JP2013534513A - 塩素化メタンの分離方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、分割壁塔を用いて塩素化メタンを分離する方法に関する。塩素化メタンを生成するための方法および製造用アセンブリもまた提供され、また本発明の１つもしくは複数の方法および／またはアセンブリを用いて製造および／または分離された、塩素化メタンを用いて生成物を製造する方法も提供される。
【選択図】図１

Description

分野
本発明は、分割壁塔を用いて塩素化メタンを分離する方法に関する。塩素化メタンを生成する方法もまた提供され、また本発明の１つまたは複数の方法を用いて製造および／または分離された、塩素化メタンを用いて生成物を製造する方法も提供される。

背景
全てではないが、多くの化学的プロセスは、精製された最終生成物を与えず、むしろ、典型的には、生成物群を与え、または販売可能な形に更に精製しなければならない少なくとも単一の生成物を与える。多くのそのようなプロセスにおいて、典型的に生成する追加の生成物および／または副生成物は、所望の１種または複数種の最終生成物の分離の実施が困難になる可能性がある極めて類似の化学的特性を有する。好適な分離方法はまた、高価である可能性があり、従来の蒸留は、時間、エネルギー、空間および設備の要求においてコスト高であることが知られている。更に、複数の最終生成物を得るために、複数の蒸留が典型的に必要とされる場合がある。連続処理が望まれる場合には、複数の分離装置が典型的に購入、組込みおよび動力供給される。

１つの例としてであるが、塩素化メタンの製造方法は、１つの生成物を生成せず、むしろ、ジクロロメタン、クロロホルムおよび四塩化炭素を生成する。これらの各々は最終生成物用途を有する場合があるが、そのような目的のために使用可能にするためには、生成物群から各々を脱水、分離および精製しなければならない。よって塩素化メタンを製造するための従来プロセスは、脱水専用、すなわち凝縮トレーンは典型的には少なくとも２つの蒸留ユニットを含み、および／または反応生成物の分離専用、すなわち蒸留トレーンは典型的には少なくとも２つの蒸留ユニットを含む、の複数部品を典型的に含み、商業的に許容可能な最終生成物に到達する。これらの従来のプロセスの操作の全体のプロセス設置面積およびコストは顕著でひどく高いものとなりうる。

望ましくは、エネルギー、材料および空間のコストを最小化できるクロロメタンの製造のための方法および装置であり、一方で、生成物の製造における任意のそのような方法／装置の使用に関係する任意の分離／精製コストをも最小化する、方法および装置が提供される。

簡単な説明
本発明はそのような方法を提供する。より特別には、本発明は、プロセス流中の少なくとも２つの塩素化メタンを分離する方法を提供する。方法は、分割壁塔（dividing wall column）の使用を形成する。これは、他の種類の分離ユニットで実現できるよりも効率的な分離をする。１つ以上の商業的に許容可能な最終製品に到達するのに必要な分離ユニット、または分離がより少なく、そして時間、空間、原料、およびエネルギーのコスト低減が与えられる。

次に、一側面において、少なくとも２つの塩素化メタンを含むプロセス流を分離する方法を提供する。該方法は、少なくとも２つの塩素化メタンを含むプロセス流を分割壁塔に供して、該分割壁塔が少なくとも２つの塩素化メタンを分離するようにすることを含む。該プロセス流は、ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素またはこれらの２つの組合せを含むことができる。幾つかの態様において、微量中間成分，例えば臭素を含むもの、もまたプロセス流から除去できるように、分割壁塔はその底部部分の副精留塔を伴って提供できる。

本開示で提供する分離方法によって与えられるコスト低減は、塩素化メタンを製造する方法に分離プロセスを組入れることによって活用できる。より特別には、塩素化メタンの製造方法の中の本分離プロセスの利用は製造プロセスにおいて必要な設備の幾つかを低減できる。更により特別には、本開示で提供する分離プロセスはまた、蒸留セグメント（典型的には塩素化メタンの製造のための従来のプロセスに含まれるもの）の全部または一部を置換できる。

