KR102080422B1 - 단일 분리벽형 컬럼에서 페놀을 분별하는 방법 및 장치 - Google Patents

단일 분리벽형 컬럼에서 페놀을 분별하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 개시는 페놀 분별(fractionation)을 위해 단일 분리벽형 증류 컬럼(dividing wall distillation column)을 사용하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시는 미정제 아세톤 컬럼과 큐멘-AMS 컬럼을 단일 분리벽형 증류 컬럼으로 결합하는 것에 의한 페놀 분별을 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 스팀 또는 물 주입, 화학물 처리 리액터 및 내부 액상 분리기의 적절한 배치와, 측류 취출부의 위치 설정은 아세톤 및 페놀의 높은 수율을 가능하게 한다.

Description

단일 분리벽형 컬럼에서 페놀을 분별하는 방법 및 장치
선행 국내 출원에 관한 우선권 주장
본 출원은 2016년 3월 31일자로 출원된 미국 출원 제62/316,425호에 대한 우선권을 주장한다.
기술분야
본 개시는 알킬아릴 하이드로퍼옥사이드의 분해 시에 생성되는 분해 생성물 혼합물의 증류(distillation)에 의한 워크업(work-up)을 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시는 미정제 아세톤 컬럼과 큐멘-알파메틸스티렌(AMS) 컬럼의 기능 전부를 결합한 단일 분리벽형 컬럼(dividing wall column)을 사용하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
페놀은, 페놀과 아세톤으로의 큐멘-하이드로퍼옥사이드의 산 촉매 분해가 후속하는, 큐멘-하이드로퍼옥사이드(Cumene HydroPeroxide; CHP)로의 큐멘의 공기 산화 - CHP 분해로 알려짐 - 를 통해 생성된다. CHP 분해는, 통상적으로 연속 교반식 또는 역혼합식 리액터에서 상업적 규모로 수행되는 극도의 발열 반응이다. 상기한 리액터에서, CHP의 소량의 분획만이 임의의 주어진 시기에 비반응되고, 반응 매체는 기본적으로 CHP 분해 생성물, 즉 페놀 및 아세톤과 용매(예컨대, 큐멘) 및 CHP와 함께 리액터에 첨가되는 다른 재료로 이루어진다. 큐멘 산화 중에, 소량의 디메틸 페닐 카르비놀(DiMethyl Phenyl Carbinol; DMPC)도 또한 형성된다. 산 촉매가 존재하는 경우, DMPC는 유용한 부산물인 알파 메틸 스티렌(Alpha Methyl styrene; AMS)으로 탈수된다.
페놀 분별 흐름 스킴의 통상적인 구성은, 페놀로부터 분별 공급물에 있는 아세톤, 큐멘 및 AMS를 분리하는 데 사용되는 2개의 컬럼을 포함한다. 아세톤 및 큐멘 일부와 물은 우선 미정제 아세톤 컬럼(제1 컬럼)의 오버헤드 - 대기압보다 약간 높은 압력으로 작동함 - 로 증류된다. 오버헤드 스트림 내의 산은 후속 시스템에서 파울링(fouling)을 야기할 것이다. 기본적으로 AMS, 페놀 및 고비등점 부산물 전부와 함께 큐멘의 잔부와 물 및 대량의 포름산 및 아세트산은 극도의 진공으로 작동하는 큐멘-AMS 컬럼(제2 컬럼)으로 라우팅된다. 그러나, 2개의 컬럼을 지닌 페놀 분별 컬럼 하류의 별도의 시스템에서 페놀 오염물과 불순물을 분리하는 것이 필요하다.
페놀 분별을 위한 상기한 다수의 시스템을 사용함으로써 장비의 자본비용과 작동비용이 증가한다. 종래기술에 알려진 단일 증류 컬럼의 종래의 구성은 아세톤과 페놀의 회수가 높지 않다. 자본비용과 작동비용이 현저히 감소되도록 페놀 유닛을 효율적으로 작동시키는 신규한 방법 및 장치가 필요하다. 또한, 페놀과 아세톤의 수율을 향상시킬 수 있는 페놀 분별을 위한 개선되고 보다 경제적인 방법 및 단순화된 장치가 필요하다.
본 개시의 보호대상의 실시예는, 알킬아릴 하이드로퍼옥사이드의 분해 시에 생성되는 분해 생성물 혼합물의 증류에 의한 워크업을 위한 방법이며, 이 방법은 분해 생성물 혼합물을 분리벽형 증류 컬럼의 측면으로 공급하는 것에 의해, 단일 증류 단계로 분해 생성물 혼합물을 적어도 3개의 분획으로 분리하는 것을 포함한다. 케톤을 포함하는 제1 분획은 분리벽형 증류 컬럼의 상부에서 제거되고, 증류 단계 이전의 분해 생성물에 존재하는 케톤의 적어도 95 %를 포함한다. 치환 또는 비치환 페놀을 포함하는 제2 분획은 분리벽형 증류 컬럼의 저부에서 제거된다. 비반응 모노-, 디- 및/또는 트리알킬 치환 벤젠, 물 및 하이드록시 케톤을 포함하는 제3 분획은 측류로서 제거되고, 이에 의해 측류 취출부가 분리벽형 증류 컬럼으로의 분해 생성물 혼합물의 공급부 아래에 위치한다.
