KR20180104570A - 크실렌의 모사 이동층 분리를 위한 프로세스, 및 최적화된 작동 조건 - Google Patents

크실렌의 모사 이동층 분리를 위한 프로세스, 및 최적화된 작동 조건 Download PDF

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Abstract

본 발명은 사이클 시간과 탈착제의 유속 사이의 특정 관계에 의해 작동 조건이 최적화된 크실렌의 모사 이동층 분리를 위한 프로세스를 기술한다.

Description

크실렌의 모사 이동층 분리를 위한 프로세스, 및 최적화된 작동 조건{PROCESS FOR THE SIMULATED MOVING BED SEPARATION OF XYLENES, AND OPTIMIZED OPERATING CONDITIONS}
본 발명은 다른 방향족 C8 이성질체로부터 파라크실렌을 분리하는 분야에 관한 것이다. 이러한 분리를 수행하기 위해, 모사 이동층 분리 프로세스 (SMB 로 약칭) 또는 모사 역류 분리 또는 실제로 VARICOL 프로세스로 알려진 일 패밀리의 프로세스 및 관련 장치가 사용되며, 이는 이하에서 SCC 분리 프로세스 (모사 역류 (simulated counter-current) 의 약자) 의 일반적인 용어로 칭한다. 더 정확하게는, 본 발명은 공급물에 함유된 파라크실렌의 유속에 대한 탈착제의 유속의 함수로서 사이클 시간을 획득함으로써 주어진 유닛에 대한 작동 조건을 최적화하려는 것이다.
SCC 분리는 종래 기술에서 잘 알려져 있다. 일반적으로, 모사 역류 모드로 작동하는 파라크실렌의 분리 프로세스는 적어도 4 개의 구역, 선택적으로는 5 또는 6 개의 구역을 포함하며, 이들 구역의 각각은 특정 수의 연속적인 층으로 구성되며, 각 구역은 공급 지점과 인출 지점 사이에 포함된 그의 위치에 의해 규정된다. 전형적으로, 파라크실렌의 제조를 위한 SCC 유닛에는, 분별화될 적어도 하나의 공급물 F (파라크실렌 및 다른 방향족 C8 이성질체 함유함) 및 종종 용리액으로 알려진 탈착제 D (일반적으로 파라디에틸벤젠 또는 톨루엔) 가 공급되고, 탈착제와 파라크실렌의 이성질체를 함유하는 적어도 하나의 라피네이트 R, 및 탈착제와 파라크실렌을 함유하는 추출물 E 가 상기 유닛으로부터 인출된다.
크실렌의 모사 이동층 분리를 위한 프로세스는 종래에는 탈착제의 높은 유동의 희생으로, 따라서 높은 작동 비용 (증류물의 리보일링, 펌프 등) 으로 생산성을 최대화하려는 세팅으로 작동된다.
본 발명은 낮은 탈착제 비율의 분야, 즉 탈착제의 유속 감소 (따라서, 작동 비용의 감소) 와 생산성 사이를 절충하는, 탈착제의 유속과 공급물의 유속 사이의 낮은 비율에 관한 것이다.
탈착제 유속과 사이클 시간 (즉, 원래 위치로 되돌아갈 때까지 유닛의 주입 및 인출이 칼럼을 따라 변화하는 시간) 사이의 링크를 구체적으로 다루는 종래 기술을 발견하지 못했다.
본 발명은 C8 이성질체 공급물에 함유된 파라크실렌의 모사 이동층 분리 및 정제를 위한 유닛을 서술하며, 공급물 중의 파라크실렌 함량은 18 중량% 내지 25 중량% 이고, 에틸벤젠 함량은 2 중량% 내지 15 중량%이다. 종래 기술과 비교하여, 이 유닛은 최적화된 세팅을 갖는다. 용어 "최적화된 세팅" 은 주어진 탈착제 비율에서 순도 및 수율 성능뿐만 아니라 최대 파라크실렌 생산성이 달성됨을 의미한다.
모사 이동층 크실렌 분리 유닛은 층 수가 4 내지 24, 바람직하게는 6 내지 18, 더 바람직하게는 8 내지 15 인 적어도 하나의 칼럼을 사용한다.
