KR20210094595A

KR20210094595A - 글리콜-물 혼합물의 분리 방법 및 반응기 시스템

Info

Publication number: KR20210094595A
Application number: KR1020217018994A
Authority: KR
Inventors: 안드레 바니에르 드 한; 잔 볼커트 잔더
Original assignee: 아이오니카 테그놀로지스 비.브이.
Priority date: 2018-11-21
Filing date: 2019-11-20
Publication date: 2021-07-29
Also published as: JP2022511741A; US20220009864A1; ES2926827T3; CN113166009A; NL2022037B1; EP3883912A1; WO2020104552A1; EP3883912B1; CN113166009B

Abstract

분리 방법은 폴리알코올 화합물을 물로부터 분리하여 산출물 농도가 적어도 90 중량%인 폴리알코올 화합물을 포함하는 정제된 생성물 스트림을 수득한다. 여기에, 폴리알코올 화합물과 물의 혼합물이 제공되며, 상기 혼합물은 폴리알코올 농도를 갖는다. 혼합물의 폴리알코올 농도는 증발 단계에서 증가하며, 이 중 적어도 일부는 제1 압력에서 작동된다. 이어서, 혼합물을 증류 단계에서 처리하여, 산출물 농도가 적어도 90 중량%인 폴리알코올 화합물을 포함하는 스트림을 전달하고, 증류 단계는 제2 압력에서 작동된다. 본 명세서에서, 증류 단계는 선택적으로 제3 압력으로 압축되고 증발 단계에 연결되는 증기 산출물을 생성하도록 작동된다. 제2 압력 및/또는 임의의 제3 압력은 제1 압력보다 높다. 반응기 시스템은 상기 분리 방법을 수행하도록 구성된다.

Description

글리콜-물 혼합물의 분리 방법 및 반응기 시스템

본 발명은 물로부터 폴리알코올 화합물을 적어도 부분적으로 분리하여, 폴리알코올 화합물을 적어도 90 중량%의 산출물 농도로 포함하는 정제된 생성물 스트림을 수득하는 방법에 관한 것으로, 이 방법은 폴리알코올 화합물과 물의 혼합물을 제공하는 단계, 및 상기 혼합물을 증류 단계에서 처리하여 폴리알코올 화합물의 농도를 증가시키는 단계를 포함한다.

또한, 본 발명은 상기 방법을 수행하기 위한 반응기 시스템에 관한 것이다.

글리콜과 같은 폴리알코올 화합물은 천연 가스의 정제, 에틸렌 옥사이드, 폴리에틸렌 글리콜 및 폴리프로필렌 글리콜의 제조 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET)와 같은 폴리에스테르의 중합 및 일반적으로 폐기물의 리사이클링의 한 단계로서 이러한 폴리에스테르의 탈중합(depolymerisation)을 포함하는 다양한 화학 공정에 사용된다. 가장 일반적으로 사용되는 글리콜 중 하나는 에틸렌 글리콜이다.

일반적으로, 이러한 글리콜의 사용 결과로서, 물을 갖는 혼합물이 얻어진다. 당 업계에 잘 알려진 문제는 글리콜 또는 다른 폴리알코올 화합물의 순수한 또는 거의 순수한 스트림의 재생이 진공 증류 및 많은 에너지를 소비하는 다른 처리가 필요하다는 점이다. 또한, 혼합물에 존재하는 추가 화합물이 증발하여, 잠재적으로 환경 오염을 초래할 위험이 있다. 결과적으로, 역삼투(reverse osmosis), 막 증류, 과증발(pervaporation), 진공 증류, 오존화, 활성탄 흡수 사용, 스트리핑(stripping) 및 이온 교환을 통한 알데히드 분리를 포함하여, 물에서 글리콜을 정제하기 위한 몇 가지 공정이 고려되었다. 이러한 방법의 다수는 수성 폐기물 스트림에서 글리콜의 농도를 감소시키는데 중점을 둔다. 정제된 글리콜 또는 다른 폴리알코올을 얻기 위한 혼합물의 정제를 위해, 일반적인 접근법은 (진공) 증류, 역삼투, 과증발 및/또는 이들의 조합이다.

하나의 특정 방법은 US2,218,234로부터 알려져 있다. 이 특허는 이소프로필 알코올 (50-75%), 에틸렌 글리콜 (10-30%), 물, 염료 및 염 (총 5-15%)의 분리 방법을 개시한다. 첫 번째 단계에서, 혼합물을 증류 처리하여, 이소프로필 알코올과 약간의 물을 제거한다. 잔류물은 공급 탱크를 통과하고, 그곳으로부터 다른 증류 컬럼으로 공급된다. 그 후, 톨루엔과 같이 140 ℃ 미만에서 끓는 탄화수소는 두 번째 증류 컬럼에 증기로서 첨가된다. 톨루엔의 존재로 인해, 글리콜의 특별한 탈수는 없지만, 약 109 ℃의 온도에서 톨루엔이 글리콜과 물을 전달한다. 따라서, 이는 글리콜에서 물을 제거하는 효과적인 방법을 제공하지 못한다.

다른 방법은 US4,332,643으로부터 알려져 있다. 이 방법은, 물과 글리콜의 "희석된" 혼합물로부터 시작하여 적어도 99.9%의 농도로 트리에틸렌글리콜과 같은 글리콜을 제공하는 것을 목적으로 한다. 이 희석된 혼합물은 환류 콘덴서 냉각제(reflux condenser coolant)로 사용되며, 여기서 140-150 ℉ (60-65 ℃)로 가열되어 3상 분리기(three-phase separator)로 이어져, 임의의 가스가 분리된다. 그 후, 이는 약 94.5 중량%의 농도를 가지며, 증류 컬럼으로 유도되며, 이는 98.5-99.0 중량%로 농축된다. 농축된 글리콜은 198 ℃의 온도에서 작동하는 리보일러(reboiler)로 이동한 후, 198-221 ℃의 온도에서 작동하는 물 배출기(water exhauster)로 이동한다. 이는 초기 농도가 이미 90 중량% 이상이면서, 물이 없는 글리콜을 얻기 위한 고가의 공정이다.

다시, 추가 방법과 시스템은 US5,234,552로부터 알려져 있다. 개시된 발명의 목적은 글리콜 탈수 동안 방향족 화합물이 대기로 방출되는 것을 방지하는 것이다. 이러한 방출은 증기 형태의 액체인 물과 탄화수소를 포함한다. 개시된 시스템은 증류액 우물(distillate well)에서 나오는 사용 가능한 가스 및 탄화수소를 분리하기 위한 저온 분리 시스템을 포함한다. 여기에, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜과 같은 건조제(desiccant)가 주입되어, 분리기를 일부 탄화수소와 함께 글리콜과 물의 혼합 스트림으로 남긴다. 이 스트림은 350-400 ℉ (177-204 ℃)의 온도에서 작동하는 글리콜 리보일러로 전달된다. 그러나, 이 온도는 물의 대기 끓는점보다 훨씬 높다. 즉, 에너지 효율적인 방법이 아니며, 이를 개선하고자 한다.

대안적인 방법은 US5,269,933으로부터 알려져 있다. 여기서, 글리콜 농도가 약 20 중량% (일반적으로 5-70 중량%)인 글리콜/물 혼합물은 적어도 90 중량%, 바람직하게는 적어도 95 중량%의 농도로 글리콜에 농축된다. 글리콜/물 혼합물은 먼저 증류에 의해 처리되며, 이는 상압뿐만 아니라 감압 (진공 증류)에서 수행될 수 있다. 다음 단계는 물 선택성 막(water-selective membrane)을 사용하여 투과 증발(pervaporation)을 적용하고, 투과면에서 20-150 mbar의 압력을 적용하여 유기 유체를 농축하는 것이다. 증류에서 얻은 물 스트림은 20-70 bar의 압력으로 역삼투압으로 추가 처리된다. 그러나, 저압의 투과 증발(0.2 bar 미만)은 깊은 진공이며, 역삼투압의 압력이 높다. 이들 모두 작업을 복잡하게 만든다.

따라서, 매우 높고 매우 낮은 압력의 사용이 방지되거나 적어도 상당히 제한되는, 글리콜과 같은 폴리알코올 화합물의 탈수를 위한 에너지 효율적인 공정이 여전히 필요하다.

