KR20120073233A

KR20120073233A - 니트로방향족 화합물에 대한 세척 시스템

Info

Publication number: KR20120073233A
Application number: KR20127006974A
Authority: KR
Inventors: 세르기오 베레타
Original assignee: 노람 인터내셔널 리미티드
Priority date: 2009-08-18
Filing date: 2009-08-18
Publication date: 2012-07-04
Also published as: US9040758B2; EP2465823A2; CN102471092A; CN102471092B; EP2465823A3; HUE030104T2; US20120136181A1; EP2462063A1; PT2462063T; WO2011021057A1; KR101612987B1; EP2462063B1

Abstract

미네랄 산을 제거하기 위한 물 세척 그리고 유기산의 염을 제거하기 위한 알칼리 세척의 하류에서 니트로방향족 생성물로부터 알칼리도 및 염을 제거하는 방법은 초과 유기 반응물을 제거하는 단계 이전에 증기 스트리핑 또는 증류에 의해 산성 수용액으로 생성물 스트림을 세척하는 단계를 포함한다. 스트리퍼 또는 컬럼으로부터 제거된 산은 산성 세척에 사용하기 위해 다시 재생된다. 산성 세척은 선행 기술의 중성 세척 단계 대신에 이루어진다. 이것은 잔류 염을 제거하고 니트로방향족 생성물 내의 비말 동반된 콜로이드성 물의 수준을 감소시킨다.

Description

니트로방향족 화합물에 대한 세척 시스템{WASHING SYSTEM FOR NITROAROMATIC COMPOUNDS}

본 발명은 니트로방향족 생성물을 세척하여 불순물을 제거하기 위한 공정에 관한 것이다.

모노니트로벤젠 또는 니트로톨루엔과 같은 니트로화합물의 공업적 생산에서, 현저한 양의 산성 유기 부산물이 형성된다. 모노니트로벤젠 생성물에서, 주 부산물 종은 니트로페놀(즉, 유기산)이고, 니트로톨루엔 생성물에서는 니트로크레솔이다. 다른 중요하지 않은 유기 부산물 불순물이 또한 존재한다. 부산물 외에도, 질화 생성물에 존재하는 다른 불순물은 모노니트로벤젠 생성물 중의 황산 촉매 및 반응하지 않은 벤젠과 같은 시작 시약, 또는 니트로톨루엔 생성물 중의 톨루엔이다.

조질 생성물 스트림에 존재하는 유기산 부산물은 생성물의 차후 사용자에게 좋지 않은 영향(즉, 다른 공정에서의 사용, 예를 들어 니트로벤젠의 경우에 아닐린의 생산에서)을 미칠 수 있기 때문에 특히 바람직하지 않다. 그러므로, 오염물질은 일련의 공정 단계를 통해 일반적으로 제거된다. 이러한 공정 단계는 선행하는 특허 문헌 및 선행 문헌 모두에서 설명된다(예, Boyd 등의 미국특허 제6,288,289호; Knauf 등의 미국특허 제7,326,816호; Knauf 등의 미국특허 제7,344,650호; Hermann 등의 미국특허 제7,470,826호; 문헌[K. L. Dunlap, "Nitrobenzene and Nitrotoluenes", "Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, Vol. 15", John Wiley & Sons, Inc., (1981) 916-32]; 문헌[M. Dugal, "Nitrobenzene and Nitrotoluenes", "Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, Vol. 17", John Wiley & Sons, Inc., (2005) on-line]; 문헌[A. A. Guenkel, "Nitrobenzene and Nitrotoluene"], 문헌[J.J. McKetta and W. A. Cunningham (Eds.), "Encyclopedia of Chemical Processing and Design", Marcel Dekker (1990)]; 문헌[J.-L. Gustin, "Runaway Reaction Hazards in Processing Organic Nitro Compounds", Organic Proc. Res. & Dev., 2 (1998) 27-33]; 문헌[H. Hermann 등, "Industrial Nitration of Toluene to Dinitrotoluene"], 문헌[L. F. Albright, "Nitration, Recent Laboratory and Industrial Development", ACS Symposium Series 623, American Chemical Society, Washington, D. C, (1996) 234-249]; 문헌[G. Booth, "Nitro Compounds, Aromatic"], 문헌["Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 7th Ed.", Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, (2005)]).

질화 생성물의 스트림으로부터 생성된 불순물을 제거하는 전형적인 선행 기술 단계는 물 세척, 알칼리 및 중성 세척 단계를 포함한다.

