KR20030016370A - Process control for acetic acid manufacture - Google Patents
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Abstract
본원은 반응 시스템에서 실시간 공정 제어하여 메탄올의 카보닐화로부터 초산을 제조하는 방법에 관한 것이다. 반응 시스템 샘플은 반응기 용기(10)의 운반 라인(120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 184, 186, 188, 190, 192, 194, 196, 197, 198, 199, 200, 210, 220) 다운스트림 및/또는 칼럼(30, 40, 50, 60, 70, 80) 으로부터 수집되고, 이 샘플의 한가지 이상의 성분의 농도는 적외선 분석기(90)에 의해 측정된다. 그리고 나서, 이 농도 측정은, 가령 특정 칼럼(30, 40, 50, 60, 70, 80)에서 온도 프로필, 칼럼(30, 40, 50, 60, 70, 80) 내로 또는 밖으로의 용액의 흐름 속도, 반응기(10) 또는 칼럼(30, 40, 50, 60, 70, 80) 밖으로의 배출 가스 속도, 또는 용액에 성분을 첨가하거나 용액으로부터 성분 추출을 조정함으로써 직접 또는 간접적으로 반응 시스템에서 성분 농도를 조정하는데 사용된다. 최적의 공정 제어를 위하여, 이 측정은 실시간 분석을 위하여 제어 유닛으로 전달되고, 이 조정은 실질적으로 적외선 분석 직후에 행해진다.The present application relates to a process for producing acetic acid from carbonylation of methanol by real time process control in a reaction system. Reaction system samples were transferred to reactor vessels 10 (120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 184, 186, 188, 190, 192, 194, 196, 197, 198, 199, 200, 210). , 220) collected downstream and / or from columns 30, 40, 50, 60, 70, 80, and the concentration of one or more components of this sample is measured by infrared analyzer 90. This concentration measurement is then performed, for example, in a particular column (30, 40, 50, 60, 70, 80) with a temperature profile, rate of flow of the solution into or out of the column (30, 40, 50, 60, 70, 80). , Component concentration in the reaction system, directly or indirectly, by adjusting the rate of exhaust gas out of the reactor 10 or columns 30, 40, 50, 60, 70, 80, or by adding components to the solution or adjusting component extraction from the solution. Used to adjust. For optimum process control, this measurement is transferred to the control unit for real time analysis, and this adjustment is made substantially immediately after infrared analysis.
Description
관련 출원에 대한 교차-참조Cross-Reference to the Related Application
본원은 1998년 12월 18일에 출원된 발명의 명칭이 "MANUFACTURING AND PROCESS CONTROL METHODS"인 미국 특허 출원 제 09/216,330호(현재, 특허 제 6,103,934호)의 부분 연속 출원인 2000년 7월 6일에 출원된 발명의 명칭이 "MANUFACTURING AND PROCESS CONTROL METHODS"인 미국 특허 출원 제 09/611,067호의 부분 연속 출원이다.This application is filed on Jul. 6, 2000, which is part of a continuation of US patent application Ser. No. 09 / 216,330, now entitled Patent No. 6,103,934, filed on December 18, 1998, entitled "MANUFACTURING AND PROCESS CONTROL METHODS." The filed invention is a partial serial application of US patent application Ser. No. 09 / 611,067 entitled "MANUFACTURING AND PROCESS CONTROL METHODS."
초산을 제조하는 보편적인 방법은 교반 반응기(stirred reactor)에서 메탄올 과 일산화탄소를 연속적으로 반응시키는 것을 포함한다. 반응 혼합물(reaction mixture)은 9족, 특히 이리듐 또는 로듐으로부터의 가용성 촉매 및 반응 속도를 가속화시키는 요오드화메틸/요오드화수소 촉진제를 함유한다. 초산 공정에서 발생하는 두 가지 주요 반응은 메탄올을 일산화탄소로 카보닐화하여 초산을 형성하는 반응과, 일산화탄소 및 물로부터 이산화탄소 및 수소를 형성하는 수성 가스 변위 반응(water gas shift reaction)을 포함한다. 수성 가스 변위 반응으로부터 수소가 생성되면, 부수적으로 반응기 용액에서 프로피온산 불순물이 형성된다.A common method for preparing acetic acid involves the continuous reaction of methanol and carbon monoxide in a stirred reactor. The reaction mixture contains a soluble catalyst from Group 9, in particular iridium or rhodium, and a methyl iodide / hydrogen iodide accelerator to accelerate the reaction rate. Two main reactions that occur in the acetic acid process include the carbonylation of methanol to carbon monoxide to form acetic acid, and the water gas shift reaction to form carbon dioxide and hydrogen from carbon monoxide and water. When hydrogen is generated from the water gas displacement reaction, incidentally, propionic acid impurities are formed in the reactor solution.
액상 초산 반응들과 관련하여, 이에 따른 복잡한 평형 네트워크가 반응기내에 존재한다. 이들 평형 상태의 아주 작은 변화조차도 반응기에서의 촉매 안정성 및 활성에 상당히 나쁜 결과를 초래할 수 있다. 이들 변화는 결국 메탄올 카보닐화 기술을 실시하는 초산 설비의 정제부로 들어오는 액체 스트림에서 조성물의 변화를 초래할 수 있다.As regards liquid phase acetic acid reactions, a complex equilibrium network thus exists in the reactor. Even the smallest changes in these equilibrium conditions can result in significantly poor catalyst stability and activity in the reactor. These changes may eventually result in a change of composition in the liquid stream entering the refinery of the acetic acid plant that implements the methanol carbonylation technique.
반응기 액상 조성물을 제어 시에 온-라인 적외선 분석(on-line infrared analysis)을 사용하는 것이 발명의 명칭이 "MANUFACTURING AND PROCESS CONTROL METHODS"인 미국 특허 제 6,103,934호 및 2000년 7월 6일에 출원된 발명의 명칭이 " MANUFACTURING AND PROCESS CONTROL METHODS"인 미국 특허 출원 제 09/611,067호에 기재되어 있는데, 이들 특허 및 특허 출원 각각의 전체 내용이 본원에 참조되어 있다. 최적의 반응기 성능을 실행하기 위해서는, 반응기 용액을 실시간 분석하여 공정 제어 루프를 통한 즉각적인 조정이 행해질 수 있다. 초산 제조 및 정제 공정에서, 물론, 초산 생성물로부터 다른 성분을 제거하는 것이 필요하며, 필요한 경우에는, 이들 다른 성분을 재순환 루프(recycle loops)를 통해서 반응기 또는 공정의 다른 부분으로 귀환시킨다. 이들 정제/재순환 스트림의 조성은 부분적으로는 반응기 조성/성능의 함수이고, 부분적으로는 재순환/정제 칼럼 성능의 함수이다.The use of on-line infrared analysis in controlling reactor liquid compositions is described in US Pat. Nos. 6,103,934 and 6,2000, entitled "MANUFACTURING AND PROCESS CONTROL METHODS". The invention is described in US Patent Application No. 09 / 611,067 entitled "MANUFACTURING AND PROCESS CONTROL METHODS", the entire contents of each of which are referenced herein. In order to achieve optimal reactor performance, the reactor solution can be analyzed in real time and immediate adjustments can be made through the process control loop. In the acetic acid preparation and purification process, of course, it is necessary to remove other components from the acetic acid product and, if necessary, these other components are returned to the reactor or other parts of the process via recycle loops. The composition of these purification / recycle streams is partly a function of reactor composition / performance and partly a function of recycle / purification column performance.
따라서, 제조 설비에서처럼 초산 반응 시스템의 정제 및 재순환부에 대해 온-라인 적외선 분석을 통해서 공정 제어를 행할 필요가 있다.Thus, there is a need to perform process control through on-line infrared analysis of the purification and recycle sections of the acetic acid reaction system as in manufacturing facilities.
발명의 요약Summary of the Invention
본 발명은 메탄올의 카보닐화로부터 초산을 제조하기 위한, 반응 시스템내의 성분 농도에 대한 실시간 공정 제어 방법을 제공하는 것이다. 이를 위하여 그리고 본 발명을 따르면, 반응 시스템 용액 샘플을 반응기 용기의 운반 라인 다운스트림 및/또는 칼럼으로부터 수집하고, 이 샘플내의 한가지 이상의 성분의 농도를 적외선 분석기에 의해 측정한다. 농도 측정은 이 공정에서 조정을 행하기 위하여 사용된다. 한가지 이상의 성분의 농도는 다운스트림 측정에 따라서 반응 시스템의 한곳 이상의 장소에서 직접적으로 또는 간접적으로 조정된다. 예를 들어, 운반 라인에서 용액 스트림의 흐름 속도는 증가하거나 감소되어 칼럼 내로 또는 밖으로 진행하여, 반응 시스템내의 칼럼 또는 또 다른 용기 내에서 한가지 이상의 성분의 농도를 변화시킨다. 대안적으로, 칼럼 또는 스트림내에서의 용액의 온도, 또는 칼럼내에서의 온도 프로필 또는 기울기는 증가되거나 감소되어, 반응 시스템 용액에서의 한가지 이상의 성분의 농도에 영향을 미친다. 또한, 반응 시스템 성분의 농도는, 이 성분을 용액 내로 직접 첨가하거나 이 용액으로부터 직접 추출함으로써 직접적으로 조정될 수 있다. 예를 들어, 반응 시스템에서 물의 농도는 반응기 용기 내로 공급되는 물을 증가시키거나 감소시킴으로써 직접적으로 조정될 수 있고, 반응부로의 함수 재순환 스트림을 증가 또는 감소시킴으로써 간접적으로 조정될 수 있다. 반응기 용기 또는 칼럼 밖으로 배출되는 가스 속도는 또한 증가되거나 감소될 수 있다. 따라서, 반응 시스템 성분 농도는 반응 시스템에서 임의 수의 공정 변수를 변화시킴으로써 직접적으로 또는 간접적으로 조정될 수 있다. 게다가, 반응 시스템의 한 장소에서의 조정은, 그 장소 또는 그 장소의 업스트림 또는 다운스트림중 한 곳에서 농도 변화를 초래할 수 있다. 최적의 공정 제어를 위하여, 이 측정은 실시간 분석을 위하여 제어 유닛으로 전달되고, 그 조정은 실질적으로 적외선 분석 직후에 행해진다. 따라서, 반응 시스템의 상태를 연속적으로 갱신하여 전체 공정의 실시간 공정 제어를 향상시킴으로써 초산 생성물의 제조 및 정제를 최적화하는 방법을 제공한다.The present invention provides a process for real time process control of component concentrations in a reaction system for producing acetic acid from carbonylation of methanol. To this end and in accordance with the present invention, a reaction system solution sample is collected from a delivery line downstream of the reactor vessel and / or from a column, and the concentration of one or more components in the sample is measured by an infrared analyzer. Concentration measurements are used to make adjustments in this process. The concentration of one or more components is adjusted directly or indirectly at one or more locations in the reaction system in accordance with downstream measurements. For example, the flow rate of the solution stream in the delivery line is increased or decreased to proceed into or out of the column, changing the concentration of one or more components in the column or another vessel in the reaction system. Alternatively, the temperature of the solution in the column or stream, or the temperature profile or slope in the column, is increased or decreased, affecting the concentration of one or more components in the reaction system solution. In addition, the concentration of the reaction system component can be adjusted directly by adding this component directly into the solution or extracting it directly from the solution. For example, the concentration of water in the reaction system can be adjusted directly by increasing or decreasing the water supplied into the reactor vessel, and indirectly by increasing or decreasing the hydrous recycle stream to the reactor. The gas velocity exiting the reactor vessel or column can also be increased or decreased. Thus, the reaction system component concentration can be adjusted directly or indirectly by changing any number of process variables in the reaction system. In addition, the adjustment at one location of the reaction system may result in a change in concentration at that location or either upstream or downstream of that location. For optimum process control, this measurement is passed to the control unit for real time analysis, the adjustment being made substantially immediately after the infrared analysis. Thus, there is provided a method of optimizing the preparation and purification of acetic acid products by continuously updating the state of the reaction system to improve real time process control of the overall process.
본 발명은 초산 제조 및 정제시의 공정 제어를 개선하는 방법 및 이 개선된 공정 제어를 이용하여 초산을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for improving process control in acetic acid production and purification and to a process for producing acetic acid using this improved process control.
본 명세서에 포함되어 있고 이의 일부를 구성하는 첨부한 도면은 본 발명의 실시 양태를 나타내고, 상술된 본 발명의 개략적인 설명 및 후술된 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of this specification, illustrate embodiments of the invention and illustrate the principles of the invention, together with the foregoing summary and the following detailed description.
도1은 초산 제조 설비의 개략도.1 is a schematic diagram of an acetic acid production facility.
도2는 디캔터 중상(decanter heavy phase)에서 실험실 캘리브레이션 모델(laboratory calibration model)의 유효성을 나타내는, 아세트알데히드(CH3CHO)에 대한 실제 농도값 대 예측된 농도값의 상관도.FIG. 2 is a correlation of the actual and predicted concentration values for acetaldehyde (CH 3 CHO), indicating the effectiveness of a laboratory calibration model in the decanter heavy phase. FIG.
도3은 경유분 회수부(light ends recovery section)의 디캔터에서 본 발명의 온-라인 분석하는 한가지 방식을 개략적으로 도시한 도면.Figure 3 shows schematically one way of on-line analysis of the present invention in a decanter of a light ends recovery section.
도4A는 경유분 칼럼 하부, 건조 칼럼 피드(drying column feed), 건조 칼럼, 중유분 칼럼 피드 및 생성물 탱크 피드(product tank feed)에서 적용가능한 본 발명의 온-라인 분석하는 한가지 방식을 개략적으로 도시한 도면.FIG. 4A schematically illustrates one manner of on-line analysis of the present invention applicable to light oil column bottoms, drying column feeds, drying columns, heavy oil column feeds and product tank feeds. One drawing.
도4B는 경유분 칼럼 하부, 건조 칼럼 피드, 건조 칼럼, 중유분 칼럼 피드(heavy ends column feed) 및 생성물 탱크 피드에서 적용가능한 본 발명의 온-라인 분석하는 또 다른 방식을 개략적으로 도시한 도면.FIG. 4B schematically illustrates another manner of on-line analysis of the present invention applicable to light oil column bottoms, dry column feeds, dry columns, heavy ends column feeds and product tank feeds. FIG.
도5는 경유분 회수부의 디캔터에서 본 발명의 온-라인 분석하는 또 다른 방식을 개략적으로 도시한 도면.Figure 5 schematically illustrates another way of on-line analysis of the present invention in the decanter of the diesel oil recovery portion.
도6은 5개의 중상 디캔터 용액 성분 및 용액 밀도에 대한 30분의 실행 시간 데이터를 포함하는 다성분 트렌드 파일(multi-component trend file)을 도시한 도면.FIG. 6 shows a multi-component trend file containing 30 minutes run time data for five medium phase decanter solution components and solution density.
도7은 5개의 중상 디캔터 용액 성분 및 용액 밀도에 대한 60분의 실행 시간 데이터를 포함하는 다성분 트렌드 파일을 도시한 도면.FIG. 7 shows a multicomponent trend file containing 60 minutes run time data for five medium phase decanter solution components and solution density. FIG.
도8은 6개의 중상 디캔터 용액 성분에 대한 140분의 실행 시간 데이터를 포함하는 다성분 트렌드 파일을 도시한 도면.FIG. 8 illustrates a multicomponent trend file containing 140 minutes of run time data for six medium phase decanter solution components. FIG.
도9는 4개의 경상 디캔터 용액 성분 및 용액 밀도에 대한 15분의 실행 시간 데이터를 포함하는 다성분 트렌드 파일을 도시한 도면.FIG. 9 shows a multicomponent trend file containing four minute decanter solution components and 15 minutes run time data for solution density. FIG.
도10은 4개의 경상 디캔터 용액 성분에 대한 80분의 실행 시간 데이터를 포함하는 다성분 트렌드 파일을 도시한 도면.FIG. 10 shows a multicomponent trend file containing 80 minutes of run time data for four ordinary decanter solution components. FIG.
도11은 5개의 경상 디캔터 용액 성분에 대한 125분의 실행 시간 데이터를 포함하는 다성분 트렌드 파일을 도시한 도면.FIG. 11 shows a multicomponent trend file containing 125 minutes of run time data for five ordinary decanter solution components. FIG.
도12는 5개의 경상 디캔터 용액 성분 및 용액 밀도에 대한 45분의 실행 시간 데이터를 포함하는 다성분 트렌드 파일을 도시한 도면.FIG. 12 shows a multicomponent trend file containing 45 minutes of run time data for five current decanter solution components and solution density. FIG.
도13은 3개의 경유분 칼럼 하부 용액 성분에 대한 50분의 실행 시간 데이터를 포함하는 다성분 트렌드 파일을 도시한 도면.FIG. 13 shows a multicomponent trend file containing 50 minutes of run time data for three light oil column bottom solution components. FIG.
도14는 2개의 생성물 스트림 용액 성분에 대한 65분의 실행 시간 데이터를 포함하는 다성분 트렌드 파일을 도시한 도면.FIG. 14 illustrates a multicomponent trend file containing 65 minutes of run time data for two product stream solution components. FIG.
도15는 2개의 중유분 칼럼 또는 생성물 스트림 용액 성분에 대한 180분의 실행 시간 데이터를 포함하는 다성분 트렌드 파일을 도시한 도면.FIG. 15 illustrates a multicomponent trend file containing 180 minutes of run time data for two heavy oil column or product stream solution components. FIG.
도16은 3개의 건조 칼럼 피드 성분에 대한 75분의 실행 시간 데이터를 포함하는 다성분 트렌드 파일을 도시한 도면.FIG. 16 illustrates a multicomponent trend file containing 75 minutes of run time data for three dry column feed components.