또한, 이러한 공정이 구현될 수 있는 반응기 시스템이 필요하다.

따라서, 제1 측면에 따라서, 본 발명은, 산출물(output) 농도가 적어도 90 중량%인 폴리알코올 화합물을 포함하는 정제된 생성물 스트림을 수득하기 위해, 폴리알코올 화합물을 물로부터 적어도 부분적으로 분리하는 방법을 제공한다. 본 발명의 방법은, (1) 폴리알코올 화합물 및 물의 혼합물을 제공하는 단계로, 상기 혼합물은 폴리알코올 농도를 갖는 것인, 단계; (2) 상기 혼합물의 폴리알코올 농도를 증발 단계(evaporation stage)에서 증가시키는 단계로, 이의 적어도 일부는 제1 압력에서 작동하는 것인, 단계; (3) 상기 혼합물을 증류 단계(distillation stage)에서 처리하여, 산출물 농도가 적어도 90 중량%인 폴리알코올 화합물을 포함하는 스트림을 전달하는 단계로, 여기서 증류 단계는 제2 압력에서 작동하는 것인, 단계;를 포함한다. 본 발명에 따라서, 상기 증류 단계는, 제3 압력으로 선택적으로 압축되고 열 교환에 의해 증발 단계와 연결되는 증기 산출물(steam output)을 생성하도록 작동하고, 상기 제2 압력 및/또는 임의의 제3 압력은 제1 압력보다 높다.

제2 측면에 따라서, 본 발명은 폴리알코올 화합물을 물로부터 분리하여, 산출물 농도가 적어도 90 중량%인 폴리알코올 화합물을 포함하는 정제된 생성물 스트림을 수득하기 위한 반응기 시스템(reactor system)을 제공한다. 본 발명의 반응기 시스템은 수중 폴리알코올 화합물의 혼합물의 주입구 및 폴리알코올 화합물에서 농축된 스트림의 배출구를 포함하는 증발 단계로, 상기 증발 단계는 제1 압력에서 상기 증발 단계의 적어도 일부에서 작동을 위해 구성되는 것인, 증발 단계를 포함한다. 반응기 시스템은 상기 증발 단계로부터 도달하는 폴리알코올 화합물에서 농축된 스트림의 주입구, 정제된 생성물 스트림의 배출구, 및 증기 산출물의 배출구를 포함하는 증류 단계를 더 포함하고, 상기 증류 단계는 제2 압력에서 작동을 위해 구성되고, 상기 증기 산출물은 열 교환에 의해 증발 단계에 연결되고, 상기 증기 산출물은 선택적으로 제3 압력으로 압축되어, 제2 압력 또는 임의의 제3 압력은 제1 압력보다 높다.

본 발명자들은, 특히 US5,269,933에서와 같이, 글리콜 농도가 약 20 중량%인 대신에 50 중량% 초과일 때, 물-글리콜 혼합물의 끓는점이 에틸렌 글리콜의 농도에 따라 빠르게 증가하는 경향이 있음을 발견했다. 그러나, 이러한 증가는 증발 및 증류 단계를 연속적으로 배열함으로써 방지 또는 적어도 강하게 억제할 수 있으며, 다중 증류 단계 또는 이펙트(effect)를 갖는 설비에서 일반적인 바와 같이, 압력이 반대인 대신 첫번째 단계에서 마지막 단계로 증가한다. 또한, 에너지 효율은, 증류 단계로부터의 증기가 증발 단계의 적어도 일부를 가열하는데 사용되도록 유지된다. 여기에, 증기 산출물은 증발 단계에서 컬럼 또는 이펙트에 연결된다. 증발 단계가 증류 컬럼 및/또는 플래시 용기(flash vessel)를 포함하는 경우, 커플링(coupling)은 열-교환기(heat-exchanger)를 통해 발생한다. 적합하게는, 열 교환기는, 혼합물의 배출구 스트림의 일부와 증기의 스트림 사이의 열을 교환하고, 상기 일부는 상기 증류 컬럼 또는 플래시 용기로 되돌아간다. 증발 단계가 다중 효용 증발법(multi-effect distillation)을 위한 설비를 포함하는 경우, 증기의 스트림은 이의 가열 채널에 적용될 수 있다. 바람직하게는, 시스템은 대기압에서 정의되는 바와 같이 단계 내의 증발 온도가 대기압에서 순수한 물의 끓는점보다 최대 30 ℃ 초과, 더욱 바람직하게는 최대 20 ℃ 초과가 되도록 구성된다.

본 발명의 하나의 적합한 양태에서, 증발 단계는 적어도 하나의 플래시 용기를 포함한다. 이러한 플래시 용기는 잘 알려져 있고, 공정 산업에서 견고한 장치이다. 이는, 고온에서 작동하는 다른 반응기를 비울 때와 같이 열이 사용 가능해지는 경우와 같이 가끔 일시적으로 공급되는 추가 에너지를 흡수할 수 있는 이점이 있다. 간헐적으로 사용 가능해지는 에너지를 전달하기 위해, 완충액 탱크를 사용할 수 있다. 대안적으로, 상기 다른 반응기로부터의 물질을 증류 단계로 직접 첨가할 수 있다. 그 후, 추가된 열은 열 교환기를 통해 증발 단계로 전달된다. 복수의 플래시 용기를 직렬로 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 직렬의 반응기 (또는 용기)는, 압력이 단계적으로 증가될 수 있고 각각의 반응기가 증발된 물의 양이 각각 유사하거나 동일하도록 구성될 수 있도록 할 수 있다. 용어 '유사한(similar)'은 본 명세서에서 25% 이하의 변동을 말한다.

바람직하게는, 적어도 하나의 플래시 용기는 리보일러(reboiler)가 제공된다. 이는 플래시 용기의 하단에서 증기를 생성하는 효과적인 수단이다. 리보일러는 당업자에게 알려진 바와 같이 플래시 용기의 외부 또는 내부에 있을 수 있다. 바람직하게는, 리보일러의 작동에 필요한 열은 보다 다운스트림에 위치한 용기로부터 공급된다. 특히, 이러한 다운스트림에 있는 용기를 떠나는 증기 스트림은 이에 적합한 것으로 간주된다. 본 발명에 따르면, 보다 다운스트림에 있는 용기가 더 높은 압력에서 작동된다는 것이 관측된다. 따라서, 이러한 다운스트림에 있는 용기로부터의 증기의 온도는 리보일러가 연결되는 용기의 온도보다 더 높다. 그 결과, 열 교환은 매우 효과적일 것이다.

추가 양태에서, 적어도 하나의 플래시 용기는 공급물 주입구와 리보일러로부터의 리사이클 스트림의 주입구 사이에 증류 트레이(distillation tray)를 포함한다. 하나의 양태에서, 증발 단계는 직렬로 제1, 제2 및 제3 용기와 같은 복수의 용기를 포함하고, 제3 및 제2 용기는 이러한 증류 트레이가 제공되는 것이 매우 바람직하다. 이러한 증류 트레이의 존재는 에너지 소모를 현저히 감소시키는 것을 발견했다. 바람직하게는, 용기 당 증류 트레이의 수는 적어도 2개, 예를 들면 10개 이하, 더욱 바람직하게는 3개 내지 5개와 같은 6개 이하이다. 그러나, 용기는 임의의 환류(refluxing)를 위한 수단을 포함하지 않기 때문에, 증류 컬럼(distillation column)이 아니다. 결과적으로, 증류 컬럼의 온도는 제1 성분(즉, 폴리알코올)과 제2 성분(즉, 물)의 끓는점 사이에 있지만, 증류 트레이가 있는 플래시 용기에서는 필요하지 않다. 사용 가능한 모든 용기에 대해 증류 트레이의 수가 동일할 필요는 없다.

대안적으로, 증발 단계는 다중 효용 증발법 설비로 적어도 부분적으로 구현된다. 이의 사용은 비용 효율적이다. 또한, 요망되거나 필요한 경우, 압력은 특정 구조 또는 안전 조치의 필요 없이 낮은 최소 압력으로 다중 효용 증발법 설비 내에 설정될 수 있다. 즉, 다중 효용 증발법의 최소 압력은 대용량 또는 추가 안전 수단 없이 플래시 용기 및 컬럼을 사용할 때보다 낮을 수 있다. 예를 들면, 0.2 bar까지 낮은 최소 압력을 사용하는 능력은, 증류 단계가 대기압에서 작동될 수 있고 증류 단계의 증기 산출물에 대한 압축이 필요하지 않다는 이점이 있다. 이러한 다중 효용 증발법 설비에서 이펙트의 수는 바람직하게는 적어도 3개이다. 다중 효용 증발법은 물론 하나의 플래시 용기 또는 더 많은 용기의 존재와 조합될 수 있는 것이 명확하게 관측된다. 그러나, 증발 단계의 기술적 구현으로 다중 효용 증발법 또는 플래시 용기 중 하나를 선택하는 것이 더 유리해 보인다.

