KR20160039215A - 산화알킬렌 분리 시스템, 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

증류 탑, 디캔터(decanter), 및 물 세정 시스템을 포함하는 산화프로필렌 분리 시스템이 개시된다. 증류 탑은 조(crude) 산화프로필렌 스트림을 받고, 메탄올과 물을 갖는 불순물 스트림을 배출하며, 또한 조 산화프로필렌 스트림으로 들어가는 산화프로필렌의 대부분을 포함하는 탑저 스트림을 배출하도록 되어 있다. 디캔터는 불순물 스트림의 적어도 일 부분과 탄화수소 용매를 받고, 그 디캔터에서 유기 상(organic phase)과 수성 상(aqueous phase)이 형성된다. 유기 상은 산화프로필렌과 탄화수소 용매를 포함하고 증류 탑에 보내진다. 수성 상은 불순물 스트림으로 들어가는 메탄올과 물의 대부분의 중량%를 포함한다. 물 세정 시스템은 수성 상을 받아서 산화프로필렌 분리 시스템으로부터 내보내도록 되어 있다.

Description

산화알킬렌 분리 시스템, 방법 및 장치{ALKYLENE OXIDE SEPARATION SYSTEMS, METHODS, AND APPARATUSES}
본 출원은 2013년 7월 29일에 출원된 미국 가 특허 출원 제 61/859,549 호의 이익 및 우선권을 주장하며, 그 가 특허 출원은 전체적으로 본원에 참조로 관련되어 있다.
본 발명은 이소부탄, 에틸 벤젠 또는 큐멘(cumene)의 산화로부터 얻어지는 히드로과산화물로 프로필렌을 에폭시화할 때 형성되는 산화프로필렌을 정화하고 회수하기 위한 방법에 관한 것이다. 특히, 본 방법은 산화프로필렌으로부터의 포름알데히드 및 아세트알데히드와 같은 경질 알데히드의 분리를 개선한다.
매년 대략 145 억 파운드의 산화프로필렌이 제조된다. 산화프로필렌은 많은 용도를 갖고 있다. 모든 산화프로필렌의 60 ∼ 70%는 폴리우레탄 플라스틱의 제조를 위해 폴리에테르 폴리올로 전환된다. 열반응에 의해 또는 산 또는 염기 촉매 작용에 의해 촉진되는 공정을 통해 산화프로필렌의 약 20%가 가수 분해되어 프로필렌 글리콜로 된다. 다른 주 생성물은 폴리프로필렌 글리콜, 프로필렌 글리콜 에테르 및 탄산프로필렌이다. 이들 최종 생성물을 얻기 위해, 불순물이 없는 산화프로필렌이 필요하다.
산화프로필렌을 포함하는 산화알킬렌을 제조하는 방법은, 그의 대응하는 올레핀을 염화수소화 및 에폭시화하는 것을 포함한다. 에폭시화 과정에서 사용되는 산화물은 분자 산소에 의한 직접 산화에 의해 3급 또는 2급 탄화수소로부터 얻어지는데, 그래서 상기 산화물은 산소화 불순물 및 전구체를 함유하게 된다. 추가적인 산소화 불순물은 올레핀의 에폭시화 단계에서도 발생된다. 산화프로필렌, 특히 탄화수소 산화물과의 에폭시화로 생성되는 산화프로필렌 같은 조(crude) 산화알킬렌은 산화알킬렌으로부터 분리되기 어려운 상당한 양의 산소화 불순물을 함유한다. 이 불순물은 일반적으로 물, 산, 알콜, 알데히드, 케톤, 및 에스테르를 포함한다. 산화프로필렌을 제조하는 다양한 방법의 유출물 스트림(stream)의 이들 불순물 성분으로부터 산화프로필렌을 분리하기 위한 시스템과 방법의 지속적인 개선에 대한 필요성이 존재한다.
미국 특허 3,338,800 에는, 3 ∼ 18 개의 탄소 원자를 갖는 산화알킬렌을 파라핀 또는 파라핀 나프타 용매로 추출 증류하는 것이 교시되어 있다. 보다 구체적으로, 이 특허는, 산화알킬렌의 5℃내에서 끓는 산소화 불순물이, 이 불순물의 비등점 보다 적어도 35℃ 높은 비등점을 갖는 용매로서 비순환 파라핀계 탄화수소를 사용하는 추출 증류에 의해 분리될 수 있다는 것을 제시하고 있다. 이 특허에 의해 처리되는 문제는, 액상에서 에틸렌적으로 불포화된 화합물을 분자 산소로 직접 산화시켜 생성되는 에폭시드 분획물은 산소화 불순물을 함유하고 이 불순물은 그 비등점이 원하는 에폭시드 생성물과 비슷하므로 종래의 증류 기술로는 분리될 수 없다는 것이다.
미국 특허 3,881,996 의 교시에 따르면, 일련의 분별(fractionation) 단계는 특히 알데히드 함량과 관련한 얻어진 산화프로필렌의 최종 순도에 큰 영향을 준다. 산화프로필렌이 프로피온알데히드 및 더 높은 비등점의 재료로부터 분리되는 단계에 앞서, 아세트알데히드 및 더 낮은 비등점의 재료가 제거되면, 실질적으로 개선된 결과가 얻어지게 된다. 이 결과는 아주 특이한 것으로, 분별 증류 장비의 통상적인 계산가능한 성능에 따르지 않는다. 본 발명자는, 정상적인 질량 전달 단계를 방해하여 변칙적인 결과를 나타나게 하는 화학 반응이 증류 중에 일어날 수 있는 것으로 생각하고 있다. 그러나, 과학적인 근거는 주어져 있지 않다.
미국 특허 3,464,897 및 3,843,488 의 교시에 따르면, 추출 증류에서 8 ∼ 20 개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소 용매를 사용하여 산화프로필렌으로부터 C5-C7 불순물을 효과적으로 제거할 수 있다. 미국 특허 3,607,669 에는, 높은 압력에서 물-산화프로필렌 공비혼합물(azeotrope)을 분해하여 8 ∼ 12 개의 탄소 원자를 함유하는 비순환 또는 순환 파라핀의 존재 하에서 혼합물을 증류하여 물로부터 산화프로필렌을 분리하는 방법이 교시되어 있다. 산화프로필렌의 정화를 위한 추출 증류 작업에서 다양한 용매를 사용하는 것을 소개하는 많은 다른 미국 특허, 예컨대 4,140,588, 5,000,825, 5,006,206, 5,116,466, 5,116,467, 5,139,622, 5,145,561, 5,145,563, 5,154,803, 5,154,804, 5,160,587, 5,340,446, 5,620,568, 5,958,192 및 6,559,248이 있다. 미국 특허 2,550,847, 2,622,060, 3,350,417, 3,477,919, 4,691,034, 4,691,035, 5,106,458 및 5,107,002에는, 산화프로필렌으로부터 포름산메틸을 분리하는 방법이 교시되어 있다. 이들 특허는 선택된 산화프로필렌 불순물을 제거하는 것을 교시하고 있지만, 알데히드, 특히 포름알데히드 및 아세트알데히드의 제거는 다루고 있지 않다.
미국 특허 6,024,840은, 프로필렌으로부터 아세트알데히드를 제거하기 위해 메탄올을 추출 용매로서 사용하고 있다. 그러나, 용매 메탄올 자체는 비등점이 가까운 산화프로필렌 오염물이 된다. 미국 특허 7,705,167은, 물 세정 산화프로필렌을 사용하고 그 다음에 수성 상(aqueous phase)을 탄화수소 추출 용매와 접촉시킨 후 증류를 행하는 것을 교시하고 있다. 이들 교시는 기존 플랜트의 개선에는 비실용적이다. 특히 tert-부틸 히드로과산화물 과정에서 생성되는 산화프로필렌의 경우에 총 50 ppm 미만의 알데히드를 함유하고 포름알데히드가 없는 산화프로필렌을 회수하는 것은 어렵기 때문에, 본 발명의 목적은, 산화프로필렌 생성물의 실질적인 손실 없이 알데히드가 낮은 고순도의 산화프로필렌을 회수하기 위한, 기존의 플랜트에도 적용될 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 양태는 산화프로필렌 분리 시스템에 관한 것으로, 이 시스템은, 조(crude) 산화프로필렌 스트림을 받고, 메탄올과 물을 갖는 불순물 스트림을 배출하며, 또한 상기 조 산화프로필렌 스트림으로 들어가는 산화프로필렌의 대부분을 갖는 탑저 스트림을 배출하도록 되어 있는 증류 탑; 상기 불순물 스트림과 탄화수소 용매를 받는 디캔터(decanter)(이 디캔터에서, 상기 산화프로필렌과 탄화수소 용매를 갖는 유기 상(organic phase), 및 상기 불순물 스트림으로 들어가는 상기 메탄올과 물의 대부분의 중량%를 포함하는 수성 상(aqueous phase)이 형성됨); 및 상기 수성 상을 받아서 상기 산화프로필렌 분리 시스템으로부터 내보내도록 되어 있는 물 세정 시스템을 포함하고, 상기 디캔터 내의 유기 상은 상기 증류 탑에 보내지게 된다.
상기 조 산화프로필렌 스트림은 예컨대 산화프로필렌/tert-부탄올 처리 시스템에 있는 산화프로필렌 반응기 유출물 스트림일 수 있다. 상기 증류 탑은 탑정 응축기를 포함할 수 있고, 증류 탑의 그 탑정 응축기로부터 비응축 성분의 탑정 증기 퍼지(purge)가 나오게 된다. 상기 디캔터는 상기 증류 탑에 대한 탑정 디캔터일 수 있으며, 상기 탑정 응축기로부터 불순물 스트림을 받을 수 있다. 한편, 상기 디캔터는 상기 증류 탑에 대한 측면 디캔터일 수 있으며, 상기 증류 탑의 액체 측면 인출물로부터 불순물 스트림을 받을 수 있다. 상기 증류 탑은 용매-경질물 탑일 수 있다. 상기 물 세정 시스템은 정적 혼합기와 같은 혼합기 및 코어레서(coalescer)를 포함할 수 있다. 또한, 용매 제거기는 상기 증류 탑으로부터 탑저 스트림을 받을 수 있고, 그 용매 제거기는 증류 탑으로부터 나오는 탑저 스트림으로 상기 용매 제거기에 들어가는 산화프로필렌의 대부분을 갖는 용매-제거기 탑정 스트림을 배출하고, 또한 상기 디캔터에 수용되는 탄화수소 용매의 적어도 일 부분을 포함하는 용매-제거기 탑저 스트림을 배출한다. 추가적으로, 추출 탑이 용매 제거기로부터 나오는 용매-제거기 탑정 스트림에 대해 탄화수소 용매 추출을 실시하여 불순물을 제거할 수 있으며, 상기 추출 탑은 포름알데히드를 갖는 제거된 불순물을 상기 물 세정 시스템에 내보낸다.
본 발명의 다른 양태는, 분리 시스템에서 조 산화프로필렌 스트림으로부터 산화프로필렌을 분리시키기 위한 방법에 관한 것으로, 이 방법은, 상기 조 산화프로필렌 스트림을 증류 탑에 공급하는 단계; 메탄올과 물을 포함하는 불순물 스트림을 증류 탑으로부터 디캔터에 배출하는 단계; 탄화수소 용매를 상기 디캔터에 공급하는 단계; 산화프로필렌과 탄화수소 용매를 포함하는 유기 상, 및 불순물 스트림으로 상기 디캔터에 공급되는 메탄올과 물의 대부분의 중량%을 갖는 수성 상을 상기 디캔터에서 형성하는 단계; 상기 수성 상을 물로 세정하고 그 세정된 수성 상을 상기 분리 시스템으로부터 내보내는 단계; 및 상기 유기 상을 증류 탑에 보내는 단계를 포함한다.
상기 불순물 스트림의 배출은, 불순물 스트림을 증류 탑의 탑정 응축기를 통해 디캔터에 배출하는 것을 포함할 수 있고, 상기 방법은 증기 스트림을 상기 탑정 응축기로부터 내보내는 단계를 더 포함한다. 한편, 상기 불순물 스트림을 배출하는 단계는, 불순물 스트림을 증류 탑의 액체 측면 인출물을 통해 디캔터에 배출하는 것을 포함할 수 있다. 상기 방법은, 조 산화프로필렌 스트림으로 상기 증류 탑에 들어가는 산화프로필렌의 대부분을 갖는 탑저 스트림을 증류 탑으로부터 배출하는 단계; 상기 탑저 스트림으로부터 포름알데히드를 분리시키는 단계; 및 수성 상을 물로 세정하는 물 세정 시스템에 상기 포름알데히드를 보내는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태는 산화프로필렌 분리 시스템에 관한 것으로, 이 분리 시스템은, 처리된 조 산화프로필렌 스트림을 받고, 메탄올과 물을 포함하는 불순물 스트림을 배출하며, 또한 상기 처리된 조 산화프로필렌 스트림으로 들어가는 산화프로필렌의 대부분을 갖는 탑저 스트림을 배출하도록 되어 있는 증류 탑; 부식제(예컨대, 수산화나트륨이거나 수산화나트륨을 가지는)를 상기 불순물 스트림과 혼합시켜 부식제 처리된 불순물 스트림을 주도록 되어 있는 혼합기; 및 상기 부식제 처리된 불순물 스트림에 대해 수성 추출 및 유기 추출 모두를 실시하도록 되어 있는 역세(backwash) 탑을 포함한다.
상기 역세 탑은 불순물 스트림에 있는 메탄올과 물의 대부분을 갖는 수성 스트림을 내보낼 수 있다. 또한, 상기 역세 탑은 유기 스트림(탄화수소 용매와 산화프로필렌을 가짐)을 상기 증류 탑에 배출할 수 있다. 추출 탑이 상기 증류 탑의 하류에 배치되어 포름알데히드를 상기 혼합기에 내보낼 수 있고, 포름알데히드는 증류 탑의 탑저 스트림으로부터 오는 캐리오버(carryover)이다.
상기 산화프로필렌 분리 시스템은, 조 산화프로필렌 스트림을 받고, 경질 성분을 제거하며, 또한 상기 조 산화프로필렌 스트림에 있었던 산화프로필렌의 대부분을 포함하는 경질물-증류 탑의 탑저 스트림을 배출하도록 되어 있는 경질물 증류 탑; 및 상기 경질물-증류 탑의 탑저 스트림을 받고, 중질 성분을 제거하며, 또한 상기 경질물-증류 탑의 탑저 스트림에 있었던 산화프로필렌의 대부분을 포함하는 탑정 스트림을 배출하도록 되어 있는 중질물 증류 탑을 더 포함할 수 있고, 상기 탑정 스트림은 상기 처리된 조 산화프로필렌 스트림이거나 그것의 일 부분이다. 대안적으로, 상기 산화프로필렌 분리 시스템은, 조 산화프로필렌 스트림을 받고, 그 조 산화프로필렌 스트림으로부터 중질 성분을 제거하며, 또한 상기 조 산화프로필렌 스트림에 있었던 산화프로필렌의 대부분을 포함하는 탑정 스트림을 배출하도록 되어 있는 중질물 증류 탑; 및 상기 탑정 스트림을 받고, 그 탑정 스트림으로부터 중질 성분을 제거하며, 또한 상기 탑정 스트림에 있었던 산화프로필렌의 대부분을 포함하는 경질물-증류 탑의 탑저 스트림을 배출하도록 되어 있는 경질물 증류 탑을 포함할 수 있고, 상기 경질물-증류 탑의 탑저 스트림은 상기 처리된 조 산화프로필렌 스트림이거나 그것의 일 부분이다.
전술한 바는 이하의 본 발명에 대한 상세한 설명을 더 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징 및 기술적 이점을 다소 넓게 개괄적으로 설명한 것이다. 본 발명의 청구 범위의 내용을 이루는 본 발명의 추가적인 특징 및 이점은 이후에 설명될 것이다. 당업자라면 이해하는 바와 같이, 개시된 개념 및 특정 실시 형태는 본 발명의 동일한 목적을 달성하기 위한 다른 구조를 수정하거나 설계하기 위한 기초로서 용이하게 이용될 수 있다. 또한, 당업자라면 이해하는 바와 같이, 그러한 등가적인 구성은 첨부된 청구 범위에 제시되어 있는 바와 같은 본 발명의 정신과 범위에서 벗어나지 않는 것이다. 추가 목적 및 이점과 함께, 조직화 및 작동 방법 모두에 있어 본 발명의 특징이라고 생각되는 신규한 특징들은 첨부 도면을 참조하는 이하의 설명으로부터 더 잘 이해될 것이다. 그러나, 각각의 도는 도시와 설명의 목적으로만 제공된 것이고 본 발명의 범위를 규정하는 것은 아님을 명확히 이해해야 한다.
본 발명의 이들 및 다른 특징, 양태 및 이점은 이하의 설명 및 첨부된 청구 범위를 참조하여 더 잘 이해될 것이다.
도 1 은 일 실시 형태에 따른 산화프로필렌 분리 시스템의 개략적인 블럭도이다.
도 2 는 파일럿 플랜트에서 사용되는, 일 실시 형태에 따른 용매-경질물 탑을 포함하는 개략도이다.
도 3 은 파일럿 플랜트에서 사용되는, 일 실시 형태에 따른 용매 제거 탑의 개략도이다.
도 4 는 다양한 실시 형태에 따른 산화프로필렌 분리 시스템의 개략적인 블럭도이다.
도 5 는 일 실시 형태에 따른 산화프로필렌 분리 시스템의 전방 단부의 개략적인 블럭도이다.
도 6 은 일 실시 형태에 따른 도 5 의 전방 단부와 관련된 산화프로필렌 분리 시스템의 후방 단부의 개략적인 블럭도이다.
도 7 은 일 실시 형태에 따른 산화프로필렌 분리 시스템의 다른 전방 단부의 개략적인 블럭도이다.
도 8 은 일 실시 형태에 따른 도 7 의 전방 단부의 용매-경질물 탑 시스템의 일 실시예의 개략적인 블럭도이다.
도 9 는 일 실시 형태에 따른 도 7 의 전방 단부의 용매-경질물 탑 시스템의 다른 실시예의 개략적인 블럭도이다.
도 10 은 일 실시 형태에 따른 도 7 ∼ 9 의 전방 단부와 관련된 산화프로필렌 분리 시스템의 후방 단부의 개략적인 블럭도이다.
도 11 은 일 실시 형태에 따른 산화프로필렌 분리 시스템의 또 다른 전방 단부의 개략적인 블럭도이다.
도 12 는 일 실시 형태에 따른 도 11 의 전방 단부와 관련된 산화프로필렌 분리 시스템의 후방 단부의 개략적인 블럭도이다.
다양한 실시 형태들은 도면에 나타나 있는 배치 및 수단에 한정되는 것은 아님을 이해해야 한다.
본 개시는 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대한 이하의 상세한 설명 및 거기에 포함되어 있는 실시예를 참조하여 더 쉽게 이해될 수 있다. 본 개시 전체에 걸쳐 다양한 스트림(stream)이 불순물을 함유하는 것으로 논의되며, 그 불순물은 특정 스트림과 관련하여 아래에서 확인될 것이다. 다양한 스트림은 아래에서 더 특정한 이름으로 확인될 수 있지만, 스트림이 제거 대상 불순물을 함유하고 있는 한에는, 이러한 스트림도 불순물 스트림이다.
이제, 산화프로필렌(PO)을 제조하기 위한 일 방법을 설명할 것인데, 그 산화프로필렌은 에폭시프로판, 프로필렌 에폭시드, 1,2-산화프로필렌, 메틸 옥시란, 1,2-에폭시프로판, 산화프로펜, 산화메틸 에틸렌, 산화메틸에틸렌으로도 알려져 있다. 먼저, 화학식 1 에 나타나 있는 바와 같이, 이소부탄(IB)(2-메틸프로판으로도 알려져 있음)이 산소와 반응하여, tert-부틸 히드로과산화물(TBHP)(2-메틸프로판-2-퍼옥솔로도 알려져 있음)이 형성될 수 있다.
Figure pct00001
이어서, 화학식 2 에 나타나 있는 바와 같이, 프로필렌(프로펜으로도 알려져 있음)이 촉매의 존재 하에서 TBHP와 반응하여, PO 및 tert-부탄올(TBA)(2-메틸-2-프로판올로도 알려져 있음)이 형성될 수 있다.
Figure pct00002
이 방법에 의해 PO 및 TBA 모두가 생성되므로, PO/TBA 과정이라고 할 것이다.
상기 PO/TBA 과정에서 원치 않는 다양한 부차 생성물이 생길 수 있다. 이론의 제약을 받고 싶은 것은 아니지만, 비선택적 반응이 일어나 불순물이 생성될 수 있다. 이러한 비선택적 반응은 화학식 3 ∼ 6 에 나타나 있는 반응을 포함할 수 있지만, 그에 한정되지 않는다.
Figure pct00003
Figure pct00004
Figure pct00005
Figure pct00006
PO/TBA 과정에서 아세트알데히드가 또한 형성될 수 있다. 이 아세트알데히드의 형성에 대한 일 가능한 메카니즘이 화학식 7 에 나타나 있다.
Figure pct00007
PO/TBA 과정에서 나오는 조(crude) PO 스트림 내에 들어가는 이들 불순물의 농도는 변할 수 있다.
포름산메틸은 PO/TBA 과정에서 나오는 조 PO 스트림의 전체 조성물의 중량%로 표시되는 하한 및/또는 상한을 갖는 범위 내의 양으로 존재할 수 있다. 상기 범위는 하한 및/또는 상한을 포함하거나 배제할 수 있다. 포름산메틸의 하한 및/또는 상한은, 0, 0.01, 0.02, 0.03, 0.04, 0.05, 0.06, 0.07, 0.08, 0.09, 0.1, 0.11, 0.12, 0.13, 0.14, 0.15, 0.16, 0.17, 0.18, 0.19, 0.2, 0.21, 0.22, 0.23, 0.24, 0.25, 0.26, 0.27, 0.28, 0.29, 0.3, 0.31, 0.32, 0.33, 0.34, 0.35, 0.36, 0.37, 0.38, 0.39, 0.4, 0.41, 0.42, 0.43, 0.44, 0.45, 0.46, 0.47, 0.48, 0.49, 0.5, 0.51, 0.52, 0.53, 0.54, 0.55, 0.56, 0.57, 0.58, 0.59, 0.6, 0.61, 0.62, 0.63, 0.64, 0.65, 0.66, 0.67, 0.68, 0.69, 0.7, 0.71, 0.72, 0.73, 0.74, 0.75, 0.76, 0.77, 0.78, 0.79, 0.8, 0.81, 0.82, 0.83, 0.84, 0.85, 0.86, 0.87, 0.88, 0.89, 0.9, 0.91, 0.92, 0.93, 0.94, 0.95, 0.96, 0.97, 0.98, 0.99, 1, 2, 3, 4, 5, 및 10 중량%에서 선택될 수 있다. 예컨대, 포름산메틸은 PO/TBA 과정에서 나오는 조 PO 스트림의 전체 조성물의 0.06 중량% 보다 많은 양으로 존재할 수 있다.