유닛의 구성은 다음과 같이 전체 유닛의 총 층 수 N_total 에 대해 구역 j (j 는 1 ~ 4) 의 평균 층 수 Nzj 를 규정함으로써 규정될 수 있다:
Nz1 = (N_total * 5/24) * (1±0.2)
Nz2 = (N_total * 9/24) * (1±0.2)
Nz3 = (N_total * 7/24) * (1±0.2)
Nz4 = (N_total * 3/24) * (1±0.2)
4 개의 크로마토그래픽 구역은 다음의 방식으로 규정된다:
Figure pat00001
구역 1 : 탈착제 D 의 주입과 추출물 E 의 인출 사이에 포함된, 파라크실렌 탈착 구역;
Figure pat00002
구역 2 : 추출물 E 의 인출과 분별화될 공급물 F 의 주입 사이에 포함된, 파라크실렌 이성질체를 위한 탈착 구역;
Figure pat00003
구역 3 : 공급물의 주입과 라피네이트 R 의 인출 사이에 포함된, 파라크실렌 흡착 구역;
Figure pat00004
구역 4 : 라피네이트 R 의 인출과 탈착제 D 의 주입 사이에 위치된 구역.
본 발명의 내용에 사용된 탈착제는 파라디에틸벤젠이다.
모사 이동층에 대한 최적화된 세팅은 가중 (weighted) 사이클 시간에 대한 탈착제 비율 쌍의 형태로 설명된다.
탈착제 비율은 공급물에 함유된 파라크실렌의 유속에 대한 탈착제의 유속의 비율이다.
사이클 시간은 흡착기 내의 동일한 위치에서 탈착제의 2 회 주입을 분리하는 시간 간격이다. 여기서, 인자:
Figure pat00005
로 곱해질 때 "가중" 이라 칭한다:
s-1 로 표현되는 비율
Figure pat00006
은 이하의 본 발명의 상세한 설명에 더 상세하게 기술된 바와 같이 돌파 (breakthrough) 실험에 의해 결정된다.
Lbed 는 미터로 표현되는 층의 길이를 나타내고, εi 는 흡착제 층의 평균 인터스티셜 다공성 (mean interstitial porosity) 을 나타낸다.
최적화된 사이클 시간 (칼럼에서의 동일한 위치에서 탈착제의 2 개의 주입을 분리하는 시간 간격) 은 다음의 인자를 사용하여 가중 사이클 시간으로부터 결정된다:
Figure pat00007
- 파라미터
Figure pat00008
는, 흡착제의 존재 하에 획득된 σ2 의 측정치가 불활성 비드에서 수행된 동일한 시험 중에 획득된 측정치 σ2 blank 보다 적어도 10 배, 바람직하게는 30 배 더 큰 것을 확인하기 위한 방식으로, 한편으로는 고체 흡착제로 그리고 다른 한편으로는 고체 흡착제와 동일한 직경을 갖는 한 세트의 불활성 비드로 수행되는 돌파 실험에 의해 결정되고,
- 층의 길이 (Lbed) 및 그의 인터스티셜 다공성 (εi) 을 알고,
- 파라크실렌 유속에 대한 탈착제 유속의 비율이, 따라서 최적의 탈착체 비율이 다음의 표를 사용하여 결정된다:
Figure pat00009
본 발명에 따른 모사 이동층 크실렌 분리 프로세스의 작동 조건은 다음과 같다:
- 작동 온도는 일반적으로 100 ℃ 내지 250 ℃, 바람직하게는 120 ℃ 내지 190 ℃, 더 바람직하게는 165 ℃ 내지 185 ℃ 이고,
- 압력은 공급물을 구성하는 크실렌 혼합물의 버블 압력 내지 3 ㎫ 이다.
본 발명의 청구항들에 따른 모사 이동층 크실렌 분리 프로세스를 위한 공급물 중의 수분 함량은 일반적으로 70 내지 140 ppm, 바람직하게는 80 내지 120 ppm 이다.