물 세척의 최초 단계는 세척 액체로서 물을 사용하고 황산과 같은 무기산을 제거한다. 산은 당해 분야의 기술자에게 알려진 기술로 조정되어서 결과 생성물인 폐기물 스트림(즉, 물 폐기물) 및 특정 시설의 요구를 갖는 하류의 부식성 소모율을 조정할 수 있는 선택성으로 제거될 수 있다. (물 세척 단계는 "산 세척"으로 선행 기술에 가끔 지칭되는데, 왜냐하면 산을 제거하기 때문이다. 본원에서, "물 세척"으로 지칭되며, 이는 미네랄 산을 제거할 목적으로 물로 생성물 스트림을 세척하는 것을 의미한다.) 이 단계를 수행하기 위해 해당하는 장치는 본원에서 "물 세척기"로 지칭된다.

물 세척 단계 이후에, 유기 부산물은 수성 알칼린 용액으로 세척함으로써 질화된 유기 생성물로부터 추출된다. 염기는 전형적으로 수산화나트륨, 탄산나트륨 또는 암모니아이지만, 이에 제한되지 않는다. 전반적인 이런 세척 단계는 여기서 "알칼리"으로 지칭되고, 산 유기 부산물은 유기 생성물 상에 용해되고 염기에 의해 중성화되어 유기 염으로 전환되며, 이런 유기 염은 수성 세척 용액 안으로 이동하기에 용이하다. 산 유기 부산물에 대한 공업적으로 용인되는 생성물 사양을 달성하기 위해서, 한번 이상의 알칼리 단계가 전형적으로 사용된다. 이 세척단계를 수행하기 위해 해당하는 장치는 "알칼리기"로 지칭된다.

상술한 세척 단계는 목표 화합물을 어떤 상으로부터 다른 상으로 이동시키기 위해 두 개의 비혼합성 유체를 혼합한 뒤, 두 개의 상 안으로 혼합물을 다시 침전시켜 분리시킬 수 있고, 두 개의 유체를 회복시키는 단계로 수행된다. 이러한 단계는 단일 또는 다중 유닛일 수 있으며, 여기서 다중 유닛은 직 교류(cross-flow) 또는 더 일반적으로는 역류(counter-current flow) 패턴으로 배열될 수 있고, 각 유닛 내에서 세척 용액의 일부 재생/재순환 정도는 일반적으로 익숙하다.

알칼리 단계에서 나온 유기 생성물은 일반적으로 적은 양의 추출에서 사용된 염기(예, 수산화나트륨), 및 알칼리기에서 형성된 적은 양의 염(예, 니트로벤젠 생산의 경우에서 니트로페놀산나트륨)과 함께 이동한다. 더 구체적으로, 이런 잔류 염은 유기 생성물 자체에만 의하지 않고, 오히려 알칼리 단계에서 나온 유기 생성물 중에 비말 동반된(entrained) 작은 물방물에 의해 이동된다. 하기 설명되는 바와 같이, 이런 비말 동반된 염이 제대로 제거되지 않으면, 하류의 장치의 작동에 현저한 장애를 나타낼 수 있다. 염 잔재의 결과를 최소화하기 위하여, 알칼리기의 하류에 있는 하나 이상의 "중성 세척기"(즉, 염-제거 세척기)가 사용된다. 본원에서, 용어 "중성 세척"은 물로 질화 생성물 스트림을 세척하여 염을 제거하는 것을 지칭한다. 물은 실질적으로 중성 pH를 가진다. 다중 유닛이 사용될 수 있으며, 교류 또는 역류 배열로 작동된다. 이러한 유닛으로부터의 폐기물 물은 상류의 알칼리 단계로 도입되어서 회복된 알칼린 염을 재생할 수 있다.

제거된 유기염(즉, 물 세척기에서 제거됨), 유기 산(즉, 알칼리기에서 제거됨) 및 히드록시-니트로-방향족 화합물(즉, 중성 세척기에서 제거됨)이 제거된 후, 다음 단계는 잔류 유기 반응물을 제거하는 것이다. 니트로방향족 화합물을 생성하기 위한 일부 반응은 과잉의 유기 공급 반응물과 함께 수행된다. 모노니트로벤젠의 예의 경우에, 과잉 벤젠이 사용되며, 이는 조질 생성물 스트림 중에 잔류한다. 그러므로, 세척 열에서 나온 생성물은 스트리퍼 또는 증류 컬럼 중 어느 하나로 직접적 또는 간접적으로 일반적으로 보내져서 과잉 유기 반응물을 회복하며, 이때 공정 중의 최대 지점은 질화 생성물을 갖는 용액 중에 남아있는다.