메탄올은 PO/TBA 과정에서 나오는 조 PO 스트림의 전체 조성물의 중량%로 표시되는 하한 및/또는 상한을 갖는 범위 내의 양으로 존재할 수 있다. 상기 범위는 하한 및/또는 상한을 포함하거나 배제할 수 있다. 메탄올의 하한 및/또는 상한은, 0, 0.001, 0.002, 0.003, 0.0031, 0.0032, 0.0033, 0.0034, 0.0035, 0.0036, 0.0037, 0.0038, 0.0039, 0.0139, 0.0239, 0.0339, 0.0439, 0.0539, 0.0639, 0.0739, 0.0839, 0.0939, 0.1039, 0.1049, 0.1059, 0.1069, 0.1079, 0.1089, 0.1099, 0.1109, 0.1119, 0.1129, 0.1139, 0.1149, 0.1159, 0.116, 0.1161, 0.1162, 0.1163, 0.1164, 0.1165, 0.1166, 0.1167, 0.1168, 0.1169, 0.117, 0.1171, 0.1172, 0.1173, 0.1174, 0.1175, 0.1176, 0.1177, 0.2177, 0.3177, 0.4177, 0.5177, 0.6177, 0.7177, 0.8177, 0.9177, 1, 2, 3, 4, 5, 및 10 중량%에서 선택될 수 있다. 예컨대, 메탄올은 PO/TBA 과정에서 나오는 조 PO 스트림의 전체 조성물의 0.0032 중량% 보다 많은 양 또는 0.1172 중량% 보다 많은 양으로 존재할 수 있다.
아세트알데히드는 PO/TBA 과정에서 나오는 조 PO 스트림의 전체 조성물의 중량%로 표시되는 하한 및/또는 상한을 갖는 범위 내의 양으로 존재할 수 있다. 상기 범위는 하한 및/또는 상한을 포함하거나 배제할 수 있다. 아세트알데히드의 하한 및/또는 상한은, 0, 0.01, 0.02, 0.03, 0.04, 0.05, 0.06, 0.07, 0.08, 0.09, 0.1, 0.11, 0.12, 0.13, 0.14, 0.15, 0.16, 0.17, 0.18, 0.19, 0.2, 0.21, 0.22, 0.23, 0.24, 0.25, 0.26, 0.27, 0.28, 0.29, 0.3, 0.31, 0.32, 0.33, 0.34, 0.35, 0.36, 0.37, 0.38, 0.39, 0.4, 0.41, 0.42, 0.43, 0.44, 0.45, 0.46, 0.47, 0.48, 0.49, 0.5, 0.51, 0.52, 0.53, 0.54, 0.55, 0.56, 0.57, 0.58, 0.59, 0.6, 0.61, 0.62, 0.63, 0.64, 0.65, 0.66, 0.67, 0.68, 0.69, 0.7, 0.71, 0.72, 0.73, 0.74, 0.75, 0.76, 0.77, 0.78, 0.79, 0.8, 0.81, 0.82, 0.83, 0.84, 0.85, 0.86, 0.87, 0.88, 0.89, 0.9, 0.91, 0.92, 0.93, 0.94, 0.95, 0.96, 0.97, 0.98, 0.99, 1, 2, 3, 4, 5, 및 10 중량%에서 선택될 수 있다. 예컨대, 아세트알데히드는 PO/TBA 과정에서 나오는 조 PO 스트림의 전체 조성물의 0.03 중량% 보다 많은 양으로 존재할 수 있다.
물은 PO/TBA 과정에서 나오는 조 PO 스트림의 전체 조성물의 중량%로 표시되는 하한 및/또는 상한을 갖는 범위 내의 양으로 존재할 수 있다. 상기 범위는 하한 및/또는 상한을 포함하거나 배제할 수 있다. 물의 하한 및/또는 상한은, 0, 0.01, 0.02, 0.03, 0.04, 0.05, 0.06, 0.07, 0.08, 0.09, 0.1, 0.11, 0.12, 0.13, 0.14, 0.15, 0.16, 0.17, 0.18, 0.19, 0.2, 0.21, 0.22, 0.23, 0.24, 0.25, 0.26, 0.27, 0.28, 0.29, 0.3, 0.31, 0.32, 0.33, 0.34, 0.35, 0.36, 0.37, 0.38, 0.39, 0.4, 0.41, 0.42, 0.43, 0.44, 0.45, 0.46, 0.47, 0.48, 0.49, 0.5, 0.51, 0.52, 0.53, 0.54, 0.55, 0.56, 0.57, 0.58, 0.59, 0.6, 0.61, 0.62, 0.63, 0.64, 0.65, 0.66, 0.67, 0.68, 0.69, 0.7, 0.71, 0.72, 0.73, 0.74, 0.75, 0.76, 0.77, 0.78, 0.79, 0.8, 0.81, 0.82, 0.83, 0.84, 0.85, 0.86, 0.87, 0.88, 0.89, 0.9, 0.91, 0.92, 0.93, 0.94, 0.95, 0.96, 0.97, 0.98, 0.99, 1, 2, 3, 4, 5, 및 10 중량%에서 선택될 수 있다. 예컨대, 물은 PO/TBA 과정에서 나오는 조 PO 스트림의 전체 조성물의 0.16 중량% 보다 많은 양으로 존재할 수 있다.
포름알데히드는 PO/TBA 과정에서 나오는 조 PO 스트림의 전체 조성물의 중량%로 표시되는 하한 및/또는 상한을 갖는 범위 내의 양으로 존재할 수 있다. 상기 범위는 하한 및/또는 상한을 포함하거나 배제할 수 있다. 포름알데히드의 하한 및/또는 상한은, 0, 0.001, 0.002, 0.003, 0.004, 0.005, 0.006, 0.007, 0.008, 0.009, 0.01, 0.02, 0.03, 0.04, 0.05, 0.06, 0.07, 0.08, 0.09, 0.1, 0.11, 0.12, 0.13, 0.14, 0.15, 0.16, 0.17, 0.18, 0.19, 0.2, 0.21, 0.22, 0.23, 0.24, 0.25, 0.26, 0.27, 0.28, 0.29, 0.3, 0.31, 0.32, 0.33, 0.34, 0.35, 0.36, 0.37, 0.38, 0.39, 0.4, 0.41, 0.42, 0.43, 0.44, 0.45, 0.46, 0.47, 0.48, 0.49, 0.5, 0.51, 0.52, 0.53, 0.54, 0.55, 0.56, 0.57, 0.58, 0.59, 0.6, 0.61, 0.62, 0.63, 0.64, 0.65, 0.66, 0.67, 0.68, 0.69, 0.7, 0.71, 0.72, 0.73, 0.74, 0.75, 0.76, 0.77, 0.78, 0.79, 0.8, 0.81, 0.82, 0.83, 0.84, 0.85, 0.86, 0.87, 0.88, 0.89, 0.9, 0.91, 0.92, 0.93, 0.94, 0.95, 0.96, 0.97, 0.98, 0.99, 1, 2, 3, 4, 5, 및 10 중량%에서 선택될 수 있다. 예컨대, 포름알데히드는 PO/TBA 과정에서 나오는 조 PO 스트림의 전체 조성물의 0.005 중량% 보다 많은 양으로 존재할 수 있다.
표 1 및 2 는 PO/TBA 과정에서 나오는 조 PO 스트림 내의 주요 불순물의 예시적인 농도를 나타내며, 각 농도는 PO/TBA 과정에서 나오는 조 PO 스트림의 전체 조성물의 중량%로 표시되어 있다.
표 1
성분 평균 중량%
MeF 0.06
메탄올 0.1172
아세트알데히드 0.03
물 0.16
포름알데히드 0.005
표 2
성분 평균 중량%
MeF 0.06
메탄올 0.0032
아세트알데히드 0.03
물 0.16
포름알데히드 0.005
이론의 제약을 받고 싶은 것은 아니지만, 메탄올과 포름알데히드의 반응에 의해 큰 문제가 생기게 된다. 화학식 8 에 나타나 있는 바와 같이, 포름알데히드와 같은 알데히드는 메탄올과 같은 알콜과 반응하여 헤미아세탈(hemiacetal)이 형성될 수 있다. 화학식 8 에 따르면, R1 및 R2 은 수소 또는 C1 -10 알킬일 수 있다.
Figure pct00008
화학식 9 에 도시되어 있는 바와 같이, 헤미아세탈의 하이드록실기가 양성자화되어 물로서 손실되면, 아세탈이 형성될 수 있으며, 그 화학식에서 R1, R2 및 R3 은 수소 또는 C1-10 알킬일 수 있다.
Figure pct00009
포름알데히드와 메탄올 자신들 모두는 경질일 것이지만, 헤미아세탈과 아세탈의 형성으로 인해 포름알데히드와 메탄올은 중질이 될 수 있다. 이어서, 이들 부가 생성물은 하류로 이동할 수 있고 거기서는 온도가 증가하고 반응이 반대로 일어난다. 반응이 반대로 일어나면, 알데히드는 원하는 산화프로필렌 생성물로 잡힐 수 있다.
도 1 을 참조하면, 본 개시의 일 실시 형태는 PO/TBA 과정에서 나오는 조 PO 스트림(10)으로부터 불순물을 제거하기 위한 분리 시스템(4)에 관한 것이다. 상기 조 PO 스트림(10)은 원하는 생성물(산화프로필렌)과 함께 전술한 모든 불순물을 포함할수 있다(이에 한정되지 않음). 조 PO 스트림(10)은 용매-경질물 탑(1)과 같은 증류 탑 안으로 공급될 수 있다. 조 PO 스트림(10)에 있는 불순물(예컨대, 메탄올)의 대부분은 탑정 스트림(11)으로 제거되어 냉각기 시스템(6)(도 2 또한 참조요)에 보내질 수 있고, 이 냉각기 시스템에서 부분적인 응축이 일어날 수 있다. 나머지 증기 스트림(12)은 냉각기 시스템(6)으로부터 탑정 응축기 시스템(7)(도 2 또한 참조요)에 전달되어, 예컨대 증기 퍼지(purge) 스트림(71)과 액체 퍼지 스트림(72)이 얻어질 수 있다. 냉각기 시스템(6)에서 나가는 응축물 모두 또는 그의 일부는 세정 입구 스트림(13)으로서 물 세정 장치(2)에 보내질 수 있고, 상기 응축물의 일 부분이 환류물로서 선택적으로 취출되어 상기 용매-경질물 탑(1)에 되돌려 보내질 수 있다.
예컨대, 도 1 의 도시된 실시예에서, 환류 스트림(14)이 세정 입구 스트림(13)으로부터 취출되어 용매-경질물 탑(1)으로 재순환될 수 있다. 세정 입구 스트림(13)은 물 세정 장치(2) 안으로 공급될 수 있다. 물 입구 스트림(20)이 또한 물 세정 장치(2) 안으로 공급될 수 있다. 물 세정 장치(2)로부터 회수된 용매는 재순환 스트림(21)을 통해 용매-경질물 탑(1)으로 재순환될 수 있다. 수성 퍼지 스트림(22)이 또한 물 세정 장치(2)로부터 제거될 수 있다.
용매-경질물 탑(1)의 용매-경질물 탑저 생성물 스트림(15)은 용매-경질물 재비등기(5)를 통과할 수 있다. 용매-경질물 재비등기의 증기 스트림(16)이 용매-경질물 탑(1)에 재공급될 수 있다. 용매-경질물 재비등기의 탑저 스트림(17)이 용매 제거 탑(3)에 추가될 수 있다. 용매 제거 탑(3)의 탑정 생성물 스트림(34)은 원하는 산화프로필렌 생성물을 포함할 수 있다. 탑정 생성물 스트림(34)을 처리하여 산화프로필렌을 더 분리할 수 있다. 용매-경질물 제거 탑(3)의 탑저 생성물 스트림(31)은 스트림(33)을 통해 물 세정 장치(2)로 재순환되고/재순환되거나 스트림(32)을 통해 용매-경질물 탑(1)으로 재순환될 수 있다.
이제, 상기 용매-경질물 탑(1)의 일 실시 형태를 더 자세히 설명한다. 이 용매-경질물 탑(1)은 탄소강 또는 스테인레스 강을 포함한(이에 한정되지 않음) 어떤 적절한 재료로도 만들어질 수 있다. 용매-경질물 탑(1)은 어떤 적절한 수의 트레이(tray) 또는 이론적 트레이라도 포함할 수 있는데, 예컨대 25개의 이론적 스테이지를 포함할 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 조 PO 스트림(10)은 저부에서부터 세어 11 ∼ 15번 트레이에서 추가될 수 있다. 증기-액체 접촉을 향상시키기 위해 충진재가 상기 용매-경질물 탑에 사용될 수 있다. 적절한 충진재는 유리, 금속, 플라스틱 및 세라믹을 포함한 어떤 재료로도 만들어질 수 있다. 충진물은 구조화되거나 덤프(dump)될 수 있다. 체(sieve) 트레이, 포종(bubble cap) 트레이 또는 밸브 트레이와 같은 트레이가 또한 사용될 수 있다.
아래에서 설명하는 바와 같이, 물 세정 장치(2)는 포름산메틸, 포름알데히드, 아세트알데히드 및 메탄올과 같은 주요 경질 불순물을 제거하는 데에 효과적이다. 이는 용매-경질물 탑(1)에서 헤미아세탈 또는 아세탈 형성을 가능한 한 낮게 유지시키는 데에 도움을 준다. 이미 논의한 바와 같이, 헤미아세탈 및 아세탈은 용매-경질물 탑저 생성물 스트림(15)에 들어갈 수 있고 나중에 하류 탑에서 알데히드로서 분해되어 산화프로필렌 생성물을 오염시킬 수 있다.
각기 ℃로 표시되는 하한 및/또는 상한을 갖는 범위 내의 온도에서 용매-경질물 탑(1) 및/또는 용매-경질물 재비등기(5)를 작동시켜 예상치 못한 유익한 결과를 얻을 수 있다. 상기 범위는 하한 및/또는 상한을 포함하거나 배제할 수 있다. 재비등기 온도의 하한 및/또는 상한은, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 110, 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 119, 120, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128, 129, 130, 131, 132, 133, 134, 135, 136, 137, 138, 139, 140, 141, 142, 143, 144, 145, 146, 147, 148, 149, 150, 151, 152, 153, 154, 155, 156, 157, 158, 159, 및 160 ℃에서 선택될 수 있다. 예컨대, 용매-경질물 재비등기(5)는 114℃의 온도 또는 80 ∼ 120℃의 온도 범위에서 작동될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 각기 psig로 표시되는 하한 및/또는 상한을 갖는 범위 내의 압력에서 용매-경질물 탑(1)을 작동시켜 예상치 못한 유익한 결과를 얻을 수 있다. 상기 범위는 하한 및/또는 상한을 포함하거나 배제할 수 있다. 상기 압력의 하한 및/또는 상한은, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 및 60 psig에서 선택될 수 있다. 예컨대, 용매-경질물 탑(1)은 30 psig의 압력 또는 20 ∼ 50 psig의 범위에서 작동될 수 있다.
이론의 제약을 받고 싶은 것은 아니지만, 용매-경질물 재비등기(5)를 위에 제시되어 범위 내의 온도 및/또는 압력에서 작동시켜, 용매-경질물 탑(1)에서 형성되는 헤미아세탈 또는 아세탈과 같은 중질물이 알데히드로 분해될 수 있는 것으로 생각된다. 그리고 이들 알데히드는, 탑의 저부에 남아 PO 생성물을 오염시키는 대신에, 용매-경질물 탑(1)의 탑정으로 제거되고 결국에는 물 세정 장치(2) 또는 나머지 증기 스트림(12)을 통해 밖으로 제거될 수 있다.
본 개시의 일 실시 형태는 PO/TBA 과정에서 나오는 조 PO 스트림(10)으로부터 불순물을 제거하기 위한 방법에 관한 것이다. 상기 조 PO 스트림(10)은 앞에서 규정된 바와 같은 조성을 가질 수 있다. 상기 방법은 조 PO 스트림(10)을 용매-경질물 탑(1)과 같은 증류 탑에 통과시키는 것을 포함할 수 있다. 그 증류 탑은 앞에서 규정된 바와 같은 온도와 압력에서 작동될 수 있다.
증기 액체 평형(VLE) 연구에 의하면, 증가된 압력 또는 온도에서는 PO에 대한 아세트알데히드의 상대 휘발도가 감소하는 것으로 확인되었는데, 이는 알콜이 존재하지 않을 때에는 더 높은 압력에서 용매-경질물 탑(1)에서 알데히드를 분리하는 것이 더욱 어렵다는 것을 나타낸다. 예상치 못하게도, 알콜이 존재할 때, 더 높은 온도와 압력에서는 PO에 대한 아세트알데히드의 상대 휘발도가 더 낮은 압력에서보다 크게 된다. 실험적인 VLE 연구의 결과가 표 3 및 4 에 주어져 있다.
표 3 은 이원 아세트알데히드-산화프로필렌 VLE의 실험 결과를 나타낸다. 데이타는 3개의 압력, 즉 14.7 psia, 29.2 psia 및 60 psia에 대해 얻어진 것이다. 이 이원 VLE 데이타 세트는, 압력 또는 온도가 증가하면 PO에 대한 아세트알데히드의 휘발도가 낮아지는 것을 보여준다. 아세트알데히드 이량체 또는 삼량체가 형성될 가능성이 있기는 하지만, 혼합물은 메탄올을 함유하지 않기 때문에, 압력 또는 온도만이 휘발도에 영향을 줄 수 있다. 그러나, 아세트알데히드 이량체 또는 삼량체 형성 평형은 헤미아세탈/아세탈 평형과 유사할 것인데, 낮은 압력/온도가 이들 평형에 유리할 것이다. 그러므로, 여기서 관찰되는 압력/온도의 영향은 약간 줄어들 수 있다. 이 데이타 세트는 5300 ppm의 초기 아세트알데히드 농도에서 얻어진 것이다.
표 3
메탄올이 없는 조 산화프로필렌 중의 아세트알데히드의 상대 휘발도1
압력
(psia)		 온도
(°C)		 성분 조성
(중량%)		 K 값 α
(AA/PO)
증기2 액체2
14.7 32 AA 0.752 0.421 1.786 1.791
PO 99.248 99.579 0.997
29.2 55.7 AA 0.717 0.461 1.556 1.560
PO 99.283 99.529 0.994
60.0 79.8 AA 0.649 0.418 1.554 1.557
PO 99.351 99.582 0.998
주: 1. 0.53 % 아세트알데히드를 함유함
2. 정규화됨
또한, 용매-경질물 탑(1)에서 물, 메탄올의 양 및/또는 글리콜 농도를 감소시켜 예상치 못한 유익한 결과를 얻을 수 있다. 조 PO 스트림(10)에서 메탄올(MeOH)이 감소되면, 용매 제거 탑(3)으로부터 나오는 탑정 생성물 스트림(34)내의 감소된 알데히드 레벨로 나타나는 바와 같이, 포름알데히드 및 아세트알데히드 모두의 제거가 개선될 수 있다. VLE(표 4)는 PO에 대한 아세트알데히드의 상대 휘발도가 메탄올의 농도가 증가함에 따라 낮아짐을 보여준다.
표 4 는 산화프로필렌 중의 아세트알데히드의 휘발도에 대한 메탄올의 영향에 관한, PO-아세트알데히드-메탄올 시스템에 대한 VLE 데이타를 나타낸다. 결과로부터 알 수 있듯이, 대기압 또는 낮은 온도에서, PO에 대한 아세트알데히드의 휘발도는 PO 중의 메탄올 농도가 증가함에 따라 낮아진다. 메탄올 농도가 약 2.5 ∼ 3 wt%에 도달함에 따라, PO에 대한 아세트알데히드의 휘발도는 1에 접근하는데, 이 값이 되면 아세트알데히드가 PO로부터 분리될 수 없다. 메탄올 농도가 약 4 wt%로 증가하면, 아세트알데히드는 PO 보다 더 무거워지고, PO에 대한 상대 휘발도는 0.82에 가깝게 된다. 아세트알데히드 농도는 단지 약 50 ppm으로 낮았지만, 그 현상은 증가된 메탄올 농도에서 헤미아세탈 및 아세탈이 형성됨으로 인해 일어나는 것으로 생각된다. 추가적인 VLE 데이타가 약 3 wt%의 메탄올에서 높은 압력 또는 증가된 온도에서 얻어졌다. 대기압, 16 psig 및 28.7 psig에서 얻어진 데이타를 비교해 보면, 결과로부터 알 수 있듯이, 메탄올이 동일한 메탄올 농도로 존재할 때 PO에 대한 아세트알데히드의 휘발도는 압력 또는 온도가 증가함에 따라 증가한다. 높은 온도는 헤미아세탈/아세탈의 평형 형성에 덜 유리하다. 따라서, 알데히드가 용매-경질물 탑(1)에서 탑정으로 증류되도록 먼저 메탄올을 제거하는 것이 바람직하다. 알데히드가 완전히 제거되지 않으면, 알데히드가 탑정에서 취출될 수 있도록 용매-경질물 탑(1)의 압력을 증가시켜 헤미아세탈을 분해시키는 것이 바람직하다.
표 4
대기압에서의 합성 PO-AA-MeOH 혼합물의 VLE
실행
번호		 T
(°C)		 P
(mmHg)		 성분 조성
(중량 기준)		 K 값 α (AA/PO)
증기 액체