본 발명에 따른 크실렌 분리 프로세스에 사용되는 탈착제는 파라디에틸벤젠이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, "런 어라운드 (run around)" 유속을 감소시키고 프로세스의 작동 비용 (OPEX) 을 최적화하기 위하여, 낮은 탈착제 비율 범위에서 크실렌을 분리하기 위한 모사 이동층 (SMB) 프로세스를 최적화된 방식으로 세팅하는 것이다. 용어 "최적화된 세팅" 은 요구되는 레벨의 순도 및 수율 (전형적으로 99.5 % 이상, 바람직하게는 99.6 % 이상, 더 바람직하게는 99.7 % 이상의 파라크실렌 순도, 그리고 95 % 이상, 바람직하게는 96 % 이상, 더 바람직하게는 97 % 이상의 파라미터 수율) 을 보장하면서 일정 레벨의 생산성을 위한 탈착제의 최소 유속을 획득하는 데 사용될 수 있는 세팅을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
종래 기술에는 세팅을 최적화하는 방법이 없다.
본 발명은 다른 방향족 C8 이성질체와 관련된, 파라크실렌 18 내지 25 중량% 를 포함하는 공급물 F 로부터 고순도 파라크실렌을 생산하는 프로세스에 관한 것이다.
프로세스의 일 특징에 따르면, 본 발명에 따른 프로세스의 흡착제는 X 제올라이트 및 비제올라이트 상, 바람직하게는 바륨 또는 바륨과 칼륨으로 교환된 포자사이트 타입 제올라이트의 결정에 기초하는 제올라이트 흡착제이다.
전형적으로 적어도 99.7 중량% 의 상업적 순도를 갖는 파라크실렌의 SMB 분리는 n 개의 흡착제 층들을 포함하는 SMB 장치에서 수행되며, n 은 가능하게는 4 내지 24, 바람직하게는 6 내지 18 층, 더 바람직하게는 8 내지 15 층이다. 층 수는 각 층이 바람직하게는 70 ㎝ 내지 1.40 m 의 높이를 갖는 방식으로 세팅된다.
각 구역의 구성, 즉 본 발명에 따른 유닛의 구역당 평균 층 수는 고정된 층 수 (다양한 주입 또는 인출 지점을 위한 시프트가 동시에 이루어짐) 또는 가변적일 수 있다. 후자의 경우, 2 개의 주입 지점들과 2 개의 인출 지점들의 시프트는, 특허 FR 2 785 196 에 개시된 바와 같이, 사이클 중에 평균적으로 전체 수가 아닌 구역당 층 수를 획득하도록 하는 방식으로 동시에 일어나지 않는다.
유닛의 구성은 다음과 같이 전체 유닛의 총 층 수 N_total 에 대해 구역 j (j 는 1 ~ 4) 의 평균 층 수 Nzj 를 규정함으로써 규정될 수 있다. 이 표현에서, 첫 번째 인덱스 z 는 고려 중인 구역의 층 수이고, 1 에서 4 까지 변화하는 두 번째 인덱스 j 는 고려 중인 구역을 나타낸다.
Nz1 = (N_total * 5/24) * (1±0.2)
Nz2 = (N_total * 9/24) * (1±0.2)
Nz3 = (N_total * 7/24) * (1±0.2)
Nz4 = (N_total * 3/24) * (1±0.2)
상기 식을 적용함으로써, 비 정수의 층에 도달하는 것이 가능하다. 이러한 작동을 가능하게 하는 Eluxyl 프로세스의 변형 ("Varicol" 프로세스로 알려짐) 이 존재하므로, 이것은 본 발명의 내용에서 문제되지 않는다.
일반적으로 4 가지 크로마토그래픽 구역은 다음과 같이 규정된다:
Figure pat00010
구역 1 : 탈착제 D 의 주입과 추출물 E 의 인출 사이에 포함된, 파라크실렌 탈착 구역;
Figure pat00011
구역 2 : 추출물 E 의 인출과 분별화될 공급물 F 의 주입 사이에 포함된, 파라크실렌 이성질체를 위한 탈착 구역;
Figure pat00012
구역 3 : 공급물의 주입과 라피네이트 R 의 인출 사이에 포함된, 파라크실렌 흡착 구역;
Figure pat00013
구역 4 : 라피네이트 R 의 인출과 탈착제 D 의 주입 사이에 위치된 구역.
유리하게는, 주어진 층에의 탈착제의 2 회 주입 사이의 시간에 해당하는 사이클 시간은 3 내지 40 분, 바람직하게는 5 내지 35 분이다.
