의 기초 영역 각각의 전체 흡착 용량 C × VA 에 더 근접하게 된다.

Description

시뮬레이팅 이동층을 분리하는 개선된 장치 {IMPROVED DEVICE FOR SEPARATION IN A SIMULATED MOBILE BED}
본 발명은 증류법으로 분리하기 어려운 천연 또는 화학 생성물을 분리하는 분야에 관한 것이다. 그리하여, "크로마토그래피 (chromatographic)" 또는 "시뮬레이팅 이동층" 또는 "시뮬레이팅 역류 (counter-current)" 또는 "시뮬레이팅 병류 (co-current)" 공정 또는 분리 장치 (이하, "SMB" 공정이라고 함) 로서 알려진 공정 및 관련 장치 군이 사용된다.
관련된 특정 및 비한정적인 분야는 다음과 같다:
● 분기형 파라핀, 나프텐 및 방향족으로부터 통상적인 파라핀의 분리;
● 올레핀/파라핀의 분리;
● 다른 방향족 C8 이성체로부터 파라크실렌의 분리;
● 다른 방향족 C8 이성체로부터 메타크실렌의 분리;
● 다른 방향족 C8 이성체로부터 에틸벤젠의 분리.
정류 및 석유화학 복합물 이외에도 다양한 다른 적용이 있으며, 예를 들어 글루코오스/프럭토스의 분리, 크레졸의 위치 이성체 (positional isomers) 의 분리, 광학 이성체의 분리 등이 있을 수 있다.
SMB 크로마토그래피 분리는 종래에 잘 알려져 있다. 일반적으로, 시뮬레이팅 이동층은 적어도 3 개의 크로마토그래피 영역, 선택적으로 4 개 또는 5 개의 크로마토그래피 영역을 포함하고, 이러한 영역 각각은 적어도 하나의 층 또는 칼럼부로 구성되며 또한 2 개의 연속적인 공급 또는 인출 지점 사이에 포함된다. 통상적으로, 분류될 적어도 하나의 공급물 (F) 및 탈착제 (D) (종종 용리액 (eluent) 이라고 함) 가 공급되어, 적어도 하나의 라피네이트 (R) 및 추출물 (E) 이 인출된다. 공급 및 인출 지점은 시간에 따라 변경되고, 통상적으로 층의 하부 쪽으로 동기식으로 오프셋된다.
의미상, 기능적 영역 각각을 숫자로 나타내었다:
● 영역 1 = 탈착제 (D) 의 주입 및 추출물 (E) 의 제거 사이에 포함되는 소망하는 생성물 (추출물에 포함된) 의 탈착 영역;
● 영역 2 = 추출물 (E) 의 제거 및 분류될 공급물 (F) 의 주입 사이에 포함되는 라피네이트 화합물의 탈착 영역;
● 영역 3 = 공급물의 주입 및 라피네이트 (R) 의 인출 사이에 포함되는 소망하는 생성물의 흡착 영역; 및
● 바람직하게는, 영역 4 = 라피네이트 인출 및 탈착제 주입 사이에 위치되는 영역.
종래 기술에서는 공급물의 시뮬레이팅 이동층의 분리를 실시할 수 있는 다양한 장치 및 공정이 보다 자세히 기재되어 있다. 특히, US-2 985 589, US-3 214 247, US-3 268 605, US-3 592 612, US-4 614 204, US-4 378 292, US-5 200 075 및 US-A-5 316 821 를 인용할 수 있다. 상기 특허에서는 또한 SMB 의 기능을 자세히 기재하고 있다.
SMB 장치는, 통상적으로 적어도 하나의 (종종 2 개) 칼럼, 상기 칼럼에 배치되고 다양한 흡착제 층에 또는 그로부터 유체를 분배 및/또는 추출하는 챔버(들) (Ci) 를 갖춘 플레이트 (Pi) 에 의해 분리되는 흡착제의 층 (Ai), 및 유체를 연속적으로 분배 및 추출하는 프로그래밍된 수단을 포함한다.
어떠한 장치는 1 개 이상의 칼럼만을 사용하지 않고 이송 라인을 통하여 분리되고 또한 연결되는 유일한 흡착제의 층을 가진 다수의 흡착제를 사용한다.
일반적으로, 유체 또는 주요 플럭스 중 어느 것이 US-2 985 589 에 기재된 바와 같이 유동 차트에 따라서 컬럼을 통하여 전달되거나, 이러한 플럭스의 대부분 또는 전부가 US-5 200 075 에 기재된 공정에 따라서 추출된다.
SMB 로부터 유체를 분배 및 추출하는 프로그래밍된 수단은 통상적으로 이하의 2 개의 주요 기술 유형 중 하나이다.
● 각각의 플레이트에 대하여, 유체를 공급하거나 인출하도록 하는 다수의 프로그래밍된 온-오프 밸브로서, 상기 밸브는 통상적으로 대응 플레이트의 바로 주변에 위치되며, 특히 각각의 플레이트 (Pi) 에 대하여, 유체 (F, D) 를 공급하고 또한 유체 (E, R) 를 각각 인출하도록 하는 적어도 4 개의 프로그래밍된 2 방향 온-오프 밸브를 포함하는 밸브; 또는
● 플레이트 조립체로부터 유체를 공급하고 인출하는 회전식 다방향 밸브.
플레이트 (Pi) 각각은, 통상적으로 라인을 통하여 공급되는 다수의 분배기-혼합기-추출기 또는 "DME" 패널 또는 "분배/추출 매니폴드" 를 포함한다. 이러한 플레이트는 어떠한 유형 및 형상을 가질 수 있고, 특히 칼럼부에서 인접부를 형성하는 패널, 예를 들어 US-6 537 451 의 도 8 에 기재된 바와 같이 대칭적으로 (매니폴드) 공급되는 각진 섹터 (angular sectors) 를 가진 패널 또는 특허출원공개 US-03/0 127 394 에 기재된 바와 같이 이중 대칭으로 공급하는 원주의 절취 섹터 등의 평행한 섹터를 구비한다. 바람직하게는, 분리 칼럼은 이중 대칭 공급 (상기 발명에서는 패널 또는 섹터라는 용어는 구분없이 사용됨) 의 평행한 섹터 유형의 DME 플레이트를 포함한다. 보다 바람직하게는, 흡착제는 압밀된다. 즉, 소정의 칼럼에는 더 많은 양의 흡착제가 사용될 수 있고, 소망하는 생성물의 순도 및/또는 SMB 의 공급 유량이 증가될 수 있다는 것이다.
각 층에 걸친 분배는, 이전 층 (칼럼의 주요 축선을 따라 이동하는 주요 유체) 로부터 유도되는 플럭스를 집속하고, 이를 보조 또는 이차 유체안으로 주입하여 이러한 2 개의 유체를 가능한 한 광범위하게 혼합하는 가능성, 또는 집속된 유체의 일부를 제거하는 가능성, 이를 장치 외부로 보내도록 추출하고 또한 후속의 층에 걸쳐 유체를 재분배하는 가능성을 필요로 한다.
이는, 플레이트 (Pi) 에서, 혼합 챔버와는 별도로 또는 이와 공용될 수 있는 분배 (주입/추출) 용 챔버 (Ci ,k) 를 사용하여 달성될 수 있다. 1 개 이상의 챔버를 갖춘 플레이트 (Pi) 는 공지되어 있고, 이러한 플레이트는 소정의 시간에서 상이한 유체에 의해 별개로 공급 (또는 인출) 될 수 있거나 또는 소정의 시간에서 동일한 유체를 사용하여 동시에 또한 평행하게 공급 (또는 인출) 될 수 있다. 제 1 경우에는, 상기 플레이트는 다수의 분배 네트워크를 갖는 것으로 여겨지며, 제 2 경우에는, 단일의 분배 네트워크가 있다.
