KR101614974B1 - 조절된 바이패스 유체 유동에 의한 모사 이동층 분리 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

추출물에 생성된 화합물의 탈착을 위한 적어도 하나의 영역 1, 라피네이트에 생성된 화합물의 탈착을 위한 영역 2, 추출물에 생성된 화합물의 흡수를 위한 영역 3, 라피네이트 인출부와 탈착물 공급부 사이에 위치되는 영역 4 를 포함하는 SMB 장치에서의 모사 이동층 흡수에 의한 공급물 (F) 의 분리 방법으로서, 상기 장치는 두 개의 일련의 플레이트 (P_i, P_{i +1}) 을 바로 연결시키는 바이패스 라인 (L_{i /i+1}) 을 포함하고, 상기 장치에서 바이패스 라인 (L_{i /i+1}) 의 플러싱 유량을 제어하기 위한 수단의 개방 정도는,
1) 적어도 하나의 폐쇄된 바이패스 라인이 있는 작동 영역에서, 플러싱 유량의 수퍼-동기성은 고려되는 영역에 속하며 폐쇄되지 않은 모든 바이패스 라인에서 설정되고, 상기 수퍼-동기성은 이하의 식에 의해 규정되고:
S = a + b(nf/nt)
여기서, a 는 -5 ~ 5 의 범위의 정수이고, 고려되는 영역의 바이패스 라인의 총 수 (nt) 에 대한 폐쇄된 바이패스 라인의 수 (nf) 의 비만큼 곱해지는 b 는 40 ~ 100 의 범위의 정수이고,
2) 고려되는 영역에 폐쇄된 바이패스 라인이 없다면 (즉 영역의 모든 바이패스 라인이 개방되어 있다면), 동기성±8 % 에 대응하는 상기 영역의 모든 플러싱 라인에 유동이 설정되도록 순차적으로 조정된다.

Description

조절된 바이패스 유체 유동에 의한 모사 이동층 분리 방법 및 장치{SIMULATED-MOVING-BED SEPARATION METHOD AND DEVICE WITH MODULATED TAPPED-OFF FLUID FLOW}

본 발명은 증류로 분리하기 어려운 천연 또는 화학 생성물을 분리하는 분야에 관한 것이다. 이하에서 일반적인 용어로 "SMB" 로 알려질 모사 역류 모드 또는 모사 병류 모드에서, 모사 이동층 공정 또는 분리 장치로 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 C8 방향족 이성체로부터 파라크실렌의 분리;

● 다른 C8 방향족 이성체로부터 메타크실렌의 분리;

● 다른 C8 방향족 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 분리는 종래에 잘 알려져 있다. 일반적으로, 모사 이동층 모드에서 작동하는 컬럼은 적어도 3 개의 영역, 및 가능하게는 4 개 또는 5 개의 영역을 포함하고, 상기 영역 각각은 특정 개수의 일련의 층을 포함하고, 각각의 영역은 공급 지점과 인출 지점 사이에 포함되는 위치에 의해 규정된다. 통상적으로, SMB 컬럼은 분류될 적어도 하나의 공급물 (F) 및 탈착물 (D; 때때로 용리액으로 불림) 에 의해 공급되고, 적어도 하나의 라피네이트 (R) 및 추출물 (E) 이 상기 컬럼으로부터 인출된다.

공급 및 인출 지점은 시간에 따라 변경되고, 통상적으로 일 층에 대응하는 값에 의해 동일한 방향으로 오프셋된다.

의미상, 각각의 작동 영역이 숫자로 표시된다:

● 영역 1 = 탈착제 (D) 의 주입 및 추출물 (E) 의 인출 사이에 포함되는, 추출물로부터의 화합물의 탈착을 위한 영역;

● 영역 2 = 추출물 (E) 인출과 분류될 공급물 (F) 의 주입 사이에 포함되는, 라피네이트로부터의 화합물의 탈착을 위한 영역;

● 영역 3 = 공급물의 주입과 라피네이트 (R) 의 인출 사이에 포함되는, 추출물로부터의 화합물의 흡착을 위한 영역;

● 바람직하게는, 라피네이트 인출 및 탈착제 주입 사이에 위치되는 영역 4.

종래 기술에서는 공급물의 모사 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-5 316 821 를 인용할 수 있다. 상기 특허에서는 또한 SMB 의 기능을 자세히 기재하고 있다.

SMB 장치는, 통상적으로 흡착제의 복수의 연속적인 층 (A_i) 으로 분리되는 적어도 하나의 (종종 2 개) 컬럼을 포함하고, 각각의 플레이트 (Pi) 는 1 개, 2 개 또는 4 개의 챔버를 포함하고, 이는 공급물을 공급하거나 탈착제를 주입하고 라피네이트 또는 추출물을 추출하는 일련의 작업들이 실시될 수 있다는 것을 의미한다.

1 개의 챔버는 4 개의 작업을 실시할 수도 있지만, 본 발명은 1 개의 플레이트에 2 개의 챔버를 갖는 컬럼에 관한 것이다. 2 개의 챔버를 사용할 때 많은 해법들이 가능하지만, 각각은 하나 이상의 스트림을 주입하거나 인출하기 위해 이용될 수 있다. 예를 들어, 제 1 챔버는 이송 또는 탈착 주입 작업을 실시할 수도 있고, 다른 챔버는 라피네이트 또는 추출물 인출 작업을 실시한다. 다른 가능한 경우는 공급물을 주입하고 라피네이트를 인출하기 위한 하나의 챔버를 이용하는 것, 탈착제의 다른 핸들링 주입 및 추출물의 인출로 이루어진다. 이들 두 가지 예로 한정되는 것이 아니고, 두 개의 챔버의 다른 사용도 가능하다.

SMB 으로부터 유체를 분배 및 추출하기 위한 제어 수단은 통상적으로 이하의 2 개의 주요 기술 유형 중 하나이다.

● 각각의 플레이트에 대하여, 유체를 공급하거나 인출하기 위한 다수의 제어식 온-오프 밸브가 통상적으로 대응 플레이트의 바로 주변에 위치된다. 각각의 플레이트 (P_i) 는 통상적으로, 유체 (F, D) 의 공급 및 유체 (E, R) 의 인출을 각각 실시하는 적어도 4 개의 온-오프 제어식 밸브를 포함한다,

● 또는 한 세트의 플레이트에 걸쳐 유체의 공급 또는 인출을 위한 회전식 다방향 밸브를 포함한다.