도17은 2개의 건조 칼럼 용액 성분에 대한 85분의 실행 시간 데이터를 포함하는 다성분 트렌드 파일을 도시한 도면.FIG. 17 illustrates a multicomponent trend file containing 85 minutes of run time data for two dry column solution components. FIG.
도18은 2개의 건조 칼럼 성분에 대한 110분의 실행 시간 데이터를 포함하는 다성분 트렌드 파일을 도시한 도면.FIG. 18 illustrates a multicomponent trend file containing 110 minutes of run time data for two dry column components. FIG.
A. 초산 반응 시스템A. Acetic Acid Reaction System
도1에 개요적으로 도시된 바와 같이, 메탄올 카보닐화 기술을 실시하는 초산 제조 설비는 편의상 3개의 기능 영역, 즉 반응, 경유분 회수(light ends recovery) 및 정제 영역으로 나누어질 수 있다. 예를 들어, 미국 특허 제3,772,156호, 제4,039,395호, 제5,831,120호, 제5,227,520호, 제5,416,237호 및 제5,916,422호와, PCT 공개 번호 WO9822420호에 기재된 바와 같이, 초산 반응 시스템은 증류 칼럼의 수와 유형면에서 다양할 수 있는데, 당업자에게 공지된 이와 같은 다양성은본 발명의 영역 내에 포함된다. 일반적으로, 반응부는 반응기(10) 및 플래시 탱크(flash tank)(20)로 이루어져 있다. 경유분 회수부는 경유분 칼럼(30) 및 상 분리 용기(40)(디캔터(decanter))로 이루어져 있다. 정제부는 또한 경유분 칼럼(30) 뿐만 아니라 건조 칼럼(50) 및 임의적으로 중유분 칼럼(60)으로 이루어져 있다. 각종 칼럼 및 용기는 파이프(반응 시스템 용액은 통상적으로 펌프에 의하여 이 파이프를 통해서 흐른다)와 같은 운반 라인에 의해 연결된다. 도시 및 설명을 간단하게 하기 위하여, 운반 라인 및 이 운반 라인내의 스트림을 본원에서는 모두 "스트림"이라 한다.As outlined in FIG. 1, the acetic acid manufacturing plant implementing the methanol carbonylation technique can be conveniently divided into three functional areas: reaction, light ends recovery and purification. For example, as described in U.S. Pat. The variety may vary in type, and such variations known to those skilled in the art are included within the scope of the present invention. In general, the reaction part consists of a reactor 10 and a flash tank 20. The diesel fuel recovery unit is composed of a diesel fuel column 30 and a phase separation vessel 40 (decanter). The purification section also consists of a dry oil column 30 as well as a light oil column 30 and optionally a heavy oil column 60. The various columns and vessels are connected by a conveying line, such as a pipe (reaction system solution typically flows through this pipe by a pump). For simplicity of illustration and description, the conveying line and the stream within the conveying line are all referred to herein as "streams".
메탄올, 디메틸 에테르, 메틸 아세테이트 또는 이들의 혼합물로 이루어진 스트림(12)을 통해서 반응기(10)로 공급된다. 물이 또한 스트림(12)에 제공될 수 있다. 일산화탄소 또는 불활성 가스와의 혼합물이 또한 스트림(12)을 통해서 이 공정에 공급된다. 통상적인 반응기(10) 동작 동안, 반응기 내용물은 액체로서 연속적으로 회수된다. 이것은 밸브(도시되지 않음)를 가로지르는 반응기 용액을 플래싱함으로써 성취되어, 증기-액체 스트림(100)을 생성시키는데, 이는 플래시 탱크(20)에 전달되고, 여기서 증기가 액체로부터 분리된다. 촉매를 함유하는 액체는 플래시 탱크(20)의 하부(22)에 축적되고, 촉매 재순환 펌프(P1)에 의해 펌핑되어 스트림(110)을 통해서 반응기(10)내로 되돌아간다 . 플래시 탱크(20)의 상부(24)에 남아있는 증기 스트림(120)은 초산 생성물, 물, 요오드화메틸(MeI), 요오드화수소(HI) 및 저 레벨의 불순물, 즉 프로피온산 및 아세트알데히드를 함유한다. 이 증기는 경유분 칼럼(30)으로 공급된다. 따라서, 플래시 탱크(20)의 주요목적은 촉매를 미정제 생성물(crude product)로부터 분리시켜 이 촉매를 반응기(10)로 귀환시키는 것이다.It is fed to the reactor 10 via a stream 12 consisting of methanol, dimethyl ether, methyl acetate or mixtures thereof. Water may also be provided to stream 12. A mixture with carbon monoxide or an inert gas is also fed to this process via stream 12. During normal reactor 10 operation, the reactor contents are continuously recovered as a liquid. This is accomplished by flashing the reactor solution across a valve (not shown) to produce a vapor-liquid stream 100, which is delivered to a flash tank 20 where steam is separated from the liquid. The liquid containing the catalyst accumulates in the lower portion 22 of the flash tank 20, pumped by the catalyst recycle pump P1 and returned to the reactor 10 through the stream 110. The vapor stream 120 remaining in the top 24 of the flash tank 20 contains acetic acid product, water, methyl iodide (MeI), hydrogen iodide (HI) and low levels of impurities, ie propionic acid and acetaldehyde. This steam is fed to the diesel oil column 30. Therefore, the main purpose of the flash tank 20 is to separate the catalyst from the crude product and return this catalyst to the reactor 10.
경유분 칼럼(30)은 전체 공정에서 중요한데, 그 이유는 미정제된 초산을 정제하고 요오드화물을 반응부로 되돌리는 두 가지 목적을 수행하기 때문이다. 경유분 칼럼(30)은 플래시 탱크(20)로부터, 오버헤드 증기 스트림(120)으로부터 공급받는다. 이것은 비점이 높은 초산을 MeI 및 메틸 아세테이트(MeOAc)와 같은 비점이 낮은 성분으로부터 분리시킨다. 3개의 스트림(130, 140, 150)은 경유분 칼럼(30)으로부터 제거된다. 오버헤드 스트림(130)은 주로 MeI로 이루어지지만, 또한 어느 정도의 물, MeOAc 및 초산을 함유하고 후술되는 상 분리기, 즉 디캔터(40)로 전달된다. 경유분 칼럼(30)으로부터의 사이드드로 스트림(sidedraw stream)(140)은 습식 초산으로 이루어지는데, 이는 펌프(P5)에 의해 건조 칼럼(50)으로 전달된다. 경유분 하부 스트림(150)은 물, HI 및 초산으로 이루어지는데, 이는 반응기(10) 및 플래시 탱크(20)를 포함하는 반응부로 재순환된다.The diesel oil column 30 is important in the overall process because it serves two purposes: to purify crude acetic acid and return the iodide to the reaction section. The gas oil column 30 is supplied from the flash tank 20 from the overhead vapor stream 120. This separates the high boiling acetic acid from the low boiling components such as MeI and methyl acetate (MeOAc). Three streams 130, 140, 150 are removed from the diesel fuel column 30. The overhead stream 130 consists mainly of MeI, but also contains some water, MeOAc and acetic acid and is passed to a phase separator, ie decanter 40, described below. The sidedraw stream 140 from the gas oil column 30 consists of wet acetic acid, which is delivered to the drying column 50 by a pump P5. The diesel oil bottoms stream 150 consists of water, HI and acetic acid, which is recycled to the reaction section including the reactor 10 and the flash tank 20.
경유분 회수부의 제2 파트는 상 분리기(40), 보다 일반적으로는 디캔터이다. 주로 MeI로 이루어진 중상(heavy phase)(42) 및 주로 수성의 초산으로 이루어진 혼합될 수 없는 경상(light phase)(44)이 디캔터(40)에서 분리된다. 경상(44) 및 중상(42)을 분리하는 1차 목적은 MeI를 반응기(10)로 재순환시키기 위한 것이다. 재순환될 MeI는 디캔터(40)의 작은 부트(boot)(46)에서 수집되는데, 이 부트의 부피는 경상(44)을 함유하는 디캔터(40)의 잔여 상부 부분(48)의 부피보다 훨씬 작다. 부트(46)내의 MeI는 펌프(P2)에 의해 하부 스트림(160)을 통해서 반응기(10)로 재순환된다. 경상을 분리하는 2차 목적은 펌프(P4)에 의해 스트림(170)을 통해서 귀환시키기 위한 것인데, 이 경상(44)의 일부는 경유분 칼럼(30)으로 환류되며, 이 경상(44)의 나머지는 펌프(P3)에 의해 스트림(180)을 통해서 반응기(10)로 재순환된다. 스트림(180)과 대비하여 스트림(170)으로 향하는 경상의 량은 펌프(P3 및 P4)중 하나 또는 둘 다에 의해 조정될 수 있다.The second part of the diesel oil recovery portion is a phase separator 40, more generally a decanter. A heavy phase 42 consisting primarily of MeI and an immiscible light phase 44 consisting primarily of aqueous acetic acid are separated in the decanter 40. The primary purpose of separating the light phase 44 and the middle phase 42 is to recycle MeI to the reactor 10. The MeI to be recycled is collected in a small boot 46 of the decanter 40, the volume of which is much smaller than the volume of the remaining upper portion 48 of the decanter 40 containing the mirror 44. MeI in boot 46 is recycled to reactor 10 via bottom stream 160 by pump P2. The secondary purpose of separating the phases is for returning through stream 170 by pump P4, a portion of which phase 44 is refluxed to gas oil column 30 and the remainder of this phase 44 Is recycled to reactor 10 via stream 180 by pump P3. The amount of incline directed to stream 170 as compared to stream 180 may be adjusted by one or both of pumps P3 and P4.
많은 초산 공정은 중상(42) 및 경상(44)을 부가적으로 처리하는 공정을 포함한다. 미국 특허 제4,102,922호, 제5,371,286호 및 제5,599,976호에 기재된 공정과 같은 공정에서, 중상(42)은 알칸을 제거하기 위하여 부가적으로 처리된다. 한가지 이와 같은 공정이 도1에 도시되어 있는데, 이 도1에서 탄화수소 제거 칼럼(70)은 중상(42)의 일 부분을 스트림(210)을 통해서 공급받는다. 칼럼(70)의 오버헤드는 스트림(220)을 통해서 플래시 탱크(20)로 귀환된다. 알칸이 풍부한 하부는 스트림(230)을 통해서 웨이스트(waste)로 전달된다. 다수의 초산 공정은 중상(42) 및 경상(44)을 부가 처리하여, 아세트알데히드 및 이의 축합 생성물과 같은 불순물을 제거한다. 이와 같은 아세트알데히드 제거 시스템의 예가 미국 특허 제5,599,976호, 제5,723,660호, 제5,625,095호 및 제5,783,731호, EP 특허 제487,284호 및 PCT 공개 번호 WO9817619호에 기재되어 있다. 모든 초산 공정 스트림은 본 발명을 이용하여 분석되어 개개의 공정 단계의 제어뿐만 아니라 전체 공정 제어를 개선시킬 수 있다.Many acetic acid processes include the additional treatment of the middle phase 42 and the minor phase 44. In processes such as those described in US Pat. Nos. 4,102,922, 5,371,286 and 5,599,976, the middle phase 42 is additionally treated to remove alkanes. One such process is shown in FIG. 1, in which the hydrocarbon removal column 70 receives a portion of the middle phase 42 through stream 210. Overhead of column 70 is returned to flash tank 20 via stream 220. The alkane rich bottoms are delivered to the waste via stream 230. Many acetic acid processes further process the middle phase 42 and the mirror phase 44 to remove impurities such as acetaldehyde and its condensation products. Examples of such acetaldehyde removal systems are described in US Pat. Nos. 5,599,976, 5,723,660, 5,625,095 and 5,783,731, EP Patents 487,284 and PCT Publication No. WO9817619. All acetic acid process streams can be analyzed using the present invention to improve overall process control as well as control of individual process steps.
정제부는 상술된 바와 같은 경유분 칼럼(30) 뿐만 아니라 건조 칼럼(50) 및 중유분 칼럼(60)을 포함한다. 많은 초산 공정은 부가적인 칼럼(80)을 포함하여 비점이 높은 불순물로부터 초산을 스트리핑한다. 건조 칼럼(50)은 대형의 증류 칼럼인데, 이 칼럼은 자신에 공급되는 것으로서 경유분 칼럼(30)으로부터 펌프(P5)를 통해서 습식 초산 스트림(140)을 받아들인다. 이 칼럼의 명칭이 의미하는 바와 같이, 건조 칼럼(50)의 주요 목적은 물을 초산 생성물로부터 제거하는 것이다. 물은 제거되어 오버헤드 스트림(184)을 통해서 칼럼 오버헤드 드럼(56)으로 공급되고 펌프(P8)에 의해 스트림(186)을 통해서 반응부로 귀환된다. 드럼(56)에서 응축된 용액의 일 부분은 펌프(P9)에 의해 스트림(188)을 통해서 칼럼 환류로서 귀환된다. 미국 특허 제5,599,976호 및 제5,723,660호에 기재된 공정과 같은 어떤 초산 공정에서, 드럼(56)에서 응축된 오버헤드 스트림(184)의 일 부분은 운반 라인(도시되지 않음)을 통해서 경유분 칼럼(30) 또는 건조 칼럼 피드 스트림(140)중 하나에 첨가된다. 본 발명은 상기 특허에 기재된 공정들의 공정 제어를 개선한 것이다. 건식 초산은 건조 칼럼(50)의 하부(52)로부터 제거되고, 생성물 탱크(product tank)(도시되지 않음)로 직접적으로 펌핑되거나 펌프(P6)에 의해 스트림(190)을 통해서 중유분 칼럼(60)으로 펌핑되어, 프로피온산과 같은 불순물을 부가적으로 제거한다. 부가적인 초산은 스트림(197)으로부터 회수되어, 펌프(P7)에 의해 폐산 스트리퍼 칼럼(waste acid stripper column)(80)으로 공급된다. 회수된 초산은 스트림(198)을 통해서 중유분 칼럼(60)으로 귀환된다. 폐(waste) 프로피온산 및 고급 산이 스트림(199)을 통해서 처분하기 위하여 전달된다. 중유분 칼럼(60)의 오버헤드는 스트림(192)을 통해서 드럼(64)으로 전달되어, 응축되고 펌프(P10)에 의해 환류로서 스트림(196)을 통해서 중유분 칼럼(60)으로 귀환되거나 스트림(140)과 혼합되도록스트림(194)을 통해서 전달된다.The refining unit includes a dry oil column 30 and a heavy oil column 60 as well as the light oil column 30 as described above. Many acetic acid processes include an additional column 80 to strip acetic acid from high boiling impurities. Drying column 50 is a large distillation column that feeds itself and receives wet acetic acid stream 140 from gas oil column 30 through pump P5. As the name of this column implies, the main purpose of the drying column 50 is to remove water from the acetic acid product. Water is removed and fed to the column overhead drum 56 through the overhead stream 184 and returned to the reaction section through the stream 186 by a pump P8. A portion of the condensed solution in drum 56 is returned as column reflux through stream 188 by pump P9. In certain acetic acid processes, such as those described in US Pat. Nos. 5,599,976 and 5,723,660, a portion of the overhead stream 184 condensed in the drum 56 is passed through a delivery line (not shown) to the diesel oil column 30 ) Or to a dry column feed stream 140. The present invention improves the process control of the processes described in the patent. Dry acetic acid is removed from the bottom 52 of the drying column 50 and pumped directly into a product tank (not shown) or through the stream 190 by pump P6 through the heavy oil column 60. Pumped to further remove impurities such as propionic acid. Additional acetic acid is recovered from stream 197 and fed to waste acid stripper column 80 by pump P7. The recovered acetic acid is returned to the heavy oil column 60 via stream 198. Waste propionic acid and higher acid are passed through stream 199 for disposal. The overhead of the heavy oil column 60 is transferred to the drum 64 via the stream 192 to condense and return to the heavy oil column 60 through the stream 196 as reflux by the pump P10 or to the stream. Passed through stream 194 to mix with 140.
임의적인 중유분 칼럼(60)의 목적은 초산으로부터 비점이 높은 프로피온산 불순물을 제거하기 위한 것이다. 중유분 칼럼(60)의 하부 부분(62)은 주로 프로피온산으로 이루어져 있는 반면, 사이드드로 스트림(200)은 생성물 탱크 내에 저장하기 위하여 전달되는 순수 초산으로 이루어져 있다.The purpose of the optional heavy oil column 60 is to remove high boiling propionic acid impurities from acetic acid. The lower portion 62 of the heavy oil column 60 consists mainly of propionic acid, while the side draw stream 200 consists of pure acetic acid delivered for storage in the product tank.
