KR102285489B1 - 벤젠을 탈착제로 사용한 유사 이동층법에 의한 에틸벤젠 혼합물로부터 파라디에틸벤젠을 분리하는 파라디에틸벤젠 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에틸벤젠 제조공정으로부터 나온 디에틸벤젠 이성질체를 포함하는 부산물을 원료로 이용하여 유사이동층을 통해 파라디에틸벤젠을 분리한다. 상기 공정에서 유사이동층 흡착 공정에 탈착제를 주입하여 파라디에틸벤젠의 함량이 높은 유분과 파라디에틸벤젠의 함량이 낮은 유분으로 분리하고, 상기 공정에서 파라디에틸벤젠의 함량이 낮은 유분을 트랜스알킬화 반응기에 주입하는 반면, 상기 공정에서 파라디에틸벤젠의 함량이 높은 유분은 익스트랙트 컬럼에 주입하여, 익스트랙트 컬럼 하부에서 파라디에틸벤젠을 분리함으로써, 유사이동층 흡착 공정법을 사용함에 있어 종래의 방법에 비하여 운전 비용, 유틸리티 비용 및 설치 투자비용을 효과적으로 절감할 수 있다.

Description

벤젠을 탈착제로 사용한 유사 이동층법에 의한 에틸벤젠 혼합물로부터 파라디에틸벤젠을 분리하는 파라디에틸벤젠 제조방법 {Separating method of PDEB by Simulated Moving Bed with benzene as desorbent}

본 발명은 에틸벤젠 혼합물로부터 파라디에틸벤젠을 분리하는 파라디에틸벤젠 제조방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 에틸벤젠 제조공정에서 부산물로서 생성되는 디에틸벤젠 이성질체를 포함하는 유분을 원료로 활용하여 라피네이트 컬럼 없이 유사이동층 공정을 통하는 것을 특징으로 하는 파라디에틸벤젠 제조방법에 관한 것이다.

파라디에틸벤젠은 파라 자일렌을 흡착 분리하는 유사이동층(Simulated moving bed: SMB) 흡착 분리공정에서 탈착제로 사용되어 왔고, 파라디에틸벤젠 역시 디에틸벤젠 이성질체를 포함하는 방향족 탄화수소 혼합물로부터 SMB 흡착 분리공정을 통하여 제조할 수 있다.

예를 들어 한국공개특허 제2003-0069482호에서는 디에틸벤젠 이성질체 혼합물로부터 1,4-디에틸벤젠 및 1,3-디에틸벤젠을 모사 이동층 흡착 분리유닛을 통하여 분리함에 있어서 파라자일렌이 일부 혼합된 혼합 자일렌을 사용하는 방법을 사용하여, 탈착제로서 어는점이 약 14℃인 파라자일렌 단독 사용시의 동절기 결빙 문제를 보완하였지만, 탈착제인 파라자일렌 혼합물을 준비해야 하는 문제가 있다.

또한 한국특허출원 제2015-0188150호에서는 디에틸벤젠 이성질체 혼합물이 포함된 에틸벤젠 제조공정의 부산물을 원료로 유사 이동층 공정에 주입하여 이용하고, 원료에 포함된 에틸벤젠을 탈착제로 사용함으로써, 운전 비용 및 유틸리티 비용을 절감시켰다.

그러나, 상기의 특허발명들을 포함한 통상의 유사이동층 흡착 분리공정은 고정상인 흡착제로 컬럼에 충진해 고정시키고, 컬럼 사이의 포트를 일정시간마다 이동시켜 실제 이동층(True moving bed)의 고체상 하류 이동(Counter current flow)을 모사하는 공정으로, 통상 흡착제에 상대적으로 많이 흡착되는 결과물 및 탈착제는 익스트렉트 컬럼으로, 흡착제에 상대적으로 적게 흡착되는 결과물과 탈착제는 라피네이트 컬럼으로 들어가게 되어, 상기의 라피네이트 컬럼이 필요하다는 단점이 있었다.

