KR102386834B1 - 에너지 소비가 감소된 미반응 단량체를 포함하는 혼합용액으로부터 미반응 단량체의 분리방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 미반응 단량체를 포함하는 혼합용액으로부터 미반응 단량체를 용이하게 분리 회수할 수 있는, 에너지 소비가 감소된 미반응 단량체의 분리방법 및 이를 수행할 수 있는 분리 시스템에 관한 것이다.
Description
본 발명은 미반응 단량체를 포함하는 혼합용액으로부터 미반응 단량체를 용이하게 분리 회수할 수 있는, 에너지 소비가 감소된 미반응 단량체의 분리방법 및 이를 수행할 수 있는 분리 시스템에 관한 것이다.
폴리아크릴레이트(이하, PAN이라 한다)계 섬유는 내약품성 및 내후성 등이 우수하여 필터 등의 산업용 소재로 응용되고 있으며, 니트릴기의 높은 극성으로 인한 쌍극자 간의 결합기구 및 가교기구 등으로 높은 녹는점을 가지고 있기 때문에 탄소섬유의 전구체로써 널리 사용되고 있다.
탄소섬유는 다른 섬유에 비하여 높은 비강도 및 비탄성률을 갖기 때문에, 복합 재료용 보강 섬유로서, 종래부터 스포츠 용도나 항공우주 용도에 더하여 자동차나 토목, 건축, 압력용기 및 풍차 블레이드 등의 일반 산업 용도에도 폭 넓게 사용되고 있어, 추가적인 생산성의 향상이나 생산 안정화의 요청이 높다.
일반적으로, PAN계 섬유를 이용하여 탄소섬유를 제조하는 방법은 전구체가 되는 PAN계 중합체를 포함하는 방사 용액을 습식 방사, 건식 방사 또는 건습식 방사하여 전구체 섬유를 얻은 후, 이것을 200℃ 내지 400℃의 온도의 산화성 분위기하에서 가열하여 내염화 섬유로 전환시키고, 적어도 1000℃의 온도의 불활성 분위기하에서 가열하여 탄소화함으로써 공업적으로 제조되고 있다.
한편, PAN계 섬유는 아크릴로니트릴을 주성분으로하는 단량체 원료를 중합하고 얻어진 중합체를 비양자성 극성용매에 용해시켜 중합체 용액을 제조한 후, 이를 수계 응고액이 들어있는 응고욕(coagulation bath)에 방사하고, 필요에 따라 수세함으로써 제조된다. 이때, 반응에 참여하지 않은 미반응 단량체는 취출되어 응고욕에 비양자성 극성용매 및 수계 응고액과 함께 혼합되어 잔류하게 된다.
상기 미반응 단량체는 원료의 손실로서 제조비용을 올리는 요인이 되고, 이를 폐기할 경우 또한 비용이 발생하게 되어 경제적 효율이 저하된다. 이에, PAN계 섬유의 제조공정에 있어 경제성을 증가시키기 위해서는 미반응 단량체를 회수하여 재사용하는 기술의 확립이 필요하다.
이에, PAN계 섬유의 제조공정에 있어서, 미반응 단량체를 회수 및 재사용하는 방법이 연구되고 있다.
일례로, 일본 공개특허 2000-044606 A에는 방사 전 중합체 용액에서 미반응 단량체를 기화시켜 회수하는 방법을 제시하고 있고, 일본 공개특허 2000-336115 A에는 회수한 미반응 단량체를 포함하는 폐 용액을 정제 없이 원료로 바로 재사용하는 방법을 제시하고 있다. 그러나, 방사 전 중합체 용액에서 미반응 단량체를 기화시켜 회수하는 경우에는 미반응 단량체를 완전히 회수하기 어렵고, 회수한 미반응 단량체를 포함하는 폐 용액을 정제없이 그대로 원료로서 재사용하는 경우에는, 다량의 불순물이 존재하게 되고 이에 제조된 PAN계 섬유의 품질이 저하되는 문제가 있다.
또한, 폐 용액 내 수계 응고액은 미반응 단량체와 공비혼합물을 이루어 단순 증류에 의한 분리로는 각 성분으로 순수하게 분리할 수가 없다.
따라서, PAN계 섬유의 제조공정의 경제성 확보를 위해서는 PAN계 섬유의 제조공정 중 발생한 폐 용액으로부터 미반응 단량체를, 과다한 에너지 소비 없이 순수한 성분으로 용이하게 분리 회수할 수 있는 방법의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 아크릴로니트릴과 같은 미반응 단량체를 포함하는 혼합용액, 예컨대 폴리아크릴로니트릴계 섬유의 제조공정 중 발생된 폐 용액으로부터 미반응 단량체를 용이하게 분리 회수할 수 있는 에너지 소비가 감소된 미반응 단량체의 분리방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 상기의 미반응 단량체의 분리방법을 수행할 수 있는 분리 시스템을 제공하는 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 제1 증류탑에 미반응 단량체, 비양자성 극성용매 및 물을 포함하는 혼합용액을 투입하고, 탑정으로부터 미반응 단량체 및 제1 물 분획을 포함하는 제1 분획을 회수하고 탑저로부터 비양자성 극성용매 및 제2 물 분획을 포함하는 제2 분획을 회수하는 단계(단계 1); 상기 제1 분획을 제2 증류탑에 투입하고 탑정으로부터 제1 물 풍부분획을, 탑저로부터 미반응 단량체 풍부분획을 회수하는 단계(단계 2); 상기 제2 분획을 제3 증류탑에 투입하여 탑정으로부터 제2 물 풍부분획을, 탑저로부터 비양자성 극성용매 풍부분획을 회수하는 단계(단계 3); 및 상기 비양자성 극성용매 풍부분획을 제4 증류탑에 투입하여 탑정으로부터 비양자성 극성용매를 회수하는 단계(단계 4)를 포함하고, 상기 제1 증류탑, 제2 증류탑, 제3 증류탑 및 제4 증류탑은 각각 응축기와 재비기가 구비되어 있고, 상기 제4 증류탑 탑정으로부터 회수된 비양자성 극성용매의 적어도 일부를 제1 증류탑의 재비기 또는 제2 증류탑의 재비기 열원으로 사용하는 것인 미반응 단량체의 분리방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 아크릴로니트릴을 포함하는 미반응 단량체, 비양자성 극성용매 및 물을 포함하는 혼합용액으로부터 미반응 단량체 및 제1 물 분획을 포함하는 제1 분획과 비양자성 극성용매 및 제2 물 분획을 포함하는 제2 분획으로 분리시키는 제1 증류탑; 상기 제1 분획으로부터 제1 물 풍부분획과 미반응 단량체 풍부분획으로 분리시키는 제2 증류탑; 상기 제2 분획으로부터 비양자성 극성용매 풍부분획과 제2 물 풍부분획을 분리시키는 제3 증류탑; 및 상기 비양자성 극성용매 풍부분획으로부터 비양자성 극성용매를 분리시키는 제4 증류탑을 포함하고, 상기 제1 증류탑, 제2 증류탑, 제3 증류탑 및 제4 증류탑은 각각 탑의 상부에 응축기가 구비되어 있고, 탑의 하부에 재비기가 구비되어 있으며, 상기 제4 증류탑의 탑정에는 비양자성 극성용매의 적어도 일부를 순환시키는 비양자성 극성용매 순화라인이 구비되어 있고, 상기 비양자성 극성용매 풍부분획 순환라인은 제1 증류탑 하부의 재비기 또는 제2 증류탑 하부의 재비기와 연결되어 있는 것인 미반응 단량체의 분리 시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 미반응 단량체의 분리방법은 여러 단계의 증류를 수행함으로써 미반응 단량체를 포함하는 혼합용액, 예컨대 폴리아크릴로니트릴계 섬유의 제조공정 중 발생된 폐 용액으로부터 미반응 단량체를 물과 용이하게 분리하여, 혼합물 상태가 아닌 순수한 상태의 미반응 단량체를 회수할 수 있으면서도, 제4 증류탑에서 발생된 고온의 분획, 예컨대 비양자성 극성용매 적어도 일부를 다른 증류탑, 예컨대 제1 증류탑 또는 제2 증류탑의 재비기 열원으로 사용함으로써 에너지 소비가 감소될 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명과 함께 본 발명의 기술 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 본 발명의 실시예 1에 따른 미반응 단량체, 비양자성 극성용매 및 물을 포함하는 혼합용액으로부터 미반응 단량체를 분리 회수하기 위한 분리 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는, 본 발명의 실시예 2에 따른 미반응 단량체, 비양자성 극성용매 및 물을 포함하는 혼합용액으로부터 미반응 단량체를 분리 회수하기 위한 분리 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은, 본 발명의 실시예 3에 따른 미반응 단량체, 비양자성 극성용매 및 물을 포함하는 혼합용액으로부터 미반응 단량체를 분리 회수하기 위한 분리 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는, 본 발명의 실시예 4에 따른 미반응 단량체, 비양자성 극성용매 및 물을 포함하는 혼합용액으로부터 미반응 단량체를 분리 회수하기 위한 분리 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는, 본 발명의 실시예 5에 따른 미반응 단량체, 비양자성 극성용매 및 물을 포함하는 혼합용액으로부터 미반응 단량체를 분리 회수하기 위한 분리 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 6은, 본 발명의 일 비교예에 따른 미반응 단량체, 비양자성 극성용매 및 물을 포함하는 혼합용액으로부터 미반응 단량체를 분리 회수하기 위한 분리 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 1은, 본 발명의 실시예 1에 따른 미반응 단량체, 비양자성 극성용매 및 물을 포함하는 혼합용액으로부터 미반응 단량체를 분리 회수하기 위한 분리 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는, 본 발명의 실시예 2에 따른 미반응 단량체, 비양자성 극성용매 및 물을 포함하는 혼합용액으로부터 미반응 단량체를 분리 회수하기 위한 분리 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은, 본 발명의 실시예 3에 따른 미반응 단량체, 비양자성 극성용매 및 물을 포함하는 혼합용액으로부터 미반응 단량체를 분리 회수하기 위한 분리 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는, 본 발명의 실시예 4에 따른 미반응 단량체, 비양자성 극성용매 및 물을 포함하는 혼합용액으로부터 미반응 단량체를 분리 회수하기 위한 분리 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는, 본 발명의 실시예 5에 따른 미반응 단량체, 비양자성 극성용매 및 물을 포함하는 혼합용액으로부터 미반응 단량체를 분리 회수하기 위한 분리 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 6은, 본 발명의 일 비교예에 따른 미반응 단량체, 비양자성 극성용매 및 물을 포함하는 혼합용액으로부터 미반응 단량체를 분리 회수하기 위한 분리 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에서 사용되는 용어 "분획(fraction)"은 어떤 물질이 여러 그룹으로 나눠졌음을 나타내는 것으로, 예컨대 제1 물 분획 및 제2 물 분획은 하나의 물이 둘로 나눠졌음을 나타내고, 하나의 그룹이 제1 물 분획, 다른 하나의 그룹이 제2 물 분획인 것이다.
