KR19980080396A - 방향족 폴리카르복실산의 제조방법 및 장치 - Google Patents

방향족 폴리카르복실산의 제조방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 목적은 막대한 양의 세정액이 필요한 테레프탈산의 제조에 있어서, 효과적인 세정폐액 처리가 가능한 테레프탈산의 제조방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
상기한 본 발명이 목적은 파라 크실렌, 아세트산 및 산화 촉진 촉매를 혼합하여 혼합원료를 생성하는 혼합단계, 상기 혼합원료를 산화시켜 테레프탈산의 슬러리를 형성하는 산화/결정화 단계, 상기 슬러리를 로터리 필터에 탑재한 상태로 회전시키면서 세정액으로 세정하여 고액분리시켜 각각 습윤 테레프탈산, 슬러리 분리모액 및 세정폐액을 생성하는 고액분리 및 세정 단계, 상기 슬러리 분리모액으로부터 아세트산 성분을 회수하고, 이렇게 회수된 아세트산 성분을 상기 혼합 단계로 복귀시키는 아세트산 회수/귀환 단계, 및 상기 세정폐액을 상기 혼합단계로 직접 복귀시키는 직접귀환 단계를 포함하여 이루어지는 테레프탈산의 제조방법에 의해서 달성된다.

Description

방향족 폴리카르복실산의 제조방법 및 장치
본 발명은 테레프탈산과 같은 방향족 카르복실산의 결정을 함유하는 슬러리로부터 결정을 회수하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 조(粗) 테레프탈산(이하 CTA로 약칭함)의 제조에 적합한 테레프탈산 제조방법 및 장치에 관한 것이다.
CTA 또는 고순도 테레프탈산(이하 PTA로 약칭함) 제조공정에 있어서, 로터리 진공필터(이하 RVF로 약칭함)를 사용하여 테레프탈산 결정을 함유하는 슬러리를 고액 분리하는 방법이 국제특허공개 WO89/11323호에 개시되어 있다.
한편, 미합중국 특허 제5,527,957호에는 CTA의 제조공정에 있어서, 복수의 구역을 가지는 밴드 필터를 사용한 세정에 물을 사용하고, 사용된 물을 직접 또는 응축시킨 후에 산화 단계로 회수하는 방법이 개시되어 있다.
최근 들어, 테레프탈산 제조 플랜트가 대형화되어, 현재는 예를 들어, 연간 생산량이 900,000 톤에 이르는 플랜트가 고려 중이다. 이러한 대형 플랜트에는 막대한 양의 세정액이 사용되나, 상기한 특허들에서는 플랜트로부터 야기되는 세정폐액의 효과적인 처리에 대해서는 배려하지 않았다. 예를 들어, 세정액으로 95% 아세트산 용액을 사용하는 경우, 연간 900,000톤 규모의 PTA 제조 플랜트에 적합한 CTA 제조 플랜트에 있어서, 이러한 목적에 필요한 아세트산 용액의 양은 시간당 약 50톤에 달하는 것으로 추정된다. 결과적으로 동량의 세정폐액이 발생한다. 종래의 아세트산 회수 섹션에서 이러한 다량의 세정폐액을 처리하기 위해서는 막대한 규모의 아세트산 섹션이 필요하므로 매우 비현실적이다. 예를 들어, 아세트산 회수 섹션이 모액으로부터 물을 제거하기 위한 증류탑으로 구성된다면, 상기한 대규모 플랜트에는 복수의 대규모 증류탑이 필요하게 된다.