そこで、塩素化メタンを製造するための製造用アセンブリもまた提供される。アセンブリは、反応器、凝縮セグメントおよび蒸留セグメントを含み、蒸留セグメントは分割壁塔を含む。蒸留セグメントは蒸留カラムを分割壁塔に加えて含むことができ、すなわち本発明のアセンブリの蒸留セグメントが用いる蒸留塔は、従来のクロロメタンプロセスで用いる蒸留セグメント（これは２つの蒸留塔を用いる）よりも少なくとも１つ少ない。

更なる側面において、本発明は、塩素化メタンの製造方法を提供する。該方法は、少なくとも２つの塩素化メタンを含むプロセス流を生成すること、および該プロセス流を分割壁塔に供すること、を含む。第１、第２および第３のプロセス流を分割壁塔から回収でき、そしてこれは望ましくはそれぞれジクロロメタン、クロロホルムおよび四塩化炭素からなる。幾つかの態様において、所望であれば微量中間成分もまたプロセス流から除去できるように、分割壁塔は、分割壁塔の底部部分に副精留塔を含むことができる。例えば臭素化化合物を、副精留塔を用いてこれが提供される態様において除去できる。

図面の簡単な説明
本発明のこれらおよび他の特徴、側面、および利点は、以下の詳細な説明を関連の図面を参照して読むことでよりよく理解されよう。

図１は、塩素化メタンのための従来の蒸留セグメントの概略図である。

図２は、本発明に係る蒸留セグメントの一態様の概略図である。

詳細な説明
本明細書は、本発明をよりよく定義して本発明の当業者の実施を導くための特定の定義および方法を与える。特定の用語または語句についての定義の但し書き、または但し書きなしは、任意の特定の重要性またはその欠如を意味しない。むしろ、そして特記がない限り、用語は、当業者による従来の使用に従って理解すべきである。

本開示で用いる用語「第１」、「第２」等は、何らの順序、量または重要性を意味せず、むしろ、１つの要素を他の要素から区別するために用いる。また、用語”ａ”および”ａｎ”は、量の限定を意味せず、むしろ、言及された事項の少なくとも１つの存在を意味する。そして「前」「背」「底部」および／または「頂部」は、特記がない限り、説明の便宜のために用いるのみであり、任意の１つの位置または空間的な方向に限定するものではない。

範囲が開示される場合には、同じ成分または特性を対象とする全範囲は端点を含み、独立に組合せ可能である（例えば、「約２５質量％以下、またはより好ましくは約５質量％〜約２０質量％」の範囲は、端点を含み、「約５質量％〜約２５質量％」等の範囲の全ての中間値を含む。量に関して用いる修飾語「約」は、記載される値を含み、文脈で決定される意味を有する（例えば、特定の量の測定に関連する誤差の度合を含む）。特記がない限り、全てのパーセントは質量％として与えられる。

塩素化メタンを分離する方法が本開示で与えられる。本発明の方法は、分割壁塔を有利に用い、従って、少なくとも２つの塩素化メタン、および好ましくは３つの塩素化メタンを、従来の分離プロセスを用いる場合よりも効率的に分離できる。例えば、１つの分割壁塔は、典型的には、少なくとも２つの従来の蒸留塔を置換し、従って、原料コストの低減がその１つの分割壁塔の導入（２つの蒸留塔ではなく）のみが必要であることにより与えられる。エネルギーの低減もまた与えられる。１つの分割壁塔を操作することに関連するエネルギーコストが、２つの従来の蒸留塔を操作することに関連するエネルギーコストよりも顕著に少ないからである。最後に、１つの分割壁塔に必要な設置面積は少なくとも置換可能な蒸留塔について必要な設置面積よりも顕著に少なく、よって製造スペースが低減される。

分割壁塔は、塔をその中心領域で長手方向に分割し、その領域内での液体流および蒸気流の混ざり合いを防止する、垂直分割壁を有する蒸留塔である。供給物は塔の中心領域に供給する。高ボイラー画分を塔底部から取り出し、低ボイラー画分を塔の頂部から取り出し、中ボイラー画分を塔の中心領域から取り出す。