본 개시의 보호대상의 다른 실시예는, 알킬아릴 하이드로퍼옥사이드의 분해 시에 생성되는 분해 생성물 혼합물의 증류에 의한 워크업을 위한 방법이며, 이 방법은 분해 생성물 혼합물을 분리벽형 증류 컬럼의 측면으로 공급하는 것에 의해, 단일 증류 단계로 분해 생성물 혼합물을 적어도 3개의 분획으로 분리하는 것을 포함한다. 케톤을 포함하는 제1 분획은 분리벽형 증류 컬럼의 상부에서 제거되고, 증류 단계 이전의 분해 생성물에 존재하는 케톤의 적어도 95 %를 포함한다. 치환 또는 비치환 페놀을 포함하는 제2 분획은 분리벽형 증류 컬럼의 저부에서 제거된다. 비반응 모노-, 디- 및/또는 트리알킬 치환 벤젠, 물 및 하이드록시 케톤을 포함하는 제3 분획은 분리벽형 증류 컬럼의 측류로서 제거되고, 이에 의해 측류 취출부가 분리벽형 증류 컬럼으로의 분해 생성물 혼합물의 공급부 아래에 위치한다. 제3 분획은 화학물 처리 리액터로 송출된다.
본 개시의 보호대상의 또 다른 실시예는, 알킬아릴 하이드로퍼옥사이드의 분해 시에 생성되는 분해 생성물 혼합물의 증류에 의한 워크업을 위한 방법이며, 이 방법은 분해 생성물 혼합물을 분리벽형 증류 컬럼의 측면으로 공급하는 것에 의해, 단일 증류 단계로 분해 생성물 혼합물을 적어도 3개의 분획으로 분리하는 것을 포함한다. 케톤을 포함하는 제1 분획은 분리벽형 증류 컬럼의 상부에서 제거되고, 증류 단계 이전의 분해 생성물에 존재하는 케톤의 적어도 95 %를 포함한다. 치환 또는 비치환 페놀을 포함하는 제2 분획은 분리벽형 증류 컬럼의 저부에서 제거된다. 제2 분획은 화학물 처리 리액터로 송출된다. 비반응 모노-, 디- 및/또는 트리알킬 치환 벤젠, 물 및 하이드록시 케톤을 포함하는 제3 분획은 분리벽형 증류 컬럼의 측류로서 제거되고, 이에 의해 측류 취출부가 분리벽형 증류 컬럼으로의 분해 생성물 혼합물의 공급부 아래에 위치한다. 제3 분획은 액체 수집 장치에서 오버플로우되고, 디캔터로 흐른다.
미정제 아세톤 컬럼 및 큐멘-AMS 컬럼의 기능 전부를 결합한 본 개시의 보호대상의 장점은, 페놀 및 아세톤 품질을 동일하게 유지하면서, 아울러 파울링, 바람직하지 않은 반응 및 부식을 피한다는 것이다. 분리벽형 증류 컬럼은 일렬의 2개의 증류 컬럼을 치환하는 데 사용될 수 있다. 그러나, 비등 성분의 상대 휘발성, 중간 증류액 스트림 유량 및 작동 상태에 대하여 분리벽형 컬럼 사용과 관련된 다수의 과제가 있다. 본 개시의 보호대상은 자본비용과 작동비용이 감소된 신규한 방법 및 장치를 제공하고자 하고, 스팀/물 주입, 디캔터 및 화학물 처리 리액터의 적절한 배치에 의해 분리벽형 컬럼을 구현하는 데 있어서의 과제에 대한 해결책을 제공하고자 한다. 본 개시의 보호대상의 이점은, 제어 시스템과 컬럼 및 트레이 구성의 조합이 안정하고 강건하며 경제적인 분리벽형 컬럼의 작동 및 향상된 아세톨 증류를 가능하게 한다는 것이다.
실시예의 다른 목적, 장점 및 신규한 피쳐(feature)는 후속하는 설명에서 부분적으로 기술될 것이고, 아래의 설명을 검토함으로써 당업자에게 부분적으로 명백해질 수도 있고, 실시예의 구현 또는 조작에 의해 습득될 수도 있다. 본 개시의 개념의 목적 및 장점은 청부된 청구범위에 명시되는 방법론, 도구 및 조합에 의해 실현 및 달성될 수 있다.
도 1은 본 개시의 보호대상의 방법의 흐름도이다.
도 2는 도 1에 도시한 본 개시의 보호대상의 방법의 변형예이다.
도 3은 본 개시의 보호대상의 방법의 다른 실시예이다.
아래의 설명은 제한적인 의미로 의도되는 것이 아니라, 단지 예시적인 양태의 일반적인 원리를 기술하기 위한 목적으로 제시된다. 본 개시의 범위는 청구범위를 참고하여 결정되어야만 한다.