유리하게는, 크실렌 분리 프로세스는 175 ℃ ± 10 ℃ 의 온도에서 그리고 프로세스 온도에서의 크실렌의 버블 압력 내지 3 ㎫ 의 압력에서 작동된다.
유리하게는, 재순환 비율은 2.0 내지 8, 바람직하게는 2.5 내지 5 이다. 재순환 비율은 흡착기의 다양한 층에서 흐르는 평균 유속과 그 흡착기 내로의 공급물의 주입을 위한 유속 사이의 비율로서 규정된다.
액상의 수분 함량은 80 내지 120 ppm (중량 기준) 의 함량으로 유지된다.
본 발명에 따른 파라크실렌 분리 프로세스에서, 탈착제는 파라디에틸벤젠이다.
높은 흡착 능력 및 반응 혼합물로부터 분리될 종들 (species) 에 관한 양호한 선택도 특성에 더하여, 흡착제는 문헌 "Principles of Adsorption and Adsorption Processes" (John Wiley & Sons, (1984), 326 및 407 페이지) 에 기재된 것처럼 혼합물 중의 종들의 효과적인 분리를 수행하기에 충분한 수의 이론적인 플레이트를 보장하기 위해 양호한 물질 전달 특성 (material transfer properties) 을 가져야 한다.
흡착제 층의 전체적인 물질 전달을 평가하기 위해, 간단한 기술은 칼럼에 채워진 흡착제가 칼럼 입구에서 농도의 변화 (perturbation) 를 받는 크로마토그래피 실험을 수행하는 것으로 이루어진다. 이 기술은 다음의 문서에 기술되어 있다:
Silva, M. S. P.; Moreira, M. A.; Ferreira, A. F. P.; Santos, J. C.; Silva, V. M. T. M.; Sa Gomes, P.; Minceva, M.; Mota, J. P. B.; Rodrigues, A. E. "Adsorbant Evaluation Based on Experimental Breakthrough Curves: Separation of p-Xylene from C8 Isomers", Chem. Eng. Technol. 2012, 35, 1777-1785.
입구에서의 농도 변화에 대한 응답으로 c(t) 로 나타낸 시간의 함수로서 칼럼으로부터 출구에서의 농도 전면 (concentration front) 의 분석은 흡착 및 전체 물질 전달 특성을 평가하는데 사용될 수 있다.
입구에서의 변화가 농도 스케일일 때, 수행되는 실험은 "돌파" 실험으로 알려져 있으며, 시간의 함수로서 칼럼으로부터 출구에서 획득된 농도 전면은 "돌파 곡선" 으로 알려져 있다.
Kaeger, Ruthven 및 Theodorou, ed. Wiley 에 의한 문헌 "Diffusion in Nanopores" (2012) 에는, 모멘트법을 사용한 크로마토그래픽 칼럼의 실험적 응답의 분석이 제 14 장, 464-465 페이지에 기술되어 있다.
농도 스케일
Figure pat00014
에 응답한 돌파의 경우, 시간의 함수로서 칼럼으로부터 출구에서의 농도 전면 c(t) 의 일차 및 이차 모멘트는 다음의 식으로 주어진다:
μ. 돌파 곡선의 일차 모멘트, 즉 농도 전면이 크로마토그래픽 칼럼에서 나오는 평균 시간
Figure pat00015
:
Figure pat00016
σ2, 농도 전면의 분산으로서 해석되는 돌파 곡선의 중심적인 (centred) 이차 모멘트:
Figure pat00017
c(t) 는 입구에서 도입된 변화
Figure pat00018
를 뒤따르는 시간의 함수로서의 농도 함수이다.
σ2 의 측정치가 칼럼 및 시험 공구의 라인에서의 유체역학에 링크된 분산뿐만 아니라 흡착제의 전체 물질 전달을 나타내는 것을 보장하는 것이 중요하다. 이를 달성하기 위해, 흡착제로 충전된 칼럼으로 수행되는 시험과 동일한 조건 하에서 돌파 시험이 수행되어야 하지만, 흡착제의 직경에 필적하는 직경을 갖는 유리 비드로 칼럼을 충전한다. 흡착제의 존재 하에 획득된 σ2 의 측정치는 흡착제 부존재 하에 이 시험 중에 획득된 측정치 σ2 blank 보다 적어도 10 배, 바람직하게는 30 배 더 높아야 한다.
