KR900001005B1 - 오르토-니트로톨루엔의 분리방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

오르토-니트로톨루엔의 분리방법

제1도, 제2도 및 제3도는 각각 상이한 흡착제를 사용하여 니트로톨루엔 이성체를 분리할때 그 용출 결과를 크로마토그래프로 도시한 것이다.

본 발명은 고체 베드 흡착에 의한 니트로톨루엔 이성체의 분리에 관한 것이다. 부가하면, 본 발명은 니트로톨루엔의 이성체로 구성된 원료 혼합물로 부터 니트로톨루엔의 오르토 이성체를 분리하는 방법에 관한 것으로, 본 방법은 오르토 이성체를 원료 혼합물 및 니트로벤젠 탈착제로 부터 선택적으로 제거할 수 있는 고체 흡착제를 사용한다.

니트로톨루엔은 염료 및 폭발물 제조의 중요한 개시물질이다. 특히, 오르토-니트로톨루엔은 신 마젠타(New Magenta)와 같은 염료의 합성에 사용되고 있다. 파라-니트로톨루엔은 청록색(Turquoise-Blue)의 합성에 사용되고 있다.

모노니트로톨루엔을 분리하는 종래의 방법은 다단계의 증류후 길고 값이 비싼 결정화 과정을 수반하는 것으로 구성된다.

미합중국 특허 제 4, 270, 013호(Priegnitz등)는 교환 가능한 양이온 자리를 함유한 X형 제올라이트를 사용하여 오르토-니트로톨루엔을 다른 니트로톨루엔 이성체로 부터 분리하는 방법에 대해 기술하고 있는데, 상기 양이온은 칼륨 및 바륨으로 구성된 그룹으로 부터 선택되며, 특수 탈착제 물질은 톨루엔 및 1-헥산올이다.

본 발명가는 니트로톨루엔 이성체를 분리하기 위해, 특히 이성체의 혼합물로 부터 오르토 이성체를 분리하기 위해 제올라이트를 사용하는 방법을 알게 되었다. 상기 분리를 위해 적합한 특수 탈착제 물질을 사용했다.

따라서, 본 발명의 목적은 오르토-니트로톨루엔 이성체 및 적어도 하나의 다른 니트로톨루엔 이성체로 구성된 원료 혼합물로 부터 오르토-니트로톨루엔을 고회수율로 분리하기 위한 방법의 제공에 있다.

요약하면, 구체적으로 본 발명은 오르토-니트로톨루엔 및 적어도 하나의 다른 니트로톨루엔 이성체로 구성된 원료 혼합물로 부터 오르토-니트로톨루엔을 분리하는 방법에 관한 것이다.

본 방법은 흡착 조건하에서 교환 가능한 양이온성 자리에 원소 주기율표의 제(IA)족 및 제(IIA)족 금속의 양이온을 함유한 X형 제올라이트로 구성된 흡착제를 상기 혼합물과 접촉시키고, 오르토-이성체를 제외한 나머지 이성체가 거의 배제되도록 오르토-이성체를 선택적으로 흡착시키고, 탈착조건하에서 니트로벤젠으로 구성된 탈착제 물질에 의해 탈착시켜 순수도가 높은 오르토-니트로톨루엔을 회수하는 단계로 구성된다.

본 발명의 기타 목적 및 구체예는 혼합물, 흡착제, 탈착제 물질 및 기타 조건에 대한 상세한 설명으로 부터 이해할 수 있으며, 이후 설명될 것이다.

X형 및 Y형 결정질 알루미노실리케이트 또는 제올라이트는 실리콘 중심의 SiO₄및 알루미늄 중심의 AlO₄의 사면체가 산소를 공유하면서 서로 결합된 기본적구조의 3차원 구조를 이루고 있다. 사면체 사이의 공간은 물 분자에 의해 점유되어 있으며, 따라서 후의 탈수 또는 부분 탈수에 의해 분자 크기의 채널로 서로 얽힌 결정 구조를 이루고 있다.

