KR101804006B1

KR101804006B1 - 증류 장치

Info

Publication number: KR101804006B1
Application number: KR1020140150389A
Authority: KR
Inventors: 이성규; 신준호
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2014-10-31
Filing date: 2014-10-31
Publication date: 2017-12-01
Also published as: KR20160051036A

Abstract

본 출원은 증류 장치 및 그를 이용한 증류 방법에 관한 것으로서, 본 출원의 증류 장치에 의하면, 폴리올레핀 엘라스토머의 중합 과정에서 사용되는 올레핀 단량체와 용매, 예를 들어, 1-옥텐 및/또는 iso-옥텐과 n-헥산을 포함하는 원료의 정제 과정에서 발생하는 에너지 손실을 최소화 할 수 있으며, 2기의 증류탑을 사용하여 정제하는 경우보다 증류 장치의 설치 비용을 줄일 수 있으므로, 공정의 경제성을 향상시킬 수 있다.

Description

증류 장치{DISTILLATION DEVICE}

본 출원은 폴리올레핀 엘라스토머의 중합 과정에서 사용되는 용매를 고순도 및 고효율로 분리하는 증류 장치 및 방법에 관한 것이다.

폴리올레핀 엘라스토머는 자동차 내외장재의 충격 및 굴곡 강도 등의 물성 보강제로 사용될 뿐만 아니라 우수한 탄성 및 인성 등으로 인하여 다양한 첨단 섬유 및 스포츠 산업 분야에도 사용되고 있다.

예를 들어, 상기 폴리올레핀 엘라스토머는 올레핀 단량체를 용매에 용해시킨 뒤 촉매를 이용하여 중합하는 용액 중합법으로 중합되며, 상기 중합 용액으로부터 용매를 회수한 후 건조 공정을 거쳐 제품화된다. 상기와 같이 용액 중합법을 통하여 폴리올레핀 엘라스토머를 제조하는 경우에는, 투입되는 올레핀 단량체의 양에 비하여 다량의 용매를 사용하기 때문에, 중합 후 용매 및 미반응 단량체를 회수하기 위한 공정에서 다량의 에너지가 소모되는 문제점이 존재하였다. 종래에는, 용액 중합 후 용매를 포함하는 중합액을 2기의 증류탑이 순차로 연결된 증류 장치를 이용하여 용매 및 미반응 단량체를 회수하였으나, 이 과정에서 다량의 에너지가 소모되는 문제가 발생하였다.

따라서, 증류 장치의 설치 비용을 줄일 수 있으며, 고순도의 화합물을 분리할 수 있는 용매 및 미반응 단량체의 회수 공정이 요구된다.

본 출원은 폴리올레핀 엘라스토머의 중합 과정에서 사용되는 용매 및 미반응 단량체를 고순도 및 고효율로 분리 및 회수하는 증류 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 출원은 증류 장치에 관한 것이다. 예시적인 본 출원의 구현예들에 의한 증류 장치에 의하면, 폴리올레핀 엘라스토머의 중합 과정에서 사용되는 올레핀 단량체와 용매, 예를 들어, 1-옥텐, iso-옥텐 및 n-헥산을 포함하는 원료의 정제 과정에서 발생하는 에너지 손실을 최소화하고, 제품을 고순도로 분리함으로써 공정의 경제성을 향상시킬 수 있다. 특히, 본 출원의 증류 장치에서는, 분리벽형 증류탑을 이용한 1-옥텐/iso-옥텐 및 n-헥산의 분리에 최적화된 온도 및 압력 조건을 제공하며, 이에 따라, 본 출원의 증류 장치를 이용하여 폴리올레핀 엘라스토머의 중합 과정에서 사용되는 용매 및 미반응된 올레핀 단량체를 고순도 및 고효율로 분리하여 재사용할 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 출원의 증류 장치를 설명하지만, 상기 도면은 예시적인 것으로 상기 증류 장치의 범위가 첨부된 도면에 제한되는 것은 아니다.

도 1은, 본 출원의 구현예에 따른 증류 장치를 예시적으로 보여주는 도면이다.

도 1에 나타나듯이, 본 출원의 증류 장치는 응축기(102), 재비기(103) 및 분리벽(101)이 구비된 증류탑(100)을 포함한다. 상기에서 증류탑(100)은, 분리벽형 증류탑(100)일 수 있다. 상기 분리벽형 증류탑(100)은 저비점, 중비점, 고비점의 3 성분을 포함하는 원료(F_1-1)의 증류를 위해 고안된 장치이며, 소위 열복합 증류 컬럼(Petlyuk column)과 열역학적 관점에서 유사한 장치이다. 상기 열복합 증류 컬럼은 저비점 및 고비점 물질을 1차적으로 예비 분리기에서 분리하고, 예비 분리기의 탑정 및 탑저 부분이 주분리기의 공급단으로 각각 유입되어 주분리기에서 저비점, 중비점 및 고비점 물질을 각각 분리하도록 고안되어 있다. 이에 대하여, 분리벽형 증류탑(100)은 탑 내에 분리벽(101)을 설치함으로써 예비분리기를 주분리기 내부에 통합시킨 형태이다.

