KR102584926B1 - 미반응 비닐 아세테이트의 회수 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 미반응 비닐 아세테이트의 회수 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면 폴리(에틸렌 비닐 아세테이트)의 제조 과정에서 발생하는 미반응 비닐 아세테이트 함유 액체 혼합물로부터 고순도의 비닐 아세테이트를 효과적으로 회수할 수 있는 방법이 제공된다.

Description

미반응 비닐 아세테이트의 회수 방법{METHOD FOR RECOVERING UNREACTED VINYL ACETATE}
본 발명은 폴리(에틸렌 비닐 아세테이트)의 제조 과정에서 발생하는 미반응 비닐 아세테이트 단량체를 회수하는 방법에 관한 것이다.
폴리(에틸렌 비닐 아세테이트)는 우수한 탄성, 투명성 및 접착성을 가져 필름용 수지, 발포용 수지, 코팅용 수지 등 다양한 용도로 사용되고 있다.
폴리(에틸렌 비닐 아세테이트)는 에틸렌 및 비닐 아세테이트를 단량체로 한 중합 반응에 의해 제조된다. 폴리(에틸렌 비닐 아세테이트)를 얻는 중합 반응 공정에서는 미반응 단량체, 부산물, 개시제, 반응 용매, 저비점 불순물(lights), 및 고비점 불순물(heavies)을 포함한 액체 혼합물이 배출된다.
통상적으로, 상기 액체 혼합물에는 미반응 비닐 아세테이트가 90 중량% 이상으로 포함된다. 그에 따라, 상기 액체 혼합물에 포함된 미반응 비닐 아세테이트는 정제를 통해 회수되어 원료로 재사용된다.
고품질의 폴리(에틸렌 비닐 아세테이트)를 제조하기 위해서는 상기 정제를 통해 회수되어 원료로 재사용되는 비닐 아세테이트의 순도가 99 중량% 이상으로 유지되어야 한다.
그런데, 상기 액체 혼합물에 포함된 불순물들 중 아세톤, 터트-부탄올, 에틸 아세테이트 등은 상대 휘발도가 낮기 때문에, 일반적인 증류 공정으로 분리하기 어렵다. 그에 따라, 약 100 단 가량의 고단수 증류탑 등을 이용한 별도의 공정에서 상기 액체 혼합물의 정제를 수행하는 방법이 제안되었으나, 복잡한 설비와 높은 운전 비용이 요구되는 한계가 있다.
상기 증류 공정의 부담을 낮추고자, 상기 액체 혼합물의 정제 공정에 투입되는 피드를 물로 추출하여 수용성 불순물의 농도를 낮추고, 이를 통해 얻어진 추잔액을 증류하는 방법이 제안되었다. 하지만, 상기 불순물들은 미반응 비닐 아세테이트에 대해 높은 용해도를 나타내기 때문에, 상기 피드를 추출하는 전처리 공정에는 다량의 물이 요구된다. 또한, 상기 추잔액을 증류하는 공정에서 물과 비닐 아세테이트간의 공비 형성으로 인해 충분한 정제 효율을 얻을 수 없는 한계가 있다.
본 발명은 폴리(에틸렌 비닐 아세테이트)의 제조 과정에서 발생하는 미반응 비닐 아세테이트 함유 액체 혼합물로부터 고순도의 비닐 아세테이트를 효과적으로 회수할 수 있는 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 구현 예에 따르면,
에틸렌 및 비닐 아세테이트를 단량체로 한 중합 반응 후 배출되는 미반응 비닐 아세테이트, 저비점 불순물(lights) 및 고비점 불순물(heavies)을 포함한 액체 혼합물로부터 비닐 아세테이트를 회수하는 방법으로서,
(1) 상기 액체 혼합물을 포함한 피드(feed)를 제1 증류탑에서 증류하여, 상기 고비점 불순물을 포함한 바텀 스트림(bottom stream), 상기 저비점 불순물 및 상기 미반응 비닐 아세테이트 중 적어도 일부를 포함한 탑 스트림(top stream), 및 상기 미반응 비닐 아세테이트의 나머지를 포함한 사이드 스트림(side stream)을 얻는 단계,
(2) 상기 단계(1)에서 얻어진 상기 탑 스트림을 추출탑에서 추출 용매와 접촉시켜 비닐 아세테이트를 포함한 추잔액(raffinate solution)을 얻는 단계,
(3) 상기 단계(2)에서 얻어진 상기 비닐 아세테이트를 함유한 추잔액을 상기 단계(1)의 피드에 합류시키는 단계, 및
(4) 상기 단계(1)에서 얻어진 상기 사이드 스트림을 제2 증류탑에서 증류하여, 비닐 아세테이트를 포함한 바텀 스트림(bottom stream)을 얻는 단계
를 포함하는, 비닐 아세테이트의 회수 방법이 제공된다.