생증기 스트리퍼(live steam stripper)에서, 과잉 유기 공급 반응물은 스트리핑되고 컬럼의 상부를 통해 제거된 후, 응결되고 공정 반응기 안으로 다시 재생된다. 질화 생성물은 컬럼 내에 응결된 임의의 증기와 함께 컬럼의 하부를 통해 떠난다. 컬럼 내부에서, 스트리퍼로 공급된 질화 생성물 중의 비말 동반된 부식제 또는 다른 염은 물 응결액으로 전환된다. 컬럼 외부에서, 질화 생성물은 응결액으로부터 분리되고 하류의 공정 시설로 보내진다. 모노니트로벤젠 공정의 경우에서, 하류의 공정 시설은 아닐린 생산에 일반적이다. 시설에서 나오는 생성물 모노니트로벤젠은 일반적으로 스트리퍼로의 공급물 내에 존재하는 수산화나트륨, 또는 수산화나트륨 염을 일부 함유하는 소량의 비말 동반된 물 응결액과 함께 이동한다. 상기 수산화나트륨 또는 수산화나트륨 염은 하류의 아닐린 공정 반응기에서 최종적으로 완료되며, 상기 수산화나트륨 또는 수산화나트륨 염은 촉매의 활성에 부정적인 영향을 미치는 것으로 의심된다.

또한, 증류 컬럼은 증기 스트리퍼 대신에 사용되어 질화 생성물로부터 과잉 유기 공급 반응물을 제거할 수 있다. 증기 스트리핑과 작동에서 주요한 차이는, 증류 컬럼에서 열이 리보일러(reboiler)를 통해 간접적으로 도입된다는 점이다. 그 결과, 물 응결액이 컬럼 내에 형성되지 않고 "건조한" 질화 생성물이 수득된다. 최종 생성물에서 물 없이, 유기 생성 공급물로 비말 동반된 물에 용해된 염은 컬럼에 공급하여 침전되고, 컬럼이나 하류 장치의 폐쇄를 가져온다. 이런 침전물 중 일부는 질화 생성물과 함께 하류 공정 전반으로 이동된다.

따라서, 스트리핑 또는 증류 단계 이전에 질화 생성물로부터 염의 제거를 보장하는 것이 매우 중요하며, 이는 중성(염 제거) 세척 단계의 적절한 작동의 중요성을 강조한다. 일부 질화 과정에서, 이런 적절한 작동은 만일 매우 순수한 생성물이 요구된다면 치명적이 되고, 그 이유는 이후 공정이 벤젠 회복 컬럼의 하류에서 증류 단계를 일반적으로 더 포함하기 때문이다. 이는 과잉 반응물을 제거하기 위한 컬럼에 비해 높은 온도에서 작동하는 제 2 증류 컬럼을 수반하며, 이는 중(heavy) 성분을 증류한다. 이러한 경우에, 제거되지 않은 잔류 염은 컬럼 내에서 위험한 결과를 낳는 화학적 불안정을 가져올 수 있다.

일반적으로, 적절히 설계된 중성 세척기는 비말 동반된 염을 질화 생성물로부터 제거하는데에 매우 효과적이다. 반면에, 중성 세척기는 또한 작동에 있어서 민감하다. 이런 민감성은 두 개의 상으로 적절히 정착되지 않는 하나의 비교적 유화된 상을 형성하기 위해 세척 작동에서 두 개의 상(즉, 물 및 질화 생성물)의 경향에 의해 보여진다. 결과적으로 이에 따른 효과는 과잉의 물이 하류 유닛 작동 안으로 이동될 수 있으며, 이는 생산 중단을 가져올 수 있다. 단일 유화된 상의 이러한 구성은 만일 세척기/분리기 상에서의 작동이 설계 조건(예, 유량, 혼합 강도, 온도 등)을 표류하게 하는 경우에 발생할 수 있다. 또한, 이것은 예를 들어, 역류 방식의 하나 이상의 중성 세척기를 사용하거나 단일 중성 세척기의 거대한 물 흐름을 사용하여 중성 세척기를 늘 깨끗한 생성물로 밀어 넣음에 따라 더 빈번하게 발생하는 경향이 있다. 후자의 두 개 조건 중 어느 하나는 현저한 염 추출을 달성하기 위해 필요하지만 이들은 전기영동 또는 코어레서(coalescers)와 같은 값비싼 분리 향상 장비 없이 일반적으로 실시되지 않는다.

