추출 증류에 의한 방향족의 분리방법

추출 증류에 의한 방향족의 분리방법

제1도는 공장의 구성 부분들을 보이는 계통도임.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

2 : 추출 증류관 4 : 추가 관 구간

6 : 제거관 8 : 냉각기

12 : 저면 리보일러 15 : 공기 냉각기

본 발명은 선택적인 용매를 가지는 추출증류에 의하여 어떤 가능한 방향족함량의 탄화수소 혼합물로부터 방향족을 분리하기 위한 방법에 관한 것이며, 이 방법에서 공급부 제품으로서 사용된 탄화수소 혼합물의 비-방향족 성분은 추출 증류관의 상부에 걸쳐서 증류되며, 한편 사용된 용매와 함께 방향족은 추출 증류관의 저면으로부터 배출되며 용매로부터 하류에 연결된 제거관에서의 증류에 의하여 분리되며, 방항족은 상부 생성물로서 배출되고 용매는 제거관으로부터 저면 생성물로서 배출되며, 그래서 용매는 추출 증류관으로 재순환되어 진다

상기에 언급된 방법이 실제로 실시될 때, 2가지 상태를 고수하는 것은 꼭 필요하다. 한편으로는, 생성된 방향족에서 비-방향족 함량은 미리주어진 최대치를 초과하지 않아야하며, 다른 한편으로는, 방향족의 손실은 가능한한 작아야하며 따라서 수율은 가능한한 높아야한다.

그러나, 이러한 상태로의 고수는 보통 그러한 추출증류방법을 위한 에너지 반송체로서 사용되고 있는 특정한 에너지 소비량, 중압 증기 및 고압 증기를 필요로 한다. 여기서 중압증기는 추출 증류관을 가열하기 위하여 무엇보다도 사용되며, 한편 대체로 보다 비싼 고압증기는 용매로부터 방향족을 제거하기 위하여 제거관에서 필요하여진다.

상기에 기술된 사실들로 인하여, 에너지 비용에서의 절감은 만일 전체 공정의 에너지 소요량을 충당하기 위하여, 지금까지 필요하여진 고압증기의 일부가 보다 값싼 증압증기에 의하여 대체될 수 있다면, 상기에 기술된 형태의 공정을 수행하는 것에서 기대되어질 수 있다. 따라서 본 발명은 이러한 목표를 달성하는 목적에 기초를 두고 있다.

서두에서 기술된 형태의 공정에서, 이러한 목적은 본 발명에 의하여 단지 용매의 일부만이 제거관의 저면으로부터 방향족의 완전한 제거를 위하여 필요하여진 고온에서 배출될 때 달성되며, 한편 용매의 잔류물은 제거관으로부터 특정한 방향족 함량을 가지고 그리고 저온에서 측방 유출물로서 배출되며, 이 측방유출물은 제거관의 저면으로부터 나오고 있는 용매 유출물에 대한 입구지점의 하부에 6내지 10개의 단들이 있는 지점에서 환류를 가지고 작동된 추출증류관에 재 순환된다.

이러한 사실은 본 발명에 따르는 공정이 수행될 때, 다른 온도 및 다른 방향족 함량의 2가지 용매 순환이 형성되어지는 것을 의미한다. 여기서 본 발명의 출발점은, 만일 전체 용매량이 제거관의 저면으로부터 고온에서 배출되어진다면 단지 배출된 용매의 열량의 일부만이 실제로 전체 공정내에서 열교환 단계에 의하여 이용되어질 수 있다는 사실의 인식이다.

그러나 열량의 일부는 항상 용매가 추출 증류관으로 재 순환 되기전에 냉각에 의하여 주위로 이용되지 않은 채로 옮겨지지 않으면 안 된다.

이어서 본 발명에 의하여 관찰되었듯이, 용매의 단지 일부분만이 제거관의 저면으로부터 고온에서 배출되어진다면, 물론 주위로 이용되지 않은 채로 옮겨지지 않으면 안 되는 잔류열의 비율은 역시 상응하게 감소되어진다.

그러므로 동시에 제거관을 가열하기 위하여 필요하여진 고압증기 소요량이 역시 감소하여진다.