B. 공정 제어B. Process Control
일반적으로 수용되고 있는 전체 설비 제어 방법은 재고 제어(inventory control)(또한, 레벨 제어로 공지됨)의 개념이다. 이것은 주로 두개의 영역, 즉 반응부 및 경유분 회수부에서 성취된다. 반응부에서, 반응기 용액의 플래싱 속도는 반응기 공급 속도(feed rate)와 정합하고, 이에 따라서 목적하는 반응기 용액 레벨뿐만 아니라 반응 온도를 유지할 정도로 충분하여야 한다. 반응기 쿨러(도시되지 않음)는 플래싱 비가 변화하기 때문에 반응 온도 제어를 지원하는데 빈번하게 사용된다. 경유분 회수부에서, 재고 개념은 두 가지 주요한 기능을 갖는다. 첫 번째 기능은 재고 변동(inventory shift)을 최소로 하면서 MeI를 반응기(10)로 다시 귀환시키는 것이다. 부트(46)에서 중상(42)을 제어하는 레벨이 이 목적을 성취한다. 두 번째 기능은 경유분 칼럼 사이드드로 스트림(140)으로부터 정확한 량의 초산을 제거하여 이를 건조 칼럼(50)으로 공급하는 것이다. 경유분 칼럼(30)의 사이드드로 트레이(도시되지 않음)를 제어하는 레벨 및 반응기(10)로의 디캔터 경상 재순환 스트림(180)을 제어하는 흐름이 이 목적을 성취한다. 이들 두 가지 제어 동작은 함께 행해지는데, 그 이유는 보다 많은 량의 미정제 초산을 스트림(140)을 통해서 공급할 필요가 있는 경우, 반응기(10)로의 경상 재순환 스트림(180)의 흐름이 감소되기 때문이다. 이것이 스트림(170)을 통해서 경유분 칼럼(30)으로 보다 많은 경상을 환류시키고 나서, 칼럼(30) 아래의 보다 많은 초산을 레벨 제어된 사이드드로 트레이로 밀어 넣는다. 역으로, 보다 적은 량의 미정제 산이 시스템으로부터 제거되어야 하는 경우, 디캔터(40)의 스트림(180)을 통해서 반응기(10)로 경상을 재순환시키는 흐름은 증가된다. 이 결과 스트림(170)을 통한 칼럼 환류가 보다 낮게되고, 칼럼(30)의 오버헤드 내에 초산이 보다 많게되고 스트림(140)을 통해서 공급될 사이드드로 트레이상에 산이 보다 작게된다. 또 따른 주요 제어 개념은 경유분 칼럼(30)의 하부(34)에서 HI를 함유한다는 것이다. 이 하부(34)에서 최소한 필요로 되는 물 농도는 HI가 사이드드로 트레이 보다 아래로 유지되고 건조 칼럼(50)으로 진행하기보다는 오히려 반응부로 귀환되도록 보장한다.The overall facility control method that is generally accepted is the concept of inventory control (also known as level control). This is mainly achieved in two zones: the reaction section and the diesel oil recovery section. In the reaction section, the flashing rate of the reactor solution should be sufficient to match the reactor feed rate and thus maintain the reaction temperature as well as the desired reactor solution level. Reactor coolers (not shown) are frequently used to support reaction temperature control because the flashing ratio changes. In the diesel recovery section, the inventory concept has two main functions. The first function is to return MeI back to reactor 10 with minimal inventory shift. The level of control of the serious injury 42 at boot 46 accomplishes this goal. The second function is to remove the correct amount of acetic acid from stream 140 with the light oil column sided and feed it to the drying column 50. The level controlling the side draw tray (not shown) of the gas oil column 30 and the flow controlling the decanter phase recycle stream 180 to the reactor 10 achieve this goal. These two control actions are performed together because the flow of the recirculated stream 180 to the reactor 10 is reduced when a greater amount of crude acetic acid needs to be fed through the stream 140. to be. This refluxs more light phase through the stream 170 into the gas oil column 30 and then pushes more acetic acid below the column 30 into the tray with a level controlled sided. Conversely, when smaller amounts of crude acid have to be removed from the system, the flow of recycling the bed phase to reactor 10 through stream 180 of decanter 40 is increased. This results in lower column reflux through stream 170, more acetic acid within the overhead of column 30, and less acid on the side drawer tray to be fed through stream 140. Another major control concept is that it contains HI at the bottom 34 of the gas oil column 30. The minimum required water concentration in this bottom 34 ensures that HI is kept below the sided tray and returned to the reaction section rather than proceeding to the drying column 50.
재고 제어의 개념이 품질 제어를 보장하는 데에는 더할 나위 없이 적절한 역활을 수행하지만, 조성상의 변화가 발생되어 공정에서 바람직하지 않는 상태를 초래할 수 있다. 일부 이들 조성상의 변화는 재고 제어에 의해 검출될 수 없기(또는, 적어도 적절한 방식에 의해 검출되지 않음) 때문에, 칼럼 및 각종 스트림의 성분 농도를 연속적으로 갱신하는 것이 경유분 회수부 및 정제부의 동작을 최적화하는데 상당한 이점을 제공한다는 것이 초산 제조 분야의 당업자에게 인지되어 있다. 이것은 특히 저조 기술(low water) (이 기술에서, 각종 칼럼내의 물의 농도는 후술되는 바와 같이 생성물 순도에 중요하다)의 경우에 그러하다.Although the concept of inventory control plays an appropriate role in ensuring quality control, compositional changes can occur which can lead to undesirable conditions in the process. Since some of these compositional changes cannot be detected by inventory control (or at least not in an appropriate manner), continuously updating the component concentrations of the columns and the various streams may result in the operation of the diesel fuel recovery and purification sections. It is recognized by those skilled in the art of acetic acid manufacturing that it provides significant advantages in optimizing. This is especially true in the case of low water (in this technique, the concentration of water in the various columns is important for product purity as described below).
통상적으로, 다운스트림 분석은 일부 이들 스트림에 대한 실험실 분석에 앞서 오프-라인 샘플링함으로써 행해진다. 이들 샘플은 매일 수회 얻어지며, 일반적으로, 설비 오퍼레이터가 이용할 수 있는 스트림 조성 데이터와 샘플링간에는 수 시간의 지연이 존재한다. 또한, 이 오프-라인 데이터가 평균 칼럼 성능을 판단하는데 유용하지만, 전체 이들 용기 내에서의 어떤 가능한 순환 작용에 관한 어떠한 정보도 제공하지 못한다. 정제부의 순환 작용이 요오드화물과 같은 불순물을 생성물 스트림(200)내로 침투시킬 수 있다(이 불순물은 결국 생성물 저장 탱크에 도달한다). 이와 같은 순환 작용은 드문드문한 매일의 샘플링으로는 분별할 수 없지만, 본 발명을 따른 연속적인 온-라인 데이터로부터 손쉽게 분별하게 될 것이다.Typically, downstream analysis is done by off-line sampling prior to laboratory analysis on some of these streams. These samples are taken several times daily, and in general, there is a delay of several hours between sampling and stream composition data available to facility operators. In addition, this off-line data is useful for determining average column performance, but does not provide any information about any possible circulation in all of these vessels. Circulation of the refinery can infiltrate impurities, such as iodide, into the product stream 200 (these impurities eventually reach the product storage tank). This circulating action cannot be discerned by sparse daily sampling, but will be readily discerned from the continuous on-line data according to the present invention.
도1에 도시된 초산 설비와 같은 통상적인 초산 설비의 각종 공정 스트림 및 칼럼을 분석하는 성능이 각종 레벨의 공정 제어를 허용하게 한다. 정제부내의 각 용기는 개별적으로 또는 서로와 결합하여 제어될 수 있다. 각 용기는 질량 평형 원리를 이용하여 제어될 수 있는데, 즉 용기 내로 그리고 밖으로의 질량 흐름이 스트림 내 그리고 밖의 조성을 토대로 조정되어, 감시되는 성분 또는 성분들이 단독으로 또는 조합하여 제어될 수 있도록 한다. 요구되는 소망 레벨의 제어에 따라서, 증류 칼럼에서 온도 또는 온도 분포를 변화시키는 것이 필요할 수도 있다. 통상적으로, 이것은 칼럼 재비기(column reboiler)로의 증기 흐름만을 조정하거나 칼럼 압력과 함께 증기 흐름을 조정함으로써 성취될 수 있다. 또한, 캐스케이드형의 제어 방식으로 제어되는 칼럼의 전후에 있는 칼럼을 부가적으로 제어하는 것이 때때로 필요하다. 본 발명에 의해 가능한 각종 스트림을 감시할 뿐만 아니라 개별적인 정제 칼럼 전체에 걸쳐서 주요 지점에 분석 탐침을 삽입하여 칼럼 내에서 성분 기울기에 관한 정보를 제공한다. 이 타입의 프로필 정보는 칼럼 상태의 변화 속도를 제어하여 업셋(upset)을 최소화하는데 사용될 수 있다. 본 발명의 공정 제어는, 예를 들어 미국 특허 제5,001,259호, 제5,026,908호, 제5,144,068호, 제5,750,007호, 제5,817,869호 및 제6,031,129호에 기재된 바와 같은, 저조 공정에서 상당한 이점을 제공할 수 있다.The ability to analyze various process streams and columns of a conventional acetic acid plant, such as the acetic acid plant shown in FIG. 1, allows for various levels of process control. Each vessel in the purification section can be controlled individually or in combination with each other. Each vessel can be controlled using the mass balance principle, ie the mass flow into and out of the vessel is adjusted based on the composition in and out of the stream, so that the monitored component or components can be controlled alone or in combination. Depending on the desired level of control required, it may be necessary to vary the temperature or temperature distribution in the distillation column. Typically, this can be accomplished by adjusting only the steam flow to the column reboiler or by adjusting the steam flow along with the column pressure. In addition, it is sometimes necessary to additionally control the columns before and after the column controlled by the cascaded control scheme. In addition to monitoring the various streams possible by the present invention, analytical probes are inserted at key points throughout the individual purification columns to provide information on component gradients within the columns. This type of profile information can be used to minimize the upset by controlling the rate of change of the column state. The process control of the present invention can provide significant advantages in low process processes, for example, as described in US Pat. Nos. 5,001,259, 5,026,908, 5,144,068, 5,750,007, 5,817,869 and 6,031,129. .
도1에 명확하게 도시되어 있지는 않지만, 예를 들어 미국 특허 제3,772,156호에 기재된 바와 같이, 초산 설비는 통상적으로 칼륨 아세테이트 또는 메탄올을 주입하여 요오드화물을 제거하도록 일부 칼럼에서 반응성 증류 기술을 사용한다. 본 발명은 칼럼 내로 주입되는 성분의 공급 속도를 칼럼 프로필, 피드(feed) 또는 방출구의 분석을 토대로 제어한다.Although not explicitly shown in FIG. 1, as described, for example, in US Pat. No. 3,772,156, acetic acid equipment typically uses reactive distillation techniques in some columns to inject potassium acetate or methanol to remove iodide. The present invention controls the feed rate of the components injected into the column based on the analysis of the column profile, feed or outlet.
1. 경유분 디캔터에서의 공정 제어1. Process control in the gas oil decanter
경유분 디캔터 용기(40)에서 성분 농도의 연속적인 갱신이 공정 제어하는데 유용하게 되는 상태가 개략적으로 후술된다.The state in which the continuous update of the component concentration in the gas oil decanter vessel 40 becomes useful for process control is outlined below.
반응기(10)가 저조 및/또는 고 MeOAc 농도에서 동작되어야 하는 경우에, MeI가 디캔터(40)에서 별개의 상으로서 분리될 수 없는 상태는 피해져야 한다. 경상(44)에서의 물 농도가 저 레벨로 떨어지는 경우, 경상(44)은 주로 초산으로 되고, 증가하는 량의 MeI는 경상(44)에서 용해될 수 있게 된다. 극단적인 경우에, 디캔터(40)내에 단지 하나의 상만이 존재하는데, 이것은 그후 전체 디캔터(40)에 걸쳐서 MeI 농도를 저 레벨로 희석시킨다. 따라서, MeI 농도가 높은 상을 재순환시키도록 설계된 펌프는 반응을 유지시키기 위한 충분한 MeI를 반응기(10)로 재순환시킬 수 없다. 따라서, 반응기(10)는 "중지(quenched)"되고, 동작 파라미터는 소망의 반응을 재개하기 위하여 조정될 필요가 있다. 게다가, 경상(44)에서의 고농도 MeOAc는 단지 하나의 상만이 디캔터(40)내에 존재하게 하는 정도로 MeI를 경상(44)에서 용해시킨다. 예를 들어, 스트림(160)의 연속적인 분석이 MeI 농도가 감소되었다는 것을 나타내는 경우, 일정한 량의 MeI가 반응기(10)로 귀환되도록, 도1의 펌프(P2)에서 흐름이 증가될 수 있다.If reactor 10 is to be operated at low and / or high MeOAc concentrations, a condition in which MeI cannot be separated as a separate phase in decanter 40 should be avoided. When the water concentration in the mirror phase 44 drops to a low level, the mirror phase 44 mainly becomes acetic acid, and an increasing amount of MeI can be dissolved in the mirror phase 44. In extreme cases, only one phase is present in decanter 40, which dilutes the MeI concentration to low levels over the entire decanter 40. Thus, a pump designed to recycle a high MeI concentration phase cannot recycle enough MeI to reactor 10 to maintain a reaction. Thus, the reactor 10 is "quenched" and the operating parameters need to be adjusted to resume the desired reaction. In addition, the high concentration of MeOAc in the phase 44 dissolves MeI in the phase 44 such that only one phase is present in the decanter 40. For example, if subsequent analysis of stream 160 indicates that the MeI concentration is reduced, the flow may be increased in pump P2 of FIG. 1 so that a constant amount of MeI is returned to reactor 10.
경유분 칼럼(30)으로 환류로서 귀환되는 경상(44)의 부분은 반응기(10) 와 다운스트림 건조 칼럼(50)간의 물 부하(water load)를 평형시키는 작용을 한다. 스트림(170)을 통해서 환류를 증가시키고 스트림(180)을 통해서 반응기(10)로의 재순환을 감소시킴으로써 너무 많은 물이 경유분 칼럼(30)으로 귀환되는 경우, 보다 많은 물이 사이드드로 생성물 분리(sidedraws product takeoff)시에 결국 제거된 다음에, 스트림(140)을 통해서 건조 칼럼(50)으로 전달된다. 건조 칼럼(50)에서 물 부하는, 이 건조 칼럼이 넘쳐흘러 물 제거 기능을 수행하지 못할 정도로 증가될 수 있다. 역으로, 너무 많은 물이 재순환 스트림(180)을 통해서 반응기(10)로 전달되는 경우, 건조 칼럼(50)은 임계정도로 로딩되지 않아, 헥실 요오드화물(hexyl iodide)과 같은 불순물을 생성물 스트림(200)내로 침투시킬 수 있다. 본 발명의 분석적인 성능의 또 다른 실시예는 사이드드로 스트림(140)에서 초산 및 물 농도를 유지시키도록 함으로써 경유분 칼럼(30)을 제어하는 것이다. 제어 방식의 한가지 실시예는 초산 및 물 분석을 토대로 경유분 칼럼 재비기 온도만을 조정하거나 칼럼 환류(170)와 함께 이 온도를 조정하는 것이다.The portion of the mirror bed 44 returned as reflux to the gas oil column 30 serves to balance the water load between the reactor 10 and the downstream drying column 50. If too much water is returned to the diesel oil column 30 by increasing the reflux through stream 170 and reducing the recycle to reactor 10 through stream 180, more water is sidedraws the product. It is eventually removed at the product takeoff and then passed to the drying column 50 via stream 140. The water load in the drying column 50 may be increased to such an extent that this drying column overflows to perform the water removal function. Conversely, if too much water is delivered to reactor 10 via recycle stream 180, drying column 50 is not critically loaded, resulting in impurities such as hexyl iodide, resulting in product stream 200. Can penetrate into). Another embodiment of the analytical performance of the present invention is to control the diesel oil column 30 by maintaining acetic acid and water concentrations in the side draw stream 140. One embodiment of the control scheme is to adjust only the gas oil column reboiler temperature based on acetic acid and water analysis or adjust this temperature with column reflux 170.
물 및/또는 MeOAc의 농도가 반응기 및 다운스트림 영역에서 변화할 수 있기 때문에, 생산 속도를 증가시키거나 생성물의 품질을 변화시키기 위해선, 경상(44) 및 중상(42) 둘 다의 조성을 감시하는 것이 중요한데, 특히 디캔터(40)가 단지 하나의 상만을 포함하는 경우를 피하는 것이 중요하다. 두개의 상(42, 44)의 온-라인 분석은, 부정확한 채로 있는 경우, 디캔터(40)에서 하나의 상의 상태를 야기할 수 있는 조성 변화를 오퍼레이터에게 통보할 수 있다. 특히, 경상(44)에서의 물 농도 및 경상(44) 및 중상(42) 둘 다에서의 MeOAc의 농도는 건조 칼럼(50)에서 바람직하지 않은 상태를 피하게 하는 지침(guidelines)으로서 사용될 수 있는 파라미터이다. 디캔터(40)에서 하나의 상의 상태를 피하는 것 이외에도, 물 농도에 대한 인지는 또한 반응기(10) 및 건조 칼럼(50)간에 물의 적절한 평형을 유지시키는데 사용될 수 있다. 중상(42) 및 경상(44)의 다수의 연속적인 분석을 토대로 한 통합된 제어 방식의 한가지 실시예가 이하에 제공된다. 도1을 참조하면, MeI 농도가 중상(42)에서 감소하는 경우, 펌프(P2 및 P3)에 의한 흐름은 반응기(10)로 귀환되는 일정한 량의 MeI를 유지시키도록 조정된다. 경상(44)의 흐름에서의 변화가 반응기(10)에서의 물 평형에 영향을 미치기 때문에, 경상(44)의 물 분석은 반응기(10)로 공급되는 보급수(도시되지 않음)를 조정하여, 일정한 물 농도가 유지되도록 하는데 사용된다.Since the concentrations of water and / or MeOAc can vary in the reactor and downstream regions, to increase the production rate or to change the quality of the product, monitoring the composition of both the phase 44 and the medium phase 42 is necessary. Importantly, it is particularly important to avoid the case where the decanter 40 contains only one phase. On-line analysis of the two phases 42, 44 may inform the operator of composition changes that may cause the state of one phase in the decanter 40 if left inaccurate. In particular, the water concentration in phase 44 and the concentration of MeOAc in both phase 44 and medium phase 42 can be used as guidelines to avoid undesirable conditions in dry column 50. Parameter. In addition to avoiding the state of one phase in the decanter 40, awareness of the water concentration may also be used to maintain proper equilibrium of water between the reactor 10 and the drying column 50. One embodiment of an integrated control scheme based on multiple successive analyzes of serious injury 42 and minor injury 44 is provided below. Referring to FIG. 1, when the MeI concentration decreases in the middle phase 42, the flow by the pumps P2 and P3 is adjusted to maintain a constant amount of MeI returned to the reactor 10. Since changes in the flow of the stag 44 affect the water equilibrium in the reactor 10, the water analysis of the stag 44 adjusts the make-up water (not shown) supplied to the reactor 10, It is used to maintain a constant water concentration.