본 발명은 다양한 유체의 공급 및 인출을 보장하기 위해서 다수의 밸브를 이용하는 SMB 에 관한 것이다.

플레이트 (P_i) 각각은, 통상적으로 분배/추출 라인 또는 시스템을 통하여 공급되는 "DME 플레이트" 라고 불리는 다수의 분배기-혼합기-추출기를 포함한다. 플레이트는 임의의 유형 및 임의의 형상을 가질 수 있다. 플레이트는 일반적으로 컬럼의 단면의 인접한 섹터에 대응하는 패널, 예를 들어 US-6 537 451 의 도 8 에 기재된 바와 같은 각진 섹터 (angular sectors) 를 가진 패널, 또는 특허 US-6 797 175 에 기재된 바와 같은 평행한 섹터를 구비한 패널로 나뉜다.

바람직하게는, 본 발명의 분리 컬럼은 비대칭 공급 유형의 평행한 섹터의 DME 플레이트를 포함한다.

각 층에 걸친 분배는, 이전 층으로부터의 주요 유체가 수집될 것, 상기 2 개의 유체를 가능한 한 광범위하게 혼합하는 동안 보조 또는 2 차 유체를 안으로 주입하는 가능성, 또는 수집된 유체의 일부를 제거하고, 이를 장치 외부로 보내도록 추출하고 또한 후속의 층에 걸쳐 유체를 재분배하는 가능성을 요구한다.

모든 SMB 장치의 일반적인 문제점은, SMB 작동 동안 공급 및 인출 지점의 변경시, 플레이트로부터 유체를 공급 및 인출하는 회로의 다양한 영역에서 액체에 의해 발생되는 오염물을 최소화하는 것이다.

사실, 작동 순서 동안, 플레이트 (P_i) 를 공급하기 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 의 작동 때문에, 상기 무효 영역의 액체는 고려 중인 라인에서 정체하고 있는 유체와 일반적으로 상이한 공정 유체가 된다.

짧은 시간 간격으로 실질적으로 상이한 조성으로 된 유체의 혼합 또는 순환은, 조성 불연속성이 방지될 이상적인 작동과 비교하여 고려중인 영역의 농도 프로파일 안으로 섭동 (perturbation) 을 도입한다.

다른 문제점은, 하나의 플레이트의 다양한 영역 간의 가능한 재순환이고, 보다 일반적으로 이상적인 작동에 관한 방해를 다시 표시하는, 플레이트의 다양한 영역 간의 매우 작은 압력차로 인한 단일의 플레이트의 전체 분배/추출 시스템이다.

재순환 및 무효 영역과 관련된 이들 문제점을 해결하기 위해서, 다양한 기술이 종래 기술에 공지되어 있다:

a) 비교적 순수한 상태의 소망하는 생성물 또는 탈착제를 사용하는 주어진 플레이트의 분배/추출 시스템의 플러싱이 이미 제안되었다. 이 기법은 추출 동안에 소망하는 생성물의 오염을 실질적으로 방지할 수 있다. 하지만, 플러싱 액체가 대신하는 액체와 매우 상이한 조성을 갖기 때문에, 이상적인 작동에 불리한 조성의 불연속성을 유도했다. 이러한 제 1 플러싱의 변형은 통상적으로 높은 농도 구배를 갖는 단주기의 플러시에 영향을 준다. 이들 단주기 플러시는 조성의 불연속성 영향을 제한하기 위해 정확히 짧다.

b) US-5 972 224 및 US-6 110 364 에 기재된 바와 같이, 다른 해결책은, 연속적인 플레이트 사이의 외부 바이패스 라인을 통하여, 대부분의 주요 유동을 컬럼 안으로 그리고 소수 (통상적으로 주요 유동의 1 % ~ 20 %) 의 유동을 통과시키는 것으로 구성된다. 상부 플레이트로부터 유도되는 유동에 의한 플레이트에서의 분배/추출 시스템의 이 플러싱은, 통상적으로 연속적으로 실시되어서, 분배/추출 시스템의 라인 및 영역이 더 이상 "무효" 가 되지 않고 플러싱된다.

바이패스 라인을 통하여 연속적으로 플러싱되는 이러한 시스템은 특허 FR-2 772 634 의 도 2 에 도시되어 있다. 바이패스 라인은 일반적으로 소직경을 갖고 시스템의 비용을 감소시키는 소직경 밸브를 포함한다.

특허 US-5 972 224 및 US-6 110 364 의 내용에 따르면, 주어진 플레이트의 분배/추출 시스템은 이동되는 액체 (분배 시스템에 존재하거나 플레이트에서 순환하는 액체) 의 조성과 매우 유사한 조성을 갖는 액체로 플러싱된다. 따라서, 상이한 조성의 유체의 혼합이 최소화되고 조성 불연속성이 감소된다.

이를 위하여, 특허 US-5 972 224 및 US-6 110 364 는, 각각의 바이패스에서 수송 속도가 SMB 의 주요 유동에서의 농도 구배의 전진 속도와 실질적으로 동일하도록 바이패스에서의 플러싱 유량을 이용하는 것을 추천했다. 그래서 이는 "동기성" 플러싱 또는 "동기성 유량" 플러싱으로 불린다. 따라서, 다양한 라인 및 체적의 플러싱이 액체의 조성과 실질적으로 동일한 조성을 갖는 유체에 의해 실시되고, 바이패스에서의 액체 이동이 주요 유동의 조성이 실질적으로 동일한 지점에서 재도입된다.

플러싱은, 따라서 작거나 0 인 농도 구배를 위해 대한 장기간에 걸쳐 동기화된다.

상기 특허의 내용에 따르면, 플러싱은, 플레이트 (P_i) 에서부터 다음 플레이트 (P_{i +1}) 로 나오는 플러시 유량 (QS_{i /i+1}) 이 V/ST 와 동일해질 때 "동기화된다" 라고 불리고, V 는 플레이트 (P_i (즉 V_i) 및 P_{i +1} (즉 V_{i +1})) 의 분배 시스템 및 이들 두 플레이트 사이의 바이패스 라인 (VL_{i /i+1}) 의 체적의 누적 체적이고 ST 는 2 개의 연속적인 공급/추출 스위치 사이의 SMB 에 대한 변경 시간이다.

