KR102467395B1 - 3-히드록시프로피온산의 탈수반응 생성물로부터 물을 제거하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 3-히드록시프로피온산의 탈수화 반응으로부터 생성된 물 및 아크릴산을 포함하는 반응 유출물 스트림을 유기 용매 스트림과 냉각 용기에서 접촉시켜 반응 유출물 스트림을 냉각시키는 단계; 상기 냉각 용기로부터 탑정 스트림 및 탑저 스트림을 얻는 단계, 상기 탑정 스트림에서의 물의 함량은 상기 탑저 스트림에서의 물의 함량보다 많고, 상기 탑정 스트림에서의 유기 용매의 함량은 상기 탑저 스트림에서의 유기 용매의 함량보다 많으며; 상기 탑정 스트림을 디캔터에서 유기상 및 수상으로 상분리하는 단계; 상기 유기상을 디캔터로부터 냉각 용기로 재순환시키는 단계; 및 상기 수상을 디캔터로부터 얻는 단계를 포함하는 3-히드록시프로피온산의 탈수화 반응 생성물로부터 물을 제거하는 방법을 제공한다.

Description

3-히드록시프로피온산의 탈수반응 생성물로부터 물을 제거하는 방법 {Method of removing water from products of dehydration reaction of 3-hydroxypropionic acid}
본 발명은 3-히드록시프로피온산의 탈수반응 생성물로부터 물을 제거하는 방법에 관한 것이다.
아크릴산은 카르복실산과 비닐기를 포함하는 가장 간단한 불포화카르복실산으로, 자체 무게의 5백 내지 1천 배 정도의 수분을 흡수할 수 있는 기능을 가진 합성 고분자 물질인 고흡수성 수지 (Super Absorbent Polymer, SAP)의 주원료이다. 고흡수성 수지는 생리용구로 실용화되기 시작해서, 현재는 어린이용 종이기저귀 등 위생용품 외에 원예용 토양 보수제, 토목, 건축용 지수재, 육묘용 시트, 식품유통분야에서의 신선도 유지제, 및 찜질용 등의 재료로 널리 사용되고 있다. 따라서, 기존의 흡수재들과 비교할 때 탁월한 흡수 능력을 갖는 것으로 알려진 고흡수성 수지 (Super Absorbent Polymer, SAP)는 그 활용 범위가 점점 넓어지고 있어 시장 가치가 높다고 할 수 있고, 그 원료로 사용되는 아크릴산 역시 중요한 시장 가치를 갖는다. 이 외에도 아크릴산은 아크릴섬유, 도료, 점·접착제, 코팅제 등 3000 여종의 다양한 용도에서 핵심 원료로 사용되고 있다.　
현재 아크릴산을 생산하는 방법으로는 화석연료로부터 얻어지는 프로필렌으로부터 아크롤레인을 거쳐 아크릴산을 생산하는 공정이 일반적이다. 한편 석유 파동 이후 석유 자원의 고갈에 대한 염려가 대두되었고, 이에 따라 석유가 아닌 자연 자원으로부터 연료 및 다양한 화학 원료 물질을 확보하는 것이 중요해지고 있다. 이는 석유자원의 고갈에 대한 대비뿐만 아니라 석유자원의 가격 변동과 독립적으로 산업 기반 물질을 안정적으로 확보하는 측면에서도 중요하다.
한편, 친환경 이슈가 대두되면서 바이오매스 전환 기술이 다양한 바이오 기반 원료물질을 사용할 수 있는 장점이 있어 각광을 받고 있다. 그 중 바이오매스 기반의 아크릴산의 새로운 공정에 대한 개발 수요가 증가하고 있으며 다양한 반응 경로가 존재하는데, 글리세롤 → 알릴알콜 → 3-히드록시프로피온산 (3-hydroxypropionic acid, 3-HP) → 아크릴산 경로가 그 중 하나이다.