본 발명의 또 다른 실시 양태는 미국 특허 제5,599,976호 및 제5,723,660호에 기재된 초산 공정에 본 발명의 공정 제어를 적용하는 것이다. 중상(42) 및 경상(44)의 분석이 단일 상의 존재를 즉각적으로 나타내는 경우, 높은 물 농도를함유하는 스트림(186)의 일 부분은 스트림(120) 또는 디캔터(40)로 향하여(도시되지 않음) 상 분리를 개선시킬 수 있다. 또한, 디캔터(40)내에서 물의 평형은 펌프(P3 및 P4)로 향하는 흐름을 조정함으로써 유지될 수 있다.Another embodiment of the present invention is to apply the process control of the present invention to the acetic acid processes described in US Pat. Nos. 5,599,976 and 5,723,660. If the analysis of the medium phase 42 and the minor phase 44 immediately indicates the presence of a single phase, a portion of the stream 186 containing the high water concentration is directed towards the stream 120 or decanter 40 (not shown). ) Phase separation can be improved. In addition, the equilibrium of water in the decanter 40 can be maintained by adjusting the flow to the pumps P3 and P4.
탄화수소는 MeI를 갖는 중상에서 때때로 증강될 수 있다. 메탄올 카보닐화에서 사용되는 일산화탄소(CO)는 일반적으로 천연 가스 또는 기름 잔여물의 불완전한 연소로부터 발생된다. 따라서, CO 스트림은 미량의 탄화수소, 일반적으로 알칸을 함유할 수 있다. 따라서, 일반적으로 비점이 낮은 이들 탄화수소는 디캔터 중상(42)에서(이 중상에서 이들 탄화수소는 높은 용해도를 갖는다) 집중하는 경향이 있다. 저급 알칸 밀도는 0.7g/mL 정도이므로, 중상(42)에서 MeI를 희석시킬 뿐만 아니라, 저급 알칸은 중상 밀도를 감소시키는 경향이 있다. 중상 분리는 용질 비혼화성(solute immiscibility) 및 밀도 둘 다의 함수이기 때문에, 증가하는 탄화수소 농도는 디캔터 성능에 나쁜 영향을 미칠수 있다. 도1에 도시된 바와 같이, 알칸(탄화수소) 제거 칼럼(70)은 디캔터(40)의 부트(46)로부터 스트림(210)을 통해서 탄화수소 및 MeI를 포함한 중상(42)의 흐름을 수용한다. MeI는 분리되어 스트림(220)을 통해서 반응부로 다시 공급되는 반면에, 탄화수소는 스트림(230)을 통해서 제거된다. 알칸 제거 칼럼은 초산 제조 분야의 당업자에게 공지되어 있고, 배치식 또는 연속식으로 동작될 수 있다. 탄화수소의 온-라인 분석은 알칸 제거 칼럼(70)으로의 디캔터 중상(42)의 적절한 흐름을 판단하게 한다.Hydrocarbons can sometimes be enhanced in the middle phase with MeI. Carbon monoxide (CO) used in methanol carbonylation generally results from incomplete combustion of natural gas or oil residues. Thus, the CO stream may contain traces of hydrocarbons, generally alkanes. Thus, these hydrocarbons, which generally have a low boiling point, tend to concentrate in the decanter mesophase 42, where these hydrocarbons have high solubility. Since the lower alkane density is about 0.7 g / mL, not only dilute MeI in the middle phase 42, but also the lower alkane tends to reduce the medium phase density. Since medium phase separation is a function of both solute immiscibility and density, increasing hydrocarbon concentrations can adversely affect decanter performance. As shown in FIG. 1, an alkane (hydrocarbon) removal column 70 receives the flow of the middle phase 42 including hydrocarbons and MeI from the boot 46 of the decanter 40 through the stream 210. MeI is separated and fed back to the reaction section via stream 220, while hydrocarbons are removed via stream 230. Alkanes removal columns are known to those skilled in the art of acetic acid production and can be operated batchwise or continuously. On-line analysis of the hydrocarbon allows to determine the proper flow of decanter middle phase 42 to the alkane removal column 70.
아세트알데히드(CH3CHO)는 반응기(10)에서 바람직하지 않은 부산물이다. 이것은 반응기(10)내에서 수소화반응을 겪어 에탄올을 형성한 다음, 카보닐화되어 프로피온산을 형성하는데, 이는 정제부에서 초산으로부터 분리되는 것이 어렵다. 아세트알데히드는 또한 축합되어, 상응하는 요오드화물을 형성하는 C4, C6, C8등의 알코올을 제공할 수 있다. C6요오드화물, 즉 헥실 요오드화물은, 건조 칼럼(50)에서 초산으로부터 분리되기 어렵고 예를 들어 EP 공개 번호 제985,653호에 기재된 바와 같이 초산 생성물의 요오드화물 오염물을 초래할 수 있기 때문에, 특히 저조의 초산 제조 기술을 실시하는데 곤란하다.Acetaldehyde (CH 3 CHO) is an undesirable by-product in reactor 10. This undergoes hydrogenation in reactor 10 to form ethanol and then carbonylated to form propionic acid, which is difficult to separate from acetic acid in the purification section. Acetaldehyde can also be condensed to provide alcohols such as C 4 , C 6 , C 8 , which form the corresponding iodides. C 6 iodide, ie hexyl iodide, is particularly poor because it is difficult to separate from acetic acid in the drying column 50 and can lead to iodide contaminants of the acetic acid product as described, for example, in EP Publication No. 985,653. It is difficult to implement acetic acid production technology.
아세트알데히드는 단지 21℃의 비점을 가지므로, 경유분 칼럼(30) 위에서 축적되어 디캔터(40)에서 집중되는 경향이 있다. 따라서, 디캔터 상(42, 44) 둘 다에서 이 성분에 대한 온-라인 분석은 다른 성분에 대한 온-라인 반응기 분석과 조합하여 부산물 형성을 최소화하는 최적의 반응기 상태를 식별하는데 유용하다. 공정에 대한 다양한 변형이 아세트알데히드를 제거하기 위한 기술에 공지되어 있고, 본원에 기재된 분석적 방법은 이들 공지된 어떤 공정들에 대한 공정 제어를 개선시킨다. 반응기 용액내의 아세트알데히드의 농도는 너무 낮아서 온-라인 분석할 수 없지만, 디캔터(40)내에서의 어떠한 아세트알데히드 농도 변화(이 변화는 디캔터에서 감시될 수 있다)도 적절하게 예측되어 반응기(10)내에서의 변화와 상관될 수 있다.Acetaldehyde has a boiling point of only 21 ° C. and therefore tends to accumulate above the gas oil column 30 and concentrate in the decanter 40. Thus, on-line analysis of this component on both decanter beds 42 and 44 is useful for identifying the optimal reactor conditions that minimize by-product formation in combination with on-line reactor analysis for other components. Various modifications to the process are known in the art for removing acetaldehyde, and the analytical methods described herein improve process control for any of these known processes. Although the concentration of acetaldehyde in the reactor solution is so low that it cannot be analyzed on-line, any change in acetaldehyde concentration in the decanter 40 (this change can be monitored in the decanter) is appropriately predicted so that the reactor 10 Can be correlated with changes within.
2. 경유분 칼럼 하부에서의 공정 제어2. Process control at the bottom of the gas oil column
요오드화수소(HI)는 약 5 중량% 보다 많은 물을 갖는 초산 용액에서 비점이 높은 공비혼합물(azeotrope)을 형성한다. 물 농도가 약 5 중량%보다 아래로 떨어지면, 공비혼합물은 브레이크다운(breakdown)되기 시작하고 HI가 휘발하기 시작할 것이다. 이와 같은 휘발이 하부 스트림(150)에서 HI를 작게하여 반응부로 귀환시킴으로써, 반응기 요오드화물 재고에 나쁜 영향을 미칠 수 있다. 이제부터, 휘발된 HI는 주로, 건조 칼럼(50)에 공급되는 습식 초산의 경유분 사이드드로 스트림(140)의 일부가 될 것이다. 일반적으로 HOAc 제조에 사용되는 공정 장비는 실질적으로 이 성분들에 대해서 작동하지 않지만, 시스템에서 HI 농도 레벨이 지나치게 높은 레벨에 도달하는 경우, 부식되거나 이와 다른 나쁜 영향을 받을 수 있다. 따라서, 이 피드에서 상당한 농도의 HI의 존재는, 정제 용기의 부식 및 최종 초산 생성물의 요오드화물 오염물과 관련하여 중요성을 갖는다. 따라서, 반응기 성능 및 정제부 성능 둘 다와 관련하여 경유분 칼럼(30)의 하부(34)에서 물 레벨을 약 5 중량%(약 3 몰의)의 최소 농도로 유지시키는 것이 중요하다.Hydrogen iodide (HI) forms a high boiling point azeotrope in acetic acid solution with more than about 5% by weight of water. If the water concentration falls below about 5% by weight, the azeotrope will begin to breakdown and HI will begin to volatilize. This volatilization can adversely affect the reactor iodide inventory by reducing HI in the bottom stream 150 and returning it to the reaction section. From now on, the volatilized HI will primarily be part of stream 140 as a wet acetic acid sided feed to dry column 50. In general, the process equipment used to manufacture HOAc does not actually work for these components, but if the HI concentration level in the system reaches an extremely high level, it may be corroded or otherwise adversely affected. Thus, the presence of significant concentrations of HI in this feed is of importance with regard to corrosion of the purification vessels and iodide contaminants of the final acetic acid product. Therefore, it is important to maintain the water level at a minimum concentration of about 5% by weight (about 3 moles) at the bottom 34 of the gas oil column 30 in relation to both reactor performance and refinery performance.
HI 및 물은 확장된 중간-적외선(4000-7000 cm-1) 또는 중간-적외선(400-4000 cm-1) 분광법(spectroscopy)중 하나에 의해 정확하게 측정될 수 있다. 따라서, 경유분 하부(34)의 온-라인 분석은 물 농도가 임계의 저 레벨에 도달할 때를 나타내도록 작용함으로써 칼럼 업셋을 피하도록 하는 것을 지원한다.HI and water can be measured accurately by either extended mid-infrared (4000-7000 cm −1 ) or mid-infrared (400-4000 cm −1 ) spectroscopy. Thus, on-line analysis of the gas oil bottom 34 assists to avoid column upsets by acting to indicate when the water concentration reaches a critical low level.
3. 건조 칼럼 피드 및 건조 칼럼에서의 공정 제어3. Process Control in Dry Column Feed and Dry Column
건조 칼럼 피드는 경유분 칼럼(30)으로부터의 사이드 스트림(140)이다. 이것은 주로 소량의 MeI 및 MeOAc 및 미량의 HI를 갖는 초산 및 물이다. 이 칼럼(50)의 주 목적은 건식 초산을 생성하는 것이다. 물은 오버헤드 스트림(184)을 통해서 제거된다. 그러나, 건조 칼럼(50)은 매우 순수한 오버헤드 스트림을 생성하도록 설계되지 않는다. 오버헤드 스트림(184)에서 물 조성은 초산을 재순환시키는 부가 비용 및 물로부터 초산을 분리시키는 비용을 최적화하여야 한다. 이 오버헤드 스트림(184)의 일부는 펌프(P8)에 의해서 스트림(186)을 통해서 반응기(10)로 재순환되어, 시스템 물 재고를 유지시키거나 상술된 바와 같이 물을 경유분 칼럼(30) 및 디캔터(40)로 공급하는데 사용될 수 있다.The dry column feed is a side stream 140 from the gas oil column 30. It is mainly acetic acid and water with small amounts of MeI and MeOAc and trace amounts of HI. The main purpose of this column 50 is to produce dry acetic acid. Water is removed through overhead stream 184. However, the drying column 50 is not designed to produce a very pure overhead stream. The water composition in overhead stream 184 should optimize the additional cost of recycling acetic acid and the cost of separating acetic acid from water. A portion of this overhead stream 184 is recycled to the reactor 10 via stream 186 by pump P8 to maintain system water inventory or to pass water through the gas oil column 30 and It can be used to feed the decanter 40.
건조 칼럼(50)은 온도 기울기 개념을 토대로 동작되고 다수의 액체가 로딩된 트레이(도시되지 않음)를 갖는다. 건조 칼럼 피드(140) 및 이들 트레이에서 물에 대한 온-라인 분석은 이 칼럼(50)의 순간적이고 연속적으로 갱신된 물 프로필을 제공한다. 이와 같은 프로필은 여러 가지 용도로 이용된다. 너무 많은 물이 경유분 칼럼 사이드드로 스트림(140)으로부터 건조 칼럼(50)으로 전달되는 경우, 건조 칼럼(50)내의 물 부하는, 이 건조 칼럼이 넘쳐흘러 물 제거 기능을 수행하지 못할 정도로 증가될 수 있다. 역으로, 너무 많은 물이 재순환하도록 스트림(150)을 통해서 반응기(10)로 전달되면, 건조 칼럼(50)은 로딩되지 않을 수 있다. 경유분 하부(34), 경유분 사이드드로 스트림(140) 및 건조 칼럼 트레이의 온-라인 분석을 조합하면 칼럼 로딩시에 어떠한 바람직하지 않은 감소 또는 증가가 신속하게 식별되어 처리되도록 한다.The drying column 50 is operated based on the concept of temperature gradient and has a tray (not shown) loaded with a plurality of liquids. On-line analysis of the water in the dry column feed 140 and in these trays provides an instantaneous and continuously updated water profile of this column 50. Such profiles are used for many purposes. When too much water is passed from the stream 140 to the drying column 50 in the light oil column sided, the water load in the drying column 50 may increase to such an extent that the drying column overflows and cannot perform the water removal function. Can be. Conversely, if too much water is passed through the stream 150 to the reactor 10 to recycle, the drying column 50 may not be loaded. Combining the on-line analysis of the gas oil bottom 34, the gas oil side draw stream 140 and the dry column tray allows any undesirable decrease or increase in column loading to be quickly identified and processed.
건조 칼럼(50)의 물 프로필의 두 번째 장점은 저조 기술과 관계된다. 헥실 요오드화물, 즉 소량의 부산물은 초산 및 물을 갖는 비점이 일정한 공비혼합물을 형성함으로, 증류에 의해 제거하는 것이 어렵다. 게다가, 이 공비혼합물의 휘발성은 건조 칼럼(50)의 하부(52)에서 증가되는 요오드화물 오염물의 잠재성으로 인해 물 농도가 감소됨에 따라서 감소된다. 건조 칼럼(50)에 적용되는 이 물 프로필 개념이 예를 들어 EP 공개 번호 제985,653호에 기재되어 있고, 본 발명은 이와 관련하여 유용한 건조 칼럼(50)의 물 프로필에 대한 개선된 제어 방법을 제공하는 것이다. 헥실 요오드화물은 FTIR에 의해 검출하거나 정량화하는데 너무 낮은 10억분율(ppb) 레벨로 제공되지만, 칼럼 물 함량 대 공비혼합물 브레이크다운 물 농도에 대한 인지는 물에 대한 온-라인 분석이 초산 생성물에서 요오드화물 오염물을 제어하는 수단으로서 사용되도록 한다. 이와 같은 동적 제어는 전용의 요오드화물 제거 칼럼에 대한 필요성을 제거함으로써, 비용을 크게 절감할 수 있게 한다.A second advantage of the water profile of the drying column 50 relates to the low water technique. Hexyl iodide, i.e., a small amount of byproduct, forms azeotropic mixtures having a boiling point with acetic acid and water, and are difficult to remove by distillation. In addition, the volatility of this azeotrope is reduced as the water concentration decreases due to the potential for increased iodide contaminants at the bottom 52 of the drying column 50. This water profile concept applied to the drying column 50 is described for example in EP Publication No. 985,653, and the present invention provides an improved control method for the water profile of the drying column 50 useful in this regard. It is. Hexyl iodide is provided at a billion level (ppb) level that is too low to be detected or quantified by FTIR, but the perception of column water content versus azeotrope breakdown water concentration is that an on-line analysis of water has shown that iodine in acetic acid product To be used as a means of controlling cargo contaminants. This dynamic control eliminates the need for a dedicated iodide removal column, thereby greatly reducing costs.
4. 중유분 칼럼에서의 공정 제어4. Process Control in Heavy Oil Columns
중유분 칼럼(60)의 주요 목적은 초산으로부터 프로피온산 불순물을 제거하기 위한 것이다. 이 칼럼의 하부 부분(62)은 낮은 부피의 프로피온산 스트림인 반면, 순수 초산은 사이드드로 스트림(200)에서 취출된다. 확장된 중간-적외선을 분석하면, 투과 셀 또는 광섬유 결합된 탐짐중 하나에 의해 프로피온산을 약 200ppm에 이르기까지 정량화시킨다. 통상적으로, 스트림(190)으로부터 중유분 칼럼(60)으로의 피드는 약 200-1000ppm의 프로피온산을 포함할 수 있다. 따라서, 피드 스트림(190) 및 초산 사이드드로 스트림(200)에 대해 분석하면은 칼럼 성능을 감시하고, 프로피온산 함량과 관련하여 초산 생성물의 순도를 연속적으로 갱신시킨다. 이 분석은 또한 물 농도를 약 100ppm에 이르기까지 정량화시킨다. 순수 초산 생성물은 통상적으로 약 100-500ppm의 물을 함유한다.The main purpose of the heavy oil column 60 is to remove propionic acid impurities from acetic acid. The lower portion 62 of this column is a low volume propionic acid stream, while pure acetic acid is withdrawn from the side stream 200. Analysis of extended mid-infrared quantifies propionic acid down to about 200 ppm by either transmission cell or fiber coupled probes. Typically, the feed from stream 190 to heavy oil column 60 may comprise about 200-1000 ppm of propionic acid. Thus, analysis on feed stream 190 and acetic acid side draw stream 200 monitors column performance and continuously updates the purity of the acetic acid product with respect to propionic acid content. The assay also quantifies the water concentration down to about 100 ppm. Pure acetic acid products typically contain about 100-500 ppm of water.