본 발명의 목적은 막대한 양의 세정폐액을 효과적으로 제거할 수 있는 방향족 폴리카르복실산의 제조방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 세정액으로 아세트산을 사용하는 테레프탈산의 제조에 있어서, 효과적인 세정폐액 처리가 가능한 테레프탈산의 제조방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또다른 목적은 세정액으로 아세트산을 사용하는 CTA의 제조에 있어서, 효과적으로 세정폐액을 처리할 수 있는 CTA의 제조방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
도 1은 본 발명에 따른 테레프탈산 제조장치의 일 실시예를 나타내는 블록도이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 방향족 폴리알킬(즉, 메타크실렌 및 파라크실렌 등의 폴리알킬 벤젠), 카르복실산, 산화촉매 및 반응 촉진제를 혼합하여 혼합 원료를 생성하는 단계, 상기 혼합 원료를 산화시켜 방향족 폴리카르복실산의 슬러리를 형성하는 산화/결정화 단계, 상기 슬러리를 로터리 필터에 탑재한 상태로 회전시키면서 세정액으로 세정하여 고액분리시켜 각각 습윤 방향족 폴리카르복실산, 슬러리 분리모액 및 세정폐액을 생성하는 고액분리 및 세정 단계, 슬러리 분리모액으로부터 카르복실산 성분을 회수하고, 이렇게 회수된 카르복실산 성분을 혼합 단계로 복귀시키는 회수/귀환 단계 및 세정폐액을 혼합단계로 직접 복귀시키는 직접귀환 단계가 제공된다. 이러한 구성에 있어서는, 세정폐액이 대량이라도, 카르복실산 회수계 등의 다른 계에 의존하지 않고 세정폐액을 혼합 단계로 재순환시킬 수 있어, 다른 계의 처리규모가 대형화되는 것을 막을 수 있다. 회수/귀환 단계는 직접귀환 단계에 병렬적으로 제공되기 때문에, 산화 반응동안 생성된 물이 회수/귀환 단계에서 제거되어, 계 전체 처리액 중의 수분의 양을 소정 레벨 이하로 유지할 수 있다.
도 1에서, 부호 1은 파라 크실렌, 코발트, 망간, 니켈, 크롬 등의 촉매, 반응 촉매제로 작용하는 브롬 및 용매로 사용되는 아세트산을 혼합하여 원료를 형성하고 이어지는 산화 반응기(2)에 공급하는 혼합기를 나타낸다. 산화 반응기(2)에서는 혼합기(1)에서 공급된 혼합 원료가 라인(3)에서 공급된 공기로 산화되어, 테레프탈산 및 파라 크실렌 산화 반응의 부산물인 4-카르복실벤즈알데히드(이하 4-CBA로 약칭함) 등의 불순물이 생성된다. 결정화 섹션(4)에서는, 산화 반응기(2)로부터 배출된 생성물을 점차적으로 냉각시켜 테레프탈산 결정을 함유하는 슬러리를 얻는다. 이러한 모액 슬러리는 고액분리 섹션(5)의 RVF에 의해서, 테레프탈산 케이크와, 라인(11)의 아세트산을 주성분으로 하는 모액으로 고액 분리된다. 테레프탈산 케이크에는 약 10%의 모액이 부착되어 있으므로, 아세트산으로 세정하여 모액에 존재하는 촉매 및 부산물 등의 불순물을 제거한다. 고액분리 섹션(5)에서 세정 후의 아세트산 폐액은 라인(11 및 11a)을 통하여 혼합기(1)에, 그리고, 라인(11)을 통하여 아세트산 회수 섹션(7)에 공급된다. 분리된 모액의 일부는 직접 혼합기(1)로 복귀되지만, 이에 덧붙여, 모액은 산화 반응으로 인한 물을 함유하므로, 잔여 모액은 아세트산 회수 섹션(7)에서 일반적으로 증류탑에 의해 물이 제거된 후, 아세트산 회수 라인(8)을 통하여 혼합기(1)로, 그리고, 세정액 라인(10)을 통하여 고액분리 섹션(5)의 RVF로 재순환된다. 이와 같이 세정된 케이크를 RVF로부터 제거하고, 이어 건조 섹션(6)에서 건조하여 CTA를 얻는다.