이하, 본 발명의 구현 예에 따른 비닐 아세테이트의 회수 방법에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 명세서에 사용되는 전문 용어는 단지 특정 구현예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 그리고, 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 '포함' 또는 '함유'의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 또는 성분의 부가를 제외시키는 것은 아니다.
본 명세서에서 '제1' 및 '제2'와 같이 서수를 포함한 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용되며, 상기 서수에 의한 구성요소의 한정을 의도하지 않는다.
본 발명은 에틸렌 및 비닐 아세테이트를 단량체로 한 중합 반응 후 배출되는 미반응 비닐 아세테이트, 저비점 불순물(lights) 및 고비점 불순물(heavies)을 포함한 액체 혼합물로부터 비닐 아세테이트를 회수하는 방법에 관한 것이다.
통상적으로, 상기 미반응 비닐 아세테이트는 증류를 통해 상기 액체 혼합물로부터 회수된다.
상기 증류는, 저비점 불순물과 고비점 불순물을 우선적으로 제거하는 1차 증류; 및 상기 1차 증류를 통해 얻어진 비닐 아세테이트가 풍부한 스트림을 다시 증류하여 비닐 아세테이트의 순도를 높이는 2차 증류로 진행될 수 있다.
그런데, 상기 액체 혼합물에 포함된 불순물들 중 아세톤, 터트-부탄올, 에틸 아세테이트 등은 상대 휘발도가 낮기 때문에, 상기 증류에는 약 100 단 가량의 고단수 증류탑이 요구된다.
그리고, 상기 액체 혼합물을 증류하는 증류탑의 상부에서는 물과 비닐 아세테이트간의 공비 형성으로 인해 탑 스트림으로 다량의 비닐 아세테이트가 배출되기 때문에, 사이드 스트림을 통한 비닐 아세테이트의 회수율이 저하된다.
상기 문제점을 보완하기 위해 증류탑의 리보일러 온도를 높일 경우 비닐 아세테이트의 반응성이 증대되어 증류탑 내에서 비닐 아세테이트의 이량체가 형성되는 등 파울링을 심화시킨다.
상기 증류 공정의 부담을 낮추고자, 도 1에 나타낸 바와 같이, 상기 액체 혼합물의 정제 공정에 투입되는 피드를 추출 용매(물)로 추출하여 수용성 불순물의 농도를 낮추고, 이를 통해 얻어진 추잔액을 제1 증류탑의 피드로 공급하여 증류하는 방법이 제안된 바 있다.
하지만, 상기 불순물들은 미반응 비닐 아세테이트에 대해 높은 용해도를 나타내기 때문에, 상기 피드를 추출하는 전처리 공정에 다량의 추출 용매(물)가 요구된다. 또한, 상기 추출시 추잔액에 포함된 물은 증류 공정에서 비닐 아세테이트와 공비를 형성하여 정제 효율 및 비닐 아세테이트의 순도를 저하시킨다.
그런데, 본 발명자들의 계속적인 연구 결과, 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 액체 혼합물을 포함한 피드를 제1 증류탑에서 증류하여 얻어지는 탑 스트림에 대해 추출을 수행하고, 그 추잔액을 상기 피드에 합류시키는 방법에 따를 경우, 고순도의 비닐 아세테이트를 효과적으로 회수할 수 있음이 확인되었다.