そのような塔は多成分混合物の分離について公知であるが、これらは塩素化メタンの分離のためには用いられてこなかった。より古いプロセスについて、原料、空間およびトレーンの見積もりが従来の蒸留塔／プロセスにおいて既になされてきた。置換が必要とされるまで、そうすることは経済的に妥当ではない場合があり、代替物の検討はされていない。更に、そのような検討がされたが、本発明の前に、当業者がそれが不可能である、または最低でも、塩素化メタンを分離可能な分割壁塔を与えるにはコストおよびスペースにおいて法外に高価である（ジクロロメタン、クロロホルムおよび四塩化炭素の沸点の近さに起因して）と明白に結論づけた。

より特別には、塩素化メタンを含むプロセス流は、その少なくとも２つの成分に、約１００〜約１５０平衡段階、好ましくは約１１０〜約１４０平衡段階、およびより好ましくは約１２０〜約１３０平衡段階を含む分割壁塔を用いて分離できる。当業者が知るように、分割壁塔における段階は、トレー、パッキン、またはこれらの組合せにより与えることができる。

幾つかの態様において、分割壁塔は、更なる分離が可能になるように、副精留塔、または副ストリッパーを有して提供できる。例えば、塩素化メタンの製造用の多くのプロセスは導入でき、または塩素化メタンの供給物は、臭素化混入物を含む場合がある。そのような混入物は、他のプロセスで除去するのは困難であるが、副ストリッパーまたは副精留塔とともに与えられる分割壁塔で容易に除去できる。当業者が知るように、副精留塔または副ストリッパーは、別個の加熱源または凝縮源のいずれかを備える別個のユニット内への分割壁塔の流れの一部を抽出する。副精留塔の場合、除去される生成物は精留され、または軽質成分が富化され、これらの中間軽質成分の幾らかかの画分はシステムから除去される。

分割壁塔は１つの垂直壁、または２つ以上を有することができる。２つ以上の場合、垂直壁は同じ、または異なる長さを有することができる。更に、垂直壁は、正確に垂直である必要はないが、垂直から５度、１０度または更に最大２０度ずれていることができる。１つまたは複数の壁は望ましくは、塔の水平に配列された分離トレーの実質的に全てを縦断するのに十分長く、望ましくは、最低段階の１つから始まり最高段階の１つまでであってもよい。最後に、１つまたは複数の壁は、任意の好適な物質を含むことができ、典型的には、分離壁は合金化されたまたは合金化されていないステンレススチールを含む。

本発明の方法は、少なくとも２つの塩素化メタンを含むプロセス流を分割壁塔に供給することを含む。少なくとも２つの塩素化メタン、またはこれ以上、を分離でき、分離は実質的に同時に作用する。例えば、クロロホルム（ＣＨＣｌ₃、ＣＡＳ ６７−６６−３）および四塩化炭素（ＣＣｌ₄、ＣＡＳ ５６−２３−５）、またはジクロロメタン（ＣＨ₂Ｃ１₂、ＣＡＳ ７５−０９−２）、クロロホルムおよび四塩化炭素の実質的に純粋な画分の分離は、本発明の方法を用い、これらを含むプロセス流から与えられると考えられる。

塩素化メタンを分離する本発明の方法は、単独型のプロセスとして用いることができ、または、１つ以上の追加のプロセスと操作的に組合せることができる。例えば、本発明の方法は、追加の分離プロセスと組合せて、本発明の方法によって得られた分離された塩素化メタンに追加の分離が働くようにすることができる。例えば、ジクロロメタン、クロロホルムおよび四塩化炭素を含むプロセス流を分割壁塔に供給する態様において、約５質量％のクロロホルムおよび約９５質量％の四塩化炭素を含む底部画分を得ることができる。そのような画分は、実質的に純粋な画分，すなわち微量の不純物を含むのみであるもの、のクロロホルムおよび四塩化炭素が得られるように、更なる分離技術に供することができる。