추가 양태에서, 농축 단계(concentration stage)는 증발 단계의 다운스트림과 증발 단계의 업스트림에 제공된다. 증발 단계의 열이 바람직하게는 궁극적으로 증류 단계에서 제공되는 반면, 농축 단계에 공급되는 열은 물에서 폴리알코올 화합물을 분리하기 위한 반응기 시스템 외부의 공급원에서 발생한다. 예를 들면, 열은 반응기, 예를 들면 공급물이 증발 단계로 공급되는 반응기의 폐열일 수 있다. 열은 열 교환에 의해 농축 단계에서 혼합물에 공급된다. 이는 종래의 열 교환기 또는 폐열을 위한 순환 시스템(circulation system) (증기 또는 액체 형태)이 제공된 증발 장치일 수 있다. 이러한 농축 단계의 가장 바람직한 구현은 다중 효과 설비로 설계된 증발기(evaporator)로서, 보다 바람직하게는 증발 단계에 사용되는 다중 효용 증발법 설비와 구조적으로 유사하다.

앞서 언급된 바와 같이, 증류 단계의 증기 산출물이 증기 압축기(steam compressor)로 압축되는 것은 본 발명에 따른 선택 사항이다. 증기 압축기의 사용은, 증류 단계가 대기압 또는 대기압에 가까운 압력, 예를 들면 1.5 대기압 미만에서 작동되도록 해준다. 이는 폴리알코올 화합물과 물의 혼합물이 임의의 첨가제를 포함하는 경우, 주요한 이점을 갖는다. 더 높은 압력의 사용은 단계의 온도도 증가하는 것을 의미한다. 이러한 조건에서, 임의의 첨가제가, 예를 들면 폴리알코올, 또는 공기 중의 임의의 산소나 존재하는 다른 첨가제와의 반응을 겪는 위험이 발생한다. 보다 구체적으로, 폴리에스테르의 탈중합(depolymerisation)에서 수득된 올리고머가 상기 혼합물에 존재하는 경우, 이들 올리고머는 혼합물을 착색시킬 수 있다. 이러한 착색(colorization)은 정제된 생성물 스트림이 더 이상 허용되지 않기 때문에 매우 바람직하지 않다.

일반적으로, 복수의 용기, 바람직하게는 공급물 주입구와 증기 주입구 사이의 황갈색 영역(tan area)에 증류 트레이를 포함하는 플래시 용기를 사용할 때, 압축된 증기는 증발 단계에서 가장 다운스트림의 위치에 배열된 용기, 즉 증류 단계의 바로 앞의 용기로 유도될 것이다. 이의 이점은, 이러한 대부분의 다운스트림에 있는 용기가 대기압 또는 대기압 주변에서 작동될 수 있다는 점이다.

대안적으로 또는 추가적으로, 증발 단계에서 제1 용기 또는 이펙트로부터의 증기 산출물에 증기 압축을 적용하는 것이 실현 가능하다. 압축된 증기 산출물은 추가 용기 또는 이펙트의 증기 산출물로 이어진다. 여기서, 제1 용기 또는 이펙트는 추가 용기 또는 이펙트에 비해 감소된 압력에서 작동한다. 이 양태에서, 증기 압축은 압력 차를 유지하기 위해 증류 단계에서 증발 단계로 되돌아가는 증기의 스트림에 적용되지 않는다. 오히려, 증기 압축은 저압 용기 또는 이펙트에서 나오는 증기에 적용되어, 이러한 증기가 추가 용기 또는 이펙트의 더 높은 압력으로 업그레이드 되는 것을 보증한다.

농축 단계가 증발 단계와 증류 단계 사이에 존재하는 경우, 증류 단계에서의 증기 산출물은 증발 단계에서 재사용되어, 농축 단계에서 임의의 용기 또는 이펙트를 통과한다.

반응기 시스템 및 방법이 임의의 유형의 폴리알코올 화합물에 대해 실행 가능하지만, 글리콜 화합물이 유리한 것으로 간주된다. 바람직한 글리콜 화합물은 에틸렌 글리콜이다. 적합하게는, 폴리알코올 화합물과 물의 혼합물의 초기 농도는 적어도 40 중량%의 폴리알코올 화합물이다. 바람직하게는, 초기 농도는 적어도 45 중량% 또는 심지어 적어도 50 중량%와 같이 훨씬 더 높다. 더욱 바람직하게는, 이 방법은 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 같은 폴리에스테르의 탈중합에 사용되는 에틸렌 글리콜의 재생에 사용된다.

본 발명의 이러한 및 다른 측면은 도면을 참고하여 더 설명될 것이다:
도 1은 본 발명의 반응기 시스템의 제1 양태를 개략적으로 도시하며, 이는 플래시 용기 및 직렬로 2개의 증류 컬럼을 갖는 증발 단계를 포함하고;
도 2는 본 발명의 반응기 시스템의 제2 양태를 개략적으로 도시하며, 이는 플래시 용기를 사용하는 증발 단계를 포함하고;
도 3은 본 발명의 반응기 시스템의 제3 양태를 개략적으로 도시하며, 이는 다중 효용 증발법 설비로 구현된 증발 단계를 포함하고;
도 4, 5 및 6은 제1 양태의 변형을 개략적으로 도시하고, 증기 압축기가 사용되고;
도 7 및 8은 제2 양태의 변형을 개략적으로 도시하고;
도 9 내지 11은 제3 양태의 변형을 개략적으로 도시한다.

도면은 크기대로 도시되지 않았다. 다른 도면에서 동일한 참조 번호는 동일하거나 대응하는 요소를 나타낸다. 막대를 참조하는 경우, 이는 절대 압력을 말한다. 따라서, 1 bar는 10⁵ Pa이다. 각 도면은 증류 단계(100) 및 증발 단계(200)를 포함하는 본 발명의 반응기 시스템을 도시한다. 증류 단계는 도 1-10의 양태에서 증류 컬럼으로서 구현된다. 도 11의 양태에서, 증류 단계는 다중 효용 증발법 설비(multi-effect distillation installation)에서의 이펙트(effect)이다. 증류 단계(100)는 증류 컬럼(220, 230) 또는 증발 단계(200)에서의 이펙트에 상응할 수 있지만, 필수적인 것은 아니다. 임의의 경우에, 증류 단계(100)는 고압 증기 (도면에 도시되지 않음)와 같은 반응기 시스템 외부로부터의 동력에 의해 구동된다.

본 발명의 반응기 시스템은 폴리알코올 화합물, 바람직하게는 글리콜, 예를 들면 에틸렌 글리콜과 물의 혼합물이 생성되는 추가 반응기 시스템에 의해 적절하게 선행되는 것이 명확하게 관측된다. 일반적으로, 상기 혼합물은 하나 이상의 전처리에서 혼합물로부터 제거되는 임의의 추가 화합물을 함유한다. 예를 들면, 에틸렌 글리콜과 같은 글리콜은 폴리에스테르 또는 폴리아미드 등의 촉매적 탈중합(catalysed depolymerisation)에 사용된다. 하나의 특정 예는 에틸렌 글리콜에서 폴리에틸렌 테레프탈레이트의 촉매적 탈중합이고, 원심 분리 처리를 통해 촉매와 올리고머를 제거하기 위해, 냉각 및 분리 목적으로 물이 첨가된다. 생성된 혼합물은 여과될 미립자 오염물과 결정화 및 고체-액체 분리를 통해 분리될 BHET (비스-하이드록시에틸 테레프탈레이트)와 같은 폴리에스테르의 모노머를 포함할 것이다.