모든 SMB 장치의 일반적인 문제점은, SMB 작동 중 공급 및 인출 지점에 대한 변경시, 플레이트에/플레이트로부터 유체를 공급 및 추출하는 회로의 다양한 영역 및 체적에서 만나게 되는 액체에 의해 생성되는 오염물을 최소화하는 것이다. 작동 순서 동안, 플레이트 (Pi) 를 위한 라인, 챔버 또는 공급 영역이 공정 유체에 의해 더 이상 플러싱되지 않을 때, 이러한 영역은 액체가 정체하는 무효 영역 (dead zone) 이 되며, 또한 다른 공정 유체가 그 안에서 이동할 때에만 다시 이동된다. SMB 기능은 상이한 공정 유체를 의미하는 것이기 때문에, 상기 무효 영역의 액체는 실질적으로 상이한 조성으로 된 액체 의해 이동되어야 한다. 그리하여, 짧은 시간 간격으로 실질적으로 상이한 조성으로 된 유체를 혼합 또는 이동시킴으로써, 조성물에 어떠한 불연속성이 없도록 하는 이상적인 작동에 대하여 섭동 (perturbation) 을 유발한다.
다른 문제점은, 동일한 플레이트로 된 다양한 영역간의 가능한 한 (하지만 비번한) 재순환이며, 보다 일반적으로 플레이트로 된 다양한 영역간의 매우 작은 압력차로 인해 이상적인 작동에 비하여 섭동을 유발하기 때문에 단일의 플레이트의 전체 분배/추출 시스템에 있다.
재순환 및 무효 영역과 관련된 상기 문제점을 해결하기 위해서, 다양한 기술이 종래 기술에 이미 공지되어 있다:
a) 특히 비교적 순수한 소망하는 생성물 또는 탈착제를 사용하여 단일 플레이트에서 분배/추출 시스템을 플러싱하는 것이 제안되었다. 이러한 기술은 추출시 소망하는 생성물의 오염을 방지할 수 있다. 하지만, 플러싱 액체의 조성이 통상적으로 액체와 매우 다르기 때문에, 이는 이동되고, 그렇게 함으로써 이상적인 작동에 불리한 조성의 불연속성을 유도한다. 이러한 제 1 플러싱의 변형으로는 통상적으로 "고농도의 그래디언트로 단 주기로 플러싱" 을 실시하는 것이다. 이러한 플러싱은 조성의 불연속성 영향을 제한하도록 단시간 간격으로 실시된다.
b) US-5 972 224 에 기재된 바와 같이, 다른 해결책으로는 인접한 플레이트 사이의 외부 바이패스 라인을 통하여, 대부분의 주요 플럭스를 칼럼의 내부 쪽으로 통과시키고 또한 소수의 이러한 플럭스, 통상적으로 2% ~ 20% 플럭스를 외부 쪽으로 통과시키는 것이다. 인접한 플레이트로부터 유동되는 플러싱을 사용하여, 일 플레이트에서 분배/추출 시스템의 상기 플러싱은, 통상적으로 대부분의 시간 동안 또는 연속적으로 실시되어, 분배/추출 시스템의 라인 및 영역이 더 이상 "무효" 가 되지 않고 플러싱된다. 바이패스 라인을 통하여 플러싱되는 이러한 시스템은 US-5 972 224 의 도 1 에 도시되어 있고 또한 본 출원의 도 1 에 간단하게 반복되어 있다.
상기 분리 유닛의 조절시 발생하는 다른 주요 문제점은 루프내의 개별 "비선택적인 자유 체적" 이다. "개별" 이라는 용어는 이하 회로내에 균일하게 분포하지 않는 비선택적인 체적의 어떠한 일부에 대해 사용된다. 이 용어는 이하에 보다 자세히 규정된다. 통상적인 예로는, 일 칼럼을 다른 칼럼에 연결시키는 도관 또는 (단일 칼럼에 흡착제가 탑재되는 경우) 칼럼의 바닥에서부터 그 칼럼의 상부까지 재순환하는 도관과 이러한 도관에 관련된 모든 장비 (예를 들어: 펌프, 측정 또는 샘플링 수단, 제거 루프 등) 이다. 이러한 유형의 흡착제의 자유 체적은 선택적인 흡착을 실시하지 않기 때문에 비선택적이다.
특허 FR-2 721 527, FR-2 721 528, FR-2 721 529 및 US-6 896 812 에는, 재순환 펌프뿐만 아니라 다양한 샘플링 또는 분석 장치에 의해 발생하는 "비선택적인 자유 체적" 에 의해 섭동 (perturbations) 이 발생될 수 있는 것이 설명되어 있다.
FR-2 721 527 에는, 추출물 인출 지점 (추출물이 분리될 생성물 함유 플럭스인 경우) 이 층 n-1 로부터의 출구 및 층 n 으로부터의 출구 사이에 있을 순간에서부터 재순환 펌프의 전달량을 증가시킴으로써 개별 비선택적인 자유 체적에 대해여 보상하는 것이 기재되어 있다. 실제로, 추출물이 n 번째 층 (다른 것보다 큰 비선택적인 자유 체적을 함유) 으로부터 제거될 때 전달량이 증가된다. 이러한 전달량의 증가는, 상기 특허의 (이 발명에 따라서) 실시예 1B 에 볼 수 있는 바와 같이, 그 기간 동안 모든 층에 대한 유량을 증가시킨다. 이렇게 함으로써, 보상없이 얻어지는 경우에 비하여 순도가 향상되더라도, 비최적으로 작동하게 되는 유닛의 프로파일에서 섭동과, 체 (sieve) 및 흡착제에 걸친 더 큰 (또한 비최적으로) 유압 부하 (압력 감압 등) 를 받게 되는 단점이 있다.
US-6 896 812 에서는, 상기 비선택적인 체적이 위치한 영역의 유량을 변경함으로써, 비선택적인 자유 체적에 의해 유발되는 섭동 문제를 해결하였다. US-6 896 812 및 FR-2 721 527 에서 제안한 해결책은 본질적으로 서로 상이한데, FR-2 721 527 에서는 재생 펌프로부터의 전달량을 증가시켜 전체 흡착제를 증가시키는 반면, US-6 896 812 에서는 (공급물 또는 탈착제의) 주입 유량을 증가시키고 동시에 동일한 양만큼 인출 (추출물 또는 라피네이트) 유량을 저감시켜, 유량 증가는 흡착제의 일부 (일 영역) 에 의해서만 감지된다. 그리하여, US-6 896 812 에서 유량 증가는 공정 일부에만 제한되지만, 그럼에도 불구하고 사이클의 일부에 대해서 지속되어, FR-2 721 527 에서 발생하는 바와 같이 동일한 문제가 발생하게 된다. 또한, US-6 896 812 에는 상기 발명을 실시하는 어떠한 명확한 수단이 기재되어 있지 않고 또한 주입 및 인출 플럭스가 받아야 하는 큰 유량 변경에 의해 유발되는 문제로 인한 실질적인 영향에 대한 정보가 없으며, 이러한 유량은 일반적으로 주요 유체의 유량보다 실질적으로 더 작다.