분리벽형 증류 컬럼을 사용하여 단일 증류로 분해 생성물 혼합물을 적어도 3개의 분획으로 분리하는, 알킬아릴 하이드로퍼옥사이드 분해 시에 생성되는 분해 생성물 혼합물의 증류에 의한 워크업을 위한 방법에 관한 전반적인 이해는 도 1을 참고로 하여 이루어질 수 있다. 도 1은, 본 개시의 보호대상의 퍼포먼스를 예시하는 데 특별히 요구되지 않는 내부 구조물, 온도 및 압력 제어 시스템, 유량 제어 밸브, 재순환 펌프 등과 같은, 본 개시의 방법에 통상적으로 채용되는 여러 장치를 삭제함으로써 단순화되었다. 더욱이, 특정 도면의 실시예로 본 개시의 보호대상의 방법을 예시하는 것은 해당 보호대상을 여기에 기술된 특정 실시예로 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
도 1에 도시한 바와 같은 본 개시의 보호대상은, 리액터 시스템의 단일 분리벽형 증류 컬럼(102)에서 분해 생성물 혼합물을 적어도 3개의 분획으로 분리하기 위한 증류 컬럼 및 리액터 시스템(100)을 포함한다. 본 발명의 여러 구성이 가능하지만, 여기에서는 특정 실시예가 예로써 제시된다. 알킬아릴 하이드로퍼옥사이드의 분해 시에 생성되는 분해 생성물 혼합물의 공급물은 라인(104)에서 분리벽형 증류 컬럼(102)으로 이송된다. 스팀은 스트리핑(stripping)을 위해 라인(106)에서 분리벽형 증류 컬럼(102)으로 공급 혼합물과 함께 이송된다. 스팀 또는 물은 분리벽형 증류 컬럼(102)의 저부와 분리벽형 증류 컬럼(102)의 저부 1/3에 있는 주입 지점 사이에서 주입된다. 공급률은 75,757 kg/h일 수 있고, 아세톤, 페놀, 큐멘 및 알파-메틸 스티렌(AMS)을 포함하는 분해 생성물 혼합물의 성분들의 공급률은 각각 23,570 kg/h, 38,768 kg/h, 9,824 kg/h 및 1,614 kg/h일 수 있다. 워크업 증류 이전의 분해 생성물 혼합물은 40 mol% 농도의 케톤, 40 mol% 농도의 치환 또는 비치환 페놀을 포함하며, 잔부는 비반응 모노-, 디- 및/또는 트리알킬 치환 벤젠 및 하이드록시 케톤으로 이루어진다.
케톤을 포함하는 제1 분획은 분리벽형 증류 컬럼(102)의 상부에서 라인(110)으로 취출된다. 분리벽형 증류 컬럼(102)의 상부에서 취출되는 케톤 분획은 아세톤일 수 있다. 분리벽형 증류 컬럼(102)의 상부에서 취출되는 제1 분획의 생성률은 30,353 kg/h일 수 있다. 분리벽형 증류 컬럼(102)의 상부에서 취출되는 제1 분획에서의 아세톤 생성률은 23,555 kg/h일 수 있다. 증류 단계 이전에 분해 생성물에 존재하는 케톤의 적어도 95 %를 포함할 수 있다. 증류를 위해 분리벽형 증류 컬럼을 사용함으로써 보다 양호한 아세톤 분리가 가능하다. 분리벽형 증류 컬럼으로부터 제거된 제1 분획은 아세톤을 99.9 % 넘게 포함하며, 이 아세톤은 라인(110)으로 회수된다. 분리벽형 증류 컬럼(102)의 오버헤드에서 취출되는 제1 분획에는 아세톤과 함께 비교적 소량의 큐멘 및 물이 있을 수 있다.
치환 또는 비치환 페놀을 포함하는 제2 분획은 분리벽형 증류 컬럼(102)의 저부에서 라인(112)으로 취출된다. 분리벽형 증류 컬럼(102)의 저부에서 취출되는 제2 분획의 생성률은 43,658 kg/h일 수 있다. 분리벽형 증류 컬럼(102)의 저부에서 취출되는 제2 분획에 있는 페놀의 생성률은 42,708 kg/h일 수 있다. 분리벽형 증류 컬럼(102)으로부터 제거된 제2 분획은 페놀을 98% 넘게 포함하며, 이 페놀은 라인(112)으로 회수된다. 중탄화수소, 아세톨 또는 하이드록시아세톤은 분리벽형 증류 컬럼(102)의 저부에서 제2 분획으로 페놀과 함께 제거된다. 분리벽형 증류 컬럼(102)의 제2 분획에서의 아세톨 농도는 100 wt-ppm 내지 500 wt-ppm일 수 있다.
비반응 모노-, 디- 및/또는 트리알킬 치환 벤젠, 물 및 하이드록시 케톤을 포함하는 제3 분획은 분리벽형 증류 컬럼(102)의 측류로서 라인(114)으로 취출된다. 라인(114)으로의 측류 취출부는 분리벽형 증류 컬럼(102)으로의 분해 생성물 혼합물의 공급부 아래에 위치할 수 있다. 분리벽형 증류 컬럼(102)의 측류로서 취출되는 제3 분획에서의 측면 인출물의 액체 비율은 8,603 kg/h일 수 있다. 분리벽형 증류 컬럼(102)의 측류로서 취출되는 제3 분획에 있는 폐수 비율은 835 kg/h일 수 있다. 큐멘, 물, 유기산 및 기본적으로 알파-메틸 스티렌(AMS) 전부로 이루어진 잔부는 분리벽형 증류 컬럼(102)의 측류로서 라인(114)으로 제거된다. 스팀 주입 지점은 포름산 및 아세트산 대부분이 큐멘-알파-메텔 스티렌(AMS) 측면 인출물로 증류되도록 하고, 이에 따라 산 함량은 하류 아세톤 정제에 대한 한계 이내가 된다. 분리벽형 증류 컬럼의 측류로의 아세톨 회수는 공급물에 대해 50 %일 수 있다. 제3 분획의 큐멘 및 알파-메틸 스티렌(AMS)을 포함하는 혼합물은 페놀 회수 유닛(120)으로 이송될 수 있다. 분리벽형 증류 컬럼(102)의 측면 인출물은 물상 및 유기상을 포함하는 2상 혼합물일 수 있다. 라인(114) 내의 측면 인출물은 페놀 회수 유닛(120)으로 스트림을 이송하기 전에 2상 혼합물을 분리하기 위해 냉각될 수 있다.