하기에 설명되는 바와 같이, 촉매적 탈중합은 배치 모드(batch-mode)로, 글리콜(일반적으로 에틸렌글리콜)의 끓는점에 가까운 온도에서, 예를 들면 160-200 ℃, 바람직하게는 180-200 ℃의 범위 내에서 수행될 수 있다. 탈중합 반응기를 비우면 열이 방출된다. 본 발명의 공정 및 반응기 시스템의 특정 구현예에서, 이 열은 글리콜의 탈수(dehydration) 시에 재사용된다.

일반적으로, 폴리알코올 화합물과 물의 혼합물은 폴리알코올 화합물의 농도가 적어도 40 중량%, 바람직하게는 적어도 45 중량%, 더욱 바람직하게는 적어도 50 중량%이다. 폴리알코올 화합물의 농도가 더 낮은 경우, 이는 적합한 방식으로 증가될 수 있다. 이는 플래시 용기, 멤브레인 증류 또는 임의의 다른 공지된 기술에 의해 수행될 수 있다. 이는, 폴리알코올 화합물이 40 중량% 미만인 혼합물의 끓는점이 농도에 크게 민감하지 않기 때문에 중요하지 않다.

본 발명에 따라서, 정제된 혼합물은 폴리알코올 화합물의 농도가 적어도 90 중량%이다. 농도는 적어도 95 중량% 또는 적어도 99 중량%와 같이 더 높아질 수 있다. 탈중합으로부터 발생하는 혼합물의 재생(regeneration)의 경우, 혼합물은 모노머, 다이머 및 추가 올리고머와 같이 탈중합으로부터 생성되는 일부 용해된 화합물을 더 포함할 것이다. 그 후, 100%의 폴리알코올 화합물의 농도는 실현 불가능할 것이다. 재생된 폴리알코올 조성물이 염과 같은 일부 다른 첨가제를 포함하는 것은 배제되지 않는다.

도 1로 돌아와서, 반응기 시스템은 증류 컬럼(distillation column)으로 구현된 증류 단계(100), 및 3개의 하위 단계: 플래시 용기(210) 및 2개의 추가 컬럼 또는 용기(220, 230)로 구현된 증발 단계(200)로 도시된다. 폴리알코올 화합물, 물 및 폴리알코올 화합물의 초기 농도가, 예를 들면 40 내지 50 중량%인 임의의 추가 첨가제의 혼합물인 공급물 스트림(feed stream)(199)은 공급물 주입구(feed inlet)(201)에서 증발 단계(200)로 들어간다. 그 후, 이것은, 도시된 양태에서, 플래시 용기인 제1 하위 단계(210)로 들어간다. 플래시 용기는 감소된 압력 및 온도 하에서, 현재 양태에서 예를 들면 0.2 bar 및 60 ℃에서 끓는다. 증기는 증기 배출구(steam outlet)(213)를 통해 용기(210)를 떠나, 열 교환기(heat exchanger)(241)를 통과한 후 콘덴서(condenser)(240)로 유도된다. 폴리알코올 화합물이 풍부한 스트림(219)은 바닥에서 플래시 용기를 떠난다.

이의 일부(214)는 열 교환기(215)를 통과한 후 용기(210)로 되돌아 온다. 이 열 교환기(215)는 또한 리보일러로 알려져 있다. 이러한 리보일러는 플래시 용기(210) (또는 임의의 증류 컬럼)의 일부로 구현되거나, 별도의 장치로 구현될 수 있다. 펌프는 회귀 지점(return branch)(215)의 일부로 존재할 수 있지만, 이는 꼭 필요한 것으로 간주되지는 않는다. 상기 회귀 지점(214) 내의 혼합물은 제2 하위 단계(220)로부터 발생하는 증기(228)와 함께 리보일러/열 교환기(214)에서 가열된다. 결과적으로, 제1 하위 단계(210)의 하단의 온도는 증기(228)의 온도와 동일하거나 거의 동일할 것이다. 본 명세서에서 용어 '거의 동일한(almost equal)'은 운송 및 열 교환 시 열 손실로 인한 임의의 편차를 말한다. 하나의 추가 구현예에서, 증류 트레이(distillation tray)는 공급물 주입구(199)와 리보일러(214)로부터의 주입구 사이에 있는 플래시 용기(210)에 존재한다. 공급물 주입구(199) 아래의 증류 트레이는 환류 흐름을 필요로 하지 않고 약간의 증류를 유도한다. 이는 효과적인 증발에 긍정적인 영향을 미치며, 이는 전체적인 작동에 유리하다. 또한, 이는 0.5 bar 미만의 압력과 같이 비교적 낮은 압력에서 플래시 용기의 작동 안정성에 기여한다.

제2 하위 단계(220) 및 제3 하위 단계(230)의 작동은 본질적으로 제1 하위 단계(210)의 작동의 반복이다. 그러나, 제1 하위 단계(210)가 임의의 증류 트레이를 포함하지 않더라도, 제2 및 제3 하위 단계(220, 230)는 이러한 증류 트레이를 포함하는 것이 바람직하다. 이들 트레이는 (스트림(219, 229)로부터의) 공급물 주입구와 리보일링된 스트림(reboiled stream)(224, 234) 사이에 위치할 것이다. 증발 단계의 제2 및 제3 하위 단계(220, 230)를 위한 증류 컬럼의 사용과 비교할 때, 환류는 존재하지 않는다. 이는 비용 효과적이며, 유효 끓는점에서 벗어난 상단 및 하단 온도로 하위 단계(220, 230)가 작동하도록 한다. 또한, 및 보다 더욱 중요하게는, 증류 트레이의 존재는 리보일러에서 물과 함께 증발하는 에틸렌 글리콜과 같은 임의의 폴리알코올이 증기에서 세정되어 하단에서 배출구를 향해 공급물과 함께 역류할 것이라는 이점을 제공한다. 결과적으로, 이들의 증기 배출구(213, 223, 233)에서 이러한 하위 단계(210, 220, 230)를 떠나는 수증기는 폴리알코올을 갖는 오염물질을 덜 함유하고, 즉 더 높은 등급의 순도를 가질 것이다.

또한, 이해되는 바와 같이, 폴리알코올 화합물의 압력, 온도 및 농도는 제1 하위 단계(210)보다 제2 및 제3 하위 단계(220, 230)에서 더 높다. 가장 다운스트림에 있는 하위 단계(230)는 증류 단계(100)로부터의 증기(192)에서 열을 받고, 이는 증기 산출물(steam output)(103)에서 증류 단계(100)를 떠난다. 효율성을 위해, 도 1에 도시되는 양태 및 다른 도면에 도시되는 양태는 주입구(101)에서 공급물의 수분 함량을 감소시키도록 고안된다.

증류 단계(100)는 증발 단계(200)로부터 유래된 농축된 스트림(239)을 위한 주입구(inlet)(101), 정제된 스트림(191)을 위한 생성물 배출구(product outlet)(102) 및 회귀 지점(return branch)(104)의 열 교환기(heat exchanger)(105)를 추가로 갖는다. 도 1에 도시되지 않지만, 이러한 열 교환기(105)는 적합하게는 고압 증기를 위한 증류 단계(100)로의 공급물이다. 남아 있는, 저압 증기는 스트림(193) (도 2 참조)으로 추가로 유도되어, 남아 있는 열을 증발 단계(200)로 전달할 수 있다. 도시되지는 않았지만, 증류 단계(100)는 그 자체로 당업자에게 알려진 환류 수단이 더 제공된다. 여기서, 증기 산출물(103)에서 증류 단계(100)를 떠나는 증기(192)는 이전 단계의 리보일러(235) (또는 대안적으로 도 2에서와 같이 (215))를 향하는 부분과 환류로부터의 일부로 분할된다. 환류는 증기를 응축하고, 응축된 증기를 환류 드럼으로 유도하고, 환류 드럼에서 증류 단계(100)의 상단으로 액체를 다시 펌핑하는 것을 포함한다. 환류 수단의 정확한 구현은 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이 다양하다.

압력이 점진적으로 증가하는 이 순서에 의해, 혼합물은 단계적으로 폴리알코올 화합물에서 농축될 수 있으며, 여기서 유리된 물은 각 단계에서 대략 동일하다(대략 동일함은 최대 50%, 적합하게는 최대 30%의 한계 내에서). 또한, 끓는 온도가 너무 많이 증가하지 않는 것이 본 명세서에서 달성된다. 표 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 증기 산출물(103)에서 증류 단계(100)를 떠나는 증기(228)는 단지 100 ℃의 온도를 갖는다.