본 발명에 의한 공정을 수행함에 있어서, 제거관으로부터 측방 유출물로서 배출된 용매의 온도 및 방향족 함량은 물론 배출지점의 위치에 의존하며, 제거관에서 배출지점의 위치가 높을수록 온도는 낮아지고 방향족 함량은 더욱 높아진다.

온도는 다시금 생산되어질 방향족의 비등점에 의존하며, 사용된 용매의 비등점에 의존한다. 그러므로, 예를 들면 벤젠이 용매로서 N-포르밀모프폴린을 가지고 추출증류에 의하여 생산될 때 측방 유출물이 제거관의 상부로부터 29번째 단으로 배출된다면 용매의 측방 유출물의 온도는 149℃이며 벤젠 함량은 2.78중량%이다.

그러나 제거관으로부터 배출이 상부로부터 22번째 단에서 일어난다면, 상기의 측방 유출물의 온도는 134.4℃이며 벤젠 함량은 3.67중량%이다.

순환하는 용매 유출물은 전체 용매량의 55 내지 60중량%가 저면으로부터 배출되며 그 잔류물이 제거관으로부터 측방 유출물로서 배출되는 그러한 방법으로 유리하게 분리된다. 제거관의 저면으로부터 분리된 용매의 부분 유출물이 추출 증류관으로 재 순환되어지기 전에 그 자체가 공지된 방식으로 냉각되는 동안에, 그러한 냉각은 제거관으로부터 측방 유출물로서 배출된 용매의 부분 유출물에 대하여 마련되지 않는다.

그러나 이것은 추가 열의 량이 추출 증류관의 상부로 이러한 제 2 부분 유출물이 공급되어지는 것을 의미한다. 그러므로, 본 발명에 의한 공정이 사용될 때, 외부 환류로서 추출 증류관을 작동하는 것은 좋은 분리 효능의 관점을 가지고 유리하며, 이제까지의 실제와 대비하여 널리 사용되어 진다.

이러한 제 2용매의 부분 유출물의 열함량을 이용하기 위하여 더구나 본 발명에 의한 공정은 바람직한 실시예에 의하여 추출 증류관은 용매 공급부의 윗쪽에 비-방향족으로부터 용매 잔류물을 분리하기 위하여 추가 관 구간을 갖는다는 것이 관찰되어진다.

본 발명에 의한 공정의 더 상세한 내용은 도면에서 도시된 계통도를 참고로 하여 설명될 것이다. 여기에서 계통도는 단지 공정을 설명하기 위하여 절대적으로 필요한 그러한 공정 부분만을 설명하고 있으며, 한편 예를 들면 펌프, 리보일러, 열교환기, 기구류와 같은 제2장비는 도시되지 않았다.

본 발명에 의한 공정이 공급부 제품으로서 사용된 방향족 탄화수소 혼합물은 도관(1)을 거쳐서 단들이 설치된 추출증류관(2)의 중앙부로 도입된다.

필요하여진 선택적인 용매는 도관(3)을 거쳐서 추출 증류관(2)의 상부로 투입된다,

이러한 경우에 추출 증류(2)은 용매 공급부의 윗쪽에 비-방향족으로부터 용매 잔류물을 분리하기 위하여 사용하는 추가 관 구간(4)을 갖는다, 공급부 생성물은 추출증류관(2)에서 그 자체가 공지된 방식으로 용매의 작용하에 분리된다,

이러한 사실은 도입된 용매가 방향족의 증기를 흡수하면서 이러한 관의 단들을 걸쳐서 하향으로 흐른다는 것을 의미한다, 추츨증류관(2)에서 용해된 방향족과 용매로 구성되어있는 액체 저면 생성물은 도관(5)을 거쳐서 추출 증류관(2)으로부터 배출되며 종종 역시 추출물로불려지는 이러한저면 생성물이 그 성분들로 분리되어지는 제거관(6)내로 도입된다. 그 동안에 추출찌꺼기 상을 형성하는 공급부 탄화수소 혼합물의 비-방향족 탄화수소는 추출 증류관(2)내에서 상부로 증기로서 상승한다.

이들 비-방향족 탄화수소로부터 용매 잔유물이 제거되어질 수 있게하기 위하여 추출 증류관(2)은 용매 공급부의 윗쪽에 즉 도관(3)이 이러한 관내로 안내되는 지점의 윗쪽에 추가 관 구간(4))을 갖는다. 단들 또는 다른 내부형성체들이 설비될 수 있는 이러한 관 구간(4)은 추출 증류관(2)과 함께 구성적 단위를 형성한다.