본 발명에서는 원료로서 에틸벤젠 제조공정 부산물인 디에틸벤젠 이성질체를 포함하는 유분을 이용하며, 유분 내의 벤젠을 탈착제로 사용하고, 별도의 라피네이트 컬럼을 필요로 하지 않는 유사이동층 흡착 분리공정으로 공정에 필요한 설비의 투자비의 절감효과 및 유틸리티 비용을 크게 절감할 수 있는 파라디에틸벤젠 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 고안된 것으로 에틸벤젠 제조공정에서 부산물로 생성되는 디에틸벤젠 이성질체를 포함하는 유분을 원료로 유사이동층 흡착 공정에 주입하고, 탈착제로서 파라자일렌 대신 벤젠을 이용하고, 기존의 유사이동층 흡착 공정에 필요했던 라피네이트 컬럼 과정을 거칠 필요없이 1,4-디에틸벤젠을 분리함으로써 공정 설비의 투자비 및 제조 비용을 줄이는 파라디에틸벤젠 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 에틸벤젠 제조공정으로부터 나온 디에틸벤젠 이성질체를 포함하는 부산물을 원료로 이용하여 유사이동층을 통해 파라디에틸벤젠을 분리한다. 상기 공정에서 유사이동층 흡착 공정에 탈착제를 주입하여 파라디에틸벤젠의 함량이 높은 유분과 파라디에틸벤젠의 함량이 낮은 유분으로 분리하고, 상기 공정에서 파라디에틸벤젠의 함량이 낮은 유분을 트랜스알킬화 반응기에 주입하는 반면, 상기 공정에서 파라디에틸벤젠의 함량이 높은 유분은 익스트랙트 컬럼에 주입하여, 익스트랙트 컬럼 하부에서 파라디에틸벤젠을 분리하는 것을 특징으로 한다.

상기의 라피네이트 컬럼을 필요로 하지 않는 유사이동층 흡착 공정은, 탈착제로서 벤젠을 이용함으로써 해결하였으며, 파라자일렌을 사용할 경우 외부 부대시설(Outside of Battery Limit, OSBL)과의 통합이 필요하나, 벤젠을 사용할 경우 자체 단위 공정에서 해결이 가능하게 되어 라피네이트 컬럼을 추가로 설치하지 않아도 됨으로써 투자비 절감이 가능하다. 또한, 탈착제로서, 동절기에 결빙 문제를 안고 있던 파라자일렌 대신 벤젠을 활용함으로써 결빙 문제를 해결하기 위한 보온 시설의 추가 설비가 필요 없어져 공장 라인 길이를 파라자일렌 이용하는 경우와 비교하여 최소화할 수 있어 보다 경제적이다.

상기 유사이동층의 탈착제로는 벤젠 함량이 50 ~ 100%인 유분을 사용하나, 벤젠 함량이 80% 이상을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 익스트랙트 컬럼의 상부에서 남은 유분은 상기 유사이동층에 재주입하거나 트랜스알킬화 반응기로 주입하는 것 중 어느 하나 이상을 선택한다.

상술한 바와 같은 본 발명의 파라디에틸벤젠의 제조방법은, 기존의 에틸벤젠 제조공정에 라피네이트 컬럼이 필요없는 유사이동층 공정법을 추가함으로써, 에틸벤젠 제조공정에서 부산물로 생성되는 디에틸벤젠 이성질체를 포함하는 부산물을 원료로 사용하고, 상기의 원료에 포함된 벤젠을 탈착제로 이용하며, 상기 유사이동층 공정법을 통하여 파라디에틸벤젠을 분리하는 방법에 관한 것으로, 유사이동층 흡착 공정법을 사용함에 있어 종래의 방법에 비하여 운전 비용, 유틸리티 비용 및 설치 투자비용을 효과적으로 절감할 수 있다.

도 1은 종래의 에틸벤젠을 제조하는 공장의 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따라 유사이동층 공정법을 추가하여 파라디에틸벤젠을 제조하는 공장의 흐름도이다.