[표 1] 도 1에 도시된 다단계 반응기 시스템의 작동

도 2는 제2 양태에 따른 본 발명의 반응기 시스템을 개략적으로 도시한다. 이 제2 양태에서, 증발 단계(200)는 플래시 용기(210)만을 포함한다. 이러한 시스템은 단계별 압력 감소로 인한 이점이 적어, 단계 당 균형 잡힌 증발에 도달한다. 그러나, 시스템의 작동은 열을 재사용할 때 실현 가능하고 에너지 효율적이다. 또한, 이 도면과 관련하여 도시된 원리는 복수의 증류 컬럼을 갖는 증발 단계(200)를 포함하는 반응기 시스템에 적용될 수 있다. 도시된 시스템에서, 고압 증기는 열 교환기(105)를 통해 증류 단계(100)를 회귀 지점(104)으로 가열하는데 사용된다. 그 후, 증기(193)는 이의 주입구(101)에서 증류 단계로 들어갈 농축 스트림(219)을 예열하기 위해 여전히 적용될 수 있다. 여전히, 나머지-증기는, 이의 주입구(201)에서 플래시 용기(210)로 들어갈 공급물(199)을 가열하는데 사용될 수 있기 때문에 유용하다. 공급물(199)의 증가된 온도는 플래시 용기(210)에서와 같은 증발 단계(200)에서 감압 조건 하에서 증발로 이어질 것이다. 더 낮은 압력은 플래쉬 용기(210)에서 더 낮은 끓는 온도를 초래하기 때문에, 이는 플래시 용기가 증류 단계보다 낮은 압력에서 작동하는 본 발명의 방법에서 특히 효과적이다. 따라서, 플래시 용기의 물-알코올 혼합물에서 물의 상당 부분을 증발시키는 것이 실현 가능해지며, 이는 물이 거의 함유되지 않은 알코올 용매의 목적하는 결과를 달성하는데 명백히 유익하다.

제2 양태의 맥락에서, 증류 단계의 압력은 바람직하게는 1.0-2.0 bar의 범위 내이고, 플래시 용기에서의 압력은 적합하게는 이의 20-60%, 예를 들면 최대 1 bar, 바람직하게는 0.2-0.6 bar이다.

추가적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 증류 단계(100)에서 생성된 증기(192)는 열 교환기(205)를 통해 콘덴서(140)로 유도된다. 이러한 방식으로, 증류 단계(100)의 열은 효율적으로 증발 단계(200)로 전달된다. 또한, 증류 단계(100)는 추가적인 주입구(109)를 통해 추가적인, 주로 액체 스트림으로 충전될 수 있다. 이러한 추가 스트림은 적합하게는 원심분리기와 같은 공정의 다른 부분에서 발생한다. 이는 일반적으로 증류 단계(100)의 진입시 고온 스트림이므로, 그 온도는 증류 단계(100)의 작동을 방해하지 않는다. 이전 단계의 오염을 방지하기 위해, 이러한 주로 액체 스트림(109)을 증류 단계(100)에만 첨가하는 것이 바람직하다고 생각된다. 다양한 액체 스트림이 서로 다른 순도로 사용될 수 있지만, 이러한 주로 액체 스트림은 입자 또는 용질 형태의 특정 오염 물질을 함유하는 사실이 배제되지 않는다. 미립자 오염의 한 가지 예는, 예를 들면 이종 촉매(heterogeneous catalyst)이다.

도 3은 제3 양태에 따른 본 발명의 반응기 시스템을 개략적으로 도시한다. 여기서, 증발 단계(200)는 다중 효용 증발법(MED) 설비(280)로서 구현된다. 다중 효용 증발법 설비의 제1 이펙트(280A)가 제1 양태에 따른 증발 단계(200)의 제1 하위 단계(210)와 동일한 낮은 압력(또는 그 압력 미만 조차)에서 작동할 수 있지만, 제1 이펙트(280A)의 부피는 제1 양태에서 제1 하위 단계(210)의 플래시 용기의 부피보다 더 클 필요가 없다. 사실, 단일 제1 이펙트(280A)의 용량이 불충분한 경우, 추가 이펙트 또는 추가 MED 설비(280)을 추가하는 것이 실현 가능하다.

도 3에 도시된 MED 설비(280)는 3개의 이펙트(280A, 280B, 280C)를 포함한다. 공급물(199)은 증발 단계(200)로 들어가서, 주입구(201)에서 MED 설비(280)로 들어간다. 그 후, 공급물 분배기(282)를 통과하는데, 이는 공급물을 제1 이펙트(280A)의 개별 레벨 상에 분무하기 위해 스트림을 복수의 액적(droplet)으로 분할한다. 가열 채널(281)에 의해 이 제1 단계(280A)로 열이 제공된다. 추가적으로, 증류 단계로부터의 증기(912)는 MED-설비(280)로 유도된다. 이펙트(280A, B, C)는 막을 통해 남아있는 액체로부터 수증기를 분리시킨다. 수증기는 벽에 대해 응축된다. 유리된 열은 벽을 통해 인접한 이펙트로 전달된다. 생성된 응축물은 응축물 배출구(288)를 통해 제거된다. 잔류하고 농축된 액체는 제2 배출구(286)를 통해 이펙트(280A, 280B, 280C)를 남기고, 그 후 후속 이펙트의 상응하는 주입구(287)로, 또는 가장 다운스트림에 있는 이펙트(280C)에서 증류 단계(100)로 펌핑된다. 본 명세서에서 각각의 단계 사이에, 액체 혼합물이 저압에서 고압으로 흐르도록 하기 위해 펌프가 필요하다. 가장 업스트림에 있는 이펙트(280A)에 남아 있는 증기는 콘덴서(240)로 유도된다.

도 4-6은 제1 양태의 변형을 도시하고, 증기 콘덴서(160, 260)로 사용된다. 증기 콘덴서(160, 260)의 사용은, 이 방법을 적용할 때 반응기 시스템에서 가장 낮은 압력과 가장 높은 압력 사이의 유효 범위를 제한할 수 있기 때문에, 본 발명의 맥락에서 유리한 것으로 간주된다. 여전히, 증발 단계에서 하위 단계의 수는 충분히 높거나 최적일 수 있다.

도 4에 개략적으로 도시된 양태에서, 증기 콘덴서(160)-SC로도 나타냄-는 증류 단계(100)의 증기 배출구(103)와 증발 단계(200)의 열 교환기, 더욱 특히 최고압에서 증발 단계(200) 내의 가장 다운스트림에 배열된 하위 단계(230)의 열 교환기(235) 사이에 배열된다. 증기 압축 스트림(192)을 다른 하위 단계(210, 220)의 열 교환기로 유도하는 것은 불가능하지 않을 것이다. 이는 열 교환기(235)가 다른 열원으로부터 열을 공급받을 수 있다면 특히 가능하다. 이 도면에 표시되지는 않았지만, 증류 단계(100)의 열 교환기(105)에 적용된 증기는 증류 단계(100)에 공급되는 농축 혼합물(239)을 가열하고/하거나, 반응기 시스템 내부의 다른 위치에 폴리알코올 화합물 및 물의 혼합물을 가열(또는 예열)하기 위해 그 후에 재사용되는 것이 실현 가능하다.

증기 압축기의 이펙트는 표 2와 표 1과의 비교에서 이해될 것이다. 유속 및 물의 증발 속도는 증기 압축기가 없거나 있는 양태에서 동일하지만 (각각 도 1 및 도 4), 제1 하위 단계의 압력은 증기 압축기가 없는 것에 비해 증기 압축기가 있는 양태에서 2배 높다(0.4-0.44 대 0.2-0.22 bar). 결과적으로, 제1 하위 단계 (적절하게는, 플래시 용기)의 부피를 크게 줄일 수 있다. 대기압은 단지 증류 단계에서보다 제3 하위 단계에서 도달된다. 이에 대응하여, 온도는 증발 단계의 하위 단계에서 더 높고, 즉 60 내지 80 ℃ 대신에 76 내지 100 ℃이다. 필요한 증기 압력을 볼 때, 최소 압력은 0.31 bar 대신에 0.64 bar이다. 이는 반응기 시스템의 취급 및 구성을 단순화한다.