1
33.3
755.8		 AA 96 ppm 56 ppm 1.74 1.74
MeOH - 5 ppm -
PO 99.9904% 99.9939% 1.00

2
33.0
754.3		 AA 99 ppm 57 ppm 1.79 1.76
MeOH 582 ppm 666 ppm 0.87
PO 99.93199 % 99.9278 % 1.00

3
33.4
748.4		 AA 85 ppm 53 ppm 1.61 1.61
MeOH 0.3772 % 0.4984 % 0.76
PO 99.6143 % 99.4963 % 1.00

4
32.8
747.5		 AA 83 ppm 51 ppm 1.62 1.62
MeOH 0.8165 % 1.0476 % 0.78
PO 99.1752 % 98.9493 % 1.00

5
32.4
754.3		 AA 68 ppm 51 ppm 1.35 1.33
MeOH 2.3812 % 3.4437 % 0.69
PO 97.612 % 96.5512 % 1.01

6*
34.7
750.9		 AA 56 ppm 52 ppm 1.09 1.08
MeOH 2.6061 % 3.50 % 0.74
PO 97.3883 % 96.4856 % 1.01

7
32.7
755.1		 AA 44 ppm 52 ppm 0.86 0.84
MeOH 3.7000 % 5.8658 % 0.63
PO 96.2956 % 94.1290 % 1.02

8
33.5
746.9		 AA 44 ppm 52 ppm 0.85 0.82
MeOH 4.2013 % 7.1129 % 0.59
PO 95.7943 % 92.8819 % 1.03

9*
34.7
750.9		 AA 56 ppm 52 ppm 1.09 1.08
MeOH 2.6061 % 3.5092 % 0.74
PO 97.3883 % 96.4856 % 1.01

10*
56.4
16 psig		 AA 63 ppm 48 ppm 1.33 1.32
MeOH 2.9799 % 3.3628 % 0.89
PO 97.0138 % 96.6325 % 1.00