본 발명에서 사용되는 용어 "풍부분획"은 여러 성분 또는 혼합물로 이루어진 분획 내 특정성분을 기타 다른 성분 대비 높은 비율로 포함하고 있는 분획을 나타내는 것으로, 예컨대 제1 물 풍부분획은 분획을 이루는 성분 중 물을 다른 성분 대비 높은 비율로 포함하는 있는 분획을 나타내는 것이다.
본 발명에서 사용되는 용어 "공비혼합물(azeotrope)"은 기체의 조성(composition)과 액체의 조성이 동일한 혼합물을 나타내는 것으로, 일반적으로 두 성분 이상의 혼합액을 증류하는 경우 끓음에 따라 조성이 변하여, 이를 통해 두 성분의 분리가 이루어 지는데 반해 공비혼합물은 일정한 온도에서 조성이 변하지 않고 함께 끓음으로써 기체와 액체의 조성이 같아져 단순 증류에 의해서는 성분 분리가 어려운 혼합물이다.
본 발명은 아크릴로니트릴과 같은 미반응 단량체와 이와 공비혼합물을 형성할 수 있는 물을 포함하는 혼합용액, 구체적으로는 폴리아크릴로니트릴계 섬유의 제조공정 중 발생된 폐 용액으로부터 혼합물 상태가 아닌 순수한 상태의 미반응 단량체를 회수하여 재사용하기 위한, 미반응 단량체의 분리가 용이하면서도 에너지 소비가 감소된 미반응 단량체의 분리방법을 제공한다.
일반적으로, 폴리아크릴로니트릴계 섬유는 아크릴로니트릴을 주성분으로 하는 단량체 원료를 중합하고 얻어진 중합체를 비양자성 극성용매에 용해시켜 중합체 용액을 제조하고, 제조된 중합체 용액을 수계 응고액인 물이 들어있는 응고욕(coagulation bath)에 방사노즐을 통해서 토출시키고, 이후 응고욕 내로 방사된 중합체 용액이 용매와 비용매의 확산과정을 거치면서 중합체가 응결(precipitation)되어 겔화(gelation)됨으로써 제조된다. 이때, 중합에 참여하지 않은 미반응 단량체는 방사 과정을 거치며 취출되어 폐 용액(방사 후 응고욕에 남아 있는 용액) 내에 잔류하게 된다. 이러한 미반응 단량체는 원료의 손실로서 제조비용을 올리는 요인이 되고, 이를 폐기할 경우 또한 비용이 발생하게 되어 경제적 효율이 저하된다.
또한, 상기 폐 용액 내에는 미반응 단량체를 비롯하여 방사 전 중합체 용액을 제조할 때 사용된 비양자성 극성용매와 수계 응고액으로서 사용된 물이 포함되어 있으며, 상기 비양자성 극성용매는 미반응 단량체와 끓는점 차이가 커 증류에 의해 쉽게 분리될 수 있으나, 물은 미반응 단량체와 공비혼합물을 형성하게 되어 단순 증류에 의해서는 분리가 이루어지지 않는다. 이에, 미반응 단량체를 회수하더라도 물과 혼합된 형태로 회수되고, 이를 폴리아크릴로니트릴계 섬유의 제조공정 시 단량체 원료로 재사용하는 경우 물이 불순물로 작용하여 중합 안정성을 저하시키거나 중합체 형성이 제대로 이루지지 않는 등 부정적인 작용을 일으켜 공정 효율이 저하된다.
따라서, 폴리아크릴로니트릴계 섬유의 제조공정에 있어 공정 효율의 저하 없이 경제성을 증가시키기 위해서는 에너지 소비가 많지 않으면서도 미반응 단량체를 물과 분리하여 순수한 상태의 미반응 단량체로 회수하여 재사용할 수 있는 기술의 확립이 필요하다.
이에, 본 발명은 미반응 단량체, 이와 공비혼합물을 형성할 수 있는 물 및 비양자성 극성용매를 포함하는 혼합용액으로부터 순수한 상태의 미반응 단량체를 용이하게 회수할 수 있는, 에너지 소비가 감소된 미반응 단량체의 분리방법을 제공한다.
여기에서, 상기 혼합용액은 폴리아크릴로니트릴계 섬유의 제조공정 중 발생된 폐 용액인 것일 수 있으며, 상기 미반응 단량체의 분리방법은 폴리아크릴로니트릴계 섬유의 제조공정에 있어 미반응 단량체의 재사용을 위한 방법으로 사용되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 미반응 단량체의 분리방법은 제1 증류탑에 미반응 단량체, 비양자성 극성용매 및 물을 포함하는 혼합용액을 투입하고, 탑정으로부터 미반응 단량체 및 제1 물 분획을 포함하는 제1 분획을 회수하고 탑저로부터 비양자성 극성용매 및 제2 물 분획을 포함하는 제2 분획을 회수하는 단계(단계 1); 상기 제1 분획을 제2 증류탑에 투입하고 탑정으로부터 제1 물 풍부분획을, 탑저로부터 미반응 단량체 풍부분획을 회수하는 단계(단계 2); 상기 제2 분획을 제3 증류탑에 투입하여 탑정으로부터 제2 물 풍부분획을, 탑저로부터 비양자성 극성용매 풍부분획을 회수하는 단계(단계 3); 및 상기 비양자성 극성용매 풍부분획을 제4 증류탑에 투입하여 탑정으로부터 비양자성 극성용매를 회수하는 단계(단계 4)를 포함하고, 상기 제1 증류탑, 제2 증류탑, 제3 증류탑 및 제4 증류탑은 각각 응축기와 재비기가 구비되어 있고, 상기 제4 증류탑 탑정으로부터 회수된 비양자성 극성용매의 적어도 일부를 제1 증류탑의 재비기 또는 제2 증류탑의 재비기의 열원으로 사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 혼합용액은 폴리아크릴로니트릴계 섬유의 제조공정 중 발생하는 폐 용액(잔여용액)을 나타내는 것일 수 있으며, 구체적으로는 상기 폴리아크릴로니트릴계 섬유는 아크릴로니트릴을 주성분으로 하는 단량체 원료를 중합하여 중합체를 형성하고, 중합체를 비양자성 극성용매에 용해시켜 방사용액을 제조한 후, 이를 수계 응고액이 들어있는 응고욕에 방사시켜 제조되는데, 이때 방사 이후 응고욕에 남아있는 용액이 상기의 혼합용액인 것일 수 있다. 또한, 상기 방사 이후 제조된 아크릴로니트릴계 섬유를 수세할 경우, 수세 후 남아있는 용액까지 포함하는 것일 수 있다.
이에, 상기 혼합용액 내에는 중합에 참여하지 않은 미반응 단량체를 비롯하여 중합체 용액 제조시 사용된 비양자성 극성용매 및 수계 응고액으로 사용된 물이 포함되어 있는 것일 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 미반응 단량체는 폴리아크릴로니트릴계 섬유 제조공정 시 사용된 단량체 원료 중 중합에 참여하지 않은 단량체를 나타내는 것일 수 있으며, 상기 단량체 원료는 아크릴로니트릴을 주성분으로 포함하되, 필요에 따라 공단량체를 더 포함하는 것일 수 있다. 따라서, 상기 미반응 단량체는 아크릴로니트릴를 포함하거나, 아크릴로니트릴 및 공단량체를 포함하는 것일 수 있다. 여기에서, 상기 공단량체는 아크릴계 단량체인 것일 수 있으며, 예컨대 상기 아크릴계 단량체는 아크릴산, 메타크릴산, 이타콘산, 크로톤산, 시트라콘산, 말레인산 및 이들의 알킬에스테르 중 어느 하나 이상인 것일 수 있고, 구체적으로는 상기 공단량체는 메탈 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트 및 부틸 아크릴레이트 중 하나 이상인 것일 수 있다.
또한, 상기 미반응 단량체가 아크릴로니트릴 및 공단량체를 포함하는 경우, 상기 미반응 단량체는 아크릴로니트릴을 70 중량% 이상, 구체적으로는 95 중량% 이상 포함하는 것일 수 있다.
또한, 상기 비양자성 극성용매는 당업계에 동일한 목적으로 사용되는 것이면 특별히 제한하는 것은 아니나, 예컨대 디메틸설폴사이드(DMSO) 디메틸아세트아미드(DMAC) 또는 디메틸포름아미드(DMF)일 수 있다.
상기 단계 1은 미반응 단량체, 비양자성 극성용매 및 물을 포함하는 혼합용액으로부터 미반응 단량체 및 제1 물 분획을 포함하는 제1 분획과 비양자성 극성용매 및 제2 물 분획을 포함하는 제2 분획으로 분리하기 위한 제1 증류단계로, 제1 증류탑에 상기 혼합용액을 투입하고 증류하여 탑정으로부터 미반응 단량체 및 제1 물 분획을 포함하는 제1 분획을 회수하고, 탑저로부터 비양자성 극성용매 및 제2 물 분획을 포함하는 제2 분획을 회수하는 것일 수 있다.
여기에서, 상기 제1 증류단계는 폐 용액 내 비양자성 극성용매로부터 미반응 단량체를 분리해낼 수 있는 것이면 특별히 제한하지 않고 수행할 수 있으며, 예컨대 제1 증류탑 내 압력이 0.1 bar 이상, 탑저 온도가 200℃ 이내가 되게 하는 압력 조건 하에서 수행하는 것일 수 있다.
또한, 상기 제1 증류단계를 통하여 분리된 제1 분획은 미반응 단량체 및 제1 물 분획을 포함하는 것이고, 경우에 따라 비양자성 극성 용매를 극소량 포함할 수 있으나, 포함하더라도 0.5 중량% 미만으로 포함하는 것일 수 있다.