따라서, 우리는:

"동기성 유량" = QS_{i /i+1} = (V_i + V_{i +1} + VL_{i /i+1})/ST 를 얻고, 이때

● QS_{i /i+1} = 플레이트 (P_n) 로부터 인접한 (통상적으로 하부에 있는) 플레이트 (P_{i +1}) 로의 플러시 유량,

● V_i = 출발 플레이트 (P_{i +1}) 의 분배/추출 시스템의 체적,

● V_{i +1} = 도착 플레이트 (P_{i +1}) 의 분배/추출 시스템의 체적,

● VL_{i /i+1} = P_i 와 P_{i +1} 사이의 바이패스 라인의 체적,

● ST = 변경 시간이다.

동기성 플러싱은, 이들 영역에서의 동기성 유량의 50 % ~ 150 % 및 이상적으로는 동기성 유량의 100 % 의, 각각의 영역에 적용되는, 제어된 유량의 플러싱에 의해 통상적으로 실시된다. 4 개의 SMB 영역의 바이패스 라인에서의 유량은 각각의 바이패스 라인에서의 조절 수단에 의해 제어된다.

예를 들어, 당업자들은 이들 모든 영역에서의 동기성 유량의 90 % 의 유량, 또는 110 % 또는 100 % 에 가까은 동기성 유량에 대한 임의의 다른 값의 유량을 이용할 수 있다. 그러나, 조절 수단이 존재할 때, 상기에 열거된 특허의 내용 다음에, 당업자들은, 동기성 유량 (동기성 유량의 100 %) 에 정확하게 대응하는 4 개의 영역에서의 유량을 제어하는 것을 자연스럽게 선택할 것이다.

산업적으로 매우 중요한 SMB 분리 장치의 일례는, 상업적으로 순수한, 통상적으로 적어도 99.7 중량% 의 순도의 파라-크실렌의 제조의 관점에서 C8 방향족 컷의 분리, 및 에틸벤젠, 오르토-크실렌 및 메타-크실렌이 풍부한 라피네이트에 관한 것이다.

상기에 열거된 두 개의 실행은 상업적 순도의 목적을 달성할 수 있다. 그러나, 출원인은, 특허 US-5 972 224 및 US-6 110 364 의 "동기성 플러싱" 의 내용이 종래 기술을 넘어 소정 개선점을 제공하는 것을 보여줄 수 있었고, 놀랍게도, 바이패스 라인의 다양한 유량을 규정하는 규칙을 개선함으로써 모사 이동층 분리 공정의 가능 및 성능을 더 향상시키는 것도 가능하다.

본 발명의 목적은 특허 US-5 972 224 및 US-6 110 364 의 내용을 넘어 모사 이동층 분리 공정의 성능을 향상시키는 것이다.

본 발명은 또한, 작거나 0 인 농도 구배를 갖는 플러싱을 장기간 실시함으로써, SMB 공정 유체를 공급하고 추출하기 위한 복수의 제어식 온-오프 2 방향 밸브를 이용하는 모사 이동층 분리를 위한 개선된 장치에 관한 것이다.

놀랍게도, 바이패스 라인의 이상적인 함수가 SMB 의 작동 영역의 전체에 걸친 엄격하게 동기화된 유량에 대응하지 않지만, SMB 의 영역에 따라 다르고 몇몇 경우에는 실질적이거나 실질적이지 않을 수도 있는 수퍼-동기성을 나타낼 수 있는 유량에 대응한다는 것이 발견되었다.

"수퍼-동기성" 이라는 용어는 적어도 10 % 까지 동기성에 대응하는 값을 초과하는 값을 의미하고, 이는 상기 동기성을 초과하는 백분율로서 표현된다. 보다 구체적으로, 상기 수퍼-동기성은 하기의 식으로 규정된다:

수퍼-동기성 (%) = 100 × [(고려되는 바이패스 라인에서의 실제 유량/동기성 유량) - 1]

보다 구체적으로, 본 발명은, SMB 유닛의 각 영역에 대해서, 고려되는 영역에 특정한 특정 수퍼-동기성을 포함하는 바이패스 유량을 규정한다.

이는 바이패스 유량의 복합적인 최적 세트를 야기하고, 이는 고려되는 SMB 의 영역 및, 이하에서 상세하게 설명될 바와 같이, 상기 영역에 있는 폐쇄형 바이패스 라인의 수에 따라 달라진다. 이 기술적인 문제는 종래 기술의 내용에는 완전히 없고, SMB 유형의 공정 분야의 지식 및 기술의 실질적인 진보를 구성한다.

따라서, 본 발명은 적어도 하나의 컬럼을 가지는 SMB 장치에서의 공급물 (F) 의 모사 이동층 (SMB) 분리를 위한 공정에 관한 것이고, 상기 컬럼은 각각 분배/추출 시스템을 포함하는 플레이트 (P_i) 에 의해 분리되는 복수의 흡착물층으로 구성되고, 상기 공정에서는 공급물 (F) 및 탈착물 (D) 이 공급되고, 적어도 하나의 추출물 (E) 및 적어도 하나의 라피네이트 (R) 가 인출되고, 공급 및 인출 지점은 일 흡착물층에 대응하는 값에 의해 시간이 지남에 따라 변경 시간 (ST) 을 갖고 오프셋되고, SMB 의 복수의 작동 영역, 특히 이하의 4 개의 주요 영역을 규정하고:

● 탈착물 (D) 의 공급과 추출물 (E) 의 인출 사이에 포함되는, 추출물에 생성된 화합물의 탈착을 위한 영역 1;

● 추출물 (E) 의 인출과 공급물 (F) 의 공급 사이에 포함되는, 라피네이트에 생성된 화합물의 탈착을 위한 영역 2;

● 공급물의 공급과 라피네이트 (R) 의 인출 사이에 포함되는, 추출물에 생성된 화합물의 흡착을 위한 영역 3;