3-히드록시프로피온산으로부터 아크릴산을 제조하는 공정은 경제적 관점에서 많은 단점을 가지고 있다. 이는 반드시 물에 고도로 희석된 조건하에서 실시되어야 하는 발효 반응을 수반한다. 또한, 아크릴산을 수득하기 위해서는, 아주 다량의 물을 매우 높은 에너지 비율을 들여 제거해야만 한다. 더욱이, 화석 물질로부터 생성되는 에너지가 물을 분리하기 위해 소비되므로, 바이오 기반 원료물질로부터 아크릴산을 생성하는 이점을 상쇄시킨다.
물을 포함하는 아크릴산 스트림으로부터 원하는 아크릴산 생성물을 정제 또는 분리하는 것은 증류, 추출 및/또는 결정화를 포함하는, 하나 이상의 공지되고, 익숙한 종래의 정제 공정에 의해 성취될 수 있다.
종래의 정제 공정 중 하나는 공비 증류를 이용하여 물을 포함하는 아크릴산 스트림으로부터 물을 제거하는 것이다. 공비 증류를 통해 물을 포함하는 아크릴산 스트림을 정제하는 것은 아크릴산 생성 분야에서 잘 공지되어 있다. 다양한 공비 증류 공정이 여러 공비제 (azeotropic agent)에 기초하여 수년간에 걸쳐 개발되었고, 예를 들어, 미국 특허 제3,798,264호는 공비제로 이소부틸 아세테이트 (IBAc)를 사용하는 것을 개시하고 있다. 공비 증류는 물과 아크릴산의 혼합물을 끓여서 물을 제거하는 개념으로서 과도한 유틸리티 (utility) 비용이 요구되어 경쟁력이 없다.
종래의 정제 공정 중 다른 하나는 추출 공정을 이용하여 물을 포함하는 아크릴산 스트림으로부터 물을 제거하는 것이다. 한국 공개특허 제2016-0030715호 ('715 특허)는 10~70℃의 아크릴산 수용액을 추출탑에서 소수성 추출 용매와 접촉시켜 수용액에 포함된 물을 제거하는 공정을 개시하고 있다. 3-HP 기상 탈수반응의 생성물은 약 350℃의 온도를 갖기 때문에, 상기 '715 특허의 추출 공정을 3-HP 기상 탈수반응의 생성물에 적용할 수 없다.
이에 본 발명에서는 상술한 문제점을 예의 검토한 결과, 3-히드록시프로피온산의 탈수반응에 의해 아크릴산을 제조하는 공정에 있어서, 3-히드록시프로피온산의 탈수반응 생성물을 물과 공비를 형성하는 유기 용매로 냉각시키면, 3-히드록시프로피온산의 탈수반응 생성물을 냉각시키는 것과 동시에 3-히드록시프로피온산의 탈수반응 생성물 중의 물을 제거할 수 있다는 점을 발견하였고, 본 발명은 이러한 발견에 기초하여 완성되었다.
따라서, 본 발명의 하나의 관점은 3-히드록시프로피온산의 탈수반응 생성물을 물과 공비를 형성하는 유기 용매와 접촉시켜 3-히드록시프로피온산의 탈수반응 생성물을 냉각시키고 3-히드록시프로피온산의 탈수반응 생성물에 포함된 물을 제거하는 방법을 제공하는데 있다.
상기 하나의 관점을 달성하기 위한 본 발명에 따른 3-히드록시프로피온산의 탈수화 반응 생성물로부터 물을 제거하는 방법은,
3-히드록시프로피온산의 탈수화 반응으로부터 생성된 물 및 아크릴산을 포함하는 반응 유출물 스트림을 유기 용매 스트림과 냉각 용기에서 접촉시켜 반응 유출물 스트림을 냉각시키는 단계;
상기 냉각 용기로부터 탑정 스트림 및 탑저 스트림을 얻는 단계, 상기 탑정 스트림에서의 유기 용매의 함량은 상기 탑저 스트림에서의 유기 용매의 함량보다 많으며;
상기 탑정 스트림을 디캔터에서 유기상 및 수상으로 상분리하는 단계;
상기 유기상을 디캔터로부터 냉각 용기로 재순환시키는 단계; 및
상기 수상을 디캔터로부터 얻는 단계를 포함한다.
예시적인 구체예에 있어서, 상기 반응 유출물 스트림에서 물의 함량은 40 중량% 내지 95 중량%일 수 있다.