11*
68.1
28.7 psig		 AA 67 ppm 47 ppm 1.42 1.42
MeOH 3.2594 % 3.3560 % 0.97
PO 96.7339 % 96.6393 % 1.00
* 실행 번호 6 은 강 재순환 증류기에서 수행되었음
* 실행 번호 9 ∼ 11 은 스테인레스강 증류기에서 수행되었음
이제 물 세정 장치(2)를 더 자세히 설명한다. 용매-경질물 탑(1)으로부터 나온 세정 입구 스트림(13)은 물 세정 장치(2)에 보내질 수 있다. 물 세정 장치(2)에서의 물 세정은, 세정 입구 스트림(13)(산화프로필렌과 불순물을 가짐)을 물 및 용매와 혼합시켜 수행될 수 있다. 특히, 물 입구 스트림(20)을 통해 공급되는 물은 산화프로필렌으로부터 불순물을 제거하는 데에 사용될 수 있다. 용매(스트림(33)으로부터 나온)를 사용하여, 산화프로필렌이 수상(water phase)이 되어 손실되는 것을 줄일 수 있다. 적당한 혼합은 바람직한 불순물 제거에 유리하다. 적당한 유착, 및 물 세정 장치(2)에서의 충분한 주재 시간도 또한 수성 상이 유기 유출물에 동반되는 것을 줄이는 데에 유리하다. 유기 유출물은 재순환 스트림(21)을 통해 용매-경질물 탑(1)으로 재순환될 수 있다. 불순물의 농도가 높은 수성 퍼지 스트림(22)이 물 세정 장치(2)로부터 제거될 수 있다.
재순환 스트림(21)에 있는 유기 유출물은, 각기 중량%로 표시되는 하한 및/또는 상한을 갖는 범위 내의 양의 수성 상을 포함할 수 있다. 상기 범위는 하한 및/또는 상한을 포함하거나 배제할 수 있다. 세정의 유기 유출물에 있는 수성 상의 양에 대한 하한 및/또는 상한은 0, 0.01, 0.02, 0.03, 0.04, 0.05, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.7, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 및 10 중량%에서 선택될 수 있다. 예컨대, 0.1 % 미만의 수성 상이 세정의 유기 유출물에 존재하거나 또는 10 %의 수성 상이 세정의 유기 유출물에 존재할 수 있다.
제거될 주요 경질 불순물은 포름산메틸, 포름알데히드, 아세트알데히드 및 메탄올이다. 용매-경질물 탑의 탑정 스트림(11)(불순물 스트림의 일 예)에 있는 이들 불순물의 대부분은 나머지 증기 스트림(12)과 물 세정 장치(2)로부터 나오는 수성 퍼지 스트림(22)의 결합을 통해 제거될 수 있다. 실험실에서의 물 세정 시험에 의해, 이들 주요 경질 불순물의 효과적인 제거가 실증되었다.
이제 용매 제거 탑(3)을 더 자세히 설명한다. 이 용매 제거 탑(3)은 스테인레스 강 또는 탄소강을 포함한(이에 한정되지 않음) 어떤 적절한 재료로도 만들어질 수 있다. 용매 제거 탑(3)은 어떤 적절한 수의 트레이 또는 이론적 트레이라도 포함할 수 있는데, 예컨대 약 10 개의 트레이를 포함할 수 있다. 용매-경질물 재비등기의 탑저 스트림(17)은 1 ∼ 10번 트레이, 예컨대 5번 트레이에서 추가될 수 있다. 증기-액체 접촉을 향상시키기 위해 용매 제거 탑(3)에 충진재가 사용될 수 있다. 적절한 충진재는 유리, 금속, 플라스틱 및 세라믹을 포함한 어떤 재료로도 만들어질 수 있다. 충진물이 사용되는 경우, 그 충진물은 구조화되거나 덤프될 수 있다. 트레이가 사용되는 경우, 그 트레이는 체(sieve) 트레이, 포종 트레이 또는 밸브 트레이 등이 될 수 있다.
도 2 를 참조하면, 용매-경질물 탑(1), 냉각기 시스템(6) 및 탑정 응축기 시스템(7)이 더 상세히 예시적으로 나타나 있다. 작업시, 용매-경질물 탑(1)으로부터 나오는 탑정 스트림(11)은 냉각기(61)에 보내질 수 있고, 이 냉각기는, 냉각 입구 라인(64)을 통해 도입되어 냉각 출구 라인(63)을 통해 제거되는 냉각 유체를 이용한다. 냉각기(61)로부터 나오는 부분 응축된 출구 스트림(65)은 환류 드럼(62) 안으로 유입하게 된다. 그 환류 드럼(62)으로부터 나오는 액체는 환류 스트림(14)및 도 1 과 관련하여 위에서 언급한 세정 입구 스트림(13)으로 분할될 수 있다. 환류 드럼(62)으로부터 나오는 나머지 증기 스트림(12)은 증기 응축기(73)에 공급될 수 있고, 이 증기 응축기에는 냉각 글리콜(또는 다른 냉매나 냉각 매체)가 공급될 수 있으며, 그 냉각 글리콜은 냉매 입구(76)를 통해 증기 응축기(73)에 들어가 냉매 출구(77)를 통해 나가게 된다. 응축기 유출물(75)은 분리기(74)에 공급되어, 도 1 과 관련하여 위에서 언급한 증기 퍼지 스트림(71) 및 액체 퍼지 스트림(72)이 얻어질 수 있다.
도 3 을 참조하면, 파일럿 플랜트에서 사용되는 일 실시 형태에 따른 용매 제거 탑(3)이 더 상세히 나타나 있다. 이하에서 언급되는 특정 치수는 일 특정 실시 형태에 대한 것이며, 청구된 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아님을 유의해야 한다. 용매 제거 탑(3)은 3" 스케쥴 40 파이프로 만들어졌다. 용매 제거 탑의 재비등기(83)를 포함한 전체 높이는 88 인치였다. 용매 제거 탑(3)은 제 1 충진 부분(81) 및 제 2 충진 부분(82)을 포함하였고, 각 충진 부분의 높이는 28 3/4 인치였고, 충진물은 24 인치였다. 충진물은 0.24" Pro-pakTM 충진물로 만들어졌으며, 탑의 내경에 용접되어 있는 링 상에 안착되어 있는 원추형 스크린에 의해 지지되었다. 위에서 액체를 충진물에 고르게 분포시키기 위해 분배 링이 또한 각 충진 부분의 정상부에서 사용되었다.
도 3 을 계속 참조하면, 공급 지점(80)은, 제 1 충진 부분(81)과 제 2 충진 부분(82) 사이에서 용매 제거 탑(3)의 수직 높이의 중간에 있었다. 공급물(도 1 에서 용매-경질물 재비등기 탑저 스트림(17)으로 나타나 있음)이 상기 공급 지점(80)에서 용매 제거 탑(3)에 추가되었다. 용매 제거 탑(3)은 4 ∼ 5 psig에서 작동되었다. 제거 탑(3)의 기부에 있는 용매 제거 탑 재비등기(83)에 들어가는 증기 유동은, 저부에 있는 PO의 중량%가 0.5 ∼ 1.5 wt%로 유지되도록 제어되었다. 제거 탑(3)의 정상부로부터 증기가 제거되어 총 응축기(도 3 에는 나타나 있지 않음)에 공급되었다. 응축된 액체는 두 부분으로 나누어졌다. 한 부분은 환류물로서 용매 제거 탑(3)의 정상부에 재공급되었다. 액체 증류물의 나머지는 도 1 에 나타나 있는 탑정 생성물 스트림(34)으로서 취출되었다.
실시예
이하의 실시예는 연속 파일럿 플랜트에서 수행되었다. 그 파일럿 유닛의 개관이 도 1 에 나타나 있다. 본 실시예에서 사용되는 용매-경질물 탑(1)의 추가 상세가 도 2 에 나타나 있다. 용매 제거 탑(3)의 추가 상세는 도 3 에 나타나 있다. 본 실시예에서 사용되는 용매-경질물 탑(1)은 2"의 내경을 가졌으며, Pro-pakTM 스테인레스 강 돌출 충진물의 층(bed)을 포함하였고, 그 층의 깊이는 11 피트였다. Pro-pakTM 스테인레스 강 돌출 충진물의 크기는 0.24" 였다. 도 1 에 있는 용매 제거 탑(3)은 또한 도 3 에 더 상세히 나타나 있다. 용매 제거 탑(3)은 3"의 내경을 가졌고, Pro-pakTM 스테인레스 강 돌출 충진물(0.24"의 크기를 가짐)의 층을 포함하였고, 그 층의 깊이는 4 피트였다.
실시예 1
실시예 1 은, 도 1 및 2 에 나타나 있는 것과 같은 파일럿 유닛 용매-경질물 탑(1)이 먼저 25 psig 에서 작동된 시험 기간을 설명한다. 조 산화프로필렌을 포함하는 조 PO 스트림(10)(PO/TBA 과정에서 나오는 중간 스트림)이 용매-경질물 탑(1)의 중간에서 그 탑의 일 지점에 공급되었다. 표 5 는 공급물 스트림에 있는 주요 불순물의 농도를 나타내며, 각 농도는 전체 조성물의 중량%로 표시되어 있다.
표 5
성분 평균 중량%
MeF 0.06
메탄올 0.1172
아세트알데히드 0.03
물 0.16
포름알데히드 0.005
상기 용매-경질물 탑(1) 안으로 진입해 있는 복수의 온도 프로브(probe)가 용매-경질물 탑(1)의 수직 길이를 따라 위치되었다.
조 PO 스트림(10)의 온도는 27℃ 였고 유량은 3.0 kg/hr 이였다. 희박(lean) 용매를 가지며 용매 제거 탑(3)의 저부로부터 펌핑된 스트림(32)이 도 1 에 나타나 있는 바와 같이 용매-경질물 탑(1)의 정상부에서 도입되었다(용매 제거 탑(3)은 또한 도 3 에 더 상세히 나타나 있음). 상기 스트림(32)에 있는 희박 용매의 유량은 21.5 kg/hr 이였다. 환류 스트림(14)이 1.5 kg/hr의 유량으로 용매-경질물 탑(1) 안으로 도입되었다.
세정 입구 스트림(13)이 185 gm/hr의 유량으로 물 세정 장치(2) 안으로 도입되었다. 다른 두 스트림이 물 세정 장치(2)에 공급되었는데, 즉 탈이온수가 100 gm/hr의 유량으로 도입되었고 또한 용매 제거기의 저부로부터 나오는 희박 용매가 2.4 kg/hr의 유량으로 공급되었다. 물 세정 장치(2)는 세 부분, 즉 혼합기, 코어레서(coalescer), 및 디캔터(decanter)로 이루어졌다. 혼합기는 0.030"의 내경을 갖는 1/16" OD 관의 4-인치 부분이였다. 혼합기의 하류에는 코어레서(미도시)가 있었는데, 이 코어레서는, 3/8" OD 관 내에 있는 유리솜으로 이루어진 1-피트 길이의 층이였다. 상기 코어레서의 하류에는 디캔터(미도시)가 있었고, 이 디캔터에서 유기 상과 수성 상이 분리되었다. 그 디캔터는 2.0" ID 및 12" 높이를 갖는 수직 유리 관이였다. 세정된 유기 상은 디캔터의 정상부로부터 넘어 흘러 용매-경질물 탑(1)의 정상부에 보내졌다. 메탄올, 포름산메틸, 아세트알데히드 및 포름알데히드가 풍부한 수성 저부 층이 디캔터로부터 표본 추출되어 수집되었다. 디캔터로부터 나오는 유기 생성물과 수성 생성물을 사용하여, 표 6 에 나타나 있는 바와 같은, 주요 불순물에 대한 분배 계수를 계산하였다. 각 성분(i)에 대한 분배 계수는 다음과 같은 정의에 근거하여 계산되었다.
분배 계수 = 수성 상에서의 중량 분율 / 유기 상에서의 중량 분율
표 6
성분 평균 분배 계수
포름산메틸 1.6
메탄올 57
아세트알데히드 6.6
PO 0.8
포름알데히드 190
표 6 에서 알 수 있는 바와 같이, 메탄올, 아세트알데히드 및 포름알데히드는 분배 계수가 높기 때문에 물 세정 블럭에 의해 쉽게 추출된다.
표 7 은 파일럿 유닛 작업에 대한 예시적인 온도, 압력 및 유량을 나타낸다.
표 7
스트림 온도 압력 유량
10 69 - 84 ℃ 25 - 30 psig 2.7 - 3.3 kg/hr
11 77 - 84 ℃ 25 - 30 psig 1.65 - 1.72 kg/hr
12 63 - 72 ℃ 25 - 30 psig 2 - 13 gm/hr
13 50 - 68 ℃ 25 - 30 psig 160 - 200 gm/hr
14 50 - 68 ℃ 25 - 30 psig 1.49 - 1.5 kg/hr
15 106 - 119 ℃ 25 - 30 psig 24 - 28 kg/hr
16 106 - 119 ℃ 25 - 30 psig
17 16 - 20 ℃ 25 - 30 psig 24 - 28 kg/hr
20 20 - 26 ℃ 25 - 30 psig 100 - 101 gm/hr
21 43 - 46 ℃ 25 - 30 psig 2.3 - 2.8 kg/hr
22 43 - 46 ℃ 25 - 30 psig 102 - 118 gm/hr
31 20 - 26 ℃ 25 - 30 psig 22.2 - 25.6 kg/hr
32 20 - 26 ℃ 25 - 30 psig 20 - 23 kg/hr
33 20 - 26 ℃ 25 - 30 psig 2.2 - 2.6 kg/hr
34 69 - 84 ℃ 3 - 4 psig 2.7 - 3.3 kg/hr
용매-경질물 탑(1)으로부터 나오는 증기(도 2 에 나타나 있는 냉각기(61)에서 응축되지 않았음)를 모아 분석했다. 용매-경질물 탑(1)으로부터 나오는 용매-경질물 재비등기 탑저 스트림(17)은 도 1 에 나타나 있는 바와 같이 용매 제거 탑(3)의 중간 부분에 보내졌다. 용매 제거 탑(3)은 4 psig에서 작동되었다. 용매 제거 탑(3)의 목적은, 산화프로필렌 생성물을 증류물(탑정 생성물 스트림(34))로서 회수하고 또한 희박 용매를 탑저 생성물 스트림(31)으로서 회수하는 것이다. 용매 제거 탑(3)에 대한 공급량은 26.9 kg/hr 이였다. 용매 제거 탑(3)에 대한 환류량은 8.0 kg/hr 이였다. 앞에서 언급한 바와 같이, 용매 제거 탑(3)으로부터 나오는 탑저 생성물 스트림(31)은 2개의 스트림으로 나누어졌는데(스트림(32)과 스트림(33)을 통해), 도 1 에서 스트림(32)은 용매-경질물 탑(1)의 정상부에 공급되고 스트림(33)은 물 세정 장치(2)에 공급된다.
용매-경질물 탑(1)의 압력이 25 psig에서 30 psig로 증가함에 따라, 용매-경질물 탑(1)에서의 작업 온도 역시 약 5 ℃ 만큼 증가되었다. 더 높은 탑 온도에서, 다량의 헤미아세탈 및/또는 아세탈이 알데히드와 알콜의 형태로 전환된다. 그리고 알데히드와 알콜은 용매-경질물 탑(1)에서 탑정으로 증류되어 물 세정 및 증기 퍼지 둘 모두에 의해 제거된다.
포름알데히드는 주로 수성 퍼지로 제거된다. 아세트알데히드는 양 퍼지로 제거된다. 표 6 의 물 세정 작업에 나타나 있는 바와 같이, 포름알데히드는 유리하게 수성 상으로 분할된다.
표 8 에 나타나 있는 바와 같이, 용매-경질물 탑(1)에서 온도가 더 높아짐에 따라, (용매 제거 탑(3)으로부터 나오는 탑정 생성물 스트림(34)에 포함되어 있는) 최종 파일럿 플랜트 생성물 내의 포름알데히드는 25.4 ppm에서 7.8 ppm으로 감소되고 아세트알데히드는 6.4 ppm에서 4.8 ppm으로 감소된다. 이는 예상치 못한 아주 유리한 결과였다.
표 8
알데히드 제거에 대한 더 높은 증류 압력 및 온도의 영향
용매-경질물 탑(1) 용매-경질물 탑(1) 탑정
(세정 입구 스트림(13))		 용매 제거 탑정
생성물 스트림(34)
압력 (psig) 용매-
경질물
탑정
(11)
온도
(°C)		 용매-
경질물
탑저
생성물(15)
온도
(°C)		 평균
포름알데히드
(wt. %)		 평균
아세트알데히드
(wt. %)		 평균
포름알데히드 (ppm)		 평균
아세트알데히드
(ppm)
25 77.1 78.5 0.0422 1.222 25.4 6.4
30 82.1 83.1 0.0683 1.266 7.8 4.8
실시예 2
용매-경질물 탑(1)에 대한 공급물에서 물, 메탄올의 양 및/또는 글리콜 농도를 줄이는 것으로도, 예상치 못한 유리한 결과를 얻을 수 있다. 실시예 1 에서 설명한 것과 동일한 파일럿 유닛을 사용하여 두 메탄올(MeOH) 농도를 시험했다. 한 시험에서는, 표 5 에 나타나 있는 바와 같이, 0.1172 wt%의 MeOH를 함유하는 산화프로필렌 공급물을 사용하였다. 다른 시험에서는, 표 9 에 나타나 있는 바와 같이, 0.0032 wt%의 MeOH를 갖는 공급물을 사용하였다. 산화프로필렌 공급물 스트림을 포함하는 공급물 스트림은 PO/TBA 과정에서 나오는 조 PO 스트림이였다. 표 5 및 9 모두는 공급물 스트림에 있는 주요 불순물의 농도를 나타내며, 각 농도는 PO/TBA 과정에서 나오는 조 PO 스트림의 전체 조성물의 중량%로 표시되어 있다.
표 9
성분 평균 중량%
MeF 0.06
메탄올 0.0032
아세트알데히드 0.03
물 0.16
포름알데히드 0.005
PO 공급물에서 MeOH가 감소되면, 용매 제거기 탑정 생성물 스트림(34) 내의 감소된 알데히드 레벨로 나타나는 바와 같이, 포름알데히드 및 아세트알데히드 모두의 제거가 예상치 않게 개선되었다. 이론의 제약을 받고 싶은 것은 아니지만, 알데히드-산화프로필렌 증기 액체 평형(VLE)이 향상되고 또한 용매-경질물 탑(1)으로부터 용매 제거 탑(3) 안으로 들어가는 헤미아세탈 또는 아세탈의 캐리오버(carryover)가 적기 때문에 상기 개선이 일어날 수 있다. 표 10 에는 얻어진 결과가 요약되어 있다.
표 10
알데히드 제거에 대한 메탄올 농도의 영향
조 PO
공급물(10)		 용매 경질물 탑의 탑정
(세정 입구 스트림(13))		 탑정 생성물 스트림(34)
wt %
MeOH		 평균
포름알데히드
(wt%)		 평균
아세트알데히드
(wt%)		 평균
포름알데히드 (ppm)		 평균
아세트알데히드
(ppm)
0.1172 0.0683 1.266 7.8 4.8
0.0032 0.0736 1.275 3.6 3.5
도 4 는 PO/TBA 반응기 과정에서 나오는 조 산화프로필렌(PO) 스트림(102)으로부터 불순물을 제거하기 위한 예시적인 산화프로필렌(PO) 분리 시스템(100)의 개관이다. 조 PO 스트림(102)은 예컨대 PO/TBA 과정의 반응기로부터 나오는 유출물 스트림일 수 있고, 원하는 생성물(PO)과 함께 전술한 불순물을 포함할 수 있다.