예를 들어 코어레서에 의해 향상되거나 되지 않은 두 개 유체(물 및 질화 생성물)의 우수한 분리가 중성 세척기 내에서 발생하는 때에도, 존재하는 생성물과 함께 비말 동반되는 현저한 양의 물이 여전히 존재하고 이는 질화 생성물의 탁한 모습 또는 희부연 모습에 의해 시각적으로 확인된다. 이런 모습은 물이 생성물 내에 안정한 "콜로이드" 형태로 존재하기 때문이다. 상술한 바와 같이, 이것은 중성 세척 단계에서 나온 질화 생성물에 비말 동반된 벌크 염을 이동시키는 비말 동반된 물이다. 생성물 내의 "콜로드이" 물방물의 농도는 중성 세척기의 전형적인 작동 조건 하에서 쉽게 감소될 수 있다. 이 지역에서의 관찰(즉, 최소 달성 가능한 물 비말 동반의 존재)은 실험실 실험에서 확인되었다. 이런 비말 동반된 콜로이드성 물은 일반적으로 중성 세척기를 나온 질화 생성물 중 약 1 중량%의 양을 차지하고, 세척 단계에서 사용된 물 내에 용해된 염의 잔류 부분을 함유한다. 후자의 쟁점은 설계로 이어지고 제약조건을 조작하며, 예를 들어 질화 생성물 내에 요구되는 염의 수준을 달성하기 위해 과잉 장치 용량 설치를 제공한다.

본 발명의 목적은 니트로방향족 화합물에 대한 세척 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명은 니트로방향족 생성물을 포함하는 생성물 스트림으로부터 불순물을 제거하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 산성 수용액으로 생성물을 세척하는 단계를 포함한다. 상기 단계는 물 세척 후 알칼리을 수행하여 니트로방향족 생성물로부터 알칼리도 및 염을 제거할 수 있다.

일부 실시예에 따르면, 상기 방법은 세척 단계 이후에, 증기 스트리핑 또는 증류에 의해 잔류 유기 반응물을 제거하는 단계를 포함한다. 증기 스트리핑 또는 증류 과정으로부터의 산은 산성 수용액으로 세척하는 단계에서 사용하기 위해 재생될 수 있다.

또한, 본 발명은 본 발명의 방법을 수행하기 위한 장치를 제공한다. 상기 장치는 물 세척기 및 알칼리기의 하류에 산성 염-제거 세척기를 포함한다.

본 발명의 이러한 특징 및 다른 특징은 이어지는 특정 실시예의 설명 및 도면으로부터 명확해질 것이다.

도 1은 질화 생성물을 세척하는 선행 기술 시스템의 공정에 따른 개략적인 도해이다.
도 2는 증기 스트리퍼를 사용하는, 본 발명의 실시예에 따른 개략적인 도해이다.
도 3은 증류 컬럼을 사용하는, 본 발명의 실시예에 따른 개략적인 도해이다.
도 4는 증기 스트리퍼를 사용하고 알칼리이 없는, 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 개략적인 도해이다.
도 5는 증류 컬럼을 사용하고 알칼리이 없는, 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 개략적인 도해이다.

이어지는 설명 및 도면에서, 대응되고 유사한 요소는 동일한 참조 번호로 표시했다.

본 발명의 공정은 전형적인 선행 기술 세척 공정과 비교하여 가장 잘 이해된다. 도 1에서 도시된 바와 같이, 그리고 하기에서 더 구체적으로 설명된 바와 같이, 선행 기술 공정은 본질적으로 이어지는 바와 같다. 물 세척기(W)는 상류 질화장치(미도시)로부터 질화 생성물의 스트림(스트림 12)을 수용한다. 물(스트림 14)은 물 세척기(W) 안으로 공급된다. 미네랄 산의 수용액(스트림 16)은 물 세척기로부터 제거되고, 세척된 생성물(스트림 18)은 알칼리기(A)로 공급된다. 알칼리 용액(스트림 22)은 알칼리기(A) 안으로 공급된다. 유기 산 염의 수용액(스트림 24)은 제거되고 세척된 생성물(스트림 26)은 중성 세척기(N)로 공급된다. 물(스트림 30)은 중성 세척기(N) 안으로 공급된다. 폐기물 스트림(32)은 제거되고, 세척된 생성물 스트림(34)은 증류 컬럼 또는 증기 스트리퍼(S/D)로 공급된다. 증기 또는 열(스트림 35)은 스트리퍼 또는 증류 컬럼의 하부로 각각 공급된다. 잔류 유기 반응물 및 물(스트림 38)은 증류 컬럼 또는 스트리퍼(S/D)의 상부로부터 제거되고 디캔터(DE)로 공급되며, 여기서 유기 반응물은 물로부터 분리된다. 반응물(스트림 42)은 질화 장치로 다시 공급되고 물(스트림 44)은 제거된다. 깨끗해진 질화 생성물(스트림 46)은 증류 컬럼 또는 증기 스트리퍼(S/D)로부터 제거된다. 증기 스트리퍼를 갖는 장치의 경우, 질화 생성물 스트림(46)은 응결된 물(스트림 50)을 제거하기 위해 추가적인 디캔터(DE2)에 공급되어 최종적으로 깨끗해진 생성물(스트림 52)을 생산한다.