따라서 결정질 알루미노 실리케이트는 종종 분자시브(molecular sieve(라 칭하여 지며, 이러한 분자시브로 수행되는 분리는 일반적으로 원료 혼합물의 더 큰 분자로 부터 더 작은 분자의 물리적으로 ＂시빙(sieving)＂하는 방법으로 진행된다. 그러나, 방향족 탄화수소 이성체의 분리에 있어서, 이성체의 분리는 이성체 분자의 순수한 물리적 크기 차이에 의한 것이 아니라 서로 다른 이성체 및 흡착제의 전기화학적 인력 차이 때문에 일어난다.

수소 형태에서, 바람직한 결정질 알루미노실리케이트는 하기식(I)의 구조를 갖는 제올라이트이다:

상기에서, M은 사면체의 전자기와 평형을 이루며, 일반적으로 교환가능한 양이온 자리라 칭하여 지는 양이온이며, n은 양이온의 원자가 이며, w는 SiO₂의 몰수이며 y는 물의 몰수이다.

상기 양이온은 후술되는 바의 양이온이다.

X형 구조화 제올라이트로 구성되는 흡착제는 특히 본 발명의 이성체의 흡착성 분리에 바람직하다. 이러한 제올라이트는 미합중국 특허 제 2, 882, 244호에 기술되어 있다. 상기의 ＂X형 구조화＂제올라이트는 상기 미합중국 특허 제 2, 882, 244호에 기술된 바의 일반 구조식을 지닌 모든 제올라이트를 포함한다.

수화된 또는 부분적으로 수화된 형태의 X형 구조화 제올라이트는 하기식(2)의 갖는 산화물의 몰수의 항으로 표시된다.

상기식에서, M은 3이하의 원자가를 지닌 적어도 하나의 양이온이며, n은 M원자가이며, y는 M에 따라 9이하의 값을 갖는 결정체의 수화도이다.

양이온 M은 수소양이온, 알칼리금속 양이온 또는 알칼리토금속 양이온 또는 기타 양이온과 같은 하나 또는 이 이상의 양이온이며, 일반적으로 교환가능한 양이온자리로서 칭하여진다.

본 발명에 사용되는 X형 제올라이트는 원소 주기율표의 제(IA)족 및 제(IIA)족의 알칼리 또는 알칼리토금속으로 부터 선택된 금속의 양이온이 양이온 자리에 함유되어 있다.

본 명세서에 기술된 특수 흡착제의 기본물질로서 사용되는 X형 구조화 제올라이트는 나트륨 형에서 가장 유리하다. 나트륨 양이온은 공지된 방법에 따라 다른 특수한 양이온으로 치환 또는 교환 되며, 본 발명의 목적을 위해 바람직한 양이온은 바륨 또는 칼륨, 또는 이것의 혼합물이다.

일반적으로, 기본 물질은 원하는 바의 크기로 연마시켜 형성된 그래뉼, 구체 , 환제, 정제, 결합물(교합물), 압출물과 같은 입자 크기로 존재한다. X형 제올라이트는 휘발성 유리조성물을 기본으로 한 기본 물질에 대해 약 75중량%-약 98중량%의 농도로서 기본 물질속에 존재한다. 기본 물질에서 그 나머지 물질은 비결정질 실리카 또는 알루미나로 구성되거나 혹은 실리카 및 알루미나가 제올라이트 물질과 단단하게 결합된 혼합물 형태로 존재하기도 한다. 비결정질 물질은 X형 제올라이트의 제조공정에(예를들면 상기 제올라이트 제조 공정동안 제올라이트의 의도적 불안전 정제시)첨부되거나, 혹은 제올라이트 입자를 형성하거나 집적시키는 것을 촉진시키기 위해 비교적 순순한 제올라이트에 첨가되기도 한다.