예시적인 구체예에 있어서, 상기 탑정 스트림은 상기 반응 유출물 스트림에 포함된 물의 40 중량% 내지 80 중량%를 포함할 수 있고, 상기 탑저 스트림은 상기 반응 유출물 스트림에 포함된 물의 20 중량% 내지 60 중량%를 포함할 수 있다.
예시적인 구체예에 있어서, 상기 반응 유출물 스트림에 포함된 아크릴산의 1 ppm 내지 3 중량%는 상기 탑정 스트림에 포함되고, 상기 아크릴산의 잔부는 상기 탑저 스트림에 포함될 수 있다.
예시적인 구체예에 있어서, 상기 탑저 스트림에 포함된 유기 용매의 함량은 100 ppm 내지 7 중량%일 수 있고, 상기 탑저 스트림은 상기 유기 용매 스트림에 포함된 유기 용매의 95 중량% 내지 100 중량%를 포함할 수 있다.
예시적인 구체예에 있어서, 상기 유기 용매는 4-메틸-2-펜탄온 (4-methyl-2-pentanone), 톨루엔, o-자일렌 (o-xylene), 및 p-자일렌 (p-xylene)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
예시적인 구체예에 있어서, 상기 반응 유출물 스트림에 포함된 물 대 상기 유기 용매 스트림에 포함된 유기 용매의 중량비는 1 : 0.1 ~ 50일 수 있다.
예시적인 구체예에 있어서, 상기 냉각 용기는 -0.1 kg/㎠g ~ 2 kg/㎠g의 압력 및 38 ℃ ~ 120 ℃의 온도에서 운전될 수 있다.
예시적인 구체예에 있어서, 상기 디캔터는 38 ℃ ~ 60 ℃의 온도에서 운전될 수 있다.
예시적인 구체예에 있어서, 상기 반응 유출물 스트림을 냉각시키는 단계는 가용성 망간 이온, 가용성 구리 이온, 2,2,6,6-테트라메틸-1-피페리디닐옥시 (TEMPO), 4-하이드록시 TEMPO (4HT), 하이드로퀴논 (HQ), 하이드로 퀴논 메틸 에테르 (MeHQ, 및 페노티아진 (PTZ)로 이루어진 군에서 1종 이상 선택된 중합 억제제를 주입하는 단계를 더욱 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 3-히드록시프로피온산의 탈수화 반응 생성물로부터 물을 제거하는 방법은 아크릴산의 추출 공정 및 증류 공정의 전단에서 3-히드록시프로피온산의 탈수화 반응 생성물에 포함된 물의 양의 약 65 중량%을 제거함으로써 아크릴산의 추출 공정 및 증류 공정의 투자비 및 유틸리티 비용을 절감할 수 있다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부 도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 3-히드록시프로피온산의 탈수화 반응 생성물로부터 물을 제거하는 방법을 개략적으로 나타낸다.
본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하기 전에, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어서는 아니되며, 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예의 구성은 본 발명의 바람직한 하나의 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다. 아울러, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
3-하이드록시프로피온산을 탈수반응시켜 물 및 아크릴산을 포함하는 반응 생성물을 얻는 방법은 US 2007-0219391, US 2005-0222458, US 8198481, US 7754916 등에 개시되어 있으며, 이들의 개시내용은 본 명세서에 참고로 도입되고, 본 발명의 일부를 형성한다.
본 발명에서 제시한 방법은 냉각용기 및 유기 용매를 활용하여, 3-HP의 기상 (gas phase) 탈수반응 생성물의 온도를 낮추는 것과 동시에 냉각 용기의 오버헤드(O/H)로 다량의 물을 제거할 수 있으므로, 3-HP를 기상탈수반응을 통하여 아크릴산을 제조하는 방법에 적합하다.
아크릴산을 제조하는 3-하이드록시프로피온산의 탈수반응은 약 350℃에서 진행되는데, 반응 후 생성물이 반응 유출물 스트림으로서 반응기로부터 배출된다. 반응 유출물 스트림으로부터 아크릴산을 회수하게 위해서는 반응 유출물 스트림의 온도를 반드시 낮추어야, 상용화되어 있는 추출 공정을 통해 물을 제거하여 아크릴산을 제조할 수 있다.