본 발명에서, 산성 수용액은 생성물 스트림을 세척하여 알칼리도 및 염을 제거하기 위해 사용된다. 이런 세척은 (또는 일부 실시예에서 또는 이 밖에도) 물 세척 및 알칼리 단계 이후에, 그리고 잔류 유기 반응물을 제거하는 단계 이전에, 선행 기술 공정의 중성 세척 단계 대신에 이용된다.

발명자는 소량의 산을 중성 세척기에 첨가하는 것이 이의 성능을 현저히 향상시킨다는 것을 밝혔다(첨가된 산은 수성 상 내에 주로 용해되고 질화 생성물에는 용해되지 않음). 질화 생성물 내의 잔류 염은 더 효과적으로 제거되고 세척기는 상 유제의 형성에 더 높은 내성을 보인다. 게다가, 본 발명자는 질화 생성물 내의 염의 주요한 캐리어인 비말 동반된 콜로이드성 물의 수준이 현저히 감소된다는 것을 확인했다.

도 2와 관련하여, 도 2는 본 발명의 실시예를 도시하며, 여기서 세척 단계에 이어서 증기 스트리핑이 이어지고, 질화 생성물 스트림을 산성 수용액으로 세척하는 단계는 산성 염-제거 세척기(ASR)에서 물 세척기(W) 및 알칼리기(A)의 하류에서 수행된다. 산성 염-제거 세척기의 상류에 있는 장치는 상술한 도 1의 선행 기술 공정에서 중성 세척기(N)의 상류와 같으며, 질화 생성물 스트림(12)은 산성 염-제거 세척기(ASR)에서 산성 수용액으로 세척되기 이전에 물로 먼저 세척된 후에 알칼린으로 세척된다. 구조적으로, 산성 염-제거 세척기는 선행 기술의 중성 세척기(N)와 동일하지만, 공급된 세척 유체가 실질적으로 중성 물이 아닌 산성 수용액(스트림 36)이다. 잔류 알칼리도(스트림 33)의 중화로부터의 염 용액을 그로부터 제거했다. 이 스트림은 알칼리에 재생될 수 있다. 산성 염-제거 세척기는 단일 유닛이거나 다중 유닛일 수 있으며, 여기서 다중 유닛은 교류, 병류 또는 역류 배치로 작동될 수 있다.

산 세척 후에, 질화 생성물(스트림 40)은 증기 스트리퍼(S)로 공급된다. 이의 휘발성에 따라서(즉, 질화 생성물과 비교하여 증발하기 쉬운 정도), 첨가된 산의 흔적은 스트리퍼의 상부(스트림 38)에서 응결 회복된 유기 반응물로 발견되는 수성 상 및/또는 스트리퍼의 하부(스트림 46)에서 깨끗한 생성물로 발견되는 수성 상에서 발견될 것이다. 첨가된 산의 일부를 함유하는 이러한 수성 스트림(디캔터(DE)로부터의 스트림(54) 및 추가적인 디캔터(DE2)로부터의 스트림(56))은 산성 염-제거 세척기(ASR)로 다시 재생되어 산 첨가에 대한 요구를 감소시킬 수 있다. 이런 접근법은 소량의 산과 접촉하는 깨끗한 생성물을 포함하긴 하지만, 이는 질화 생성물에서 물 비말 동반의 낮은 캐리오버(carryover)에 의해 대체로 상쇄된다. 또한, 작동 성능 및 최종 세척 단계(즉, 염 제거 단계)의 신뢰도는 현저히 향상되며, 이는 더욱 안정한 설비 작동 및 초과 장치 생산 능력을 제공해야하는 필요의 감소를 가져온다.

도 3은 본 발명의 실시예를 도시하며, 여기서 세척 단계에 이어서 스트림 스트리퍼가 아닌 증류 컬럼(D)이 이어진다. 잔류 유기 반응물 및 물(스트림 38)은 증류 컬럼의 상부로부터 제거되고 디캔터(DE)로 공급된다. 디캔터에서 제거된 물 및 산은 산성 염-제거 세척기로 다시 공급된다(스트림 54).

도 2의 실시예에서, 만일 사용된 산이 휘발성 산(즉, 질화된 유기 생성물에 비해 더 손쉽게 증발하는 산)으로 선택되면, 산의 많은 부분이 스트리퍼의 상부에 모인다. 세척 단계에 이어서 도 3의 실시예에서와 같이 증류가 이어지는 경우에, 모든 휘발성 산은 컬럼의 상부에 모인다. 후자의 경우에, 휘발성 산 또는 질화 생성물과 함께 결국 컬럼을 나오는 산이 사용되어야만 한다. 그 이유는 생증기 스트리퍼와 대조되는 증류 컬럼에서, 컬럼의 하부로 배출되는 물이 존재하지 않기 때문이다.