즉, 본 발명에 따른 상기 회수 방법에서는, 제1 증류탑의 피드에 대한 전처리로써 추출이 수행되는 종래의 방법과 달리, 제1 증류탑(100)의 탑 스트림(100-T)에 대해 추출이 수행된다.
상기 방법을 통해, 제1 증류탑에서 추출 용매(물)와 비닐 아세테이트간의 공비 형성으로 인한 정제 효율의 제약으로부터 벗어날 수 있다. 예를 들어, 본 발명에서는, 제1 증류탑에서 물과 비닐 아세테이트간의 공비 형성으로 인해 탑 스트림으로 버려지는 비닐 아세테이트의 대부분이 상기 탑 스트림에 대한 추출을 통해 회수될 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 상기 회수 방법에서는, 제1 증류탑에서 비닐 아세테이트의 회수율을 종래의 방법에서와 동일하게 유지한다고 가정할 경우, 제1 증류탑의 바텀 스트림의 배출량이 늘어나 리보일러의 온도와 운용 부담을 낮출 수 있고, 제1 증류탑 내에서 비닐 아세테이트의 이량체 형성이 억제될 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에 따르면,
에틸렌 및 비닐 아세테이트를 단량체로 한 중합 반응 후 배출되는 미반응 비닐 아세테이트, 저비점 불순물(lights) 및 고비점 불순물(heavies)을 포함한 액체 혼합물로부터 비닐 아세테이트를 회수하는 방법으로서,
(1) 상기 액체 혼합물을 포함한 피드(feed)를 제1 증류탑(100)에서 증류하여, 상기 고비점 불순물을 포함한 바텀 스트림(bottom stream, 100-B), 상기 저비점 불순물 및 상기 미반응 비닐 아세테이트 중 적어도 일부를 포함한 탑 스트림(top stream, 100-T), 및 상기 미반응 비닐 아세테이트의 나머지를 포함한 사이드 스트림(side stream, 100-S)을 얻는 단계,
(2) 상기 단계(1)에서 얻어진 상기 탑 스트림(100-T)을 추출탑(150)에서 추출 용매와 접촉시켜 비닐 아세테이트를 포함한 추잔액(raffinate solution)을 얻는 단계,
(3) 상기 단계(2)에서 얻어진 상기 비닐 아세테이트를 함유한 추잔액을 상기 단계(1)의 피드에 합류시키는 단계, 및
(4) 상기 단계(1)에서 얻어진 상기 사이드 스트림(100-S)을 제2 증류탑(200)에서 증류하여, 비닐 아세테이트를 포함한 바텀 스트림(bottom stream, 200-B)을 얻는 단계
를 포함하는, 비닐 아세테이트의 회수 방법이 제공된다.
상기 단계(1)은 상기 액체 혼합물을 포함한 피드를 제1 증류탑(100)에서 증류하는 단계이다.
상기 액체 혼합물은 에틸렌 및 비닐 아세테이트를 단량체로 한 중합 반응 후 배출되는 것이다. 예를 들어, 상기 액체 혼합물은 90 중량% 이상의 미반응 비닐 아세테이트와 10 중량% 미만의 불순물을 포함한다.
상기 불순물은 비닐 아세테이트보다 비점이 낮은 저비점 불순물(lights) 및 비닐 아세테이트보다 비점이 높은 고비점 불순물(heavies)을 포함한다. 구체적으로, 상기 불순물에는 상기 중합 반응에 이용된 개시제, 상기 중합 반응의 부산물(예를 들어 아세톤, 터트-부탄올 등), 상기 중합 반응의 원료에 포함되어 이던 불순물(예를 들어 에틸 아세테이트 등)이 포함될 수 있다.
상기 액체 혼합물을 포함한 피드는 제1 증류탑(100)에서 증류된다.
상기 제1 증류탑(100)의 구성은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 제1 증류탑(100)으로는 다단 컬럼, 충전제가 포함된 팩 컬럼, 시브 트레이 컬럼(sieve tray column), 듀얼플로우 트레이 컬럼(dual flow tray column) 등이 이용될 수 있다.