이하. 하기의 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 하지만, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명은, 도 1에서의 종래 에틸벤젠 제조공정에 본 발명의 라피네이트 컬럼의 추가 설비가 필요없는 유사이동층 공정법을 추가함으로써, 유분에 포함되어 있는 디에틸벤젠 이성질체를 종래의 에틸벤젠 제조공정의 디에틸벤젠 컬럼에서 추출하여, 트랜스알킬화 반응기로 주입하는 대신, 본 발명에서와 같이 유사이동층 공정의 원료로 활용한다는 것으로, 종래의 유사이동층 공정법을 추가하는 경우보다 효율성을 개선하고 최초 유사이동층 공정법 설치에 대한 투자비용을 절감한다.

상기 디에틸벤젠 컬럼의 하부에서 탄소수 11개 이상의 탄화수소 유분(이하, 잔여물)을 제거하고, 상기 잔여물이 제거된 유분이 유사이동층으로 주입된다.

[비교예]

도 1의 종래 에틸벤젠 제조 공정에 따라, 벤젠 및 에틸렌을 원료로 에틸벤젠을 제조하는 공정에 주입한다. 상기 에틸벤젠을 제조하는 과정은 종래 공정 조건에 따라 수행되었다.

[실시예]

본 발명은, 상기 유사이동층 공정에 사용하는 원료로서 탄소수 10개 이상의 파라디에틸벤젠을 포함한 유분을 사용하고, 상기의 유분은 종래의 에틸벤젠 제조공정의 디에틸벤젠 컬럼으로부터 제공받는다. 파라디에틸벤젠을 분리하기 위한 상기 유사이동층 공정에 주입할 탈착제로서는 종래의 에틸벤젠 제조공정의 벤젠 컬럼으로부터 추출한 벤젠을 사용하고, 상기의 탈착제의 함량은 벤젠 50~100%를 포함한 유분을 사용하는 것을 특징으로 하며, 상기의 벤젠 함량이 80% 내지 100% 되는 유분을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명은 유사이동층 공정법을 통하여 파라디에틸벤젠을 추출하는 것으로, 유사이동층을 통하여 상기 파라디에틸벤젠의 함량이 높은 유분과 파라디에틸벤젠의 함량이 낮은 유분을 분리하는 하는 것을 특징으로 한다.

상기 유사이동층에서 분리되는 파라디에틸벤젠의 함량의 기준은 통상적인 파라디에틸벤젠 제품의 함량을 기준으로 한다. 높은 함량의 파라디에틸벤젠은 디에틸벤젠 중 파라디에틸벤젠 함량 80%이상인 것이고, 바람직하게는 90%이상, 더 바람직하게는 95%이상을 함유하는 흐름이다. 낮은 함량의 파라디에틸벤젠은 디에틸벤젠 중 파라디에틸벤젠 함량이 20%이하인 것이고, 바람직하게는 10%이하, 더 바람직하게는 5%이하를 함유하는 흐름이다.

본 발명은, 상기의 유사이동층 공정을 통하여 분리한 함량이 높은 파라디에틸벤젠을 익스트렉트 컬럼으로 주입하고, 상기 유사이동층 공정에서 분리한 함량이 낮은 파라디에틸벤젠 흐름은 트랜스알킬화 반응기에 주입한다. 상기의 익스트렉트 컬럼에서는 익스트렉트 컬럼의 하부 흐름으로 파라디에틸벤젠을 추출하고, 상기의 익스트렉트 컬럼의 상부 흐름으로 벤젠 함량이 높게 포함된 유분을 상기 유사이동층 공정으로 주입시키거나 트랜스알킬화 반응기로 주입하는 것 중 어느 한 가지 이상을 선택하여 이송하도록 하고 있다.

상기의 트랜스알킬화 반응기에서 낮은 함량의 파라디에틸벤젠을 포함한 유분을 반응시키고, 상기의 반응 생성물을 종래의 에틸벤젠 제조공정의 벤젠 컬럼으로 주입한다.