분리벽형 증류 컬럼(102)의 저부에서 라인(112)으로 제거되는 제2 분획은 화학물 처리 리액터(130)로 이송된다. 화학물 처리 리액터(130)는 분리벽형 증류 컬럼(102) 내에 위치할 수 있다. 화학물 처리 리액터(130)는 분리벽형 증류 컬럼(102) 외측에 위치할 수 있다. 아민이 제2 분획과 함께 라인(116)에서 화학물 처리 리액터(130)로 이송된다. 화학물 처리 리액터(130)에서 아민으로 제2 분획을 처리함으로써, 아세톨 및 다른 카르보닐 불순물이 분리벽형 증류 컬럼(102)의 제2 분획으로부터 제거된다. 대안으로서, 물을 포함하는 부산물은 라인(132)을 통해 재료를 화학물 처리 리액터(130)에서 분리벽형 증류 컬럼(102)의 저부로 재순환시키는 것에 의해 제거될 수 있다. 큐멘, 알파-메틸 스티렌(AMS), 물을 포함하는 라인(114, 132) 내의 스트림은 추가의 회수를 위한 페놀 회수 유닛(120)으로 이송될 수 있다. 아세톨 및 다른 불순물이 없는 페놀이 화학물 처리 리액터(130)로부터 라인(134)으로 제거된다. 화학물 처리 리액터(130)로부터 제거된 페놀은 미정제 페놀 컬럼으로 이송될 수 있다. 페놀은 라인(108)에서 분리벽형 증류 컬럼(102)으로 재순환될 수 있다. 페놀의 재순환율은 4,656 kg/h일 수 있다.
분리벽형 증류 컬럼(102)에 대한 작동 조건은 174 ℃ 내지 225 ℃ 범위의 작동 온도 및 70 kPa 내지 345 kPa 범위의 압력을 포함할 것이다. 분해 생성물 혼합물의 공급부 아래의 분리벽형 증류 컬럼(102)의 트레이 간격은 680 mm에서 1450 mm로 증가된다. 측류 위의 분리벽형 증류 컬럼(102)의 트레이 간격은 450 mm에서 2100 mm로 증가된다.
이제 도 2로 돌아가면, 분해 생성물 혼합물을 단일 분리벽형 증류 컬럼에서 적어도 3개의 분획으로 분리하는 도 1에 도시한 본 개시의 보호대상의 방법에 관한 변형예가 도시되어 있다. 도 2의 실시예는, 화학물 처리 리액터를 포함하지 않는다는 점에서 도 1의 실시예와 상이하다. 도 2에서는 도 1에 대해서 전술한 것과 유사한 구성요소는 다시 설명하지 않겠다. 도 2의 여러 요소들은 도 1과 같은 구성을 갖고, 동일한 참조부호를 갖는다. 도 1의 요소에 대응하지만 상이한 구성을 갖는 도 2의 요소는 도 1과 동일한 참조부호를 갖지만 프라임 기호(')로 마킹된다.
도 2에 도시한 바와 같은 본 개시의 보호대상은, 리액터 시스템의 단일 분리벽형 증류 컬럼(102)에서 분해 생성물 혼합물을 적어도 3개의 분획으로 분리하기 위해 증류 컬럼 및 리액터 시스템(100)을 포함한다. 본 발명의 여러 구성이 가능하지만, 여기에서는 특정 실시예가 예로써 제시된다. 알킬아릴 하이드로퍼옥사이드의 분해 시에 생성되는 분해 생성물 혼합물의 공급물은 라인(104')에서 분리벽형 증류 컬럼(102')으로 이송된다. 스팀은 스트리핑을 위해 라인(106')에서 분리벽형 증류 컬럼(102')으로 공급 혼합물과 함께 이송된다. 스팀 또는 물은 분리벽형 증류 컬럼(102')의 저부와 분리벽형 증류 컬럼(102')의 저부 1/3에 있는 주입 지점 사이에서 주입된다. 공급률은 75,757 kg/h일 수 있고, 아세톤, 페놀, 큐멘 및 알파-메틸 스티렌(AMS)을 포함하는 분해 생성물 혼합물의 성분들의 공급률은 각각 23,570 kg/h, 38,768 kg/h, 9,824 kg/h 및 1,614 kg/h일 수 있다. 워크업 증류 이전의 분해 생성물 혼합물은 40 mol% 농도의 케톤, 40 mol% 농도의 치환 또는 비치환 페놀을 포함하며, 잔부는 비반응 모노-, 디- 및/또는 트리알킬 치환 벤젠 및 하이드록시 케톤으로 이루어진다.
케톤을 포함하는 제1 분획은 분리벽형 증류 컬럼(102')의 상부에서 라인(110')으로 취출된다. 분리벽형 증류 컬럼(102')의 상부에서 취출되는 케톤 분획은 아세톤일 수 있다. 분리벽형 증류 컬럼(102')의 상부에서 취출되는 제1 분획의 생성률은 30,335 kg/h일 수 있다. 분리벽형 증류 컬럼(102')의 상부에서 취출되는 제1 분획에서의 아세톤 생성률은 23,547 kg/h일 수 있다. 증류 단계 이전에 분해 생성물에 존재하는 케톤의 적어도 95 %를 포함할 수 있다. 분리벽형 증류 컬럼(102')으로부터 제거된 제1 분획은 아세톤을 99.9 % 넘게 포함하며, 이 아세톤은 라인(110')으로 회수된다. 분리벽형 증류 컬럼(102')의 오버헤드에서 취출되는 제1 분획에는 아세톤과 함께 비교적 소량의 큐멘 및 물이 있을 수 있다.