본 발명에 사용하기 위한 휘발성 산을 선택함에 있어서, 선호되는 산은 질산이며, 그 이유는 질화 시설에 이미 존재하기 때문이다. 반면에, 본 발명은 사용될 수 있는 산의 유형으로 제한되지 않는다. 생증기 스트리퍼가 사용되어 질화 생성물로부터 초과 반응물을 제거하는 경우에, 첨가된 산은 휘발성 산일 필요가 없다. 따라서, 황산과 같은 산이 사용될 수 있다. 만일 휘발성 산이 사용되는 경우, 이러한 산은 포름산, 옥살산 및 질산을 포함할 수도 있다. 충분한 산이 산성 염-제거 세척 단계에 사용되어 pH 6 미만을 유지하거나, 대안적으로 pH 5 미만을 유지한다.

도 3에서 점선으로 도시되는 바와 같이(스트림 54), 증류 컬럼(D)의 상부에서 재생된 휘발성 산을 재생하는 경우에 추가적인 이점이 제공된다. 작동 중에, 산성 염-제거 세척기는 예상될 수 있는 추가되는 산 보다 훨씬 적은 양을 가지고 2 내지 3까지 낮은 pH 값으로 작동될 수 있다. 세척된 모노니트로벤젠 내에 용해된 NO의 흔적에 의해 생각되어 진, 추가적인 우연한 산의 공급원이 존재한다는 가설을 세웠다. 이러한 용해된 NO는 증류 컬럼에서 스트리핑되고 산소와 반응하여 NO₂를 생성한다. 상기 NO₂는 생성물로부터 스트리핑된 물에 의해 흡수되고 물과 반응하여 질산 및 아질산을 형성하는 증류 컬럼 응결기에서 응결된다. 유사한 이점이 도 2의 증기 스트리퍼의 상부로부터 수집된 재생 물(스트림 54)에서 예상될 것이다. 따라서, 많은 산의 공급원이 본 발명의 산성 수용액으로 세척하는 단계를 수행하는데에 사용될 것으로 계획되지만, 선호되는 공급원은 유기 반응물 회복 증류 컬럼 또는 증기 스트리퍼 중 어느 하나의 상부로부터의 회복된 산 용액이다.

일반적으로, 역류 세척기의 세척 효율은 정방향으로 이동하는 질화 생성물 내의 수용액의 비말 동반 비율에 의해 현저히 영향을 받는다. 수용액 첨가 비율에 따라서, 질화 생성물 내의 유리 수성산의 0.5 중량%의 비말 동반 비율도 일반적인 목표 염 캐리오버 사양을 달성하기 위해 요구되는 세척 단계의 수를 갑절로 증가시킬 수 있다. 그 결과, 산성 염-제거 세척 단계의 사용이 스트리퍼 또는 증류 컬럼에 공급된 질화 생성물 내의 최소한의 안정한 물 비말 동반을 약 0.04 중량% 까지 감소시킨다는 것에 대한 발견은 실질적인 이점을 제공한다. 예를 들어, 세척기/분리기의 수에 감소를 가능하게 할 수 있으며, 이는 새로운 질화 시설에 설비 투자에 절약을 가져온다.

상술한 바와 같이, 작동 실험은 pH가 거의 중성에서 작동되는 중성 세척기가 중요하지 않은 시설 문제 하에서도 유화하는 경향이 있다는 것을 보여주었다. 그 결과, 낮은 pH에서 작동하는 산성 염-제거 세척기를 갖는 본 발명의 방법은 중성 세척기에서 경험된 유제의 형성에 대한 가능성을 많이 감소시킨다. 이는 예상치 못한 시설의 중단을 감소시킴으로써 작동에 있어서 비용 이점을 제공하고, 새로운 질화 시설에 있어서, 초과 장치 용량의 제공에 대한 요구를 감소시킬 수 있다.

산성 수용액으로 세척하는 것에 대한 이점은 응용에 제한되지 않으며, 상류의 세척 시스템은 물 세척에 이어서 알칼리을 포함한다. 또한, 이것은 상류의 세척 시스템이 알칼리기만 포함하고 그 이전에 물 세척기를 포함하지 않는 경우에도 적용된다. 또한, 이것은 중성 세척기가 이러한 조합 중 어느 하나와 함께 사용되는 경우에도 적용된다.