3-하이드록시프로피온산의 탈수반응 후에 아크릴산은 온도에 민감하여 쉽게 중합화 (polymerization) 될 수 있으므로, 열 교환기의 수를 최소화하여 체류시간을 줄이는 것이 필요하다. 이를 고려하여, 본 발명에서는 냉각 용기에 반응 유출물 스트림 및 유기 용매를 도입하여 반응 유출물 스트림을 냉각시키고, 동시에 반응 유출물 스트림 내의 물을 제거한다. 본 명세서에서, 냉각 용기는 켄처 (quencher)와 동일한 의미를 가지며, 냉각 용기와 켄처는 서로 교환적으로 사용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 3-히드록시프로피온산의 탈수화 반응의 생성물을 반응 유출물 스트림 (100)으로서 냉각 용기 (1000)에 도입시키고, 유기 용매 스트림 (200)을 냉각 용기 (1000)에 도입시킨다.
반응 유출물 스트림 (100)의 온도는 300℃ 내지 450℃, 좀더 구체적으로는 330℃ 내지 420℃, 가장 구체적으로는 360℃ 내지 390℃이다. 유기 용매 스트림 (200)의 온도는 5℃ 내지 60℃, 좀더 구체적으로는 10℃ 내지 50℃, 가장 구체적으로는 20℃ 내지 40℃이다. 예시적인 구체예에 있어서, 반응 유출물 스트림 (100)은 열 회수를 위해 열교환기를 거쳐 감온되어, 예를 들면 약 170℃의 온도로 냉각 용기 (1000)로 들어갈 수 있다.
예시적 구체예에 있어서, 반응 유출물 스트림 (100)은 냉각 용기 (1000)의 하부로 도입되어 냉각 용기 (1000)의 상부로 이동하고, 유기 용매 스트림 (200)은 냉각 용기 (1000)의 상부로 도입되어 냉각 용기 (1000)의 하부로 이동하면서, 반응 유출물 스트림 (100)과 유기 용매 스트림 (200)은 접촉한다.
유기 용매 스트림 (200)은 반응 유출물 스트림 (100)과 접촉하여, 반응 유출물 스트림 (100)을 냉각시키고, 반응 유출물 스트림 (100) 내의 물과 공비를 형성하여 반응 유출물 스트림 (100) 내의 물과 함께 냉각 용기 (1000)의 상부로부터 탑정 스트림 (1001)으로서 배출된다. 즉, 반응 유출물 스트림 (100)은 유기 용매에 의해 냉각되면서, 동시에 유기 용매에 의해 물이 제거된다. 물의 양이 감소된 반응 유출물 스트림 (100)은 탑저 스트림 (1007)으로서 냉각 용기 (1000)로부터 배출된다.
따라서, 상기 탑정 스트림에서의 물의 함량은 상기 탑저 스트림에서의 물의 함량보다 많고, 상기 탑정 스트림에서의 유기 용매의 함량은 상기 탑저 스트림에서의 유기 용매의 함량보다 많다.
유기 용매는 물과 공비를 형성할 수 있고, 물과 상분리가 가능한 것으로서, 4-메틸-2-펜탄온 (4-methyl-2-pentanone), 톨루엔, o-자일렌 (o-xylene), 및 p-자일렌 (p-xylene)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상이다. 물의 양이 감소된, 반응 유출물 스트림 (100)은 냉각 용기 (1000)의 하부로부터 탑저 스트림 (1007)으로서 배출된다.
냉각 용기 (1000)는 -0.1 ~ 2 kg/㎠g, 구체적으로는 0.5 ~ 1 kg/㎠g, 좀더 구체적으로는 1.0 ~ 1.5 kg/㎠g의 압력에서 운전될 수 있다. 압력이 -0.1 kg/㎠g보다 작으면 과도한 감압조건으로 인해 운전이 어렵고, 2 kg/㎠g보다 크면 냉각 용기 (1000)의 컬럼 (Column) 내부의 온도 상승으로 인해 중합화 (Polymerization) 문제가 발생할 수 있다. kg/㎠g은 상대 압력 값으로서, 감압시 (-) 값을 가질 수 있다.