한편, 분리벽형 증류탑(200)의 경우, Petlyuk 증류탑과는 달리 설계가 정해지면 내부순환 흐름량을 조절할 수 없는 구조적 특성으로 인하여 운전 조건 변동에 대한 유연성이 떨어지므로, 증류탑의 초기 설계 단계에서 다양한 외란(disturbance)에 대한 정확한 모사와 용이한 제어가 가능한 제어 구조의 결정이 필요하며, 나아가 분리벽형 증류탑(100)에서 공급단의 위치, 분리벽 구간 설정, 중비점 물질의 생산단 위치, 총 이론단수, 증류온도 및 증류압력 등의 증류탑의 설계 구조 및 운전 조건에 대한 내용은 매우 제한되어 있을 뿐만 아니라, 특히, 증류하려는 대상 화합물의 성질에 따라 증류탑의 단수, 공급단 및 유출단의 위치 등의 설계구조 및 증류온도, 압력 및 환류비 등의 운전조건이 특별하게 변경되어야 한다. 본 출원의 증류 장치에서는, 전술한 바와 같이, 에너지를 절감하고 설비비를 줄일 수 있도록, 폴리올레핀 엘라스토머의 중합 과정에서 사용되는 용매를 고순도 및 고효율로 분리하기에 적합하게 설계된 분리벽형 증류탑(100)의 운전 조건을 제공할 수 있다.

본 출원의 증류 장치에서 사용할 수 있는 분리벽형 증류탑(100)의 구체적인 종류는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 도 1에 나타난 바와 같은 일반적인 구조의 분리벽형 증류탑(100)을 사용하거나, 정제 효율을 고려하여 증류탑 내의 분리벽(101)의 위치나 형태가 변경 설계된 증류탑의 사용도 가능하다. 또한, 증류탑의 단수 및 내경 등도 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 원료(F_1-1)의 조성을 고려한 증류 곡선으로부터 유추되는 이론 단수 등을 기반으로 설정할 수 있다.

하나의 예시에서, 본 출원의 분리벽형 증류탑(100)은, 도 1과 같은 구조를 가질 수 있다. 도 1에 나타난 바와 같이, 예시적인 분리벽형 증류탑(100)은 내부가 분리벽(101)에 의해 분할되어 있다. 또한, 분리벽형 증류탑(100)의 내부는 도 1에서 가상의 점선으로 분할되어 있는 바와 같이, 분리벽(101)이 위치하는 중간 영역과, 상기 분리벽(101)이 위치하지 않는 상부 영역 및 하부 영역으로 구분될 수 있다. 또한, 상기 중간 영역은 분리벽(101)에 의해 나누어지는 원료 공급 영역(120) 및 생성물 유출 영역(130)으로 구분될 수 있다. 예를 들면, 상기 분리벽형 증류탑(100)은, 저비점 흐름이 배출되는 탑정 영역(110), 고비점 흐름이 배출되는 탑저 영역(140), 원료(F_1-1)가 유입되는 원료 공급 영역(120) 및 생성물이 유출되는 생성물 유출 영역(130)으로 구분될 수 있다. 상기 분리벽형 증류탑(100)의 「탑정」은 상기 분리벽형 증류탑(100)의 탑의 가장 꼭대기 부분을 의미하며, 전술한 분리벽형 증류탑(100)의 상부 영역에 포함될 수 있고, 상기 분리벽형 증류탑(100)의 「탑저」는 상기 분리벽형 증류탑(100)의 탑의 가장 바닥 부분을 의미하며, 전술한 분리벽형 증류탑(100)의 하부 영역에 포함될 수 있다. 본 명세서에서 특별히 달리 정의하지 않는 한, 상부 영역은 탑정 영역(110)과 동일한 의미로 사용되고, 하부 영역은 탑저 영역(140)과 동일한 의미로 사용된다. 상기「응축기」는 증류탑과 별도로 설치된 장치로서, 상기 본체에서 유출된 물질을 외부에서 유입된 냉각수와 접촉시키는 등의 방식으로 냉각시키기 위한 장치를 의미할 수 있다. 예를 들어, 상기 증류 장치의 응축기(102)는 상기 분리벽형 증류탑(100)의 탑정 영역(110)에서 유출되는 탑정 흐름(F_1-2)을 응축시키는 장치일 수 있다. 또한, 상기「재비기」는 증류탑의 외부에 설치된 가열 장치이고, 끓는점이 높은 흐름을 다시 가열 및 증발시키기 위한 장치를 의미할 수 있다. 예를 들어, 상기 증류 장치의 재비기(103)는 상기 분리벽형 증류탑(100)의 탑저 영역(140)에서 유출되는 탑정 흐름(F_1-3)을 가열하는 장치일 수 있다.

본 출원의 분리벽형 증류탑(100)에서는, 상기 원료 공급 영역(120) 및 생성물 유출 영역(130)이 상기 분리벽(101)에 의하여 서로 분리(separation) 또는 고립(isolation)되어 있을 수 있다. 이에 따라, 상기 원료 공급 영역(120) 내의 흐름과 상기 생성물 유출 영역(130) 내의 흐름이 서로 혼합되는 것을 방지할 수 있다. 본 명세서에서 용어 「분리(separation) 또는 고립(isolation)」은, 각 영역에서의 흐름이 분리벽(101)에 의해 나뉘어지는 영역에서 독립적으로 흐르거나 존재하는 것을 의미한다. 하나의 예시에서, 상기 분리벽형 증류탑(100)의 분리벽(101)은 상기 분리벽형 증류탑(100)의 중간 영역에 위치한다. 구체적으로, 상기 분리벽(101)은 상기 분리벽형 증류탑(100)의 탑정을 기준으로 산출하였을 때, 상기 탑정을 기준으로 산출된 전체 이론 단수의 35 내지 70%, 40 내지 65%, 바람직하게는 40 내지 60%, 보다 바람직하게는 45 내지 55%에 위치할 수 있다. 상기에서, 「이론단수」는 상기 분리벽형 증류탑(100)에서 기상 및 액상과 같은 2개의 상이 서로 평형을 이루는 가상적인 영역 또는 단의 수를 의미한다. 상기 분리벽(101)이 상기 범위로 상기 분리벽형 증류탑(100)의 내부에 위치함으로써, 원료 공급 영역(120) 내의 흐름과 생성물 유출 영역(130) 내의 흐름이 혼합되는 것을 효과적으로 차단할 수 있다. 또한, 생성물 유출 영역(130)에서 유출되는 생성물 흐름(F_1-4)내에 저비점 성분이 혼합되어 유출되는 것을 방지할 수 있다.