고액분리 섹션(5)의 RVF에서는, 국제특허 공개 WO89/11323호에 개시된 바와 같이, 세정액의 유로 및 모액의 유로가 서로 완전히 분리되어 있으며, 이들은 개별적으로 배출된다. 케이크 세정의 결과로, 아세트산 세정액의 폐액은 케이크에 부착되는 용액 성분을 함유하게 되어, 아세트산 이외에도 4-CBA 등의 불순물 및 물을 함유한다. 효과적인 세정을 위해서는, 상당량의 세정용 아세트산이 필요하다. 예를 들어, 연간 900,000톤 규모의 플랜트에 있어서는 그 양이 시간당 50톤에 달한다. 한편, 상기한 규모의 플랜트에서는, RVF에서 분리된 모액의 양이 시간당 약 220톤으로 추정되므로, 이중에서 시간당 154톤이 직접 혼합기(1)로 복귀되고, 나머지 시간당 66톤이 아세트산 회수섹션(7)에 공급되어 물이 제거된 후 혼합기(1)로 복귀된다. 본 실시예에 있어서는, 직접 귀환되는 시간당 154톤 뿐아니라 시간당 50톤의 세정폐액이, 어떤 불순물 및 물 제거처리도 거치지 않고 혼합기(1)로 복귀된다. 따라서, 귀환되는 시간당 총 270톤 중에서 단지 시간당 66톤에서만 물이 제거되므로, CTA계에서 수분이 연속적으로 제거될 수 있다. 특히, 본 실시예에 있어서, 수분 함유량이 줄어든 세정폐액은 전량 직접 혼합기(1)로 복귀될 수 있고, 수분 함유량이 많은 분리모액은 두 분류로 나뉘어, 필요량은 혼합기(1)로 복귀되고, 나머지 분류에서는 수분이 제거된다. 그러므로, 세정폐액 및 분리모액이 서로 분리되지 않고, 단순히 두 분류로 나뉘어, 하나는 혼합기(1)로 복귀되고, 나머지는 수분이 제거되는 계와 비교할 때, 본 발명의 계는 혼합기(1)로 복귀되는 수분의 양이 감소될 수 있고, 혼합기(1)에서 원료혼합액 중의 수분의 양 역시 감소될 수 있는 장점이 있다.
미합중국특허 제 5,527,957호에서는 아세트산 세정의 세정비는 0.21이 선택된다. 세정비는 0.1 내지 0.5에서 선택하며, 0.2 내지 0.4가 바람직하고, 0.35 내지 0.4 가 더욱 바람직하다. 본 실시예에서 세정비는 0.38를 선택한다.
본 발명에 따르면, RVF를 사용하여 CTA 슬러리를 다량의 아세트산 용액으로 세정하고, 그 결과 얻어진 세정폐액을 산화 반응의 원료 준비단계로 재순환시킬 수 있다. 따라서, 촉매 등의 무거운 물질을 함유하는 다량의 세정폐액을 처리하는 특별한 공정 또는 설비가 필요치 않으므로, 그 결과 설비비용이 절감된다.

Claims (14)

  1. 방향족 폴리알킬, 카르복실산, 산화촉매 및 반응 촉진제를 혼합하여 혼합원료를 생성하는 혼합단계;
    상기 혼합원료를 산화시켜 방향족 폴리카르복실산의 슬러리를 형성하는 산화/결정화 단계;
    상기 슬러리를 로터리 필터에 탑재한 상태로 회전시키면서 세정액으로 세정하여 고액분리시켜 각각 습윤 방향족 폴리카르복실산, 슬러리 분리모액 및 세정폐액을 생성하는 고액분리 및 세정 단계;
    상기 슬러리 분리모액으로부터 카르복실산 성분을 회수하고, 이렇게 회수된 카르복실산 성분을 상기 혼합 단계로 복귀시키는 회수/귀환 단계; 및
    상기 세정폐액을 상기 혼합단계로 직접 복귀시키는 직접귀환 단계를 포함하여 이루어지는 방향족 폴리카르복실산의 제조방법.