도 4 및 도 5는 본 발명의 추가적인 실시예를 도시하며, 여기서 상류의 세척 시스템은 하나 이상의 물 세척기(W)를 포함하고 알칼리기를 포함하지 않는다. 여기서, 생성물(스트림 18)을 산성 수용액(스트림 36)으로 세척하는 단계는 황산 또는 옥살산과 같은 친수성 산을 질화 생성물로부터 제거한다. 산성 세척기(AW)(스트림 58)를 나오는 산성 용액은 물 세척기(W)(스트림 60)로 다시 재생될 수 있다. 도 4는 산성 세척 후에 증기 스트리퍼(S)가 사용되는 배열을 보이고, 도 5는 증류 컬럼(D)가 사용되는 배열을 보여준다. 스트리퍼 또는 컬럼으로부터 제거된 산은 산성 세척기로 다시 재생된다. 사용된 산 및 pH는 도 2 및 도 3 실시예에 대해 상술한 바와 동일하다.

실시예

질산을 사용하는 모노니트로벤젠 생산 시설에서 도 3의 실시예에 따른 본 발명을 시험했다. 상기 시설은 생성물 내에 용해된 벤젠을 회복하기 위해 증류 컬럼을 사용했다. 증류 컬럼 내의 모노니트로벤젠 생성물로부터 스트리핑되어 나온 임의의 물 및 휘발성 산을 응결했고, 회복된 벤젠으로부터 분리했고, 산성 염-제거 세척기로 다시 재생했다. 산성 염-제거 세척기를 나오는 모노니트로벤젠 내의 비말 동반된 콜로이드성 물의 수준에서 실질적인 감소를 발견했고, 산 첨가가 없는 일반적인 중성 세척기에서는 1 중량%에서 0.04 중량% 미만으로 감소했다. 세척 시스템은 5달을 넘는 작동기간 동안에 산성 염-제거 세척기에서 유화 문제를 경험하지 않았다.

비록 본 발명이 다양한 실시예의 형태로 설명되었지만, 본 발명을 이러한 실시예로 한정하려는 의도는 아니다. 본 발명의 범위 내에서 다양한 변형이 당해 분야의 통상의 기술자에게 자명할 것이다. 본 발명의 범위는 이어지는 처어구항에 의해 정의된다.