어떤 실시예에서, 조 PO 스트림(102)은, PO 분리 시스템(100)에 공급되기 전에 예컨대 중질물 탑에서 중질 성분의 상류 제거를 받지 않는다. 따라서, PO 분리 시스템(100)에 들어가는 조 PO 스트림(102)은 예컨대 상당한 양의 물과 메탄올을 가질 수 있다. 조 PO 스트림(102)의 불순물(예시적인 중량%로 주어져 있음)의 예가 표 11 에 열거되어 있다. 물론, 본 기술에서는 이들 불순물에 대한 다른 중량%도 가능하다.
표 11
성분 평균 중량%
MeF 0.06
메탄올 0.34
아세트알데히드 0.03
물 0.47
포름알데히드 0.0047
실시 형태에서, PO 분리 시스템(100)은 전방 단부(104) 및 후방 단부(106)를 포함한다. 일반적으로, 전방 단부(104)는 조 PO 스트림(102)으로부터 경질 불순물, 물, 및 수용성 불순물(예컨대, 메탄올) 또한 일부 용매를 제거하고, PO, 탄화수소 용매, 및 일부 불순물을 갖는 PO 스트림(108)을 후방 단부(106)에 배출한다. 어떤 실시 형태에서, PO 스트림(108) 내의 불순물 레벨은 비교적 낮고, 지배적인 성분은 PO 및 용매일 수 있다. 후방 단부(106)는 일반적으로 PO 스트림(108)으로부터 탄화수소 용매(및 불순물)를 제거하여 PO 생성물 스트림(109)를 준다.
탄화수소 용매가 전방 단부(104)에 추가되어(나타나 있지 않음) 그 전방 단부(104)에서의 수성(물) 및 유기(용매) 상의 형성을 용이하게 할 수 있다. PO는 일반적으로 전방 단부(104)에 있는 유기(용매) 상/스트림에 대한 친화성이 있다. 또한, 후방 단부(106)는 PO 스트림(108)으로부터 탄화수소 용매를 제거하여 PO 생성물 스트림(109)을 배출한다. 전방 단부(104)에 주어지는 탄화수소 용매의 근원은 후방 단부(106)로부터 재순환되는 용매 및/또는 새로운 용매일 수 있다.
아래에서 자세히 논의하겠지만, 상기 분리 시스템(100)의 전방 단부(104)는 용매-경질물 탑과 용매 제거 탑 등과 같은 증류 탑을 포함할 수 있다. 또한, 전방 단부(104)는 조 PO 스트림(102)으로부터 경질 불순물과 수성 불순물을 제거하여 PO 스트림(108)을 후방 단부(106)에 전달한다. PO 스트림(108)은 분리 시스템(100)의 후방 단부(106)에서 더 처리될 수 있고, 이 후방 단부는 추출 탑, 용매 탑 및 PO 생성물 탑 등을 포함할 수 있다. 후방 단부(106)에서, 조 PO 는 용매 추출을 받고 또한 경질 불순물과 중질 불순물이 제거되어 PO 생성물 스트림(109)이 얻어진다.
아래에서 또한 논의하는 바와 같이, 조 PO 스트림(102) 및 용매-경질물 탑으로부터 나오는 적어도 물 및 메탄올 불순물이 전방 단부(104)로부터 제거되는 것을 용이하게 하기 위해, 본 기술은 용매 제거 탑의 탑정에서 디캔터와 물 세정의 조합(도 5) 및/또는 용매-경질물 탑으로부터의 측면 인출물(도 7)을 유리하게 가능하게 할 수 있다. 더욱이, 일반적으로, 본 기술은 기초 설비의 사용 또는 기존 장비 및 작업의 개량을 유리하게 가능하게 할 수 있다.
도 5 는 산화프로필렌 분리 시스템(100)의 일 예시적인 전방 단부(104A)이다. 조 PO 스트림(102)(예컨대, PO/TBA 과정의 PO 반응기 유출물 스트림)은 용매-경질물 탑(110)과 같은 증류 탑 안으로 공급된다. 들어오는 조 PO 스트림(102)에 있는 PO 및 탄화수소 용매의 대부분은 용매-경질물 탑(110)의 저부로부터 생성물 스트림(탑저 스트림(140))으로 배출된다(아래에서 언급하는 바와 같이, 탑저 스트림(140)은, 용매-경질물 탑(110)으로부터 나와서 용매-경질물 재비등기(143)를 통해 용매-경질물 탑(110)으로 재순환되지 않는 탑저 배출물의 일 부분이다). 조 PO 스트림(102)에 있는 경질 불순물 및 수성 불순물과 같은 불순물의 대부분은 탑정 스트림(112)으로 제거되어 탑정 응축기(114)에 보내진다(예컨대, 쉘 및 관 열교환기). 어떤 실시예에서 탑정 응축기(114)는 탑정 스트림(112)을 부분적으로 응축시킬 수 있다. 실시 형태에서 냉각 매체(예컨대, 냉각탑 물)가 탑정 응축기(114)의 유틸리티측에 공급된다.
탑정 응축기(114)에 들어가는 탑정 스트림(112) 내의 비응축 성분은 증기 스트림(116) 퍼지를 통해 시스템(100)(또는 전방 단부(104A))으로부터 제거될 수 있다. 증기 스트림(116) 내의 이들 비응축 성분은 다른 처리에 보내져 폐기물 등으로서 배출된다. 원한다면, 증기 스트림(116) 내의 비응축 성분은, 예컨대 탑정 응축기(114) 보다 낮은 온도에서 작동하는 추가 응축기 등에서 다른 국부적인 처리를 받을 수 있다. 증기 스트림(116) 내의 비응축 성분은 아세트알데히드, 포름산메틸 및 다른 바람직하지 않은 불순물을 포함할 수 있다.
응축된 탑정 스트림(118)은 탑정 응축기(114)의 처리측으로부터 배출되어 디캔터(120)에 보내지고, 이 디캔터는 유기 상과 수성 상(도면에는 나타나 있지 않음)의 분리를 위한 주재 시간을 제공한다. 일 실시예에서, 응축된 탑정 스트림(118)에 있는 물과 메탄올의 양은, 물이 4 중량%이고 메탄올이 3 중량% 이다. 디캔터(120) 내의 유기 상으로부터 나오는 유기 스트림(122)은 환류물로서 용매-경질물 탑(110)에 보내질 수 있다. 이 실시예에서, 디캔터(120) 내의 수성 상으로부터 나오는 수성 스트림(124)(디캔터(120)에 들어가는 응축된 탑정 스트림(118)의 일 부분에 있는 메탄올과 물의 대부분을 가짐)은 디캔터(120)로부터 물 세정 시스템(126)에 보내질 수 있다.
따라서, 디캔터(120)는 응축된 탑정 스트림(118)으로부터 비교적 다량의 물과 메탄올이 제거되는 것을 용이하게 할 수 있으며, 그래서 유리하게는 더 적은 물과 더 적은 메탄올이 용매-경질물 탑(110)으로 환류된다. 그러므로, 유리하게도, 더 낮은 양의 메탄올과 물이 용매-경질물 탑(110) 안에 축적된다. 비교적 건조한 환류물로서 유기 스트림(122)을 사용하면, 별도의 수상(water phase)이 용매-경질물 탑(110)에서 형성될 가능성이 줄어들게 된다.
탄화수소(예컨대, C8-C10)일 수 있는 용매(128)(아래에서 논의됨)가 용매-경질물 탑(110), 디캔터(120) 및/또는 물 세정 시스템(126)에 추가될 수 있다. 디캔터(120)에 용매(128)를 추가하면, 그 디캔터(120)에서 바람직하지 않은 메탄올과 물을 갖는 수성 상의 형성 및 분리가 용이하게 될 수 있다. 언급한 바와 같이, 수성 스트림(124)은 디캔터(120)로부터 물 세정 시스템(126)에 보내져, 메탄올, 물, 포름산메틸, 아세트알데히드, 글리콜 등과 같은 불순물이 물 세정 시스템(126)의 하류 수성 퍼지(130)를 통해 상기 시스템(100)(또는 전방 단부(104A))로부터 배출된다.
물(132)(예컨대, 수돗물, 처리된 물, 탈염수 등)이 물 세정 시스템(126)에 추가되어 시스템(100)으로부터 불순물의 하류 수성 퍼지(130)를 몰아낸다. 물 세정 시스템(126)은 물 세정을 위한 공간을 제공하기 위해 예컨대 용기 또는 코어레서(coalescer)(나타나 있지 않음)를 가질 수 있다. 물 세정 시스템(126)은 또한 수성 스트림(124)과 용매(128)가 세정 시스템(126)의 상기 용기 또는 코어레서에 들어가기 전에 그 수성 스트림과 용매를 혼합하기 위해 상류 혼합기, 예컨대 정적 혼합기(나타나 있지 않음)를 포함할 수 있다. 물론, 물 세정 시스템(126)에 대한 다른 구성도 가능하다.
글리콜 불순물의 근원은 시스템(100)에 있는 다양한 용매일 수 있는데, 이 용매는 예컨대 물과 메탄올의 존재 하에서 시간이 지남에 따라 악화되어 글리콜을 형성하게 된다. 불순물(예컨대, 물과 메탄올) 제거의 일 이점은, 시스템(100)에 존재하는 탄화수소 용매가 덜 악화될 수 있다는 것이다.
세정 유기 스트림(134)은 최종적으로 용매-경질물 탑(110)에 환류되기 위해(유기 스트림(122)을 통해) 물 세정 시스템(126)으로부터 디캔터(120)에 보내진다. 또한, 선택적으로, 탑정 응축기(114)로부터 나오는 응축된 탑정 스트림(118)의 일 부분은 디캔터(120)를 우회하여 물 세정 시스템(126)에 직접 보내질수 있다. 도 5 의 실시 형태에서, 응축된 탑정 스트림(118)의 일 부분은 디캔터(120)에 보내지고 일 부분은 물 세정 시스템(126)을 위해 디캔터(120)를 우회한다.
본 기술은 비응축 성분의 증기 퍼지(증기 스트림(116))를 통해 또한 물 세정 시스템(126)으로부터 나오는 하류 수성 퍼지(130)를 통해 경질 불순물을 제거하는 용매-경질물 탑(110)의 탑정 구성의 특유한 실시 형태를 제공한다. 디캔터(120)는 공간 및 주재 시간, 그리고 상당한 양의 물, 메탄올 및 다른 수성 상 불순물을 갖는 수성 상(수성 스트림(124)을 줌)이 형성되도록 용매 추가를 받는 작용을 하는 유닛을 제공한다.
유리하게도, 포름산메틸, 포름알데히드, 아세트알데히드 및 메탄올과 같은 이들 경질 불순물을 하류 수성 퍼지(130)를 통해 제거함으로써(그래서 용매-경질물 탑(110)에 대한 환류물 내의 그러한 불순물의 양이 감소됨), 용매-경질물 탑(110)에서의 헤미아세탈 또는 아세탈의 형성이 감소된다. 이러한 더 중질로 형성된 성분은 더 낮은 비등점을 갖게 되고 바람직하지 않게 용매-경질물 탑(110)으로부터 생성물 스트림(탑저 스트림(140))으로 배출될 수 있다. 또한, 이들 헤미아세탈 또는 아세탈 화합물은 나중에 하류 탑에서 분해되어 알데히드로 되어 PO 생성물을 오염시킬 수 있다.
언급한 바와 같이, 용매-경질물 탑(110) 및 그의 탑정 구성의 본 실시 형태는 용매-경질물 탑(110)에서의 헤미아세탈 또는 아세탈의 형성을 감소시킨다. 더욱이, 본 개시된 기술은 분리 시스템(100)(도 4)의 전방 단부(104A)가 예컨대 직접 용매-경질물 탑(110)으로 가는, 비교적 많은 양의 물과 메탄올을 갖는 조 PO 스트림을 받을 수 있는 능력을 좋게 한다.
용매-경질물 탑(110)의 저부로부터 나오는 앞에서 언급한 생성물 스트림은 도 5 에서 탑저 스트림(140)으로 나타나 있다. 이 탑저 스트림(140)(탑(110)에 들어가는 PO의 대부분을 가짐)은 용매 제거기(142)에 보내질 수 있다. 증류 탑에서는 일반적인 것처럼, 탑(110)으로부터 나오는 탑저 배출물의 일부는 용매-경질물 재비등기(143)에서 증발되어 용매-경질물 탑(110)에 증기로서 복귀될 수 있다. 예컨대 증기 또는 증기 응축물은 용매-경질물 재비등기(143)의 유틸리티측에 공급될 수 있다. 탑저 스트림(140)은, 용매-경질물 탑(110)으로부터 나와 용매-경질물 재비등기(143)를 통해 용매-경질물 탑(110)으로 재순환되지 않는 탑저 배출물의 일 부분이다. 탑저 스트림(140)에 있는 PO 생성물로부터 용매를 제거하기 위해, 탑저 스트림(140)은 용매 제거기(142)에서 처리된다.
용매 제거기(142)에서, 용매는 탑저 배출물을 통해 제거된다. 그 탑저 배출물의 일 부분은 용매 제거기 재비등기(146)를 통해 용매 제거기(142)에 보내져 증기로서 복귀될 수 있다. 증기 또는 증기 응축물은 용매 제거기 재비등기(146)의 유틸리티측에 예컨대 가열 매체로서 공급될 수 있다. 나머지 탑저 배출물은 용매 제거기 탑저 스트림(144)이며, 이 실시 형태에서 그 탑저 스트림은 새로운 용매 또는 분리 시스템(100)의 예시적인 후방 단부(106A)(도 6)로부터 나오는 재순환 용매(149)와 같은 용매 재순환물 등과 결합될 수 있으며, 그 결과, 용매-경질물 탑(110), 디캔터(120) 및/또는 물 세정 시스템(126)에 공급되는 앞에서 언급한 용매(128)가 얻어지게 된다. 재순환 용매(149)는 예컨대 예시적인 후방 단부(106A)(도 6)에서 용매 탑(162)의 탑저 스트림(148)으로부터 나올 수 있다.
탑저 스트림(140)을 통해 용매 제거기(142)에 수용되는 PO의 대부분은 용매 제거기 탑정 스트림(150)으로 배출된다. 이 용매 제거기 탑정 스트림(150)은 제거기 탑정 응축기(152)에서 응축될 수 있다. 제거기 탑정 응축기(152)의 유틸리티측에 공급되는 냉각 매체는 냉각탑 물 또는 다른 냉각 유체일 수 있다. 응축기(152)에서 나가는 응축된 용매 제거기 탑정 스트림(150)의 일 부분은 환류물로서 용매 제거기(142)로 복귀할 수 있다. 응축기(152)에서 나가는 응축된 용매 제거기 탑정 스트림(150)의 나머지 부분은, PO 스트림(108A)에 있는 PO로부터 불순물을 제거하는 추가 처리를 받기 위해, 증류물(이 실시예에서는 PO 스트림(108A))로서 분리 시스템(100)(도 4)의 예시적인 후방 단부(106A)(도 6 참조)에 전달될 수 있다. 예시적인 후방 단부(106A)에 보내지는 PO 스트림(108A)은 도 4 의 PO 스트림(108)과 유사할 수 있다.
마지막으로, 상기 분리 시스템(100)의 예시적인 전당 단부(104A)에서 고려되는 예시적인 장비는 상업적인 규모일 수 있다. 용매-경질물 탑(110) 및 용매 제거기(142)의 각각의 직경과 높이는, 예컨대 들어오는 조 PO 스트림(102)의 질량 유량 및 조성에 대한 설계 기준에 따라 정해질 수 있다. 또한 일 실시예에서, 용매-경질물 탑(110) 안에 있는 이론적 스테이지의 수는 약 25개이며, 조 PO 스트림(102)은 대략 11 ∼ 15번 스테이지에서 용매-경질물 탑(110) 안으로 공급된다. 물론, 이론적 스테이지의 다른 총 개수 및 다른 공급 지점도 생각할 수 있다.
이론적 스테이지를 제공하기 위해, 트레이 또는 충진물이 사용될 수 있는데, 트레이가 일반적일 수 있다. 트레이는 체 트레이, 포종 트레이 또는 밸브 트레이 등을 포함할 수 있다. 구조화되거나 덤프될 수 있는 상기 충진물은 유리, 금속, 플라스틱, 및 세라믹 등일 수 있다. 용매-경질물 탑(110) 및 용매 제거기(142)를 포함하는 예시적인 전방 단부(104A)에 있는 다양한 장비를 구성하기 위한 야금 또는 재료는 탄소강, 스테인레스 강, 유리 섬유 강화 폴리머(FRP), 니켈 합금 등일 수 있다. 이러한 구성용 야금 또는 재료는 도 6 에 나타나 있는 예시적인 후방 단부(106A)에 있는 탑 및 다른 장비에도 적용될 수 있다.
도 6 은 분리 시스템(100)의 예시적인 전방 단부(104A)(도 5)와 관련되어 있는 예시적인 후방 단부(106A)이다. 이 예시적인 후방 단부(106A)는 추출 탑(160), 용매 탑(162) 및 PO 탑(164)을 포함한다. 명료성을 위해, 각 탑(160, 162, 164)에 대한 각각의 재비등기와 탑정 응축기(환류 시스템을 포함하여)는 나타나 있지 않다.
상기 추출 탑(160)은, 증류물로서 모여 용매 제거기(142)(도 5)로부터 나오는 응축된 용매 제거기 탑정 스트림(150)의 일 부분(PO 스트림(108A))을 공급물로서 받는다. PO 스트림(108A)은 추출 탑(160) 안에서 용매(예컨대, C8-C10 탄화수소)를 사용해 추출을 받게 된다. 추출에 사용되는 용매는 하류 용매 탑(162)의 용매 탑저 스트림(148)으로부터 나올 수 있다. 추출 탑(160)에 들어가는 PO의 대부분을 갖는 생성물 스트림(추출 탑정 스트림(168))은 추출 탑(160)으로부터 탑정으로 배출된다. 용매와 불순물을 갖는 추출 탑저 스트림(170)은 추출 탑(160)의 저부로부터 배출된다.
추출 탑정 스트림(168)은 응축되어 PO 탑(164)에 보내지고, 거기서 탑정 경질물 퍼지(172)가 제거되며, 탑저 중질물 퍼지(174)가 제거되며, 또한 PO 생성물 스트림(109A)이 생성물 측면 인출물로서 배출된다. 이 PO 생성물 스트림(109A)은 도 4 의 PO 생성물 스트림(109)과 유사할 수 있다.
추출 탑(160)으로부터 나오는 추출 탑저 스트림(170)은 용매 탑(162)에 공급되고, 거기서 탄화수소 퍼지(178)(예컨대, C6)가 탑정으로 제거되고 또한 용매 탑저 스트림(148)(예컨대, C8-C10)이 탑저 배출물을 통해 제거된다. 언급한 바와 같이, 이 용매 탑저 스트림(148) 모두 또는 그의 일 부분은 추출 탑(160)에 공급될 수 있다. 또한, 용매 탑저 스트림(148)의 인출 부분(재순환 용매(149))은 전방 단부(104A)(도 5)에서의 유닛 작업에 보내질 수 있다.
전방 단부(104A)(도 5) 및 후방 단부(106A)(도 6)를 갖는 분리 시스템(100)(도 4)은, 분리 시스템(100)에서 허용 가능한 PO 손실(예컨대, 2% 미만)로 허용 가능한 수준의(즉, 일반적인 규정 내에 있는) 불순물을 갖는 PO 생성물 스트림(109A)을 줄 수 있다. 전방 단부(104A)의 예시적인 구성에 의해, 용매 제거기(142)로부터 배출되는 용매 제거기 탑정 스트림(150)(도 5)에 있는 불순물의 양은 허용 가능하고 비교적 낮게 된다. 일 실시예에 대하여, 용매 제거기 탑정 스트림(150)에 있는 어떤 불순물의 ppm(part per million)이 표 12 에 나타나 있다.
표 12
성분 Ppm
MeF ＜ 5
아세트알데히드 ∼ 10
메탄올 5 ∼ 10
물 ＜ 50