공정 제어의 또 다른 실시예는 펌프(P10)에 의해 오버헤드 드럼(64)으로부터 스트림(194)을 통해서 스트림(140)으로 재순환되는 응축된 스트림(192)의 량 대 칼럼 환류 스트림(196) 량을 스트림(200)의 프로피온산 농도를 토대로 제어하는 것이다. 두개의 스트림(194, 196)의 흐름 이외에도, 칼럼 재비기 온도가 조정될 수 있다.Another embodiment of process control is the amount of condensed stream 192 versus the amount of column reflux stream 196 recycled from overhead drum 64 through stream 194 to stream 140 by pump P10. Is controlled based on the propionic acid concentration of stream 200. In addition to the flow of the two streams 194, 196, the column reboiler temperature may be adjusted.
프로피온산 및 고급 산이 실질 농도(substantial concentration)의 초산과 함께 중유분 칼럼 하부(62)에 제공된다. 부가적인 초산이 피드 스트림(197)에 의해 하부(62)로부터 폐산 스트리퍼 칼럼(80)으로 회수된다. 폐 스트림(199)의 분석은 펌프(P7)에 의해 중유분 칼럼 온도 및 흐름을 최적화하여, 초산 회수를 최대화하고 처분을 위한 폐기물을 최소화시키는데 사용될 수 있다.Propionic acid and higher acid are provided to the bottom of the heavy oil column 62 with acetic acid at a substantial concentration. Additional acetic acid is recovered by the feed stream 197 from the bottom 62 to the waste acid stripper column 80. Analysis of waste stream 199 can be used to optimize heavy oil column temperature and flow by pump P7 to maximize acetic acid recovery and minimize waste for disposal.
C, 캘리브레이션 모델링C, calibration modeling
적외선 캘리브레이션 모델은 미국 특허 제6,103,934호 및 미국 특허 출원 제09/611,067호에 기재된 바와 같은 케모메트릭(chemometric) 기술을 사용하여 얻어지는데, 이들 전체 내용이 본원에 참조되어 있다. 케모메트릭은 통계자료(이 통계자료에서, 알고리즘 관계 및 수학적 논리가 조합되어 다변량 분석을 포함한 캘리브레이션 모델을 얻는다)를 이용하는 화학적 분석의 한 방식이다. 용어 다변량 분석은 용액내의 성분 농도 대 많은 적외선 파장 또는 주파수와의 관계라 한다. 케모메트릭 기술을 적용시키기 위한 소프트웨어 제품을 입수할 수 있다. 대표적인 제품으로서 워싱턴주, 시애틀에 소재하는 Infometrix사 제품의 PIROUETTETM을 들 수 있다. 케모메트릭 캘리브레이션 모델을 개발시에 수반되는 일반적인 단계는 당업자에게 널리 공지되어 있다. 또한, American Society for Testing and Materials(ASTM)는 " Standard Practices for Infrared Multivariate Analyses(No.E1655-94)"라는 명칭의 문헌을 공표 하였는데, 권장된 지침이 제공되어 있는 이 문헌의 전체 내용이 본원에 참조되어 있다.Infrared calibration models are obtained using chemometric techniques as described in US Pat. No. 6,103,934 and US Patent Application 09 / 611,067, the entire contents of which are incorporated herein by reference. Chemometrics are a form of chemical analysis that uses statistical data (in this statistical algorithm, algorithmic relations and mathematical logic are combined to obtain a calibration model including multivariate analysis). The term multivariate analysis refers to the relationship of component concentration in solution to many infrared wavelengths or frequencies. Get software products for applying chemometric technology. A typical example is PIROUETTE ™ from Infometrix, Seattle, WA. The general steps involved in developing a chemometric calibration model are well known to those skilled in the art. In addition, the American Society for Testing and Materials (ASTM) published a document entitled "Standard Practices for Infrared Multivariate Analyses (No. E1655-94)", which is hereby incorporated by reference in its entirety. Reference is made.
양호한 케모메트릭 캘리브레이션 모델을 얻기 위해선, 캘리브레이션 표준을 적절하게 선택하는 것이 중요하다. 다른 성분으로부터의 신호와 중첩되는 관심을 둔 성분의 신호가 상당히 약한 경우에, 많은 수의 캘리브레이션 표준이 준비되어 분석될 필요가 있을 수 있다. 이 수는 30 내지 300개 범위내 일수 있다. 정확한 캘리브레이션 모델을 생성하기 위하여, 다수의 캘리브레이션 표준이 준비되는데, 이 표준 각각은 통상적으로 반응 시스템 용액에 제공되는 모든 성분을 포함한다. 이들 성분의 일부 또는 전부는 결국 적외선 분광법에 의해 분석되어야 한다. 개별적인 표준을 갖는 성분들은 농도에 의해 독립적으로 변화되어, 한 성분이 또 다른 성분에 대해 가질 수 있는 어떤 바이어스(bias) 또는 간섭을 랜덤화시킨다. 반응 시스템 용액에서 예측되는 최대 및 최소 농도값은 각각의 성분 농도에 대한 경계 한계로서 작용한다. 표준이 준비된 후, 이들은 순차적으로 적외선 분석기로 주입되고 분광학적 신호가 수집된다. 일반적으로, 캘리브레이션 표준에 대한 각각의 스펙트럼은 우선 디지탈화된 포맷으로 변환되고 나서, 측정되어야 하는 상응하는 성분의 농도와 함께 스프레드시트로 설정된다. 그리고 나서, 부분 최소 평균 회귀법(Partial Least Squares regression method)이 데이터를 적합하게 하는데 사용된다. 결국, 캘리브레이션 모델의 정확도는 실제 공정 실행동안 온-라인 분석기로부터 얻어지는 반응 시스템 성분의 농도와 각종 스트림 및 칼럼을 실제로 샘플링함으로써 얻어진 농도와 비교하고 독립적인 오프-라인 분석적 방법을 사용하여 성분 농도에 대해 분석함으로써 검사된다.In order to obtain a good chemometric calibration model, it is important to choose the calibration standard appropriately. If the signal of a component of interest that is superimposed with a signal from another component is significantly weak, a large number of calibration standards may need to be prepared and analyzed. This number can range from 30 to 300. In order to produce an accurate calibration model, a number of calibration standards are prepared, each of which typically includes all components provided in the reaction system solution. Some or all of these components must eventually be analyzed by infrared spectroscopy. Components with individual standards are changed independently by concentration, randomizing any bias or interference that one component may have over another. The predicted maximum and minimum concentration values in the reaction system solution serve as boundary limits for each component concentration. After the standards have been prepared, they are sequentially injected into the infrared analyzer and the spectroscopic signals are collected. In general, each spectrum for a calibration standard is first converted into a digitalized format and then set up in a spreadsheet with the concentration of the corresponding component to be measured. Then, the Partial Least Squares regression method is used to fit the data. Finally, the accuracy of the calibration model is compared with the concentration of the reaction system components obtained from the on-line analyzer during the actual process run and the concentrations obtained by actually sampling the various streams and columns, and using an independent off-line analytical method for It is checked by analyzing.
7000cm-1으로부터 4000cm-1까지의 확장된 중간-적외선 및 4000cm-1으로부터 400cm-1까지의 중간-적외선에서 각 성분에 대한 캘리브레이션 모델을 얻는데 사용되는 스펙트럼 영역이 표1에 나타나 있다.The spectral regions used to obtain calibration models for each component in the extended mid-infrared from 7000 cm −1 to 4000 cm −1 and in mid-infrared from 4000 cm −1 to 400 cm −1 are shown in Table 1.
[표 1]TABLE 1
표 1의 표제에서 언급된 감쇄된 총 반사율(ATR: Attenuated Total Reflectance)은 분광법에 관련한 당업자에게 널리 공지되어 있고, 적외선 원(source)으로부터 고 굴절율의 적외선 투과 물질로부터 만들어진 결정(crystal)으로 입사되는 광을 포함한다. 이 광은 내부에서 반사되어 결정의 표면을 지나서 이 결정과 접촉하는 샘플로 확장된다. 적외선 에너지의 일 부분은 흡수되고, 이 에너지의 나머지는 검출기로 통과된다. ATR은 이 샘플에서 적외선 광에 대해 매우 짧은 경로길이를 생성시킨다.Attenuated Total Reflectance (ATR), mentioned in the heading of Table 1, is well known to those skilled in the art for spectroscopy and is incident from crystals made from high refractive index infrared transmissive materials from infrared sources. It includes light. This light is reflected internally and extends beyond the surface of the crystal to a sample in contact with the crystal. Part of the infrared energy is absorbed and the rest of the energy is passed to the detector. ATR generates very short path lengths for infrared light in this sample.
표 1에 사용된 용어 투과는 적외선 에너지가 샘플(이 샘플은 적외선 에너지 의 일 부분을 흡수한다)을 직접 통과하는 경우라 한다. ATR 기술과 유사하게, 에너지의 나머지는 검출기에 도달한다.The term transmission, as used in Table 1, refers to the case where infrared energy passes directly through a sample, which absorbs a portion of the infrared energy. Similar to the ATR technique, the rest of the energy reaches the detector.
중간-적외선에서 기본적인 흡수 대역이 상응하는 오버톤 대역(overtone bands)을 갖거나 확장된 중간-/근-적외선 영역에서 보다 낮은 강도의 "에코"를 갖도록 하는 적외선 분광법이 당업자에게 널리 공지되어 있다. 확장된 중간-적외선 영역과 결합하는 근-적외선 영역은 대략 4000cm-1으로부터 12500cm-1까지 확장된다. 확장된 중간-적외선 영역에서 발생하는 제1 오버톤 대역은 대략 기본적인 흡광도보다 크기가 작은 강도 정도이다. 유사하게, 훨씬 높은 근-적외선 주파수에서 발생하는 제2 오버톤 대역은 또 다시 강도면에서 보다 낮은 크기 정도이다. 따라서, 근-적외선에서의 어떠한 오버톤 대역도 셀 또는 탐침 윈도우 경로길이를 수정함으로써 정량 분석하는데 사용될 수 있다. 본 발명에 따라서 성분 측정을 위하여 관심을 둔모든 대역은 적외선 영역 내에 있다.Infrared spectroscopy is well known to those skilled in the art so that the fundamental absorption bands in the mid-infrared have corresponding overtone bands or have lower intensity "echo" in the extended mid- / near-infrared region. The near-infrared region, which combines with the extended mid-infrared region, extends from approximately 4000 cm −1 to 12500 cm −1 . The first overtone band, which occurs in the extended mid-infrared region, is on the order of magnitude less than the basic absorbance. Similarly, the second overtone band, which occurs at much higher near-infrared frequencies, is again on the order of magnitude lower in intensity. Thus, any overtone band in near-infrared can be used for quantitative analysis by modifying the cell or probe window path length. All bands of interest for component measurements in accordance with the present invention are in the infrared region.
실험실 시뮬레이션에서 묘사될 적외선 장비, 투과 셀, ATR 셀 및 투과 탐침은 제조 설비에서 사용되는 장비와 실질적으로 동일하다. 공정 확립된 버젼의 실험실 적외선 분광계는 캐나다, 포모나에 소재하는 Analect Instruments 및 캐나다, 퀘벡에 소재하는 ABB Bomem Inc.와 같은 여러 판매사에 의해 제공된다. 실험실의 전자 부품 및 공정 분광계는 근본적으로 동일하지만, 안전성 및 환경을 고려하면 공정 분광계는 내폭성 퍼지 캐비넷(explosion proof purged cabinets)으로 패키징할 필요가 있다. 유사하게, 실험실과 비교하여 공정 환경에서 기후 상태가 변화하기 때문에, 적외선 셀은 통상적으로 조절식 샘플 캐비넷(conditioned sample cabinet)에서 일정한 온도로 유지된다.The infrared equipment, transmission cell, ATR cell and transmission probe to be depicted in the laboratory simulation are substantially the same as the equipment used in the manufacturing facility. Process-established versions of laboratory infrared spectrometers are provided by several vendors, such as Analect Instruments, Pomona, Canada, and ABB Bomem Inc., Quebec, Canada. The electronics and process spectrometers in the lab are essentially the same, but considering the safety and the environment, the process spectrometers need to be packaged in explosion proof purged cabinets. Similarly, infrared cells are typically kept at a constant temperature in a conditioned sample cabinet because of the changing climate conditions in the process environment compared to the laboratory.
특정 성분이 또 다른 장소에서의 농도와 비교하여 반응 시스템의 한 장소에서 보다 집중되는 경우, 특정 성분을 정량적으로 분석하기 위하여 사용되는 적절한 스펙트럼 영역은 스트림 또는 용기(이 스트림 또는 용기에서 이 스펙트럼 영역이 분석된다)에 따라서 변화할 수 있다는 것을 이해햐여야 한다. 이것은 표1에서 알수 있는데, 예를 들어, MeI는 디캔터 중상에서 6261-5351cm-1의 확장된 중간-적외선 영역 및 디캔터 경상에서 6211-5505cm-1의 확장된 중간-적외선 영역에서 측정된다.If a particular component is more concentrated at one location in the reaction system compared to the concentration at another location, the appropriate spectral region used for quantitative analysis of the particular component is determined by the stream or vessel (this spectral region in this stream or vessel). It can be changed according to the analysis. This There know from Table 1, for example, MeI is the intermediate expansion of 6261-5351cm -1 in serious injury decanter-extended intermediate of 6211-5505cm -1 in the infrared region and a decanter current - is measured in the infrared region.
시뮬레이팅될 각각의 스트림 또는 용기에 대해서, 다성분 용액이 준비되어 캘리브레이션 모델을 생성하는데 필요한 분광학적 데이터를 얻는다. 이들 용액의 농도 범위는 상세히 서술되어 있는 개별적인 온-라인 실시예에서 검사되는 범위와일치한다. 예를 들어, 디캔터 경상 및 중상 캘리브레이션 표준의 준비시에 사용되는 농도 범위가 이하에 목록화되어 있다.For each stream or vessel to be simulated, a multicomponent solution is prepared to obtain the spectroscopic data needed to generate the calibration model. The concentration ranges of these solutions match the ranges examined in the individual on-line examples described in detail. For example, the concentration ranges used in the preparation of decanter thin and medium phase calibration standards are listed below.
상술된 출원에 개요적으로 기재된 바와 같이, 모든 용기/스트림내의 모든 성분에 대한 캘리브레이션 모델은 공지된 성분 농도의 용액을 준비하여, 이들 성분에 대한 적외선 스펙트럼을 얻고 적절한 캘리브레이션 모델을 사용하여 이들 스펙트럼을 정량적으로 분석함으로써 유효화된다.As outlined in the above application, the calibration model for all components in all containers / streams prepared solutions of known component concentrations to obtain infrared spectra for these components and to obtain these spectra using appropriate calibration models. Validated by quantitative analysis.
디캔터 중상 캘리브레이션 모델의 유효성은 표2에 표 형태로 그리고 도2의 CH3CHO에 대한 그래프 형태로 제공되는데, 여기서 공지된 조성의 8개의 용액이 준비되고 농도는 캘리브레이션 모델을 사용하여 예측된다. 표2의 값과 관계되는 0.997 또는 이 보다 큰 상관 계수(R 팩터)는 모든 성분을 분석하고 또한 밀도를 정량화하는데 정확도가 높다는 것을 나타낸다. 유사한 유효성이 디캔터 경상 캘리브레이션 모델에 대해서 실행된다. 이 유효성을 위한 데이터가 표3에 나타나 있다. 유사하게, 표4, 5 및 6은 경유분 칼럼 하부형 용액, 중유분 칼럼/생성물 탱크형 용액 및 건조 칼럼 피드형 용액 각각에 대한 유효 데이터를 보고한다.The effectiveness of the decanter mesophase calibration model is provided in table form in Table 2 and in the form of a graph for the CH 3 CHO in FIG. 2, where eight solutions of known composition are prepared and the concentration is predicted using the calibration model. A correlation coefficient (R factor) of 0.997 or greater, associated with the values in Table 2, indicates that the accuracy is high in analyzing all components and also in quantifying the density. Similar validity is implemented for the decanter current calibration model. The data for this validity is shown in Table 3. Similarly, Tables 4, 5, and 6 report valid data for light oil column bottom solutions, heavy oil column / product tank solutions, and dry column feed solutions, respectively.
[표 2]TABLE 2
[표 3]TABLE 3
[표 4]TABLE 4
[표 5]TABLE 5
[표 6]TABLE 6
ATR 방법 및 확장된-중간 투과 적외선 분석 방법의 호환성은 표4에서 두 세트의 데이터로 나타나 있다. 이 표는 경유분 칼럼 하부형 용액의 분석을 위한 ATR 방법 대 확장된 중간 투과 방법의 정확도를 비교한다. 이 표는 검사되는 HI, H2O 및 HOAc의 모든 범위에 걸쳐서 두 기술의 정확도가 우수하다는 것을 나타낸다.The compatibility of the ATR method and the extended-medium transmission infrared analysis method is shown in Table 4 as two sets of data. This table compares the accuracy of the ATR method versus the extended medium permeation method for the analysis of light oil column bottom solutions. This table shows that the accuracy of both techniques is excellent over all ranges of HI, H 2 O and HOAc tested.