치환 또는 비치환 페놀을 포함하는 제2 분획은 분리벽형 증류 컬럼(102')의 저부에서 라인(112')으로 취출된다. 분리벽형 증류 컬럼(102')의 저부에서 취출되는 제2 분획의 생성률은 43,491 kg/h일 수 있다. 분리벽형 증류 컬럼(102')의 저부에서 취출되는 제2 분획에 있는 페놀의 생성률은 42,555 kg/h일 수 있다. 분리벽형 증류 컬럼(102')으로부터 제거된 제2 분획은 페놀을 98% 넘게 포함하며, 이 페놀은 라인(112')으로 회수된다. 중탄화수소, 아세톨 또는 하이드록시아세톤은 분리벽형 증류 컬럼(102')의 저부에서 제2 분획으로 페놀과 함께 제거된다. 분리벽형 증류 컬럼(102')의 제2 분획에서의 아세톨 농도는 50 wt-ppm일 수 있다.
비반응 모노-, 디- 및/또는 트리알킬 치환 벤젠, 물 및 하이드록시 케톤을 포함하는 제3 분획은 분리벽형 증류 컬럼(102')의 측류로서 라인(114')으로 취출된다. 라인(114')으로의 측류 취출부는 분리벽형 증류 컬럼(102')으로의 분해 생성물 혼합물의 공급부 아래에 위치할 수 있다. 분리벽형 증류 컬럼(102')의 측류로서 취출되는 제3 분획에서의 측면 인출물의 액체 비율은 8,738 kg/h일 수 있다. 분리벽형 증류 컬럼(102')의 측류로서 취출되는 제3 분획에서의 측면 인출물의 폐수 비율은 883 kg/h일 수 있다. 큐멘, 물, 유기산 및 기본적으로 알파-메틸 스티렌(AMS) 전부로 이루어진 잔부는 분리벽형 증류 컬럼(102')의 측류로서 라인(114')으로 제거된다. 제3 분획의 큐멘 및 알파-메틸 스티렌(AMS)을 포함하는 혼합물은 페놀 회수 유닛(120')으로 이송될 수 있다. 분리벽형 증류 컬럼(102')의 측면 인출물은 물상 및 유기상을 포함하는 2상 혼합물일 수 있다. 라인(114') 내의 측면 인출물은 페놀 회수 유닛(120')으로 스트림을 이송하기 전에 2상 혼합물을 분리하기 위해 냉각될 수 있다.
본 실시예는, 라인(112')에서의 분리벽형 증류 컬럼(102')의 제2 분획에 있는 아세톨의 잔량을 50 wt-ppm만큼 낮게 유지하기 위해 측면 인출물, 보다 높은 리플럭스, 보다 높은 리보일러 듀티로 증대된 아세톨 증류를 포함한다. 분리벽형 증류 컬럼(102')의 저부에서 취출되는 제2 분획에 있는 아세톨의 양은 매우 적기 때문에, 페놀을 포함하는 제2 분획으로부터 불순물을 더 제거하기 위한 화학물 처리 리액터에 대한 요구를 제거한다. 불순물이 없는 페놀은 라인(108')을 통해 분리벽형 증류 컬럼(102')으로 재순환될 수 있다. 페놀의 재순환율은 4,656 kg/h일 수 있다.
이제 도 3으로 돌아가면, 분해 생성물 혼합물을 단일 분리벽형 증류 컬럼에서 적어도 3개의 분획으로 분리하는 본 개시의 보호대상의 방법에 관한 다른 실시예가 도시되어 있다. 도 3의 실시예는, 분리벽형 증류 컬럼의 제3 분획이 액체 수집 장치에서 오버플로우하고 디캔터로 흐른다는 점에서 도 1 및 도 2의 실시예와 상이하다. 도 3에서는 도 1 및 도 2에 대해서 전술한 것과 유사한 구성요소는 다시 설명하지 않겠다. 도 3의 여러 요소들은 도 1 및 도 2와 동일한 구성을 갖고, 동일한 참조부호를 갖는다. 도 2의 요소에 대응하지만 상이한 구성을 갖는 도 3의 요소는 도 2와 동일한 참조부호를 갖지만 프라임 기호(")로 마킹된다.
도 3에 도시한 바와 같은 본 개시의 보호대상은, 리액터 시스템의 단일 분리벽형 증류 컬럼(102")에서 분해 생성물 혼합물을 적어도 3개의 분획으로 분리하기 위해 증류 컬럼 및 리액터 시스템(100")을 포함한다. 본 발명의 여러 구성이 가능하지만, 여기에서는 특정 실시예가 예로써 제시된다. 알킬아릴 하이드로퍼옥사이드의 분해 시에 생성되는 분해 생성물 혼합물의 공급물은 라인(104")에서 분리벽형 증류 컬럼(102")으로 이송된다. 스팀은 스트리핑을 위해 라인(106")에서 분리벽형 증류 컬럼(102")으로 공급 혼합물과 함께 이송된다. 스팀 또는 물은 분리벽형 증류 컬럼(102")의 저부와 분리벽형 증류 컬럼(102")의 저부 1/3에 있는 주입 지점 사이에서 주입된다.
케톤을 포함하는 제1 분획은 분리벽형 증류 컬럼(102")의 상부에서 라인(110")으로 취출된다. 분리벽형 증류 컬럼(102")의 상부에서 취출되는 케톤 분획은 아세톤일 수 있다. 증류 단계 이전에 분해 생성물에 존재하는 케톤의 적어도 95 %를 포함할 수 있다. 분리벽형 증류 컬럼(102")의 오버헤드에서 취출되는 제1 분획에는 아세톤과 함께 비교적 소량의 큐멘 및 물이 있을 수 있다.