기본 물질의 보기로서 13X형 제올라이트 및 결합제로서의 소량의 비결정질 물질로 구성된 산업적으로 이용가능한 1/8인치 압출물을 들 수 있다. 이러한 기본 물질은 주로 나트륨형이다. 즉, 상기 식(2)에서 ＂M＂의 양이온이 나트륨이다. 화학적 분석에 의한 기본 물직의 Na₂O/Al₂O₃의 비는 약 0.7또는 이 이하이며 일반적으로 약 0.6이다. 물론, 이 값은 상기식(2)에서 지칭된 0.9±0.2보다 적은 값이다. H+와 같은 기타 양이온이 주로 불순물로서 존재하여 화학평형에 필요한 나머지 양이온 값을 보충하여 Na₂O/Al₂O₃의 비를 0.9±0.2가 되게 한다.

X-선 결정에 의한 개시 물질의 알루미늄에 대한 실리카의 비는 약 2.5이며, 화학 분석에 의한 상기 비는 약 2.6이다. 일반적으로 입출물 또는 펠릿형의 기본 물질은 약 20-40메쉬(미합중국 표준 메쉬크기)의 입자 크기로 그래뉼화 되는데, 이 크기는 처음의 이온교환단계가 시작되기 전의 약 0.42-0.84mm의 입자 크기에 대응한다. 상기 20-40 메쉬의크기는 대략 바라는 바와 최종 흡착제의 입자 크기에 대응된다.

양이온 또는 염기 교환 방법은 결정질 알루미노실리케이트 생성에 관련된 업자에게는 일반적으로 공지되어 있다. 이러한 방법은 제올라이트를, 제올라이트속으로 결합시키려는 양이온의 용해성 염 수용성액과 접촉시킴으로써 수행된다. 접촉시킨후 바라는 바의 교환도를 얻은 다음 수용액으로 부터 시브를 제거한후 세척하고 바라는 바의 물 함량을 지니도록 건조시킨다. 또한, 제올라이트상에 위치시키려고 하는 바라는 바의 양이온이 함유된 각각의 용액을 사용하거나, 제올라이트상에 위치시키려고 하는 2 또는 이 이상의 바라는 바의 양이온이 함유된 양이온 혼합물의 교환 용액을 샤용하여 양이온 교환을 수행하기도 한다.

본 발명 방법에 이용되는 원료 혼합물은 오르토-이성체를 포함한 적어도 2개의 니트로톨루엔 이성체의 혼합물로 구성된다.

실질적으로 니트로톨루엔을 함유한 혼합물은 화학 기술면에서 공지된 방법에 의해 제조된다. 공지된 방법에 의해 생성된 니트로톨루엔 원료 혼합물은 주로 62-63부피%의 0-니트로톨루엔, 3-4부피%의 m-니트로톨루엔 및 33-35부피%의 p-니트로톨루엔을 함유한다. 따라서, 본 발명의 추출 생성 스트림은 거의 대부분 순수한 오르토-이성체로 구성되며, 추출 찌꺼기 생성 스트림은 비교적 소량의 메타-이성체가 함유되어 있지만 산업적으로 유용한 물질인 파라-이성체로 주로 구성된다.

오르토-이성체 및 적어도 하나의 다른 이성체의 니트로톨루엔을 함유한 원료 혼합물로 부터 오르토-이성체를 분리하기 위해, 혼합물을 상술한 바의 결정질 알루미노실리케이트로 구성된 적합한 흡착제와 접촉시키면 오르토-이성체는 흡착제에 의해 선택적으로 흡착되며, 다른 이성체는 거의 흡착되지 않아 흡착제 입자와 흡착제 표면사이의 빈 공간으로 부터 제거된다. 오르토-이성체를 함유한 흡착제는 ＂농후한＂흡착제, 즉 오르토-이성체가 농후한 흡착제라 칭하여 진다.

선택도가 더 크게 흡착된 원료 성분은 흔히 원료 혼합물중 추출성분이 되며, 선택도가 작게 흡착된 성분은 잔류(찌꺼기)성분이 된다. 따라서 추출성분으로 구성된 흡착제를 이탈하는 유동 스트림과 잔류 성분으로 구성된 흡착제를 이탈하는 유동 스트림은 각각 추출 스트림 및 잔류 스트림으로 지칭된다. 즉, 잔류 스트림은 잔류 성분으로서 선택된 이성체를 제외한 모든 원료 혼합물을 포함하며, 추출 스트림은 추출성분으로서 선택된 이성체를 포함한다.