상기 단계 2는 상기 제1 분획으로부터 제1 물 풍부분획과 미반응 단량체 풍부분획으로 분리하기 위한 제2 증류단계로, 상기 제1 분획을 제2 증류탑에 투입하고 탑정으로부터 제1 물 풍부분획을, 탑저로부터 미반응 단량체 풍부분획을 회수하는 것일 수 있다.
구체적으로, 상기 제2 증류단계는 제1 분획 내 물로부터 미반응 단량체를 용이하게 분리할 수 있는 것이면 특별히 제한하지 않는 조건 하에서 수행할 수 있으나, 예컨대 제2 증류탑 내 압력이 0.1 bar 이상, 탑저 온도가 200℃ 이내가 되게하는 압력 조건 하에서 수행하는 것일 수 있다.
상기 미반응 단량체 풍부분획은 미반응 단량체를 90 중량% 이상, 구체적으로는 95 중량% 이상, 더욱 구체적으로는 미반응 단량체를 100 중량%로 포함하는 것일 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 분리방법에 의하여 폐 용액으로부터 분리된 미반응 단량체 분획은 대부분 미반응 단량체로 이루어지고, 물이 거의 포함되지 않은 것이거나, 구체적으로는 미반응 단량체로만 이루어진 것일 수 있다.
한편, 상기 제1 물 풍부분획은 물을 주성분으로 포함하되, 미반응 단량체를 일부 포함하고 있는 것일 수 있으며, 이에 제1 물 풍부분획을 바로 계 밖으로 배출시켜 회수하는 경우에는 미반응 단량체가 함께 배출되고 결과적으로 경제성이 저하될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 분리방법은 상기 제2 증류탑 탑정으로부터 회수된 제1 물 풍부분획을 제1 증류탑으로 재순환시키는 것일 수 있고, 이에 제1 증류단계로 재도입시킴으로써 미반응 단량체의 회수율을 높일 수 있다.
상기 단계 3은 폐 용액으로부터 분리된 비양자성 극성용매와 제2 물 분획을 포함하는 제2 분획으로부터 비양자성 극성용매 풍분분획과 제2 물 풍부분획을 분리하여, 각각 비양자성 극성용매 풍부분획과 제2 물 풍부분획을 회수하기 위한 제3 증류단계로, 상기 제2 분획을 제3 증류탑에 투입하여 탑정으로부터 제2 물 풍부분획을, 탑저로부터 비양자성 극성용매 풍부분획을 회수하는 것일 수 있다.
또한, 상기 제3 증류단계는 제2 분획 내 비양자성 극성용매로부터 물을 용이하게 분리할 수 있는 것이면 특별히 제한하지 않은 조건하에서 수행하는 것일 수 있으며, 예컨대 제3 증류탑 내 압력이 0.01 bar 이상, 탑저 온도가 200℃ 이하가 되게 하는 압력 조건 하에서 수행하는 것일 수 있다.
상기 단계 4는 비양자성 극성용매 풍부분획으로부터 비양자성 극성용매를 분리 회수하기 위한 제4 증류단계로, 상기 비양자성 극성용매 풍부분획을 제4 증류탑에 투입하여 탑정으로부터 비양자성 극성용매를 회수할 수 있다.
구체적으로, 상기 비양자성 극성용매 풍부분획은 비양자성 극성용매를 주성분으로 포함하되, 이외의 고비점 폐기물을 일부 포함하고 있는 것일 수 있으며, 상기 비양자성 극성용매 풍부분획을 회수하여 폴리아크릴로니트릴계 섬유의 제조공정 등에 원료로 재사용하는 경우 폴리아크릴로니트릴계 섬유와 같은 생성물의 품질이 저하될 수 있다. 이에, 본 발명의 일 실시예에 따른 분리방법은 상기 비양자성 극성용매 풍부분획을 순도 높은 비양자성 극성용매를 회수하기 위하여 상기 단계 4를 수행하는 것일 수 있다.
이때, 상기 제4 증류단계는 비양자성 극성용매 풍부분획 내 비양자성 극성용매를 용이하게 분리할 수 있는 것이면 특별히 제한하지 않은 조건하에서 수행하는 것일 수 있으며, 예컨대 제4 증류탑 내 압력이 0.01 bar 이상, 탑저 온도가 200℃ 이하가 되게 하는 압력 조건 하에서 수행하는 것일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 분리방법은 상기와 같이 단계 1 내지 단계 4를 수행하되, 제1 증류탑, 제2 증류탑 및 제4 증류탑 중 어느 하나 이상의 증류탑에서 발생된 고온의 분획을 이외의 다른 증류탑의 재비기 등의 열원으로 사용하는 것일 수 있으며, 이에 에너지 소비량이 감소되어 경제성이 우수할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 분리방법은 상기 제4 증류탑 탑정으로부터 회수된 비양자성 극성용매의 적어도 일부를 제1 증류탑의 재비기 또는 제2 증류탑의 재비기의 열원으로 사용하는 것일 수 있다. 즉, 상기 분리방법은 상기 단계 1 내지 단계 4를 수행하되, 상기 제4 증류탑 탑정으로부터 회수된 비양자성 극성용매의 적어도 일부를 제1 증류탑의 재비기 또는 제2 증류탑의 재비기 열원으로 사용하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에서 상기 분리방법은 상기 제2 분획을 제3 증류탑에 투입하기 전에 예열기를 이용하여 제2 분획을 가열하는 단계를 포함할 수 있고, 이 경우 상기 제4 증류탑 탑정으로부터 회수된 비양자성 극성용매의 적어도 일부를 제1 증류탑의 재비기 열원으로 사용하되, 제1 증류탑의 재비기 열원으로 사용하기 전 상기 예열기의 열원으로 사용하는 것일 수 있다. 즉, 본 발명의 다른 일 실시예에 있어서 상기 분리방법은 단계 1 내지 단계 4를 수행하되, 제2 분획을 예열기를 이용하여 가열하여 제3 증류탑에 투입시키는 단계를 포함할 수 있고, 이때 제4 증류탑 탑정으로부터 회수된 비양자성 극성용매의 적어도 일부는 상기 예열기의 열원으로 사용된 후 제1 증류탑의 재비기 열원으로 사용하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 실시예에서 상기 분리방법은 제4 증류탑 탑정으로부터 회수된 비양자성 극성용매의 적어도 일부를 제1 증류탑의 재비기 열원으로 사용하고, 동일 공정에서 제1 증류탑 탑정으로부터 회수된 제1 분획 적어도 일부를 제2 증류탑의 재비기 열원으로 사용하는 것일 수 있다. 즉, 본 발명의 또 다른 일 실시에에 있어서 상기 분리방법은 단계 1 내지 단계 4를 수행하되, 제4 증류탑 탑정으로부터 회수된 비양자성 극성용매의 적어도 일부는 제1 증류탑의 재비기 열원으로 사용하고, 제1 증류탑 탑정으로부터 회수된 제1 분획 적어도 일부는 제2 증류탑의 재비기 열원으로 사용하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 실시예에서 상기 분리방법은 제2 분획을 제3 증류탑에 투입하기 전에 예열기를 이용하여 제2 분획을 가열하는 단계를 포함하고, 상기 제4 증류탑 탑정으로부터 회수된 비양자성 극성용매의 적어도 일부를 제2 증류탑의 재비기의 열원으로 사용하고, 상기 제2 증류탑 탑정으로부터 회수된 제1 물 풍부분획 적어도 일부를 제1 증류탑의 재비기 및 상기 예열기의 열원으로 순차적으로 사용하는 것일 수 있다. 즉, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 있어서 상기 분리방법은 상기 단계 1 내지 단계 4를 수행하되, 제2 분획을 예열기를 이용하여 가열하여 제3 증류탑에 투입시키는 단계를 포함할 수 있고, 이때 제4 증류탑 탑정으로부터 회수된 비양자성 극성용매의 적어도 일부는 제2 증류탑 재비기 열원으로 사용하고, 상기 제2 증류탑 탑정으로부터 회수된 제1 물 풍부분획 적어도 일부는 제1 증류탑의 재비기 및 상기 예열기의 열원으로 순차적으로 사용하는 것일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 있어서, "열원"은 고온의 분획과 저온의 분획 간에 열교환을 통해 발생된 것일 수 있다. 예컨대, 제4 증류탑 탑정으로부터 회수된 비양자성 극성용매의 적어도 일부를 제1 증류탑 재비기의 열원으로 사용한다는 것은 상기 비양자성 극성용매의 적어도 일부와 제1 증류탑 탑저로 회수된 제2 분획의 적어도 일부 간에 열교환시킴으로써 제2 분획의 적어도 일부를 가열시킬 수 있음을 나타내는 것이다. 이때, 상기 열교환은 두 분획 간에 온도차이에 의하여 수행되는 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 분리방법은 제1 증류탑, 제2 증류탑, 제3 증류탑 및 제4 증류탑 각각을 전술한 바와 같은 압력조건으로 조절함으로써 대상 분획 간의 열교환이 용이하게 이뤄지게 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 분리방법을 통하여 분리된 미반응 단량체는 회수율 99% 이상, 구체적으로는 99.9% 이상인 것일 수 있다.
여기에서, 상기 미반응 단량체의 회수율은 혼합용액 내 포함되어 있는 미반응 단량체의 함량 대비 회수된 미반응 단량체 분획 내 미반응 단량체의 함량의 비율을 나타낸 것으로, 하기의 수학식 1을 통하여 계산된 값일 수 있다.
[수학식 1]
미반응 단량체 회수율(%)={미반응 단량체 풍부분획 내 미반응 단량체 함량 (g)}/{혼합용액 내 미반응 단량체 함량 (g)} * 100
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 미반응 단량체의 분리방법은 후술하는 분리 시스템을 이용하여 수행하는 것일 수 있다.
본 발명은 미반응 단량체, 비양자성 극성용매 및 물을 포함하는 혼합용액으로부터 미반응 단량체를 분리 회수할 수 있는 미반응 단량체의 분리 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 분리 시스템은 아크릴로니트릴을 포함하는 미반응 단량체, 비양자성 극성용매 및 물을 포함하는 혼합용액으로부터 미반응 단량체 및 제1 물 분획을 포함하는 제1 분획과 비양자성 극성용매 및 제2 물 분획을 포함하는 제2 분획으로 분리시키는 제1 증류탑; 상기 제1 분획으로부터 제1 물 풍부분획과 미반응 단량체 풍부분획으로 분리시키는 제2 증류탑; 상기 제2 분획으로부터 비양자성 극성용매 풍부분획과 제2 물 풍부분획을 분리시키는 제3 증류탑; 및 상기 비양자성 극성용매 풍부분획으로부터 비양자성 극성용매를 분리시키는 제4 증류탑을 포함하고, 상기 제1 증류탑, 제2 증류탑, 제3 증류탑 및 제4 증류탑은 각각 탑의 상부에 응축기가 구비되어 있고, 탑의 하부에 재비기가 구비되어 있으며, 상기 제4 증류탑의 탑정에는 비양자성 극성용매 적어도 일부를 순환시키는 비양자성 극성용매 풍부분획 순환라인이 구비되어 있고, 상기 비양자성 극성용매 풍부분획 순환라인은 제1 증류탑 하부의 재비기 또는 제2 증류탑 하부의 재비기와 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.