적외선 측정의 정확도 및 정밀도는 주로 관심을 둔 성분의 스펙트럼 응답에 대한 신호 대 잡음 비의 함수이다. 잡음은 통상적으로 전자장치와 관련된 장비 수행시의 작고, 랜덤한 변화라 한다. 측정되는 성분이 충분히 높은 농도로 제공될때, 신호 대 잡음비는 매우 크게되어 잡음은 정량화에 나쁜 영향을 미치지 못한다는 것을 분광법에 관련한 당업자에게 널리 공지되어 있다. 적외선 신호가 매우 작을 때, 두 가지 디캔터 상에서 아세트알데히드의 ppp 레벨 측정 및 중유분 칼럼 또는 생성물 스트림 용액에서 프로피온산의 ppp 레벨 측정에서 처럼, 신호 대 잡음 비는 잡음이 정량화에 영향을 미칠 정도로 충분히 낮게될 수 있다. 잡음의 이와 같은 랜덤 기여도(random contribution)는 다음에 의해 평균화될 수 있다.The accuracy and precision of infrared measurements is primarily a function of the signal-to-noise ratio for the spectral response of the component of interest. Noise is typically referred to as a small, random change in the performance of equipment associated with an electronic device. It is well known to those skilled in the art with respect to spectroscopy that when the component to be measured is provided at a sufficiently high concentration, the signal to noise ratio is very large so that the noise does not adversely affect quantification. When the infrared signal is very small, the signal-to-noise ratio will be low enough so that the noise affects quantification, as in the ppp level measurement of acetaldehyde on two decanters and the ppp level measurement of propionic acid in a heavy oil column or product stream solution. Can be. This random contribution of noise can be averaged by
(a) 스펙트럼을 포착하기 위하여 시간 길이를 증가. 전형적인 포착 시간은 30초 정도이다. 예를 들어, 이 포착 시간을 1-3분 증가시키면은 신호가 영향받지 않도록 하면서 잡음을 감소시킬 것이다. 또는(a) Increase the length of time to capture the spectrum. Typical capture time is around 30 seconds. For example, increasing this acquisition time by 1-3 minutes will reduce noise while keeping the signal unaffected. or
(b) 다수의 스펙트럼 결과를 평균화하여 이 평균을 보고.(b) Report this mean by averaging a number of spectral results.
이들 두 가지 평균화 기술은 ppm 레벨의, 아세트알데히드, HI, 물 및 프로피온산에 대한 정량적인 데이터를 획득하는데 사용된다. 도2의 상관도는 8개의 유효 용액 각각에서 디캔터 중상 아세트알데히드에 대한 5회 반복 측정과 관계되는 스캐터(scatter)를 나타낸다. 1000 ppm 보다 아래의 농도에서, 개별적으로 예측된 값은 실제 값으로부터 +/- 300ppm 만큼 변화할 수 있다. 그러나, 표2에서 보고되는 값인 5회 측정의 평균은 정확도를 약 +/- 100ppm까지 개선시킨다. 심지어 이 평균화로 인해, 신호는 너무 낮게되어 200ppm 보다 아래의 농도의 아세트알데히드에서 신뢰성있는 정량화를 허용할 수 없게된다. 유사하게, 표5의 프로피온산 및 물의 ppm 값 및 표6의 HI의 ppm 값은 5회 측정 평균이다. 그러나, 개별적인 성분에 대한 적외선 측정은 샘플내 특정 성분 혼합물의 함수에 따라서 정확도 및 정밀도가 변화할 것이다. 따라서, 특정 스펙트럼 응답은 강하게되어 샘플내의 다른 성분으로 인한 응답으로부터 구별될 수 있는 경우에, 성분 농도가 낮을지라도, 양호한 신호 대 잡음 비를 얻는다. 따라서, 표5에 보고된 바와 같은 물의 농도가 낮은 ppm 값을 갖을지라도, 물은 보다 강하고 뚜렷한 신호를 갖는 경향이 있어, 다른 저 ppm 농도의 성분과 비교하여, 신뢰도를 보다 크게하고, 실제 및 예측된 값간의 편차를 보다 작게 한다.These two averaging techniques are used to obtain quantitative data for acetaldehyde, HI, water and propionic acid at ppm levels. The correlation in FIG. 2 shows the scatter involved in five replicate measurements of the decanter mesophase acetaldehyde in each of the eight effective solutions. At concentrations below 1000 ppm, the individually predicted values can vary by +/- 300 ppm from the actual values. However, the average of five measurements, the values reported in Table 2, improves the accuracy to about +/- 100 ppm. Even with this averaging, the signal becomes too low to allow reliable quantification at acetaldehyde at concentrations below 200 ppm. Similarly, the ppm values of propionic acid and water in Table 5 and the ppm values of HI in Table 6 are averages of five measurements. However, infrared measurements of individual components will vary in accuracy and precision as a function of the specific component mixture in the sample. Thus, if the specific spectral response is strong enough to be distinguished from the response due to other components in the sample, a good signal-to-noise ratio is obtained, even with low component concentrations. Thus, even if the concentration of water as reported in Table 5 has a low ppm value, water tends to have a stronger and more pronounced signal, resulting in greater reliability, actual and predicted compared to other low ppm concentrations of components. Make the deviation between the calculated values smaller.
디캔터(40)와 관계하는 모든 실시예에서, 도3에 도시된 바와 같은 장비는 공정 장비를 시뮬레이팅하기 위하여 사용된다. 유리 축소 티(glass reducing Tee)로부터 만들어진 유리 디캔터(40)는 외관을 연구하여 경상(44) 및 중상(42)의 조성을 측정하는데 사용된다. 디캔터(40)의 기저부(48)의 크기는 3인치(내부 직경) ×14인치(길이)이고, 부트(46)는 2인치(내부 직경) ×5인치(길이)이다. 전형적인 경상 및 중상 조성물이 준비되어 디캔터(40)에 첨가된다. 중상(42)은, 디캔터(40)의 기저부(48)의 하부 레벨보다 약 2인치의 인터페이스를 갖은 채, 부트부(46)의 하부에 수집된다. 이들 연구를 위한 물질을 최소화하기 위하여, 경상(44) 및 중상(42)은, 디캔터 기저부(48)로 되돌리는 펌프(P)에 의해 귀환 라인(300, 310) 각각을 통해서 독립적으로 그리고 연속적으로 재순환된다. 귀환 라인(300, 310)으로부터의 두 개의 스트림은 디캔터(40)로 들어가기 직전에 무동작 혼합기(static mixer)(41)에 의해 혼합되어, 통상적으로 상업용 또는 중간시험 설비(pilot plant)에서 겪게되는 성분의 혼합물을 시뮬레이팅한다. 이 방식으로, 조성의 평형이 경상(44) 및 중상(42)간에서 설정될 수 있다. 조성물은 부가적인 물, 초산, 메틸 아세테이트,탄화수소, MeI, CH3CHO 또는 이들의 혼합물을 경상(44)에 첨가함으로써 변화된다. 이들 첨가는 경상 펌프 흡입구(도시되지 않음)에 연결되는 3 방향 밸브(도시되지 않음)에 의해 이루어진다.In all embodiments involving the decanter 40, equipment as shown in FIG. 3 is used to simulate process equipment. A glass decanter 40 made from a glass reducing tee is used to study the appearance to measure the composition of the hard phase 44 and the medium phase 42. The base 48 of the decanter 40 is 3 inches (inner diameter) x 14 inches (length), and the boot 46 is 2 inches (inner diameter) x 5 inches (length). Typical light and medium phase compositions are prepared and added to the decanter 40. The serious injury 42 is collected at the bottom of the boot 46 with an interface about 2 inches below the bottom level of the base 48 of the decanter 40. In order to minimize the material for these studies, the minor 44 and medium 42 are independently and continuously through each of the return lines 300 and 310 by a pump P that returns to the decanter base 48. Recycled. The two streams from the return lines 300, 310 are mixed by a static mixer 41 just before entering the decanter 40, which is typically experienced in a commercial or pilot plant. Simulate a mixture of ingredients. In this way, the equilibrium of the composition can be set between the minor phase 44 and the medium phase 42. The composition is changed by adding additional water, acetic acid, methyl acetate, hydrocarbons, MeI, CH 3 CHO or a mixture thereof to the light phase 44. These additions are made by a three-way valve (not shown) connected to the light pump inlet (not shown).
경유분 칼럼(30), 건조 칼럼(50), 중유분 칼럼(60) 및 생성물 탱크와 관계하는 모든 실시예에서, 도4A 및 도4B에 도시된 바와 같은 장비가 사용된다. 3개의 목부분을 갖고 바닥이 둥근 1 리터 플라스크(92)는 300mL의 적절한 용액(94)으로 채워져 휘저어진다. 조성물은 소망의 성분을 주사기를 통해서 플라스크(92)로 직접 첨가함으로써 변화된다.In all embodiments involving light oil column 30, drying column 50, heavy oil column 60 and product tank, equipment as shown in FIGS. 4A and 4B is used. A three-liter, rounded bottom 1 liter flask 92 is filled with 300 mL of the appropriate solution 94 and agitated. The composition is changed by adding the desired ingredients directly to the flask 92 via a syringe.
모든 실시예에서, 얻어진 샘플을 수동으로 분석하는데 사용되는 주요 방법은 가스 크로마토그래피 분석(gas chromatography)(GC), 칼 피셔(Karl Fischer)(KF) 물 적정(water titration) 및 은적정법의 요오드화물 적정(argentometric iodide titration)이다. 이들은 초산 제조시 널리 확립된 분석적 방법인데, 그 이유는 이들 방법은 +/-5% 보다 크거나 같은 정확도를 갖기 때문이다. GC 분석은 월넛 크릭에 소재하는 Varina Instruments의 CA 모델 3400 장비(이 장비에는 NUKOL®60 미터 모세관 칼럼(meter capillary column) 및 불꽃 이온화 검출기가 장착되어 있음)를 사용하여 실행된다. 칼 피셔 물 분석은 뉴져지, 깁스톤에 소재하는 EM Sciences의 AQUASTAR®모델 V1B 적정기를 사용하여 실행된다. 요오드화물(가령 요오드화수소산) 분석은 질산은으로 적정함으로써 실행되는데, 여기서 종점(end-point)은 Eosin Y 표시자의 사용에 의해 판단된다. 용액 밀도는 1 mL의 용액을 칭량(weighing)함으로써 판단된다.In all examples, the main methods used to manually analyze the obtained samples were gas chromatography (GC), Karl Fischer (KF) water titration and silver titration iodide. Argentometric iodide titration. These are widely established analytical methods in acetic acid production because these methods have an accuracy greater than or equal to +/- 5%. GC analysis is performed using Varina Instruments' CA Model 3400 instrument in Walnut Creek, which is equipped with a NUKOL®60 meter capillary column and flame ionization detector. Karl Fischer water analysis is performed using EM Sciences' AQUASTAR® Model V1B titrator, Gibbston, NJ. Iodide (eg hydroiodic acid) analysis is performed by titration with silver nitrate, where the end-point is determined by the use of the Eosin Y marker. Solution density is determined by weighing 1 mL of solution.
모든 실시예에서 사용되는 적외선 분광계는 캐나다, 포모나에 소재하는 Analect Instruments로부터 입수되는 DIAMOND®20 모델이다. 두 가지 유형의 검출기가 사용된다. 분광계의 셀 격실에 설치된 투과 셀을 통한 흐름의 이용을 포함한 실시예 1-12에서, DTGS(Deutero triglycine sulfide) 검출기가 사용된다. 광섬유 결합된 투과 탐침의 이용을 포함한 다른 모든 실시예에서, InAs (Indium Arsenide) 검출기가 사용된다. 광섬유 케이블을 통해서 전송될때의 신호 손실은 보다 민감한 InAs 검출기를 사용함으로써 상쇄된다.The infrared spectrometer used in all examples is a DIAMOND®20 model obtained from Analect Instruments, Pomona, Canada. Two types of detectors are used. In Examples 1-12, including the use of flow through permeate cells installed in the cell compartment of the spectrometer, a Deutero triglycine sulfide (DTGS) detector is used. In all other embodiments, including the use of optical fiber coupled transmission probes, InAs (Indium Arsenide) detectors are used. Signal loss when transmitted over fiber optic cables is offset by using a more sensitive InAs detector.
검사 목적을 위한 온-라인 적외선 분석을 얻기 위하여 여러 가지 방법이 사용된다. 디캔터 경상(44) 및 중상(42)에 대한 확장된-중간 적외선 영역에서 적외선 분석은 스트림(300, 310)중 하나의 귀환 라인을 FTIR 분광계(90)의 셀 격실에 배치된 아연 셀레나이드(zinc selenide) 윈도우가 장착된 0.5 mm 투과 셀의 흡입구에 연결시킴으로써 실행되고, 방출구는 펌프(P)에 연결되는데, 그후, 이 펌프는 도3에 도시된 바와 같이 디캔터(40)로 물질을 연속적으로 재순환시킨다. 또한, 사파이어 윈도우가 장착된 0.5mm 경로길이의 광섬유 결합된 투과 탐침(캐나다, 얼바인에 소재하는 Axiom Analytical으로부터 입수할 수 있음)은 도5에 도시된 바와 같이 디캔터 자체의 기저부(48) 및 부트(46)로 삽입되거나, 귀환 라인(300, 310)으로 삽입될 수 있다(도시되지 않음). 1 리터 플라스크(92)내의 용액에 대한 온-라인 분석은 유사하게 도4A에 도시된 바와 같이 적외선 셀(90)을 통과하여 라인(320)을 통해서 용액(94)을 다시 플라스크(92)내로 연속적으로 순환시키거나, 도4B에 도시된 바와 같이 광섬유 결합된 투과 탐침(96)을 1 리터 플라스크(92)내로 직접 삽입시킴으로써 성취된다.Several methods are used to obtain on-line infrared analysis for inspection purposes. In the extended-medium infrared region for the decanter mirror 44 and midphase 42, infrared analysis involves the return of one of the streams 300, 310 to zinc zinc selenide disposed in the cell compartment of the FTIR spectrometer 90. selenide) by connecting to the inlet of a 0.5 mm permeable cell equipped with a window, the outlet being connected to the pump P, which is then continuously recycled to the decanter 40 as shown in FIG. Let's do it. In addition, a 0.5 mm path length optical fiber coupled transmission probe (available from Axiom Analytical, Irvine, Canada) equipped with a sapphire window is provided with a base 48 and a boot of the decanter itself as shown in FIG. 46, or into return lines 300 and 310 (not shown). On-line analysis of the solution in the 1 liter flask 92 similarly continued the solution 94 back into the flask 92 through line 320 through the infrared cell 90 as shown in FIG. 4A. Or by inserting the optical fiber coupled transmission probe 96 directly into the 1 liter flask 92 as shown in FIG. 4B.
중간-적외선 영역에서의 적외선 분석은 유사하게 디캔터 스트림(300, 310)중 하나의 귀환 라인 또는 플라스크(92)의 방출구 라인(320)을, FTIR 분광계(90)의 격실에 배치된 아연 셀레나이드 결정이 장착된 ATR 터널 셀(Axiom Analytical로부터 입수할 수 있음)의 흡입구에 연결시킴으로써 실행되는데, 이 방출구는 상술된 바와 같이 펌프에 연결된다.Infrared analysis in the mid-infrared region similarly replaces the return line of one of the decanter streams 300, 310 or the outlet line 320 of the flask 92 with a zinc selenide disposed in a compartment of the FTIR spectrometer 90. This is done by connecting to the inlet of the crystal-mounted ATR tunnel cell (available from Xiom Analytical), which outlet is connected to the pump as described above.
실시예 1 :Example 1:
이 실시예에서, 디캔터 중상 용액의 귀환 라인(310)은 아연 셀레나이드 윈도우가 장착된 0.5mm 투과 셀에 연결되는데, 즉, 중상(42)은 확장된 중간-적외선 분석에 의해 연속적으로 감시된다. 이 투과 셀은 DTGS 검출기가 장착된 FTIR 분광계의 셀 격실에 배치된다. 온-라인 데이터 포인트가 도6에 도시된 바와 같이 약 35초마다 기록되는 동안, 표 7의 제1 데이터 칼럼에 나타난 바와 같은 조성물의 디캔터 용액은 약 18분 동안 순환하도록 허용된다. 이 18분기간 동안 트렌드 라인은 +/- 0.06 몰보다 양호한 측정 정밀도가 모든 성분들에 대해 성취된다는 것을 나타낸다. 이 때에, MeOAc가 디캔터에 첨가된다. 도6의 트렌드 라인은 적외선에 의해 측정되는 바와 같은 중상의 조성물에 이 MeOAc가 첨가된 결과를 나타낸다. 예측된 바와 같이, MeOAc는 2몰로부터 2.65몰까지 농도가 크게 증가한다는 것을 나타내고, MeI, 즉 중상에서의 벌크 용제(bulk solvent)가 11.7몰로부터 10.7몰까지 농도가 감소된다는 것을 나타낸다. 중상에서의 보다 높은 농도의 MeOAc의 존재는 또한 트렌드 라인에 의해 도시된 바와 같이 HOAc 및 물 둘 다에 대해 보다 큰 가용성을 허용한다.In this embodiment, the return line 310 of the decanter mesophase solution is connected to a 0.5 mm transmission cell equipped with a zinc selenide window, ie the mesophase 42 is continuously monitored by an extended mid-infrared analysis. This transmission cell is placed in a cell compartment of an FTIR spectrometer equipped with a DTGS detector. While the on-line data points are recorded about every 35 seconds as shown in FIG. 6, the decanter solution of the composition as shown in the first data column of Table 7 is allowed to circulate for about 18 minutes. The trend line during this 18 minute period indicates that measurement accuracy better than +/- 0.06 moles is achieved for all components. At this time, MeOAc is added to the decanter. The trend line of FIG. 6 shows the result of the addition of this MeOAc to the composition of the medium phase as measured by infrared light. As expected, MeOAc shows a significant increase in concentration from 2 moles to 2.65 moles, and MeI, ie, bulk solvent in the middle phase, shows a decrease in concentration from 11.7 moles to 10.7 moles. The presence of higher concentrations of MeOAc in the medium phase also allows greater solubility for both HOAc and water, as shown by the trend line.