도 7 은 분리 시스템(100)의 전방 단부(104B)의 다른 실시예이다. 조 PO 스트림(102)은 용매-경질물 탑 시스템(190)에 공급된다. 용매-경질물 탑 시스템(190)의 예시적인 상세는 도 8 및 9 에 나타나 있다. 용매-경질물 탑 시스템(190)은 조 PO 스트림(102)으로부터 받은 불순물을 증기 스트림(116) 퍼지 및 수성 스트림(124)을 통해 배출한다. 이러한 불순물은 메탄올, 물, 포름산메틸, 아세트알데히드, 글리콜 등을 포함할 수 있다. 증기 스트림(116) 퍼지는 다른 처리에 보내지거나 폐기물 등으로서 배출될 수 있다. 수성 스트림(124)은 예컨대 용매-경질물 탑 시스템(190) 내의 디캔터에 있는 수성 상으로부터 나올 수 있다.
수성 스트림(124)은 물 세정 시스템(126)에 보내진다. 수성 스트림(124)은 물 세정 시스템(126)에 들어가기 전에, 후방 단부(106B)(도 10)로부터 나오는 다양한 용매 함유 스트림(예컨대, 후방 단부 용매(151) 및 증류물(199), 아래 참조요) 및 물(132)과 결합되어 혼합기(204)(예컨대, 정적 혼합기)를 통과할 수 있다. 후방 단부(106B)(도 10)로부터 나와 수성 스트림(124)에 추가되는 용매 스트림의 일 예는, 용매 탑(162)의 용매 탑저 스트림(148)으로부터 나오는 후방 단부 용매(151) 등일 수 있다. 추출 탑(160)으로부터 나오는 탑정 증류물(199)과 같은 다른 스트림이 수성 스트림(124)에 추가되어, 예컨대 후방 단부(106B)로부터 포름알데히드를 제거할 수 있다.
물 세정 시스템(126)에서, 메탄올, 물, 포름산메틸, 아세트알데히드, 글리콜 등의 위에서 언급한 불순물은 하류 수성 퍼지(130)를 통해 배출된다. 세정 유기 스트림(134)은 물 세정 시스템(126)으로부터 용매-경질물 탑 시스템(190)에 보내질 수 있다. 물 세정 시스템(126)은 용기, 또는 코어레서 및/또는 다른 장비를 포함할 수 있다.
용매-경질물 탑 시스템(190)은 조 PO 스트림(102)으로 용매-경질물 탑 시스템(190)에 들어가는 PO의 대부분을 갖는 생성물 스트림(탑저 스트림(140))을 배출한다. 생성물 스트림은 용매-경질물 탑 시스템(190) 안에 있는 용매-경질물 탑(110)(증류 탑)(다음 도 8 및 9 에 나타나 있는 것과 같은) 또는 도 5 에 나타나 있는 용매-경질물 탑(110)으로부터 나오는 탑저 스트림(140)일 수 있다. 생성물 스트림(예컨대, 탑저 스트림(140))은 용매 제거기(142)에 보내지고, 이 용매 제거기는 전방 단부(104A)(도 5)와 관련하여 전술한 바와 유사하게 기능할 수 있다. 용매 제거기(142)에서, 용매는 용매 제거기 탑저 스트림(144)을 통해 제거된다.
용매 제거기 탑저 스트림(144)은 용매-경질물 탑 시스템(190)에 보내질 수 있다. 선택적으로, 후방 단부(106B)(도 10)에 있는 용매 탑(162)의 용매 탑저 스트림(148)으로부터 나오는 것과 같은 추가적인 용매가 용매 제거기 탑저 스트림(144)과 결합되어, 용매-경질물 탑 시스템(190)으로 가는 용매(128)가 얻어질 수 있다. 그래서, 용매-경질물 탑 시스템(190)에 공급되는 용매(128)는 용매 제거기 탑저 스트림(144)이거나 또는 이 용매 제거기 탑저 스트림(144)과 후방 단부(106B)(도 10)로부터 나오는 재순환 용매(149)의 결합물일 수 있다.
용매 제거기(142)에 수용되는 (탑저 스트림(140) 내의) PO의 대부분은 용매 제거기 탑정 스트림(150)으로 배출된다. 응축된 탑정 스트림의 일 부분은, PO로부터 불순물을 제거하는 추가 처리를 받기 위해, 증류물로서 PO 스트림(108B)으로 분리 시스템(100)의 후방 단부(106B)(도 10 참조)에 전달된다. 그러나, 탑정 스트림(150) 및 PO 스트림(108B)에 있는 불순물의 양은 일반적으로 비교적 낮다. 후방 단부(106B)에 보내지는 이 스트림(108B)은 도 4 의 PO 스트림(108)과 유사할 수 있다.
용매-경질물 탑 시스템(190)의 유익한 점은 위에서 언급한 불순물을 갖는 수성 스트림(124)의 형성 및 배출이며, 이는 다양한 구성으로 달성될 수 있다. 도 8 및 9 는, 수성 스트림(124) 또는 유사한 스트림을 주는 용매-경질물 탑(110)을 갖는 용매-경질물 탑 시스템(190)의 각각의 실시예를 보여준다.
도 8 은 조 PO 스트림(102)을 받는 용매-경질물 탑(110)을 갖는 예시적인 용매-경질물 탑 시스템(190-1)이며, 상기 조 PO 스트림은 용매-경질물 탑(110)을 따라 있는 다양한 증류 스테이지에서 수용될 수 있다. 용매(128)가 또한 탑(110)에 공급된다. 어떤 실시예에서는, 액체 측면 인출물(222)에 또는 그 위쪽에서 용매(128)를 도입시키는 것이 유리할 수 있다. 용매(128)를 위한 일 예시적인 도입 지점은 예컨대 3 번 스테이지 또는 트레이다.
디캔터(120)가 측면 디캔터로서 위치되어 있어, 수성 스트림(124)의 형성 및 배출을 용이하게 해준다. 용매-경질물 탑(110)으로부터 나오는 액체 측면 인출물(222)이 디캔터(120)에 공급되며, 그 인출물은 일부 PO를 가지며 또한 용매-경질물 탑(110)으로부터 나오는 물, 메탄올, 아세트알데히드, 및 다른 불순물을 갖는다. 디캔터(120)의 목적은, 물 및 다른 수성 또는 수용성 불순물을 용매-경질물 탑(110)으로부터 제거하는 것을 용이하게 하는 것이다(수성 스트림(124) 퍼지를 통해).
디캔터(120)에 보내지는 액체 측면 인출물(222)은 비교적 상당한 양의 물 및 메탄올과 같은 다른 수용성 불순물을 가질 수 있다. 따라서, 디캔터(120)는 탄화수소 용매와 접촉하는 물과 수성 성분의 충분한 수성 제거를 용이하게 할 수 있다. 그러므로, 용매(128)(예컨대, C8-C10)가 디캔터(120)에 도입되어 그 디캔터(120)에서 수성 상과 유기 상의 형성을 촉진시킬 수 있다. 디캔터(120) 내의 유기 상에 의해 유기 스트림(122)이 얻어지고, 이 유기 스트림은 환류물로서 용매-경질물 탑(110)에 보내질 수 있다.
디캔터(120) 내의 수성 상에 의해 수성 스트림(124)이 얻어지고, 이 수성 스트림은 논의한 바와 같이 물 세정 시스템(126)에 보내진다(도 7 참조). 이 수성 스트림(124)은 PO 및 물, 메탄올, 아세트알데히드, 일부 포름산메틸, 글리콜 및 다른 불순물을 함유할 수 있다. 물 세정 시스템(126)에서, 수성 스트림(124)은 추가적인 탄화수소 용매(예컨대, C8-C10) 및 비교적 소량의 물과 접촉하여, 메탄올, 아세트알데히드, 글리콜, 비교적 소량의 포름산메틸 등의 수용성 불순물, 및 다른 불순물이 수성 퍼지(130)(도 7)를 통해 물 세정 시스템(126)으로부터 제거되는 것을 촉진한다. 산화프로필렌(PO)은 용매 또는 유기 상으로 회수되며, 이는 세정 유기 스트림(134)으로 물 세정 시스템(126)(도 7)으로부터 도 8 에 나타나 있는 용매-경질물 탑(110)으로 복귀된다. 세정 유기 스트림(134)의 이러한 안내는 도 5 에 나타나 있는 실시 형태와는 대조적인데, 그 실시 형태에서는, 물 세정 시스템(126)으로부터 나오는 세정 유기 스트림(134)은 대신에 디캔터(120)에 보내지고, 이 디캔터 내의 유기물 및 회수된 PO는 도 5 에서 유기 스트림(122)을 통해 탑(110)으로 가게 된다.
도 8 에서, 경질 성분을 갖는 탑정 스트림(112)은 용매-경질물 탑(110)으로부터 배출되어 탑정 응축기(114)에서 부분적으로 응축된다. 이 실시예에서, 탑정 스트림(112)의 응축된 부분은 응축된 탑정 스트림(118)으로 나타나 있고, 이 스트림은 환류물로서 용매-경질물 탑(110)으로 복귀된다. 비응축 성분의 증기 스트림(116)은 탑정 응축기(114)로부터 제거된다. 도 8 에 대한 어떤 실시 형태에서, 탑정 응축기(114)의 작동을 조절하여, 5 ∼ 50 중량% 범위의 증류물(응축된 탑정 스트림(118))에서 증기 스트림(116) 퍼지를 주어, 조 PO 공급물(102)로부터 총 60 ∼ 90 중량%(예컨대, 약 75 중량%)의 포름산메틸 퍼지를 줄 수 있다.
조 PO 스트림(102)으로 용매-경질물 탑(110)에 들어가는 PO의 대부분을 갖는 생성물 스트림은 탑저 스트림(140)으로서 용매-경질물 탑(110)으로부터 배출된다. 도 7 과 관련하여 논의한 바와 같이, 생성물 스트림(탑저 스트림(140))은 공급물로서 하류 용매 제거기(142)에 보내진다(도 7 참조).
도 9 는 용매-경질물 탑(110) 및 수성 스트림(124)의 형성과 배출을 용이하게 해주는 디캔터(120)를 갖는 일 예시적인 용매-경질물 탑 시스템(190-2)을 나타낸다. 도 8 과 관련하여 유사하게 논의한 바와 같이, 도 9 의 용매-경질물 탑 시스템(190-2)에 있는 용매-경질물 탑(110)은 조 PO 스트림(102)을 받는다. 용매(128)가 또한 탑(110)에 공급된다. 도 9 의 실시예에서, 디캔터(120)는 탑정 디캔터이고, 메탄올, 물, 및 다른 경질 수성 불순물을 갖는 측면 인출물(222)(도 8)을 탑(110)으로부터 받는 대신에, 그러한 불순물을 갖는 응축된 탑정 스트림(118)을 받게 된다.
도 9 에서, 경질 성분을 갖는 탑정 스트림(112)은 용매-경질물 탑(110)으로부터 탑정으로 배출되어 탑정 응축기(114)에서 부분적으로 응축된다. 이 실시예에서, 응축된 탑정 스트림(118)은 디캔터(120)에 보내진다.
비응축 성분의 증기 스트림(116)은 탑정 응축기(114)로부터 제거된다. 어떤 실시 형태에서, 탑정 응축기(114)의 작동을 조절하여, 5 ∼ 50 중량% 범위의 증류물에서 증기 스트림(116) 퍼지를 주고 또한 조 PO 공급물(102)로부터 총 60 ∼ 90 중량%(예컨대, 약 75 중량%)의 포름산메틸 퍼지를 줄 수 있다.
시스템(190-1)(도 8)의 경우처럼, 도 9 의 시스템(190-2)에서 용매(128)가 디캔터(120)에 도입되어 그 디캔터(120)에서의 수성 상과 유기 상의 형성을 용이하게 할 수 있다. 도 9 의 이 도시된 실시예에서, 유기 스트림(122)은 환류물로서 탑(110)으로 복귀된다.
수성 상은 수성 스트림(124)으로서 디캔터(120)로부터 배출되어 물 세정 시스템(126)(도 7 참조)으로 가게 된다. 시스템(190-1)의 경우처럼, 시스템(190-2)내의 이 수성 스트림(124)은 일반적으로 PO 및 물, 메탄올, 아세트알데히드, 일부 포름산메틸, 및 다른 불순물을 함유한다. 궁극적으로 메탄올, 아세트알데히드, 글리콜, 및 비교적 소량의 포름산메틸의 수용성 불순물, 및 다른 불순물을 하류 수성 퍼지(130)(도 7)를 통해 제거하기 위해, 수성 스트림(124)이 물 세정 시스템(126)에 보내져 추가적인 탄화수소 용매(예컨대, C8-C10) 및 비교적 소량의 물과 접촉하게 된다. 세정 유기 스트림(134)(PO 및 용매)를 직접 용매-경질물 탑(110)으로 복귀시킬 때(도 8 에서 처럼 디캔터(120)를 통하지 않고) PO가 회수된다.
조 PO 스트림(102)으로 용매-경질물 탑(110)에 들어가는 PO의 대부분을 갖는 생성물 스트림(탑저 스트림(140))은 탑저 스트림(140)으로서 용매-경질물 탑(110)으로부터 배출된다. 도 7 및 8 과 관련하여 논의한 바와 같이, 도 9 의 생성물 스트림(탑저 스트림(140))은 공급물로서 하류 용매 제거기(142)(도 7 참조)에 보내진다. 마지막으로, 수성 스트림(124)을 형성하고 배출하기 위해 용매-경질물 탑 시스템(190)의 다른 구성도 생각할 수 있음을 유의해야 한다. 어떤 실시 형태에서, 예컨대 용매-경질물 탑(110)에 대한 측면 냉각기 및/또는 다른 장비도 사용될 수 있다.
도 10 은 도 7 ∼ 9 와 관련하여 위에서 논의한 전방 단부 시스템(104B)과 관련된 분리 시스템(100)(도 4)의 일 예시적인 후방 단부(106B)이다. 도 6 의 후방 단부(106A)의 경우처럼, 도 10 에 나타나 있는 후방 단부(106B)는 추출 탑(160), 용매 탑(162), 및 PO 탑(164)을 포함한다. 명료성을 위해, 각 탑(160, 162, 164)에 대한 각각의 재비등기는 나타나 있지 않고, 용매 탑(162)에 대한 탑정 응축기도 나타나 있지 않다. 추출 탑(160)에 대한 추출 탑 탑정 응축기(240) 및 PO 탑(164)에 대한 PO 탑 탑정 응축기(242)는 나타나 있다.
추출 탑(160)에 대한 주 공급물로서, 상류 제거 탑(142)(도 7)으로부터 나오는 응축된 탑정이 용매(예컨대, C8-C10 탄화수소)를 사용하는 추출을 받기 위해 PO 스트림(108B)으로서 추출 탑(160)에 보내진다. 추출용 용매의 근원은 하류 용매 탑(162)으로부터 나오는 용매 탑저 스트림(148)일 수 있다. 물론, 다른 근원의 추출 용매도 사용할 수 있다.
추출 탑(160)으로부터 나오는 추출 탑정 스트림(168)은 추출 탑 탑정 응축기(240)에서 응축되며, 응축된 추출 탑정 스트림(168)의 일 부분은 환류물로서 추출 탑(160)으로 복귀된다. 응축된 추출 탑정 스트림(168)의 다른 부분은 증류물(199)로서 모여 상류 물 세정 시스템(126)(도 7)에 보내진다.
유리하게도, 물 세정 시스템(126)에 주어지는 증류물(199)로서 모이는 응축된 추출 탑정 스트림(168)의 일 부분의 이 퍼지는 일반적으로 포름알데히드를 함유하고, 그래서 하류 PO 탑(164)에서 포름알데히드의 양이 줄어들게 된다. 그러므로, PO 탑(164)으로부터 나오는 탑정 경질물 퍼지(나타나 있지 않음)와 관련한 장비의 오염이 줄어들 수 있다. 그 오염은 예컨대 포름알데히드 폴리머의 형성으로 인한 것일 수 있다.
어떤 실시 형태에서는, 경질 성분인 포름알데히드를 갖는 응축된 추출 탑정 스트림(168)의 증류물(199)의 퍼지로 인해, 도 10 에 나타나 있는 바와 같이, 하류 PO 탑(164)에서 탑정 경질물 퍼지(도 6 에 나타나 있는 탑정 경질물 퍼지(172)와 같은)에 대한 필요가 없을 수 있다. 또한, 세정 시스템(126)으로 가는 응축된 탑정 스트림(168)의 증류물(199) 퍼지에 있는 PO는, 세정 시스템(126)으로부터 나와서 용매-경질물 시스템(190)(도 7 ∼ 9 참조)에 있는 용매-경질물 탑(110)으로 복귀되는 세정 유기 스트림(134)으로 회수될 수 있다. 더욱이, 도 10 에서 PO 생성물 측면 인출물(생성물 측면 스트림(248)을 줌)을 사용하면, 증류물(199)로 떠나는 PO의 양을 줄일 수 있다.
용매와 불순물을 갖는 추출 탑저 스트림(170)은 추출 탑(160)으로부터 배출되어 용매 탑(162)에 공급된다. 탄화수소 퍼지(178)(예컨대, C6)가 탑정으로 제거되고 또한 용매 탑저 스트림(148)이 제거된다. 언급한 바와 같이, 이 용매 탑저 스트림(148)은 추출 탑(160)에 공급될 수 있다. 추가로, 도 10 의 도시된 실시 형태에서 재순환 용매(149) 및 후방 단부 용매(151)와 같은, 용매 탑저 스트림(148)의 인출 부분은 전방 단부(104B)(도 7 참조)에서의 유닛 작업에 보내질 수 있다.
도 10 의 이 도시된 실시 형태에서, 언급한 바와 같이, 추출 탑(160)에 들어가는 PO의 대부분을 갖는 생성물 측면 스트림(248)은 추출 탑(160)으로부터 배출되어 PO 탑(164)으로 가게 된다. 이는 생성물 스트림이 추출 탑정 스트림(168)인 도 6 과는 대조적인 것이다.
도 10 의 PO 탑(164)에서, 탑저 중질물 퍼지(174)가 제거된다. PO 탑의 탑정 스트림(252)은 탑정으로 배출되어 탑정 응축기(242)에서 응축된다. PO 탑(164)으로 가는 응축된 PO 탑의 탑정 스트림(252)의 환류량이 증가되면, PO 손실이 감소될 수 있고 또한 유리하게도 예컨대 PO 탑(164)에서 PO로부터의 프로피온알데히드와 아세톤의 분리가 증가된다. 생성물 증류물로서 모인 PO 탑의 탑정 스트림(252)의 응축된 부분은 PO 생성물 스트림(109B)으로 나타나 있고 도 4 의 PO 생성물 스트림(109)과 유사할 수 있다.
일 실시예에서, 전방 단부(104B)(도 7 ∼ 9) 및 후방 단부(106B)(도 10)를 갖는 분리 시스템(100)(도 4)에 의해, 증류물 생성물로서 보내지는 응축된 PO 탑의 탑정 스트림(252)으로 조 PO 스트림(102)로부터 PO를 98.5 중량%의 비교적 높은 수율로 회수할 수 있다. 그 실시예에서, PO 생성물 스트림(109B)은 포름산메틸이 10 ppm인 99.98 중량%의 고순도인 PO를 갖는다. 마지막으로, 도 7 ∼ 10 에 나타나 있는 탑 및 관련 장비는 상업적 규모일 수 있고, 위에서 논의한 크기, 내부 부품 및 구성 재료를 가질 수 있음을 유의해야 한다.