FR-2 721 528 에는, 주입 스트림 (공급물 또는 탈착제) 또는 인출 스트림 (추출물 또는 라피네이트) 이 재순환 펌프를 통과하는 매 시간의 전환 시간 및 그로 인한 비선택적인 분리부의 체적을 증가시키는 것이 기재되어 있다. 하지만, 이 특허에서는 실시될 수 있는 2 개의 조건을 붙여 놓았다:
● 각각의 회로는 독립적으로 교체되어야 한다. 즉, 도입되거나 제거되는 플럭스 각각은 n 위치 밸브 또는 n 온-오프 밸브 (시뮬레이팅 이동층의 경우에는 상기 보상 모드를 제외하고 1 개 이상의 회전식 밸브(들)에 의해서 공급이 보장됨) 에 의해 관리되어야 한다는 것이다 (8 쪽).
● 각각의 영역은 적어도 2 개의 층을 구비해야 하는데, 일 영역으로부터의 배출물이 이방성 (예를 들어, 재순환 펌프의 비선택적인 자유 체적, 이러한 영향은 교정되어야 함) 으로 통과할 때의 소정의 특정 시간에서, 상기 영역은 하나의 층에 의해 단축된다 (9 쪽). 이러한 조건은, 특히 층 수가 감소되는 경우에 (예를 들어, 4 개 ~ 12 개) 매우 제한적일 수 있다.
더욱이, 공정을 제어하는 것은 보상 유무와 상관없이 (FR-2 721 528 의 10 쪽, 11 쪽) 전환 시간표에서 볼 수 있는 바와 같이 보다 복잡해지고, 이러한 공정을 실시하는데 매우 어렵게 만든다.
FR-2 721 529 에는, 전체적으로 층이 다른 층과 동일한 체적을 갖도록, 별개의 비선택적인 부분의 체적과 동일한 체적만큼 층 n 의 체적을 저감시키는 것이 기재되어 있다. 이는, 기재된 바와 같이 (7 쪽 26 행), 많은 대부분의 섭동을 없앨 수 있지만, 잔류 섭동이 존재한다. 하지만, 이러한 경우에, 층 n 은 다른 층보다 적은 분자체를 포함한다. 그리하여, 이러한 교정은 특히 고려되는 생성물이 강하게 흡착될 때에는 이상적이지 않다. 이는, 분리될 생성물이 매우 강하게 흡착된 생성물일 때 특히 문제가 된다.
여러 가지 유리한 변경으로 비동기식 변환을 사용함으로써 상기 유형의 유닛의 기능을 개선시킬 수 있다. 간단한 방식으로, 상기 비동기식 변환은, US-5 578 215 에 기재된 바와 같이, 재순환 펌프(들)의 무효 체적(들) 에 대하여 보상하도록 작용하고, US-5 762 806 에 기재된 바와 같이, 유량 및 압력의 급격한 불균일성을 제거하도록 재순환 펌프에 걸쳐 일정한 재순환 유량으로 작동하도록 작용하며, 또는 마지막으로 흡착제 층의 비정수 (non-integral) 에 각각 대응하는 적어도 2 개의 크로마토그래피 영역으로 작동하도록 작용한다. 이러한 변경은, US-6 136 198, US-6 375 839, US-6 712 973 및 US-6 413 419 에 기재된 바와 같이, Varicol 이라는 이름으로 공지되어 있다. 이러한 3 개의 변경을 조합할 수 있다.
하지만, 비동기식 변경은 추가로 복잡해지게 된다. 유입 및 유출 유체와 연통하도록 배치된 다방향 회전식 밸브 및 흡착 칼럼(들)에 배치된 층은 하나의 동기식 변환만을 가능하게 한다. 비동기식 변환에 대해서는 다수의 온-오프 밸브가 중요하다.
종래 기술에는 흡착제 고형물 ("흡착제" 라는 용어는 이에 상응함) 을 생성하는 다양한 방식이 기재되어 있다. 실제로 사용되는 흡착제는 실시되는 분리에 따른다. 8 개의 탄소 원자를 포함하는 방향족 컷으로부터 파라크실렌 또는 메타크실렌을 산업적으로 매우 중요하게 분리하는 경우에, 제올라이트 흡착제가 사용된다.
이러한 제올라이트 흡착제의 용도는 종래 기술에 잘 공지되어 있다. US-3 558 730, US-3 558 732, US-3 626 020, US-3 663 638 에는, 바륨과 칼륨 또는 바륨 단독 (US-3 960 774) 과 교환되는 알루미노규산염을 포함하는 흡착제가 C8 방향족 컷으로부터 파라크실렌을 분리하는데 효과적임이 기재되어 있다.
상기 흡착제는, 바람직하게는 US-2 985 589 에 기재된 바와 유사한 시뮬레이팅 역류형, 그 중에서 방향족 C8 컷 (8 개의 탄소 원자를 함유하는 방향족 탄화수소를 포함하는 컷) 에 적용가능한 액체상 또는 기체상 공정에서 흡착 작용체로서 사용된다.
전술한 바를 참조하면, 제올라이트 흡착제는 분말 형태 또는 제올라이트 및 최대 15 중량% ~ 20 중량% 불활성 바인더로 주로 구성되는 덩어리 형태이다.
제올라이트는 통상적으로 산업적인 면에서 특히 어려운 (조절시 큰 압력 감압이 발생) 용도의 분말을 얻도록 실리코알루미네이트 겔의 핵형성 (nucleation) 및 결정화에 의해 합성되고; 분말형 재료 고유의 단점을 받지 않는 미립자 또는 입자 형태의 덩어리를 사용하는 것이 바람직하다.
소판 (platelets), 비드 (beads) 또는 압출물 형태이든지 이러한 덩어리는, 일반적으로 제올라이트 분말로 구성되고, 이러한 제올라이트 분말은 활성 원소 (흡착 관련) 및 바인더를 구성하여, 결정질을 입자 형태로 응집시키고 사용시 받게 되는 진동과 이동에 저항하도록 입자에 충분한 기계적 강도를 제공한다.
이러한 덩어리는, 예를 들어 30 중량% ~ 15 중량% 바인더에 대해 70 중량% ~ 85 중량% 제올라이트 분말 정도의 비율로 제올라이트 분말을 클레이 유형의 페이스트로 형성한 후, 비드, 소판 또는 압출물을 형성하고, 클레이를 굽고 제올라이트를 재활성화시키도록 고온에서 가열함으로써 형성되고, 바륨 교환은 가능한 한 분말형 제올라이트를 바인더와 응집하긴 전 및/또는 그 후에 실시된다. 그리하여, EP-0 154 855 에는 X 제올라이트/바인더 비가 중량으로 70/30 ~ 90/10 로 변한다고 기재되어 있다 (5 쪽 32 ~ 33 행). US-3 960 774 에는 X 또는 Y 제올라이트가 일반적으로 75 중량% ~ 98 중량% 로 농도가 변하는 전구체에 존재할 수 있다고 기재되어 있다 (6 컬럼 42 ~ 44 행). EP-0 115 068 에는 X 제올라이트 형태의 흡착제가 20% 클레이 유형의 바인더를 포함하는 바륨과 교환된다고 기재되어 있다 (6 쪽 23 행).