상기 제1 증류탑(100)에서는, 상기 고비점 불순물을 포함한 바텀 스트림(100-B), 상기 저비점 불순물 및 상기 미반응 비닐 아세테이트 중 적어도 일부를 포함한 탑 스트림(100-T), 및 상기 미반응 비닐 아세테이트의 나머지를 포함한 사이드 스트림(100-S)이 각각 얻어진다.
상기 제1 증류탑의 바텀 스트림(100-B)은 제1 증류탑(100)의 최하부 배출구를 통해 얻어진다.
비제한적인 예로, 상기 제1 증류탑의 바텀 스트림은 70 중량% 이하의 비닐 아세테이트 및 30 중량% 이상의 상기 고비점 불순물을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 제1 증류탑의 바텀 스트림은 60 내지 70 중량%의 비닐 아세테이트 및 30 내지 40 중량%의 상기 고비점 불순물을 포함할 수 있다.
상기 제1 증류탑의 바텀 스트림에는 상기 저비점 불순물이 일부 포함될 수 있다. 일 예로, 상기 제1 증류탑의 바텀 스트림은 64 내지 69 중량%의 비닐 아세테이트, 30 내지 35 중량%의 상기 고비점 불순물, 및 0.01 내지 1 중량%의 상기 저비점 불순물을 포함할 수 있다.
상기 제1 증류탑의 탑 스트림(100-T)은 제1 증류탑(100)의 최상부 배출구를 통해 얻어진다.
비제한적인 예로, 상기 제1 증류탑의 탑 스트림은 40 내지 60 중량%의 비닐 아세테이트 및 40 내지 60 중량%의 상기 저비점 불순물을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 탑 스트림은 45 내지 60 중량%의 비닐 아세테이트 및 40 내지 55 중량%의 상기 저비점 불순물을 포함할 수 있다.
상기 제1 증류탑의 탑 스트림에는 상기 추출 용매가 일부 포함될 수 있다. 일 예로, 상기 탑 스트림은 46 내지 55 중량%의 비닐 아세테이트, 40 내지 50 중량%의 상기 저비점 불순물, 및 1 내지 5 중량%의 상기 추출 용매를 포함할 수 있다.
상기 제1 증류탑의 사이드 스트림(100-S)은 제1 증류탑(100)의 측면에 위치하는 적어도 한 지점의 배출구를 통해 얻어진다.
제1 증류탑(100)에서 상기 사이드 스트림(100-S)이 얻어지는 지점이 높아질수록 높은 함량의 비닐 아세테이트를 함유한 사이드 스트림이 얻어질 수 있다. 따라서, 제1 증류탑(100)에서 상기 사이드 스트림이 얻어지는 지점은 특별히 제한되지 않는다. 다만, 바람직하게는, 상기 제1 증류탑의 사이드 스트림은 상기 증류탑의 최하단으로부터 전체 단 수의 50 % 내지 80 %의 높이에 해당하는 적어도 하나의 지점으로부터 얻어질 수 있다.
비제한적인 예로, 상기 제1 증류탑의 사이드 스트림(100-S)은 90 내지 99 중량%의 비닐 아세테이트 및 1 내지 10 중량%의 상기 저비점 불순물을 포함할 수 있다. 상기 제1 증류탑의 사이드 스트림에는 상기 고비점 불순물이 일부 포함될 수 있다.
상기 단계(2)는, 상기 단계(1)에서 얻어진 상기 탑 스트림(100-T)을 추출탑(150)에서 추출 용매와 접촉시켜 비닐 아세테이트를 포함한 추잔액(raffinate solution)을 얻는 단계이다.
상기 단계(1)에서 얻어진 상기 탑 스트림(100-T)은 추출탑에서 추출 용매와 접촉하여, 상당량의 상기 저비점 불순물이 용해되어 있는 추출액(extract solution) 및 비닐 아세테이트를 함유한 추잔액(raffinate solution)으로 배출된다.
상기 추출탑(150)의 구성은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 추출탑(150)으로는 Karr type의 왕복 플레이트 컬럼(Karr type reciprocating plate column), 회전-원판형 컬럼(rotary-disk contactor), Scheibel 컬럼, Kuhni 컬럼, 분무 추출 컬럼(spray extraction column), 충진 추출 컬럼(packed extraction tower), 펄스 충진 컬럼(pulsed packed column) 등이 이용될 수 있다.