사이클 시간은 공급물, 탈착제 주입의 유속, 및 추출물 및 라피네이트의 인출의 유속과 같은 작동 파라미터들 (사례별로 프로세스의 조작자에 의해 규정됨) 중의 하나이다. 현재의 종래 기술에서 세팅을 위한 조직적인 방법은 없다.
본 발명은
- 공급물 중의 파라크실렌의 유속 QPX 에 대한 탈착제 유속 QD 의 비율로서 표현되는, 탈착제 비율,
- 돌파의 중심적인 이차 모멘트 σ2, 층의 길이 Lbed, 및 고체 흡착제의 파일 (pile) 의 다공성 εi 의 곱에 대한 돌파의 일차 모멘트 μ 의 비율에 의해 가중된, 프로세스의 최소 사이클 시간 tcycle :
Figure pat00019
사이의 관계를 기술한다.
따라서, 가중 사이클 시간은 실험적으로 획득된 돌파 곡선의 일차 및 이차 모멘트인 파라미터의 그룹 및 층을 나타내는 2 개의 파라미터: 그의 길이 (Lbed) 및 그의 인터스티셜 다공성 (εi) 에 의해 사이클 시간에 링크된다. 따라서, 가중 사이클 시간의 단위는 길이의 역수이고, 따라서 m-1 로 표현된다.
따라서 기술된 본 발명은 고체 흡착제 물질 전달 특성 및 사이클 시간에 대한 가중 인자에 의해 설명되는 프로세스의 구성에 관계없이 적용 가능하다.
일차 및 이차 돌파 모멘트는 시험의 온도 조건, 즉 175 ℃ 하에서 1.30 ㎝/s ± 0.05 ㎝/s 와 동일한, 돌파 실험 중에 주입된 혼합물의 주어진 공탑 속도에 대해 그리고 1.00 m ± 0.01 m 와 동일한, 고체 흡착제가 채워진 칼럼의 주어진 길이에 대해 결정된다.
본 발명에 의해 기술된 최적화된 세팅은 아래 표에 제시되어 있다:
Figure pat00020
이 지점들은 파라크실렌 생산성이 고려 중인 탈착제 비율에서 최대인 최적의 세팅을 묘사한다.
- 탈착제 비율이 더 낮거나 가중 사이클 시간이 더 작은 세팅은 프로세스의 순도 및 수율과 관련하여 목표에 이를 수 없다.
- 탈착제 비율이 더 높거나 가중 사이클 시간이 더 높은 세팅은 성능을 발휘할 수 있지만, 파라크실렌 생산성이 최적 값보다 더 낮거나 탈착제 비율이 이 생산성에 대해 가능한 한 낮지 않다. 따라서, 의도는 이러한 흥미있는 세팅에 가능한 한 근접하는 것이다.
본 발명에 따른 예
본 발명은 다음의 3 가지 예로부터 더 잘 이해될 것이다: 제 1 예는 본 발명에 따라 최적화된 방식으로 세팅된 유닛에 해당하고; 제 2 예는 동일한 탈착제 비율로 세팅된 "저성능 (under-performing)" 유닛에 해당하고, 제 3 에는 동일한 탈착제 비율로 세팅된 "고성능 (over-performing)" 유닛에 해당한다.
주입된 유체의 공탑 속도의 함수로서 감소된 2 차 모멘트
Figure pat00021
를 평가할 목적으로 흡착제에 돌파 시험 (프론트 크로마토그래피) 이 수행되었다. 돌파는 흡착제로 충전된 칼럼을 통해 흡착될 화합물들 중의 하나 이상을 함유하는 공급물의 연속적인 주입으로 구성되었다. 칼럼은 용매로 포화되었다. 사용된 칼럼은 길이가 1.00 미터이었고 0.77 ㎝ 의 내부 직경을 가졌으며; 이 시험을 위한 고체 흡착제의 양은 약 40 g 이었다.