도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 종래의 에틸벤젠 제조공정에 유사이동층 공정을 추가하여 에틸벤젠 제조공정의 부산물로 생성되는 디에틸벤젠 이성질체를 포함하는 유분을 원료로 사용하고, 상기의 유사이동층 공정의 흡착 공정에 대한 탈착제로서, 에틸벤젠 제조공정의 유분에 포함되어 있는 벤젠을 이용하는 것으로, 상기의 유사이동층 공정을 통하여 파라디에틸벤젠 함량을 낮게 포함한 유분과 파라디에틸벤젠의 함량이 높게 포함된 유분으로 분리하고, 낮은 함량의 파라디에틸벤젠 흐름은 트랜스알킬화 반응기로 주입하고, 높은 함량의 파라디에틸벤젠 흐름은 익스트렉트 컬럼에 주입한다.

상기 비교예 및 실시예의 공정을 Aspen Plus를 사용하여 모사하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

원료는 모사의 단순화를 위해 벤젠 55%, 에틸벤젠 31%, 메타디에틸벤젠 4%, 파라디에틸벤젠 2%, 오쏘디에틸벤젠 0.5%, 트리에틸벤젠 1.5%를 포함하는 것이고, 상기 원료를 200℃, 28KG의 압력 조건에서 10t/h으로 주입하였다. 벤젠컬럼, 에틸벤젠컬럼, 디에틸벤젠 컬럼은 각각 11KG, 1.5KG, 0.3KG의 압력에서 (KG=kg/cm2g) 운전되며 각 컬럼의 탑 상부로의 벤젠/디에틸벤젠/디에틸벤젠의 회수율이 99.5%가 될 수 있도록 하였다.

트랜스 알킬화 반응기는 200℃, 30KG 조건에서 약 70%의 전환율로 하였고, 유사이동층 공정은 150℃, 20KG 조건에서 운전된다.

상기와 같이, 실시예의 경우 에틸벤젠의 생산량은 감소하나 파라디에틸벤젠을 추가 제품으로 생산할 수 있다. 유사이동층은 기존 공정에서 파라디에틸벤젠을 선택적으로 제거하는 역할을 하기 때문에 공정 컬럼에서의 열용량 또한 감소하는 것을 알 수 있다.

상기 익스트렉트 컬럼에서 파라디에틸벤젠 흐름을 익스트렉트 컬럼 하부에서 분리하고, 벤젠과 라피네이트를 포함한 유분은 익스트렉트 컬럼 상부에서 분리하여 상기의 유사이동층 또는 상기의 트랜스알킬화 반응기 중 어느 하나에 주입하는 것을 특징으로 하는 것으로, 본 발명의 유사이동층 공정을 적용함에 따라 라피네이트 컬럼을 필요로 하지않게 되어 시설 투자비용 절감 및 공정의 효율성 개선을 할 수 있다.

상기 파라디에틸벤젠의 함량의 기준은 시장에서 통용되는 제품스펙 기준으로 한다.

Claims (4)

1. 에틸벤젠 제조공정에서 생성된 디에틸벤젠 이성질체를 포함하는 부산물을 원료로 이용하여 유사이동층 흡착 공정을 통해 파라디에틸벤젠을 분리하는 방법으로서,
   상기 유사이동층 흡착 공정에서 벤젠 함량이 50% 이상인 유분을 유사이동층에 탈착제로서 주입하여 파라디에틸벤젠의 함량이 높은 유분으로서 파라디에틸벤젠의 함량이 디에틸벤젠 함량 중 90%이상인 유분 1과 파라디에틸벤젠의 함량이 낮은 유분으로서 파라디에틸벤젠의 함량이 디에틸벤젠 함량 중 10% 미만인 유분 2로 분리하고,
   상기 유분 2는 트랜스알킬화 반응기에 주입하고,
   상기 유분 1은 익스트랙트 컬럼에 주입하여, 익스트랙트 컬럼 하부에서 파라디에틸벤젠을 분리하는 것을 특징으로 하는 파라디에틸벤젠 제조방법.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 익스트랙트 컬럼의 상부에서 생성된 유분을 상기 유사이동층에 주입하거나 또는 트랜스알킬화 반응기로 주입하는 것 중 어느 하나 이상을 선택하는 것을 특징으로 하는 파라디에틸벤젠 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 탈착제로서 벤젠 함량이 80% 내지 100%인 유분을 사용하는 것을 특징으로 하는 파라디에틸벤젠 제조방법.

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