냉각 용기 (1000)는 38 ~ 120 ℃, 구체적으로는 50 ~ 100 ℃, 좀더 구체적으로는 70 ~ 90 ℃의 온도에서 운전된다. 온도가 38 ℃보다 작으면 냉각을 위해 냉매를 사용해야 하므로 인한 투자비가 과도하게 증가하고, 120 ℃보다 크면 중합화 문제가 발생할 수 있다.
또한, 아크릴산의 중합을 억제하기 위해, 상기 반응 유출물 스트림 (100)을 냉각시키는 단계는 가용성 망간 이온, 가용성 구리 이온, 2,2,6,6-테트라메틸-1-피페리디닐옥시 (TEMPO), 4-하이드록시 TEMPO (4HT), 하이드로퀴논 (HQ), 하이드로 퀴논 메틸 에테르 (MeHQ, 및 페토티아진 (PTZ)로 이루어진 군에서 1종 이상 선택된 중합 억제제 (anti-polymerizing agent)를 주입하는 단계를 더욱 포함할 수 있다.
유기 용매는 반응 유출물 스트림 (100) 내의 물을 제거하기에 적절한 양으로 냉각 용기 (1000)에 공급된다. 예를 들어, 상기 반응 유출물 스트림 (100)에 포함된 물의 중량 대 상기 유기 용매 스트림 (200)에 포함된 유기 용매의 중량의 비는 1 : 0.1 ~ 50, 구체적으로는 1 : 1 ~ 40, 좀더 구체적으로는 1 : 10 ~ 20이다. 유기 용매의 양은 상분리를 일으킬 정도로 공급되고, 다만, 그 양이 증가하면 후단 공정으로 가는 양이 늘어나게 되어 경제성이 떨어진다.
냉각 용기 (1000)로 도입되는 반응 유출물 스트림 (100) 내의 물은 유기 용매 스트림 (200)의 유기 용매와 공비를 형성하여 탑정 스트림 (1001)으로서 냉각 용기 (1000)로부터 배출된다. 탑정 스트림 (1001)은 반응 유출물 스트림 (100)에 포함된 물의 40 중량% 내지 80 중량%, 좀더 구체적으로는 50 중량% 내지 70 중량%, 가장 구체적으로는 63 중량% 내지 68 중량%를 포함할 수 있다. 탑저 스트림 (1007)은 반응 유출물 스트림 (100)에 포함된 물의 20 중량% 내지 60 중량%, 좀더 구체적으로는 30 중량% 내지 50 중량%, 가장 구체적으로는 32 중량% 내지 37 중량% 를 포함할 수 있다.
탑정 스트림 (1001)의 온도는 40℃ 내지 80℃, 좀더 구체적으로 50℃ 내지 70℃일 수 있다. 탑저 스트림 (1007) 온도는 50℃ 내지 120℃, 좀더 구체적으로 70℃ 내지 100℃일 수 있다.
냉각 용기 (1000)로 도입되는 반응 유출물 스트림 (100) 내의 아크릴산은 탑저 스트림 (1007)으로서 주로 배출되지만, 탑정 스트림 (1001)으로도 미량 배출될 수 있다. 예를 들어, 탑정 스트림 (1001)은 반응 유출물 스트림 (100)에 포함된 아크릴산의 0 중량% 내지 20 중량%, 구체적으로 0 중량% 내지 10 중량%, 좀더 구체적으로 0 중량% 내지 3 중량%, 가장 구체적으로 1 ppm 내지 3 중량%를 포함할 수 있고, 탑저 스트림 (1007)은 반응 유출물 스트림 (100)에 포함된 아크릴산의 80 중량% 내지 100 중량%, 구체적으로는 90 중량% 내지 100 중량%, 가장 구체적으로는 97 중량% 내지 100 중량% 미만을 포함할 수 있다.
