KR20240035332A - 네오펜틸 글리콜의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 알돌 축합 반응하여 하이드록시피브알데하이드를 포함하는 제1 반응 생성물을 얻는 단계, 상기 제1 반응 생성물을 추출제와 접촉하고 증류하여 추출액 및 추잔액을 얻는 단계, 상기 추잔액을 비누화 반응기로 공급하여 촉매로 환원시키고 상기 촉매를 통합 회수탑에 공급시키는 단계, 상기 추출액을 알돌 정제탑에 공급하고 증류하여 상부 배출 스트림 및 하부 배출 스트림을 얻는 단계, 상기 알돌 정제탑의 상부 배출 스트림을 통합 회수탑에 공급하고 하부 배출 스트림은 수첨 반응기에 공급하여 네오펜틸 글리콜을 포함하는 제2 반응 생성물을 얻는 단계, 및 상기 제2 반응 생성물로부터 네오펜틸 글리콜을 수득하는 단계를 포함하는 네오펜틸 글리콜의 제조 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 네오펜틸 글리콜을 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 알돌 축합 반응의 미반응 원료 및 촉매를 회수하여 재활용하기 위한 방법에 관한 것이다.
네오펜틸 글리콜은 일반적으로 촉매 존재 하에 아이소부틸알데하이드 및 포름알데하이드를 알돌 축합 반응시켜 하이드록시피브알데하이드를 형성하고, 상기 하이드록시피브알데하이드에 수첨 반응을 진행하여 제조될 수 있다.
그러나, 상기 알돌 축합 반응에서 발생하는 카니자로(Cannizzaro) 부반응으로부터 포름산이 생성되고 상기 포름산에 의해 촉매가 촉매염으로 변하며, 상기 촉매염은 수상의 형태로 종래에는 폐수처리 되고 있었다.
즉, 버려지는 촉매염으로 인하여 환경적 오염 문제를 일으키며, 투입된 촉매가 촉매염으로 생성되어 버려지는 만큼 새로운 촉매를 지속적으로 투입해야 하는 과정에서 생산 원가가 증가하는 문제가 있었다.
또한, 상기 알돌 축합 반응 공정에서 미반응된 아이소부틸알데하이드 및 부반응으로 생성된 촉매염을, 상기 알돌 축합 반응 공정 이후에 각각 별도의 공정을 통하여 회수를 진행하였을 때, 공정관리가 비효율적이며 에너지 사용량이 과도하게 소비되는 문제가 있었다. 따라서, 이와 같이 미반응 아이소부틸알데하이드 및 버려지는 촉매염을 회수하여 재사용함에 있어, 친환경적이면서도 에너지 사용량을 보다 감소시킬 수 있는 공정이 도입되어야 하는 상황이다.
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 상기 발명의 배경이 되는 기술에서 언급한 문제를 해결하기 위하여, 고순도의 네오펜틸 글리콜을 높은 회수율로 수득할 수 있으면서도, 전체적인 공정에서 친환경적이며 에너지 사용량을 더욱 절감할 수 있는 네오펜틸 글리콜의 제조 방법을 제공하고자 하는 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명은 촉매의 존재 하에 포름알데하이드 수용액과 아이소부틸알데하이드를 알돌 반응기에서 알돌 축합 반응하여 하이드록시피브알데하이드를 포함하는 제1 반응 생성물을 얻는 단계, 상기 제1 반응 생성물을 알돌 추출탑에 공급하고 추출제와 접촉시켜, 하이드록시피브알데하이드를 포함하는 추출액 및 촉매염을 포함하는 추잔액을 얻는 단계, 상기 추잔액을 비누화 반응기로 공급하여, 상기 촉매염을 촉매로 환원시키고, 상기 촉매를 포함하는 비누화 반응기 배출 스트림을 통합 회수탑에 공급시키는 단계, 상기 추출액을 알돌 정제탑에 공급하고 증류하여 하이드록시피브알데하이드를 포함하는 하부 배출 스트림 및 미반응 아이소부틸알데하이드를 포함하는 상부 배출 스트림을 얻는 단계, 상기 알돌 정제탑의 상부 배출 스트림을 상기 통합 회수탑에 공급하고, 하부 배출 스트림은 수첨 반응기에 공급하여 수첨 반응시켜 네오펜틸 글리콜을 포함하는 제2 반응 생성물을 얻는 단계, 상기 통합 회수탑의 상부로부터 미반응 아이소부틸알데하이드 및 촉매를 회수하는 단계, 및 상기 제2 반응 생성물로부터 네오펜틸 글리콜을 수득하는 단계를 포함하는 네오펜틸 글리콜의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 네오펜틸 글리콜의 제조 방법에 따르면, 알돌 축합 반응 이후 생성된 촉매염를 비누화 반응에 의하여 촉매로 환원시키고, 상기 환원된 촉매를 회수함으로써 알돌 축합 반응의 촉매를 효율적으로 재사용할 수 있다. 이를 통하여 네오펜틸 글리콜을 경제적으로 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 환경 오염을 저감할 수 있다.
나아가, 본 발명은 알돌 축합 반응 시 미반응된 아이소부틸알데하이드를 재사용하기 위한 통합 회수탑에서 상기 환원된 촉매도 함께 회수함으로써, 환원된 촉매의 회수를 위하여 별도의 회수 수단을 구비하는 경우에 비하여 공정을 단순화시킬 수 있으며 고효율적으로 공정을 관리할 수 있다.
또한, 상기 통합 회수탑의 상부 폐열을 예를 들어, 스팀 생산에 사용함으로써 에너지를 더욱 효율적으로 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 네오펜틸 글리콜의 제조 방법을 나타내는 공정 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 비교예 1에 따른 네오펜틸 글리콜의 제조 방법을 나타내는 공정 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 비교예 2에 따른 네오펜틸 글리콜의 제조 방법을 나타내는 공정 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 비교예 1에 따른 네오펜틸 글리콜의 제조 방법을 나타내는 공정 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 비교예 2에 따른 네오펜틸 글리콜의 제조 방법을 나타내는 공정 흐름도이다.
본 발명의 설명 및 청구범위에서 사용된 용어나 단어는, 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에서 용어 '스트림(stream)'은 공정 내 유체(fluid)의 흐름을 의미하는 것일 수 있고, 또한, 배관 내에서 흐르는 유체 자체를 의미하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 '스트림'은 각 장치를 연결하는 배관 내에서 흐르는 유체 자체 및 유체의 흐름을 동시에 의미하는 것일 수 있다. 또한, 상기 유체는 기체(gas) 또는 액체(liquid)를 의미할 수 있다.
한편, 본 발명에서 추출탑, 정제탑, 증류탑 또는 증류컬럼, 및 회수탑등의 장치에 있어서, 상기 장치의 "하부"라 함은, 특별한 언급이 없는 한, 상기 장치의 최상부로부터 아랫쪽으로 95 % 내지 100 %의 높이의 지점을 의미하며, 구체적으로 최하단(탑저)을 의미할 수 있다. 마찬가지로, 상기 장치의 "상부"라 함은, 특별한 언급이 없는 한, 상기 장치의 최상부로부터 아랫쪽으로 0 % 내지 5 %의 높이의 지점을 의미하며, 구체적으로 최상부(탑정)을 의미할 수 있다.