돌파 곡선을 획득하기 위한 작동 모드는 다음과 같았다:
o 고체 흡착제로 칼럼을 충전하고 시험 벤치에 위치시킨다.
o 주위 온도에서 용매로 충전한다.
o 용매 스트림에서 흡착 온도를 서서히 올린다 (5 ㎤/min 로 세팅된 주위 온도에서의 유속).
o 흡착 온도에 도달하는 때 30 ㎤/min (주위 온도에서 세팅된 유속) 에서 용매를 주입한다.
o 공급물을 주입하기 위한 용매/공급물 전환 (30 ㎤/min 로 세팅된 주위 온도에서의 유속).
o 폐쇄된 바이알에서 돌파 유출물을 연속적으로 그리고 점차적으로 수집하고, 기체 상 크로마토그래피에 의해 바이알에 수집된 유출물을 분석한다.
o 열역학적 평형에 도달하기에 충분한 시간 동안, 즉 유출물 중의 용매 농도가 0 이 될 때까지 공급물의 주입을 유지한다.
사용된 용매는 오르톡실렌이었다. 사용된 공급물은 오로지 메타크실렌으로 구성되었다.
시험은 175 ℃ 의 흡착 온도로 수행되었다. 압력은 공급물이 액체 상으로 유지되기에 충분하였고, 즉 1 ㎫ 이었다.
2 개의 시험이 수행되었다: 400-600 ㎛ 의 입도 (granulometry) 를 갖는 글라스 비드로 충전된 칼럼을 사용한 제 1 시험 (이로부터 σ2 blank 가 평가되었음), 및 400-600 ㎛ 의 입도를 갖는 흡착제로 충전된 동일한 칼럼 (또는 동등한 칼럼) 을 사용한 제 2 시험 (이로부터 일차 모멘트 μ 및 중심적인 이차 모멘트 σ2 가 평가되었음).
결과는 아래 표에 기재되어 있다:
Figure pat00022
돌파 실험으로부터 이차 모멘트의 결정
예 1 (최적으로 세팅된 유닛):
1.24 m 의 길이, 39.6 % 의 인터스티셜 다공성, 및 1.05 m 의 내부 반경을 각각 갖는 15 개의 층으로 구성된 모사 이동층 유닛이 고려되었고, 공급물 주입, 탈착제 주입, 추출물의 인출 및 라피네이트의 인출을 갖는다.
고려된 흡착제는 비율 μ/σ2 = 7.69 1/min 으로, 전술한 방법을 사용한 돌파를 특징으로 하는 제올라이트 BaX 타입 고체였다.
탈착제는 파라디에틸벤젠이었다. 온도는 175 ℃ 이었고; 압력은 15 bar 이었다. 수분 함량은 95 ppm (중량 기준) 이었다.
분리될 공급물은 20 % 의 파라크실렌, 27.3 % 의 오르톡실렌, 47.7 % 의 메타크실렌 및 5 % 의 에틸벤젠으로 구성되었다.
다양한 주입 또는 인출 지점을 위한 시프트는 동시에 이루어졌다. 층들은 구성 3/6/4/2 에 따라 4 개의 크로마토그래픽 구역으로 나누어졌다.
공급물 및 탈착제의 주입을 위한 유속은 다음과 같았다:
- 공급물의 경우 0.586 m3.min-1,
- 탈착제의 경우 0.577 m3.min-1.
그리고, 구역 4 의 유속은 1.522 m3.min-1 이었고, 추출물의 인출 유속은 0.286 m3.min-1 이었다. 가중 사이클 시간은 396.1 m -1 이었다.
시뮬레이션에 의해, 87.2 kgPX.h-1.m-3 의 생산성으로 파라크실렌 순도에 대해 99.78 % 의 순도 및 97.7 % 의 파라크실렌 수율이 획득되었다.
순도 및 파라크실렌 수율의 측면에서 이러한 레벨의 성능은 프로세스의 목표에 부합하였고, 다음 예들에 대한 기준으로서 사용되었다.
예 2 ("저성능" 유닛):
예 1 에 제시된 파라크실렌 순도 및 수율의 측면에서 최적의 방식으로 세팅된 것으로 생각되는 유닛으로부터 시작하여, 동일한 탈착제 비율을 유지하면서 생산성을 향상시키기 위해 사이클 시간은 감소되어야 했다.