냉각 용기 (1000)로 도입되는 유기 용매 스트림 (200) 내의 유기 용매는 반응 유출물 스트림 (100) 내의 물과 공비를 형성하여 탑정 스트림 (1001)으로서 냉각 용기 (1000)으로부터 배출될 수 있다. 예를 들어, 탑저 스트림 (1007)에 포함된 유기 용매의 함량은 100 ppm 내지 7 중량%일 수 있고, 탑저 스트림 (1007)은 유기 용매 스트림 (200)에 포함된 유기 용매의 95 중량% 이상 100 중량%이하를 포함할 수 있다.
탑정 스트림 (1001)은 디캔터 (2000)에 도입되어 유기상 및 수상으로 상분리된다. 디캔터 (2000)는 서로 섞이지 않는 액상을 중력 또는 원심력 등에 의해 분리하는 장치로서, 상대적으로 가벼운 상, 예를 들어 유기상은 디캔터의 상부로, 상대적으로 무거운 상, 예를 들어 수상은 디캔터의 하부로 회수된다.
디캔터 (2000)의 압력은 냉각 용기 (1000) 오바헤드 압력에서 열교환기 (3000)의 압력차가 반영되어 결정될 수 있다.
디캔터 (2000)는 38 ~ 60 ℃, 구체적으로는 38 ~ 55 ℃, 좀더 구체적으로는 38 ~ 42 ℃의 온도에서 운전될 수 있다. 온도가 38 ℃ 보다 작으면 냉각을 위해 냉매를 사용해야 하므로 투자비가 과도하게 증가하고, 60 ℃ 보다 크면 상 분리가 일어나지 않을 수 있다.
유기상은 탑정 탄화수소 스트림 (1003)으로서 디캔터 (2000)로부터 냉각 용기(1000)로 재순환되고, 수상은 탑정 물 스트림 (1005)으로서 디캔터로부터 배출된다.
한편, 냉각 용기 (1000)로부터 배출된 아크릴산을 포함하는 탑저 스트림 (1007)은 아크릴산 (AA)을 정제하기 위해 본 발명에 따른 공정의 후단에 위치한 추출 공정, 증류 공정과 같은 후단 분리 공정에 도입된다. 펌프 (300, 301, 302)를 이용하여 가압된 스트림 (1004, 1006, 1008)으로 이송할 수 있다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보지만, 하기 예에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
약 년 20만톤의 아크릴산 (AA)을 생산하는 공정을 가정했을 때, 탈수 반응 후 한 개의 열교환기를 거쳐 열 회수 후 반응 유출물 스트림 (100)은 아래 표 1에서 반응기 아웃렛 (Reactor Outlet)로 나타낸 바와 같다. 켄처 (Quencher) (1000)의 바텀 (BTM)으로 열교환기를 거쳐온 반응 유출물 스트림 (100)을 주입하고 오버헤드(OVHD)로 톨루엔 (200)을 주입한다. 켄처 (1000)의 이론단수는 10단이고 켄처의 오버헤드 및 바텀의 온도는 각각 64 ℃ 및 71 ℃이다. 디캔터 (2000)의 운전 압력 및 온도는 0.9 kg/㎠g 및 40 ℃ 이다. 물과 톨루엔을 포함한 켄처 오버헤드 가스 스트림 (1001)은 열교환기 (3000)를 거쳐 40 ℃ 까지 냉각되고, 디캔터 (2000)에서 물과 톨루엔은 수상과 유기상으로 상분리되고, 수상은 오버헤드에서 물 스트림 (1005)로서 배출되고, 유기상은 탄화수소 스트림 (1003)으로서 켄처의 오버헤드로 재순환된다. 켄처 (1000)의 바텀으로부터 아크릴산 (AA), 물 및 소량의 톨루엔을 포함한 스트림 (1007)이 얻어지고 이 스트림 (1007)은 아크릴산 (AA)을 생산하기 위한 후단 분리부로 보내진다. 기존의 상용화 기술을 활용하여 물을 제거한다면 3-HP 탈수 반응기의 생성물에서의 물량 90ton/hr 및 냉각 용기 (1000) (켄처)를 위한 추가 물량이 후단의 아크릴산 분리공정으로 가지만, 본 발명에 따르면, 이 물량을 약 51ton/hr 수준으로 줄일 수 있다.