이때, 상기 접촉의 효율을 높이기 위하여, 상기 탑 스트림(100-T)은 추출탑(150)의 하부로 공급되어 상부로 통과하고, 상기 추출 용매는 추출탑(150)의 상부로 공급되어 하부로 통과하는 것이 바람직하다.
추출탑(150)에 공급되는 상기 추출 용매는 상기 저비점 불순물에 대한 가용성 및 비닐 아세테이트에 대한 불용성을 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 추출 용매는 물을 포함한 수성 용매일 수 있다.
상기 단계(2)에서, 상기 탑 스트림(100-T)에 대한 추출 용매의 중량비(S/F)는 추출 효율을 고려하여 결정될 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다.
상기 단계(2)에서 얻어지는 추잔액은 90 내지 98 중량%의 비닐 아세테이트, 1 내지 5 중량%의 상기 저비점 불순물, 및 1 내지 5 중량%의 상기 추출 용매를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 추잔액은 95 내지 98 중량%의 비닐 아세테이트, 1 내지 2.5 중량%의 상기 저비점 불순물, 및 1 내지 2.5 중량%의 상기 추출 용매를 포함할 수 있다.
상기 탑 스트림(100-T)의 추출을 통해 얻어지는 상기 추출액은 별도의 설비에서 폐수로 처리될 수 있다.
그리고, 상기 탑 스트림(100-T)의 추출을 통해 얻어지는 상기 추잔액은 제1 증류탑(100)에 피드의 일부로써 공급된다.
상기 단계(3)은, 상기 단계(2)에서 얻어진 상기 비닐 아세테이트를 함유한 추잔액을 상기 단계(1)의 피드에 합류시키는 단계이다.
즉, 상기 단계(2)에서 얻어진 상기 비닐 아세테이트를 함유한 추잔액은 상기 액체 혼합물과 함께 제1 증류탑(100)의 피드로써 공급된다.
한편, 상기 단계(4)는, 상기 단계(1)에서 얻어진 상기 사이드 스트림(100-S)을 제2 증류탑(200)에서 증류하여, 비닐 아세테이트를 포함한 바텀 스트림(bottom stream, 200-B)을 얻는 단계이다.
상기 단계(4)는 제1 증류탑(100)과 직렬로 연결된 제2 증류탑(200)에서 수행된다.
상기 제2 증류탑(200)의 구성은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 제2 증류탑으로는 다단 컬럼, 충전제가 포함된 팩 컬럼, 시브 트레이 컬럼(sieve tray column), 듀얼플로우 트레이 컬럼(dual flow tray column) 등이 이용될 수 있다.
상기 제2 증류탑(200)에서는, 상기 저비점 불순물을 포함한 탑 스트림(200-T) 및 비닐 아세테이트를 포함한 바텀 스트림(200-B)이 얻어진다.
상술한 단계들의 유기적이고 연속적인 수행에 따라, 상기 제2 증류탑의 바텀 스트림(200-B)은 순도 99 중량% 이상의 비닐 아세테이트를 포함할 수 있다.
한편, 상기 제1 증류탑 및 제2 증류탑의 상부로 배출되는 비응축성 가스 중 적어도 일부는 비응축성 가스에 포함된 유기 부산물을 회수하는 공정으로 공급될 수 있다.
본 발명에 따르면 폴리(에틸렌 비닐 아세테이트)의 제조 과정에서 발생하는 미반응 비닐 아세테이트 함유 액체 혼합물로부터 고순도의 비닐 아세테이트를 효과적으로 회수할 수 있는 방법이 제공된다.
도 1은 미반응 비닐 아세테이트를 회수하는 일반적인 공정을 모식적으로 나타낸 공정도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현 예에 따라 미반응 비닐 아세테이트를 회수하는 공정을 모식적으로 나타낸 공정도이다.
이하, 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예들이 제시된다. 그러나 하기의 실시예들은 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명을 이들만으로 한정하는 것은 아니다.