중상은 MeOAc가 첨가되기 전후에 수동으로 샘플링된다. 이들 샘플은 오프-라인 독립적인 분석 방법, 특히 GC 및 칼 피셔에 의해 분석된다. 표7에서 데이터는 온-라인 적외선 및 오프-라인 기술에 의해 예측된 값들간의 일치성이 우수하다는 것을 나타내고, 온-라인 적외선 분석 성능이 중상에서 MeOAc의 농도를 증가시킴으로써 초래되는 성분 농도의 작은 변화조차도 검출한다는 것을 나타낸다.The medium phase is sampled manually before and after the addition of MeOAc. These samples are analyzed by off-line independent analytical methods, in particular GC and Karl Fisher. The data in Table 7 show good agreement between the values predicted by the on-line infrared and off-line techniques, and the on-line infrared analysis performance results in small component concentrations resulting from increasing the concentration of MeOAc in the mid-phase. Even changes are detected.
[표 7]TABLE 7
실시예 2 :Example 2:
실시예 1과 유사한 조건이 사용된다. 표8의 제1 데이터 행(row)에 도시된 바와 같은 조성물의 디캔터 중상 용액은 한 시간 기간동안 감시되는데, 이 시간 동안 탄화수소 용액의 분취량(aliquots)이 대략 12분 간격으로 첨가된다. 도7의 트렌드라인은 탄화수소 농도가 약 0.25 몰로부터 0.70몰까지 예측되어 증가하고, 희석될 때 다른 중상 성분의 농도 감소와 관련된다. 용액 밀도는 또한 매우 무거운 MeI(대략 2.3g/mL)를 대체하는 매우 가벼운 탄화수소(대략 0.7g/mL)의 함수에 따라서 감소한다. 이 용액은 각각의 탄화수소 첨가전 수동으로 샘플링되고, 이 샘플은 오프-라인 독립적인 분석 방법, 특히 농도에 대한 GC 및 밀도에 대한 칭량(weighing)에 의해 분석된다. 표8의 데이터는 온-라인 및 오프-라인 기술간의 일치성이 거의 근접한다는 것을 나타내고, 온-라인 적외선 성능이 탄화수소 농도의 변화를 정확하게 정량화한다는 것을 나타낸다.Conditions similar to those of Example 1 are used. The decanter mesophase solution of the composition as shown in the first data row of Table 8 is monitored for a period of time during which aliquots of hydrocarbon solution are added at approximately 12 minute intervals. The trendline of FIG. 7 is predicted to increase from about 0.25 moles to 0.70 moles of hydrocarbon concentration, and is associated with a decrease in the concentration of other heavy phase components when diluted. Solution density also decreases as a function of very light hydrocarbons (approximately 0.7 g / mL) replacing very heavy MeI (approximately 2.3 g / mL). This solution is sampled manually before each hydrocarbon addition and this sample is analyzed by off-line independent analytical methods, in particular by weighing the GC and density for concentration. The data in Table 8 indicate that the correspondence between on-line and off-line techniques is close, and that on-line infrared performance accurately quantifies changes in hydrocarbon concentration.
[표 8]TABLE 8
실시예 3 :Example 3:
특별히 언급한 경우를 제외하면은 실시예 1과 유사한 조건이 사용된다. 이 실시예는 아세트알데히드의 농도가 디캔터 중상에서 증가하기 때문에 이 아세트알데히드를 온-라인 감시하는 것을 나타낸다. 중상 용액은 2시간 기간동안 감시되는데, 이 시간 동안 데이터 포인트는 2분마다 얻어진다. 이 2 시간 기간 동안, 아세트알데히드의 9 분취량이 첨가된다. 도8의 트렌드 라인은 0의 시작값으로부터 약 12,000ppm까지 아세트알데히드가 증가한다는 것을 나타낸다. 용액은 각각의 아세트알데히드 첨가전 수동으로 샘플링되고, 이 샘플은 GC에 의해 분석된다. 적외선 데이터에 잔여 잡음이 존재하기 때문에, 5개의 적외선 데이터 포인트는 평균화되어, 표9의 각각의 행에 적외선 데이터를 제공한다. 이 표에 나타낸 바와 같이, 적외선 값이 GC 값과 비교될 때, 데이터 포인트 평균화는 대략 +/- 150 ppm의 정확도를 허용한다. 따라서, 이 실시예는 가령 대략 10분의 적절한 브리프 시간(brief time) 기간에 걸쳐서 데이터 포인트의 롤링 포인트(rolling point)를 사용하여 디캔터 중상 동작에서 통상적으로 예측되는 레벨에서 아세트알데히드를 효율적으로 감시한다는 것을 나타낸다.Except where noted, similar conditions as in Example 1 were used. This example illustrates on-line monitoring of this acetaldehyde because the concentration of acetaldehyde increases in the decanter phase. The neutral phase solution is monitored for a two hour period during which data points are obtained every two minutes. During this two hour period, nine aliquots of acetaldehyde are added. The trend line in FIG. 8 shows that acetaldehyde increases from a starting value of zero to about 12,000 ppm. The solution is sampled manually before each acetaldehyde addition and this sample is analyzed by GC. Since there is residual noise in the infrared data, the five infrared data points are averaged to provide infrared data in each row of Table 9. As shown in this table, when infrared values are compared to GC values, data point averaging allows for an accuracy of approximately +/- 150 ppm. Thus, this embodiment effectively monitors acetaldehyde at a level normally predicted in decanter slander operation using, for example, a rolling point of data points over a suitable brief time period of approximately 10 minutes. Indicates.
[표 9]TABLE 9
실시예 4 :Example 4:
이 실시예에서, 디캔터 경상(44)의 귀환 라인(300)은 적외선 셀에 연결된다. 적외선 장비는 실시예 1에 기재된 적외선 장비와 동일하다. 온라인 데이터 포인트가 도9에 도시된 바와 같이 약 35초마다 기록되는 동안, 표10에 나타난 바와 같은 조성물의 디캔터 용액은 약 9분 동안 순환하도록 허용된다. 이 기간동안 트렌드 라인은 +/-0.05몰의 정밀도가 모든 성분에 대해 성취된다는 것을 나타낸다. 이 때에, 물이 디캔터에 첨가된다. 도9의 트렌드는 적외선에 의해 측정되는 바와 같은 경상 조성물에 이 물이 첨가된 결과를 나타낸다. 예측된 바와 같이, 물은 25.41몰로부터 27.92 몰까지 농도가 크게 변화한다는 것을 나타내고, 물과 혼합될 수 없는 MeI는농도가 최대 퍼센트 감소된다는 것을 나타낸다. 경상은 물 첨가 전후에 수동으로 샘플링되고, 이 샘플은 GC 및 칼 피셔 적정에 의해 분석된다. 표10의 데이터는 온-라인 적외선 및 오프-라인 적외선 기술간의 상관성이 우수하다는 것을 나타내고, 온-라인 적외선 성능이 물 농도의 변화에 응답하여 경상 용액 성분의 변화를 정확하게 정량화한다는 것을 나타낸다.In this embodiment, the return line 300 of the decanter mirror 44 is connected to an infrared cell. The infrared equipment is the same as the infrared equipment described in Example 1. While the online data points are recorded about every 35 seconds as shown in Figure 9, the decanter solution of the composition as shown in Table 10 is allowed to circulate for about 9 minutes. During this period, the trend line indicates that a precision of +/- 0.05 moles is achieved for all components. At this time, water is added to the decanter. The trend in FIG. 9 shows the result of the addition of this water to the mirror composition as measured by infrared light. As expected, water indicates a significant change in concentration from 25.41 moles to 27.92 moles, and MeI, which cannot be mixed with water, indicates a maximum percentage reduction in concentration. Injuries are manually sampled before and after the addition of water and the samples are analyzed by GC and Karl Fischer titration. The data in Table 10 show that the correlation between on-line infrared and off-line infrared techniques is good, and that on-line infrared performance accurately quantifies changes in the current solution component in response to changes in water concentration.
[표 10]TABLE 10
실시예 5 :Example 5:
이 실시예는 HOAc가 물 대신에 디캔터에 첨가된다는 것을 제외하면 실시예 4와 유사하다. 도10의 트렌드 라인은 이 HOAc가 경상 조성물에 첨가된 결과를 나타낸다. 예측된 바와 같이, 물, 즉 경상(44)에서의 벌크 용제는 28.02 몰로부터 25.56 몰까지 농도가 크게 감소된다는 것을 나타낸다. 경상(44)에서의 낮은 물 농도는 이 경상에서 MeI 농도를 증가시키는데, 즉 중상(42)으로부터 경상(42)까지 MeI를 재분포시킨다. 경상(44)은 HOAc가 첨가되기 전후에 수동으로 샘플링된다. 표11에서 데이터는 온-라인 적외선 및 독립적인 오프-라인 GC 및 칼 피셔 기술에의해 예측된 값들간의 상관성이 우수하다는 것을 나타내고, 이 성능은 모든 성분 농도에서 0.05 몰만큼 낮은 변화를 검출하여 정량화 시킨다는 것을 나타낸다.This example is similar to Example 4 except that HOAc is added to the decanter instead of water. The trend line in Fig. 10 shows the result of the addition of this HOAc to the current composition. As expected, the bulk solvent in water, i.e., phase 44, shows a significant decrease in concentration from 28.02 moles to 25.56 moles. The low water concentration in the phase 44 increases the MeI concentration at this phase, ie redistributes MeI from the medium phase 42 to the phase 42. The mirror 44 is manually sampled before and after HOAc is added. The data in Table 11 show good correlation between the values predicted by on-line infrared and independent off-line GC and Karl Fischer technology, and this performance is quantified by detecting changes as low as 0.05 moles at all component concentrations. It is shown.
[표 11]TABLE 11
실시예 6 :Example 6:
특별히 언급된 것을 제외하면 실시예 4와 유사한 조건이 사용된다. 이 실시예는 아세트알데히드의 농도가 디캔터 경상(44)에서 증가하기 때문에 이 아세트알데히드를 온-라인 감시하는 것을 나타낸다. 경상 용액은 2시간 기간동안 감시되는데, 이 시간동안 데이터 포인트는 2분마다 얻어진다. 이 2 시간 기간동안, 아세트알데히드의 10 분취량이 첨가된다. 도11의 트렌드 라인은 0의 시작값으로부터 약 21,000ppm까지 아세트알데히드가 증가하는 것을 나타낸다. 용액은 각각의 아세트알데히드가 첨가되기 전후에 수동으로 샘플링되고, 이 샘플은 GC에 의해 분석된다. 실시예 3에서 처럼, 5개의 적외선 데이터 포인트가 평균화되어 표12의 각각의 행에 적외선 데이터를 제공한다. 대략 +/-150ppm의 정확도가 얻어지는데, 이것은 약 10분기간에 걸쳐서 데이터 포인트의 롤링 평균을 사용하여 디캔터 경상 동작에서 통상적으로 예측되는 레벨에서 아세트알데히드를 효율적으로 감시한다는 것을 나타낸다.Conditions similar to those in Example 4 are used except as specifically mentioned. This embodiment shows on-line monitoring of this acetaldehyde because the concentration of acetaldehyde increases in the decanter phase 44. The current solution is monitored for a two hour period during which data points are obtained every two minutes. During this two hour period, ten aliquots of acetaldehyde are added. The trend line in FIG. 11 shows that acetaldehyde increases from a starting value of zero to about 21,000 ppm. The solution is sampled manually before and after each acetaldehyde is added and this sample is analyzed by GC. As in Example 3, five infrared data points are averaged to provide infrared data in each row of Table 12. An accuracy of approximately +/- 150 ppm is obtained, which indicates that the rolling average of the data points is used over a period of about 10 minutes to efficiently monitor acetaldehyde at levels normally predicted in decanter current operation.
[표 12]TABLE 12
실시예 7 :Example 7:
이 실시예에서, 디캔터 중상(42)으로부터 귀환 라인(310)은 아연 셀레나이드 결정이 장착된 ATR 터널 셀에 연결된다. DTGS 검출기를 사용하여 중간 적외선 영역에서 분석이 실행된다. 온-라인 데이터의 약 45분은 표13에 기재된 특정한 준비된 디캔터 조성물에서 얻어진다. 약 35초의 데이터 포인트 포착이 사용된다. 실험의 중간점에서 얻어지는 샘플은 GC 또는 칼 피셔에 의해 오프-라인 분석되고 데이터는표13의 온-라인 데이터와 비교된다. 오프-라인 및 온-라인 값간의 근접한 일치성은 온-라인 분석에서 ATR 방법의 정확도를 나타낸다. 도12의 트렌드 라인은 조성물 감시하는 이 기술의 정밀도를 나타낸다.In this embodiment, the return line 310 from the decanter mesophase 42 is connected to an ATR tunnel cell equipped with zinc selenide crystals. Analysis is performed in the mid-infrared region using a DTGS detector. About 45 minutes of on-line data is obtained from the specific prepared decanter compositions described in Table 13. A data point acquisition of about 35 seconds is used. Samples obtained at the midpoint of the experiment are analyzed off-line by GC or Karl Fischer and the data is compared with the on-line data in Table 13. Close correspondence between off-line and on-line values indicates the accuracy of the ATR method in on-line analysis. The trend line in Figure 12 represents the precision of this technique of composition monitoring.
[표 13]TABLE 13
실시예 8:Example 8:
도4에 도시된 바와 같은 장비 및 실시예 1에 기재된 바와 같은 적외선 장비(아연 셀레나이드 윈도우라기 보다는 오히려 사파이어가 사용된다는 것을 제외하면) 를 사용하면, 경유분 칼럼 하부(34)형 용액은 100분 동안 적외선 투과 셀을 통해서 순환된다. 이 용액의 초기 조성물가 표14의 제1 행에 기재되어 있다. 데이터 포인트는 약 35초마다 얻어진다. 제1의 60분에 걸쳐서 HI의 6 분취량이 주사기에 의해 플라스크에 첨가된다. 이 플라스크는 적정, GC 및 칼 피셔에 의한 오프-라인 분석을 위하여 각각의 HI를 첨가하기 전 수동으로 샘플링된다. 도13의 트렌드 라인은 각각의 첨가후 HI가 계단형태로 증가하는 것을 나타낸다. 물은 또한 이 실험에 사용되는 시판되고 있는 HI가 55%의 수성 용액이기 때문에 계산형태로 첨가된다는 것을 나타낸다. HI 캘리브레이션 모델이 물과 부합하여 증가하는 것으로 인해 바이어스되지 않거나 영향 받지 않는다는 것을 나타내기 위하여, 물의 3 분취량이 60-90분의 감시 기간동안 첨가된다. 트렌드 라인은 HI를 전혀 증가시킴이 없이 이 기간동안 물을 계단형태로 증가시킨다는 것을 나타낸다. HOAc는 HI/물로 희석됨으로써 감시 기간에 걸쳐서 농도가 일정하게 감소된다는 것을 나타낸다. 오프-라인 분석 및 온-라인 적외선 분석간의 우수한 상관성이 표14로부터 명백하게 된다. 따라서, 이 실험은 온-라인 적외선 측정 성능이 경유분 하부(34) 형 용액의 완전하고 정확한 프로필을 제공한다는 것을 나타낸다. 이 실시예에서 입증된 측정 정확도는 공비혼합물 브레이크다운의 방지와 관련한 공정 제어가 온-라인 적외선 분석을 사용하여 이루어질 수 있다는 것을 나타낸다.Using equipment as shown in FIG. 4 and infrared equipment as described in Example 1 (except that sapphire is used rather than zinc selenide window), the light oil column bottom 34 type solution is 100 minutes. While circulating through the infrared transmission cell. The initial composition of this solution is described in the first row of Table 14. Data points are obtained approximately every 35 seconds. Six aliquots of HI are added to the flask by syringe over the first 60 minutes. This flask is sampled manually before adding each HI for off-line analysis by titration, GC and Karl Fischer. The trend line in FIG. 13 shows that HI increases stepwise after each addition. Water also indicates that the commercially available HI used in this experiment is added in calculation because it is a 55% aqueous solution. Three aliquots of water are added during the 60-90 minute monitoring period to indicate that the HI calibration model is unbiased or unaffected by the increase in water. The trend line indicates that the water increases stepwise during this period without increasing HI at all. HOAc dilutes with HI / water, indicating a constant decrease in concentration over the monitoring period. The good correlation between off-line analysis and on-line infrared analysis is evident from Table 14. Thus, this experiment shows that the on-line infrared measurement performance provides a complete and accurate profile of the light oil bottom 34 type solution. The measurement accuracy demonstrated in this example indicates that process control relating to the prevention of azeotrope breakdown can be made using on-line infrared analysis.