Figure 112016126939427-pat00001
RXNEFF는 반응 유출물 스트림 (100)을 나타낸다. SOVENT는 유기 용매 스트림 (200)을 나타낸다.
이상 본 발명을 구체적인 실시 예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

Claims (10)

  1. 3-히드록시프로피온산의 탈수화 반응으로부터 생성된 물 및 아크릴산을 포함하고 170℃ 내지 450℃의 온도를 갖는 반응 유출물 스트림을 5℃ 내지 60℃의 온도를 갖는 유기 용매 스트림과 냉각 용기에서 접촉시켜 반응 유출물 스트림을 냉각시키는 단계;
    상기 냉각 용기로부터 탑정 스트림 및 탑저 스트림을 얻는 단계, 상기 탑정 스트림에서의 유기 용매의 함량은 상기 탑저 스트림에서의 유기 용매의 함량보다 많으며;
    상기 탑정 스트림을 디캔터에서 유기상 및 수상으로 상분리하는 단계;
    상기 유기상을 디캔터로부터 냉각 용기로 재순환시키는 단계; 및
    상기 수상을 디캔터로부터 얻는 단계를 포함하는 3-히드록시프로피온산의 탈수화 반응 생성물로부터 물을 제거하는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 반응 유출물 스트림에서 물의 함량은 40 중량% 내지 95 중량%인 3-히드록시프로피온산의 탈수화 반응 생성물로부터 물을 제거하는 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 탑정 스트림은 상기 반응 유출물 스트림에 포함된 물의 40 중량% 내지 80 중량%를 포함하고, 상기 탑저 스트림은 상기 반응 유출물 스트림에 포함된 물의 20 중량% 내지 60 중량%를 포함하는 3-히드록시프로피온산의 탈수화 반응 생성물로부터 물을 제거하는 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 반응 유출물 스트림에 포함된 아크릴산의 1 ppm 내지 3 중량%는 상기 탑정 스트림에 포함되고, 상기 아크릴산의 잔부는 상기 탑저 스트림에 포함되는 3-히드록시프로피온산의 탈수화 반응 생성물로부터 물을 제거하는 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 탑저 스트림에 포함된 유기 용매의 함량은 100 ppm 내지 7 중량%이고, 상기 탑저 스트림은 상기 유기 용매 스트림에 포함된 유기 용매의 95 중량% 내지 100 중량%를 포함하는 3-히드록시프로피온산의 탈수화 반응 생성물로부터 물을 제거하는 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 유기 용매는 4-메틸-2-펜탄온 (4-methyl-2-pentanone), 톨루엔, o-자일렌 (o-xylene), 및 p-자일렌 (p-xylene)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 3-히드록시프로피온산의 탈수화 반응 생성물로부터 물을 제거하는 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 반응 유출물 스트림에 포함된 물 대 상기 유기 용매 스트림에 포함된 유기 용매의 중량비는 1 : 0.1 ~ 50인 3-히드록시프로피온산의 탈수화 반응 생성물로부터 물을 제거하는 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉각 용기는 -0.1 kg/㎠g ~ 2 kg/㎠g의 압력 및 38 ℃ ~ 120 ℃의 온도에서 운전되는 3-히드록시프로피온산의 탈수화 반응 생성물로부터 물을 제거하는 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 디캔터는 38 ℃ ~ 60 ℃의 온도에서 운전되는 3-히드록시프로피온산의 탈수화 반응 생성물로부터 물을 제거하는 방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 반응 유출물 스트림을 냉각시키는 단계는 가용성 망간 이온, 가용성 구리 이온, 2,2,6,6-테트라메틸-1-피페리디닐옥시 (TEMPO), 4-하이드록시 TEMPO (4HT), 하이드로퀴논 (HQ), 하이드로 퀴논 메틸 에테르 (MeHQ, 및 페노티아진 (PTZ)로 이루어진 군에서 1종 이상 선택된 중합 억제제를 주입하는 단계를 더욱 포함하는 3-히드록시프로피온산의 탈수화 반응 생성물로부터 물을 제거하는 방법.
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