치환 또는 비치환 페놀을 포함하는 제2 분획은 분리벽형 증류 컬럼(102")의 저부에서 라인(112")으로 취출된다. 중탄화수소, 아세톨 또는 하이드록시아세톤은 분리벽형 증류 컬럼(102")의 저부에서 제2 분획으로 페놀과 함께 제거된다. 분리벽형 증류 컬럼(102")에서 라인(112")으로 제거되는 제2 분획은 화학물 처리 리액터(도 3에는 도시되어 있지 않음)로 이송된다. 분리벽형 증류 컬럼의 제2 분획에서의 아세톨 농도는 100 wt-ppm 내지 500 wt-ppm 범위일 수 있다. 화학물 처리 리액터(130)에서 아민으로 처리함으로써, 아세톨 및 다른 카르보닐 불순물이 분리벽형 증류 컬럼(102")의 제2 분획으로부터 제거된다. 화학물 처리 리액터로부터 나온, 아세톨 및 다른 불순물이 없는 페놀은 미정제 페놀 컬럼으로 이송될 수 있다. 페놀은 라인(108")에서 분리벽형 증류 컬럼(102")으로 재순환될 수 있다.
비반응 모노-, 디- 및/또는 트리알킬 치환 벤젠, 물 및 하이드록시 케톤을 포함하는 제3 분획은 분리벽형 증류 컬럼(102")의 측류로서 라인(114")으로 취출된다. 라인(114")으로의 측류 취출부는 분리벽형 증류 컬럼(102")으로의 분해 생성물 혼합물의 공급부 아래에 위치할 수 있다. 큐멘, 물, 유기산 및 기본적으로 알파-메틸 스티렌(AMS) 전부로 이루어진 잔부는 분리벽형 증류 컬럼(102")의 측류로서 라인(114")으로 제거된다. 제3 분획의 큐멘 및 알파-메틸 스티렌(AMS)를 포함하는 혼합물은 페놀 회수 유닛(도 3에는 도시하지 않음)으로 이송될 수 있다. 분리벽형 증류 컬럼(102")의 측면 인출물은 물상 및 유기상을 포함하는 2상 혼합물일 수 있다. 제3 분획은 액체 수집 장치에서 오버플로우되며, 디캔터(140)로 흐른다. 디캔터(140)는 분리벽형 증류 컬럼(102") 내에 위치할 수 있다. 디캔터의 주 기능은 컬럼으로부터 유기상과는 별개로 물상을 제거하여, 유기상이 디캔터가 없는 경우에 가능한 것보다 컬럼 더 아래의 지점으로부터 제거되게 하는 것이다. 수성 스트림(145)은 디캔터로부터 제거된다. 디캔터 직경은 12.5 피트일 수 있다. 내부 디캔터 고정 면적은 122 제곱피트일 수 있고, 총 디캔터 면적은 160 제곱피트일 수 있다. 내부 디캔터 탄젠트 길이는 21 피트일 수 있다. 디캔터 직경 및 면적은 컬럼의 직경에 좌우되며, 결국은 컬럼의 용량 및 리플럭스 비율 및/또는 비등 비율에 좌우될 것이다.
분리벽형 증류 컬럼(102")에 대한 작동 조건은 174 ℃ 내지 225 ℃ 범위의 작동 온도 및 70 kPa 내지 345 kPa 범위의 압력을 포함할 것이다. 분해 생성물 혼합물의 공급부 아래의 분리벽형 증류 컬럼(102")의 트레이 간격은 680 mm에서 1450 mm로 증가된다. 측류 위의 분리벽형 증류 컬럼(102")의 트레이 간격은 450 mm에서 2100 mm로 증가된다. 분리벽형 증류 컬럼에는 60개 내지 62개의 이론적 단이 있을 수 있다. 라인(114") 내의 측류로의 아세톨 회수는 공급물에 대해 50 %일 수 있다.
본 개시의 보호대상을 현재 바람직한 실시예로 고려되는 것으로 설명하였지만, 보호대상은 개시된 실시예로 제한되는 것이 아니라, 첨부된 청구범위의 범주 내에 포함되는 다양한 수정 및 등가의 구성을 포괄하도록 의도된다는 것을 이해해야만 한다.
특정 실시예
다음은 특정 실시예와 관련하여 설명되지만, 이 설명은 앞의 설명 및 첨부된 청구범위의 범주를 예시하는 것이지 제한하지는 않는 것으로 의도된다는 것이 이해될 것이다.