다시, 1.24 m 의 길이, 39.6 % 의 인터스티셜 다공성, 및 1.05 m 의 내부 반경을 각각 갖는 15 개의 층으로 구성된 모사 이동층 유닛이 고려되었고, 공급물 주입, 탈착제 주입, 추출물의 인출 및 라피네이트의 인출을 갖는다.
고려된 흡착제는 비율 μ/σ2 = 7.69 1/min 으로, 전술한 방법을 사용한 돌파를 특징으로 하는 제올라이트 BaX 타입 고체였다.
탈착제는 파라디에틸벤젠이었다. 온도는 175 ℃ 이었고; 압력은 15 bar 이었다. 수분 함량은 95 ppm (중량 기준) 이었다.
공급물은 20 % 의 파라크실렌, 27.3 % 의 오르톡실렌, 47.7 % 의 메타크실렌 및 5 % 의 에틸벤젠으로 구성되었다.
다양한 주입 또는 인출 지점을 위한 시프트는 동시에 이루어졌다. 층들은 구성 3/6/4/2 에 따라 4 개의 크로마토그래픽 구역으로 나누어졌다.
공급물 및 탈착제의 주입을 위한 유속은 다음과 같았다:
- 공급물의 경우 0.623 m3.min-1,
- 탈착제의 경우 0.613 m3.min-1.
그리고, 구역 4 의 유속은 1.618 m3.min-1 이었고, 추출물의 인출 유속은 0.304 m3.min-1 이었다. 가중 사이클 시간은 372.6 m -1 이었다.
시뮬레이션에 의해, 92.2 kgPX.h-1.m-3 의 생산성으로 파라크실렌 순도에 대해 99.65 % 의 순도 및 97.1 % 의 파라크실렌 수율이 획득되었다. 따라서, 이러한 방식으로 세팅된 유닛은 각각 99.78 % 및 97.7 % 이었던 순도 및 수율 목표에 비해 "저성능" 이었다.
예 3 ("고성능" 유닛)
예 1 에서 고려한 유닛으로부터 출발하여, 동일한 탈착제 비율을 유지하면서 순도 및 파라크실렌 수율의 측면에서 성능을 향상시키기 위해 사이클 시간은 증가되어야 했다.
다시, 1.24 m 의 길이, 39.6 % 의 인터스티셜 다공성, 및 1.05 m 의 내부 반경을 각각 갖는 15 개의 층으로 구성된 모사 이동층 유닛이 고려되었고, 공급물 주입, 탈착제 주입, 추출물의 인출 및 라피네이트의 인출을 갖는다.
고려된 흡착제는 비율 μ/σ2 = 7.69 1/min 으로, 전술한 방법을 사용한 돌파를 특징으로 하는 제올라이트 BaX 타입 고체였다.
탈착제는 파라디에틸벤젠이었다. 온도는 175 ℃ 이었고; 압력은 15 bar 이었다. 수분 함량은 95 ppm (중량 기준) 이었다.
공급물은 20 % 의 파라크실렌, 27.3 % 의 오르톡실렌, 47.7 % 의 메타크실렌 및 5 % 의 에틸벤젠으로 구성되었다.
다양한 주입 또는 인출 지점을 위한 시프트는 동시에 이루어졌다. 층들은 구성 3/6/4/2 에 따라 4 개의 크로마토그래픽 구역으로 나누어졌다.
공급물 및 탈착제의 주입을 위한 유속은 다음과 같았다:
- 공급물의 경우 0.553 m3.min-1,
- 탈착제의 경우 0.544 m3.min-1.
그리고, 구역 4 의 유속은 1.437 m3.min-1 이었고, 추출물의 인출 유속은 0.270 m3.min-1 이었다. 가중 사이클 시간은 419.6 m -1 이었다.
시뮬레이션에 의해, 82.7 kgPX.h-1.m-3 의 생산성으로 파라크실렌 순도에 대해 99.85 % 의 순도 및 98.1 % 의 파라크실렌 수율이 획득되었다. 이러한 방식으로 세팅된 유닛은 각각 99.78 % 및 97.7 % 이었던 순도 및 수율 목표에 비해 "고성능" 이었다.