입자 크기가 10 분의 몇 밀리미터 또는 몇 밀리미터인 제올라이트 물체 (bodies) 가 얻어지고, 이러한 제올라이트 물체는, 바인더 및 입자 크기가 종래의 통상적인 방식으로 선택되면, 특히 다공성, 강도 및 내마멸성에 있어서 만족스러운 전체 특성을 나타낸다. 하지만, 불활성 응집 바인더가 존재하기 때문에, 이러한 덩어리의 흡착 특성은 활성 개시 분말에 비하여 실질적으로 저감된다.
흡착제 고형물의 층 (또는 배치) 의 주요 특징은 그의 흡착 용량, 즉 흡착제의 층 (또는 배치) 의 체적에 걸쳐 흡수할 수 있는 유체의 체적비이다. 일반적으로 또한 통상적으로 상기 발명에 따라서, 이러한 용량을 측정하기 위해 Dubinin 체적이 선택된다. 그리하여, Dubinin 체적은, 흡착되고 또한 분리되는 화합물과는 별개이며 단지 흡착제에 의존하고: LOWELL 등 저서의 "다공성 고형물 및 분말의 특징: 표면적, 기공 크기 및 밀도" 라는 책의 9 장의 "미세공 분석" (143 ~ 145 쪽; Kluwer Academic Publishers, 2004, Dordrecht(NL)) 에 기재된 바와 같이 Dubinin/Radushkevich 관계식을 사용하여 산출된다.
이 관계식: log V = log V0 - D(log(P/P0))2 은 상대 압력 P/P0 에 대한 흡착제 재료에 흡착된 질소의 체적 (V) 과 관련 있다. Dubinin 체적은 체적 V0 이고, 이 체적은 흡착제 재료의 미세공에서 응축될 수 있는 질소 기체의 최대 체적이다. 이는, 흡착제의 그램당 질소 기체 (정상 조건에 둠) 의 ㎤ 으로 나타내어진다.
측정하기 전에, 샘플은 진공상태 (P < 5×10-6 Torr; 즉 6.7×10-4 Pa) 에서 12 시간 동안 500℃ 에서 전처리된다. 그 후, Micromeritics 으로부터의 ASAP 2010M 유형의 장치에서 측정을 실시한다. 0.01 ~ 1 P/P0 사이의 적어도 35 개 지점의 압력표를 사용하여 등온선 그래프를 형성한다. log V 의 값을 (log(P/P0))2 에 대하여 도면을 작성한다. (log(P/P0))2 이 1 ~ 2 범위 (즉, 0.039 < P/P0 < 0.1) 에 있는 지점들의 선형 회귀선의 원점에서 종좌표로부터 Dubinin 체적이 구해진다. 이러한 측정에서의 불확실성은 ±0.003 이다.
Dubinin 체적, 층의 체적 및 이 층에 탑재된 흡착제의 중량을 알면, 체적 흡착 용량을 쉽게 알 수 있다. 예를 들어, 7 m 직경 및 1.13 m 높이 (체적 43.49 ㎥) 의 층에 0.22 ㎤/g 의 Dubinin 체적의 37834 ㎏ 의 흡착제가 탑재되는 것을 고려할 수 있다. 이러한 층의 흡착 용량은 8.32 ㎥ 이거나 또는 분리에 이용가능한 체적 분율은 19.14% 이다. 나머지 문서에서는 흡착제의 층 또는 배치의 흡착 용량을 (C, 또는 C0, 또는 C1, 또는 C2) 라고 한다.
본 발명의 과제는 종래의 장치에 비하여, 특히 개별 비선택적인 체적의 존재로 인한 비선택적인 자유 체적을 가진 1 개 이상의 특정 영역의 존재와 연계된 성능 저하 및 문제점에 비하여, 성능이 개선된 시뮬레이팅 이동층을 분리하는 장치이다.
제공된 성능 개선은, 목표 대상에 따라서, 고려되는 장치를 사용하여 분리 공정에 사용되는 사양 및 제어 파라미터를 채택함으로써 상이해질 수 있다. 이러한 개선(들)은, 예를 들어, 탈착제에 대한 요구 저감, 탈착제/공급물 비 저감, 소망하는 생성물의 순도 또는 회수율 증가, 또는 공정의 생산성 증가를 포함할 수 있다. 이러한 제공된 목적 및 어떠한 다른 장점은 물론 적어도 어떠한 범위로 조합될 수 있다.
놀랍게도, 이러한 개선은 이러한 특별한 기초 영역(들):
a) 특히, 비선택적인 자유체적에 대하여 보상하도록 흡착제 층의 체적이 저감된 영역;
b) 통상의 기초 영역에 사용되는 흡착제에 비하여 체적 흡착 용량이 증가된 특별한 흡착제 또는 특별한 흡착제 조성물의 영역에서 조인트를 사용함으로써 이루어질 수 있음을 알았다.
본 발명은 또한 특별한 분리, 특히 C8 방향족 컷 (8 개의 탄소 원자 함유) 으로부터 크실렌 (특히 파라크실렌 또는 메타크실렌) 을 분리하는 장치의 용도에 관한 것이다.
본 발명은 또한 다른 화학군의 탄화수소를 포함하는 탄화수소 혼합물로부터 올레핀 탄화수소 또는 1 개 이상의 통상적인 파라핀 탄화수소를 분리하는 장치의 용도에 관한 것이다.
마지막으로, 본 발명은 흡착제의 N 배치에서부터 시작하여 시뮬레이팅 이동층 SMB 장치안으로 흡착제를 탑재하는 대응하는 공정에 관한 것이다.
SMB 기술을 사용하여 얻을 수 있는 분리 성능을 개선하기 위해서, 본 발명에서는 폐쇄 루프에서 작동하는 일련의 다수의 기초 영역 (Zi) 을 포함하는 시뮬레이팅 이동층 흡착에 의해 공급물 (F) 을 분리하는 장치를 제공하고, 상기 영역 각각은, (공급물 또는 용리액의) 일련의 주입을 위한 또는 (추출물 또는 라피네이트의) 일련의 추출을 위한 2 개의 연속 지점 사이에서, 체적 (VAi) 의 흡착제 고형물의 유일한 층 (Li) 과, 적어도 3 개의 영역 (Zi) 각각이 VA 와 실질적으로 동일한 체적의 흡착제의 단일 층을 포함하는 비선택적인 자유 체적 (Vi) 및 V 와 실질적으로 동일한 비선택적인 자유 체적이라고 하는 흡착제가 없는 루프내 이동을 위한 체적을 포함하고, 상기 영역을 통상의 기초 영역이고 하며,
상기 장치는, 또한 영역 (Zi) 중에서, 통상의 영역과 상이한 특별한 기초 영역이라고 하는 적어도 하나의 기초 영역 (Z0) 을 포함하고, 이 기초 영역 (Z0) 은 V 보다 큰 비선택적인 자유 체적 (V0) 및 VA 보다 작은 체적 (VA0) 의 흡착제 고형물의 유일한 층 (L0) 을 포함하고,
다양한 통상의 영역의 층에 대해서는 동일한 흡착제 평균 고형물 (S) 이 사용되며, 상기 특별한 기초 영역 (Z0) 의 층에 대해서는 상기 S 와 상이한 흡착제 평균 고형물 (S0) 이 사용되고, S0 의 체적 흡착 용량 (C0) 은 고형물 (S) 의 체적 흡착 용량 (C) 보다 크고, 그리하여 특별한 기초 영역 (Z0) 의 전체 흡착 용량 C0 × VA0 은, Z0 층 (L0) 의 흡착제 고형물이 평균 고형물 (S0) 이 아니라 평균 고형물 (S) 인 것으로 산출되는 Z0 의 전체 흡착 용량보다는 통상의 기초 영역 각각의 전체 흡착 용량 C × VA 에 더 근접하게 된다.