하나의 예시에서, 상기 분리벽형 증류탑(100)은 원료 공급 영역(120)에 위치하는 원료 공급 포트(121)를 포함하며, 상기 원료 공급 포트(121)로는 하기 화학식 1 및 화학식 2의 화합물을 포함하는 원료(F_1-1)가 유입된다.

[화학식 1]

[화학식 2]

상기 화학식 1에서 R₁은, 알킬기, 예를 들면, 탄소수 4 내지 12, 탄소수 6 내지 10 또는 탄소수 7 내지 9의 알킬기일 수 있으며, R₂ 내지 R₄는, 각각 독립적으로, 수소, 탄소수 4 내지 12, 예를 들면, 탄소수 6 내지 10 또는 탄소수 7 내지 9의 알킬기를 나타낸다. 또한, 상기 화학식 2에서 R₅는, 알킬기, 예를 들면, 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 나타내며, n은 1 내지 4이다.

하나의 예시에서, 상기 화학식 1의 화합물로는, 예를 들면, 1-옥텐, iso-옥텐 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상이 예시될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 화학식 2의 화합물로는, 예를 들면, n-헥산이 예시될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.

예를 들어, 상기 화학식 1의 화합물 및 화학식 2의 화합물을 포함하는 원료(F_1-1)가 상기 분리벽형 증류탑(100)의 원료 공급 영역(120)에 위치하는 원료 공급 포트(121)로 유입되면, 유입된 상기 원료(F_1-1)는 탑저 영역(140)에서 유출되는 탑저 흐름(F_1-3), 탑정 영역(110)에서 유출되는 탑정 흐름(F_1-2) 및 생성물 유출 영역(130)에 위치하는 생성물 유출 포트(131)에서 유출되는 생성물 흐름(F_1-4)으로 각각 분리되어 유출된다. 상기 분리벽형 증류탑(100)의 탑정 영역(110)에서는 상기 원료(F_1-1)에 포함되어 있는 성분 중에서 상대적으로 저비점 성분인 탑정 흐름(F_1-2)이 유출될 수 있으며, 상기 분리벽형 증류탑(100)의 탑저 영역(140)에서는 상기 원료(F_1-1)에 포함되어 있는 성분 중에서 상대적으로 고비점 성분인 탑저 흐름(F_1-3)이 유출될 수 있다. 상기 분리벽형 증류탑(100)의 생성물 유출 영역(130)에서는 원료(F_1-1)에 포함되어 있는 성분 중에서 상대적으로 중비점 성분인 생성물 흐름(F_1-4)이 유출될 수 있다. 상기에서 「저비점 흐름」은 저비점, 중비점 및 고비점 성분의 3 성분을 포함하는 원료 흐름 중 상대적으로 끓는점이 낮은 성분이 농후(rich)한 흐름을 의미하며, 상기 저비점 흐름은 예를 들어, 분리벽형 증류탑(100)의 탑정 영역(110)에서 유출되는 흐름을 의미한다. 상기 「고비점 흐름」은 저비점, 중비점 및 고비점 성분의 3 성분을 포함하는 원료 흐름 중 상대적으로 끓는점이 높은 성분이 농후(rich)한 흐름을 의미하며, 상기 고비점 흐름은 예를 들어, 분리벽형 증류탑(100)의 탑저 영역(140)에서 유출되는 상대적으로 비점이 높은 성분이 농후한 흐름을 의미한다. 상기 「중비점 흐름」은 저비점, 중비점 및 고비점 성분의 3 성분을 포함하는 원료 흐름 중 저비점 성분과 고비점 성분 사이의 끓는점을 가지는 성분이 농후(rich)한 흐름을 의미하며, 상기 중비점 흐름은 예를 들어, 분리벽형 증류탑(100)의 생성물 유출 영역(130)의 생성물 유출 포트(131)에서 유출되는 흐름을 의미한다. 상기에서 용어 「농후한 흐름」이란, 원료(F_1-1)에 포함된 저비점 성분, 고비점 성분 및 중비점 성분 각각의 함량보다 상기 분리벽형 증류탑(100)의 탑정 영역(110)에서 유출되는 흐름에 포함된 저비점 성분, 탑저 영역(140)에서 유출되는 흐름에 포함된 고비점 성분 및 생성물 유출 영역(130)에서 유출되는 흐름에 포함된 중비점 성분 각각의 함량이 더 높은 흐름을 의미한다. 예를 들어, 상기 분리벽형 증류탑(100)의 탑정 흐름(F_1-2)에 포함된 저비점 성분, 탑저 흐름(F_1-3)에 포함된 고비점 성분 및 생성물 흐름(F_1-4)에 포함되는 중비점 성분이 나타내는 각각의 함량이 50 중량% 이상, 80 중량% 이상, 90 중량% 이상, 95 중량% 이상 또는 99 중량% 이상인 흐름을 의미할 수 있다. 본 명세서에서 상기 저비점 흐름과 상기 분리벽형 증류탑(100)의 탑정 흐름(F_1-2)은 동일한 의미로 사용될 수 있으며, 고비점 흐름과 상기 분리벽형 증류탑(100)의 탑저 흐름(F_1-3)은 동일한 의미로 사용될 수 있고, 상기 중비점 흐름과 분리벽형 증류탑(100)의 생성물 흐름(F_1-4)은 동일한 의미로 사용될 수 있다.