[표 2] 도 4에 도시된 반응기 시스템의 작동을 위한 설정

본 실시예는 1 내지 2 bar의 증기 압축을 사용하는 것으로 관측되며, 이는 제3 하위 단계의 온도가 1 bar에서 100 ℃가 될 수 있도록 충분한 전력을 제공하는 것으로 알려져 있다. 예를 들면, 증류 단계의 압력에 비해 100% (1 bar)가 아닌 50% (또는 0.5 bar)로 압력을 증가시키기 위해 증기 압축기가 증기를 덜 강하게 압축한다는 것은 분명히 배제되지 않는다. 적은 압력 증가는 더 간단한 증기 압축기를 가능하게 하며, 제1 하위 단계의 압력이 이에 상응하는 방식으로 감소될 것이다. 분명히, 당업자는 증류 단계(100)에서 압력을 증가시키고, 표 2에 표시된 2의 비율에 대해 증기 압축 비율(steam compression ratio) (= 산출물 압력 대 입력물 압력)을 감소시키도록 추가로 선택할 수 있다.

도 5 및 도 6에 도시된 양태에서, 증기 압축기(260)는 증발 단계(200)의 제1 하위 단계(210)의 증기 산출물(213)에서 증기 라인(steam line)(218)으로 배열된다. 하위 단계는 리보일러(215, 225, 235) 및 바람직하게는 공급물 주입구(199)와 리보일러(215)로부터의 주입구 사이에 일부 증류 트레이가 제공된 플래시 용기로 구현된다. 압축된 증기(217)의 생성된 스트림은 더욱 다운스트림에 배열된 하위 단계로부터 증기 산출물을 떠나는 증기와 합쳐진다. 상기 하위 단계가 도 5 및 도 6에 나타내는 제2 하위 단계(220)인 것이 필수적이지 않지만 바람직해 보인다. 증기(228)의 생성된 스트림은 제2 하위 단계(220)의 배출구 압력에서 더 크거나 적을 것이다. 그 후, 이러한 증기는 적절한 압력과 온도에서 제1 하위 단계(210)를 유지하기에 충분히 강하며, 이는 도 5 및 6의 예에서, 배출구(103)에서 증기에 대해 0.28 bar 및 70 ℃, 농축된 액체 혼합물(219)에 대해 78 ℃ 및 0.3 bar이다.

도 5의 양태에서, 증류 단계는 2 bar의 압력에서 작동된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 1 bar까지의 더 낮은 압력에서 대안적으로 이 증류 단계를 작동시킨 후 다른 증기 압축기를 증기(192)에 적용할 수 있는 것이 당업자에게 이해될 것이다.

도 6의 양태에서, 농축 단계(500)는 증류 단계(100)의 업스트림 및 증발 단계(200)의 다운스트림에 존재한다. 이러한 농축 단계는 열(534)의 스트림, 일반적으로 외부 열원으로부터 발생하는 증기, 더욱 구체적으로 비어있는 반응기로부터의 폐열과 같은 폐열에 의해 가열된다. 따라서, 증류 단계(100)로부터의 증기(192)는 농축 단계(500)를 통과하는 증발 단계(200)에서 가장 다운스트림에 있는 용기(220)에 바로 이어진다.

농축 단계(500)는 이 양태에서 2개의 하위 단계(510, 520)를 포함하고, 이들 각각은 증발 단계(200)의 하위 단계(210, 220)에 대응하는, 도시된 양태에서 구현된다. 그 결과, 용기(510, 520)는 공급물 주입구, 증기 배출구(513, 523), 리보일러(515, 525)가 각각 제공된다. 혼합물은 폴리알코올이 풍부한 스트림(229)으로서 제2 하위 단계(220)에서 제3 하위 단계(510)의 주입구로 흐른다. 추가 농축된 혼합물(519)은 제4 하위 단계(520)로 흐르거나 흘러진다(필요한 경우, 펌프에 의해). 다시 추가 농축된 혼합물(529)은 증류 단계(100)의 주입구(101)로 흐른다. 도시된 양태에서, 열 스트림(534)은 190 ℃ 초과의 온도를 가지며, 그 부피는 제4 하위 단계(520)를 가열하여 그 증기 배출구(523)에서 2 bar 압력에서 120 ℃의 온도를 달성하도록 설정된다. 제3 하위 단계(510)에서, 증기 배출구(513)의 온도는 0.9 bar의 압력에서 97 ℃이다. 혼합물(519)의 온도는 약 120 ℃이고, 혼합물(529)의 온도는 심지어 160 ℃이다. 선택된 압력의 관점에서, 증류 단계(100)로부터 발생하는 증기(192)에 증기 압축을 적용할 필요가 없다.

농축 단계의 증발 단계(200, 510, 520)의 하위 단계(210, 220) 모두 및 증류 단계(100)에서 증발 속도가 동일하도록 선택하는 대신, 증발 속도를 전체 반응기 크기를 최소화하는 방식으로 설정하는 것이 가능하고 유용할 수 있다. 예를 들면, 하나는 제1 하위 단계(210)에서 증발 속도를 감소시키도록 선택할 수 있는 반면, 다른 하위 단계는 증가될 수 있다. 예를 들면, 제2 하위 단계(220)는 더 클 수 있고/있거나, 병렬로 2개의 용기로 구현될 수 있다.

도 7-8은 도 2에 개략적으로 도시된 본 발명의 제2 양태의 변형을 도시한다. 도 7은 열을 추가 재사용할 수 있는 선택 사항을 보여준다. 이는 스트림(409) 상에 열 교환에 의해 행해진다. 추가적으로, 주로 액체 스트림(109)이 증류 단계(100)에 첨가될 수 있다. 스트림(409) 및 액체 스트림(109)은, 예를 들면 본 방법의 작동에 사용되는 온도보다 높은 온도에서 작동하는 탈중합 반응기와 같은 반응기로부터 유래한다. 스트림 (409)은 배치 반응기(batch reactor)로부터 유래된 일시적 배치(temporal batch)(401)를 연속 스트림(409)으로 전환하도록 고안된 완충액 탱크(buffer tank)(400)로부터 유래한다. 열 교환은 열 교환기(410)에서 발생한다. 수용 스트림(receiving stream)(411)은, 예를 들면 물 및/또는 증기이지만, 오일을 포함한 임의의 유형의 열 전달 매체일 수 있다. 그 후, 수용 스트림(411)은 공급물(199)과 열교환될 수 있지만, 대안적으로, 예를 들면 용기(210) 주위의 재킷(jacket)과 같이 플래시 용기(210)를 직접 가열하도록 적용된다.

도 8에 도시된 양태에서, 증기 압축은 증발 단계(200)의 제1(및 유일한) 하위 단계(210)의 증기 산출물(218)에 적용된다. 이는 증기 압축기(260)에 의해 발생한다. 압축된 스트림(217)은 다운스트림에 있는 단계로부터 유래되는 증기의 스트림, 이 실시예에서 증류 단계(100)로부터 유래되는 증기(192)와 합쳐진다. 스트림(409)(반응기로부터 발생한)은 공급물(199)과 함께 열 교환기(399)에서 열 교환되는 것이 이러한 도 8에 도시된다. 스트림(409)의 이용 가능한 열을 공급물(199)에 필요한 열과 매칭시키기 위해, 공급물은 본 명세서에서 열 교환기(399)를 통과하지 않는 제1 공급 라인(199A) 및 열 교환기(399)를 통과하는 제2 공급 라인(199B)으로 분할된다. 따라서, 제1 공급 라인(199A)은 바이패스(bypass)를 구성한다. 제1 및 제2 공급 라인(199A, 199B)의 유속을 제어함으로써, 플래시 용기(210)에서 너무 격렬한 끓음을 얻지 않고도 효율적으로 공급물 가열을 조정할 수 있다. 열 교환기(399) 대신에, 케틀 보일러(kettle boiler)가 사용될 수 있다. 이러한 케틀 보일러는 증류 단계(100)의 진공 하에서 작동할 것이다. 농축된 혼합물의 점도가 올바로 유지되는 것을 보증하기 위해, 에틸렌 글리콜과 같은 일부 글리콜이 첨가되는 것이 배제되지 않는다.