한편, 본 발명에서 추출탑, 정제탑, 증류탑, 및 회수탑 등의 장치에 있어서, 상기 장치의 운전 온도라 함은, 특별한 언급이 없는 한, 상기 장치의 하부 온도를 나타낼 수 있다. 마찬가지로, 상기 장치의 운전 압력이라 함은 특별한 언급이 없는 한, 상기 장치의 상부 압력을 나타낼 수 있다.
이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 본 발명을 도 1에 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 촉매의 존재 하에 포름알데하이드 수용액과 아이소부틸알데하이드를 알돌 반응기에서 알돌 축합 반응하여 하이드록시피브알데하이드를 포함하는 제1 반응 생성물을 얻는 단계, 상기 제1 반응 생성물을 알돌 추출탑에 공급하고 추출제와 접촉시켜, 하이드록시피브알데하이드를 포함하는 추출액 및 촉매염을 포함하는 추잔액을 얻는 단계, 상기 추잔액을 비누화 반응기로 공급하여, 상기 촉매염을 촉매로 환원시키고, 상기 촉매를 포함하는 비누화 반응기 배출 스트림을 통합 회수탑에 공급시키는 단계, 상기 추출액을 알돌 정제탑에 공급하고 증류하여 하이드록시피브알데하이드를 포함하는 하부 배출 스트림 및 미반응 아이소부틸알데하이드를 포함하는 상부 배출 스트림을 얻는 단계, 상기 알돌 정제탑의 상부 배출 스트림을 상기 통합 회수탑에 공급하고, 상기 알돌 정제탑 하부 배출 스트림은 수첨 반응기에 공급하여 수첨 반응시켜 네오펜틸 글리콜(NeoPentylGlycol; NPG)을 포함하는 제2 반응 생성물을 얻는 단계, 상기 통합 회수탑의 상부로부터 미반응 아이소부틸알데하이드 및 촉매를 회수하는 단계, 및 상기 제2 반응 생성물로부터 네오펜틸 글리콜을 수득하는 단계를 포함하는 네오펜틸 글리콜의 제조 방법이 제공된다.
우선, 본 발명의 일 실시예에 따르는 네오펜틸 글리콜의 제조 방법은, 촉매의 존재 하에 포름알데하이드 수용액과 아이소부틸알데하이드를 알돌 반응기(10)에서 알돌 축합 반응하여 하이드록시피브알데하이드를 포함하는 제1 반응 생성물을 얻는 단계를 포함할 수 있다.
상기 알돌 축합 반응은 알돌 반응기(10)에서 촉매 존재 하에 포름알데하이드(Formaldehyde; FA) 수용액과 아이소부틸알데하이드(Isobutylaldehyde; IBAL)를 반응시켜 진행할 수 있다. 구체적으로, 포름알데하이드 수용액 및 IBAL를 포함하는 혼합액을 피드 스트림(1)으로서 알돌 반응기(10)에 공급하고, 상기 알돌 반응기(10) 내에서 촉매 존재 하에 알돌 축합 반응을 시켜 하이드록시피브알데하이드(Hydroxypivaldehyde; HPA)를 포함하는 제1 반응 생성물을 얻을 수 있다.
여기서 상기 포름알데하이드 수용액은 포르말린을 사용할 수 있으며, 이때, 상기 포름알데하이드의 농도는 35 내지 45 중량%인 것을 사용하는 것이 폐수 저감 측면에서 효과가 좋을 수 있다. 이러한 포름알데하이드 수용액은 전체 포름알데하이드 수용액 중량에 대하여 40 내지 64 중량%, 보다 구체적으로 45 내지 55 중량%의 물을 포함할 수 있으며, 포름알데하이드의 중합을 방지하기 위해 메탄올을 포함할 수 있다. 이 경우 전체 포름알데하이드 수용액 중량에 대하여 상기 메탄올의 함량은 0.1 내지 15 중량%, 보다 구체적으로 0.1 내지 5 중량% 일 수 있다. 상기 메탄올의 함량이 0.1 중량% 미만인 경우, 포름알데하이드 수용액 내 메탄올의 함량이 부족하여 알돌 축합 반응이 되풀이되는 중축합 반응이 발생할 우려가 있다. 상기 메탄올의 함량이 15 중량% 초과인 경우, 포름알데하이드 수용액 내 메탄올의 함량이 높아져 포름알데하이드의 농도가 지나치게 낮아질 수 있다.
이때, 상기 촉매는 아민계 화합물일 수 있다. 구체적으로, 트리알킬아민, 트리메틸아민, 트리에틸아민, 트리프로필아민, 트리이소프로필아민, 트리부틸아민과 같은 3차 아민 화합물이 적합할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 촉매는 트리에틸아민(Triethyl amine; TEA)을 포함할 수 있다. 본 발명에서는 TEA가 알돌 축합 반응에 있어 효율이 가장 우수하므로 촉매로써 사용될 수 있다.
상기 알돌 반응기(10)에서 알돌 축합 반응 온도는 70℃ 내지 100℃ 일 수 있다. 상기 알돌 축합 반응 온도가 70℃ 미만인 경우, 온도가 낮아 알돌 축합 반응이 원활하지 않을 수 있으므로 높은 전환율로 HPA를 포함하는 제1 반응 생성물을 수득하는 것이 어려울 수 있다. 상기 알돌 축합 반응 온도가 100℃ 초과인 경우, 알돌 축합 반응 중 부산물 생성이 가속화될 수 있다.
상기 알돌 반응기(10)에서의 체류시간은 0.1시간 내지 3시간일 수 있다. 상기 체류시간이 0.1시간 미만인 경우 알돌 축합 반응의 진행에 따른 HPA 수득량이 감소할 수 있으며, 상기 체류시간이 3시간 초과인 경우 알돌 축합 반응이 장시간 진행됨에 따라 에너지 효율이 저하되고 부산물이 과도하게 생성될 수 있다.
본 발명의 알돌 반응기(10)에서 서술한 조건 하에 알돌 축합 반응이 진행되어, HPA가 생성될 수 있다. 이때, 상기 알돌 축합 반응에서 발생하는 카니자로(Cannizzaro) 부반응에 의하여 포름산이 생성되고, 상기 포름산이 촉매인 TEA와 반응하여 TEA염, 즉 촉매염이 생성될 수 있다.
또한, 상기 알돌 축합 반응의 또 다른 부반응인 티센코(Tishchenko) 반응을 통해 하이드록시피발릭산-네오펜틸글리콜에스테르(HydroxyPivalic acid-Neopentylglycol Ester; HPNE)가 생성될 수 있다. 종전에는 상기 HPNE를 부산물로 취급하여 폐기하는 것이 일반적이였으나, 본 발명의 일 실시예에 따르면 HPNE를 분리하여 이를 가치있는 원료로 활용할 수 있다.
결과적으로, 알돌 반응기로부터 배출되는 스트림(2)에는 HPA, HPNE 및 촉매염이 제1 반응 생성물로써 포함될 수 있다.