● 라피네이트 (R) 의 인출 및 탈착물 (D) 의 공급 사이에 위치되는 영역 4;

상기 장치는 또한 2 개의 일련의 플레이트 (P_i 와 P_{i +1}) 를 바로 결합시키고 상기 플레이트가 플러싱될 수 있도록 해주는 외부 바이패스 라인 (L_{i /i+1}) 을 포함하고, 바이패스 라인 (L_{i /i+1}) 의 각각은 플러싱 유량을 제어하기 위한 자동 수단을 포함하고, 상기 제어 수단의 개방 정도는 이하의 두 가지 규칙에 의해 규정되며:

1) 적어도 하나의 폐쇄된 바이패스 라인이 있는 작동 영역에서, 플러싱 유량의 수퍼-동기성은 고려되는 영역에 속하며 폐쇄되지 않은 모든 바이패스 라인에서 설정되고, 상기 수퍼-동기성은 이하의 식에 의해 규정되고:

S = a + b(nf/nt)

여기서, a 는 -5 ~ 5 의 범위의 정수이고, 고려되는 영역의 바이패스 라인의 총 수 (nt) 에 대한 폐쇄된 바이패스 라인의 수 (nf) 의 비만큼 곱해지는 b 는 40 ~ 100 의 범위의 정수이고,

2) 고려되는 영역에 폐쇄된 바이패스 라인이 없다면 (즉 영역의 모든 바이패스 라인이 개방되어 있다면), 동기성±8 % 에 대응하는 상기 영역의 모든 플러싱 라인에 유동이 설정되며,

동기성 유량은 (V_i + V_{i +1} + VL_{i /i+1})/ST 로서 규정되고,

상기 표현에서 V_i 는 출발 플레이트 P_i 의 분배/추출 시스템의 체적을 나타내고,

V_{i +1} 은 도착 플레이트 P_{i +1} 의 분배/추출 시스템의 체적을 나타내고,

VL_{i /i+1} 는 P_i 와 P_{i +1} 사이의 바이패스 라인의 체적을 나타내고,

ST 는 변경 시간을 나타낸다.

본 발명은 또한 이하로서 규정될 수 있는 SMB 컬럼을 구성하는 각각의 영역에 대한 플러싱 유량을 제어하기 위한 방법에 관한 것이다:

1) 주어진 영역에 걸친 최적 동기성은 다른 영역의 폐쇄되지 않은 바이패스 라인 세트에 대해 100 % 로 동기성을 고정시킴으로써 얻어지고;

2) 이전 단계에서 얻어진 최적 동기성은 각 영역에 귀결된다.

최종적으로, 본 발명의 공정은 C8 방향족 탄화수소의 혼합물 중의 파라-크실렌 또는 메타-크실렌의 분리에 보다 특히 적용가능하다. 명확하게, 이들 두 적용예는 결코 제한하는 것이 아니고 다른 적용, 특히 통상적인 파라핀과 이소-파라핀 또는 통상적인 올레핀과 이소-올레핀의 분리 분야에서도 가능하다.

도 1 은 모사 이동층 컬럼 (SMB) 의 일부를 형성하는 일련의 3 개의 층 (P_{i -1}, P_i, P_{i +1}) 을 도시한다. 배출물 인출 라인 (라피네이트 또는 추출물) 이 바이패스 라인의 격리 밸브의 상류에 위치된다. (공급물 또는 탈착물용) 공급 라인이 격리 밸브의 하류에 위치된다.
도 2a 는 도 1 의 컬럼의 구성에서 주입 상황을 도시하고, 도 2b 는 인출 상황을 도시한다.
도 3 은 탈착물의 고정 유량, 공급물이 유량, 생성된 파라-크실렌의 순도 및 변경 시간에 대해서 PX 의 수율 (R) 의 관점에서 측정된 SMB 의 성능의 변화를, 다른 영역의 바이패스 라인 세트에 대해 100 % 의 동기성을 유지하면서 폐쇄되지 않은 각 영역에 대해 폐쇄되지 않은 모든 바이패스 라인의 동기성 (S) 의 함수로서 도시한다.
영역 1 은 다이아몬드가 그려진 곡선으로 표시된다.
영역 2 는 사각형이 그려진 곡선으로 표시된다.
영역 3 은 삼각형이 그려진 곡선으로 표시된다.
영역 4 는 원이 그려진 곡선으로 표시된다.
도 4 는 모사 이동층 컬럼 (SMB) 의 일부를 형성하는 일련의 3 개의 층 (P_{i -1}, P_i, P_{i +1}) 을 도시한다. 배출물 (라피네이트 또는 추출물) 인출 라인은 바이패스 라인의 격리 밸브의 하류에 위치된다. (공급물 또는 탈착물용) 공급 라인은 격리 밸브의 상류에 위치된다.
도 5 는 도 4 에 따른 컬럼의 구성에서 주입 상황을 도시하고, 도 5b 는 인출 상황을 도시한다.
도 6 은 탈착물의 고정 유량, 공급물이 유량, 생성된 파라-크실렌의 순도 및 변경 시간에 대해서 PX 의 수율 (R) 의 관점에서 측정된 SMB 의 성능의 변화를, 다른 영역의 바이패스 라인 세트에 대해 100 % 의 동기성을 유지하면서 폐쇄되지 않은 각 영역에 대해 폐쇄되지 않은 모든 바이패스 라인의 동기성 (S) 의 함수로서 도시한다.
영역 1 은 다이아몬드가 그려진 곡선으로 표시된다.
영역 2 는 사각형이 그려진 곡선으로 표시된다.
영역 3 은 삼각형이 그려진 곡선으로 표시된다.
영역 4 는 원이 그려진 곡선으로 표시된다.