본 개시의 보호대상의 제1 실시예는 알킬아릴 하이드로퍼옥사이드의 분해 시에 생성되는 분해 생성물 혼합물의 증류에 의한 워크업을 위한 방법이며, 이 방법은 분해 생성물 혼합물을 분리벽형 증류 컬럼의 측면에 공급하는 것; 증류 단계 이전에 분해 생성물에 존재하는 케톤의 적어도 95 %를 포함하는, 케톤을 포함하는 제1 분획을 분리벽형 증류 컬럼의 상부에서 제거하는 것; 치환 또는 비치환 페놀을 포함하는 제2 분획을 분리벽형 증류 컬럼의 저부에서 제거하는 것; 및 비반응 모노-, 디- 및/또는 트리알킬 치환 벤젠, 물 및 하이드록시 케톤을 포함하는 제3 분획을 측류로서 제거하고, 이에 의해 측류 취출부가 분리벽형 증류 컬럼으로의 분해 생성물 혼합물의 공급부 아래에 위치하는 것에 의해, 단일 증류 단계로 분해 생성물 혼합물을 적어도 3개의 분획으로 분리하는 것을 포함한다. 본 발명의 실시예는 이 단락의 이전 실시예 중 어느 하나, 임의의 것 또는 전부에서 케톤이 아세톤인 본 단락의 제1 실시예까지이다. 본 발명의 실시예는 본 단락의 이전 실시예 중 어느 하나, 임의의 것 또는 전부에서, 제2 분획이 화학물 처리 리액터로 송출되는 본 단락의 제1 실시예까지이다. 본 발명의 실시예는 본 단락의 이전 실시예 중 어느 하나, 임의의 것 또는 전부에서, 화학물 처리 리액터가 분리벽형 증류 컬럼 내에 위치하는 본 단락의 제1 실시예까지이다. 본 발명의 실시예는 본 단락의 이전 실시예 중 어느 하나, 임의의 것 또는 전부에서, 화학물 처리 리액터가 분리벽형 증류 컬럼 외측에 위치하는 본 단락의 제1 실시예까지이다. 본 발명의 실시예는 본 단락의 이전 실시예 중 어느 하나, 임의의 것 또는 전부에서, 스팀 또는 물이 분리벽형 증류 컬럼의 저부와 분리벽형 증류 컬럼의 저부 1/3에 있는 주입 지점 사이에서 주입되는 본 단락의 제1 실시예까지이다. 본 발명의 실시예는 본 단락의 이전 실시예 중 어느 하나, 임의의 것 또는 전부에서, 화학물 처리 리액터에서 아민으로 처리하는 것에 의해 분리벽형 증류 컬럼의 제2 분획으로부터 아세톨 및 다른 카르보닐 불순물이 제거되는 본 단락의 제1 실시예까지이다. 본 발명의 실시예는 본 단락의 이전 실시예 중 어느 하나, 임의의 것 또는 전부에서, 분리벽형 증류 컬럼의 압력이 70 kPa 내지 345 kPa이고, 분리벽형 증류 컬럼 저부의 온도가 174 ℃ 내지 225 ℃인 본 단락의 제1 실시예까지이다.
본 발명의 제2 실시예는 알킬아릴 하이드로퍼옥사이드의 분해 시에 생성되는 분해 생성물 혼합물의 증류에 의한 워크업을 위한 방법이며, 이 방법은 분해 생성물 혼합물을 분리벽형 증류 컬럼의 측면에 공급하는 것; 증류 단계 이전에 분해 생성물에 존재하는 케톤의 적어도 95 %를 포함하는, 케톤을 포함하는 제1 분획을 분리벽형 증류 컬럼의 상부에서 제거하는 것; 치환 또는 비치환 페놀을 포함하는 제2 분획을 분리벽형 증류 컬럼의 저부에서 제거하는 것; 비반응 모노-, 디- 및/또는 트리알킬 치환 벤젠, 물 및 하이드록시 케톤을 포함하는 제3 분획을 분리벽형 증류 컬럼의 측류로서 제거하고, 이에 의해 측류 취출부가 분리벽형 증류 컬럼으로의 분해 생성물 혼합물의 공급부 아래에 위치하는 것; 및 제2 분획을 화학물 처리 리액터로 이송하는 것에 의해 단일 증류 단계로, 분해 생성물 혼합물을 적어도 3개의 분획으로 분리하는 것을 포함한다. 본 발명의 실시예는 본 단락의 이전 실시예 중 어느 하나, 임의의 것 또는 전부에서, 케톤이 아세톤인 본 단락의 제2 실시예까지이다. 본 발명의 실시예는 본 단락의 이전 실시예 중 어느 하나, 임의의 것 또는 전부에서, 분리벽형 증류 컬럼의 트레이 간격이 680 mm 내지 1450 mm로 증가되고, 측류 위의 분리벽형 증류 컬럼의 트레이 간격이 450 mm 내지 2100 mm로 증가되는 본 단락의 제2 실시예까지이다. 본 발명의 실시예는 본 단락의 이전 실시예 중 어느 하나, 임의의 것 또는 전부에서, 화학물 처리 리액터에서 아민으로 처리하는 것에 의해 분리벽형 증류 컬럼의 제2 분획으로부터 아세톨 및 다른 카르보닐 불순물이 제거되는 본 단락의 제2 실시예까지이다. 본 발명의 실시예는 본 단락의 이전 실시예 중 어느 하나, 임의의 것 또는 전부에서, 분리벽형 증류 컬럼의 압력이 70 kPa 내지 345 kPa이고, 분리벽형 증류 컬럼 저부의 온도가 174 ℃ 내지 225 ℃인 본 단락의 제2 실시예까지이다. 본 발명의 실시예는 본 단락의 이전 실시예 중 어느 하나, 임의의 것 또는 전부에서, 제3 분획이 액체 수집 장치에서 오버플로우하고, 디캔터로 흐르는 본 단락의 제2 실시예까지이다. 본 발명의 실시예는 본 단락의 이전 실시예 중 어느 하나, 임의의 것 또는 전부에서, 디캔터가 분리벽형 증류 컬럼 내에 위치하는 본 단락의 제2 실시예까지이다. 본 발명의 실시예는 본 단락의 이전 실시예 중 어느 하나, 임의의 것 또는 전부에서, 워크업 증류 이전에 분해 생성물 혼합물이 40 mol% 농도의 케톤, 40 mol% 농도의 치환 또는 비치환 페놀을 포함하고, 잔부가 미반응 모노-, 디- 및/또는 트리알킬 치환 벤진 및 하이드록시 케톤을 포함하는 것인 본 단락의 제2 실시예까지이다.