이어서, 본 발명의 일 실시예에 따르는 네오펜틸 글리콜의 제조 방법은, 상기 제1 반응 생성물을 알돌 추출탑(100)에 공급하고 추출제와 접촉시켜, 하이드록시피브알데하이드를 포함하는 추출액 및 촉매염을 포함하는 추잔액을 얻는 단계를 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 알돌 반응기(10)에서 생성된 HPA를 포함하는 제1 반응 생성물은 알돌 반응기 배출 스트림(2)을 통해 알돌 추출탑(100)에 공급될 수 있다. 상기 알돌 추출탑(100)에서는, 알돌 반응기 배출 스트림(2)을 통해 공급된 상기 제1 반응 생성물을 추출제와 접촉시켜, HPNE, HPA와 추출제를 포함하는 유기상의 추출액 및 촉매염을 포함하는 액상의 추잔액을 얻을 수 있다. 이때, 상기 촉매염은 물에 해리된 상태로 존재할 수 있으며, 상기 물은 포름산 수용액으로부터 유래된 것일 수 있다.
이때, 상기 추출제는 지방족 알코올(aliphatic alcohols)일 수 있으며, 바람직하게는 2-에틸헥사놀(2-EthylHexanol; 2-EH)을 포함할 수 있다. 제1 반응 생성물에 포함된 HPA는 상기 2-EH에 대하여 가용성이기 때문에, 후술할 액-액 접촉 방식에 따른 추출 장치인 본 발명의 알돌 추출탑(100)에서 바람직하게 사용될 수 있다.
상기 알돌 추출탑(100)은 액-액 접촉 방식에 따른 추출 장치가 이용될 수 있다. 예를 들어, 상기 추출 장치는 Karr type의 왕복 플레이트 컬럼(Karr type reciprocating plate column), 회전-원판형 컬럼(rotary-disk contactor), Scheibel 컬럼, 분무 추출탑(spray extraction column), 충진 추출탑(packed extraction column), 펄스 충진컬럼(pulsed packed column)과 같은 추출 장치일 수 있다.
또한, 상기 알돌 추출탑(100)은 알돌 반응기 배출 스트림(2)에 포함된 다량의 물을 추잔액으로 분리함으로써, 후술할 알돌 정제탑(200)에서의 증류에서 사용되는 에너지를 절감할 수 있다. 이때, 상기 물은 포름알데하이드 수용액에 포함된 물일 수 있다.
상기 알돌 추출탑(100)의 운전 온도는 40℃ 내지 90℃ 일 수 있다. 상기 운전 온도가 40℃ 미만인 경우, 제1 반응 생성물이 증류되지 않고 상기 제1 반응 생성물에 포함된 HPA가 경화될 수 있다. 상기 운전 온도가 90℃ 초과인 경우, 알돌 추출탑(100)에 유입된 제1 반응 생성물을 유기상과 액상으로 상분리 하는 것이 어려울 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 추출액은 추출액 스트림(110)으로서 알돌 정제탑(200)으로 공급될 수 있다. 상기 추출액은 HPA 및 추출제 외에도 미반응 IBAL 및 촉매를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 미반응 IBAL은 알돌 반응기(10)에서 수행되는 알돌 축합 반응 시 미반응된 IBAL일 수 있다. 한편, 상기 추잔액은 추잔액 스트림(120)으로서 비누화 반응기(20)에 공급될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 네오펜틸 글리콜의 제조 방법은, 상기 추잔액을 비누화 반응기(20)로 공급하여, 상기 촉매염을 촉매로 환원시키고, 상기 촉매를 포함하는 비누화 반응기 배출 스트림을 통합 회수탑에 공급시키는 단계를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 추잔액에 포함된 촉매염은 비누화 반응기(20)에서 비누화 반응에 의하여 촉매로 환원될 수 있다. 상기 촉매염은 앞서 기재한 것과 같이 알돌 축합 반응에 의한 부반응으로 형성된 것 일 수 있다.
상기 비누화 반응은 별도로 투입되는 수산화나트륨(NaOH)과 같은 무기 강염기와 촉매염의 반응에 의해 수행될 수 있으며, 이로써 환원된 촉매를 효율적으로 재사용할 수 있다. 예를 들어, 알돌 축합 반응의 촉매로 TEA를 사용한 경우, 하기 반응식 1에 의하여 TEA의 염이 TEA로 환원될 수 있다.
[반응식 1]
TEA-Salt + NaOH → TEA + Na-Salt
한편, 상기 비누화 반응기(20)에서 비누화 반응의 온도는 50 ℃이상, 55 ℃이상 또는 60 ℃이상 및 90 ℃이하, 95 ℃이하 또는 100 ℃이하 일 수 있다. 상기 비누화 반응 온도가 50 ℃미만인 경우, 온도가 낮아 비누화 반응이 원활하게 진행되지 않을 수 있으므로 촉매로의 전환율이 낮아질 수 있다. 상기 비누화 반응 온도가 100 ℃초과인 경우, 비누화 반응 중 부산물이 과도하게 생성될 수 있다.
상기 촉매염이 비누화 반응을 거쳐 촉매로 환원되지 아니하고 촉매염의 상태로 후술할 후단의 수첨 반응기(30)에 공급될 경우 수첨 반응기에서 수행되는 수첨 반응에 악영향을 줄 수 있다. 따라서, 그 전에 촉매염을 환원시켜 제거하고상기 환원된 촉매를 회수할 필요가 있다. 구체적으로, 수첨 반응기(30) 내에서 수첨 반응을 위한 조건하에 상기 촉매염은 수첨 반응에 필요한 수첨 반응 촉매의 역할을 방해하고 다양한 부반응을 일으키기 때문에 결국 수첨 반응의 전환율을 저하시킬 수 있다.
따라서 비누화 반응기(20) 내에서 촉매염을 촉매로 환원시키고 상기 환원된 촉매를 후술하는 통합 회수탑(600)에서 회수함으로써, 촉매염의 수첨 반응기(30)로의 도입을 방지하여 앞서 설명한 여러 부작용을 최소화할 수 있다.
또한, 상기 비누화 반응기(20)에서 촉매염을 촉매로 환원시킴으로써, 후술하는 통합 회수탑(600)에서의 촉매의 회수를 용이하게 할 수 있고 이를 통하여 촉매를 효율적으로 재사용할 수 있다. 나아가, 촉매염을 재사용하지 아니하고 폐기하는 경우에 발생할 수 있는 환경적 오염 문제를 해결할 수 있다.
이와 같이 환원된 촉매, 예를 들어 TEA를 포함하는 비누화 반응기 배출 스트림(21)은 이어 상기 통합 회수탑(600)으로 공급될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르는 네오펜틸 글리콜의 제조 방법은, 상기 추출액을 알돌 정제탑에 공급하고 증류하여 하이드록시피브알데하이드를 포함하는 알돌 정제탑 하부 배출 스트림 및 미반응 아이소부틸알데하이드를 포함하는 알돌 정제탑 상부 배출 스트림을 얻는 단계를 포함할 수 있다.
앞서 기재한 상기 추출액은 촉매, 미반응 아이소부틸알데하이드(IBAL), HPNE, 추출제, 및 하이드록시피브알데하이드(HPA)를 포함할 수 있다. 또한 상기 추출액은 추출액 스트림(110)으로서 알돌 정제탑(200)에 공급된 후 증류되어, HPA를 포함하는 하부 분획과 촉매 및 미반응 IBAL를 포함하는 상부 분획으로 분리될 수 있다. 여기서 상기 하부 분획은 추출제 및 HPNE를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 알돌 정제탑(200)의 운전 온도는 40 ℃ 이상, 45 ℃ 이상, 50 ℃ 이상 또는 55 ℃ 이상 및 85 ℃ 이하, 90 ℃ 이하, 95 ℃ 이하 또는 100 ℃ 이하일 수 있다.