そのような態様において、底部画分、または望ましくは更に精製されるいずれの画分も、従来の蒸留に供することができ、または追加の分割壁塔に供給できる。化学工学の当業者は、所望の分離を従来の蒸留で作用させるための適切な従来の蒸留パラメータを決定できる。追加の分割壁塔によって望ましく分離する場合、追加の分割壁塔は、ほぼ同じ圧力、または約１〜５気圧で、約１４０〜約１９０平衡段階、好ましくは約１５０〜約１８０平衡段階、およびより好ましくは約１６０〜約１７０平衡段階で操作することになる。

本開示の方法によって与えられる利点は、図１を参照して更に理解できる。図１には、塩素化メタンを製造する方法のための従来の蒸留セグメントの一例が示される。より詳細には、蒸留トレーン１００は、２つの蒸留塔１０２および１１８を含む。

典型的な操作において、供給物流１０４を蒸留塔１０２に任意の起源から供給できる。例えば、供給物流１０４は、凝縮製造セグメントまたは「トレーン」（図示せず）内の蒸留塔（図示せず）に由来できる。そのような凝縮トレーンを典型的に用いて、プロセス流中の任意の水の大部分または実質的に全てを除去できる。そのような態様において、プロセス流１０４を蒸留塔１０２に供給する場合、これは水を実質的に含まず、例えば約１０質量％〜約９０質量％のジクロロメタン、約１０質量％〜約９０質量％のクロロホルムおよび約１質量％〜約１０質量％の四塩化炭素を含むことができる。

蒸留塔１０２は、典型的には、頂部温度約８５℃、底部温度約１２５℃、および圧力約４５ｐｓｉｇ（４．１ｂａｒ絶対）で操作される。これらの条件で、プロセス流１０６は、約９９．９９９９％のジクロロメタンおよび１０部／１００万のクロロホルムを含むと考えられ、一方、底部流１１０は、約９１％のクロロホルム、約９％の四塩化炭素および約１０ｐｐｍのジクロロメタンを含むと考えられる。プロセス流１１０の部分１０８を蒸留塔１０２に転換およびリサイクルし、一方、プロセス流１１０の残りは、ヒーター／ポンプ１１２を介して蒸留塔１１８に導く。

従って、プロセス流１１４は、蒸留塔１１８に導入される前に、圧力約２〜３ｂａｒ（絶対）および温度約１２０℃〜約１３０℃を含むと考えられる。蒸留塔１１８は、望ましくは、圧力約２〜２．５ｂａｒ（絶対）であることができ、頂部温度約６５℃および底部温度約１２５℃を有することができる。プロセス流１１６の一部は典型的には蒸留塔１１８にリサイクルでき、一方残りは、約２〜５％のクロロホルムおよび約９５〜９８％の四塩化炭素を含み、典型的には更なる精製／処理技術に供されることができる。

蒸留塔１０２および１１８の導入に必要な製造設置面積は、約４００平方フィート（タワー）または８００平方フィート（両導入について）と考えられる。

逆に、本発明の方法およびアセンブリにおいて用いるような分割壁塔を、図２に示す。より詳細には、蒸留セグメント２００は分割壁塔２１４を含む。分割壁塔２１４は、分割壁塔２１４の中間範囲を通じて延びる垂直壁２１８を含む。

典型的な操作において、供給物流２０２を分割壁塔２１４に任意の起源から供給できる。図１に関して説明したように、供給物流２０２は、凝縮製造セグメントに由来できる。同様に、供給物流２０２は、約１０質量％〜約９０質量％のジクロロメタン、約１０質量％〜約９０質量％のクロロホルムおよび約１質量％〜約１０質量％の四塩化炭素を含むと考えられる。

分割壁塔２１４は、典型的には、頂部温度約６５℃〜約７０℃、または約６８℃、底部温度約１２０〜約１３０℃、または約１２５℃、および圧力約２〜２．５ｂａｒ（絶対）で操作される。これらの条件で、上側プロセス流２０４は、実質的に純粋なジクロロメタンを、微量のクロロホルムおよび四塩化炭素とともに含むと考えられ、一方、中プロセス流２０６は、実質的に純粋なクロロホルムを、微量のみのジクロロメタンおよび四塩化炭素とともに含むと考えられる。底部プロセス流２０８は、約９５質量％の四塩化炭素、５質量％のクロロホルム、および微量のみのジクロロメタンを含むと考えられる。