SMB 기법에 의해 생성될 수 있는 분리 성능을 향상시키기 위해서, 본 발명은 적어도 하나의 컬럼을 갖는 SMB 장치에서의 공급물 (F) 의 모사 이동층 (SMB) 분리를 위한 공정을 제안하고, 상기 컬럼은 각각 분배/추출 시스템을 포함하는 플레이트 (P_i) 에 의해 분리되는 복수의 흡착제층으로 구성되고, 상기 공정에서 공급물 (F) 및 탈착제 (D) 가 공급되고, 적어도 하나의 추출물 (E) 및 적어도 하나의 라피네이트 (R) 가 인출되고, 공급 및 인출 지점은 일 흡착제층에 대응하는 값에 의해 시간이 흐를수록, 변경 시간 (ST) 으로 오프셋되고, SMB 의 복수의 작동 영역, 특히 이하의 4 개의 주요 영역을 규정하고:

● 탈착물 (D) 의 공급과 추출물 (E) 의 인출 사이에 포함되는, 추출물에 생성된 화합물의 탈착을 위한 영역 1,

● 추출물 (E) 의 인출과 공급물 (F) 의 공급 사이에 포함되는, 라피네이트에 생성된 화합물의 탈착을 위한 영역 2;

● 공급물의 공급과 라피네이트 (R) 의 인출 사이에 포함되는, 추출물에 생성된 화합물의 흡착을 위한 영역 3;

● 라피네이트 (R) 의 인출 및 탈착물 (D) 의 공급 사이에 위치되는 영역 4;

상기 장치는 또한 2 개의 일련의 플레이트 (P_i 와 P_{i +1}) 을 바로 결합시키고 상기 플레이트가 플러싱될 수 있도록 해주는 외부 바이패스 라인 (L_{i /i+1}) 을 포함하고, 바이패스 라인 (L_{i /i+1}) 의 각각은 플러싱 유량을 제어하기 위한 자동 수단을 포함한다.

2 개의 일련의 플레이트 (P_i, P_{i +1}) 를 바로 결합시키는 외부 바이패스 라인 (L_i/i+1) 은 플레이트 (P_i 와 P_{i +1}) 사이의 층이 영역에 속할 때 상기 영역에 속하는 것으로 언급된다. 바이패스 영역은 이 바이패스 라인에서의 유량이 0 일 때 폐쇄되는 것으로 언급된다. 이 폐쇄는 바이패스 라인에서의 유량을 최소할 수 있는 임의의 기술적 수단, 예컨대 온-오프 밸브, 유량 조정 밸브 또는 비복귀 밸브 등을 이용하여 실시될 수도 있다.

상기 제어 수단이 개방 정도는 이하의 두 가지 규칙에 의해 규정된다:

1) 적어도 폐쇄된 바이패스 라인이 있는 작동 영역에서, 플러싱 유량의 수퍼-동기성은 고려되는 영역에 속하는 폐쇄되지 않은 바이패스 라인에서 설정되고, 상기 수퍼-동기성은 10 % ~ 100 % 의 범위이고,

2) 고려되는 영역에 폐쇄된 바이패스 라인이 없다면 (즉 영역의 모든 바이패스 라인이 개방되어 있다면), 동기성 ±8 %, 바람직하게는 ±5 % 에 대응하는 상기 영역의 모든 바이패스 라인에 유동이 설정되며,

동기성 유량은 V_i + V_{i +1} + VL_{i /i+1}/ST 로서 규정되고,

상기 표현에서 V_i 는 출발 플레이트 P_i 의 분배/추출 시스템의 체적을 나타내고,

V_{i +1} 은 도착 플레이트 P_{i +1} 의 분배/추출 시스템의 체적을 나타내고,

VL_{i /i+1} 는 P_i 와 P_{i +1} 사이의 바이패스 라인의 체적을 나타내고,

ST 는 변경 시간을 나타낸다.

상기 규칙에 따르면, 주어진 작동 영역에서의 바이패스 라인의 플러싱 유량은 상기 영역에 있는 적어도 하나의 폐쇄된 바이패스 라인의 존재 유무와 필수적으로 관련되어 있다.

보다 구체적으로, 적어도 하나의 폐쇄된 바이패스 라인이 존재하는 영역에서 폐쇄되지 않은 바이패스 라인의 수퍼-동기성 (S) 은 영역에 있는 총 바이패스 라인의 수 (nt) 에 대한, 즉 고려되는 영역에 있는 층의 수에 대한 고려되는 영역에서 있는 폐쇄된 바이패스 라인의 수 (nf) 의 비로 규정된다.

수퍼-동기성 (S) 은 이하의 식을 이용하여 백분율로서 규정되고:

S = a + b(nf/nt)

여기서, a 는 -5 ~ 5 의 범위의 정수이고,

고려되는 영역의 바이패스 라인의 총 수 (nt) 에 대한 폐쇄된 바이패스 라인의 수 (nf) 의 비만큼 곱해지는 b 는 40 ~ 100 의 범위의 정수이다.

집중적인 실험 연구는, 계수 b 가 유닛에 있는 총 층 수 (Nt) 와 이하의 관계로 관련되어 있을 수도 있다는 것을 보여줬다:

b = (1320/SMB 유닛에 있는 층의 총 개수).

이들은 주어진 영역에서 바이패스 라인을 폐쇄하기 위한 몇몇 이유가 될 수도 있다. 특히, 유체 (공급물 또는 탈착제) 가 플레이트 P_i 안으로 주입될 때, 주입 라인이 사용된다. 이 라인은 상기 플레이트에 연결되는 바이패스 라인, 즉 바이패스 라인 L_{i /i-1} 또는 바이패스 라인 L_{i /i+1} 에 연결된다. 어떤 바이패스 라인이 사용되는 주입 라인에 연결되는지와 상관없이, 유량이 주입된 유동이 플레이트 P_i 를 향해 적절하게 유동하는 것을 보장하는 것을 무효화할 수 있는 온-오프 밸브, 유량 조정 밸브 또는 비복귀 밸브 또는 임의의 다른 기법을 이용하여 상기 라인을 폐쇄하는 것이 필요하다.

동일한 방식으로, 배출물 (추출물 또는 라피네이트) 이 플레이트 P_i 로부터 인출될 때, 인출 라인이 사용된다. 이 인출 라인은 상기 플레이트에 연결된 바이패스 라인, 즉 바이패스 라인 L_{i -1/i} 또는 바이패스 라인 L_{i /i+1} 에 연결된다.