따라서, 이는 이하의 관계식을 충족하는 것을 의미한다:
Figure 112010046045554-pct00001
바람직하게는, 특별한 기초 영역 (Z0) 의 전체 흡착 용량의 차는, 통상의 기초 영역 각각의 전체 흡착 용량에 비하여 적어도 30% 만큼, 매우 바람직하게는 적어도 70% 만큼 저감된다.
그리하여, 바람직하게는:
Figure 112010046045554-pct00002
또는 매우 바람직하게는:
Figure 112010046045554-pct00003
이상적으로, 전체 영역의 전체 흡착 용량은 동일하고:
Figure 112010046045554-pct00004
통상적으로, 전체 체적 V0 + VA0 가 사용되고, 이 체적은 V + VA 에 매우 근접하고, 예를 들어 최대 3% 만큼 V + VA 와 상이하거나 동일하다.
"평균 고형물" 이라는 용어는 흡착제 고형물이 반드시 균질하지 않다는 것 (균질할 수도 있지만) 을 의미한다.
장치의 일실시형태에 있어서, 상이한 흡착 용량을 가진 (적어도) 2 개의 흡착제가 사용되고, 이러한 2 개의 흡착제의 혼합 비율은 통상의 기초 영역과 특별한 기초 영역(들) 사이에서 변하게 된다. 일반적으로, 상기 흡착제 평균 고형물 (S0) 은 C1 > C2 인 상이한 체적 흡착 용량 (C1, C2) 의 적어도 2 종의 흡착제 고형물 (S1, S2) 의 혼합물이고, S1 은 상기 장치에 포함되는 흡착제 고형물이며 또한 최대 체적 흡착 용량을 가지고, 통상의 기초 영역의 층 각각에 있어서 S1 의 백분율은 0 또는 특별한 기초 영역 (Z0) 의 층 (L0) 에서의 S1 의 백분율보다 작다.
그 후, 이러한 선택에 있어서, 특정한 기초 영역 (Z0) 의 체적 흡착 용량은, 이 영역에서, 통상의 영역 각각에 사용되는 것보다 큰 비율로 존재하는 높은 체적 흡착 용량을 가진 흡착제 고형물 (S1) 을 사용함으로써 증가된다.
상기 통상의 기초 영역의 층은 선택적으로 S1 의 백분율이 0 인 흡착제 평균 고형물 (S) 을 포함할 수 있다.
상기 통상의 기초 영역의 층은 체적 흡착 용량 (C) 을 가진 단일의 균질한 흡착제 고형물 (S) 로 구성될 수 있다. 이러한 경우에, 상기 흡착제 평균 고형물 (S0) 은 C1 > C 인 더 큰 체적 흡착 용량 (C1) 을 가진 적어도 하나의 다른 흡착제 고형물 (S1) 을 포함한다.
그리하여, 본 발명을 실시하는 일 방법은, 특별한 기초 영역(들)에, 통상의 기초 영역에 사용되는 흡착제보다 미세공 체적이 더 큰 흡착제 고형물을 생성시키고 설치하는 것이다.
바인더에 의해 응집된 제올라이트 결정질을 포함하는 제올라이트 흡착제를 사용하는 경우에, 바인더는 통상적으로 흡착제 성능에 대하여 불활성이다. 분리를 위한 유효 미세공 체적을 증가시키기 위해서, 다양한 수단이 제안되었다: 보다 점착성의 바이더를 사용하는 것이 제안되었으며, 그럼으로써 사용된 바인더의 양을 저감시킬 수 있고, 또는 바인더 전부 또는 그 일부를 제올라이트로의 전환 또는 제올라이트화시키는 것이 제안되었다. 이러한 작동을 용이하게 실시하기 위해서, 카올리나이트군에 속하는 제올라이트화가능한 바인더가 사용되고, 이는 500℃ ~ 700℃ 범위의 온도에서 하소된다.
상기 방법에서, FR-2 767 524 A1 에는, 바인더의 적어도 일부를 제올라이트로 전환시키기 전에 바인더 함량이 20 중량% 초과하지 않고 (3 쪽 25 ~ 27 행) 또한 상기 전환 후에 비활성 재료의 양이 최대 10% 인 (4 쪽 4 행) 흡착제가 기재되어 있다. 유사하게, 국제특허출원 WO-99/10096 에는, 덩어리의 실제 바인더 함량이 일반적으로 흡착제의 전체 질량의 30%, 바람직하게는 20% 를 초과하지 않는 것이 기재되어 있다 (3 쪽 11 ~ 12 행). 그 후, 동일한 특허문헌에는, 바인더를 제올라이트로 전환한 후에, 최종 흡착제가 일반적으로 적어도 85%, 바람직하게는 적어도 90% 활성 포저사이트 (faujasite) 유형의 제올라이트 및 최대 15%, 바람직하게는 최대 10% 흡착용 비활성 재료로 구성된다고 기재되어 있다 (3 쪽 23 ~ 26 행). US-3 119 660 에는 4A 제올라이트 분말과 클레이 유형의 바인더와 혼합하여 생성되는 조성물이 대략 0.56 의 용량 인자를 가지는 것으로 기재되어 있다 (14 칼럼 62 ~ 64 행). 그 후, 동일한 특허문헌의 표 Ⅳ (칼럼 15) 에는, 바인더의 적어도 일부가 제올라이트로 전환된 후, 이러한 동일한 덩어리가 바인더 전환 단계에 대해 선택된 작동 프로토콜에 따라서 0.70 ~ 0.74 범위의 흡착 인자를 가지는 것으로 기재되어 있다.
일 변형예는 카올린의 입자를 성형한 후 이 카올린을 제올라이트화하는 것으로 구성되고; 그 원리는 "제올라이트 분자체" (D W Breck, John Wiley and Sons, New York, p 320 ff) 에 기재되어 있다. 이러한 기술은, 최대 95 중량% 제올라이트 자체 및 전환되지 않은 잔류 바인더로 구성되는 A 제올라이트 또는 X 제올라이트의 얻어진 입자에 연속적으로 적용된다.
고려되는 분리에 따라서, 본원에 따라서 당업자는 특별한 기초 영역(들)에 사용되는 흡착제의 체적 흡착 용량을 증가시키는 어떠한 적절한 방법을 사용할 수 있다.
유리하게는, 동일한 제조 작업 (fabrication run) (예를 들어 제조 작업 또는 평행한 제조 작업은 동일한 공정을 사용함) 으로 통상적으로 많은 개수의 배치로부터 제조되는 동일한 흡착제로부터 2 가지 유형의 흡착제를 제조할 수 있고; 이는 배치 각각의 흡착 용량을 측정하고 또한 특별한 기초 영역의 최고 용량으로 배치를 선택함으로써 실시될 수 있다.
따라서, 본 발명은 시뮬레이팅 이동층 흡착에 의해 분리하는 장치 안으로 탑재하는 방법을 제안하고, 상기 장치는 n 개의 기초 영역 (Zi) 를 포함하고, 상기 n 은 3 ~ 30 이며, 동일한 제조 방법을 사용하여 상기 흡착제의 N 개의 제조 배치 (batches) 형태의 흡착제가 이용가능하며, 상기 N 은 60 ~ 3000 개의 범위이고,
a) 제조 배치 각각의 체적 흡착 용량은 개별적으로 측정되며,
b) 그로 인해 얻어진 체적 흡착 용량의 개별 측정으로부터, 통상의 기초 영역에 탑재되는 제 1 흡착제 (S) 가 선택되며, S 보다 큰 체적 흡착 용량을 가진 제 2 흡착제 (S0) 가 선택되고, 이 제 2 흡착제는 특별한 영역 (Z0) 에 탑재되며, 상기 장치는 전술한 장치이다.