이 도면에서, 관 구간(4)은 추출 증류관(2)의 잔류물보다 약간 더 작은 직경을 갖는다. 그러나 실제로 두 개의 부분은 역시 같은 직경을 가질수 있다. 용매잔류물이 없는 비-방향족 탄화수소는 관 구간(4)으로부터 상부를 거쳐서 증기로서 배출되며 도관(7)을 거쳐서 탄화수소가 응축된 내각기(8)내로 통과한다. 다음에 액체 비-방향족의 대부분의 량은 도관(9)을 거쳐서 공정에서 배출되며 또 다른 사용처로 보내지며, 한편, 부분 유출물이 도관(10)을 거쳐서 관 구간(4)의 상부로 환류로서 복귀한다.

여기서 환류울은 생성된 비-방향족이 원하여진 순도를 갖도록 그렇게 조절되어진다.

본 발명에 따라서, 용매의 단지 부분 유출물이 도관(11)을 거쳐서 단들이 갖추어진 제거관(6)의 저면으로부터 방향족의 완전한 제거를 위하여 필요하여진 고온에서 배출된다. 이미 상기에서 언급되었듯이, 이러한 부분 유출물의 열량의 일부는 전 공정내에서 열교환 단계에 의하여 이용될 수 있다. 이러한 사실의 실시예로서, 본 계통도에는 도관(1)의 과정에 놓여 있으며 제거관(6)으로부터 저면 생성물을 가열하기 위하여 저면리 보일러(12)가 설비되어진다.

이러한 경우에, 저면 생성물은 도관(13)을 거쳐서 저면 리보일러(12)에 공급되며 도관(14)을 거쳐서 배출된다. 물론 아직 고온 용매의 열량을 이용하기위한 또다른 열교환 단계는 대체로 역시 전 공정내에서 가능하다.

그러나 이것은 본 발명의 주제가 아니므로, 여기에서 더 상세하게 논의될 필요가 없다. 그러나 항상 열량의 단지 일부만이 이러한 방법으로 사용될수 있다는 것은 사실이다. 그러므로 여전히 존재하는 잔류열은 도관(11)으로부터 도관(3)을 거쳐서 추출 증류관(2)으로 재 순환될 수 있는 온도로 냉각되어진 공기 냉각기(15)내로 용매를 도입함에 의하여 이용되지 않고 제거되어지지 않으면 안된다. 본 발명에 의하여, 전체용량의 단지 55 내지 60중량%만이 도관(11)을 거쳐서 제거관(6)으로부터 배출되어지므로, 물론 공기 냉각기(15)를 거쳐서 이용되지 않은 채로 제거되지 않으면 안되는 그러한 열량은 역시 상응하게 감소되어진다.

잔류하는 용매는 도관(16)을 거쳐서 제거관(60)으로부터 측방 유출물로서 배출되며 도관(3)의 투입지점의 아래로 10개의 단들에 지점 6에서 추출 증류관(2)으로 공급된다. 전체 75개의 단들을 가자는 제거관에서, 이러한 측방 유출물에 대한 배출점은 예를 들면 상부로부터 16번째 내지 24번째 사이에 위치하여 질 수 있다.

이미 기술된 바와 갈이, 여기에서 제거관(6)을부터 배출점의 위치가 높을수록 측방유출물의 온도는 더욱 낮으며 방향족 함량은 더욱 높아진다. 도관(16))을 거쳐서 배출된 용매의 부분유출물은 추출 증류관(2)으로 재 순환되어지기 전에 어떠한 냉각도 행하여지지 않으므로, 본 발명에 의한 공정의 바람직한 실시예에 따라서 추출 증류관(2)은, 이미 상기에 기술되었으며, 추가 관 구간(4)에서 도관(16)을 거쳐서 공급된 용매의 부분 유출물의 열량은 추출찌꺼기로부터 용매 잔류물을 제거하기 위하여 이용되는 그러한 추가관 구간(4)가 결합되있는 것이 관찰된다, 용매가 없는 방향족은 도관(17)을 거쳐서 제거관(6)으로부터 회수된다.