이하, 도 1 내지 도 5를 참고하여 상기 분리 시스템을 구체적으로 설명한다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 미반응 단량체, 비양자성 극성용매 및 물을 포함하는 혼합용액으로부터 미반응 단량체를 분리 회수하는데 사용할 수 있는 미반응 단량체의 분리 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 1 내지 도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 분리 시스템(100)은 제1 증류탑(62); 제2 증류탑(63); 제3 증류탑(64); 및 제4 증류탑(65)을 포함하고, 상기 제1 증류탑(62), 제2 증류탑(63), 제3 증류탑(64) 및 제4 증류탑(65)는 각각 상부에 응축기를, 하부에 재비기를 구비하고 있는 것일 수 있다.
상기 제1 증류탑(62)은 미반응 단량체, 비양자성 극성용매 및 물을 포함하는 혼합용액으로부터 미반응 단량체 및 제1 물 분획을 포함하는 제1 분획과 비양자성 극성용매 및 제2 물 분획을 포함하는 제2 분획으로 분리시키는 것으로, 일 측부에는 혼합용액을 공급하는 공급라인(51)이 구비되어 있고, 다른 일 측부의 탑정에는 제1 분획 흐름라인(52)이, 탑저에는 제2 분획 흐름라인(53)이 구비되어 있는 것일 수 있다.
상기 제2 증류탑(63)은 제1 분획으로부터 제1 물 풍부분획과 미반응 단량체 풍부분획을 분리시키는 것으로, 제2 증류탑(63)의 일 측부는 상기 제1 분획 흐름라인(52)에 의하여 제1 증류탑(62)의 탑정과 연결되어 있고, 다른 일 측부의 탑정에는 제1 물 풍부분획 회수라인(54), 탑저에는 미반응 단량체 풍부분획 회수라인(55)이 구비되어 있는 것일 수 있다.
상기 제3 증류탑(64)은 제2 분획으로부터 비양자성 극성용매 풍부분획과 제2 물 풍부분획으로 분리시키는 것으로, 제3 증류탑(64)의 일 측부는 제2 분획 흐름라인(53)에 의하여 제1 증류탑(62)의 탑저와 연결되어 있고, 다른 일 측부의 탑정에는 제2 물 풍부분획 회수라인(56), 탑저에는 비양자성 극성용매 풍부분획 회수라인(57)이 구비되어 있는 것일 수 있다.
상기 제4 증류탑(65)은 비양자성 극성용매 풍부분획으로부터 비양자성 극성용매를 분리시키는 것으로, 제4 증류탑(65)의 일 측부는 상기 비양자성 극성용매 풍부분획 회수라인(57)에 의하여 제3 증류탑(64)의 탑저와 연결되어 있고, 다른 일 측부의 탑정에는 비양자성 극성용매 회수라인(58), 탑저에는 고비점 폐기물 회수라인(59)이 구비되어 있는 것일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 분리 시스템은 상기의 제1 증류탑, 제2 증류탑, 제3 증류탑 및 제4 증류탑을 포함하되, 제1 증류탑, 제2 증류탑 및 제4 증류탑 중 어느 하나의 증류탑에서 발생된 고온의 분획을 이외의 다른 증류탑으로 순환시키기 위한 순환라인을 포함할 수 있고, 이때 상기 순환라인은 순환시키고자 하는 분획에 따라 다른 위치에 구비될 수 있다.
구체적으로, 상기 제4 증류탑(65)의 탑정에는 비양자성 극성용매 회수라인(58)과 별개로 고온의 분획인 상기 비양자성 극성용매 적어도 일부를 순환시키는 비양자성 극성용매 순환라인(60)이 구비되어 있고, 상기 비양자성 극성용매 순환라인(60)은 제1 증류탑(62)의 재비기와 연결되거나, 혹은 제2 증류탑(63)의 재비기와 연결되어 있는 것일 수 있다(도 1 및 도 2 참고).
또한, 상기 비양자성 극성용매 순환라인(60)은 제1 증류탑(62) 하부 재비기와 연결되어 있되, 제3 증류탑에 구비된 예열기(70)를 통과하여 제1 증류탑(62) 하부 재비기와 연결되어 있는 것일 수 있다(도 3 참고).
또한, 상기 제1 증류탑(62) 탑정에는 제1 분획 적어도 일부를 순환시키는 제1 분획 순환라인(71)이 구비되어 있고, 상기 제1 분획 순환라인(71)은 제2 증류탑(63) 하부 재비기와 연결되어 있는 것일 수 있다(도 4 참고).
또한, 상기 제2 증류탑(63) 탑정에는 제1 물 풍부분획 회수라인(54)과 별개로 제1 물 풍부분획 적어도 일부를 순환시키는 제1 물 풍부분획 순환라인(72)이 구비되어 있고, 상기 제1 물 풍부분획 순환라인(72)은 제1 증류탑(62) 하부 재비기 및 제3 증류탑(64)에 구비된 예열기(70)와 순차적으로 연결되어 있는 것일 수 있다(도 5 참고).
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 미반응 단량체의 분리방법은 전술한 분리 시스템을 이용하여 수행할 수 있고, 일례로 도 1 내지 도 5와 같은 분리 시스템을 이용하여 수행할 수 있다.
예컨대, 상기 분리방법을 도 1 또는 도 2에 나타낸 바와 같은 분리 시스템을 이용하여 수행하는 경우, 미반응 단량체, 비양자성 극성용매 및 물을 포함하는 혼합용액, 예컨대 폴리아크릴로니트릴계 섬유 제조공정 중 발생된 폐 용액은 혼합용액 공급라인(51)을 통하여 제1 증류탑(62)으로 도입되어 미반응 단량체와 제1 물 분획을 포함하는 제1 분획과 비양자성 극성용매 및 제2 물 분획을 포함하는 제2 분획으로 분리되고, 상기 제1 분획은 제1 분획 흐름라인(52)에 의하여 제1 증류탑(62)의 탑정에서 제2 증류탑(63)으로 이송되고, 제2 분획은 제2 분획 흐름라인(53)에 의하여 제1 증류탑(62)의 탑저에서 제3 증류탑(64)로 이송된다. 이때, 상기 제1 증류탑(62)은 0.1 bar에서 탑저 온도가 200℃ 이하가 되게 하는 압력 조건으로 운전되는 것일 수 있다.
제2 증류탑(63)으로 이송된 제1 분획은 미반응 단량체 풍부분획과 제1 물 풍부분획으로 분리되고, 상기 미반응 단량체 풍부분획은 미반응 단량체 풍부분획 회수라인(55)에 의하여 제2 증류탑(63)의 탑저에서 계 밖으로 이송되어 회수되고, 제1 물 풍부분획은 제1 물 풍부분획 회수라인(54)를 통하여 제1 증류탑(62) 탑정으로 이송된다. 이때, 상기 제2 증류탑(63)은 0.1 bar에서 탑저 온도가 200℃ 이하가 되게 하는 압력 조건으로 운전되는 것일 수 있다.
또한, 제3 증류탑(64)으로 이송된 제2 분획은 비양자성 극성용매 풍부분획과 제2 물 풍부분획으로 분리되고, 비양자성 극성용매 풍부분획은 비양자성 극성용매 풍부분획 회수라인(57)에 의하여 제3 증류탑(64)의 탑저에서 제4 증류탑(65)으로 이송되고, 제2 물 풍부분획은 제2 물 풍부분획 회수라인(56)에 의하여 제3 증류탑(64)의 탑정에서 계 밖으로 배출된다. 이때, 상기 제3 증류탑(64)은 0.01 bar에서 탑저 온도가 200℃ 이하가 되게 하는 압력 조건으로 운전되는 것일 수 있다.
또한, 제4 증류탑(65)으로 이송된 비양자성 극성용매 풍부분획은 비양자성 극성용매와 고비점 폐기물로 분리되고, 비양자성 극성용매는 비양자성 극성용매 회수라인(58)에 의하여 제4 증류탑(65)의 탑정에서 계 밖으로 배출되고, 고비점 폐기물은 고비점 폐기물 회수라인(59)에 의하여 제4 증류탑(65)의 탑저에서 계 밖으로 배출된다. 이때, 상기 제4 증류탑(65)은 0.01 bar에서 탑저 온도가 200℃ 이하가 되게 하는 압력 조건으로 운전되는 것일 수 있다.
한편, 제4 증류탑(65) 탑정으로부터 회수된 비양자성 극성용매 적어도 일부는 비양자성 극성용매 순환라인(60)을 통하여 제1 증류탑(62)의 재비기 열원으로 사용되거나, 제2 증류탑(63)의 재비기 열원으로 사용되는 것일 수 있다. 이때, 상기 열원은 비양자성 극성용매 적어도 일부와 제2 분획 적어도 일분 간, 혹은 비양자성 극성용매 적어도 일부와 미반응 단량체 풍부분획 적어도 일부 간에 열교환을 통하여 제공되는 것일 수 있다. 또한, 상기 비양자성 극성용매 적어도 일부는 순환되어 제1 증류탑(62) 재비기 열원 혹은 제2 증류탑(63) 재비기 열원으로 사용된 후 제4 증류탑(65) 상부에 구비된 별도의 응축기에 의하여 응축되거나, 응축되지 않고 비양자성 극성용매 회수라인(58)을 통해 계 밖으로 배출될 수 있다.