상기 분리벽형 증류탑(100)은 생성물 유출 포트(131)를 포함하며, 상기 생성물 유출 포트에서는 상기 생성물 흐름이 유출된다. 상기 생성물 유출 포트(131)는 상기 분리벽형 증류탑(100)의 생성물 유출 영역(130)에 위치할 수 있으며, 예를 들면, 상기 원료 공급 포트(121)보다 하부, 즉, 아래 쪽에 위치할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 원료 공급 포트(121)는 상기 분리벽형 증류탑(100)의 이론 단수를 탑정을 기준으로 산출하였을 때, 상기 탑정을 기준으로 산출된 전체 이론 단수의 20 내지 55%, 25 내지 55% 또는 25 내지 50%에 위치할 수 있다. 한편, 상기 생성물 유출 포트(131)는 상기 분리벽형 증류탑(100)의 이론 단수를 탑정을 기준으로 산출하였을 때, 상기 탑정을 기준으로 산출된 전체 이론 단수의 60 내지 70%, 62 내지 68% 또는 64 내지 66%에 위치할 수 있다. 예를 들어, 분리벽형 증류탑(100)의 이론 단수가 100단일 경우, 상기 분리벽형 증류탑(100)의 1단은 탑정이고 100단은 탑저에 해당하며, 상기 원료 공급 포트(121)는 20 내지 55단에 위치할 수 있고, 상기 생성물 유출 포트(131)는 60 내지 70단에 위치할 수 있다.

저비점, 중비점 및 고비점의 3성분을 포함하는 원료(F_1-1)로부터 분리 공정을 수행하기 위하여, 상기 원료(F_1-1)는 도 1과 같이 분리벽형 증류탑(100)의 원료 공급 영역(120)의 원료 공급 포트(121)로 유입될 수 있다. 상기 원료 공급 영역(120)의 원료 공급 포트(121)로 유입된 원료(F_1-1)는 탑저 흐름(F_1-3), 상기 화학식 1의 화합물, 예를 들어 1-옥텐 및/또는 iso-옥텐을 포함하는 생성물 흐름(F_1-4) 및 상기 화학식 2의 화합물, 예를 들어, n-헥산을 포함하는 탑정 흐름(F_1-2)으로 분리되어 유출될 수 있다. 상기 분리벽형 증류탑(100)의 탑저 영역(140)에서 유출되는 탑저 흐름(F_1-3)은 재비기(103)를 통과하고, 상기 재비기(103)를 통과한 탑저 흐름(F_1-3)의 일부 또는 전부는 상기 탑저 영역(140)으로 유입되어 분리벽형 증류탑(100)으로 환류되거나, 제품으로 저장될 수 있다. 또한, 상기 분리벽형 증류탑(100)의 탑정 영역(110)에서 유출되는 탑정 흐름(F_1-2)은 응축기(102)를 통과하고, 상기 응축기(102)를 통과한 탑정 흐름(F_1-2)의 일부 또는 전부는 상기 탑정 영역(110)으로 유입되어 분리벽형 증류탑(100)으로 환류되거나, 제품으로 저장될 수 있으며, 상기 분리벽형 증류탑(100)의 생성물 유출 영역(130)의 생성물 유출 포트(131)에서 유출되는 생성물 흐름(F_1-4)은 제품으로 저장될 수 있다.

이하, 본 출원의 일 구현예에 따른 증류 장치를 이용하여 화학식 1의 화합물인 1-옥텐, iso-옥텐 또는 이들의 혼합물; 및 화학식 2의 화합물인 n-헥산을 분리하는 과정을 보다 상세히 설명하기로 한다.

하나의 예시에서, 저비점 성분인 n-헥산, 중비점 성분인 1-옥텐 및/또는 iso-옥텐 및 고비점 성분을 포함하는 원료(F_1-1)가 상기 분리벽형 증류탑(100)의 원료 공급 포트(121)로 유입된다. 이 경우, 상기 분리벽형 증류탑(100)의 탑정 영역(110)에서 상기 원료(F_1-1)의 성분 중 상대적으로 끓는점이 낮은 성분을 포함하는 흐름인 탑정 흐름(F_1-2), 예를 들면, n-헥산이 농후한 흐름이 유출될 수 있으며, 유출된 상기 탑정 흐름(F_1-2)은 응축기(102)를 거쳐서 일부는 상기 분리벽형 증류탑(100)의 탑정 영역(110)으로 환류되고, 나머지 일부는 제품으로서 저장될 수 있다. 한편, 상기 분리벽형 증류탑(100)의 탑저 영역(140)에서는 상기 원료(F_1-1)의 성분중 상대적으로 끓는점이 높은 성분을 포함하는 탑저 흐름(F_1-3)으로 유출되고, 유출된 상기 탑저 흐름(F_1-3)은 재비기(103)를 거쳐 그 일부는 상기 분리벽형 증류탑의 탑저 영역(140)으로 환류되고, 나머지 일부는 제품으로 저장될 수 있다. 또한, 상기 분리벽형 증류탑(100)의 생성물 유출 영역(130)의 생성물 유출 포트(131)에서는 상기 원료(F_1-1)의 성분 중 중비점 성분을 포함하는 생성물 흐름(F_1-4), 예를 들면, 1-옥텐 및/또는 iso-옥텐이 농후한 흐름이 분리되어 유출될 수 있다.