본 발명의 방법에 의해 고회수율의 고순도(98% 또는 그 이상)오르토-이성체 생성물을 산출할 수 있지만, 흡착제에 의해 완전히 추출 성분을 흡착시키거나 흡착제에 의해 완전히 잔류 성분을 비흡착시키지는 못한다. 그러므로 소량의 잔류 성분이 추출 스트림에 존재하며, 마찬가지로 소량의 추출 성분이 잔류 스트림에 존재한다. 그후, 추출 및 잔류 스트림은 추출 성분의 농도와 잔류 성분의 농도비에 의해 각각 원료 혼합물로 부터 다시 분리된다. 예를들면 흡착 선택도가 작은 이성체의 농도에 대한 흡착 선택도가 큰 이성체의 농도비는 추출 스트림에서 가장 크고, 공급 혼합물에서 상기 다음으로 크고, 잔류 스트림에서 가장 작을 것이다. 마찬가지로, 흡착 선택도가 큰 오르토-이성체에 대한 흡착 선택도가 작은 이성체의 비는 잔류 스트림에서 가장 크며, 원료 스트림에서 상기 다음으로 크며, 추출 스트림에서 가장 작을 것이다.

흡착제는 하나 또는 그 이상의 챔버에 함유되어 있는데, 챔버의 외부및 내부로 흐르는 동안에 오르토-이성체는 분리된다. 흡착제는 흡착제로 부터 흡착된 오르토-이성체를 치환할 수 있는 탈착제 물질(하기에 상세히 기술됨)과 접촉된다. 오르토-이성체 및 탈착 물질로 구성된 추출 스트림은 분리 단계에 수반되어 고순도의 오르토-이성체를 산출한다. 결과의 잔류 스트림(메타-및 파라-이성체로 구성되는 경우)은 본 명세서에서 기술되지 않은 장치에 의해 다시 분리 단계에 수반되거나 또는 상술한 바와 같이 공급 원료의 낮은 메타-이성체 함량 때문에 고순도의 파라-이성체로서 그자체로 사용된다.

흡착제는 원료 혼합물 및 탈착제 물질과 서로 교대적으로 접촉되는 고정베드 형태로 사용된다. 본 발명의 가장 간단한 구체예를 고찰하면, 흡착제는 그 공정이 반-연속인 경우 단일 고졍베드 형태로 사용된다. 또 다른 구체예에서, 일련의 2 또는 이 이상의 고정베드가 적합한 밸브와 접촉되어 있는 고정베드 형태로 사용되는데, 밸브의 역할에 의해 원료 혼합물의 하나 또는 그 이상의 흡착제 베드를 통과하는 동안, 탈착제 물질은 상기 일련의 베드중 하나 또는 그 이상의 다른 베드를 통해 통과된다. 원료 혼합물 및 탈착제 물질은 상하로 이동한다. 유동액-고체가 접촉하는 고정베드에 사용되는 장치로서 종래의 장치가 사용된다.

그러나, 이동베드 또는 이동성베드 유동 시스템은 분리 효율면에서 고정베드 시스템보다 훨씬 더 크다. 이동 베드 또는 이동성 베드 공정에 있어서, 흡착 및 탈착 작동은 추출 스트림 및 잔류 스트림이 계속 생성되고, 원료 및 탈착 유동 스트림이 계속 사용될 수 있도록 연속해서 발생한다. 이러한 공정에서 이동성 베드 역류 유동 시스템으로 공지된 시스템을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 시스템에서 흡착 챔버에 함유된 흡착제가 상향으로 움직이는 것과 같은 흡착제 챔버는 하향으로 움직이는 다수의 액체가 점진적으로 이동되어 서로 도달될 수 있게 된다. 이러한 방법에 대한 참조 문헌으로서, 유동 시스템의 작동 원리와 순서를 기술한 미합중국 특허 제 2, 985, 589호(D.B. Broughton)와, 1969년 4월 2일 일본 토오쿄요에서 개최된 화학 공학학회 제34차 연차 회의에서 D.B. Boughton에 의해 발표된 ＂Continuous Adsorptive Processing--A New Separation Techniqe＂를 들수 있는데, 이동성 베드 역류 공정 유통도의 설명을 위해 상기 문헌을 참고했다.