비교예 1
추출탑(50), 제1 증류탑(100) 및 제2 증류탑(200)이 구비된, 도 1과 같은 정제 시스템을 준비하였다. 제1 증류탑(100) 및 제2 증류탑(200)은 각각 최상단(제1 단)부터 최하단(제24 단)까지 총24 단으로 구성된다.
추출탑(50)의 하부로는 95.5 중량%의 비닐 아세테이트, 1.3 중량%의 저비점 불순물(lights) 및 3.2 중량%의 고비점 불순물(heavies)을 포함한 피드가 온도 35 ℃, 압력 1.17 kg/cm2 및 플로우 레이트 3300 kg/h로 공급되었다.
추출탑(50)의 상부로는 추출 용매로써 물이 온도 35 ℃, 압력 1.00 kg/cm2 및 플로우 레이트 3300 kg/h로 공급되었다.
추출탑(50)에서 상기 피드와 물의 접촉에 의해 추출이 수행되었다.
상기 추출에 의해 추출탑(50)의 하부로는 추출액이 온도 34.1 ℃, 압력 0.30 kg/cm2 및 플로우 레이트 3456 kg/h로 배출되었다.
상기 추출에 의해 추출탑(50)의 상부로는 98.0 중량%의 비닐 아세테이트, 1.2 중량%의 물, 0.6 중량%의 저비점 불순물(lights), 및 0.2 중량%의 고비점 불순물(heavies)을 포함한 추잔액이 온도 34 ℃, 압력 0.3 kg/cm2 및 플로우 레이트 3144 kg/h로 배출되었다.
상기 추잔액은 제1 증류탑(100)의 제18 단으로 공급되었다.
제1 증류탑(100)에서 상기 추잔액의 증류가 수행되었다.
상기 증류에 의해 제1 증류탑(100)의 하부로는 78.9 중량%의 비닐 아세테이트, 0.7 중량%의 저비점 불순물(lights) 및 20.4 중량%의 고비점 불순물(heavies)을 포함한 바텀 스트림(100-B)이 온도 80 ℃, 압력 0.08 kg/cm2 및 플로우 레이트 29 kg/h로 배출되었다.
상기 증류에 의해 제1 증류탑(100)의 상부로는 88.5 중량%의 비닐 아세테이트, 11.2 중량%의 물, 및 0.3 중량%의 저비점 불순물(lights)을 포함한 탑 스트림(100-T)이 온도 62 ℃, 압력 0.06 kg/cm2 및 플로우 레이트 145 kg/h로 배출되었다.
상기 증류에 의해 제1 증류탑(100)의 제6 단에서 사이드 스트림(100-S)이 배출되었다.
상기 사이드 스트림(100-S)은 제2 증류탑(200)의 제1 단(최상단)으로 공급되었다. 제2 증류탑(200)에서 상기 사이드 스트림(100-S)의 증류가 수행되었다.
상기 증류에 의해 제2 증류탑(200)의 하부로는 98.50 중량%의 비닐 아세테이트, 0.70 중량%의 물, 및 0.80 중량%의 저비점 불순물(lights)을 포함한 바텀 스트림(200-B)이 온도 70 ℃, 압력 0.08 kg/cm2 및 플로우 레이트 2970 kg/h로 배출되었다.
실시예 1
제1 증류탑(100), 추출탑(150) 및 제2 증류탑(200)이 구비된, 도 2와 같은 정제 시스템을 준비하였다. 제1 증류탑(100) 및 제2 증류탑(200)은 각각 최상단(제1 단)부터 최하단(제24 단)까지 총24 단으로 구성된다.
95.5 중량%의 비닐 아세테이트, 1.3 중량%의 저비점 불순물(lights) 및 3.2 중량%의 고비점 불순물(heavies)을 포함한 액체 혼합물인 피드를 준비하였다.
상기 피드는 온도 35 ℃, 압력 1.17 kg/cm2 및 플로우 레이트 3300 kg/h로 제1 증류탑(100)의 제18 단으로 공급되었다.
제1 증류탑(100)에서 상기 피드의 증류가 수행되었다.