또한, 상기 알돌 정제탑(200)의 운전 압력은 300 torr 이상, 350 torr 이상, 400 torr 이상 또는 450 torr 이상 및 600 torr 이하, 650 torr 이하, 700 torr 이하 또는 760 torr이하 일 수 있다. 상기 범위 내의 온도 및 압력으로 알돌 정제탑(200)을 운전함으로써, 증류가 원할하게 진행되어 상대적으로 저비점 물질인 TEA와 상대적으로 고비점 물질인 HPA 사이의 분리가 용이하게 이뤄질 수 있다.
따라서, 미반응 아이소부틸알데하이드를 포함하는 알돌 정제탑(200)의 상부 분획은 알돌 정제탑 상부 배출 스트림(210)을 통해 통합 회수탑(600)으로 공급될 수 있다. 한편, 하이드록시피브알데하이드를 포함하는 알돌 정제탑(200)의 하부 분획은 알돌 정제탑 하부 배출 스트림(220)을 통해 수첨 반응기(30)로 공급될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 네오펜틸 글리콜의 제조 방법은, 상기 통합 회수탑의 상부로부터 미반응 아이소부틸알데하이드 및 촉매를 회수하는 단계를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 통합 회수탑(600)에서는 전술한 알돌 정제탑 상부 배출 스트림(210) 및 비누화 반응기 배출 스트림(21)에 대하여 증류를 수행할 수 있다. 구체적으로, 상기 증류에 의하여, 미반응 IBAL 및 촉매를 포함하는 상부 분획과, 폐수 예를 들어, 물 및 기타 불순물(2-EH, 미확인 부산물, MeOH 등)을 포함하는 하부 분획을 분리할 수 있다. 여기서, 상기 통합 회수탑의 상부 분획은 통합 회수탑 상부 배출 스트림(610)으로써 상기 알돌 반응기(10)로 순환될 수 있으며, 상기 하부 분획은 통합 회수탑 하부 배출 스트림(620)으로써 별도의 폐수 처리 공정으로 공급될 수 있다.
한편, 본 발명에 따르면, 전술한 상기 알돌 정제탑 상부 배출 스트림(210) 및 비누화 반응기 배출 스트림(21)에 더하여, 상기 통합 회수탑(600)으로 후술하는 추출제 정제탑 상부 배출 스트림(510)이 더 공급될 수 있다.
종래에는 상기 알돌 정제탑 상부 배출 스트림(210) 및 비누화 반응기 배출 스트림(21)이 각각 별도의 회수탑에 공급되어 상부로는 미반응 IBAL 및 촉매를 분리하고 하부로는 물 및 부산물을 분리하였다.
그러나 본 발명에 의하면, 상기 알돌 정제탑 상부 배출 스트림(210) 및 비누화 반응기 배출 스트림(21)을 하나의 통합 회수탑에 공급하여 상부로 미반응 IBAL 및 촉매(예를 들어, TEA)를 분리하여 회수하는 회수 공정을 수행할 수 있다. 즉, 각각 스트림에 대하여 별개의 회수탑을 적용하는 것이 아닌 하나의 통합 회수탑에 의하여 미반응 IBAL 및 TEA의 증류가 가능한 것은 상기 알돌 정제탑 상부 배출 스트림(210) 및 비누화 반응기 배출 스트림(21)에 포함된 TEA의 함량이 유사하여, 하나의 증류탑에 의하여 TEA 및 이보다 비점이 낮은 IBAL을 동시에 증류할 수 있기 때문이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 알돌 정제탑(200)의 상부 분획을 포함하는 알돌 정제탑 상부 배출 스트림(210) 내 촉매 함량 대비 비누화 반응기 배출 스트림(21) 내 촉매 함량의 비는 0.60 이상, 0.65 이상 또는 0.70 이상 및 1.10 이하, 1.15 이하 또는 1.20 이하 일 수 있다. 이처럼 스트림 내 촉매의 조성이 비슷한 스트림을 통합 회수탑(600)으로 공급함으로써, 종래 각각 별도의 회수탑에서 수행되던 증류 및 분리를 하나의 회수탑으로 수행할 수 있다.
구체적으로, 상기 알돌 정제탑 상부 배출 스트림(210) 내 촉매 함량 대비 비누화 반응기 배출 스트림(21) 내 촉매 함량의 비가 0.60 미만인 경우에는 비누화 반응기(20)로 공급되는 알돌 추출탑 하부 배출 스트림(120)의 유량이 감소하여야 하기 때문에, 알돌 정제탑(200)으로 공급되는 알돌 추출탑 상부 배출 스트림(110)의 유량은 증가할 수 있다. 이로 인하여, 상기 알돌 추출탑 상부 배출 스트림의 유량(110)이 증가하는 만큼 상기 알돌 정제탑(200)에서 사용되는 에너지의 사용량이 증가할 수 있다.
한편, 상기 알돌 정제탑 상부 배출 스트림(210) 내 촉매 함량 대비 비누화 반응기 배출 스트림(21) 내 촉매 함량의 비가 1.20 초과인 경우에는 비누화 반응기(20)로 공급되는 알돌 추출탑 하부 배출 스트림(120)의 유량이 증가하여야 하기 때문에, 알돌 정제탑(200)으로 공급되는 알돌 추출탑 상부 배출 스트림(110)의 유량은 감소할 수 있다. 따라서, 상기 알돌 추출탑 상부 배출 스트림(110)의 유량이 감소하는 만큼 알돌 정제탑(200)에서 사용되는 에너지의 양 또한 감소할 수 있으나, 상기 알돌 추출탑 하부 배출 스트림(120)의 유량이 증가하는 만큼 상기 비누화 반응기(20)로 HPA가 다량 유입되어 후술하는 수첨 반응기(30)에서 상기 HPA의 수첨 반응을 통한 NPG의 수득률이 감소할 수 있다. 또한, 상기 HPA 외에도 NPG가 상기 비누화 반응기(20)로 유입되어 NPG의 손실이 발생할 수 있다. 이때, 상기 NPG는 후술하는 NPG 정제탑(300)으로부터 수득되지 못하고 추출제 정제탑(500) 및 통합 회수탑(600)을 통하여 알돌 반응기(10)로 환류된 NPG일 수 있다.
보다 구체적으로, 알돌 축합 반응 시 미반응된 IBAL을 재사용하기 위한 상기 통합 회수탑(600)에서 촉매도 함께 회수함으로써, 상기 촉매의 회수를 위하여 별도의 회수 수단을 구비하는 경우에 비하여 공정을 단순화시킬 수 있으므로 에너지 사용량이 절감되어 고효율적으로 공정을 관리할 수 있다.
나아가, 통합 회수탑 상부의 고압 및 고온의 온도 조건을 통하여 통합 회수탑(600)의 상부 폐열을 회수하여 재사용하는 효과 또한 얻을 수 있다. 상기 상부 폐열은, 별도의 열교환기를 통해 냉각 스팀을 가열한 뒤 스팀을 생산하여 활용하거나 또는 알돌 정제탑 하부의 리보일러로 공급되어 알돌 정제탑의 가열에 사용될 수 있다.