도 9-11은 다중 효용 증발법(MED) 설비(280)를 사용하는 제3 양태에 대한 3개의 변형을 도시한다. 도 9에 개략적으로 도시된 양태에서, MED-설비(280)는 4개의 이펙트(280A-280D)를 포함한다. 도 10의 양태에서, MED-설비(280)는 5개의 이펙트(280A-280E)를 포함한다. 도 11의 양태에서, MED-설비(280)는 6개의 이펙트(280A-280F)를 포함한다. 단일 MED-설비(280)로의 통합에도 불구하고, 처음 3개의 단계 (280A-C)와 나머지 단계(280D, 280E, 280F) 사이에 개념적 차이가 있다. 처음 3개의 단계 (280A-C)는 상기 논의된 바와 같이 증발 단계를 구성한다. 이 증발 단계(200)는 증류 단계(100)에서 발생하는 증기(192)에 의해 가열된다. 별도의 용기 및 컬럼(210, 220, 230)을 사용한 구현에서와 같이, 각각의 효과는 별도의 압력에서 작동하며, 압력은 제1 이펙트(280A)에서 제3 이펙트(280C)를 향해 증가한다.

나머지 이펙트(280D, 280E, 280F)는 농축 단계(500)의 일부이다. 본 명세서에서 증기 증발로 사용되지 않는다. 대신, 이펙트는 열 교환기로서 구현되고, 다른 액체 또는 가스는 채널 또는 튜브를 통해 흐르고, 상기 이펙트의 공급물 스트림과 접촉하지 않는다. 액체 또는 가스는 일반적으로 외부 열원에서 발생한다. 이는 반응기의 스트림이거나, 또는 대안적으로 폐열을 기반으로 할 수 있다. 더욱 구체적으로, 열 스트림(534)이 공급되고, 이펙트(280D 및 280E) (도 10 및 11)의 이펙트(280D (도 9에서))를 통해 튜브(541)를 통해 순환된다. 이는 스트림(535)으로서 단계를 떠난 후, 폐기물로 폐기된다(스트림(535)이 재사용될 것이 배제되지는 않지만). 튜브는 임의의 적합한 형태에 따라 구현될 수 있고, 구멍이 있는 트레이를 포함한다. 농축된(519) 생성된 혼합물은 증류 단계(100)의 주입구로 유도된다.

도면 10 및 11에서, 열 스트림(534)은 연장부(extension)(536)를 통해 제5 이펙트(280E)로부터 제4 이펙트(280D)로 유도된다. 이러한 이펙트(280D, 280E)에서 단지 열 교환이 일어나는 것이 관측된다. 결과적으로, 압력은 두 이펙트(280D, 280E)에서 동일하며, 두 이펙트(280D, 280E) 사이에 분리 장벽(separation barrier)(281)이 필요하지 않다.

도 11에서, 농축 단계(500)는 순환 시스템(543)에 의한 이펙트를 통해 연장되는 열 스트림(537)에 의해 공급되는 제6 이펙트(280F)를 포함한다. 이러한 제6 이펙트(280F)는 농축 단계(500)의 앞선 이펙트(280D, 280E)와 동일한 압력에서 유지된다. 도 11에 도시된 양태에서, 증기의 추가 리사이클(289)이 제공된다. 이는 제2 하위 단계 또는 이펙트(280B)에서 증류 단계(100)로 리사이클된다. 따라서, 증기(192)는 증류 단계(100)에서 제2 이펙트(280B)의 상단으로 제공되고, 이 제2 이펙트(280B)를 통과한 후 리사이클(289)을 통해 증류 단계(100)로 되돌아간다. 이해되는 바와 같이, 리사이클은 증기 또는 액체 또는 이들 모두의 혼합물일 수 있다.

도시되지 않지만, 증류 단계(100)에서 발생하는 증기(192)의 일부가 제1 이펙트(280A)로 유도되거나, 또는 제2 이펙트(280B)로부터의 증기/액체가 추가로 제1 이펙트(280A)로 유도되는 것이 배제되지 않는다. 일반적으로, 다중 효용 증발법에서, 열은 이펙트들 사이의 분리 벽 또는 장벽(281)을 통해 전달될 것이다. 도 9-11에 단지 도식적으로 도시되었지만, 각각의 이펙트는 바람직하게는 통합을 허용하도록 대응하는 방식으로 설계된다. 다중 효용 증발법 설비의 구성은 그 자체로 알려져 있으며, 다중 효용 증발법 설비의 전문가에게 실현 가능하다.

도 9에 도시된 설비를 작동하는 일례로, 산출물(286)에서 제1 이펙트(280A)를 떠나 제2 이펙트(280B)의 입구(287)를 향하는 농축된 스트림은 온도가 70 ℃(약 57 중량% 글리콜 포함)이다. 제2 이펙트(280B)의 하단에서, 온도는 80 ℃(약 67% 글리콜 포함)이다. 제3 이펙트의 하단에서, 온도는 100 ℃가 된다(약 80% 글리콜 포함). 예를 들면, 195-200 ℃의 온도에서 제4 이펙트에 들어가는 별도의 열 스트림(419)으로 가열되는 제4 이펙트(280D)는 농축된 혼합물(219)에 대해 135 ℃의 온도를 초래하고, 글리콜 농도는 90 중량%에 도달할 것이다.

도 9는 증기 압축기(260)의 사용을 추가로 도시하는데, 이는 증기를 콘덴서로 전달하는 것 대신에(또는 선택적으로 이에 추가하여) 제1 이펙트(280A)로부터의 증기를 더 높은 압력, 여기서 약 1 bar로 압축한다. 제3 이펙트(280C)로의 증가 된 증기 흐름은 증발을 증가시키는데 효과적이다. 결과적으로, 증류 단계(100)에서 증류 컬럼의 크기를 감소시키는 것이 가능해진다. 명확성을 위해, 증류 단계(100)에서 발생하는 증기(192)와 압축된 스트림(217)이 MED-설비(280)의 가열 채널(281)로 들어가는 것이 관측된다.

100: 증류 단계(distillation stage)
101: 폴리알콜 화합물이 농축되고, 증발 단계(200)로부터 도달하는 스트림(239, 219)의 주입구(inlet)
102: 정제된 생성물 스트림(191)의 배출구(outlet)
103: 증기 산출물(steam output, 192)의 배출구
104: 회귀 지점(return branch)
105: 열 교환기(heat exchanger)
109: 주로 액체 나머지 스트림의 주입구(inlet for predominantly liquid rest stream)
125: 공급물 스트림(feed stream)의 열 교환기
140: 콘덴서(condensor)
160: 증기 압축기(steam compressor)
191: 정제된 생성물 스트림(purified product stream)
192: 증기 산출물 스트림(steam output stream)
193: 증류 단계(100)에서 증발 단계(200)로의 열 스트림(예를 들면, 증기)
199: 공급물 스트림(feed stream)
199A: 공급물 스트림 숏컷(shortcut)
199B: 고온 배출구 스트림(hot outlet stream)과 함께 열 교환기(420)를 통과하는 공급물 스트림
200: 증발 단계(evaporation stage)
201: 공급물 주입구(feed inlet)
210: 증발 단계(200)의 제1 하위 단계(first substage) (예를 들면, 플래시 용기로 구현됨)
213: 제1 하위 단계(210)의 증기 배출구
214: 회귀 지점 (농축된 스트림(219)으로부터)
215: 열 교환기
218: 증기 배출구 스트림
217: 압축된 증기의 스트림
219: 폴리알코올 화합물에 농축된 혼합물 스트림
220: 증발 단계(200)의 제2 하위 단계 (예를 들면, 증류 컬럼으로 구현됨)
223: 하위 단계(220)의 증기 배출구
224: 회귀 지점 (농축된 스트림(229)으로부터)
225: 열 교환기
228: 증기 산출물 스트림은 앞의 하위 단계(210, 310)의 열 교환기(215, 315)로 이어짐
229: 폴리알코올 화합물에 농축되는 혼합물 스트림
230: 증발 단계(200)의 제3 하위 단계 (예를 들면, 증류 컬럼으로 구현됨)
233: 하위 단계(230)의 증기 배출구
234: 회귀 지점 (농축된 스트림(239)으로부터)
235: 열 교환기
238: 증기 배출 스트림은 앞의 하위 단계(220)의 열 교환기(225)로 이어짐
239: 폴리알코올 화합물에 농축되는 혼합물 스트림
240: 콘덴서 (플래시 용기로 구현될 때 제1 하위 단계(210)에 연결됨)
241: 열 교환기
260: 증기 압축기
280: 다중 효용 증발법 설비(multi-effect distillation installation)
280A,B,C,D,E,F: 다중 효용 증발법 설비(280)의 개별 이펙트
281: 개별 이펙트들 (280A,B,C) 사이의 가열 채널(heating channel)
282: 공급물 분배기(feed distributor)
286: 폴리알코올 화합물에 농축된 스트림의 배출구
287: 폴리알코올 화합물에 농축된 스트림의 주입구
288: 콘덴서의 배출구
289: 이펙트 주입구(287)에서 분배기(distributor)(282)로의 폴리알코올 화합물에 농축된 채널 유도 스트림(channel leading stream)
310: 증발 단계(200)의 추가 하위 단계
314: 회귀 지점 (농축된 스트림(319)으로부터)
315: 열 교환기
318: 증기 산출물 스트림은 앞의 하위 단계(210)의 열 교환기(215)로 이어짐
319: 폴리알코올 화합물에 농축된 혼합물 스트림
399: 고온 배출구 스트림(409)과 공급물 스트림(199B) 사이의 열 교환기
400: 완충액 탱크(buffer tank)
401: 완충액 탱크의 주입구
409: 고온 배출구 스트림(hot outlet stream)
410: 배출구 스트림의 열 교환기
411: 증발 단계의 열 교환기(410)와 하위 단계(210) 사이의 열 스트림
416: 다중 효용 증발법 설비(280)를 가열한 후 열 스트림의 배출구
417: 다중 효용 증발법 설비(280)에서 이펙트 D, E 사이의 열 스트림의 연결
418, 419, 420: 다중 효용 증발법 설비(280)의 가열 이펙트 D, E, F를 위한 열 스트림
434: 폐열 스트림(waste heat stream)