하나의 예시에서, 상기 분리벽형 증류탑(100)의 탑정 흐름(F_1-2) 내의 n-헥산의 함량은 90% 이상, 95 % 이상, 또는 99 % 이상일 수 있으며, 상기 분리벽형 증류탑(100)의 생성물 흐름(F_1-4) 내의 1-옥텐 및/또는 iso-옥텐의 함량은 90% 이상, 92 % 이상, 또는 94 % 이상일 수 있다.

상기와 같이 상기 화학식 1의 화합물 및 상기 화학식 2의 화합물을 포함하는 원료(F_1-1)를 본 출원의 증류 장치를 이용하여 분리하는 경우, 상기 분리벽형 증류탑(100)의 탑정 영역(110)의 압력은 0.01 내지 1.5 Kg/cm²g, 0.01 내지 1.5 Kg/cm²g, 0.1 내지 1.15 Kg/cm²g, 또는 0.2 내지 1.11 Kg/cm²g일 수 있으며, 상기 분리벽형 증류탑(100)의 탑저 영역(140)의 압력은 0.25 내지 1.76 Kg/cm²g, 0.3 내지 1.5 Kg/cm²g, 0.45 내지 1.4 Kg/cm²g, 또는 0.47 내지 1.37 Kg/cm²g일 수 있다. 또한, 상기 분리벽형 증류탑(100)의 탑정 영역(110)의 온도는 67 내지 99℃, 67 내지 95℃, 70 내지 95℃, 또는 73 내지 93℃일 수 있으며, 상기 분리벽형 증류탑(100)의 탑저 영역(140)의 온도는 130 내지 164℃, 130 내지 160℃, 135 내지 150℃, 또는 137 내지 148℃일 수 있다. 상기 분리벽형 증류탑(100)의 탑정 흐름(F_1-2) 중 상기 분리벽형 증류탑(100)의 탑정 영역(110)으로 환류되는 탑정 흐름(F_1-2)의 환류비는 0.5 내지 2.0일 수 있으며, 열역학적인 관점에서 바람직하게는 0.6 내지 1.8, 또는 0.7 내지 1.5일 수 있다. 상기에서 「환류비」는 상기 증류탑(100)에서 유출되는 유출 유량(kg/hr)에 대하여 환류되는 유량(kg/hr)의 비를 의미한다.

본 출원은, 또한 상기 폴리올레핀 엘라스토머의 중합 과정에서 사용되는 용매를 미반응된 올레핀 단량체로부터 분리하기 위한 증류 방법에 관계한다.

예시적인 본 출원의 증류 방법은 전술한 증류 장치를 이용하여 수행될 수 있으며, 이에 따라, 전술한 증류 장치에서 기재된 내용과 중복되는 내용은 생략하기로 한다.

본 출원의 증류 방법의 일 구현예는, 원료(F_1-1)를 유입하는 단계 및 상기 원료(F_1-1)를 분리하는 단계를 포함한다.

상기 원료(F_1-1)를 유입하는 단계는 하기 화학식 1 및 하기 화학식 2의 화합물을 포함하는 원료(F_1-1)를, 분리벽형 증류탑(100)으로 유입하는 단계이며, 보다 상세하게는, 분리벽(101)이 구비되며, 내부가 상기 분리벽(101)이 위치하지 않는 탑정 영역(110) 및 탑저 영역(140)과, 상기 분리벽(101)이 위치하는 중간 영역으로 구분되고, 상기 중간 영역은 상기 분리벽(101)에 의하여 나뉘어지는 원료 공급 영역(120) 및 생성물 유출 영역(130)으로 구분되는 분리벽형 증류탑(100)의 상기 원료 공급 영역(120)으로 유입하는 단계이다.

상기 원료(F_1-1)를 분리하는 단계는 상기 원료 공급 영역(120)으로 유입된 원료(F_1-1)를 분리벽형 증류탑(100)의 탑정 영역(110), 생성물 유출 영역(130) 및 탑저 영역(140)에서 각각 분리 유출하는 단계이며, 보다 상세하게는, 상기 증류탑(100)의 생성물 유출 영역(130) 에서 상기 화학식 1의 화합물을 분리하고, 상기 증류탑(100)의 탑정 영역(110)에서 상기 화학식 2의 화합물을 분리하는 단계이다.

[화학식 1]

[화학식 2]

상기 분리벽형 증류탑(100)으로 유입되는 원료(F_1-1)는 상기 화학식 1 및 화학식 2의 화합물을 포함할 수 있다. 상기 원료(F_1-1)에 관한 설명은 전술한 바와 동일하므로, 생략하기로 한다.