위와 같은 효과를 얻기 위하여, 상기 통합 회수탑(600)의 상부는 최상부(탑정)를 100% 기준으로 하였을 때, 상기 통합 회수탑의 최상부로부터 하부쪽으로 70% 내지 100%, 구체적으로 75% 내지 100%, 85% 내지 100%의 높이일 수 있다. 상기 통합 회수탑(600)의 상부를 상기 범위 내의 높이로 설정함으로써, 후술하는 통합 회수탑(600) 상부의 운전 압력 및 온도 조건하에서, 통합 회수탑(600)의 상부 폐열의 회수가 용이할 수 있다.
이때, 상기 통합 회수탑 상부의 운전 압력은 440 torr 이상, 735 torr 이상, 1100 torr 이상 또는 1450 torr 이상 및 2200 torr 이하, 2500 torr이하, 2950 torr 이하 또는 3600 torr 이하일 수 있다. 통합 회수탑(600)의 상부를 상기 범위 내의 운전 압력으로 운전함으로써, 서술한 바와 같이 미반응 IBAL 및 촉매를 불순물과 분리하여 회수할 수 있으며, 아울러 통합 회수탑(600) 상부에서 제거되는 열원을 재사용하여 에너지 효율을 개선할 수 있다.
구체적으로, 상기 통합 회수탑(600) 상부의 운전 압력이 440 torr 미만인 경우, 미반응 IBAL 및 촉매를 동시에 회수하기가 어려워져서 목적하는 통합 회수탑(600)의 기능이 수행되는 데에 어려움이 있을 수 있다. 상기 통합 회수탑 상부의 운전 압력이 3600 torr 초과인 경우, 이를 위한 운전 에너지가 과도하게 소모될 수 있다.
상기 통합 회수탑 상부의 온도는 50℃ 이상, 55℃ 이상, 60℃ 이상 또는 65℃ 이상 및 135℃ 이하, 140℃ 이하, 145℃ 이하 또는 150℃ 이하일 수 있다. 상기 통합 회수탑(600) 상부의 운전 온도가 50℃ 미만인 경우, 미반응 IBAL 및 촉매를 회수하기가 어려워질 수 있으므로, 폐수로 손실되는 미반응 IBAL 및 촉매의 양이 증가되어 공정 비용상 불리할 수 있다. 또한, 상기 통합 회수탑 상부의 운전 온도가 150℃ 초과인 경우, 상기 통합 회수탑(600) 상부 폐열로부터의 에너지 회수가 어려울 수 있다.
따라서, 상기 통합 회수탑(600)의 상부로부터 동시에 회수된 미반응 IBAL 및 촉매를 포함하는 통합 회수탑 상부 배출 스트림(610)을 상기 알돌 반응기(100)로 순환시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 통합 회수탑의 상부 배출 스트림(610)은 컨덴서를 거쳐 일부는 알돌 반응기(100)로 순환되고 나머지는 통합 회수탑(600)으로 환류될 수 있다. 촉매 및 미반응 IBAL을 포함하는 통합 회수탑의 상부 배출 스트림(610)을 알돌 반응기(10)로 순환시킴으로써, 상기 알돌 반응기(10)에서 사용되는 촉매 및 IBAL을 재활용하게 되므로 새롭게 투입되는 양을 저감시킬 수 있으며 공정 중 사용되는 생산 원가를 절감할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 네오펜틸 글리콜의 제조 방법은, 알돌 정제탑 하부 배출 스트림을 수첨 반응기(30)에 공급하여 수첨 반응시켜 네오펜틸 글리콜을 포함하는 제2 반응 생성물을 얻는 단계를 포함할 수 있다.
상기 알돌 정제탑 하부 배출 스트림은 HPA, 추출제를 포함할 수 있으며, 이에 더하여 HPNE를 더 포함할 수 있다. 상기 수첨 반응기(30)에서 수첨 반응이 진행될 수 있으며, 상기 수첨 반응은 수첨 반응 촉매 존재 하에 상기 수첨 반응기(30)에 추가로 투입된 수소와 HPA의 반응에 의하여 수행될 수 있다.
상기 수첨 반응은 100 내지 1500 psig (pounds per square inch gauge pressure)의 수소 압력 및 반응 온도 100℃ 내지 200℃에서 진행될 수 있다. 또한, 상기 수첨 반응 촉매로는 니켈 촉매 또는 구리계 촉매가 사용될 수 있다. 상기 구리계 촉매로는 일례로 CuO/BaO/SiO 촉매일 수 있으며, 상기 CuO/BaO/SiO 촉매는 (CuO)x(BaO)y(SiO)z(x, y, z는 중량%이고, x:y:z=10~50:0~10:40~90, 10~50:1~10:40~89 또는 29~50:1~10:40~70)인 촉매일 수 있다. 상기 x와 y의 합은 바람직하게는 x, y 및 z의 총합(100 중량%)을 기준으로 20 내지 50 (중량%), 또는 30 내지 50 (중량%)이고, 이 범위 내에서 수첨 반응 촉매의 성능이 뛰어나고 수명이 긴 효과가 있다. 한편, 상기 니켈 촉매는 HPA 중량에 대하여 2 내지 10 중량% 일 수 있다.
전술한 바와 같이, 알돌 축합 반응을 통하여 형성되는 촉매염, 예를 들어TEA의 염이 상기 수첨 반응에 유입되는 경우, 다양한 부반응을 일으켜 상기 수첨 반응의 전환율을 저하시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 비누화 반응기(20)에 의해 전환된 TEA를 통합 회수탑(600)에서 회수함으로써, 수첨 반응기(30) 내 수첨 반응의 전환율을 향상시킬 수 있다.
이와 같이 수첨 반응기(30)내에서 수첨 반응이 진행되어, HPA가 수소와 반응하면 NPG가 생성될 수 있다. 따라서, 상기 수첨 반응 후, 촉매, 추출제, HPNE 및 상기 NPG를 포함하는 제2 반응 생성물을 수득할 수 있다. 이어 상기 제2 반응 생성물의 정제 공정을 통하여 원하는 생성물인 네오펜틸 글리콜을 수득할 수 있다.
구체적으로 상기 제2 반응 생성물의 정제 공정은, 상기 제2 반응 생성물을 네오펜틸 글리콜 정제탑(300)으로 공급하여, 촉매 및 추출제를 포함하는 스트림을 추출제 정제탑(500)으로 순환시키고 하이드록시피발릭산-네오펜틸글리콜에스테르를 포함하는 스트림을 하이드록시피발릭산-네오펜틸글리콜에스테르 정제탑(400)으로 순환시키며, 네오펜틸 글리콜을 포함하는 스트림으로부터 네오펜틸 글리콜을 수득하는 단계, 및 상기 하이드록시피발릭산-네오펜틸글리콜에스테르 정제탑의 하부로부터 하이드록시피발릭산-네오펜틸글리콜에스테르를 수득하는 단계를 포함하여 수행될 수 있다.
구체적으로, 상기 제2 반응 생성물은 수첨 반응기 배출 스트림(31)으로서 네오펜틸 글리콜(NPG) 정제탑(300)에 공급될 수 있다. 이때, 상기 NPG 정제탑(300)은 1기 또는 2기 이상의 정제탑일 수 있다.