Claims

적어도 90 중량%의 산출물(output) 농도로 폴리알코올 화합물을 포함하는 정제된 생성물 스트림을 수득하도록, 폴리알코올 화합물을 물로부터 적어도 부분적으로 분리하는 방법으로서, 상기 방법은,
- 폴리알코올 화합물 및 물의 혼합물을 제공하는 단계로, 상기 혼합물은 폴리알코올 농도를 갖는 것인, 단계;
- 상기 혼합물의 폴리알코올 농도를 증발 단계(evaporation stage)에서 증가시키는 단계로, 이의 적어도 일부는 제1 압력에서 작동되는 것인, 단계;
- 상기 혼합물을 증류 단계(distillation stage)에서 처리하여, 적어도 90 중량%의 산출물 농도로 폴리알코올 화합물을 포함하는 스트림을 전달하는 단계로, 여기서 증류 단계는 제2 압력에서 작동되는 것인, 단계;를 포함하고,
상기 증류 단계는, 제3 압력으로 선택적으로 압축되고 증발 단계와 연결되는 증기 산출물(steam output)을 생성하도록 작동되고, 상기 제2 압력 및/또는 제3 압력은 제1 압력보다 높은 것인, 분리 방법.
제1항에 있어서,
상기 증발 단계 및 증류 단계는, 대기압에서 정의된 증발 단계 내의 증발 온도가 대기압에서 순수한 물의 끓는점보다 최대 30 ℃ 높도록 작동되는 것인, 분리 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 증발 단계는 플래시 용기(flash vessel)를 포함하는 것인, 분리 방법.
제3항에 있어서,
상기 플래시 용기는 리보일러(reboiler)가 제공되는 것인, 분리 방법.
제4항에 있어서,
상기 플래시 용기는 공급물 주입구(feed inlet)와 리보일러로부터의 리사이클 스트림의 주입구 사이에 증류 트레이(distillation tray)를 포함하는 것인, 분리 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 증발 단계는 직렬로 복수의 용기를 포함하고, 각각의 용기는 상이한 압력에서 작동하는 것인, 분리 방법.
제6항에 있어서,
상기 증류 단계의 증기 산출물은 증발 단계의 가장 다운스트림에 있는 용기에 연결되는 것인, 분리 방법.
제6항 또는 제7항에 있어서,
증발 단계의 가장 다운스트림에 있는 용기는 열 교환(heat-exchanging)에 의해 바로 앞의 용기에 연결되는 증기 산물출을 가지고, 상기 가장 다운스트림에 있는 용기는 바로 앞의 용기보다 더 높은 압력에서 작동되는 것인, 분리 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 증류 단계의 증기 산출물은 증기 압축기에 의해 제3 압력으로 압축되는 것인, 분리 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 증발 단계는 다중 효용 증발법(multi-effect distillation)에 의해 적어도 부분적으로 구현되는 것인, 분리 방법.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
제공된 혼합물의 폴리알코올 농도는 적어도 40 중량%인 것인, 분리 방법.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 폴리알코올 화합물은 글리콜 화합물이고, 더욱 바람직하게는 에틸렌글리콜인 것인, 분리 방법.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항, 특히 제12항에 있어서,
상기 폴리알코올 화합물 및 물의 혼합물은 폴리에스테르와 같은 축합 폴리머의 탈중합(depolymerisation)으로부터 생성되는 올리고머를 더 포함하는 것인, 분리 방법.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항, 바람직하게는 제10항에 있어서,
상기 혼합물은 증발 단계를 통과한 후 농축 단계에서 처리되어 폴리알코올 농도를 더 증가시키고, 상기 혼합물은 반응기로부터 공급되는 폐열(waste heat)을 이용하여 상기 농축 단계에서 가열되는 것인, 분리 방법.
적어도 90 중량%의 산출물 농도로 폴리알코올 화합물을 포함하는 정제된 생성물 스트림을 수득하도록, 폴리알코올 화합물을 물로부터 분리하기 위한 반응기 시스템(reactor system)으로서, 상기 반응기 시스템은,
- 수중 폴리알코올 화합물의 혼합물을 위한 주입구 및 폴리알코올 화합물이 농축된 스트림을 위한 배출구를 포함하는 증발 단계로, 상기 증발 단계는 제1 압력에서 상기 증발 단계의 적어도 일부의 작동을 위해 구성되는 것인, 증발 단계;
- 상기 증발 단계로부터 도달하는 폴리알코올 화합물이 농축된 스트림을 위한 주입구, 정제된 생성물 스트림을 위한 배출구, 및 증기 산출물을 위한 배출구를 포함하는 증류 단계로, 상기 증류 단계는 제2 압력에서 작동을 위해 구성되고, 상기 증기 산출물은 증발 단계에 연결되고, 상기 증기 산출물은 선택적으로 제3 압력으로 압축되어, 제2 압력 또는 제3 압력이 제1 압력보다 높은 것인, 증류 단계;
를 포함하는 것인, 반응기 시스템.
제15항에 있어서,
상기 반응기 시스템은, 증류 단계의 증기 산출물을 압축하기 위해 증기 압축기를 더 포함하는 것인, 반응기 시스템.
제15항 또는 제16항에 있어서,
상기 증발 단계는 적어도 하나의 플래시 용기를 포함하는 것인, 반응기 시스템.
제17항에 있어서,
상기 적어도 하나의 플래시 용기는 리보일러가 제공되고, 바람직하게는 상기 적어도 하나의 플래시 용기는 공급물 주입구와 리보일러로부터의 리사이클 스트림의 주입구 사이에 증류 트레이를 포함하는 것인, 반응기 시스템.
제17항 또는 제18항에 있어서,
상기 증류 단계의 증기 산출물은 증발 단계의 가장 다운스트림에 있는 용기에 연결되는 것인, 반응기 시스템.
제17항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
증발 단계의 가장 다운스트림에 있는 용기는 열 교환에 의해 바로 앞의 용기에 연결되는 증기 산출물을 가지고, 상기 가장 다운스트림에 있는 용기는 바로 앞의 용기보다 더 높은 압력에서 작동되는 것인, 반응기 시스템.
제15항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 증발 단계는 적어도 부분적으로, 바람직하게는 전체적으로 다중 효용 증발법(multi-effect distillation)에 의해 구현되는 것인, 반응기 시스템.
제15항 내지 제21항 중 어느 한 항, 바람직하게는 제21항에 있어서,
상기 반응기 시스템은, 증발 단계의 다운 스트림 및 증류 단계의 업스트림에 농축 단계를 더 포함하고, 상기 농축 단계는 반응기로부터 공급된 폐열로서 발생하는 가열된 스트림에 대한 공급물이 제공되는 것인, 반응기 시스템.