Claims

니트로방향족 생성물을 포함하는 생성물 스트림으로부터 불순물을 제거하는 방법으로서, 산성 수용액으로 니트로방향족 생성물을 세척하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 생성물 스트림으로부터 불순물을 제거하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 불순물은 알칼리도 및 염인 것을 특징으로 하는 생성물 스트림으로부터 불순물을 제거하는 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 세척하는 단계는 물 세척 및 알칼리 세척 단계의 하류에서 수행되는 것을 특징으로 하는 생성물 스트림으로부터 불순물을 제거하는 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 세척하는 단계는 물 세척, 알칼리 세척 및 중성 세척 단계의 하류에서 수행되는 것을 특징으로 하는 생성물 스트림으로부터 불순물을 제거하는 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 세척하는 단계는 알칼리 단계의 하류에서 수행되는 것을 특징으로 하는 생성물 스트림으로부터 불순물을 제거하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 세척하는 단계는 물 세척 단계의 하류에서 수행되고, 상기 불순물은 친수성 산을 포함하는 것을 특징으로 하는 생성물 스트림으로부터 불순물을 제거하는 방법.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 니트로방향족 생성물은 모노니트로벤젠, 니트로톨루엔 및 디니트로톨루엔 중 하나인 것을 특징으로 하는 생성물 스트림으로부터 불순물을 제거하는 방법.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 니트로방향족 생성물은 모노니트로벤젠인 것을 특징으로 하는 생성물 스트림으로부터 불순물을 제거하는 방법.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 세척하는 단계에 이어서 증기 스트리핑 및 증류 중 하나에 의해 잔류 유기 반응물을 제거하는 단계가 이어지는 것을 특징으로 하는 생성물 스트림으로부터 불순물을 제거하는 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 산성 수용액은 증기 스트리핑 또는 증류에서 사용되는 조건 하에서 휘발성인 산을 포함하는 것을 특징으로 하는 생성물 스트림으로부터 불순물을 제거하는 방법.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 산성 수용액은 질산 또는 아질산을 포함하는 것을 특징으로 하는 생성물 스트림으로부터 불순물을 제거하는 방법.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 세척하는 단계는 pH 6 이하에서 수행되는 것을 특징으로 하는 생성물 스트림으로부터 불순물을 제거하는 방법.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 세척하는 단계는 pH 5 이하에서 수행되는 것을 특징으로 하는 생성물 스트림으로부터 불순물을 제거하는 방법.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 세척하는 단계는 pH 2 내지 pH 5에서 수행되는 것을 특징으로 하는 생성물 스트림으로부터 불순물을 제거하는 방법.
제 9 항에 있어서,
증기 스트리퍼 또는 증류 컬럼의 상부로부터 응결된 액체는 질산 또는 아질산을 포함하는 것을 특징으로 하는 생성물 스트림으로부터 불순물을 제거하는 방법.
제 15 항에 있어서,
질산 또는 아질산을 포함하는 상기 응결된 액체는 상기 세척하는 단계에서 사용되는 것을 특징으로 하는 생성물 스트림으로부터 불순물을 제거하는 방법.
제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 세척하는 단계는 단일 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 생성물 스트림으로부터 불순물을 제거하는 방법.
제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 세척하는 단계는 교류, 역류 및 병류 중 어느 하나인 흐름 패턴을 갖는 복수의 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 생성물 스트림으로부터 불순물을 제거하는 방법.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 물 세척 또는 상기 알칼리, 또는 둘 모두는 교류, 역류 및 병류 중 어느 하나인 흐름 패턴을 갖는 복수의 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 생성물 스트림으로부터 불순물을 제거하는 방법.
니트로방향족 생성물을 포함하는 생성물 스트림을 정제하는 방법으로서, 상기 방법은:
(a) 미네랄 산을 제거하기 위해 생성물 스트림을 물 세척하는 단계;
(b) 유기 부산물을 제거하기 위해 (a) 단계로부터의 생성물 스트림을 알칼리 세척하는 단계;
(c) 산성 수용액으로 (b) 단계로부터의 생성물 스트림을 세척하는 단계; 및
(d) (c) 단계로부터의 생성물 스트림으로부터 잔류 유기 반응물을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 생성물 스트림을 정제하는 방법.
제 20 항에 있어서,
상기 (d) 단계는 증기 스트리핑을 포함하고, 상기 방법은 (d) 단계로부터의 산을 (c) 단계에서 사용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생성물 스트림을 정제하는 방법.
제 20 항에 있어서,
상기 (d) 단계는 증류를 포함하고, 상기 방법은 (d) 단계로부터의 산을 (c) 단계에서 사용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생성물 스트림을 정제하는 방법.
제 20 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 산성 수용액은 질산을 포함하는 것을 특징으로 하는 생성물 스트림을 정제하는 방법.
제 20 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 니트로방향족 생성물은 모노니트로벤젠, 니트로톨루엔 및 디니트로톨루엔 중 하나인 것을 특징으로 하는 생성물 스트림을 정제하는 방법.
물 세척기 및 알칼리 세척기를 가지며, 니트로방향족 생성물을 포함하는 생성물 스트림으로부터 불순물을 제거하기 위한 장치에 있어서, 상기 장치는 상기 알칼리기의 하류에 산성 염-제거 세척기를 포함하는 것을 특징으로 하는 생성물 스트림으로부터 불순물을 제거하기 위한 장치.
제 25 항에 있어서,
상기 장치는 산성 염-제거 세척기의 하류에 증기 스트리퍼를 포함하고, 상기 증기 스트리퍼로부터 상기 산성 염-제거 세척기로 산성 수용액을 전달하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 생성물 스트림으로부터 불순물을 제거하기 위한 장치.
제 25 항에 있어서,
상기 장치는 산성 염-제거 세척기의 하류에 증류 컬럼을 포함하고, 상기 증류 컬럼으로부터 상기 산성 염-제거 세척기로 산성 수용액을 전달하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 생성물 스트림으로부터 불순물을 제거하기 위한 장치.
제 26 항 또는 제 27 항에 있어서,
상기 산성 수용액은 질산을 포함하는 것을 특징으로 하는 생성물 스트림으로부터 불순물을 제거하기 위한 장치.
제 25 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 니트로방향족 생성물은 모노니트로벤젠, 니트로톨루엔 및 디니트로톨루엔 중 하나인 것을 특징으로 하는 생성물 스트림으로부터 불순물을 제거하기 위한 장치.
물 세척기를 가지며, 니트로방향족 생성물을 포함하는 생성물 스트림으로부터 불순물을 제거하기 위한 장치에 있어서, 상기 장치는 상기 물 세척기의 하류에 산성 세척기를 포함하는 것을 특징으로 하는 생성물 스트림으로부터 불순물을 제거하기 위한 장치.
제 30 항에 있어서,
상기 장치는 산성 세척기의 하류에 증기 스트리퍼를 포함하고, 상기 증기 스트리퍼로부터 상기 산성 세척기로 산성 수용액을 전달하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 생성물 스트림으로부터 불순물을 제거하기 위한 장치.
제 30 항에 있어서,
상기 장치는 상기 산성 세척기의 하류에 증류 컬럼을 포함하고, 상기 증류 컬럼으로부터 상기 산성 세척기로 산성 수용액을 전달하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 생성물 스트림으로부터 불순물을 제거하기 위한 장치.
제 30 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 불순물은 친수성 산을 포함하는 것을 특징으로 하는 생성물 스트림으로부터 불순물을 제거하기 위한 장치.