먼저 상기 NPG 정제탑(300)이 1기의 정제탑일 경우, 상기 1기의 정제탑의 상부로부터 추출제와 촉매가, 하부로부터 HPNE가, 측부로부터 NPG가 각각 분리될 수 있다. 예를 들어, 상기 NPG 정제탑(300)은 하나의 분리벽형 증류탑일 수 있다. 이때, 상기 NPG는 NPG 정제탑(300)의 최상부로부터 하부쪽으로 40% 내지 80%의 높이의 측부로부터 수득할 수 있다. 한편, 상기 NPG 정제탑(300)이 2기 이상의 정제탑일 경우, 촉매를 상부로 분리하는 1기 이상의 NPG 정제탑과 상기 추출제를 상부로 분리하는 1기 이상의 NPG 정제탑을 통하여 수행될 수 있다. 상기 2기 이상의 NPG 정제탑의 하부로는 HPNE 또는 NPG를 포함하는 스트림이 분리되어 배출될 수 있다.
즉, 상기 1기 또는 2기 이상의 NPG 정제탑(300)에 의하여 제2 반응 생성물을 촉매와 추출제, HPNE, 및 NPG로 분리할 수 있다. 이를 통하여 고순도의 NPG를 수득할 수 있다. 상기 촉매 및 추출제를 포함하는 스트림(310)을 추출제 정제탑(500)으로 공급할 수 있으며, 상기 HPNE를 포함하는 스트림(320)을 HPNE 정제탑(400)으로 공급할 수 있다. 이를 위한, 상기 NPG 정제탑(300)의 운전 온도는 80℃ 이상, 100℃ 이상, 120℃ 이상 또는 140℃ 이상 및 185℃ 이하, 190℃ 이하, 195℃ 이하 또는 200℃ 이하일 수 있다. 또한, 상기 NPG 정제탑(300)의 운전 압력은 40torr 이상, 90torr 이상, 120torr 이상 또는 140torr 이상 및 300torr 이하, 400torr 이하, 500torr 이하 또는 600torr 이하일 수 있다. 상기 온도 및 압력 범위 내로 NPG 정제탑(300)을 운전함으로써, 서술한 바와 같이 추출제와 촉매, NPG, 및 HPNE의 분리가 용이할 수 있다. 따라서, 본 발명에서 수득하고자 하는 상기 NPG가 포함된 NPG 정제탑 측부 배출 스트림(330) 내 존재하는 부산물의 함량을 저하시킬 수 있으므로, 고순도의 NPG를 수득할 수 있다.
한편, 알돌 축합 반응의 부반응으로 생성된 상기 HPNE는 수첨 반응기(30)에서 일부는 NPG로 환원되고 나머지는 HPNE로 남아있게 되면서, 상기 HPNE가 상기 NPG 정제탑(300)에 유입되어 NPG 수득율을 저하시킬 수 있다. 따라서, 상기 HPNE를 후술하는 HPNE 정제탑(400)으로 공급함으로써 NPG 정제탑(300)에서 회수되지 못한 NPG를 추가로 수득할 뿐만 아니라 그 자체로 고부가가치 제품인 상기 HPNE를 회수하여 활용할 수 있다. 즉, 다른 중질의 부산물 예를 들어, 수첨 반응의 부산물인 트리메틸펜탄디올(2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올; TMPD)과는 구별되어 제품화될 수 있다.
한편, 전술한 HPNE 정제탑의 하부로부터 HPNE를 수득하는 단계는, 구체적으로 상기 HPNE 정제탑(400)에서 상기 HPNE를 포함하는 스트림(320)을 증류하여 HPNE를 포함하는 하부 분획 및 NPG를 포함하는 상부 분획을 분리하여 수행될 수 있다.
즉, 상기 NPG 정제탑(300)에서 회수되지 못하고 배출된 NPG를 HPNE 정제탑(400)의 상부 분획으로부터 회수할 수 있으므로(410), HPNE 정제탑(400)을 구비하지 않는 종래 NPG 제조 방법 대비 NPG 회수율을 보다 높일 수 있다. 아울러, HPNE 정제탑(400)의 하부 분획으로부터는 HPNE를 회수할 수 있고(420), HPNE는 전술한 바와 같이 다른 공정에서 원료로써 예를 들어, 폴리에스테르의 합성 및 코팅의 주원료로 사용될 수 있으므로, 본 발명에 따르는 HPNE 정제탑(400)에 의하여 원료 활용 측면에서 경제성이 제고될 수 있다. 한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 네오펜틸 글리콜의 제조 방법은, 상기 추출제 정제탑의 상부로부터 촉매를 회수하여 상기 통합 회수탑에 공급시키는 단계, 및 상기 추출제 정제탑의 하부로부터 추출제를 회수하는 단계를 포함하는 단계를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 추출제 정제탑(500)에서 상기 촉매 및 추출제를 포함하는 스트림(310)을 증류하여, 촉매를 포함하는 상부 분획, 추출제를 포함하는 하부 분획 및 폐오일을 포함하는 측부 분획으로 각각 분리할 수 있다. 상기 추출제 정제탑(500)의 측부 분획에 포함된 상기 폐오일은 폐오일 배출 스트림(530)을 통해 계 외로 배출될 수 있다.
이때, 상기 추출제 정제탑(500)의 상부 분획에 포함된 상기 촉매는 전술한 알돌 추출탑(100) 및 알돌 정제탑(200)에서 분리되지 못한 일부 소량의 촉매일 수 있다. 상기 추출제 정제탑(500)에서 상기 촉매를 분리하여 추출제 정제탑 상부 배출 스트림(510)을 통해 통합 회수탑(600)으로 공급함으로써 계 내의 촉매, 예를 들어 TEA가 회수될 수 있다.
한편, 추출제를 포함하는 추출제 정제탑(500)의 하부 분획은 추출제 정제탑 하부 배출 스트림(520)으로 배출되고, 이로부터 상기 추출제 예를 들어 2-EH가 분리 및 회수되어 전단의 공정에서 재사용될 수 있다.
이하, 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 통상의 기술자에게 있어서 명백한 것이며, 이들 만으로 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
실시예
실시예 1
도 1에 도시된 공정 흐름에 따라, Aspen 사의 Aspen Plus 시뮬레이터를 이용하여, 네오펜틸 글리콜(NPG)의 제조 공정을 시뮬레이션 하였다.
구체적으로, 촉매(트리에틸아민; TEA)의 존재 하에 포름알데하이드 수용액과 아이소부틸알데하이드를 알돌 반응기(10)에서 알돌 축합 반응시켜 하이드록시피브알데하이드(HPA)를 포함하는 제1 반응 생성물(2)을 얻었다. 이때, 상기 알돌 축합 반응은 85 ℃의 온도 하에서 수행되었다.
상기 제1 반응 생성물을 알돌 추출탑(100)에 공급하고 추출제(2-에틸헥사놀; 2-EH)와 접촉시켜, HPA를 포함하는 추출액 및 촉매염을 포함하는 추잔액을 얻었다.