어떤 바이패스 라인이 사용되는 인출 라인에 연결되는지와 상관없이, 유량이 유동이 플레이트 P_i 로부터 적절하게 인출되는 것을 보장하는 것을 무효화할 수 있는 온-오프 밸브, 유량 조정 밸브 또는 비복귀 밸브 또는 임의의 다른 기법을 이용하여 상기 라인을 폐쇄하는 것이 필요하다.

주입 또는 인출을 위해 폐쇄될 바이패스 라인은 특히 바이패스 라인 폐쇄 장치과 관련된 주입 및 인출 라인의 위치에 따라 달라진다.

다른 요소의 "하류" 에 있다고 설명되는 요소 (플레이트, 층, 밸브 등) 의 위치는 변경 순서 동안에 인출 및 도입을 위한 지점의 진행 방향과 관련하여 규정된다.

예를 들어, 배출물 (라피네이트 또는 추출물) 을 인출하기 위한 라인이 바이패스 라인 폐쇄 장치의 상류 (또는 간단하게 "바이패스 라인 밸브의 상류") 에 위치되고, (공급물 또는 탈착물을 위한) 공급 라인이 격리 밸브의 하류에 위치되는 경우에는:

● 유체 (공급물 또는 탈착물) 가 플레이트 P_i 안으로 주입될 때에는, 바이패스 라인 L_{i -1/iㄴ} 에 연결된 주입 라인이 사용된다. 따라서 주입된 유체가 플레이트 P_i 를 향해 적절하게 유동하는 것을 보장하기 위해서 바이패스 라인 L_{i -1/ i} 의 격리 밸브를 폐쇄하는 것이 필요하다,

● 배출물 (추출물 또는 라피네이트) 이 플레이트 P_i 로부터 인출될 때, 바이패스 라인 L_{i /i+1} 에 연결되는 인출 라인이 사용된다. 따라서 바이패스 파인 L_i/i+1 의 격리 밸브를 폐쇄하는 것이 필요하다.

각각의 주입 및 각각의 인출을 위해 바이패스 라인을 폐쇄하는 것은 최소한 4 개의 바이패스 라인을 영구적으로 폐쇄하는 것을 포함한다. 다른 바이패스 라인도 다른 이유로 폐쇄될 수도 있다.

실시예

본 발명이 이하의 실시예로부터 보다 잘 이해될 것이다.

실시예 1

24 개의 층으로 구성되고, 길이가 1.1 m 이고 내경이 3.5 m 이며, 공급물 주입부, 탈착물 주입부 (용리액 또는 용매로도 불릴 수도 있음), 추출물 인출부 및 라피네이트 인출부를 갖는 SMB 유닛이 고려되었다. 플레이트는 2 개의 혼합실을 가졌고, 하나는 주입 상자 (공급물 및 탈착물) 이고, 다른 하나는 인출 상자 (추출물 및 라피네이트) 였다.

전체 체적 (V_i + V_{i +1} + VL_{i /i+1}) 은 플레이트 P_i 와 플레이트 P_{i +1} 사이에 포함되는 층의 체적의 3 % 를 나타냈고, 여기에서 VL_{i /i+1} 은 플레이트 P_i 에서부터 플레이트 P_{i +1} 까지 바이패스 라인의 체적이고 V_i 는 플레이트 P_i 의 분배/추출 시스템의 체적이었다.

배출물 (라피네이트 또는 추출물) 인출 라인이 바이패스 라인의 격리 밸브의 상류 (또는 보다 간단하게 "바이패스 라인 밸브의 상류") 에 위치되었다.

(공급물 또는 탈착물용) 공급 라인이 격리 밸브의 하류에 위치되었다 (도 1).

유체 (공급물 또는 탈착물) 가 플레이트 P_i 안으로 주입될 때, 바이패스 라인 L_i-1/i 에 연결되는 주입 라인이 이용되었다. 그 다음엔, 주입된 유체가 플레이트 P_i 를 향해 적절하게 유동하는 것을 보장하기 위해서 바이패스 라인 L_{i -1/ i} 의 격리 밸브를 폐쇄할 필요가 있었다.

배출물 (추출물 또는 라피네이트) 이 플레이트 P_i 로부터 인출될 때는, 바이패스 라인 L_{i /i+1} 에 연결되는 인출 라인이 사용되었다. 그 다음 바이패스 라인 L_i/i+1 의 격리 밸브가 폐쇄될 필요가 있었다 (도 2).

이 유형의 바이패스 라인을 사용한 결과는 이하와 같았다:

● 영역 2 에서 2 개의 바이패스 라인 폐쇄 (영역의 첫 번째 층의 바이패스 라인에 연결되는 라인을 통한 추출물의 인출 및 영역의 마지막 층의 바이패스 라인에 연결되는 라인을 통한 공급물의 주입),

● 영역 4 에서 2 개의 바이패스 라인 폐쇄 (영역의 첫 번째 층의 바이패스 라인에 연결되는 라인을 통한 라피네이트의 인출 및 영역의 마지막 층의 바이패스 라인에 연결되는 라인을 통한 탈착물의 주입).

층은 5/9/7/3 의 구성에 따라 분배되었고, 즉 층의 분배는 다음과 같았다:

● 영역 1 에는 5 개의 층,

● 영역 2 에는 9 개의 층,

● 영역 3 에는 7 개의 층,

● 영역 4 에는 3 개의 층.

사용된 흡수제는 BaX 유형의 제올라이트였고 사용된 용리액은 파라-디에틸벤젠이었다. 온도는 175 ℃ 이었고 압력은 15 bars 였다.

공급물은 20 % 의 파라-크실렌, 24 % 의 오르토-크실렌, 51 % 의 메타-크실렌 및 5 % 의 에틸벤젠으로 구성되었다. 사용된 변경 시간은 70.8 초였다.

공급물 및 탈착물의 주입을 위한 액체 유량은 이하와 같았고:

● 공급물에 대해서는 6.81 ㎥.min^-1,

● 탈착물에 대해서는 7.48 ㎥.min^-1,

즉, 용매 비, S/F 는 1.1 이었다.

종래의 동기성이 모든 개방형 바이패스 라인에 대해 100 % 로 조정되었을 때, 시뮬레이션이 99.76 % 의 파라-크실렌 순도 및 95.80 % 의 파라-크실렌 수율을 만들었다.