본 발명의 제3 실시예는 알킬아릴 하이드로퍼옥사이드의 분해 시에 생성되는 분해 생성물 혼합물의 증류에 의한 워크업을 위한 방법이며, 이 방법은 분해 생성물 혼합물을 분리벽형 증류 컬럼의 측면에 공급하는 것; 증류 단계 이전에 분해 생성물에 존재하는 케톤의 적어도 95 %를 포함하는, 케톤을 포함하는 제1 분획을 분리벽형 증류 컬럼의 상부에서 제거하는 것; 치환 또는 비치환 페놀을 포함하는 제2 분획을 분리벽형 증류 컬럼의 저부에서 제거하는 것; 제2 분획을 화학물 처리 리액터로 송출하는 것; 비반응 모노-, 디- 및/또는 트리알킬 치환 벤젠, 물 및 하이드록시 케톤을 포함하는 제3 분획을 분리벽형 증류 컬럼의 측류로서 제거하고, 이에 의해 측류 취출부가 분리벽형 증류 컬럼으로의 분해 생성물 혼합물의 공급부 아래에 위치하는 것; 및 제3 분획은 액체 수집 장치에서 오버플로우되며, 디캔터로 흐르는 것에 의해, 단일 증류 단계로 분해 생성물 혼합물을 적어도 3개의 분획으로 분리하는 것을 포함한다. 본 발명의 실시예는 본 단락의 이전 실시예 중 어느 하나, 임의의 것 또는 전부에서, 스팀 또는 물이 분리벽형 증류 컬럼의 저부와 분리벽형 증류 컬럼의 저부 1/3에 있는 주입 지점 사이에서 주입되는 본 발명의 제3 실시예까지이다. 본 발명의 실시예는 본 단락의 이전 실시예 중 어느 하나, 임의의 것 또는 전부에서, 분리벽형 증류 컬럼의 압력이 70 kPa 내지 345 kPa이고, 분리벽형 증류 컬럼 저부의 온도가 174 ℃ 내지 225 ℃인 본 단락의 제3 실시예까지이다. 본 발명의 실시예는 본 단락의 이전 실시예 중 어느 하나, 임의의 것 또는 전부에서, 측류로의 아세톨 회수가 공급물에 대해 50 %이고, 분리벽형 증류 컬럼의 제2 분획에서의 아세톨 농도가 100 wt-ppm 내지 500 wt-ppm인 본 단락의 제3 실시예까지이다.
추가의 상세한 설명 없이, 앞의 설명을 이용하여 당업자라면 본 개시의 보호대상을 다양하게 변경 및 수정하고 다양한 용도 및 조건에 맞추도록, 본 개시의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 개시의 보호대상을 최대한 활용할 수 있고 본 개시의 보호대상의 필수적인 특징을 쉽게 확인할 수 있을 것으로 생각된다. 따라서, 전술한 바람직한 특정 실시예는 단지 예시적인 것으로 해석되며, 어떠한 방식으로도 본 개시의 나머지 부분을 제한하지 않는 것으로 해석되어야만 하고, 첨부된 청구범위의 범주 내에 포함되는 다양한 수정 및 등가의 구성을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (8)

  1. 알킬아릴 하이드로퍼옥사이드의 분해 시에 생성되는 분해 생성물 혼합물의 증류(distillation)에 의한 워크업(work-up) 방법으로서, 이 방법은
    분해 생성물 혼합물을 분리벽형 증류 컬럼(dividing wall distillation column)의 측면에 공급하는 것;
    증류 단계 이전에 분해 생성물에 존재하는 케톤의 적어도 95 %를 포함하는, 케톤을 포함하는 제1 분획을 분리벽형 증류 컬럼의 상부에서 제거하는 것;
    치환 또는 비치환 페놀을 포함하는 제2 분획을 분리벽형 증류 컬럼의 저부에서 제거하는 것; 및
    비반응 모노-, 디- 및/또는 트리알킬 치환 벤젠, 물 및 하이드록시 케톤을 포함하는 제3 분획을 측류로서 제거하고, 이에 의해 측류 취출부가 분리벽형 증류 컬럼으로의 분해 생성물 혼합물의 공급부 아래에 위치하는 것
    에 의해, 단일 증류 단계로 분해 생성물 혼합물을 적어도 3개의 분획으로 분리하는 것을 포함하는 것인 워크업 방법.
  2. 제1항에 있어서, 케톤은 아세톤인 것인 워크업 방법.
  3. 제1항에 있어서, 제2 분획은 화학물 처리 리액터로 송출되는 것인 워크업 방법.
  4. 제3항에 있어서, 화학물 처리 리액터는 분리벽형 증류 컬럼 내에 위치하는 것인 워크업 방법.
  5. 제3항에 있어서, 화학물 처리 리액터는 분리벽형 증류 컬럼 외측에 위치하는 것인 워크업 방법.
  6. 제1항에 있어서, 스팀 또는 물은 분리벽형 증류 컬럼의 저부와 분리벽형 증류 컬럼의 저부 1/3에 있는 주입 지점 사이에서 주입되는 것인 워크업 방법.
  7. 제3항에 있어서, 화학물 처리 리액터에서 아민으로 처리하는 것에 의해, 분리벽형 증류 컬럼의 제2 분획으로부터 아세톨 및 다른 카르보닐 불순물이 제거되는 것인 워크업 방법.
  8. 제1항에 있어서, 분리벽형 증류 컬럼의 압력은 70 kPa 내지 345 kPa이고, 분리벽형 증류 컬럼 저부에서의 온도는 174 ℃ 내지 225 ℃인 것인 워크업 방법.
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