예를 들어, 상기 원료(F_1-1)를 분리하는 단계에서는, 상기 원료(F_1-1) 중 상대적으로 저비점인 흐름을 상기 분리벽형 증류탑(100)의 탑정 영역(110)에서 탑정 흐름(F_1-2)으로 유출시키고, 상대적으로 고비점인 흐름은 상기 분리벽형 증류탑(100)의 탑저 영역(140)에서 탑저 흐름(F_1-3)으로 유출시키고, 상대적으로 중비점인 흐름은 상기 분리벽형 증류탑(100)의 생성물 유출 영역(130)에 위치하는 생성물 유출 포트(131)에서 생성물 흐름(F_1-4)으로 유출시키는 것을 포함할 수 있다.

상기 분리벽형 증류탑(100)의 탑정 영역(110)에서 유출되는 탑정 흐름(F_1-2), 탑저 영역(140)에서 유출되는 탑저 흐름(F_1-3) 및 생성물 유출 영역(130)에서 유출되는 생성물 흐름(F_1-4)의 압력, 온도 및 환류비에 대한 자세한 설명은, 전술한 분리벽형 증류탑(100)에서 설명한 바와 동일하므로, 생략하기로 한다.

상기 각 단계들은 각각 독립적으로 유기적으로 결합되어 있으므로, 각 경계가 명확히 시간의 순서에 따라 구분되는 것은 아니며, 이에 따라 상기 각 단계들은 순차적으로 수행되거나 또는 각각 독립적으로 동시에 수행될 수 있다. 또한, 상기 각 단계의 이전 또는 이후에 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적으로 수행될 수 있는 공정 단계를 추가적으로 포함할 수 있으므로, 상기 단계들만으로 상기 제조 방법이 제한되는 것은 아니다.

본 출원의 증류 장치 및 이를 이용한 증류 방법에 의하면, 에너지 소모량을 줄이고, 원료의 정제에 사용되는 증류 장치의 크기도 최소화함으로써 공정의 경제성을 향상시킬 수 있다.

본 출원의 증류 장치에 의하면, 폴리올레핀 엘라스토머의 중합 과정에서 사용되는 올레핀 단량체와 용매, 예를 들어, 1-옥텐/iso-옥텐 및 n-헥산을 포함하는 원료의 정제 과정에서 발생하는 에너지 손실을 최소화 할 수 있으며, 2기의 증류탑을 사용하여 정제하는 경우보다 증류 장치의 설치 비용을 줄일 수 있으므로, 공정의 경제성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 출원의 구현예 및 실시예에 따른 증류 장치를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 비교예에서 사용한 증류 장치를 모식적으로 나타낸 도면이다.

이하 본 발명에 따르는 실시예 및 본 발명에 따르지 않는 비교예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.

실시예 1

도 1의 증류 장치를 사용하여 1-옥텐, iso-옥텐 및 n-헥산을 분리하였다. 구체적으로는, 1-옥텐, iso-옥텐 및 n-헥산을 포함하는 30℃의 원료를 10,500 kg/hr의 유량으로 이론단수가 40 단인 분리벽형 증류탑의 20 단에 위치하는 원료 공급 포트로 유입하여 분리 공정을 수행하였으며, 상기 분리벽형 증류탑의 탑정 영역, 생성물 유출 영역 및 탑저 영역에서 각각의 흐름을 유출시켰다.

이 때, 상기 분리벽형 증류탑의 탑정 영역에서 5,800 kg/hr의 유량으로 유출되는 탑정 흐름의 일부는 응축기를 거쳐서 분리벽형 증류탑으로 환류시켰고, 나머지 일부는 n-헥산을 포함하는 제품으로 분리하였으며, 탑저 영역에서 200 kg/hr의 유량으로 유출되는 탑저 흐름의 일부는 재비기를 거쳐서 분리벽형 증류탑으로 환류시켰고 나머지 일부는 제품으로 저장하였다. 한편, 생성물 유출 영역에서 4,500 kg/hr의 유량으로 유출되는 생성물 흐름은 상기 이론단수가 40 단인 분리벽형 증류탑의 26 단에 위치하는 생성물 유출 포트에서 유출시켜 분리하였으며, 1-옥텐 및 iso-옥텐을 포함하는 제품으로 분리하여 저장하였다. 이 경우, 상기 분리벽형 증류탑의 탑정 영역의 운전 압력은 0.2 내지 0.3 Kg/cm²g으로 조절하였고, 운전 온도는 73 내지 77℃가 되도록 조절하였으며, 탑저 영역의 운전 압력은 0.47 내지 0.6 Kg/cm²g으로 조절하였고, 운전 온도는 137 내지 143℃로 조절하였다. 또한, 생성물 유출 영역의 운전 압력은 0.36 내지 0.52 Kg/cm²g으로 조절하였고, 운전 온도는 127 내지 131℃로 조절하였다. 상기 분리벽형 증류탑의 탑정 영역의 환류비는 1.0 내지 1.2로 설정하였다.

실시예 2

상기 분리벽형 증류탑의 탑정 영역의 운전 압력을 0.75 내지 0.85 Kg/cm²g, 운전 온도를 86 내지 89℃로 조절하고, 탑저 영역의 운전 압력을 1.02 내지 1.12 Kg/cm²g, 운전 온도를 151 내지 154℃로 조절 하였으며, 생성물 유출 영역의 운전 압력을 0.93 내지 1.0 Kg/cm²g, 운전 온도를 141 내지 143℃로 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 1-옥텐, iso-옥텐 및 n-헥산을 분리하였다. 이 경우, 상기 분리벽형 증류탑의 탑정 영역의 환류비는 1.2 내지 1.5로 설정하였다.