도 11 및 12 는 각각 분리 시스템(100)(도 4)의 전방 단부(104C) 및 후방 단부(106C)의 대안적인 실시 형태이다. 도 11 의 전방 단부(104C)는 경질물 탑(260), 중질물 탑(262), 및 용매-경질물 탑(265)(예컨대, C8-C10으로서 탑 "용매"를 가짐)을 갖는다. 이들 탑(260, 262, 265) 각각은 증류 탑일 수 있다. 도 12 의 관련된 후방 단부(106C)는 추출 탑(269)(또는 용매-중질물 탑이라고도 함) 및 용매 탑(273)을 갖는다. 이 실시 형태에서, PO 생성물 스트림(109C)(도 4 의 PO 생성물 스트림(109)과 유사함)은 추출 탑(269)으로부터 배출된다. 더욱이, 용매 퍼지(추출 탑정 스트림(286))이 추출 탑(269)의 탑정으로부터 전방 단부(104C)에 보내지고, 그리하여 추출 탑(269) 및 PO 생성물 스트림(109C)에서 불순물인 포름알데히드의 양이 줄어들게 된다.
명료성을 위해, 용매-경질물 탑(265)과 관련된 용매-경질물 탑 탑정 응축기(267)를 제외하고, 도 11 및 12 에 있는 각 탑에 대한 각각의 재비등기 및 탑정 응축기는 나타나 있지 않다. 더욱이, 도 11 의 전방 단부(104C)는 경질물 탑(260)이 조 PO 스트림(102)을 받고 중질물 탑(262)에 공급하는 것으로 나타나 있다. 그러나, 전방 단부(104C) 내에서의 이 공정 순서는 변경될 수 있다(즉, 전환될 수 있음). 다시 말해, 전방 단부(104C)는, 중질물 탑(262)이 조 PO 스트림(102)을 받고 경질물 탑(260)에 공급하도록 구성될 수 있다. 어느 경우든, 제 3 탑, 즉 용매-경질물 탑(265)에 대한 공급은 일반적으로 조성과 질량 유량에 있어 유사할 것이다.
도 11 의 전방 단부(104C)에 대한 도시된 실시 형태에서, 조 PO 스트림(102)은 경질물 탑의 탑정 스트림(264)을 통해 경질 불순물 및 탄화수소(예컨대, C5)를 제거하기 위해 경질물 탑(260)에 공급된다. 경질물 탑(260)으로부터 나오는 경질물 탑의 탑저 스트림(266)은 조 PO 스트림(102)으로 들어가는 PO의 대부분을 함유한다. 이 경질물 탑의 탑저 스트림(266)은, 중질물 탑(262)으로터 나오는 중질물 탑의 탑저 스트림(268)을 통해 중질 성분, 물, 일부 메탄올 등을 제거하기 위한 중질물 탑(262)에 공급된다. 중질물 탑의 탑저 스트림(268)에 있는 제거된 중질 성분의 예는 프로피온알데히드, 아세톤 등을 포함할 수 있다.
경질물 탑(260)으로부터 중질물 탑(262)에 들어가는 PO의 대부분은 중질물 탑(266)으로부터 중질물 탑의 탑정 스트림(270)(생성물 스트림)으로 배출된다. 이 중질물 탑의 탑정 스트림(270)은 상류 경질물 탑(260)의 존재 때문에 감소된 메탄올과 물을 갖는다. 중질물 탑의 탑정 스트림(270)은 용매-경질물 탑(265)에 공급된다. 또한, 용매(예컨대, C6-C10)가 후방 단부(106C)(도 12)로부터 나오는 탄화수소 탑저 스트림(271)의 전부 또는 일 부분을 통해 용매-경질물 탑(265)에 도입된다. 아래에서 논의하는 바와 같이, 이 탄화수소 탑저 스트림(271)은 후방 단부(106C)로부 터 재순환된 용매를 갖는다.
용매-경질물 탑(265)에서, 용매-경질물 탑의 탑저 스트림(108C)은, (중질물 탑의 탑정 스트림(270)으로) 상류 중질물 탑(262)으로부터 용매-경질물 탑(110)에 들어가는 PO의 대부분을 함유하는 생성물 스트림이다. 이 용매-경질물 탑의 탑저 스트림(108C)은 도 4 의 PO 스트림(108)과 유사할 수 있다.
불순물에 관해서는, 경질 불순물과 수성 불순물은 탑정 스트림(274)으로 용매-경질물 탑(265)으로부터 탑정으로 배출된다. 탑정 스트림(274)은 탑정 응축기(267)에서 응축되어, 응축된 탑정 스트림(275)이 얻어진다. 일부 비부식성(non-caustic) 경질 성분과 비수용성 경질 성분을 제거하기 위해, 탑정 응축기(267)로부터 나오는 증기 퍼지(280)가 이 탑정 스트림(274)의 예컨대 약 5 ∼ 10 중량%로 유지된다. 응축된 탑정 스트림(275)의 일 부분은 용매-경질물 탑(265)으로 환류된다. 응축된 탑정 스트림(275)의 나머지 부분(예컨대, 증류물)은 아래에서 논의하는 바와 같이 부식제 세정을 받게 된다.
용매를 충분히 공급하고(예컨대, 스트림(270, 271)을 통해) 또한 응축된 탑정 스트림(275)의 환류물과 증류물 등을 목표한 대로 관리하여 용매-경질물 탑(265)을 작동시킴으로써, 용매-경질물 탑(265) 또는 응축된 탑정 스트림(275)에서 수성 상이 형성됨이 없이, 포름산메틸, 아세트알데히드, 메탄올, 물, 글리콜 등의 경질 불순물이 일반적으로 상기 응축된 탑정 스트림(275)에 집중됨을 유의해야 한다.
언급한 바와 같이, 어떤 실시예에서는, 환류물로서 사용되지 않고 증류물로서 전달되는 응축된 탑정 스트림(275)의 일 부분은 부식제 스트림(282)을 통해 부식제 세정부에 보내져 화학양론적으로 약간 과대량의 부식제(예컨대, 수산화나트륨)(증류물로서 전달되는 응축된 탑정 스트림(275)의 일 부분에 있는 포름산메틸의 양에 상당함)와 접촉하여, 부식제 세정부에서의 pH를 10 ∼ 12 로 유지시킨다. 도시된 실시 형태에서, 부식제 세정부에는 부식제 스트림(282)을 통해 부식제가 추가되고, 혼합기(284)는 혼합과 주재 시간을 제공한다.
또한, 수성 상(즉, 증류물로서 부식제 세정부에 전달되는 응축된 탑정 스트림(275)의 일 부분에 있는 대부분의 물, 메탄올, 아세트알데히드, 포름산메틸, 및 다른 수용성 불순물을 가짐)의 형성을 촉진하기 위해, 유기 스트림과 같은 탄화수소 용매 또는 후방 단부(106C) 시스템으로부터 나오는 용매가 혼합기(284)(예컨대, 정적 혼합기일 수 있음)의 상류에서 도입될 수 있다. 이렇게 추가되는 용매의 근원은 도 12 에 있는 추출 탑(269)으로부터 나오는 추출 탑정 스트림(286)일 수 있다. 더욱이, 이 추출 탑정 스트림(286)은 포름알데히드를 함유할 수 있고, 그래서 후방 단부(106C) 및 궁극적으로는 최종 PO 생성물(109C)에서 포름알데히드가 유리하게 감소된다. 또한, 이 추출 탑정 스트림(286)에 있는 PO는, 환류물로서 용매-경질물 탑(265)에 보내지는 재순환 용매 스트림(278)으로 회수될 수 있다.
혼합기(284)로부터 나오는 부식제 처리된 증류물(288)은 역세(backwash) 탑(290)에 보내지는데, 이 역세 탑은 비교적 작은 PO 세정/회수 액체-액체 추출 탑이며, 이 탑은 일반적으로 예컨대 탑의 중간 부분에서 예컨대 충진물(296)을 통해 만족되는 약 3 ∼ 7개(예컨대, 5개)의 이론적 스테이지를 갖는다. 물(292)이 역세 탑(290)의 정상부에서 도입되고 용매(294)는 그 역세 탑의 저부에서 도입된다. 역세 탑(290)에서의 추출에 의해, 감소된 수성 상에서 감소된 부식제 캐리오버로, 부식제 처리된 증류물(288)에 있는 부식제/물 폐기물로터의 PO 회수가 증가된다. 이 실시예에서, 부식제/물 폐기물(295)은 역세 탑(290)의 저부로부터 배출된다. 역세된 PO는 탑(265)에 대한 추가적인 환류물로서 유기 스트림(재순환 용매 스트림(278))으로 용매-경질물 탑(265)에 복귀된다. 마지막으로, 역세 탑(290)에 공급되는 용매(294)는 후방 단부(106C) 시스템(도 12)으로부터 나오는 용매(예컨대, C8-C10)이다.
논의한 바와 같이, 도 12 는 일 예시적인 분리 시스템(100)(도 4)의 예시적인 전방 단부(104C)(도 11)와 관련된 예시적인 후방 단부(106C)이다. 도 12 를 참조하면, 추출 탑(269)은 용매-경질물 탑(265)(도 11)으로부터 나오는 생성물 스트림(용매-경질물 탑의 탑저 스트림(108C))을 공급물로서 받는다. 또한, 추출 탑(269)은 하류 용매 탑(273)으로부터 배출되는 탑저 스트림으로부터 용매(294)(예컨대, C8-C10)를 받는다.
추출 탑(269)으로부터 나오는 응축된 추출 탑정 스트림(286)(응축기는 나타나 있지 않음)은 전방 단부(104C)(도 11)의 부식제 세정부(혼합기(284), 선택적으로는 정적 혼합기)에 보내진다. 추출 탑정 스트림(286)은 일반적으로 탄화수소 용매, 포름알데히드, PO 등을 가질 수 있다. 추출 탑정 스트림(286)에있는 탄화수소 용매는 역세 탑(290)(도 11)에서의 수성 상의 형성 및 분리를 촉진시킬 수 있다. 또한, 추출 탑정 스트림(286)으로 부식제 세정(혼합기(284)에서) 및 역세 탑(290)에 보내지는 PO(조 PO 스트림(102)에 있는 PO를 기준으로 예컨대 1 ∼ 2 중량%)는, 유기 상 스트림(재순환 용매 스트림(278))으로 회수될 수 있으며, 이 스트림은 환류물로서 용매-경질물 탑(265)(도 11)에 보내진다. 마지막으로, 논의한 바와 같이, 이렇게 추출 탑정 스트림(286)을 사용하여 포름알데히드를 제거함으로써, 추출 탑(269) 및 이 추출 탑(269)으로부터 측면 인출물로서 배출되는 PO 생성물 스트림(109C)에서 포름알데히드의 양이 감소될 수 있다.
또한, 예컨대 중질 탄화수소 용매(예컨대, C6-C10)을 갖는 탄화수소 탑저 스트림(271)이 추출 탑(269)으로부터 배출되어 용매 탑(273)에 공급된다. 더욱이, 이 탄화수소 탑저 스트림(271)(예컨대, C6-C10을 가짐)의 일 부분은 용매-경질물 탑(265)(도 11)에 공급될 수 있다. 용매 탑(273)에서, 탄화수소 퍼지(300)(예컨대, C6을 가짐)가 탑정으로 취출된다. 용매 스트림(294)(예컨대, C8-C10을 가짐)이 용매 탑(273)의 저부로부터 배출되고 추출을 위해 추출 탑(269)에 보내질 수 있으며 그리고/또는 역세 탑(290)(도 11)에서의 액체-액채 추출을 위해 보내질 수 있다.
마지막으로, 언급한 바와 같이, PO 생성물 스트림(109C)은 추출 탑(269)의 측면 인출물(예컨대, 저온 살균부로부터 나옴)로 회수된다. 요컨대, 전방 단부(104C) 및 후방 단부(106C)를 갖는 예시적인 PO 분리 시스템(100)에 의해, 예컨대 (조 PO 스트림(102)에 있는 PO의) 98.9 중량%의 예시적인 고수율 및 예시적인 99.99 중량%의 고순도 PO를 얻을 수 있으며 PO 생성물(109C)에서 포름산메틸은 10 ppm 이다.
도 11 및 12 에 나타나 있는 장비는 상업적인 규모일 수 있다. 또한, 도 11 및 12 에 있는 다양한 탑의 각각의 직경, 높이 및 이론적 스테이지의 수는, 예컨대 들어오는 조 PO 스트림(102)의 질량 유량 및 조성에 대한 설계 기준에 따라 정해질 수 있다. 이론적 스테이지를 제공하기 위해, 트레이 또는 충진물이 사용될 수 있다. 트레이는 체 트레이, 포종 트레이 또는 밸브 트레이를 포함할 수 있다. 구조화되거나 덤프될 수 있는 충진물은 유리, 금속, 플라스틱 및 세라믹등일 수 있다. 도 11 및 12 에 있는 다양한 장비의 구성을 위한 야금 또는 재료는 탄소강, 스테인레스 강, 유리섬유 강화 폴리머(FRP), 니켈 합금 등을 포함할 수 있다.
요컨대, 본 기술의 실시 형태는, 조 산화프로필렌 스트림을 받고, 메탄올과 물을 갖는 불순물 스트림을 배출하며 또한 조 산화프로필렌 스트림으로 들어가는 산화프로필렌의 대부분을 갖는 탑저 스트림을 배출하는 증류 탑을 포함하는 산화프로필렌 분리 시스템을 제공할 수 있다. 디캔터가 불순물 스트림과 탄화수소 용매를 받을 수 있고, 그 디캔터에서, 산화프로필렌과 탄화수소 용매를 포함하는 유기 상 및 불순물 스트림으로 들어가는 메탄올과 물의 대부분의 중량%를 포함하는 수성 상이 형성된다. 물 세정 시스템은 수성 상을 받아서 산화프로필렌 분리 시스템으로부터 내보내며, 상기 디캔터 내의 유기 상은 증류 탑에 보내진다. 조 산화프로필렌 스트림은 산화프로필렌/tert-부탄올 처리 시스템에 있는 산화프로필렌 반응기의 유출물 스트림일 수 있다.
증류 탑은 탑정 응축기를 포함할 수 있고, 증류 탑은 탑정 응축기로부터 비응축 성분을 탑정으로 증기 퍼지하도록 구성된다. 디캔터는 증류 탑에 대한 탑정 디캔터일 수 있고, 탑정 응축기로부터 불순물 스트림을 받는다. 한편, 디캔터는 증류 탑에 대한 측면 디캔터이고, 증류 탑의 액체 측면 인출물로부터 불순물 스트림을 받도록 되어 있다. 증류 탑은 용매-경질물 탑일 수 있다. 또한, 물 세정 시스템은 정적 혼합기 및 코어레서를 포함할 수 있다. 용매 제거기는 증류 탑으로부터 탑저 스트림을 받을 수 있으며, 용매 제거기는, 증류 탑으로부터 나오는 탑저 스트림으로 용매 제거기에 들어가는 산화프로필렌의 대부분을 갖는 용매-제거기 탑정 스트림을 배출하고, 용매 제거기는 디캔터에 수용되는 탄화수소 용매의 적어도 일 부분을 갖는 용매-제거기 탑저 스트림을 배출한다. 마지막으로, 용매 제거기로부터 나오는 용매-제거기 탑정 스트림은 추출 탑에서의 탄화수소 용매 추출을 거쳐 불순물이 제거되며, 추출 탑은 포름알데히드를 포함하는 제거된 불순물을 물 세정 시스템에 내보낸다.
실시 형태들은, 분리 시스템에서 조 산화프로필렌 스트림으로부터 산화프로필렌을 분리시키기 위한 방법을 제공할 수 있는데, 이 방법은, 상기 조 산화프로필렌 스트림을 증류 탑에 공급하는 단계; 메탄올과 물을 포함하는 불순물 스트림을 증류 탑으로부터 디캔터에 배출하는 단계; 탄화수소 용매를 상기 디캔터에 공급하는 단계; 및 산화프로필렌과 탄화수소 용매를 포함하는 유기 상, 및 불순물 스트림으로 상기 디캔터에 공급되는 메탄올과 물의 대부분의 중량%을 포함하는 수성 상을 상기 디캔터에서 형성하는 단계를 포함한다. 또한, 상기 방법은, 상기 수성 상을 물로 세정하고 그 세정된 수성 상을 상기 분리 시스템으로부터 내보내는 단계, 및 상기 유기 상을 증류 탑에 보내는 단계를 포함할 수 있다.
상기 불순물 스트림의 배출은, 불순물 스트림을 증류 탑의 탑정 응축기를 통해 디캔터에 배출하는 것을 포함할 수 있고, 상기 방법은 증기 스트림을 상기 탑정 응축기로부터 내보내는 단계를 더 포함한다. 한편, 상기 불순물 스트림을 배출하는 단계는, 불순물 스트림을 증류 탑의 액체 측면 인출물을 통해 디캔터에 배출하는 것을 포함할 수 있다. 마지막으로, 상기 방법은, 조 산화프로필렌 스트림으로 상기 증류 탑에 들어가는 산화프로필렌의 대부분을 갖는 탑저 스트림을 증류 탑으로부터 배출하는 단계; 상기 탑저 스트림으로부터 포름알데히드를 분리시키는 단계; 및 수성 상을 물로 세정하는 물 세정 시스템에 상기 포름알데히드를 보내는 단계를 포함할 수 있다.
어떤 실시 형태는 산화프로필렌 분리 시스템을 포함할 수 있는데, 이 분리 시스템은, 처리된 조 산화프로필렌 스트림을 받고, 메탄올과 물을 포함하는 불순물 스트림을 배출하며, 또한 상기 처리된 조 산화프로필렌 스트림으로 들어가는 산화프로필렌의 대부분을 갖는 탑저 스트림을 배출하도록 되어 있는 증류 탑을 갖는다. 혼합기가 부식제(예컨대, 수산화나트륨을 가짐)를 상기 불순물 스트림과 혼합시켜 부식제 처리된 불순물 스트림을 주게 된다. 역세(backwash) 탑이 상기 부식제 처리된 불순물 스트림에 대해 수성 추출 및 유기 추출 모두를 실시하게 한다. 역세 탑은 불순물 스트림에 있는 메탄올과 물의 대부분을 갖는 수성 스트림을 내보낼 수 있다. 또한, 상기 역세 탑은 유기 스트림(탄화수소 용매와 산화프로필렌을 가짐)을 상기 증류 탑에 배출할 수 있다. 상기 산화프로필렌 분리 시스템은, 상기 증류 탑의 하류에 배치되어 포름알데히드를 상기 혼합기에 내보내는 추출 탑을 포함할 수 있고, 포름알데히드는 증류 탑의 탑저 스트림으로부터 오는 캐리오버(carryover)이다.
마지막으로, 어떤 실시 형태는 산화프로필렌으로부터 불순물을 분리시키기 위한 방법을 포함할 수 있는데, 이 방법은 산화프로필렌 스트림을 증류 탑을 통해 처리하여, 메탄올과 물을 갖는 불순물 스트림을 배출하고 또한 상기 증류 탑에 들어가는 산화프로필렌의 대부분을 갖는 탑저 스트림을 배출하는 것을 포함한다. 불순물 스트림은 (예컨대, 정적 혼합기를 통해) 부식제(예컨대, 수산화나트륨을 가짐)와 혼합되어, 부식제 처리된 불순물 스트림이 얻어지고, 그리고 이 스트림은 탄화수소로 추출되고 그런 다음에 물로 추출되어, 불순물 스트림에 있는 메탄올과 물의 대부분을 갖는 수성 스트림을 내보낸다. 상기 방법은 증류 탑으로부터 오는 탑저 스트림을 처리하고 포름알데히드를 상기 처리를 통해 불순물 스트림으로 내보내는 것을 포함할 수 있다.
본 발명을 그것의 어떤 바람직한 버젼을 참조하여 상당히 자세히 설명했지만, 다른 버젼도 가능하다. 그러므로, 첨부된 청구 범위 및 그의 요지는 여기에 포함되어 있는 바람직한 버젼에 대한 설명에 한정되어서는 아니 된다.
본 명세서(첨부된 청구 범위, 요약서 및 도면을 포함하여)에 개시되어 있는 모든 특징적 요소들은, 명시적인 다른 언급이 없으면, 동일하거나 등가적이거나 또는 유사한 목적을 위한 대안적인 특징적 요소들로 대체될 수 있다. 따라서, 명시적인 다른 언급이 없으면, 개시되어 있는 각 특징적 요소는 일반적인 일련의 등가적이거나 유사한 특징적 요소의 단지 일 예인 것이다.
특정한 기능을 수행하기 위한 "수단" 또는 특정한 기능을 수행하기 위한 "단계"를 명시적으로 언급하고 있지 않는 청구 범위에 있는 어떤 요소도, 35 U.S.C §112의 6절에 명시되어 있는 바와 같은 "수단" 또는 "단계" 항으로서 해석되어서는 아니 된다. 특히, 본원의 청구 범위에서 "∼의 단계"의 사용은 35 U.S.C §112의 6절의 규정을 행사하고자 하는 것은 아니다.