상기 장치는 다수의 특별한 기초 영역을 포함하고, 상기 제 2 흡수제 (S0) 의 적어도 일 분획물 (fraction) 은, 단독으로 또는 제 1 흡착제 (S) 의 일 분획물과 혼합되어 상기 특별한 기초 영역 각각에 탑재되어, 상기 영역에 탑재되고 또한 얻어진 흡착제는 전술한 적어도 하나의 부등식을 충족하고 또는 동일한 흡착 용량에 대응한 등식
Figure 112010046045554-pct00005
을 충족한다.
동일한 제조 작업의 배치로부터 상이한 흡착제를 사용함으로써 상이한 제조 라인을 사용해야 하는 것을 방지할 수 있다.
예를 들어, 24 개의 기초 영역 (Zi), 즉 23 개의 통상의 영역과 1 개의 특별한 영역 (Z0) 을 포함하는 SMB 분리 유닛용 분자체에 대하여 제조 작업으로부터 선택을 할 수 있다. 예를 들어, 1000 t 의 분자체가 탑재되어야 한다면, 상기 생성물은 1 t 의 배치, 예를 들어 단일의 1 t 의 제조 배치로 포장될 수 있다. 각각의 배치에 대하여, Dubinin 체적 (또는 엄격하게 비례적으로, 질소 이외의 화합물, 예를 들어 분리될 탄화수소의 흡착된 체적) 을 측정할 수 있다. 평균 Dubinin 체적에 대하여 또는 체적으로 표현되는 그 등가물에 대하여, 예를 들어 19%, 100% 의 배치는 통상적으로 18% ~ 20% 범위에 있다. 다음으로, 최고 용량을 가진 4.2% 배치 (예를 들어, 흡착에 대하여 평균 19.85% 체적) 를 선택할 수 있고; 제조 작업의 나머지는 흡착에 대하여 18.95% 평균 체적 용량을 가진다. 다음으로, 통상의 기초 영역에 탑재된 나머지 흡착제보다 5% 큰 평균 흡착 용량을 가진 흡착제는 특별한 영역 (Z0) 에 탑재된다.
본 발명은 또한 특별한 분리를 실시하는 장치의 용도에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 8 개의 탄소 원자를 함유하는 방향족 탄화수소 컷으로부터 크실렌, 예를 들어 파라크실렌 또는 메타크실렌을 분리하는 장치의 용도에 관한 것이다.
본 발명은 또한 다른 비올레핀 탄화수소와 혼합된 탄화수소를 포함하는 컷으로부터 올레핀 탄화수소를 분리하는 장치의 용도에 관한 것이다.
본 발명은 또한 선형 파라핀이 아닌 다른 탄화수소와 혼합된 선형 파라핀 또는 파라핀을 포함하는 컷으로부터 적어도 하나의 선형 파라핀을 분리하는 장치의 용도에 관한 것이다.
도 1 은 본원에 따른 시뮬레이팅 이동층을 분리하는 장치의 일부를 개략적으로 도시한 도면.
도면에서는, 흡착제 고형물 (L1, L2,... L22, L23 및 L24 (L0 에 대응)) 의 24 개의 층을 포함하는 칼럼을 부분적으로 또한 간단하게 도시하였다. 상기 층 각각은 해칭된 사각형으로 나타내었다. 칼럼의 2 개의 연속적인 층 사이에는, 공급되고 인출되는 다양한 유체의 분배/추출을 위한 시스템용 칼럼의 내부 자유 체적에 대응하는 비선택적이며 해칭되지 않은 자유 체적을 도시하였고, 이러한 자유 체적은 칼럼에서 이동하는 주요 유체에 의해 플러싱된다.
비자유 체적, 예를 들어 분배기/추출기 플레이트의 금속부 또는 상기 플레이트의 지지 빔의 체적을 비선택적인 자유 체적으로 보지 않는다.
종래에는, 흡착제의 미립자와 이러한 흡착제의 미립자 내측의 미립자 사이의 체적도 고려하지 않았다.
마지막으로, 칼럼의 루프 또는 외부 바이패스 내에서 이동하는 유체의 비접근가능한 체적도 고려하지 않았다. 이는, 예를 들어, 유입하는 유체 (공급) 및 유출되는 유체 (인출) 의 공급/추출 커넥터의 체적이 칼럼 내에서 이동하는 주요 유체와 함께 플러싱되지 않거나 또는 외부 바이패스 라인 내에서 이동하는 주요 유체에 의해 플러싱되지 않지만 1 개 이상의 유입 또는 유출 유체에 의해 플러싱되는 경우이다.
반대로, "비선택적인 자유 체적" 은 또한 칼럼 외부의 어떠한 수의 체적을 포함한다:
● 각각의 기초 영역에 대하여, 외부 바이패스 라인의 내부 체적은, 유체 분배 및 추출 단계 외부에서 분배기 플레이트의 제한된 유량을 플러싱하도록 존재한다면 (도 1 에서: Z1 에 대하여 1', 2, 및 3', Z23 에 대하여 4', 5 및 6') 고려된다. 반대로, 이미 전술한 바와 같이, 기초 영역에 대응하는 비선택적인 자유 체적은, 바이패스 라인 (도 1 에서 커넥터 1, 3, 4 및 6, 장치의 연속 작동을 제어하는 최대 상류측 다방향 밸브 (비도시), 또는 최대 다양한 상류측 2 방향 밸브 (비도시)) 의 작동시 주요 유체와 함께 플러싱되지 않는 체적을 고려하지 않는다. 주요 유체와 함께 플러싱되지 않지만 1 개 이상의 유입 또는 유출 유체에 의해 플러싱되는 커넥터가 칼럼에 들어오는 경우에 있어서, 그 체적은, 칼럼의 루프로서 이동하는 주요 유체와 함께 "혼합 박스" (이 혼합 박스는 도 1 에 도시하지 않음) 안으로 들어오는 지점의 상류측 부분에 대해서 고려하지 않는다;
● 개별 체적은 주요 유체를 이송하는 라인 (적절하다면 2 개의 칼럼 사이) 또는 칼럼 바닥에서부터 동일한 칼럼의 상부까지 재순환하는 라인에 대응한다. 이러한 다양한 개별 체적은, 통상적으로 이러한 라인의 내부 체적을 포함하지만 또한 장치 내의 유체의 폐쇄 루프 이동을 가능하게 하는 펌프(들) 또는 압축기(들)의 내부 체적을 포함한다. 이러한 개별 체적은 또한 분석기 등의 측정 장치의 내부 체적을 포함할 수도 있다.
흡착제 고형물의 각 층 (Li) 은, 통상적으로, 본원에 따라서, 여러 개의 상이한 구별된 비선택적인 자유 체적으로 통상적으로 구성되는 비선택적인 자유 체적 (Vi) 을 또한 포함하는 기초 영역 (Zi) 에 속한다.