실시예 3

상기 분리벽형 증류탑의 탑정 영역의 운전 압력을 1.0 내지 1.11 Kg/cm²g, 운전 온도를 90 내지 93℃로 조절하고, 탑저 영역의 운전 압력을 1.27 내지 1.37 Kg/cm²g, 운전 온도를 156 내지 159℃로 조절 하였으며, 생성물 유출 영역의 운전 압력을 1.16 내지 1.26 Kg/cm²g, 운전 온도를 145 내지 148℃로 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 1-옥텐, iso-옥텐 및 n-헥산을 분리하였다. 이 경우, 상기 분리벽형 증류탑의 탑정 영역의 환류비는 1.4 내지 1.8로 설정하였다.

실시예 4

원료 공급 포트가 이론 단수가 40 단인 분리벽형 증류탑의 10 단에 위치하고, 생성물 유출 포트가 이론 단수가 40 단인 분리벽형 증류탑의 26 단에 위치하는 분리벽형 증류탑을 이용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 1-옥텐, iso-옥텐 및 n-헥산을 분리하였다.

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비교예 1

도 2과 같이, 2 기의 증류탑이 연결되어 있는 증류장치를 이용하여 1-옥텐, iso-옥텐 및 n-헥산을 분리하였다. 구체적으로는, 1-옥텐, iso-옥텐 및 n-헥산을 포함하는 30℃의 원료를 10,500 kg/hr의 유량으로 첫번째 증류탑으로 유입하여 분리 공정을 수행하였다.

첫번째 증류탑의 탑정 영역에서 5,800 kg/hr의 유량으로 배출되는 저비점 흐름은 응축기를 거쳐 일부는 첫번째 증류탑으로 환류시켰고, 나머지 일부는 제품으로 저장하였으며, 첫번째 증류탑의 탑저 영역에서 4,700 kg/hr의 유량으로 배출되는 흐름의 일부는 재비기를 이용하여 일부는 다시 첫번째 증류탑의 탑저 영역으로 환류시키고, 나머지 일부는 두번째 증류탑으로 도입시켰다. 두번째 증류탑의 탑정에서 4,500 kg/hr의 유량으로 배출되는 중비점 흐름은 응축기를 이용하여 응축시켜, 일부는 다시 두번째 증류탑의 탑정 영역으로 환류시키고, 나머지 일부는 제품으로 분리하였으며, 두번째 증류탑의 탑저에서 200 kg/hr의 유량으로 배출되는 고비점 흐름은 재비기를 이용하여 일부는 다시 두번째 증류탑의 탑저 영역으로 환류시켰으며, 나머지 일부는 제품으로 분리하였다. 이 경우, 첫번째 증류탑의 탑정의 온도는 73 내지 77℃, 압력은 0.2 내지 0.3 Kg/cm²g으로 조절 하였고, 탑저의 온도는 126 내지 130℃, 압력은 0.36 내지 0.46 Kg/cm²g으로 조절하였으며, 두번째 증류탑의 탑정의 온도는 126 내지 130℃, 압력은 0.15 내지 0.25 Kg/cm²g으로 조절 하였고, 탑저의 온도는 135 내지 139℃, 압력은 0.31 내지 0.41 Kg/cm²g으로 조절하였다. 또한, 상기 첫번째 증류탑의 탑정 영역의 환류비는 0.4 내지 0.6으로 설정하였고, 상기 두번째 증류탑의 탑정 영역의 환류비는 0.2 내지 0.4로 설정하였다.
비교예 2
원료 공급 포트가 이론 단수가 40 단인 분리벽형 증류탑의 27 단에 위치하고, 생성물 유출 포트가 이론 단수가 40 단인 분리벽형 증류탑의 15 단에 위치하는 분리벽형 증류탑을 이용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 1-옥텐, iso-옥텐 및 n-헥산을 분리하였다.

상기 실시예 및 비교예에 따라 1-옥텐, iso-옥텐 및 n-헥산을 포함하는 원료를 정제한 후, 상기 1-옥텐/iso-옥텐의 혼합물 및 n-헥산의 순도, 에너지 소비량을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.

		비교예1	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	비교예2
총 에너지 사용량(MMKcal/hr)		1.60	1.14	1.29	1.43	1.18	1.49
절감량(MMKcal/hr)		-	0.46	0.31	0.17	0.42	0.11
에너지 절감율(%)		-	28.8	19.4	10.6	26.3	6.9
제품의 순도	1-옥텐+iso-옥텐	94.6	94.6	94.6	94.6	94.6	94.6
제품의 순도	n-헥산	99.3	99.3	99.3	99.3	99.3	99.3

상기 표 1에 나타나듯이, 본 출원의 실시예의 증류 장치를 이용한 정제 공정에서 사용된 에너지의 총량은 비교예의 증류 장치를 이용한 정제 공정에서 사용된 에너지 총량에 비해 총 에너지 소비량이 줄어들었음을 확인할 수 있다. 즉, 본 출원의 실시예에 따른 증류 장치에 의하여 1-옥텐 및/또는 iso-옥텐과 n-헥산을 분리할 경우, 비교예의 경우에 비하여 28.8%까지 에너지 절감효과를 얻을 수 있다.