Claims (20)

  1. 산화프로필렌 분리 시스템으로서,
    조(crude) 산화프로필렌 스트림을 받고, 메탄올과 물을 포함하는 불순물 스트림을 배출하며, 또한 상기 조 산화프로필렌 스트림으로 들어가는 산화프로필렌의 대부분을 포함하는 탑저 스트림을 배출하도록 되어 있는 증류 탑;
    상기 불순물 스트림의 적어도 일 부분과 탄화수소 용매를 받는 디캔터(decanter) - 이 디캔터에서, 상기 산화프로필렌과 탄화수소 용매를 포함하는 유기 상(organic phase), 및 상기 불순물 스트림의 적어도 일 부분으로 들어가는 상기 메탄올과 물의 대부분의 중량%를 포함하는 수성 상(aqueous phase)이 형성됨 -; 및
    상기 수성 상을 받아서 상기 산화프로필렌 분리 시스템으로부터 내보내도록 되어 있는 물 세정 시스템을 포함하고,
    상기 디캔터 내의 유기 상은 상기 증류 탑에 보내지는, 산화프로필렌 분리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 조 산화프로필렌 스트림은 산화프로필렌/tert-부탄올 처리 시스템에 있는 산화프로필렌 반응기 유출물 스트림인, 산화프로필렌 분리 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 증류 탑은 탑정 응축기를 포함하고, 증류 탑은 그 탑정 응축기로부터 비응축 성분의 탑정 증기 퍼지(purge)가 나오게 되는, 산화프로필렌 분리 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 디캔터는 상기 증류 탑에 대한 탑정 디캔터이며, 상기 탑정 응축기로부터 불순물 스트림의 적어도 일 부분을 받도록 되어 있는, 산화프로필렌 분리 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 디캔터는 상기 증류 탑에 대한 측면 디캔터이며, 상기 증류 탑의 액체 측면 인출물로부터 불순물 스트림의 적어도 일 부분을 받도록 되어 있는, 산화프로필렌 분리 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 증류 탑은 용매-경질물 탑이고, 상기 물 세정 시스템은 정적 혼합기와 코어레서(coalescer)를 포함하는, 산화프로필렌 분리 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 증류 탑으로부터 탑저 스트림을 받도록 되어 있는 용매 제거기를 더 포함하며, 그 용매 제거기는 증류 탑으로부터 나오는 탑저 스트림으로 상기 용매 제거기에 들어가는 산화프로필렌의 대부분을 포함하는 용매-제거기 탑정 스트림을 배출하도록 되어 있는, 산화프로필렌 분리 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 용매 제거기는 상기 디캔터에 수용되는 탄화수소 용매의 적어도 일 부분을 포함하는 용매-제거기 탑저 스트림을 배출하도록 되어 있는, 산화프로필렌 분리 시스템.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 용매 제거기로부터 나오는 용매-제거기 탑정 스트림에 대해 탄화수소 용매 추출을 실시하여 불순물을 제거하도록 되어 있는 추출 탑을 더 포함하고, 이 추출 탑은 포름알데히드를 포함하는 제거된 불순물을 상기 물 세정 시스템에 내보내도록 되어 있는, 산화프로필렌 분리 시스템.
  10. 분리 시스템에서 조 산화프로필렌 스트림으로부터 산화프로필렌을 분리시키기 위한 방법으로서,
    상기 조 산화프로필렌 스트림을 증류 탑에 공급하는 단계;
    메탄올과 물을 포함하는 불순물 스트림을 상기 증류 탑으로부터 디캔터에 배출하는 단계;
    탄화수소 용매를 상기 디캔터에 공급하는 단계;
    산화프로필렌과 탄화수소 용매를 포함하는 유기 상, 및 불순물 스트림으로 상기 디캔터에 공급되는 메탄올과 물의 대부분의 중량%을 포함하는 수성 상을 상기 디캔터에서 형성하는 단계;
    상기 수성 상을 물로 세정하고 그 세정된 수성 상을 상기 분리 시스템으로부터 내보내는 단계; 및
    상기 유기 상을 증류 탑에 보내는 단계를 포함하는, 분리 시스템에서 조 산화프로필렌 스트림으로부터 산화프로필렌을 분리시키기 위한 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 불순물 스트림을 배출하는 단계는, 불순물 스트림을 증류 탑의 탑정 응축기를 통해 상기 디캔터에 배출하는 것을 포함하고, 상기 방법은 증기 스트림을 상기 탑정 응축기로부터 내보내는 단계를 더 포함하는 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 불순물 스트림을 배출하는 단계는, 불순물 스트림을 증류 탑의 액체 측면 인출물을 통해 상기 디캔터에 배출하는 것을 포함하는 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    조 산화프로필렌 스트림으로 상기 증류 탑에 들어가는 산화프로필렌의 대부분을 포함하는 탑저 스트림을 증류 탑으로부터 배출하는 단계;
    상기 탑저 스트림으로부터 포름알데히드를 분리시키는 단계; 및
    수성 상을 물로 세정하는 물 세정 시스템에 상기 포름알데히드를 보내는 단계를 포함하는 방법.
  14. 산화프로필렌 분리 시스템으로서,
    처리된 조 산화프로필렌 스트림을 받고, 메탄올과 물을 포함하는 불순물 스트림을 배출하며, 또한 상기 처리된 조 산화프로필렌 스트림으로 들어가는 산화프로필렌의 대부분을 포함하는 탑저 스트림을 배출하도록 되어 있는 증류 탑;
    부식제를 상기 불순물 스트림의 적어도 일 부분과 혼합시켜 부식제 처리된 불순물 스트림을 주도록 되어 있는 혼합기; 및
    상기 부식제 처리된 불순물 스트림에 대해 수성 추출 및 유기 추출 모두를 실시하도록 되어 있는 역세(backwash) 탑을 포함하는, 산화프로필렌 분리 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 역세 탑은 부식제 처리된 불순물 스트림에 있는 메탄올과 물의 대부분을 포함하는 수성 스트림을 내보내도록 되어 있는, 산화프로필렌 분리 시스템.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 역세 탑은 탄화수소 용매와 산화프로필렌을 포함하는 유기 스트림을 상기 증류 탑에 배출하도록 되어 있는, 산화프로필렌 분리 시스템.
  17. 제 14 항에 있어서,
    조 산화프로필렌 스트림을 받고, 경질 성분을 제거하며, 또한 상기 조 산화프로필렌 스트림에 있었던 산화프로필렌의 대부분을 포함하는 경질물-증류 탑의 탑저 스트림을 배출하도록 되어 있는 경질물 증류 탑; 및
    상기 경질물-증류 탑의 탑저 스트림을 받고, 중질 성분을 제거하며, 또한 상기 경질물-증류 탑의 탑저 스트림에 있었던 산화프로필렌의 대부분을 포함하는 탑정 스트림을 배출하도록 되어 있는 중질물 증류 탑을 더 포함하고,
    상기 탑정 스트림은 상기 처리된 조 산화프로필렌 스트림을 포함하는, 산화프로필렌 분리 시스템.
  18. 제 14 항에 있어서,
    조 산화프로필렌 스트림을 받고, 그 조 산화프로필렌 스트림으로부터 중질 성분을 제거하며, 또한 상기 조 산화프로필렌 스트림에 있었던 산화프로필렌의 대부분을 포함하는 탑정 스트림을 배출하도록 되어 있는 중질물 증류 탑; 및
    상기 탑정 스트림을 받고, 그 탑정 스트림으로부터 중질 성분을 제거하며, 또한 상기 탑정 스트림에 있었던 산화프로필렌의 대부분을 포함하는 경질물-증류 탑의 탑저 스트림을 배출하도록 되어 있는 경질물 증류 탑을 더 포함하고,
    상기 경질물-증류 탑의 탑저 스트림은 상기 처리된 조 산화프로필렌 스트림을 포함하는, 산화프로필렌 분리 시스템.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상기 증류 탑의 하류에 배치되고 포름알데히드를 상기 혼합기에 내보내도록 되어 있는 추출 탑을 더 포함하고, 상기 포름알데히드는 증류 탑의 탑저 스트림으로부터 오는 캐리오버(carryover)인, 산화프로필렌 분리 시스템.
  20. 제 14 항에 있어서,
    상기 부식제는 수산화나트륨을 포함하는, 산화프로필렌 분리 시스템.
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