[표 14]TABLE 14
실시예 9 :Example 9:
실시예 8과 같은 장비 및 실시예 1과 같은 적외선 장비를 사용하면, 생성물 스트림(200)형 용액은 약 1 시간 동안 적외선 투과 셀을 통해서 연속적으로 순환된다. 시작 용액은 판매되고 있는 300mL의 HOAc이다. 시판되고 있는 모든 HOAc가 ppm 레벨의 H2O 및 프로피온산을 함유한다는 점에 유의하여야 한다. 칼 피셔 및 GC 분석은 이 시작 용액이 486ppm의 H2O 및 105ppm의 프로피온산을 함유한다는 것을 나타낸다. 감시 동안, H2O의 5 분취량은 주사기에 의해 플라스크에 첨가된다. 도14에 도시된 트렌드 라인은 온-라인 적외선에 의해 측정된 바와 같이 H2O 농도가 증가된다는 것을 나타낸다. 각 H2O 분취량의 첨가 전 얻어진 수동 샘플은 칼 피셔에 의해 분석된다. 표 15에서 온-라인 및 오프-라인 데이터의 비교는 H2O가 대략 +/-25ppm의 정확도로 측정될 수 있다는 것을 나타낸다. 실시예 3 및 6에서 처럼, 5개의 적외선 데이터 포인트는 평균화되어 표15에서 보고되는 데이터를 얻는다. 도14에 도시된 트렌드 라인은 또한 프로피온산에 대한 데이터를 포함한다. 이 도면은 실제값(대략 +/- 100ppm의 정확도)에 대한 변수가 H2O 농도의 증가에 의해 영향받지 않는다는 것을 나타내는데, 즉 프로피온산에 대한 캘리브레이션 모델이 용액내에서 가변하는 H2O에 의해 손상되지 않는다는 것을 나타낸다. 이 실험으로부터의 결과는 H2O 및 프로피온산 농도에 관한 생성물 품질 제어가 대략 10분마다 데이터 포인트의 롤링 평균으로 인해 온-라인 적외선 분석을 통해서 이루어질 수 있다는 것을 나타낸다.Using equipment such as Example 8 and infrared equipment such as Example 1, the product stream 200 type solution is continuously circulated through the infrared transmission cell for about 1 hour. The starting solution is 300 mL of HOAc sold. It should be noted that all commercially available HOAc contains ppm levels of H 2 O and propionic acid. Karl Fischer and GC analysis show that this starting solution contains 486 ppm H 2 O and 105 ppm propionic acid. During monitoring, 5 aliquots of H 2 O are added to the flask by syringe. The trend line shown in FIG. 14 indicates that the H 2 O concentration is increased as measured by on-line infrared light. Passive samples obtained before the addition of each H 2 O aliquot are analyzed by Karl Fischer. Comparison of on-line and off-line data in Table 15 shows that H 2 O can be measured with an accuracy of approximately +/- 25 ppm. As in Examples 3 and 6, the five infrared data points are averaged to obtain the data reported in Table 15. The trend line shown in FIG. 14 also includes data for propionic acid. This figure shows that the variable for the actual value (approximately +/- 100 ppm accuracy) is not affected by the increase in H 2 O concentration, ie the calibration model for propionic acid is damaged by the variable H 2 O in solution. It does not appear. The results from this experiment indicate that product quality control with respect to H 2 O and propionic acid concentration can be achieved through on-line infrared analysis due to the rolling average of data points approximately every 10 minutes.
[표 15]TABLE 15
실시예 10 :Example 10
이 경우에 H2O라기 보다는 오히려 프로피온산의 분취량이 플라스크내의 HOAc에 첨가된다는 것을 제외하면, 실시예 9와 유사한 실험이 실행된다. 이 실험의 목적은 중유분 칼럼(190)형 용액 또는 생성물 스트림(200)형 용액의 온-라인 적외선 감시가 프로피온산 농도의 ppm 레벨 변화를 효율적으로 정량화하는데 사용될 수 있다는 것을 나타낸다. 용액은 2 분의 데이터 포인트 빈도로 3시간동안 적외선 셀을 통해서 연속적으로 순환된다. 이 기간 동안, 프로피온산의 7 분취량이 주사기에 의해서 플라스크에 첨가된다. 도15에 도시된 트렌드 라인은 온-라인 분석에 의해 측정된 바와 같은 프로피온산 농도의 증가를 나타낸다. 모든 프로피온산 첨가 전 얻어진 수동 샘플은 GC에 의해 분석된다. 표 16(이 표에서, 각각 보고된 적외선 값은 5 데이터 포인트의 평균이다)에서 온-라인 및 오프-라인 데이터의 비교는 프로프온산이 온-라인 적외선 분석에 의해 대략 +/-100ppm의 정확도로 측정될 수 있다는 것을 나타낸다. 이 결과는 중유분 칼럼 성능이 피드(190)에서의 프로피온산 농도 대 생성물 탱크, 즉 생성물 스트림(200)으로의 중유분 흐름에서의 프로피온산 농도를 토대로 감시되어 최적화될 수 있다는 것을 나타낸다.In this case, an experiment similar to Example 9 is carried out except that an aliquot of propionic acid is added to HOAc in the flask rather than H 2 O. The purpose of this experiment is to show that on-line infrared monitoring of heavy oil column 190 solution or product stream 200 solution can be used to efficiently quantify ppm level changes in propionic acid concentration. The solution is continuously circulated through the infrared cell for 3 hours with a data point frequency of 2 minutes. During this period, seven aliquots of propionic acid are added to the flask by syringe. The trend line shown in FIG. 15 shows an increase in propionic acid concentration as measured by on-line analysis. Passive samples obtained before all propionic acid addition are analyzed by GC. The comparison of on-line and off-line data in Table 16 (in this table, each reported infrared value is an average of 5 data points) shows that the propionic acid has an accuracy of approximately +/- 100 ppm by on-line infrared analysis. It can be measured as. This result indicates that the heavy oil column performance can be monitored and optimized based on the propionic acid concentration in the feed 190 versus the propionic acid concentration in the heavy oil stream to the product tank, ie the product stream 200.
[표 16]TABLE 16
실시예 11 :Example 11:
도4에 도시된 바와 같은 장비 및 실시예 9에 기재된 바와 같은 적외선 장비를 사용하면, 건조 칼럼 피드(140)형 용액은 1분의 데이터 포인트 빈도로 75분 동안 적외선 셀을 통해서 연속적으로 순환된다. 이 용액의 초기 조성물은 3.0 몰의 H2O, 16.6 몰의 HOAc 및 0 ppm HI이다. 75분의 기간 동안, HI 용액의 15 분취량은 주사기를 통해서 플라스크에 첨가된다. 도16에서 HI에 대한 트렌드 라인은 온-라인 적외선 분석에 의해 측정된 바와 같이 농도가 증가한다는 것을 나타낸다. 매번 HI가 첨가되기 전 얻어지는 수동 샘플은 적정에 의해 분석된다. 표17(이 표에서, 각각의 보고된 적외선 값은 5 데이터 포인트의 평균이다)에서 온-라인 및 오프-라인 데이터의 비교는 HI가 온-라인 적외선 분석에 의해 대략 +/-100ppm의 정확도로 측정될 수 있다는 것을 나타낸다. H2O 농도 및 HOAc 농도에 대한 트렌드 라인이 또한 도16에 포함되어 있다. 오프-라인 분석에 의해 측정된 바와 같은 시작 및 종료 농도는 온-라인 적외선 값의 0.05 몰 내에 있다. 이들 결과는 온-라인 적외선 분석에 의해 감시되는 건조 칼럼 피드(140)가 경유분 칼럼 성능을 최적화하여 이 피드에서의 HI 농도를 최소화시킨다는 것을 나타낸다. 유사하게, 이 피드에서 H2O 농도 측정은 디캔터 경상(44)으로부터 경유분 칼럼(30)으로의 최적의 환류(170)를 판단하는데 사용될 수 있다.Using equipment as shown in FIG. 4 and infrared equipment as described in Example 9, the dry column feed 140 type solution is continuously circulated through the infrared cell for 75 minutes at a data point frequency of 1 minute. The initial composition of this solution is 3.0 moles of H 2 O, 16.6 moles of HOAc and 0 ppm HI. For a period of 75 minutes, 15 aliquots of the HI solution are added to the flask via syringe. The trend line for HI in FIG. 16 shows that the concentration increases as measured by on-line infrared analysis. Passive samples obtained before each addition of HI are analyzed by titration. The comparison of on-line and off-line data in Table 17 (in this table, each reported infrared value is an average of 5 data points) shows that the HI has an accuracy of approximately +/- 100 ppm by on-line infrared analysis. It can be measured. Trend lines for H 2 O concentration and HOAc concentration are also included in FIG. 16. The starting and ending concentrations as measured by off-line analysis are within 0.05 moles of the on-line infrared value. These results indicate that dry column feed 140, monitored by on-line infrared analysis, optimizes gas oil column performance to minimize HI concentration in this feed. Similarly, H 2 O concentration measurements in this feed can be used to determine the optimal reflux 170 from the decanter mirror 44 to the gas oil column 30.
[표 17]TABLE 17
실시예 12 :Example 12:
도4에 도시된 바와 같은 장비 및 실시예 8에 기재된 바와 같은 적외선 장비를 사용하면, 건조 칼럼형 용액은 35초의 데이터 포인트 빈도로 85분동안 적외선 셀을 통해서 연속적으로 순환된다. 이 용액의 초기 조성물은 49.3 몰의 H2O 및 2 몰의 HOAc 이다. 감시하는 85분의 기간 동안, HOAc의 15 분취량은 주사기를 통해서플라스크에 첨가되어, 조성물이 몰을 기준으로 거의 100% 물로부터 몰을 기준으로 거의 100% HOAc까지 변화되도록 한다. 도17의 트렌드 라인은 H2O 농도의 증분적인 감소 및 HOAc 분취량의 첨가와 관련된 HOAc 농도의 상응하는 증가를 나타낸다. 이 실험의 목적은 H2O : HOAc 몰비(이것은 건조 칼럼 하부(52)로부터 건조 칼럼 오버헤드(56)까지 0 : 100으로부터 100 : 0 까지 변화할 수 있음)가 온-라인 적외선에 의해 큰 정확도로 측정될 수 있다는 것을 나타낸다. 표 18의 결과는 상응하는 온-라인 적외선 값을 갖는 수동 샘플에 대한 GC 및 칼 피셔에 의한 오프-라인 분석들간의 상관성을 나타낸다. HOAc 및 H2O 둘다는 전체 농도 범위에 걸쳐서 +/- 0.1 몰의 정확도로 측정될 수 있다.Using the equipment as shown in Figure 4 and the infrared equipment as described in Example 8, the dry columnar solution is continuously circulated through the infrared cell for 85 minutes at a data point frequency of 35 seconds. The initial composition of this solution is 49.3 moles of H 2 O and 2 moles of HOAc. During the 85-minute period of monitoring, 15 aliquots of HOAc are added to the flask via a syringe, allowing the composition to vary from almost 100% water on a molar basis to nearly 100% HOAc on a molar basis. The trend line in FIG. 17 shows the incremental decrease in H 2 O concentration and the corresponding increase in HOAc concentration associated with the addition of HOAc aliquots. The purpose of this experiment was to determine the H 2 O: HOAc molar ratio (which can vary from 0: 100 to 100: 0 from dry column bottom 52 to dry column overhead 56) by on-line infrared light. It can be measured as. The results in Table 18 show the correlation between off-line analyzes by GC and Karl Fischer for passive samples with corresponding on-line infrared values. Both HOAc and H 2 O can be measured with an accuracy of +/- 0.1 mole over the entire concentration range.
[표 18]TABLE 18
실시예 13 :Example 13:
투과 셀이라기 보다는 오히려 도4B에 도시된 바와 같은 광섬유 결합된 투과 탐침이 사용된다는 것을 제외하면, 실시예 12와 유사한 실험이 실행된다. 사파이어 윈도우가 장착된 1인치 직경, 0.5mm 경로길이의 탐침은 캐나다, 얼바인에 소재하는Axiom Analytical로부터 입수되고, 매사츄세추, 이스트 롱메도우에 소재하는 CeramOptec Industries로부터 입수되는 2개의 5미터 길이의 저 OH 실리카 광섬유 케이블을 통해서 FTIR에 결합된다. InAs 검출기가 사용된다. 이 실험의 목적은 투과 탐침이 투과 셀과 유사한 레벨의 정확도 및 정밀도를 허용한다는 것을 나타내기 위한 것이다. 도18의 트렌드 라인 및 표 19의 상관 데이터는 이들 두 가지 방법의 샘플 수집이 유사한 정밀도 및 정확도를 발생시킨다는 것을 나타낸다.An experiment similar to Example 12 is performed except that an optical fiber coupled transmission probe as shown in FIG. 4B is used rather than a transmission cell. Two 1-meter diameter, 0.5mm path length probes with sapphire windows are available from two Ximer Analytical, Irvine, Canada, and two 5-meter low lows from CeramOptec Industries, East Long Meadows, Massachusetts. It is coupled to the FTIR through an OH silica optical fiber cable. InAs detectors are used. The purpose of this experiment is to show that permeation probes allow a level of accuracy and precision similar to that of permeation cells. The trend lines in FIG. 18 and the correlation data in Table 19 indicate that sample collection of these two methods yields similar precision and accuracy.
[표 19]TABLE 19
상기 논의는, 반응 시스템의 적절한 장소에서의 성분 농도에 대해 직접적으로 또는 간접적으로든지 관계없이 즉각적인 응답 조정을 행함에 따라서, 초산 생성물의 제조 및 정제를 최척화하기 위한 성분 농도에 대한 공정 제어가 반응기 용기의 반응 시스템 다운스트림의 장소로부터 연속적으로 수집되는 샘플의 성분 농도를적외선 측정함으로써 실행될 수 있다는 것을 나타낸다. 이 반응 시스템은 많은 칼럼 및 스트림을 포함하는데, 이들 칼럼 및 스트림 각각은, 적절한 감시 장비를 갖춘 경우에, 조정이 필요로되는 곳을 시스템 오퍼레이터에게 통보하는 농도 정보를 제공할 수 있다. 이 시스템 오퍼레이터는 사람이거나 컴퓨터화된 제어 시스템일 수 있다. 다른 말로서, 공정 제어는 수동 또는 자동화될 수 있다. 본 발명의 공정 제어에서의 측정은 반응 시스템내의 어떤 공정 변수에 대한 거의 순간적인 조정보다 앞서 가령 30초 내지 3분 간격으로 연속적으로 받아들여지기 때문에, 이 시스템 오퍼레이터는 적외선 분석기로부터 들어오는 데이터를 공정 변수에 대해 설정된 공지된 제어 한계와 비교함으로써 분석하고 적절한 조정을 자동적으로 실행하여 순수 초산 제조를 최대화하는 컴퓨터화된 제어 유닛이 유용하다. 또한, 데이터는 반응 시스템 성분 또는 공정 변수를 수동으로 조정하는 사람에 의해 해석되도록 디스플레이 유닛에 공급될 수 있다. 상술된 바와 같이, 이 조정은 반응 시스템의 한곳 이상의 장소에서 한가지 이상의 성분 농도를 직접적으로 또는 간접적으로 변화시킬 수 있다. 직접적인 조정은 반응 시스템의 어떤 장소에서 성분을 첨가하거나 추출함으로써 행해질 수 있다. 성분 농도의 간접적인 조정은 임의수의 방법으로 행해질 수 있다. 예를 들어, 칼럼에서의 용액 온도 또는 온도 프로필을 조정하여 성분 농도에 영향을 미친다. 한 용기로부터 또 다른 용기로의 스트림의 흐름 속도를 감소 또는 증가시키면은 이들 용기에서의 성분 농도에 영향을 미칠뿐만 아니라 반응 시스템 전체의 다른 용기의 농도에도 영향을 미칠 수 있다. 당업자가 이해하는 바와 같이 반응 시스템의 여러 장소에서 용액을 포함하는 여러 가지 성분간에는 많은 관계가 존재하고, 반응 시스템의 한 장소에서의 한 성분 농도를 조정하면은 반응 시스템의 한곳 이상의 장소에서 한가지 이상의 성분 농도에 대해 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 실시간 적외선 측정, 분석 및 조정은 초산 제조 공정을 제어하기 위하여 본 발명에서 사용되어 반응 시스템의 효율성 및 출력을 최대화한다.The above discussion indicates that process control over component concentrations to maximize the production and purification of acetic acid products is achieved by making immediate response adjustments, whether directly or indirectly with respect to component concentrations at appropriate locations in the reaction system. It can be carried out by infrared measurement of the component concentrations of samples collected continuously from locations downstream of the reaction system. The reaction system includes a number of columns and streams, each of which can provide concentration information that informs the system operator where adjustment is needed if appropriate monitoring equipment is in place. This system operator may be a human or computerized control system. In other words, process control can be manual or automated. Since the measurement in the process control of the present invention is continuously taken at intervals of, for example, 30 seconds to 3 minutes prior to nearly instantaneous adjustments to any process variable in the reaction system, the system operator can take data from the infrared analyzer into the process variable. It is useful to have a computerized control unit that analyzes by comparing with known control limits set for and automatically executes the appropriate adjustments to maximize pure acetic acid production. The data can also be supplied to the display unit for interpretation by a person who manually adjusts the reaction system components or process variables. As mentioned above, this adjustment can directly or indirectly change the concentration of one or more components at one or more locations in the reaction system. Direct adjustment can be made by adding or extracting the component at any place in the reaction system. Indirect adjustment of the component concentration can be done in any number of ways. For example, the solution temperature or temperature profile in the column is adjusted to affect component concentration. Reducing or increasing the flow rate of the stream from one vessel to another can affect the concentration of components in these vessels as well as the concentration of other vessels throughout the reaction system. As will be appreciated by those skilled in the art, there are many relationships between different components, including solutions, at various places in the reaction system, and adjusting the concentration of one component at one place in the reaction system is more than one component at one or more places in the reaction system. Can affect concentration. Thus, real-time infrared measurement, analysis and adjustment are used in the present invention to control the acetic acid manufacturing process to maximize the efficiency and output of the reaction system.
본 발명의 실시 양태에 대한 설명이 예시되고, 이 실시 양태가 상세히 기재되었지만, 이들 실시 양태는 첨부된 청구범위의 범위를 어떤 방식으로든 제한하고자 하는 것은 아니다. 이외 다른 장점 및 변형에 대해서 당업자는 손쉽게 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 보다 넓은 관점에서 본 발명은 특정하게 설명되고, 대표적인 장치 및 방법과, 도시되고 설명된 예시적인 실시예로 제한되지 않는다. 따라서, 본 발명은 출원인의 포괄적인 본 발명의 개념의 범위 또는 원리로부터 벗어남이 없이 이와같은 상세한 설명으로부터 이루어질 수 있다.While a description of embodiments of the invention has been illustrated and described in detail, these embodiments are not intended to limit in any way the scope of the appended claims. Other advantages and modifications will be readily apparent to those skilled in the art. Therefore, in a broader sense, the invention is not limited to the specific embodiments described and representative apparatuses and methods, and the illustrative embodiments shown and described. Accordingly, the invention may be derived from this detailed description without departing from the applicant's comprehensive scope or principles of the invention.
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