또한, 상기 분리방법을 도 3에 나타낸 바와 같은 분리 시스템을 이용하여 수행하는 경우, 제1 증류탑(62) 탑저로부터 이송되어 제3 증류탑(64)으로 투입되는 제2 분획은 제3 증류탑(64)에 선(先)배치된 예열기(70)에 의하여 가열되고, 제4 증류탑(65) 탑정으로부터 회수된 비양자성 극성용매 적어도 일부는 비양자성 극성용매 순환라인(60)을 통하여 상기 예열기(70)의 열원으로 사용된 후, 제1 증류탑(62)의 재비기 열원으로 사용되는 것일 수 있다. 이때 이외 제1 증류탑(62), 제2 증류탑(63), 제3 증류탑(64) 및 제4 증류탑(65)에서의 모든 공정은 상기 도 1 또는 도 2와 같을 수 있다. 여기에서, 상기 열원은 비양자성 극성용매의 적어도 일부와 제2 분획 적어도 일부 간의 열교환을 통하여 제공되는 것일 수 있다. 한편, 상기 비양자성 극성용매의 적어도 일부는 상기 예열기(70) 및 제1 증류탑(62) 재비기 열원으로 사용된 후, 제4 증류탑(65) 상부에 구비된 별도의 응축기에 의하여 응축되거나, 응축되지 않고 비양자성 극성용매 회수라인(58)을 통해 계 밖으로 배출될 수 있다.
또한, 상기 분리방법을 도 4에 나타낸 바와 같은 분리 시스템을 이용하여 수행하는 경우, 제4 증류탑(65) 탑정으로부터 회수된 비양자성 극성용매 적어도 일부는 비양자성 극성용매 순환라인(60)을 통하여 제1 증류탑(62)의 재비기 열원으로 사용되고, 제1 증류탑(62) 탑정으로부터 회수된 제1 분획 적어도 일부는 제2 증류탑(63) 재비기 열원으로 사용되는 것일 수 있으며, 이때 이외 제1 증류탑(62), 제2 증류탑(63), 제3 증류탑(64) 및 제4 증류탑(65)에서의 모든 공정은 상기 도 1 또는 도 2와 같을 수 있다. 또한, 상기 열원은 비양자성 극성용매 적어도 일부와 제2 분획 적어도 일부 간의 열교환 및 제1 분획 적어도 일부와 미반응 단량체 풍부부획 적어도 일부 간의 열교환을 통하여 제공되는 것일 수 있다. 한편, 상기 비양자성 극성용매의 적어도 일부는 상기 제1 증류탑(62)의 열원으로 사용된 후 제4 증류탑(65) 상부에 구비된 별도의 응축기에 의하여 응축되거나, 응축되지 않고 비양자성 극성용매 회수라인(58)을 통해 계 밖으로 배출될 수 있고, 제1 분획 적어도 일부는 제2 증류탑(63) 재비기 열원으로 사용된 후 제1 증류탑(62) 상부에 구비된 응축기에 의하여 별도로 응축되거나, 응축되지 않고 제1 증류탑(62)으로 회수되거나 제1 분획 회수라인에 의해 제2 증류탑(63)으로 이송되는 것일 수 있다.
또한, 상기 분리방법을 도 5에 나타낸 바와 같은 분리 시스템을 이용하여 수행하는 경우, 제4 증류탑(65) 탑정으로부터 회수된 비양자성 극성용매 적어도 일부는 비양자성 극성용매 순환라인(60)을 통하여 제2 증류탑(62)의 재비기 열원으로 사용되고, 제2 증류탑(63) 탑정으로부터 회수된 제1 물 풍부분획 적어도 일부는 제3 증류탑(64)에 선(先)배치된 예열기(70)이 열원으로 사용된 후, 제1 증류탑(62) 재비기 열원으로 사용되는 것일 수 있으며, 이때 이외 제1 증류탑(62), 제2 증류탑(63), 제3 증류탑(64) 및 제4 증류탑(65)에서의 모든 공정은 상기 도 1 또는 도 2와 같을 수 있다. 또한, 상기 열원은 비양자성 극성용매 적어도 일부와 미반응 단량체 풍부분획 적어도 일부 간 및 제1 물 풍부분획 적어도 일부와 제2 분획 간의 열교환을 통하여 제공되는 것일 수 있다. 한편, 상기 비양자성 극성용매의 적어도 일부는 상기 제2 증류탑(63) 재비기의 열원으로 사용된 후 제4 증류탑(65) 상부에 구비된 별도의 응축기에 의하여 응축되거나, 응축되지 않고 바로 비양자성 극성용매 회수라인(58)을 통해 계 밖으로 배출될 수 있고, 제1 물 풍부분획 적어도 일부는 예열기(70)의 열원 및 제1 증류탑(62) 재비기 열원으로 사용된 후 제2 증류탑(63) 상부에 구비된 응축기에 의하여 별도로 응축되거나, 응축되지 않고 제2 증류탑(63)으로 회수되거나 제1 물 풍부분획 회수라인(54)에 의해 제1 증류탑(62)으로 이송되는 것일 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기 위한 것으로 이들 만으로 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
하기 실시예 및 비교예는 상용 공정모사 프로그램 ASPEN PLUS를 이용하여 본 발명에 따른 분리방법을 시뮬레이션 하였다. 시뮬레이션에 필요한 상수는 상기 프로그램 상에 내장되어 있는 값, 문헌상에 기재된 값 등을 사용하였다.
이때, 혼합용액은 미반응 단량체로 아크릴로니트릴, 메틸 아크릴레이트, 비양자성 극성용매로 디메틸술폭사이드, 및 물을 포함하는 것으로 설정하였다.
실시예 1
도 1에 나타낸 바와 같은 분리 시스템(100)을 이용하여 아크릴로니트릴을 포함하는 혼합용액으로부터 미반응 단량체인 아크릴로니트릴과 메틸 아크릴레이트의 분리공정을 수행하였다.
구체적으로, 아크릴로니트릴, 메틸 아크릴레이트, 디메틸설폭사이드 및 물을포함하는 혼합용액은 제1 증류탑(62)으로 공급되어 제1 분획과 제2 분획으로 분리되고, 상기 제1 분획은 제2 증류탑(63)에서 미반응 단량체(아크릴로니트릴 및 메틸 아크릴레이트) 풍부분획과 제1 물 풍부분획으로 분리되어 미반응 단량체 풍부분획은 미반응 단량체 풍부분획 회수라인(55)에 의하여 회수된다. 또한, 상기 제2 분획은 제3 증류탑(64)에서 비양자성 극성용매(디메틸설폭사이드) 풍부분획과 제2 물 풍부분획으로 분리되어 각각 비양자성 극성용매 풍부분획 회수라인(57) 및 제2 물 풍부분획 회수라인(56)에 의하여 회수되며, 제1 물 풍부분획은 제1 물 풍부분획 순환라인(54)에 의하여 제1 증류탑(62)으로 재도입된다. 또한, 비양자성 극성용매 풍부분획은 제4 증류탑(65)에서 비양자성 극성용매와 고비점 폐기물로 분리되어 각각 비양자성 극성용매 회수라인(58) 및 고비점 폐기물 회수라인(59)에 의하여 회수된다. 이때, 제4 증류탑(65) 탑정으로부터 회수된 고온의 비양자성 극성용매 적어도 일부는 비양자성 극성용매 순환라인(60)을 통해 제1 증류탑(62)의 재비기 열원으로 사용되었다. 이때, 상기 혼합용액은 4 bar, 55℃의 상태로 총 365.88 kg/hr(아크릴로니트릴 2.17 kg/hr, 메틸 아크릴레이트 0.15 kg/hr, 물 237.17 kg/hr 및 디메틸설폭사이드 126.13 kg/hr)로 제1 증류탑(62)에 도입되도록 설정하고, 제1 증류탑(62), 제2 증류탑(63), 제3 증류탑(64) 및 제4 증류탑(65)을 하기 표 1에 나타낸 바와 같은 온도 및 압력으로 설정하였으며, 최종적으로 미반응 단량체의 회수율은 99.9%이었다.
한편, 하기 표 1에 각 증류탑에서의 온도 및 압력 설정 값과 각 증류탑의 재비기 및 응축기 열량(소비량)을 나타내었다.
| 구분 | 제1 증류탑 | 제2 증류탑 | 제3 증류탑 | 제4 증류탑 | ||||
| 탑정 | 탑저 | 탑정 | 탑저 | 탑정 | 탑저 | 탑정 | 탑저 | |
| 온도(℃) | 50.4 | 73.7 | 54.7 | 60.8 | 43 | 117 | 113.4 | 126.6 |
| 압력(bar) | 0.31 | 0.31 | 0.53 | 0.58 | 0.09 | 0.11 | 0.09 | 0.11 |
| 재비기 열량(kcal/hr) | 64,345 | 117,735 | 149,491 | 20,632 | ||||
| 응축기 열량(kcal/hr) | 81,449 | 116,107 | 150,610 | 0 | ||||
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 분리방법은 제4 증류탑 탑정으로부터 회수된 고온의 비양자성 극성용매 적어도 일부를 순환시켜 제1 증류탑의 재비기 열원으로 사용함으로써 제1 증류탑의 재비기의 열량을 줄이면서(후술하는 실시예 2 대비) 동시에 제4 증류탑에서 별도의 응축기 열량 사용 없이 공정이 원활히 수행됨을 확인하였다.
실시예 2
도 2에 나타낸 바와 같은 분리 시스템(100)을 이용하여 아크릴로니트릴을 포함하는 혼합용액으로부터 미반응 단량체인 아크릴로니트릴과 메틸 아크릴레이트의 분리공정을 수행하였다.
구체적으로, 아크릴로니트릴, 메틸 아크릴레이트, 디메틸설폭사이드 및 물을포함하는 혼합용액은 제1 증류탑(62)으로 공급되어 제1 분획과 제2 분획으로 분리되고, 상기 제1 분획은 제2 증류탑(63)에서 미반응 단량체(아크릴로니트릴 및 메틸 아크릴레이트) 풍부분획과 제1 물 풍부분획으로 분리되어 미반응 단량체 풍부분획은 미반응 단량체 풍부분획 회수라인(55)에 의하여 회수된다. 또한, 상기 제2 분획은 제3 증류탑(64)에서 비양자성 극성용매(디메틸설폭사이드) 풍부분획과 제2 물 풍부분획으로 분리되어 각각 비양자성 극성용매 풍부분획 회수라인(57) 및 제2 물 풍부분획 회수라인(56)에 의하여 회수되며, 제1 물 풍부분획은 제1 물 풍부분획 순환라인(54)에 의하여 제1 증류탑(62)으로 재도입된다. 또한, 비양자성 극성용매 풍부분획은 제4 증류탑(65)에서 비양자성 극성용매와 고비점 폐기물로 분리되어 각각 비양자성 극성용매 회수라인(58) 및 고비점 폐기물 회수라인(59)에 의하여 회수된다. 이때, 제4 증류탑(65) 탑정으로부터 회수된 고온의 비양자성 극성용매 적어도 일부는 비양자성 극성용매 순환라인(60)을 통해 제2 증류탑(63)의 재비기 열원으로 사용되었다. 이때, 상기 혼합용액은 실시예 1과 동일한 조건으로 제1 증류탑(62)에 도입되도록 설정하고, 제1 증류탑(62), 제2 증류탑(63), 제3 증류탑(64) 및 제4 증류탑(65)을 하기 표 2에 나타낸 바와 같은 온도 및 압력으로 설정하였으며, 최종적으로 미반응 단량체의 회수율은 99.9%이었다.