이 예들은 주어진 탈착제 비율에서 최적의 성능, 즉 이러한 세팅에서 최대 생산성뿐만 아니라 순도 및 파라크실렌 수율에 대한 목표 레벨을 동시에 획득하는데 사용될 수 있는 사이클 시간을 결정하기 위해 본 발명에 따른 프로세스를 셋업하는 좋은 실례를 제공한다.

Claims (5)

  1. 순도 및 파라크실렌 수율을 최적화할 목적의, 크실렌의 모사 이동층 분리를 위한 프로세스로서,
    공급물 중의 파라크실렌 함량이 20 중량% 내지 25 중량% 이고,
    상기 프로세스는 4 내지 24, 바람직하게는 6 내지 18, 더 바람직하게는 8 내지 15 범위 내의 다수의 층들을 사용하고,
    다양한 구역들에서의 층들의 분포가 총 층 수 N_total 에 상관없이 적용 가능한 일반식:
    Nz1 = (N_total * 5/24) * (1±0.2)
    Nz2 = (N_total * 9/24) * (1±0.2)
    Nz3 = (N_total * 7/24) * (1±0.2)
    Nz4 = (N_total * 3/24) * (1±0.2)
    에 의해 주어지고,
    4 개의 크로마토그래픽 구역이 다음의 방식으로 규정되고:
    Figure pat00023
    구역 1 : 탈착제 D 의 주입과 추출물 E 의 인출 사이에 포함된, 파라크실렌 탈착 구역;
    Figure pat00024
    구역 2 : 상기 추출물 E 의 인출과 분별화될 상기 공급물 F 의 주입 사이에 포함된, 파라크실렌 이성질체를 위한 탈착 구역;
    Figure pat00025
    구역 3 : 상기 공급물의 주입과 라피네이트 R 의 인출 사이에 포함된, 파라크실렌 흡착 구역;
    Figure pat00026
    구역 4 : 상기 라피네이트 R 의 인출과 상기 탈착제 D 의 주입 사이에 위치된 구역,
    - 칼럼에서의 동일한 위치에서 탈착제의 2 개의 주입을 분리하는 시간 간격으로서 규정되는 최적화된 사이클 시간이 다음의 보정 인자를 사용하여 가중 사이클 시간으로부터 결정되고:
    Figure pat00027

    - 파라미터
    Figure pat00028
    는, 흡착제의 존재 하에 획득된 σ2 의 측정치가 불활성 비드에서 수행된 동일한 시험 중에 획득된 측정치 σ2 blank 보다 적어도 10 배, 바람직하게는 30 배 더 큰 것을 확인하기 위한 방식으로, 한편으로는 고체 흡착제로 그리고 다른 한편으로는 상기 고체 흡착제와 동일한 직경을 갖는 한 세트의 상기 불활성 비드로 수행되는 돌파 (breakthrough) 실험에 의해 결정되고,
    - 층의 길이 (Lbed) 및 그 층의 인터스티셜 다공성 (interstitial porosity: εi) 을 알고,
    - 파라크실렌 유속에 대한 탈착제 유속의 비율이, 따라서 최적의 탈착체 비율이 다음의 표를 사용하여 결정되는, 크실렌의 모사 이동층 분리를 위한 프로세스.
    Figure pat00029
  2. 제 1 항에 있어서,
    작동 온도가 100 ℃ 내지 250 ℃, 바람직하게는 120 ℃ 내지 190 ℃, 더 바람직하게는 165 ℃ 내지 185 ℃ 이고, 압력이 상기 공급물을 구성하는 크실렌 혼합물의 버블 압력 내지 3 ㎫ 인, 크실렌의 모사 이동층 분리를 위한 프로세스.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 공급물 중의 수분 함량이 70 내지 140 ppm, 바람직하게는 80 내지 120 ppm 인, 크실렌의 모사 이동층 분리를 위한 프로세스.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 탈착제는 파라디에틸벤젠인, 크실렌의 모사 이동층 분리를 위한 프로세스.
  5. 제 1 항에 있어서,
    재순환 비율이 2.0 내지 8, 바람직하게는 2.5 내지 5 이고, 상기 재순환 비율은 흡착기의 다양한 층에서 흐르는 평균 유속과 상기 흡착기 내로의 공급물의 주입을 위한 유속 사이의 비율로서 규정되는, 크실렌의 모사 이동층 분리를 위한 프로세스.
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