본 발명에 의한 공정의 효율은 하기 실험 결과에 의하여 증명된다.이들은 선택적인 용매로서 N-포르밀모르폴린을 가지고 추출 증류에 의하여 벤젠의 분리에 관계하였다. 여기에서 사용된 공급부 생성물은 천연 벤젠유분이다.

이러한 일련의 실험의 제 1부분에서, 추출 증류는 지금까지 통상적인조건하에 수행되고, 추출증류관은 중압 증기로 가열되며 제거관은 고압증기로 가열되었다, 이것은 방향족이 없는 전체 용매가 제거관의 저면으로부터 배출되며, 적절한 냉각을 받은 후에, 환류없이 실시된 추출 증류관으로 재 순환 되어지는 것을 의미한다, 이러한 경우에, 생성된 벤젠의 비-방향족 함량은 170ppm이었으며, 벤젠 수율은 99.1%이었다.

이러한 일련의 실험의 제 2부분에서, 2가지 용매 순환이 본 발명에 의하여 다른 방법으로는 변경되지 않은 공정조건하에서 사용되며, 이러한 경우에 용의에 대략 57중량%만이 도관(11)을 거쳐서 제거관(6)으로부터 배출된다. 잔류하는 용매는 도관(16)을 거쳐서 측방 유출물로서 배출된다. 처음에, 이러한 측방 유출물은 전체 31개 단들이 설비된 제거관(6)의 상부로부터 29번째 단으로부터 배출된다.

여기에서 측방 유출물의 온도는 149℃이며 벤젠 함량은 2.78중량%였다. 측방 유출물은 추출 증류관(2)의 안으로 도관(3)의 입구의 아래로 7개의 단들에 공급되었다. 추출 증류관(2)내의 2.3의 환류비에서, 생성된 벤젠에서 비-방향족의 비교치 170ppm이 이러한 경우에 얻어진다. 2.0의 환류비에서 이것은 심지어는 비교치 아래에 있었다.

또 다른 실험에서, 용매의 측방 유출물은 제거관(6)의 상부로부터 22번째 단으로부터 배출되며 추출증류관(2)내로 도관(3)의 입구의 아래로 7개의 단들에 공급된다.

이러한 경우에, 측방 유출물의 온도는 134.3℃이며, 벤젠 함량은 3.67중량%였다. 여기서 생성된 벤젠에서 비-방향족의 비교치 170ppm은 이미 추출 증류에서 1.8의 환류비에서 얻어졌다.

이들 실험 결과는 2가지 용매 순환으로 본 발명에 의한 추출 증류가 가능하며 지금까지 통상적인 절차로서 적어도 동등하게 좋은 결과들을 얻는다는 것을 확인하여 준다. 여기에서 수행된 계산은 본 발명에 의한 절차가 사용될 때, 전체 공정에 대한 에너지 소요량이 선행 기술에 의한 절차에서의 소요량보다 유의하게 더 낮지 않다는 것을 나타낸다.

그러나 본 발명에 의한 절차가 사용될 때, 열 공급은 제거관(6)으로부터 중압증기 소요량의 동시에 증가의 경우에 고압증기 소요량의 감소를 가져오는 추출 증류관(2)으로 이동된다. 그러므로 용매의 측방 유출물이 제거관(6)의 29번째단으로 부터 배출될 때, 이어서 고압증기 소요량은 일련의 실험의 제 1부분에서 수행된 비교 실험에 대한 값의 단지 대략 75%이다.

용매의 측방 유출물이 제거관(6)의 22번째 단으로부터 배출될 때 심지에는 이러한 값을 비교실험에 대한 값의 대략 55%로 감소시키는 것이 가능하다. 고압증기와 중압증기 사이의 실제 비용관계 때문에, 이것은 실시 비용에서 현저한 절감을 가져온다.

이러한 결과는 한편으로는, 본 발명에 의한 절차에서 용매의 단지 일부만이 방향족의 완전한 제거를 위하여 요구되는 고온으로 가열된다는 사실에 의하여 설명될 수 있다. 다른 한편으로는, 이러한 경우에 역시 제거관의 하부에서 내부 환류를 위하여 필요하여진 상당하게 적은 용매가 제거관의 저면에서 증발되어야 한다는 것이 상기되어야 한다. 용매내의 방향족 함량이 낮으면 낮을수록, 이어서 용매는 더욱 많이 증발되어야 하며, 물론 이것은 역시 고압 증기 소요량을 증가시킨다.