본 발명의 방법 및 공정에 사용되는 적합한 이동성 베드 유동 시스템의 구체예는 Gerhold의 미합중국 특허 제 4, 402, 832호에 기술된 고효율성 이동성 베드 병류 공정을 들 수 있는데, 상기 특허의 내용 전부를 본 발명에 참조했다.

흡착 분리 공정에 대한 흡착 및 탈착 조건은 일반적으로 액체 또는 증기상이지만, 제올라이트성 흡착제를 사용하는 방향족 이성체 분리 공정에서는 낮은 온도 조건 및 낮은 온도 조건으로 인한 약간 개선된 선택도의 조건 때문에 모두 액체상에서 작동되는 것이 바람직하다. 본 발명의 공정에 대한 바람직한 흡착조건은 약 70℉-450℉(21.1℃-232℃)의 온도와 액체 상을 유지할수 있는 압력이다. 본 발명 공정에 대한 바람직한 탈착 조건은 상기의 흡착 조건에서와 같은 온도 및 압력 조건이다. 선택적으로 흡착된 이성체의 탈착은 대기압 이하의 압력 또는 승온에서 이루어지거나 또는 흡착된 이성체를 제거하기 위해 흡착제의 진공세정하에서 진행되는데, 이러한 방법은 탈착 방법과 직접적으로 연관되는 것은 아니다.

여기 공지된 공정에 사용되는 탈착제 물질은 사용되는 작동 종류에 따라 다르다. 명세서에서 ＂탈착제 물질＂은 흡착제로 부터 선택적으로 흡착된 성분을 제거할 수 있는 유동물질을 의미한다. 선택적으로 흡착된 성분을 세정 스트림에 의해 흡착제로 부터 제거하는 스윙-베드 시스템에서, 가스상 탄화수소(예 : 메탄, 에탄) 또는 기타 가스물질(예 : 질소 또는 산소)로 구성되는 탈착제물질은 흡착제로 부터 흡착된 성분을 효과적으로 세정하기 위해 승온 또는 감압하에 사용된다.

그러나, 제올라이트성 흡착제를 사용하는 흡착 분리 공정과 액체상을 유지하기 위해 거의 일정한 압력과 온도에서 작동하는 흡착 분리 공정에서, 탈착제 물질은 여러 기준에 부합되도록 신중하게 선택하여야 한다. 첫째, 탈착제 물질은 후에 계속되는 흡착 싸이클에서 추출성분이 탈착제 물질로 치환되는 것을 막을 수 있을 정도로 강하게 흡착되지 않고 적당한 질량 유속하에서 흡착제로 부터 흡착된 성분을 치환하여야만 한다. 두번째로 탈착제 물질은 특정 흡착제 및 특정 원료 혼합물에 대해 어떠한 영향을 주어서는 않된다. 부가하면, 탈착제 물질은 잔류 성분에 있어서 추출 성분에 대한 흡착제의 선택도를 감소시켜서는 안된다.

또한, 탈착제 물질은 공정 진행동안 원료 혼합물로 부터 용이하게 분리될 수 있는 물질이어야 한다. 우선적으로 흡착된 성분을 탈착시킬때 탈착 물질 및 추출 성분은 혼합되어 흡착제로 부터 제거된다. 상기 두물질의 종류와 같은 분리방법 없이는 원료 혼합물의 추출 성분의 순도는 추출 성분이 탈착제로 희석되기 때문에 매우 높지 않을 것이다. 그러므로, 본 발명에 사용되는 탈착제 물질은 원료 혼합물의 비점과 실질적으로 다른 평균 비점을 갖는다. 원료 혼합물의 비점과 실질적으로 다른 평균 비점을 갖는 탈착제 물질을 사용하기 때문에 간단한 분별 분리에 의해 추출 스트림 및 잔류 스트림 중의 원료 성분으로 부터 탈착제 물질을 분리시키며 탈착제 물질을 다시 사용할 수 있게 한다. 본 명세서에서 ＂실질적으로 다른＂이란 탈착제 물질과 공급원료 혼합물 사이의 평균 비점 차이가 적어도 약 15℃(8.3℃)인 것을 의미한다. 탈착제 물질의 비점은 원료 혼합물의 비점보다 더 높거나 또 더 낮다.