고정된 탈착물 유량, 공급물 유량, 생성된 파라-크실렌 순도 및 변경 시간에 대한 PX 수율의 관점에서 측정된 SMB 성능의 변경은, 영역의 폐쇄되지 않았던 모든 바이패스 라인의 동기성의 함수로서, 폐쇄되지 않았던 다른 영역의 바이패스 라인의 세트의 100 % 동기성을 유지하면서, 각 영역에 대해 산출되었다.

SMB 의 이 성능 변경이 다양한 영역 각각에 대해 도 3 에 도시되어 있다. PX 수율은 추출물로부터 인출된 PX 의 양과 주입되는 PX 양의 비이다.

영역 1 은 다이아몬드가 그려진 곡선으로 표시된다.

영역 2 는 사각형이 그려진 곡선으로 표시된다.

영역 3 은 삼각형이 그려진 곡선으로 표시된다.

영역 4 는 원이 그려진 곡선으로 표시된다.

동일한-순도, 동일한-공급물 유량, 동일한-변경 시간 및 동일한-용매 비에서 각 영역에 대해 얻어진 최적 동기성에서의 수율이 이하의 표에 주어진다.

영역마다 최적값을 얻은 후에, 4 개의 최적 동기성값이 동시에 부여되었고, 즉 영역 1 에서는 102 %, 영역 2 에서는 110 %, 영역 3 에서는 105 % 그리고 영역 4 에서는 140 % 였다.

동일한-순도, 동일한-공급물 유량, 동일한-변경 시간 및 동일한-용매 비에서, 96.12 % 의 수율이 얻어졌고, 이는 일 영역에 대한 동기성을 조정함으로써 얻어지는 수율보다 컸다.

명확하게, 차별화 영역-의존형 동기성은 종래 기술을 넘어 실질적으로 향상된 수율을 야기한다.

영역 세트에 대한 최적 수퍼-동기성은 이하의 식에 의해 규정될 수도 있고:

S = a + b(nf/nt)

여기에서 a = 2.1, b = 1320/24 = 55 이다.

실시예 2

이제, 15 개의 층으로 구성되고, 길이가 1.1 m 이고 내경이 3.5 m 이며, 공급물 주입부, 탈착물 주입부 (용리액 또는 용매로도 불릴 수도 있음), 추출물 인출부 및 라피네이트 인출부를 갖는 SMB 유닛을 고려한다.

플레이트는 2 개의 혼합실을 가졌고, 하나는 주입 상자 (공급물 및 탈착물) 이고, 다른 하나는 인출 상자 (추출물 및 라피네이트) 였다.

전체 체적 (V_i + V_{i +1} + VL_{i /i+1}) 은 플레이트 P_i 와 플레이트 P_{i +1} 사이에 포함되는 층의 체적의 3 % 를 나타냈고, 여기에서 VL_{i /i+1} 은 플레이트 P_i 에서부터 플레이트 P_{i +1} 까지 바이패스 라인의 체적이고 V_i 는 플레이트 P_i 의 분배/추출 시스템의 체적이었다.

배출물 (라피네이트 또는 추출물) 인출 라인이 바이패스 라인의 격리 밸브의 하류에 위치되었고, (공급물 또는 탈착물용) 주입 라인이 격리 밸브의 상류에 위치되었다 (도 4).

유체 (공급물 또는 탈착물) 가 플레이트 P_i 안으로 주입될 때, 바이패스 라인 L_{i /i+1} 에 연결된 주입 라인이 이용되었다. 그 다음엔, 주입된 유체가 플레이트 P_i 를 향해 적절하게 유동하는 것을 보장하기 위해서 바이패스 라인 L_{i / i+1} 의 격리 밸브를 폐쇄할 필요가 있었다.

배출물 (추출물 또는 라피네이트) 이 플레이트 P_i 로부터 인출될 때는, 바이패스 라인 L_{i -1/i} 에 연결되는 인출 라인이 사용되었다. 그 다음 바이패스 라인 L_i-1/i 의 격리 밸브가 폐쇄될 필요가 있었다 (도 5).

이 유형의 바이패스 라인을 사용한 결과는 이하와 같았다:

● 영역 1 에서 2 개의 바이패스 라인 폐쇄 (영역의 첫 번째 층의 바이패스 라인에 연결되는 라인을 통한 탈착물의 주입 및 영역의 마지막 층의 바이패스 라인에 연결되는 라인을 통한 추출물의 인출),

● 영역 3 에서 2 개의 바이패스 라인 폐쇄 (영역의 첫 번째 층의 바이패스 라인에 연결되는 라인을 통한 공급물의 주입 및 영역의 마지막 층의 바이패스 라인에 연결되는 라인을 통한 라피네이트의 인출).

층은 3/6/4/2 의 구성에 따라 분배되었고, 즉 층의 분배는 다음과 같았다:

● 영역 1 에는 3 개의 층,

● 영역 2 에는 6 개의 층,

● 영역 3 에는 4 개의 층,

● 영역 4 에는 2 개의 층.

사용된 흡수제는 BaX 유형의 제올라이트였고 사용된 용리액은 파라-디에틸벤젠이었다. 온도는 175 ℃ 이었고 압력은 15 bars 였다.

공급물은 20 % 의 파라-크실렌, 24 % 의 오르토-크실렌, 51 % 의 메타-크실렌 및 5 % 의 에틸벤젠으로 구성되었다. 사용된 변경 시간은 113.28 초였다.

공급물 및 탈착물의 주입을 위한 액체 유량은 이하와 같았고:

● 공급물에 대해서는 4.25 ㎥.min^-1,

● 탈착물에 대해서는 4.68 ㎥.min^-1,

즉, 용매 비, S/F 는 1.1 이었다.

종래의 동기성이 모든 개방형 바이패스 라인에 대해 100 % 로 조정되었을 때, 시뮬레이션이 99.76 % 의 파라-크실렌 순도 및 91.46 % 의 파라-크실렌 수율을 만들었다.

고정된 탈착물 유량, 공급물 유량, 생성된 파라-크실렌 순도 및 변경 시간에 대한 PX 수율의 관점에서 측정된 SMB 성능의 변경은, 영역의 폐쇄되지 않았던 모든 바이패스 라인의 동기성의 함수로서, 폐쇄되지 않았던 다른 영역의 바이패스 라인의 세트의 100 % 동기성을 유지하면서, 각 영역에 대해 산출되었다.