한편, 하기 표 2에 각 증류탑에서의 온도 및 압력 설정 값과 각 증류탑의 재비기 및 응축기 열량(소비량)을 나타내었다.
| 구분 | 제1 증류탑 | 제2 증류탑 | 제3 증류탑 | 제4 증류탑 | ||||
| 탑정 | 탑저 | 탑정 | 탑저 | 탑정 | 탑저 | 탑정 | 탑저 | |
| 온도(℃) | 50.4 | 73.7 | 54.7 | 60.8 | 43 | 117 | 113.4 | 126.6 |
| 압력(bar) | 0.31 | 0.31 | 0.53 | 0.58 | 0.09 | 0.11 | 0.09 | 0.11 |
| 재비기 열량(kcal/hr) | 85.685 | 96,395 | 149,491 | 20,632 | ||||
| 응축기 열량(kcal/hr) | 81,449 | 116,107 | 150,610 | 0 | ||||
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 분리방법은 제4 증류탑 탑정으로부터 회수된 고온의 비양자성 극성용매 적어도 일부를 순환시켜 제2 증류탑의 재비기 열원으로 사용함으로써 제2 증류탑의 재비기의 열량을 줄이면서(실시예 1 대비) 동시에 제4 증류탑에서 별도의 응축기 열량 사용 없이 공정이 원활히 수행됨을 확인하였다.
실시예 3
도 3에 나타낸 바와 같은 분리 시스템(100)을 이용하여 아크릴로니트릴을 포함하는 혼합용액으로부터 미반응 단량체인 아크릴로니트릴과 메틸 아크릴레이트의 분리공정을 수행하였다.
구체적으로, 아크릴로니트릴, 메틸 아크릴레이트, 디메틸설폭사이드 및 물을포함하는 혼합용액은 제1 증류탑(62)으로 공급되어 제1 분획과 제2 분획으로 분리되고, 상기 제1 분획은 제2 증류탑(63)에서 미반응 단량체(아크릴로니트릴 및 메틸 아크릴레이트) 풍부분획과 제1 물 풍부분획으로 분리되어 미반응 단량체 풍부분획은 미반응 단량체 풍부분획 회수라인(55)에 의하여 회수된다. 또한, 상기 제2 분획은 제3 증류탑(64)에서 비양자성 극성용매(디메틸설폭사이드) 풍부분획과 제2 물 풍부분획으로 분리되어 각각 비양자성 극성용매 풍부분획 회수라인(57) 및 제2 물 풍부분획 회수라인(56)에 의하여 회수되며, 제1 물 풍부분획은 제1 물 풍부분획 순환라인(54)에 의하여 제1 증류탑(62)으로 재도입된다. 또한, 비양자성 극성용매 풍부분획은 제4 증류탑(65)에서 비양자성 극성용매와 고비점 폐기물로 분리되어 각각 비양자성 극성용매 회수라인(58) 및 고비점 폐기물 회수라인(59)에 의하여 회수된다. 이때, 제2 분획은 제3 증류탑(64)로 투입되기 전에 제3 증류탑(64)에 선배치된 예열기(70)에 의하여 가열되어 투입되었으며, 제4 증류탑(65) 탑정으로부터 회수된 고온의 비양자성 극성용매 적어도 일부는 비양자성 극성용매 순환라인(60)을 통해 상기 예열기(70)의 열원으로 사용되고 다시 제1 증류탑(62)의 재비기 열원으로 사용되었다. 이때, 상기 혼합용액은 실시예 1과 동일한 조건으로 제1 증류탑(62)에 도입되도록 설정하고, 제1 증류탑(62), 제2 증류탑(63), 제3 증류탑(64) 및 제4 증류탑(65)을 하기 표 3에 나타낸 바와 같은 온도 및 압력으로 설정하였으며, 최종적으로 미반응 단량체의 회수율은 99.9%이었다.
한편, 하기 표 3에 각 증류탑에서의 온도 및 압력 설정 값과 각 증류탑의 재비기 및 응축기 열량(소비량)을 나타내었다.
| 구분 | 제1 증류탑 | 제2 증류탑 | 제3 증류탑 | 제4 증류탑 | ||||
| 탑정 | 탑저 | 탑정 | 탑저 | 탑정 | 탑저 | 탑정 | 탑저 | |
| 온도(℃) | 50.4 | 73.7 | 54.7 | 60.8 | 43 | 117 | 113.4 | 126.6 |
| 압력(bar) | 0.31 | 0.31 | 0.53 | 0.58 | 0.09 | 0.11 | 0.09 | 0.11 |
| 재비기 열량(kcal/hr) | 72,926 | 117,735 | 140,911 | 20,632 | ||||
| 응축기 열량(kcal/hr) | 81,449 | 116,107 | 150,6010 | 0 | ||||
상기 표 3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 분리방법은 제4 증류탑 탑정으로부터 회수된 고온의 비양자성 극성용매 적어도 일부를 순환시켜 예열기 및 제1 증류탑의 재비기 열원으로 사용함으로써 제1 증류탑 및 제3 증류탑의 재비기의 열량을 줄이면서(실시예 2 대비) 동시에 제4 증류탑에서 별도의 응축기 열량 사용 없이 공정이 원활히 수행됨을 확인하였다.
실시예 4
도 4에 나타낸 바와 같은 분리 시스템(100)을 이용하여 아크릴로니트릴을 포함하는 혼합용액으로부터 미반응 단량체인 아크릴로니트릴과 메틸 아크릴레이트의 분리공정을 수행하였다.
구체적으로, 아크릴로니트릴, 메틸 아크릴레이트, 디메틸설폭사이드 및 물을포함하는 혼합용액은 제1 증류탑(62)으로 공급되어 제1 분획과 제2 분획으로 분리되고, 상기 제1 분획은 제2 증류탑(63)에서 미반응 단량체(아크릴로니트릴 및 메틸 아크릴레이트) 풍부분획과 제1 물 풍부분획으로 분리되어 미반응 단량체 풍부분획은 미반응 단량체 풍부분획 회수라인(55)에 의하여 회수된다. 또한, 상기 제2 분획은 제3 증류탑(64)에서 비양자성 극성용매(디메틸설폭사이드) 풍부분획과 제2 물 풍부분획으로 분리되어 각각 비양자성 극성용매 풍부분획 회수라인(57) 및 제2 물 풍부분획 회수라인(56)에 의하여 회수되며, 제1 물 풍부분획은 제1 물 풍부분획 순환라인(54)에 의하여 제1 증류탑(62)으로 재도입된다. 또한, 비양자성 극성용매 풍부분획은 제4 증류탑(65)에서 비양자성 극성용매와 고비점 폐기물로 분리되어 각각 비양자성 극성용매 회수라인(58) 및 고비점 폐기물 회수라인(59)에 의하여 회수된다. 이때, 제4 증류탑(65) 탑정으로부터 회수된 고온의 비양자성 극성용매 적어도 일부는 비양자성 극성용매 순환라인(60)을 통해 제1 증류탑(62)의 재비기 열원으로 사용되고 제1 증류탑(62) 탑정으로부터 회수된 고온의 제1 분획의 적어도 일부는 제1 분획 순환라인(71)을 통해 제2 증류탑(63)의 재비기 열원으로 사용되었다. 이때, 상기 혼합용액은 실시예 1과 동일한 조건으로 제1 증류탑(62)에 도입되도록 설정하고, 제1 증류탑(62), 제2 증류탑(63), 제3 증류탑(64) 및 제4 증류탑(65)을 하기 표 4에 나타낸 바와 같은 온도 및 압력으로 설정하였으며, 최종적으로 미반응 단량체의 회수율은 99.9%이었다.
한편, 하기 표 4에 각 증류탑에서의 온도 및 압력 설정 값과 각 증류탑의 재비기 및 응축기 열량(소비량)을 나타내었다.
| 구분 | 제1 증류탑 | 제2 증류탑 | 제3 증류탑 | 제4 증류탑 | ||||
| 탑정 | 탑저 | 탑정 | 탑저 | 탑정 | 탑저 | 탑정 | 탑저 | |
| 온도(℃) | 88.6 | 103.8 | 41.0 | 47.6 | 43 | 117 | 113.4 | 126.6 |
| 압력(bar) | 1 | 1.01 | 0.3 | 0.35 | 0.09 | 0.11 | 0.09 | 0.11 |
| 재비기 열량(kcal/hr) | 153,124 | 0 | 139,623 | 20,632 | ||||
| 응축기 열량(kcal/hr) | 42,522 | 116,161 | 150,601 | 0 | ||||
상기 표 4에 나타난 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 분리방법은 제4 증류탑 탑정으로부터 회수된 고온의 비양자성 극성용매 적어도 일부를 순환시켜 제1 증류탑의 재비기 열원으로 사용하고, 제1 증류탑 탑정으로부터 회수된 고온의 제1 분획의 적어도 일부를 순환시켜 제2 증류탑의 재비기 열원으로 사용함으로써 제1 증류탑 및 제2 증류탑의 재비기의 열량을 줄이거나 별도의 재비기 열량을 사용하지 않으면서 제4 증류탑에서 별도의 응축기 열량 사용 없이 공정이 원활히 수행됨을 확인하였다.
실시예 5
도 5에 나타낸 바와 같은 분리 시스템(100)을 이용하여 아크릴로니트릴을 포함하는 혼합용액으로부터 미반응 단량체인 아크릴로니트릴과 메틸 아크릴레이트의 분리공정을 수행하였다.