상술된 Priegnitz등의 미합중국 특허 제 4, 270, 013호에 예시된 실험에서 용매로서 적절하게 사용되는 상기 특허에 기술된 흡착제 물질(예 : 톨루엔, 1-헥산올)이라도 이동성 베드 공정과 같은 연속 공정에서 사용되는 적절한 흡착제 물질은 아니다.

즉, 탈착제 물질로서 단독 사용된 톨루엔을 연속 분리에서는 너무 느리게 탈착이 일어난다. 1-헥산올이 효과적인 탈착제이기는 하지만 1-헥산올은 다른 알콜과 마찬가지로 흡착제에 부착되는 화학적 반응 생성물을 형성함으로써 제올라이트 흡착제를 탈활성화 시킨다.

따라서, 본 발명의 분리에 대한 효과적인 탈착제 물질은 니트로 벤젠이다. 톨루엔과는 다르게 니트로 벤젠은 탈착의 속도를 이상적으로 해주며, 1-헥산올과 다르게 니트로벤젠은 흡착제를 탈활성화 하지 않는다. 탈착의 속도를 조절하기 위해서 니트로 벤젠을 톨루엔과 함께 사용하는 것이 가장 바람직한데, 니트로벤젠/톨루엔 용액중의 니트로벤젠 농도는 약 10부피(%)-75부피(%)이다.

본 발명의 공정에 사용된 흡착제는 선택적 흡착 공정의 바람직한 작동에 필요한 흡착제 성질을 참조함으로써 더 잘 이해할 수 있다. 또한 흡착제 특성을 개선시킴으로써 분리 방법을 개선시킬 수 있다. 흡착제에 대한 특성 조건은 흡착제의 부피당 추출 성분의 흡착력, 잔류 성분 및 탈착 물질에 있어서 추출 성분의 선택적 흡착도, 흡착제에 대한 추출 성분의 빠른 흡착 및 탈착 속도 및 원료 혼합물 성분이 매우 반응성이 클때 중합반응 및 이성화와 같은 바람직한 반응에 대한 촉매적 활성이 없거나 거의 없어야 한다.

여러 흡착제에 대한 흡착제의 흡착력, 선택도 및 교환속도 등의 특성을 측정하기 위해 각각 상이한 흡착제와 함께 원료 혼합물 및 탈착제를 사용하여 동적실험장치로 실험했다. 상기 실험 장치는 챔버의 반대편에 배출구와 주입구를 지닌 약 70cc부피의 흡착제 쳄버로 구성된다. 온도 조절 장치와 챔버의 일정한 압력을 유지하기 위한 압력 조절 장치가 챔버에 구비되어 있다. 또한 크로마토그래피 분석 장치가 챔버의 배출구에 부착 되어 있어 흡착제 챔버를 이탈하는 유출 스트림중의 하나 또는 그 이상의 성분을 정성적으로 검출 또는 측정할 수 있다. 상기 장치와 하기 일반과정에 따라 수행되는 펄스 실험은 여러 흡착 시스템에 대한 선택도 및 기타 데이타를 측정하기 위한 것이다. 흡착제는 탈착제 물질이 흡착제 챔버를 통해 이동됨으로써 탈착제와 평형 상태로 충진되어 있다. 공지된 농도의 비흡착성 파라핀트레이서(n-C_1-4) 및 니트로톨루엔 이성체(모두 탈착제에 희석됨)를 함유한 원료 펄스를 수분동안 주입한다. 탈착제의 흐름이 다시 시작되고, 트레이서 및 이성체는 액체-고체 크로마토그래피 작동시 용출된다. 유출물을 분액으로 수취하고 크로마트그래피 장치를 사용하여 분석하고 대응하는 성분 흔적의 피이크를 전개시킨다.