통상적으로, 본원에 따라서, 2 개의 연속적인 흡착제 층 사이에 위치된 플레이트에 대응하는 비선택적인 자유 체적 (점선으로 도시된 중간선으로 2 개의 연속적인 흡착제 층 사이의 해칭하지 않은 체적) 각각의 절반부는 흡착제의 바로 상류측 층 (Li) 을 포함하는 영역 (Zi) 에 적용되고, 다른 절반부는 흡착제의 바로 하류측 층 (Li +1) 을 포함하는 영역 (Zi +1) 에 적용된다.
도 1 의 장치는 선 1/1', 3/3', 4/4', 6/6' 으로 양두 화살표로 도시된 바와 같이 공통의 분배/추출 네트워크를 구비한다. 흡착제 층 (L1) 이외에도, 영역 (Z1) 은 (칼럼 헤드에서) 상류측 분배 시스템의 비선택적인 자유 체적의 절반부 및 (층 L1 및 L2 사이에서) 하류측 분배 시스템의 비선택적인 자유 체적의 절반부를 포함한다. 또한, 존재한다면, 외부 바이패스 라인 (2) 의 내부 체적을 포함하고, 즉 이러한 경우에 라인 1', 2 및 3' 의 내부 체적이 비선택적인 자유 체적으로 간주되지만, 커넥터 1, 3 의 체적은 아니다.
층 (L22) 아래의 영역 (Z23) 은 영역 (Z1) 과 유사한 요소를 포함한다. 흡착제 층 (L23) 이외에도, (층 L22 와 L23 사이의) 상류측 분배 시스템의 비선택적인 자유 체적의 절반부와, (층 L23 과 L24 사이의) 하류측 분배 시스템의 비선택적인 자유 체적의 절반부를 포함한다. 또한, 존재한다면, 외부 바이패스 라인 (5) 의 내부 체적을 포함하고, 즉 이러한 경우에 라인 4', 5 및 6' 의 내부 체적이 비선택적인 자유 체적으로 간주되지만, 커넥터 4, 6 의 체적은 아니다. 본원에 따라서, 영역 Z1 및 Z23 뿐만 아니라 동일한 중간 영역 전체는 통상의 기초 영역이고, 이 각각의 영역은 흡착제의 실질적으로 동일한 체적 및 실질적으로 동일한 비선택적인 자유 체적을 가진다.
반대로, 영역 Z24 는 특별한데: 재순환 라인 (7 다음에 9) 뿐만 아니라 재순환 펌프 (8) 에 대응하는 개별적인 추가의 비선택적인 자유 체적을 포함한다. 이러한 추가의 개별적인 비선택적인 자유 체적은 통상의 기초 영역 각각의 비선택적인 자유 체적에 비하여 무시할 만하지 않다. 그 결과, 이러한 추가의 비선택적인 자유 체적의 역효과를 교정하기 위해서, 영역 Z24 의 흡착제 층 (L24) 에 대하여 흡착제 고형물의 유사한 체적을 사용한다.
본원에 따라서, 영역 Z24 (전술한 특정 기초 영역 Z0 에 대응함) 에서, 다른 영역 (통상의 기초 영역) 에 사용되는 평균 흡착제 (S) 와 다른 평균 흡착제 (S0) 가 사용된다. 이러한 흡착제 (S0) 는 통상의 기초 영역에 사용되는 흡착제 고형물 (S) 의 체적 흡착 용량 (C) 보다 큰 체적 흡착 용량 (C0) 을 가지고, 그럼으로써 흡착제 층 (L24) 의 체적 감소를 보정하여 전체 흡착 용량을 유지할 수 있다.
특히, S0 는 높은 체적 흡착 용량을 가진 균질한 흡착제 (S1) 또는 제 1 양의 상기 흡착제 (S1) 와 다른 적절한 양의 흡착제 (S) 와의 혼합물에 의해 구성될 수 있다.
실시예
종래 기술에 따른 실시예 1
20% 파라크실렌, 25% 오르토크실렌, 50% 메타크실렌 및 5% 에틸벤젠으로 구성되는 공급물로부터 파라크실렌을 분리하였다.
시뮬레이팅 이동층 SMB 분리 설비는 7 m 내경의 칼럼에 설치된 24 개의 흡착제 고형물 층을 포함한다. 칼럼의 상부로부터 번호가 매겨지는 층 번호 1 ~ 23 은 1.13 m 로 높이가 동일하다. 층 번호 1 ~ 23 의 공통의 체적 중 10% 의 비선택적인 자유 체적을 가지고 또한 재순환 펌프를 포함하는 재순환 라인은, 칼럼의 바닥에 있는 층 번호 24 를 칼럼 상부에 위치한 층 번호 1 에 연결시킨다.
이러한 재순환 라인은 층 번호 23 과 24 사이에 위치한 주입/추출 지점과, 층 번호 1 의 칼럼 상부 상류측에 위치한 주입/추출 지점 사이에 포함되는 기초 영역에 위치되었다. 그리하여, 이러한 재순환 라인은 흡착제 층 번호 24 에 대응하는 특정 기초 영역에 속한다.
종래 기술에 따라서, 상기 비선택적인 체적의 영향을 보상하기 위해서, 24 번째 층의 체적을 등가 체적만큼 감소시켰다. 그리하여, 이 24 번째 층은 1.13 m 높이 대신에 1.02 m 높이로 되었다.
사용된 흡착제 고형물 (S) 은, 모든 층에서 동일한 단일의 균질한 흡착제, 즉 특허 FR-2 789 914 (7 ~ 8 쪽) 의 실시예 1 또는 특허 US-6 884 918 (칼럼 6) 의 실시예 1 에 기재된 바와 같이 제조되는 BaX 유형의 제올라이트이었다. Dubinin-Radushkevich 방법을 사용하여 측정되는 미세공 체적은 0.22 ㎤/g 이었다.
사용된 용리액은 파라디에틸 벤젠 (PDEB) 이었다. 평균 온도는 175℃ 이었고, 압력은 1.5 MPa 이었다.
층의 분배는 다음과 같다:
● 영역 1 에 5 개의 층;
● 영역 2 에 9 개의 층;
● 영역 3 에 7 개의 층;
● 영역 4 에 3 개의 층.
사용된 변환 시간 (permutation time) 은 70.8 초이었다. 다양한 영역에서의 액체 유량은 다음과 같다:
● 영역 1 에서 30.06 ㎥.min-1;
● 영역 2 에서 25.87 ㎥.min-1;
● 영역 3 에서 32.66 ㎥.min-1;
● 영역 4 에서 22.58 ㎥.min-1.
상기 조건 하에서, 99.73% 파라크실렌 순도 및 95.6% 파라크실렌 수율을 얻었다.
본원에 따른 실시예 2
동일한 조건 (압력, 온도, 변환 시간) 하에서, 24 개의 층을 포함하는 동일한 직경의 칼럼내에서, 영역마다 동일하게 분배된 층으로, 동일한 용리액, PDEB 를 사용하여 실시예 1 에서와 같이 동일한 분리를 실시하였다. 재순환 라인은 실시예 1 과 동일하였다.
층 번호 1 ~ 23 에 사용되는 흡착제 고형물 (S) 은 전술한 실시예 1 에 사용된 바와 동일하고, 이러한 층은 또한 1.13 m 의 높이로 되어 있다.
실시예 1 과의 유일한 차이는, 칼럼의 바닥에 있는 층 번호 24 와 관련 있고: 이 층의 높이는 또한 대략 10% 만큼 감소되어 1.13 m 대신에 1.02 m 가 되었지만, 본원에 따라서, 이 층 번호 24 에는 다른 층에 사용된 흡착제 고형물 (S) 과 상이한 흡착제 고형물 (S0) 이 사용되었다.