상기 증류에 의해 제1 증류탑(100)의 하부로는 66.0 중량%의 비닐 아세테이트, 0.4 중량%의 저비점 불순물(lights) 및 33.6 중량%의 고비점 불순물(heavies)을 포함한 바텀 스트림(100-B)이 온도 83 ℃, 압력 0.08 kg/cm2 및 플로우 레이트 300 kg/h로 배출되었다.
상기 증류에 의해 제1 증류탑(100)의 상부로는 50.5 중량%의 비닐 아세테이트, 2.4 중량%의 물, 및 47.1 중량%의 저비점 불순물(lights)을 포함한 탑 스트림(100-T)이 온도 40 ℃, 압력 0.06 kg/cm2 및 플로우 레이트 5 kg/h로 배출되었다.
상기 증류에 의해 제1 증류탑(100)의 제6 단에서 98 중량%의 비닐 아세테이트 및 2 중량%의 저비점 불순물을 포함한 사이드 스트림(100-S)이 배출되었다.
상기 탑 스트림(100-T)은 추출탑(150)의 하부로 공급되었다.
추출탑(150)의 상부로는 추출 용매로써 물이 온도 35 ℃, 압력 1.00 kg/cm2 및 플로우 레이트 430 kg/h로 공급되었다.
추출탑(150)에서 상기 탑 스트림(100-T)과 물의 접촉에 의해 추출이 수행되었다.
상기 추출에 의해 추출탑(150)의 하부로는 추출액이 온도 36.9 ℃, 압력 0.01 kg/cm2 및 플로우 레이트 454 kg/h로 배출되었다.
상기 추출에 의해 추출탑(150)의 상부로는 97.5 중량%의 비닐 아세테이트, 1.2 중량%의 물, 및 1.3 중량%의 저비점 불순물(lights)을 포함한 추잔액이 온도 34.4 ℃, 압력 0.01 kg/cm2 및 플로우 레이트 271 kg/h로 배출되었다.
추출탑(150)에서 배출된 상기 추잔액은 제1 증류탑(100)의 상기 피드에 합류되어 제1 증류탑으로 공급되었다.
상기 사이드 스트림(100-S)은 제2 증류탑(200)의 제1 단(최상단)으로 공급되었다. 제2 증류탑(200)에서 상기 사이드 스트림(100-S)의 증류가 수행되었다.
상기 증류에 의해 제2 증류탑(200)의 하부로는 99.03 중량%의 비닐 아세테이트, 0.8 중량%의 저비점 불순물(lights) 및 0.2 중량%의 고비점 불순물(heavies)을 포함한 바텀 스트림(200-B)이 온도 75 ℃, 압력 0.08 kg/cm2 및 플로우 레이트 2970 kg/h로 배출되었다.
실시예 2
제1 증류탑(100)의 제5 단 및 제6 단에서 98 중량%의 비닐 아세테이트 및 2 중량%의 저비점 불순물을 포함한 사이드 스트림(100-S)이 배출되도록 한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제1 증류탑(100)에서의 증류가 수행되었다.
상기 사이드 스트림(100-S)은 제2 증류탑(200)의 제1 단(최상단)으로 공급되었다. 제2 증류탑(200)에서 상기 사이드 스트림(100-S)의 증류가 수행되었다.
상기 증류에 의해 제2 증류탑(200)의 하부로는 99.04 중량%의 비닐 아세테이트, 0.8 중량%의 저비점 불순물(lights) 및 0.2 중량%의 고비점 불순물(heavies)을 포함한 바텀 스트림(200-B)이 온도 75 ℃, 압력 0.08 kg/cm2 및 플로우 레이트 2970 kg/h로 배출되었다.
고찰
비교예 1에 따른 공정에서는, 피드를 전처리하는 추출을 통해 불순물들의 함량을 낮추고 비닐 아세테이트의 함량을 높인 피드를 제1 증류탑에 공급할 수 있었다. 하지만, 상기 추출(전처리)의 수행에는 상기 피드와 동일한 플로우 레이트의 추출 용매가 요구되었다.
또한, 비교예 1에서는, 상기 피드에 포함된 물과 비닐 아세테이트간의 공비 형성으로 인해 탑 스트림(100-T)으로 다량의 비닐 아세테이트가 배출되었다.