실험으로 부터 얻어진 정보로 부터, 흡착 수행력은 추출 성분 또는 잔류 성분의 보유 부피(retention volume), 다른 성분에 대한 한 성분의 선택도 및 탈착제에 의한 추출 성분의 탈착 속도등의 항으로 평가될 수 있다. 추출성분 또는 잔류 성분의 보유부피는 추출성분 또는 잔류성분의 피이크 중심과 트레이서의 피크의 중심 또는 기타 공지된 기준점 사이의 거리로서 나타낼 수 있다. 즉, 보유부피는 피이크 사이의 거리에 의해 표시되는 시간 간격 동안의 펌프된 탈착제의 부피(㎤)의 항으로 표시된다. 잔류 성분에 있어서의 추출 성분에 대한 선택도(B)는 잔류성분 피이크의 중심과 트레이서 피이크 중심사이의 거리에 대한, 추출 성분의 피이크 중심과 트래이서 피이크 중심(또는 기타 기준점)사이의 거리의 비로서 나타낼 수 있다. 또한 추출 성분의 탈착제와의 교환 속도는 일반적으로 피이크의 1/2세기에서의 피이크 너비로 나타낼 수 있다. 피이크의 너비가 좁을 수록 탈착 속도는 더 빠르다.

주어진 2성분계에 있어서, 선택도(B)는 각 성분의 각각의 보유 부피를 나눔으로써 얻어진 지수에 해당된다. 두 성분의 선택도가 1.0일때, 한 성분에 대한 다른 성분의 흡착제에 대한 우선적 흡착은 없다. 즉, 두성분 모두가 서로 각 성분에 대해 같은 정도로 흡착되거나 비흡착된다. 선택도(B)가 1.0보다 더 크거나 더 작을때, 한성분에 있어서의 다른 성분의 흡착제에 대한 우선적 흡착성이 있다. 성분(C)와 성분(D)의 흡착제에 대한 선택도를 비교할때, 그 값(B)가 1.0보다 클때는 흡착제에 성분(C)에 대한 우선적 흡착이 있음을 의미한다. 값(B)가 1.0보다 작을때는 성분(D)가 우선적으로 흡착되어 비흡착상에서는 성분(c)가 더 농후하며, 흡착상에서는 성분(D)가 더 농후하다는 것을 의미한다. 이상적인 면에서, 탈착제 물질이 모든 추출 성분에 대하여 약 1이거나 또는 1의 값보다 약간 적은 값의 선택도를 가질때, 모든 추출 성분이 탈착제 물질의 적절한 유속으로 탈착되며, 그후 계속되는 흡착 단계에서 추출성분은 탈착제 물질로 치환될 수 있다. 잔류 성분에 관한 추출성분의 흡착제에 대한 선택도가 1.0보다 클때 잔류 성분으로 부터 추출성분의 분리가 이론적으로 가능하지만, 상기 선택도가 2.0이상일때 바람직하다. 상대 휘발도에서와 마찬가지로, 선택도가 클수록 분리가 용이하게 수행된다. 따라서 선택도가 클수록 흡착제의 사용량이 적어진다. 교환 속도는 흡착제로 부터 추출 성분을 회수하는 공정에서 사용된 탈착제 물질의 양과 직접 관계 있다. 즉, 교환속도가 빠를수록 추출성분을 회수하는데 필요한 탈착제 물질의 사용량은 줄일수 있어 결과적으로 공정의 작동비용을 감소시킨다. 교환속도가 빠를수록 탈착물질은 그 공정을 통해 덜 펌프되며 그 공정에서 재사용되기 위해 추출 스트림으로 부터 덜 분리될 수 있다.

흡착제는 원료 성분의 중합화 또는 이성화와 같은 어떤 반응에 대한 촉매적 활성이 거의 없어야 한다. 상기와 같은 활성은 흡착제의 흡착력 선택도 또는 생성 수율에 영향을 주지만, 제올라이트를 함유한 흡착제로 방향족 탄화수소 이성체를 합착방법에 의해 분리할때 일반적으로 어떠한 문제가 되지는 않는다. 문제는 탈착제 물질의 선택에 의해 발생된다.