구체적으로, 아크릴로니트릴, 메틸 아크릴레이트, 디메틸설폭사이드 및 물을포함하는 혼합용액은 제1 증류탑(62)으로 공급되어 제1 분획과 제2 분획으로 분리되고, 상기 제1 분획은 제2 증류탑(63)에서 미반응 단량체(아크릴로니트릴 및 메틸 아크릴레이트) 풍부분획과 제1 물 풍부분획으로 분리되어 미반응 단량체 풍부분획은 미반응 단량체 풍부분획 회수라인(55)에 의하여 회수된다. 또한, 상기 제2 분획은 제3 증류탑(64)에서 비양자성 극성용매(디메틸설폭사이드) 풍부분획과 제2 물 풍부분획으로 분리되어 각각 비양자성 극성용매 풍부분획 회수라인(57) 및 제2 물 풍부분획 회수라인(56)에 의하여 회수되며, 제1 물 풍부분획은 제1 물 풍부분획 순환라인(54)에 의하여 제1 증류탑(62)으로 재도입된다. 또한, 비양자성 극성용매 풍부분획은 제4 증류탑(65)에서 비양자성 극성용매와 고비점 폐기물로 분리되어 각각 비양자성 극성용매 회수라인(58) 및 고비점 폐기물 회수라인(59)에 의하여 회수된다. 이때, 제2 분획은 제3 증류탑(64)로 투입되기 전에 제3 증류탑(64)에 선배치된 예열기(70)에 의하여 가열되어 투입되었으며, 제4 증류탑(65) 탑정으로부터 회수된 고온의 비양자성 극성용매 적어도 일부는 비양자성 극성용매 순환라인(60)을 통해 제2 증류탑(63)의 재비기 열원으로 사용되고 제2 증류탑(63) 탑정으로부터 회수된 고온의 제1 물 풍부분획의 적어도 일부는 제1 물 풍부분획 순환라인(72)을 통해 제1 증류탑(62)의 재비기 및 상기 예열기 열원으로 사용되었다. 이때, 상기 혼합용액은 실시예 1과 동일한 조건으로 제1 증류탑(62)에 도입되도록 설정하고, 제1 증류탑(62), 제2 증류탑(63), 제3 증류탑(64) 및 제4 증류탑(65)을 하기 표 5에 나타낸 바와 같은 온도 및 압력으로 설정하였으며, 최종적으로 미반응 단량체의 회수율은 99.9%이었다.
한편, 하기 표 5에 각 증류탑에서의 온도 및 압력 설정 값과 각 증류탑의 재비기 및 응축기 열량(소비량)을 나타내었다.
| 구분 | 제1 증류탑 | 제2 증류탑 | 제3 증류탑 | 제4 증류탑 | ||||
| 탑정 | 탑저 | 탑정 | 탑저 | 탑정 | 탑저 | 탑정 | 탑저 | |
| 온도(℃) | 39.1 | 64.3 | 86.7 | 93.4 | 43 | 117 | 113.4 | 126.6 |
| 압력(bar) | 0.2 | 0.21 | 1.6 | 1.65 | 0.09 | 0.11 | 0.09 | 0.11 |
| 재비기 열량(kcal/hr) | 0 | 97,021 | 147,474 | 20,632 | ||||
| 응축기 열량(kcal/hr) | 73,656 | 36,746 | 150,601 | 0 | ||||
상기 표 5에 나타난 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 분리방법은 제4 증류탑 탑정으로부터 회수된 고온의 비양자성 극성용매 적어도 일부를 순환시켜 제2 증류탑의 재비기 열원으로 사용하고, 제2 증류탑 탑정으로부터 회수된 고온의 제1 물 풍부분획의 적어도 일부를 순환시켜 제3 증류탑의 예열기 및 제1 증류탑의 재비기 열원으로 사용함으로써 제1 증류탑 및 제3 증류탑의 재비기의 열량을 줄이거나 별도의 재비기 열량을 사용하지 않으면서 제4 증류탑에서 별도의 응축기 열량 사용 없이 공정이 원활히 수행됨을 확인하였다.
비교예
도 6에 나타낸 바와 같은 분리 시스템(10)을 이용하여 아크릴로니트릴을 포함하는 혼합용액으로부터 미반응 단량체인 아크릴로니트릴 및 메틸 아크릴레이트를 분리하였다.
구체적으로, 아크릴로니트릴, 메틸 아크릴레이트, 디메틸설폭사이드 및 물을포함하는 혼합용액은 제1 증류탑(22)으로 공급되어 제1 분획과 제2 분획으로 분리되고, 상기 제1 분획은 제2 증류탑(23)에서 미반응 단량체(아크릴로니트릴 및 메틸 아크릴레이트) 풍부분획과 제1 물 풍부분획으로 분리되어 미반응 단량체 풍부분획은 미반응 단량체 풍부분획 회수라인(15)에 의하여 회수된다. 또한, 상기 제2 분획은 제3 증류탑(24)에서 비양자성 극성용매(디메틸설폭사이드) 풍부분획과 제2 물 풍부분획으로 분리되어 각각 비양자성 극성용매 풍부분획 회수라인(17) 및 제2 물 풍부분획 회수라인(16)에 의하여 회수되며, 제1 물 풍부분획은 제1 물 풍부분획 순환라인(14)에 의하여 제1 증류탑(22)으로 재도입된다. 또한, 비양자성 극성용매 풍부분획은 제4 증류탑(25)에서 비양자성 극성용매와 고비점 폐기물로 분리되어 각각 비양자성 극성용매 회수라인(18) 및 고비점 폐기물 회수라인(19)에 의하여 회수된다. 이때, 상기 혼합용액은 실시예 1과 동일한 조건으로 제1 증류탑(22)에 도입되도록 설정하고, 제1 증류탑(22), 제2 증류탑(23), 제3 증류탑(24) 및 제4 증류탑(25)을 하기 표 6에 나타낸 바와 같은 온도 및 압력으로 설정하였으며, 최종적으로 미반응 단량체의 회수율은 99.9%이었다.
한편, 하기 표 6에 각 증류탑에서의 온도 및 압력 설정 값과 각 증류탑의 재비기 및 응축기 열량(소비량)을 나타내었다.
| 구분 | 제1 증류탑 | 제2 증류탑 | 제3 증류탑 | 제4 증류탑 | ||||
| 탑정 | 탑저 | 탑정 | 탑저 | 탑정 | 탑저 | 탑정 | 탑저 | |
| 온도(℃) | 40.1 | 73.8 | 49.4 | 60.8 | 38.1 | 119.4 | 107.2 | 166.3 |
| 압력(bar) | 2 | 1.9 | 2 | 0.577 | 0.067 | 2 | 0.067 | 0.107 |
| 재비기 열량(kcal/hr) | 85,685 | 117,735 | 149,491 | 20,632 | ||||
| 응축기 열량(kcal/hr) | 81,449 | 116,107 | 150,610 | 21,340 | ||||
상기 표 1 내지 표 6에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 실시예 1 내지 실시예 3의 분리방법에서는 각각 총 재비기 열량(소비량)이 352,203 kcal/hr, 로, 비교예의 분리방법에서의 총 재비기 열량 373,543 kcal/hr 대비 21,340 kcal/hr(약 6% 해당)가 감소되는 것을 확인하였다. 또한, 실시예 4 및 5의 분리방법에서는 각각 총 재비기 열량이 313,379 kcal/hr 및 265,127 kcal/hr로, 비교예의 분리방법에서의 총 재비기 열량 373,543 kcal/hr 대비 각각 60,164 kcal/hr(약 16%) 및 108,46 kcal/hr(약 29%)가 감소되는 것을 확인하였다.
10, 100: 분리 시스템 22, 62: 제1 증류탑
23, 63: 제2 증류탑 24, 64: 제3 증류탑
25, 65: 제4 증류탑 11, 51: 공급라인
12, 52: 제1 분획 회수라인 13, 53: 제2 분획 회수라인
14, 54: 제1 물 풍부분획 회수라인
15, 55: 미반응 단량체 풍부분획 회수라인
16, 56: 제2 물 풍부분획 회수라인
17, 57: 비양자성 극성용매 풍부분획 회수라인
18, 58: 비양자성 극성용매 회수라인
19, 59: 고비점 폐기물 회수라인
60: 비양자성 극성용매 순환라인
70: 예열기 71: 제1 분획 순환라인
72: 제1 물 풍부분획 순환라인
23, 63: 제2 증류탑 24, 64: 제3 증류탑
25, 65: 제4 증류탑 11, 51: 공급라인
12, 52: 제1 분획 회수라인 13, 53: 제2 분획 회수라인
14, 54: 제1 물 풍부분획 회수라인
15, 55: 미반응 단량체 풍부분획 회수라인
16, 56: 제2 물 풍부분획 회수라인
17, 57: 비양자성 극성용매 풍부분획 회수라인
18, 58: 비양자성 극성용매 회수라인
19, 59: 고비점 폐기물 회수라인
60: 비양자성 극성용매 순환라인
70: 예열기 71: 제1 분획 순환라인
72: 제1 물 풍부분획 순환라인
Claims (13)
1) 제1 증류탑에 미반응 단량체, 비양자성 극성용매 및 물을 포함하는 혼합용액을 투입하고, 탑정으로부터 미반응 단량체 및 제1 물 분획을 포함하는 제1 분획을 회수하고 탑저로부터 비양자성 극성용매 및 제2 물 분획을 포함하는 제2 분획을 회수하는 단계;
2) 상기 제1 분획을 제2 증류탑에 투입하고 탑정으로부터 제1 물 풍부분획을, 탑저로부터 미반응 단량체 풍부분획을 회수하는 단계;
3) 상기 제2 분획을 제3 증류탑에 투입하여 탑정으로부터 제2 물 풍부분획을, 탑저로부터 비양자성 극성용매 풍부분획을 회수하는 단계; 및
4) 상기 비양자성 극성용매 풍부분획을 제4 증류탑에 투입하여 탑정으로부터 비양자성 극성용매를 회수하는 단계를 포함하고,
상기 비양자성 극성용매는 디메틸설폭사이드(DMSO), 디메틸아세트아미드(DMAC) 또는 디메틸포름아미드(DMF)이고,
상기 제1 증류탑, 제2 증류탑, 제3 증류탑 및 제4 증류탑은 각각 응축기와재비기가 구비되어 있고,
상기 제4 증류탑 탑정으로부터 회수된 비양자성 극성용매의 적어도 일부를제1 증류탑의 재비기 또는 제2 증류탑의 재비기의 열원으로 사용하는 것인 미반응 단량체의 분리방법.