최종적으로, 비교예 1의 공정에서는 제2 증류탑의 바텀 스트림을 통해 98.50 중량%의 비닐 아세테이트를 포함한 프로덕트를 2970 kg/h의 플로우 레이트로 얻을 수 있었다.
실시예 1 및 실시예 2에 따른 공정에서는, 추출을 통한 피드의 전처리가 수행되는 비교예 1과 달리, 피드를 제1 증류탑에서 증류하여 얻어지는 탑 스트림에 대해 추출이 수행되었다. 그에 따라, 비교예 1(플로우 레이트 3300 kg/h) 보다 현저히 적은 양의 추출 용매(플로우 레이트 430 kg/h)로 상기 추출의 수행이 가능했다.
실시예 1 및 실시예 2에서는 제1 추출탑의 탑 스트림(100-T)과 바텀 스트림(100-B)으로 비교예 1 보다 현저히 적은 양의 비닐 아세테이트가 배출되었다.
최종적으로, 실시예 1 및 실시예 2의 공정에서는 제2 증류탑의 바텀 스트림을 통해 비교예 1 보다 높은 99.03 중량% 또는 99.04 중량%의 비닐 아세테이트를 포함한 프로덕트를 2970 kg/h의 플로우 레이트로 얻을 수 있었다.
50, 150: 추출탑
100: 제1 증류탑
100-B: 제1 증류탑의 바텀 스트림
100-T: 제1 증류탑의 탑 스트림
100-S: 제1 증류탑의 사이드 스트림
200: 제2 증류탑
200-B: 제2 증류탑의 바텀 스트림
200-T: 제2 증류탑의 탑 스트림

Claims (6)

  1. 에틸렌 및 비닐 아세테이트를 단량체로 한 중합 반응 후 배출되는 미반응 비닐 아세테이트, 저비점 불순물(lights) 및 고비점 불순물(heavies)을 포함한 액체 혼합물로부터 비닐 아세테이트를 회수하는 방법으로서,
    (1) 상기 액체 혼합물을 포함한 피드(feed)를 제1 증류탑에서 증류하여, 상기 고비점 불순물을 포함한 바텀 스트림(bottom stream), 상기 저비점 불순물 및 상기 미반응 비닐 아세테이트 중 적어도 일부를 포함한 탑 스트림(top stream), 및 상기 미반응 비닐 아세테이트의 나머지를 포함한 사이드 스트림(side stream)을 얻는 단계,
    (2) 상기 단계(1)에서 얻어진 상기 탑 스트림을 추출탑에서 추출 용매와 접촉시켜 비닐 아세테이트를 포함한 추잔액(raffinate solution)을 얻는 단계,
    (3) 상기 단계(2)에서 얻어진 상기 비닐 아세테이트를 함유한 추잔액을 상기 단계(1)의 피드에 합류시키는 단계, 및
    (4) 상기 단계(1)에서 얻어진 상기 사이드 스트림을 제2 증류탑에서 증류하여, 비닐 아세테이트를 포함한 바텀 스트림(bottom stream)을 얻는 단계
    를 포함하는, 비닐 아세테이트의 회수 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 증류탑의 사이드 스트림은 90 내지 99 중량%의 비닐 아세테이트 및 1 내지 10 중량%의 상기 저비점 불순물을 포함하는, 비닐 아세테이트의 회수 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 증류탑의 탑 스트림은 40 내지 60 중량%의 비닐 아세테이트 및 40 내지 60 중량%의 상기 저비점 불순물을 포함하는, 비닐 아세테이트의 회수 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계(2)의 추출 용매는 물인, 비닐 아세테이트의 회수 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계(2)의 추잔액은 90 내지 98 중량%의 비닐 아세테이트, 1 내지 5 중량%의 상기 저비점 불순물, 및 1 내지 5 중량%의 상기 추출 용매를 포함하는, 비닐 아세테이트의 회수 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 증류탑의 바텀 스트림은 순도 99 중량% 이상의 비닐 아세테이트를 포함하는, 비닐 아세테이트의 회수 방법.
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