상기 추잔액을 포함하는 추잔액 스트림(120)을 비누화 반응기(20)로 공급하여 촉매염을 수산화나트륨(NaOH)과 반응시켜 촉매로 환원시키고, 상기 촉매를 포함하는 비누화 반응기 배출 스트림(21)을 통합 회수탑(600)에 공급하였다. 이때, 상기 비누화 반응기(20)에서 수행되는 비누화 반응은 83 ℃의 온도에서 진행되었다.
한편, 상기 추출액을 포함하는 추출액 스트림(110)을 알돌 정제탑(200)으로 공급하고 증류하여, HPA를 포함하는 알돌 정제탑 하부 배출 스트림(220)과 미반응 아이소부틸알데하이드(IBAL) 및 촉매를 포함하는 알돌 정제탑 상부 배출 스트림(210)을 얻었다. 상기 알돌 정제탑(200)의 운전 압력은 207 torr였으며, 운전 온도는 87 ℃였다. 이때, 상기 알돌 정제탑 상부 배출 스트림 내 촉매 함량 대비 상기 비누화 반응기 배출 스트림 내 촉매 함량의 비는 0.9 였다.
이어서, 상기 알돌 정제탑 상부 배출 스트림(210)을 통합 회수탑(600)에 공급하였다. 상기 통합 회수탑(600)에서는 상기 통합 회수탑으로 공급된 스트림들(21, 210 및 510)을 증류하여, 미반응 IBAL 및 촉매를 포함하는 상부 분획 및 폐수를 포함하는 하부 분획으로 분리하였다.
상기 통합 회수탑(600)의 상부 분획은 통합 회수탑 상부 배출 스트림(610)으로써 상기 알돌 반응기(10)로 순환시켰다. 상기 통합 회수탑의 하부 분획은 통합 회수탑 하부 배출 스트림(620)으로써 계 외로 배출시켰다.
한편, 상기 알돌 정제탑 하부 배출 스트림(220)을 수첨 반응기(30)에 공급하고 수첨 반응시켜, NPG를 포함하는 제2 반응 생성물을 얻었다. 이때, 상기 수첨 반응은 160 ℃의 온도에서 수행되었다.
상기 제2 반응 생성물을 NPG 정제탑(300)으로 공급하여, 촉매 및 추출제를 포함하는 NPG 정제탑 상부 배출 스트림(310)을 추출제 회수탑(500)으로 순환시키고 HPNE를 포함하는 NPG 정제탑 하부 배출 스트림(320)을 HPNE 정제탑(400)으로 순환시키고, NPG 정제탑 측부 배출 스트림(330)으로부터 NPG를 수득하였다. 이때, 상기 NPG 정제탑(300)의 운전 압력은 154 torr였으며, 운전 온도는 168 ℃였다.
이때, 상기 추출제 회수탑(500)에서 NPG 정제탑 상부 배출 스트림(310)을 증류하여, 촉매를 포함하는 추출제 회수탑 상부 배출 스트림(510)을 통합 회수탑(600)으로 공급하고 추출제를 포함하는 추출제 회수탑 하부 배출 스트림(520)으로부터 추출제를 별도로 수득하였다.
한편, 상기 HPNE 정제탑(400)에서 상기 NPG 정제탑 하부 배출 스트림(320)을 증류하여, NPG를 포함하는 HPNE 정제탑 상부 배출 스트림(410)으로부터 NPG를 회수하고 HPNE를 포함하는 HPNE 정제탑 하부 배출 스트림(420)으로부터 HPNE를 회수하였다.
실시예 2
실시예 2는 상기 알돌 정제탑의 상부 배출 스트림 내 촉매 함량 대비 상기 비누화 반응기 배출 스트림 내 촉매 함량의 비가 0.5 인 것을 제외하면, 실시예 1과 동일한 공정 흐름으로 NPG를 제조하였다.
실시예 3
실시예 3은 상기 알돌 정제탑의 상부 배출 스트림 내 촉매 함량 대비 상기 비누화 반응기 배출 스트림 내 촉매 함량의 비가 1.3 인 것을 제외하면, 실시예 1과 동일한 공정 흐름으로 NPG를 제조하였다.
비교예
비교예 1
도 2에 도시된 공정 흐름에 따라, Aspen 사의 Aspen Plus 시뮬레이터를 이용하여, 네오펜틸 글리콜(NPG)의 제조 공정을 시뮬레이션 하였다.
비교예 1은 비누화 반응기 배출 스트림(21), 알돌 정제탑 상부 배출 스트림(210) 및 추출제 정제탑 상부 배출 스트림(510)을 통합 회수탑이 아닌 알돌 반응기(10)로 바로 공급한 것을 제외하면, 실시예 1과 동일한 공정 흐름으로 NPG를 제조하였다.
비교예 2
도 3에 도시된 공정 흐름에 따라, Aspen 사의 Aspen Plus 시뮬레이터를 이용하여, 네오펜틸 글리콜(NPG)의 제조 공정을 시뮬레이션 하였다.
비교예 1은 비누화 반응기 배출 스트림(21)을 촉매 회수탑(40)에 공급하고 증류하여, 촉매를 포함하는 상부 분획 및 물과 부산물을 포함하는 하부 분획으로 분리하였다. 상기 촉매를 포함하는 상부 분획은 촉매 회수탑 상부 배출 스트림(41)을 통하여 원료 회수탑(50)에 공급하였다. 상기 물과 부산물을 포함하는 하부 분획은 촉매 회수탑 하부 배출 스트림(42)을 통하여 계 외로 배출시켰다.
한편, 추출제 정제탑 상부 배출 스트림(510) 및 알돌 정제탑 상부 배출 스트림(210)을 원료 회수탑(50)에 공급하였다. 상기 원료 회수탑(50)에서는 상기 원료 회수탑으로 공급된 스트림들(41, 210 및 510)을 증류하여, 미반응 IBAL 및 촉매를 포함하는 원료 회수탑 상부 배출 스트림(51) 및 물 및 부산물을 포함하는 원료 회수탑 하부 배출 스트림(52)을 얻었다.
상기 원료 회수탑 상부 배출 스트림(51)은 알돌 반응기(10)로 공급하고 원료 회수탑 하부 배출 스트림(52)은 계 외로 배출시킨 것을 제외하면, 실시예 1과 동일한 공정 흐름으로 NPG를 제조하였다.
하기 표 1에서, 상기 실시예 및 비교예의 촉매 함량비, 회수 공정 컬럼 개수, 회수 공정 열교환기 개수, 회수 공정 에너지 사용률 및 NPG 수득률을 나타내었다.
구체적으로, 상기 회수 공정은, 실시예의 경우 통합 회수탑에 의하여 수행될 수 있으며, 비교예 2의 경우에는 촉매 회수탑 및 원료 회수탑에 의하여 수행될 수 있다. 이에 따라, 상기 회수 공정의 컬럼 개수 및 열교환기 개수를 하기 표 1에 나타내었다.
또한, 상기 회수 공정 에너지 사용률은, 비교예 2의 촉매 회수탑 및 원료 회수탑에서 사용된 총 에너지의 양 대비 각 실시예의 통합 회수탑에서 사용된 에너지의 양을 백분율로 나타낸 것이다.