2) 상기 제1 분획을 제2 증류탑에 투입하고 탑정으로부터 제1 물 풍부분획을, 탑저로부터 미반응 단량체 풍부분획을 회수하는 단계;
3) 상기 제2 분획을 제3 증류탑에 투입하여 탑정으로부터 제2 물 풍부분획을, 탑저로부터 비양자성 극성용매 풍부분획을 회수하는 단계; 및
4) 상기 비양자성 극성용매 풍부분획을 제4 증류탑에 투입하여 탑정으로부터 비양자성 극성용매를 회수하는 단계를 포함하고,
상기 비양자성 극성용매는 디메틸설폭사이드(DMSO), 디메틸아세트아미드(DMAC) 또는 디메틸포름아미드(DMF)이고,
상기 제1 증류탑, 제2 증류탑, 제3 증류탑 및 제4 증류탑은 각각 응축기와재비기가 구비되어 있고,
상기 제4 증류탑 탑정으로부터 회수된 비양자성 극성용매의 적어도 일부를제1 증류탑의 재비기 또는 제2 증류탑의 재비기의 열원으로 사용하는 것인 미반응 단량체의 분리방법.
청구항 1에 있어서,
상기 분리방법은 제2 분획을 제3 증류탑에 투입하기 전에 예열기를 이용하여제2 분획을 가열하는 단계를 포함하고,
상기 제4 증류탑 탑정으로부터 회수된 비양자성 극성용매의 적어도 일부를 제1 증류탑의 재비기 열원으로 사용하되, 제1 증류탑의 재비기 열원으로 사용하기 전 상기 예열기의 열원으로 사용하는 것인 미반응 단량체의 분리방법.
상기 분리방법은 제2 분획을 제3 증류탑에 투입하기 전에 예열기를 이용하여제2 분획을 가열하는 단계를 포함하고,
상기 제4 증류탑 탑정으로부터 회수된 비양자성 극성용매의 적어도 일부를 제1 증류탑의 재비기 열원으로 사용하되, 제1 증류탑의 재비기 열원으로 사용하기 전 상기 예열기의 열원으로 사용하는 것인 미반응 단량체의 분리방법.
청구항 1에 있어서,
상기 분리방법은 제4 증류탑 탑정으로부터 회수된 비양자성 극성용매의 적어도 일부를 제1 증류탑의 재비기의 열원으로 사용하고,
제1 증류탑 탑정으로부터 회수된 제1 분획 적어도 일부를 제2 증류탑의 재비기 열원으로 사용하는 것인 미반응 단량체의 분리방법.
상기 분리방법은 제4 증류탑 탑정으로부터 회수된 비양자성 극성용매의 적어도 일부를 제1 증류탑의 재비기의 열원으로 사용하고,
제1 증류탑 탑정으로부터 회수된 제1 분획 적어도 일부를 제2 증류탑의 재비기 열원으로 사용하는 것인 미반응 단량체의 분리방법.
청구항 1에 있어서,
상기 분리방법은 제2 분획을 제3 증류탑에 투입하기 전에 예열기를 이용하여제2 분획을 가열하는 단계를 포함하고,
상기 제4 증류탑 탑정으로부터 회수된 비양자성 극성용매의 적어도 일부를 제2 증류탑의 재비기의 열원으로 사용하고,
제2 증류탑 탑정으로부터 회수된 제1 물 풍부분획 적어도 일부를 제1 증류탑의 재비기 및 상기 예열기의 열원으로 순차적으로 사용하는 것인 미반응 단량체의 분리방법.
상기 분리방법은 제2 분획을 제3 증류탑에 투입하기 전에 예열기를 이용하여제2 분획을 가열하는 단계를 포함하고,
상기 제4 증류탑 탑정으로부터 회수된 비양자성 극성용매의 적어도 일부를 제2 증류탑의 재비기의 열원으로 사용하고,
제2 증류탑 탑정으로부터 회수된 제1 물 풍부분획 적어도 일부를 제1 증류탑의 재비기 및 상기 예열기의 열원으로 순차적으로 사용하는 것인 미반응 단량체의 분리방법.
청구항 1에 있어서,
상기 미반응 단량체는 아크릴로니트릴을 70 중량% 이상 포함하는 것인 미반응 단량체의 분리방법.
상기 미반응 단량체는 아크릴로니트릴을 70 중량% 이상 포함하는 것인 미반응 단량체의 분리방법.
청구항 1에 있어서,
상기 미반응 단량체 풍부분획은 미반응 단량체를 90 중량%이상으로 포함하는 것인 미반응 단량체의 분리방법.
상기 미반응 단량체 풍부분획은 미반응 단량체를 90 중량%이상으로 포함하는 것인 미반응 단량체의 분리방법.
청구항 1에 있어서,
상기 분리방법은 미반응 단량체의 회수율이 99% 이상인 것인 미반응 단량체의 분리방법.
상기 분리방법은 미반응 단량체의 회수율이 99% 이상인 것인 미반응 단량체의 분리방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제2 증류탑 탑정으로부터 회수된 제1 물 풍부분획은 제1 증류탑으로 재순환되는 것인 미반응 단량체의 분리방법.
상기 제2 증류탑 탑정으로부터 회수된 제1 물 풍부분획은 제1 증류탑으로 재순환되는 것인 미반응 단량체의 분리방법.
청구항 1에 있어서,
상기 혼합용액은 폴리아크릴로니트릴계 섬유 제조공정 중 발생된 폐 용액인 것인 미반응 단량체의 분리방법.
상기 혼합용액은 폴리아크릴로니트릴계 섬유 제조공정 중 발생된 폐 용액인 것인 미반응 단량체의 분리방법.
아크릴로니트릴을 포함하는 미반응 단량체, 비양자성 극성용매 및 물을 포함하는 혼합용액으로부터 미반응 단량체 및 제1 물 분획을 포함하는 제1 분획과 비양자성 극성용매 및 제2 물 분획을 포함하는 제2 분획으로 분리시키는 제1 증류탑;
상기 제1 분획으로부터 제1 물 풍부분획과 미반응 단량체 풍부분획으로 분리시키는 제2 증류탑;
상기 제2 분획으로부터 비양자성 극성용매 풍부분획과 제2 물 풍부분획을 분리시키는 제3 증류탑; 및
상기 비양자성 극성용매 풍부분획으로부터 비양자성 극성용매를 분리시키는제4 증류탑을 포함하고,
상기 비양자성 극성용매는 디메틸설폭사이드(DMSO), 디메틸아세트아미드(DMAC) 또는 디메틸포름아미드(DMF)이고,
상기 제1 증류탑, 제2 증류탑, 제3 증류탑 및 제4 증류탑은 각각 탑의 상부에 응축기가 구비되어 있고, 탑의 하부에 재비기가 구비되어 있으며,
상기 제4 증류탑의 탑정에는 비양자성 극성용매 풍부분획 적어도 일부를 순환시키는 비양자성 극성용매 풍부분획 순환라인이 구비되어 있고,
상기 비양자성 극성용매 풍부분획 순환라인은 제1 증류탑 하부의 재비기 또는 제2 증류탑 하부의 재비기와 연결되어 있는 것인 미반응 단량체의 분리 시스템.
상기 제1 분획으로부터 제1 물 풍부분획과 미반응 단량체 풍부분획으로 분리시키는 제2 증류탑;
상기 제2 분획으로부터 비양자성 극성용매 풍부분획과 제2 물 풍부분획을 분리시키는 제3 증류탑; 및
상기 비양자성 극성용매 풍부분획으로부터 비양자성 극성용매를 분리시키는제4 증류탑을 포함하고,
상기 비양자성 극성용매는 디메틸설폭사이드(DMSO), 디메틸아세트아미드(DMAC) 또는 디메틸포름아미드(DMF)이고,
상기 제1 증류탑, 제2 증류탑, 제3 증류탑 및 제4 증류탑은 각각 탑의 상부에 응축기가 구비되어 있고, 탑의 하부에 재비기가 구비되어 있으며,
상기 제4 증류탑의 탑정에는 비양자성 극성용매 풍부분획 적어도 일부를 순환시키는 비양자성 극성용매 풍부분획 순환라인이 구비되어 있고,
상기 비양자성 극성용매 풍부분획 순환라인은 제1 증류탑 하부의 재비기 또는 제2 증류탑 하부의 재비기와 연결되어 있는 것인 미반응 단량체의 분리 시스템.
청구항 10에 있어서,
상기 비양자성 극성용매 순환라인은 제1 증류탑 하부 재비기와 연결되어 있되, 제3 증류탑에 구비된 예열기를 통과하여 제1 증류탑 하부 재비기와 연결되어 있는 것인 미반응 단량체의 분리 시스템.
상기 비양자성 극성용매 순환라인은 제1 증류탑 하부 재비기와 연결되어 있되, 제3 증류탑에 구비된 예열기를 통과하여 제1 증류탑 하부 재비기와 연결되어 있는 것인 미반응 단량체의 분리 시스템.
청구항 10에 있어서,
상기 제1 증류탑 탑정에는 제1 분획 적어도 일부를 순환시키는 제1 분획 순환라인이 구비되어 있고,
상기 제1 분획 순환라인은 제2 증류탑 하부 재비기와 연결되어 있는 것인 미반응 단량체의 분리 시스템.
상기 제1 증류탑 탑정에는 제1 분획 적어도 일부를 순환시키는 제1 분획 순환라인이 구비되어 있고,
상기 제1 분획 순환라인은 제2 증류탑 하부 재비기와 연결되어 있는 것인 미반응 단량체의 분리 시스템.
청구항 10에 있어서,
상기 제2 증류탑 탑정에는 제1 물 풍부분획 적어도 일부를 순환시키는 제1물 풍부분획 순환라인이 구비되어 있고,
상기 제1 물 풍부분획 순환라인은 제1 증류탑 하부 재비기 및 제3 증류탑에 구비된 예열기와 순차적으로 연결되어 있는 것인 미반응 단량체의 분리 시스템.
상기 제2 증류탑 탑정에는 제1 물 풍부분획 적어도 일부를 순환시키는 제1물 풍부분획 순환라인이 구비되어 있고,
상기 제1 물 풍부분획 순환라인은 제1 증류탑 하부 재비기 및 제3 증류탑에 구비된 예열기와 순차적으로 연결되어 있는 것인 미반응 단량체의 분리 시스템.
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| KR1020170181831A KR102386834B1 (ko) | 2017-12-28 | 2017-12-28 | 에너지 소비가 감소된 미반응 단량체를 포함하는 혼합용액으로부터 미반응 단량체의 분리방법 |
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