하기 실시예에 의해 본 발명이 예시되며, 하기 실시예에 의해 본 발명 공정의 범위를 제한하지 않는다. 동적 실험장치를 사용할때의 여러 흡착제 및 탈착제 물질에 대한 실험 결과가 하기 실시예에 기술되어 있다.

[실시예 1]

본 실시예서 톨루엔 중의 15부피% 니트로벤젠으로 구성된 탈착제 물질을 모두 사용하여 서로 상이한 흡착제에 대한 실험이 행하여 졌다. 처음 두 실험에서, 흡착제는 각각 20중량%의 K₂O를 함유한 칼륨 교환 X-제올라이트와 6중량%의 K₂O와 20중량%의 BaO를 함유한 칼륨과 바륨 교환 Z-제올라이트이다. 세번째 실험예에서, 사용된 흡착제는 8중량%의 CaO를 함유한 칼슘 교환 Y-제올라이트이다. 모든 흡착제는 콜레이 매트릭스에 결합되어 있다. 각 실험에서, 원료 펄스는 0.5g의 오르토-니트로톨루엔, 0.5g의 메타-니트로톨루엔, 0.5g의 파라-니트로톨루엔, 0.5의 n-C₁₄트레이서 및 3.0g의 탈착제 물질로 구성된다. 사용된 조건은 150℃의 온도 및 액체상을 유지할 수 있는 정도의 압력이다.

상기 3실험에 대한 크로마토그래피가 제1도, 제2도 및 제3도에 기술되어 있다. 제1도 및 제2도는 본 발명의 흡착제/탈착제 조합을 나타낸 것으로, 마지막 성분의 오르토-이성체가 다른 성분의 곡선과 겹침없이 거의 용출되어 완전한 분리가 일어났다. 제3도에서, 본 발명의 범위로 부터 벗어난 흡착제가 사용되었으며, 산업적 분리방법으로서는 적합하지 않다. 제1도 및 제2도에서의 피이크 너비는 산업적으로 허용되는 탈착속도를 보여준다.

제1,2 및 3도의 용출 곡선으로 부터 산출된 선택도가 하기표에 기술되어 있다.

[표 1]

상기표로 부터, 본 발명의 흡착제/탈착제를 조합해서 사용할때 오르토-니트로톨루엔 이성체를 기타 니트로톨루엔 이성체로 부터 분리하는 분리방법에서 오르토-니트로톨루엔에 대한 완전한 우선적 선택도를 보여줌을 알 수 있다.

Claims (5)

1. 오르토-니트로톨루엔 및 적어도 하나의 기타 니트로톨루엔 이성체로 구성된 원료 혼합물을 흡착 조건하에서 교환 가능한 양이온 자리에 원소 주기율표 제(IA)조 또는 (IIA)족의 금속 양이온을 지닌 X형 제올라이트로 구성된 흡착제와 접촉시키고, 오르토-니트로톨루엔 이외의 나머지 이성체를 거의 제외시켜 오르토-니트로톨루엔을 선택적으로 흡착시키고, 원료 혼합물의 비흡착 부분을 흡착제로 부터 제거시키고, 탈착 조건하에서 니트로벤젠을 함유한 탈착제 물질로 탈착 시키는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는, 오르토-니트로톨루엔 및 적어도 하나의 기타 니트로톨루엔 이성체로 구성된 원료 혼합물로 부터 오르토-니트로톨루엔을 분리하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 원료 혼합물은 파라-니트로톨루엔, 메타-니트로톨루엔 및 오르토-니트로톨루엔을 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 양이온은 바륨 또는 칼륨의 양이온으로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 흡착 및 탈착조건은 70℉-450℉(21.1℃-232℃)온도 및 액체상을 유지할 수 있는 충분한 정도의 압력인 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항에 있어서, 이동성 베드 유동 시스템에 의해 상기 분리가 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.

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