SMB 의 이 성능 변경이 다양한 영역 각각에 대해 도 6 에 도시되어 있다. PX 수율은 추출물로부터 인출된 PX 의 양과 주입되는 PX 양의 비이다.

영역 1 은 다이아몬드가 그려진 곡선으로 표시된다.

영역 2 는 사각형이 그려진 곡선으로 표시된다.

영역 3 은 삼각형이 그려진 곡선으로 표시된다.

영역 4 는 원이 그려진 곡선으로 표시된다.

동일한-순도, 동일한-공급물 유량, 동일한-변경 시간 및 동일한-용매 비에서 각 영역에 대해 얻어진 최적 동기성에서의 수율이 이하의 표에 주어진다.

영역마다 최적값을 얻은 후에, 4 개의 최적 동기성값이 동시에 부여되었고, 즉 영역 1 에서는 170 %, 영역 2 에서는 105 %, 영역 3 에서는 133 % 그리고 영역 4 에서는 100 % 였다.

동일한-순도, 동일한-공급물 유량, 동일한-변경 시간 및 동일한-용매 비에서, 92.34 % 의 수율이 얻어졌고, 이는 일 영역에 대한 동기성을 조정함으로써 얻어지는 수율보다 컸다.

명확하게, 차별화 영역-의존형 동기성은 종래 기술을 넘어 실질적으로 향상된 수율을 야기한다.

영역 세트에 대한 최적 수퍼-동기성은 이하의 식에 의해 규정될 수도 있고:

S = a + b(nf/nt)

여기에서 a = 0.9, b = 1320/15 = 88 이다.

Claims (4)

1. 적어도 하나의 컬럼을 가지는 모사 이동층 장치에서의 공급물 (F) 의 모사 이동층 분리를 위한 공정으로서, 상기 컬럼은 각각 분배/추출 시스템을 포함하는 플레이트 (P_i) 에 의해 분리되는 복수의 흡착물층으로 구성되고, 상기 공정에서는 공급물 (F) 및 탈착물 (D) 이 공급되고, 적어도 하나의 추출물 (E) 및 적어도 하나의 라피네이트 (R) 가 인출되고, 공급 및 인출 지점은 일 흡착물층에 대응하는 값에 의해 시간이 지남에 따라, 매 변경 시간 (ST) 마다 오프셋되고, 모사 이동층의 복수의 작동 영역인 이하의 4 개의 주요 영역을 규정하고:
   ● 탈착물 (D) 의 공급과 추출물 (E) 의 인출 사이에 포함되는, 추출물에 생성된 화합물의 탈착을 위한 영역 1;
   ● 추출물 (E) 의 인출과 공급물 (F) 의 공급 사이에 포함되는, 라피네이트에 생성된 화합물의 탈착을 위한 영역 2;
   ● 공급물 (F) 의 공급과 라피네이트 (R) 의 인출 사이에 포함되는, 추출물에 생성된 화합물의 흡착을 위한 영역 3;
   ● 라피네이트 (R) 의 인출 및 탈착물 (D) 의 공급 사이에 위치되는 영역 4;
   상기 장치는 또한 2 개의 일련의 플레이트 (P_i 와 P_i+1) 를 바로 결합시키고 상기 플레이트가 플러싱될 수 있도록 해주는 외부 바이패스 라인 (L_i/i+1) 을 포함하고, 바이패스 라인 (L_i/i+1) 의 각각은 플러싱 유량을 제어하기 위한 자동 수단을 포함하고, 상기 제어 수단의 개방 정도는 이하의 두 가지 규칙에 의해 규정되고:
   1) 적어도 하나의 폐쇄된 바이패스 라인이 있는 작동 영역에서, 플러싱 유량의 수퍼-동기성은 고려되는 영역에 속하며 폐쇄되지 않은 모든 바이패스 라인에서 설정되고, 상기 수퍼-동기성은 이하의 식에 의해 규정되고:
   S = a + b(nf/nt)
   여기서, a 는 -5 ~ 5 의 범위의 정수이고, 고려되는 영역의 바이패스 라인의 총 수 (nt) 에 대한 폐쇄된 바이패스 라인의 수 (nf) 의 비만큼 곱해지는 b 는 40 ~ 100 의 범위의 정수이고,
   2) 고려되는 영역에 폐쇄된 바이패스 라인이 없다면, 동기성±8 % 에 대응하는 상기 영역의 모든 플러싱 라인에 유동이 설정되며,
   동기성 유량은 (V_i + V_i+1 + VL_i/i+1)/ST 로서 규정되고,
   상기 표현에서 V_i 는 출발 플레이트 P_i 의 분배/추출 시스템의 체적을 나타내고,
   V_i+1 은 도착 플레이트 P_i+1 의 분배/추출 시스템의 체적을 나타내고,
   VL_i/i+1 는 P_i 와 P_i+1 사이의 바이패스 라인의 체적을 나타내고,
   ST 는 변경 시간을 나타내며,
   수퍼-동기성은 하기의 식, 수퍼-동기성 (%) = 100 × [(고려되는 바이패스 라인에서의 실제 유량/동기성 유량) - 1] 로 규정되는 모사 이동층 분리를 위한 공정.
2. 제 1 항에 따른 모사 이동층 분리를 위한 공정에서 작동 영역당 플러싱 유량을 조정하기 위한 방법으로서, 수퍼-동기성 (S) 이 결정될 바이패스 라인 상의 플러싱 유량에 적용되도록 해주는 계수 a 및 b 가 이하의 식에 의해 주어지는 방법.
   a 는 -5 ~ +5 의 범위,
   b = (1320/모사 이동층 유닛에 있는 층의 총 개수).
3. 제 1 항에 있어서, 상기 공급물 (F) 는 C8 방향족 탄화수소의 혼합물이고, 파라-크실렌이 분리되는, 모사 이동층 분리를 위한 공정.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 공급물 (F) 는 C8 방향족 탄화수소의 혼합물이고, 메타-크실렌이 분리되는, 모사 이동층 분리를 위한 공정.

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