한편, 상기 NPG 수득률은 실시예 1의 NPG 정제탑에서 수득된 NPG의 양 대비 각 실시예 및 비교예의 NPG 정제탑에서 수득된 NPG의 양을 백분율로 나타낸 것이다.
| 촉매 함량비1) | 회수 공정 컬럼 개수 |
회수 공정 열교환기 개수 |
회수 공정 에너지 사용률(%) |
MeOH 제거 | NPG 수득률 (중량%) |
|
| 실시예 1 | 0.9 | 1 | 2 | 85.6 | ○ | 100 |
| 실시예 2 | 0.5 | 1 | 2 | 94.2 | ○ | 100 |
| 실시예 3 | 1.3 | 1 | 2 | 75 | ○ | 99 이하 |
| 비교예 1 | 0.9 | - | - | - | × | 100 |
| 비교예 2 | 0.9 | 2 | 4 | 100 | ○ | 100 |
| 1) 촉매 함량비는 알돌 정제탑의 상부 배출 스트림 내 촉매 함량 대비 상기 비누화 반응기 배출 스트림 내 촉매 함량의 비를 나타낸 것이다. | ||||||
표 1을 참조하자면, 실시예의 회수 공정 에너지 사용률은 각각 비교예 2의 회수 공정(촉매 회수탑 및 원료 회수탑)에서의 총 에너지 사용량을 100% 기준으로 환산하여 나타낸 것이다. 상기 실시예는 회수 공정 에너지 사용률이 비교예 대비 양호한 것을 확인할 수 있었다.
한편, 비교예 2는 실시예와 달리 촉매 회수탑 및 원료 회수탑을 각각 구비한 경우로, 회수 공정 에너지 사용률이 가장 높은 것을 확인할 수 있었다.
10: 알돌 반응기 20: 비누화 반응기
30: 수첨 반응기 100: 알돌 추출탑
200: 알돌 정제탑 300: 네오펜틸 글리콜(NPG) 정제탑
400: 하이드록시피발산-네오펜틸글리콜에스테르(HPNE) 정제탑
500: 추출제 정제탑 600: 통합 회수탑
40: 촉매 회수탑 50: 원료 회수탑
30: 수첨 반응기 100: 알돌 추출탑
200: 알돌 정제탑 300: 네오펜틸 글리콜(NPG) 정제탑
400: 하이드록시피발산-네오펜틸글리콜에스테르(HPNE) 정제탑
500: 추출제 정제탑 600: 통합 회수탑
40: 촉매 회수탑 50: 원료 회수탑
Claims (11)
- 촉매의 존재 하에 포름알데하이드 수용액과 아이소부틸알데하이드를 알돌 반응기에서 알돌 축합 반응시켜 하이드록시피브알데하이드를 포함하는 제1 반응 생성물을 얻는 단계,
상기 제1 반응 생성물을 알돌 추출탑에 공급하고 추출제와 접촉시켜, 하이드록시피브알데하이드를 포함하는 추출액 및 촉매염을 포함하는 추잔액을 얻는 단계,
상기 추잔액을 비누화 반응기로 공급하여, 상기 촉매염을 촉매로 환원시키고, 상기 촉매를 포함하는 비누화 반응기 배출 스트림을 통합 회수탑에 공급시키는 단계,
상기 추출액을 알돌 정제탑에 공급하고 증류하여 하이드록시피브알데하이드를 포함하는 알돌 정제탑 하부 배출 스트림 및 미반응 아이소부틸알데하이드를 포함하는 알돌 정제탑 상부 배출 스트림을 얻는 단계,
상기 알돌 정제탑 상부 배출 스트림을 상기 통합 회수탑에 공급하고, 상기 알돌 정제탑 하부 배출 스트림을 수첨 반응기에 공급하여 수첨 반응시켜 네오펜틸 글리콜을 포함하는 제2 반응 생성물을 얻는 단계,
상기 통합 회수탑의 상부로부터 미반응 아이소부틸알데하이드 및 촉매를 회수하는 단계, 및
상기 제2 반응 생성물로부터 네오펜틸 글리콜을 수득하는 단계를 포함하는 네오펜틸 글리콜의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 통합 회수탑의 상부로부터 회수된 미반응 아이소부틸알데하이드 및 촉매를 상기 알돌 반응기로 순환시키는 단계를 더 포함하는 네오펜틸 글리콜의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 알돌 정제탑 상부 배출 스트림 내 촉매 함량 대비 상기 비누화 반응기 배출 스트림 내 촉매 함량의 비는 0.60 내지 1.20 인 네오펜틸 글리콜의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 통합 회수탑 상부의 운전 압력은 440 torr 내지 3600 torr 인 네오펜틸 글리콜의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 통합 회수탑 상부의 온도는 50 ℃ 내지 150 ℃인 네오펜틸 글리콜의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 제2 반응 생성물은 촉매, 네오펜틸 글리콜, 추출제 및 하이드록시피발릭산-네오펜틸글리콜에스테르(HPNE)를 포함하고,
상기 제2 반응 생성물로부터 상기 네오펜틸 글리콜을 수득하는 단계는,
상기 제2 반응 생성물을 네오펜틸 글리콜 정제탑으로 공급하여, 촉매 및 추출제를 포함하는 스트림을 추출제 정제탑으로 순환시키고 하이드록시피발릭산-네오펜틸글리콜에스테르를 포함하는 스트림을 하이드록시피발릭산-네오펜틸글리콜에스테르 정제탑으로 순환시키며, 네오펜틸 글리콜을 포함하는 스트림으로부터 네오펜틸 글리콜을 수득하는 단계, 및
상기 하이드록시피발릭산-네오펜틸글리콜에스테르 정제탑의 하부로부터 하이드록시피발릭산-네오펜틸글리콜에스테르를 수득하는 단계를 더 포함하여 수행되는 네오펜틸 글리콜의 제조방법. - 제6항에 있어서,
상기 네오펜틸 글리콜은 상기 네오펜틸 글리콜 정제탑의 최상부로부터 하부쪽으로 40% 내지 80%의 높이의 측부로부터 수득되는 네오펜틸 글리콜의 제조방법. - 제6항에 있어서,
상기 추출제 정제탑의 상부로부터 촉매를 회수하여 상기 통합 회수탑에 공급시키는 단계, 및
상기 추출제 정제탑의 하부로부터 추출제를 회수하는 단계를 포함하는 네오펜틸 글리콜의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 촉매는 트리에틸아민(Triethyl amine; TEA)을 포함하는 네오펜틸 글리콜의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 추출제는 2-에틸헥사놀(2-Ethyl Hexanol; 2-EH)을 포함하는 네오펜틸 글리콜의 제조방법. - 제4항에 있어서,
상기 통합 회수탑 상부는 상기 통합 회수탑의 최상부로부터 하부쪽으로 70% 내지 100%인 네오펜틸 글리콜의 제조 방법.
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| PCT/KR2023/013048 WO2024053936A1 (ko) | 2022-09-08 | 2023-09-01 | 네오펜틸 글리콜의 제조 방법 |
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0782192A (ja) | 1993-09-10 | 1995-03-28 | Mitsubishi Gas Chem Co Inc | ネオペンチルグリコールの製造法 |
-
2023
- 2023-08-25 KR KR1020230111966A patent/KR20240035332A/ko active Search and Examination
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0782192A (ja) | 1993-09-10 | 1995-03-28 | Mitsubishi Gas Chem Co Inc | ネオペンチルグリコールの製造法 |
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