흡착제 고형물 (S0) 은, 특허 FR-2 789 914 (8 ~ 9 쪽) 의 실시예 2 또는 특허 US-A-6 884 918 (칼럼 6 ~ 7) 의 실시예 2 에 기재된 바와 같이 제조되었다. 그리하여, 0.244 ㎤/g 의 미세공 체적이 얻어졌다. 따라서, 24 번째 층의 흡착제 고형물 (S0) 의 체적 흡착 용량은 장치의 나머지에서의 흡착제 고형물 (S) 의 체적 흡착 용량보다 대략 10% 만큼 높고, 이는 24 번째 층에 대응하는 특정 기초 영역 (Z0) 에서 흡착제 체적의 감소를 보상하였다.
이러한 조건 하에서, 99.74% 파라크실렌 순도 및 96.2% 파라크실렌 수율을 얻었다. 실질적으로 동일한 파라크실렌 순도에 대하여, 이러한 수율은 종래 기술에서 얻어진 수율보다 실질적으로 높다.
본원의 범위는 전술한 설명에만 제한되지 않으며; 당업자는 자유롭게 종래 기술에 포함되는 어떠한 적절한 특징을 사용하게 된다.

Claims (13)

  1. 폐쇄 루프에서 작동하는 일련의 다수의 기초 영역 (Zi) 을 포함하는 시뮬레이팅 이동층 흡착에 의해 공급물 (F) 을 분리하는 장치로서,
    상기 영역 각각은, (공급물 또는 용리액의) 일련의 주입을 위한 또는 (추출물 또는 라피네이트의) 일련의 추출을 위한 2 개의 연속 지점 사이에서, 체적 (VAi) 의 흡착제 고형물의 유일한 층 (Li) 과, 적어도 3 개의 영역 (Zi) 각각이 VA 와 실질적으로 동일한 체적의 흡착제 고형물의 단일 층을 포함하는 비선택적인 자유 체적 (Vi) 및 V 와 실질적으로 동일한 비선택적인 자유 체적이라고 하는 흡착제 고형물이 없는 루프내 이동을 위한 체적을 포함하고, 상기 영역을 통상의 기초 영역이고 하며,
    상기 장치는, 또한 영역 (Zi) 중에서, 통상의 영역과 상이한 특별한 기초 영역이라고 하는 적어도 하나의 기초 영역 (Z0) 을 포함하고, 이 기초 영역 (Z0) 은 V 보다 큰 비선택적인 자유 체적 (V0) 및 VA 보다 작은 체적 (VA0) 의 흡착제 고형물의 유일한 층 (L0) 을 포함하고,
    다양한 통상의 영역의 층에 대해서는 동일한 흡착제 고형물 (S) 이 사용되며, 상기 특별한 기초 영역 (Z0) 의 층에 대해서는 상기 S 와 상이한 흡착제 고형물 (S0) 이 사용되고, S0 의 체적 흡착 용량 (C0) 은 흡착제 고형물 (S) 의 체적 흡착 용량 (C) 보다 크고, 그리하여 특별한 기초 영역 (Z0) 의 전체 흡착 용량 C0 × VA0 은, Z0 층 (L0) 의 흡착제 고형물이 흡착제 고형물 (S0) 이 아니라 흡착제 고형물 (S) 인 것으로 산출되는 Z0 의 전체 흡착 용량보다는 통상의 기초 영역 각각의 전체 흡착 용량 C × VA 에 더 근접하게 되는, 공급물을 분리하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    Figure 112010046045554-pct00006

    인 공급물을 분리하는 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    Figure 112010046045554-pct00007

    인 공급물을 분리하는 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    Figure 112010046045554-pct00008

    인 공급물을 분리하는 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흡착제 고형물 (S0) 은 C1 > C2 인 상이한 체적 흡착 용량 (C1, C2) 의 적어도 2 종의 흡착제 고형물 (S1, S2) 의 혼합물이고, S1 은 상기 장치에 포함되는 흡착제 고형물이며 또한 상기 장치에 포함되는 흡착제 고형물 중 최대 체적 흡착 용량을 가지고, 통상의 기초 영역의 층 각각에 있어서 S1 의 백분율은 0 이거나 특별한 기초 영역 (Z0) 의 층 (L0) 에서의 S1 의 백분율보다 작은, 공급물을 분리하는 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 통상의 기초 영역의 층 각각에 있어서 S1 의 백분율은 0 인, 공급물을 분리하는 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 통상의 기초 영역의 층 각각에서의 흡착제 고형물은, 체적 흡착 용량 (C) 을 가진 단일의 균질한 흡착제 고형물 (S) 로 구성되며, 상기 흡착제 고형물 (S0) 은 C1 > C 인 더 큰 체적 흡착 용량 (C1) 을 가진 적어도 하나의 다른 흡착제 고형물 (S1) 을 포함하는, 공급물을 분리하는 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    8 개의 탄소 원자를 포함하는 방향족 탄화수소의 일부로부터 크실렌을 분리하기 위해 사용되는, 공급물을 분리하는 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    파라크실렌을 분리하기 위해 사용되는, 공급물을 분리하는 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 일부가 비올레핀인 다른 탄화수소와의 혼합물로서 탄화수소를 포함하는 컷으로부터 올레핀 탄화수소를 분리하기 위해 사용되는, 공급물을 분리하는 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    선형 파라핀이 아닌 다른 탄화수소와의 혼합물로서 선형 파라핀 또는 파라핀을 포함하는 부분으로부터 적어도 1 종의 선형 파라핀을 분리하기 위해 사용되는, 공급물을 분리하는 장치.
  12. 시뮬레이팅 이동층 흡착에 의해 분리하는 장치 안으로 흡착제 고형물을 탑재하는 방법으로서,
    상기 장치는 n 개의 기초 영역 (Zi) 를 포함하고, 상기 n 은 3 ~ 30 이며,
    동일한 제조 방법을 사용하여 흡착제 고형물의 N 개의 제조 배치 (batches) 형태의 흡착제가 이용가능하며, 상기 N 은 60 ~ 3000 개의 범위이고,
    a) 제조 배치 각각의 체적 흡착 용량은 개별적으로 측정되며,
    b) 그로 인해 얻어진 체적 흡착 용량의 개별 측정으로부터, 통상의 기초 영역에 탑재되는 제 1 의 흡착제 고형물 (S) 이 선택되며, S 보다 큰 체적 흡착 용량을 가진 제 2 의 흡착제 고형물 (S0) 이 선택되고, 이 흡착제 고형물 (S0) 은 특별한 영역 (Z0) 에 탑재되며, 상기 장치는 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 장치인, 시뮬레이팅 이동층 흡착에 의해 분리하는 장치 안으로 흡착제 고형물을 탑재하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 장치는 다수의 특별한 기초 영역을 포함하고, 제 2 의 흡착제 고형물 (S0) 의 적어도 일 분획물은, 단독으로 또는 제 1 의 흡착제 고형물 (S) 의 일 분획물과 혼합되어 상기 특별한 기초 영역 각각에 탑재되어, 얻어진 흡착제 고형물은 하기의 부등식:
    Figure 112015027435315-pct00010
    또는
    Figure 112015027435315-pct00011
    , 또는 하기의 등식:
    Figure 112015027435315-pct00012
    을 충족하는, 시뮬레이팅 이동층 흡착에 의해 분리하는 장치 안으로 흡착제 고형물을 탑재하는 방법.
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