F_1-1: 원료
F_1-2: 탑정 흐름
F_1-3: 탑저 흐름
F_1-4: 생성물 흐름
100: 분리벽형 증류탑
101: 분리벽
102: 응축기
103: 재비기
110: 탑정 영역
120: 원료 공급 영역
121: 원료 공급 포트
130: 생성물 유출 영역
131: 생성물 유출 포트
140: 탑저 영역

Claims

응축기, 재비기, 및 분리벽이 구비된 증류탑을 포함하고,
상기 증류탑은 내부가 분리벽이 위치하지 않는 탑정 영역 및 탑저 영역과, 상기 분리벽이 위치하는 중간 영역으로 구분되고, 상기 중간 영역은 상기 분리벽에 의하여 나뉘어지는 원료 공급 영역 및 생성물 유출 영역으로 구분되며,
하기 화학식 1의 화합물 및 하기 화학식 2의 화합물을 포함하는 원료가 상기 원료 공급 영역의 원료 공급 포트로 유입되고, 유입된 상기 원료는 생성물 흐름, 탑저 흐름 및 탑정 흐름으로 분리되어 유출되며,
상기 탑저 흐름은 상기 탑저 영역에서 유출되고, 상기 탑저 흐름 중 일부는 상기 재비기를 통과하여 상기 탑저 영역으로 환류되며,
상기 탑정 흐름은 상기 탑정 영역에서 유출되어 상기 응축기로 유입되고, 상기 응축기를 통과한 탑정 흐름 중 일부는 상기 탑정 영역으로 환류되며,
상기 생성물 흐름은 생성물 유출 영역의 생성물 유출 포트에서 유출되고,
상기 원료 공급 포트는 탑정을 기준으로 산출된 이론 단수의 20 내지 55%에 위치하며,
상기 생성물 유출 포트는 탑정을 기준으로 산출된 이론 단수의 60 내지 70%에 위치하는 증류 장치:
[화학식 1]

[화학식 2]

상기 화학식 1에서 R₁은 탄소수 4 내지 12의 알킬기이고, R₂ 내지 R₄는, 각각 독립적으로, 수소 또는 탄소수 4 내지 12의 알킬기이며,
상기 화학식 2에서 R₅는, 탄소수 1 내지 4의 알킬기이며, n은 1 내지 4이다.
제 1 항에 있어서, 화학식 1의 화합물은 1-옥텐, iso-옥텐 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상이고, 화학식 2의 화합물은 n-헥산이며,
탑정 흐름 내의 n-헥산의 함량이 90% 이상이며, 생성물 흐름 내의 1-옥텐, iso-옥텐 또는 이들의 혼합물의 함량이 90% 이상인 증류 장치.
제 1 항에 있어서, 분리벽은 상기 증류탑의 탑정을 기준으로 산출된 이론 단수의 35 내지 70%에 위치하는 증류 장치.
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제 1 항에 있어서, 탑정 영역의 압력은 0.01 내지 1.5 Kg/cm²g인 증류 장치.
제 1 항에 있어서, 탑정 영역의 온도는 67℃ 내지 99℃인 증류 장치.
제 1 항에 있어서, 탑저 영역의 압력은 0.25 내지 1.76 Kg/cm²g인 증류 장치.
제 1 항에 있어서, 탑저 영역의 온도는 130℃ 내지 164℃인 증류 장치
제 1 항에 있어서, 탑정 영역의 환류비는 0.5 내지 2.0인 증류 장치.
제 1 항에 있어서, 화학식 2의 화합물은 폴리올레핀 엘라스토머의 중합 반응에 사용되는 용매인 증류 장치.
분리벽이 구비되며, 내부가 상기 분리벽이 위치하지 않는 탑정 영역 및 탑저 영역과, 상기 분리벽이 위치하는 중간 영역으로 구분되고, 상기 중간 영역은 상기 분리벽에 의하여 나뉘어지는 원료 공급 영역 및 생성물 유출 영역으로 구분되는 증류탑의 상기 원료 공급 영역으로 하기 화학식 1의 화합물 및 하기 화학식 2의 화합물을 포함하는 원료를 유입하는 단계; 및
상기 증류탑의 탑정 영역에서 상기 화학식 2의 화합물을 분리하고, 상기 증류탑의 생성물 유출 영역에서 상기 화학식 1의 화합물을 분리하는 단계를 포함하고,
상기 원료를 유입하는 단계는 탑정을 기준으로 산출된 이론 단수의 20 내지 55%에 위치하는 원료 공급 포트로 원료를 유입시키며,
상기 화학식 1의 화합물을 분리하는 단계는 탑정을 기준으로 산출된 이론 단수의 60 내지 70%에 위치하는 생성물 유출 포트에서 생성물 흐름을 유출시키는 증류 방법:
[화학식 1]

[화학식 2]

상기 화학식 1에서 R₁은 탄소수 4 내지 12의 알킬기이고, R₂ 내지 R₄는, 각각 독립적으로, 수소 또는 탄소수 4 내지 12의 알킬기이며,
상기 화학식 2에서 R₅는, 탄소수 1 내지 4의 알킬기이며, n은 1 내지 4이다.
제 13 항에 있어서, 탑정 영역의 압력을 0.01 내지 1.5 Kg/cm²g로 조절하는 것을 포함하는 증류 방법.
제 13 항에 있어서, 탑정 영역의 온도를 67℃ 내지 99℃로 조절하는 것을 포함하는 증류 방법.
제 13 항에 있어서, 탑저 영역의 압력을 0.25 내지 1.76 Kg/cm²g로 조절하는 것을 포함하는 증류 방법.
제 13 항에 있어서, 탑저 영역의 온도를 130℃ 내지 164℃로 조절하는 것을 포함하는 증류 방법
제 13 항에 있어서, 탑정 영역의 환류비를 0.5 내지 2.0으로 조절하는 것을 포함하는 증류 방법.