  2. 파라 크실렌, 아세트산, 산화촉매 및 산화 촉진제를 혼합하여 혼합원료를 생성하는 혼합단계;
    상기 혼합원료를 산화시켜 테레프탈산의 슬러리를 형성하는 산화/결정화 단계;
    상기 슬러리를 로터리 필터에 탑재한 상태로 회전시키면서 세정액으로 세정하여 고액분리시켜 각각 습윤 테레프탈산, 슬러리 분리모액 및 세정폐액을 생성하는 고액분리 및 세정 단계;
    상기 슬러리 분리모액으로부터 아세트산 성분을 회수하고, 이렇게 회수된 아세트산 성분을 상기 혼합 단계로 복귀시키는 아세트산 회수/귀환 단계; 및
    상기 세정폐액을 상기 혼합단계로 직접 복귀시키는 직접귀환 단계를 포함하여 이루어지는 테레프탈산의 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 세정액이 아세트산 용액임을 특징으로 하는 제조방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 세정액의 세정비가 0.1 내지 0.5임을 특징으로 하는 제조방법.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 세정액의 세정비가 0.2 내지 0.4임을 특징으로 하는 제조방법.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 세정액의 세정비가 0.35 내지 0.4임을 특징으로 하는 제조방법.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 세정액의 세정비가 0.38임을 특징으로 하는 제조방법.
  8. 방향족 폴리알킬, 카르복실산, 산화촉매 및 반응 촉진제를 혼합하여 혼합원료를 생성하는 혼합수단;
    상기 혼합원료를 산화시켜 방향족 폴리카르복실산의 슬러리를 형성하는 산화/결정화 수단;
    상기 슬러리를 로터리 필터에 탑재한 상태로 회전시키면서 세정액으로 세정하여 고액분리시켜 각각 습윤 방향족 폴리카르복실산, 슬러리 분리모액 및 세정폐액을 생성하는 고액분리 및 세정 수단;
    상기 슬러리 분리모액으로부터 카르복실산 성분을 회수하고, 이렇게 회수된 카르복실산 성분을 상기 혼합수단으로 복귀시키는 회수/귀환 수단;
    상기 세정폐액을 상기 혼합수단으로 직접 복귀시키는 직접귀환 수단을 포함하여 이루어지는 방향족 폴리카르복실산의 제조장치.
  9. 파라 크실렌, 아세트산, 산화촉매 및 산화 촉진제를 혼합하여 혼합원료를 생성하는 혼합수단;
    상기 혼합원료를 산화시켜 테레프탈산의 슬러리를 형성하는 산화/결정화 수단;
    상기 슬러리를 로터리 필터에 탑재한 상태로 회전시키면서 세정액으로 세정하여 고액분리시켜 각각 습윤 테레프탈산, 슬러리 분리모액 및 세정폐액을 생성하는 고액분리 및 세정 수단;
    상기 슬러리 분리모액으로부터 아세트산 성분을 회수하고, 이렇게 회수된 아세트산 성분을 상기 혼합수단으로 복귀시키는 아세트산 회수/귀환 수단; 및
    상기 세정폐액을 상기 혼합수단으로 직접 복귀시키는 직접귀환 수단을 포함하여 이루어지는 테레프탈산의 제조장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 세정액이 아세트산 용액임을 특징으로 하는 제조장치.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 세정액의 세정비가 0.1 내지 0.5임을 특징으로 하는 제조방법.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 세정액의 세정비가 0.2 내지 0.4임을 특징으로 하는 제조방법.
  13. 제 9 항에 있어서, 상기 세정액의 세정비가 0.35 내지 0.4임을 특징으로 하는 제조방법.
  14. 제 9 항에 있어서, 상기 세정액의 세정비가 0.38임을 특징으로 하는 제조방법.
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