蒸留セグメント２００の導入に必要な製造設置面積は、約４００平方フィートと考えられる。

よって、塩素化メタンのための製造用アセンブリの蒸留セグメントにおける分割壁塔の使用は、顕著な設置面積低減を与える。そしてこれにより、本開示で、好適な反応器、凝縮セグメント、および蒸留セグメントを含む、塩素化メタンのための製造用アセンブリもまた与える。ここで蒸留セグメントは、分割壁塔および３つ以下の蒸留塔、好ましくは２つ以下の蒸留塔を含む。分割壁塔は、望ましくは、約１００〜１５０平衡段階、好ましくは約１１０〜１４０平衡段階、およびより好ましくは約１２０〜約１３０平衡段階を含む。段階はトレー、パッキン、またはこれらの組合せで与えることができる。

本開示で記載する方法は分割壁塔を用い、該方法は実質的に連続に実施でき、塩素化メタンの分離は実質的に同時に作用できる（所望であれば）。よって、本発明の方法は、従来の蒸留塔よりも、そして幾つかの態様では、更に、実質的に同じ数の分離段階／トレーを有する従来の蒸留塔よりも、大きな分離効率を示すことができる。よって本発明の方法は、高い純度を有する分離された塩素化メタンを与え、一方、同時に、原料費用および操作費用の低減を与える。低減されたダウンタイムおよび洗浄費用もまた、本発明の方法によって与えられる。

本開示で与えられる分離方法は、塩素化メタンの製造のためのプロセスに組入れることができ、分離プロセスによって与えられる利点が活用される。塩素化メタンを製造するための典型的なプロセスは、モノクロロメタンを塩素と反応させることを含むことができ、例えばジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素またはこれらの組合せを含むプロセス流を与えることができる。

本開示で記載する方法によって分離および／または製造される塩素化メタンは、下流プロセスで使用して追加の生成物を与えることができる。例えば、ジクロロホルムおよびクロロホルムを用いてコーティング、接着剤、ドライクリーニング化学物質、フルオロカーボン、冷媒、塗料、塗料剥離剤、ウレタンフォーム、医薬、等を製造できる。

以下の例は発明の例示の目的で記載されるが、これらの例は、本発明のいかなる様式での限定も意図しない。当業者は、例の、本発明の範囲内となる種々の置換および改変を理解するであろう。

例１
この例では、塩素化メタンを含み、流量約２５０００ｋｇ／ｈｒを有する供給物流を、図２に示すのと同様の分割壁塔に供給する。

より特別には、供給物流は、約７８質量％のジクロロメタン、約１９質量％のクロロホルム、および約３質量％の四塩化炭素を含む。分割壁塔入口温度は約１２５℃であり、頂部温度は約６８℃であり、塔は圧力約２ｂａｒ（絶対）である。

分割壁塔２１４から出た時点で、上側生成物流（図２中の２０４）は、質量流量約２０２５０ｋｇ／ｈｒを有しており、ほぼ実質的に純粋なジクロロメタンを含み、１０ｐｐｍ未満のクロロホルムおよび微量のみの四塩化炭素を有する。中生成物流（図２中の２０６）は、質量流量約４１５０ｋｇ／ｈｒを有し、実質的に純粋なクロロホルムを含み、１０ｐｐｍ未満のジクロロメタンおよび１０ｐｐｍ未満の四塩化炭素を有する。最後に、底部生成物流（図２中の２０８）は、質量流量約４００ｋｇ／ｈｒを有し、９５質量％の四塩化炭素、５質量％のクロロホルムおよび微量のみのジクロロメタンを含む。

本発明の特定の特徴のみを本開示で例示および説明してきたが、多くの改変および変更が当業者に生じるであろう。従って、特許請求の範囲は、本発明の真の精神の範囲内となるような全ての改変および変更を網羅すると理解すべきである。

Claims (15)

1. 少なくとも２つの塩素化メタンを含むプロセス流を分離する方法であって、
   プロセス流を分割壁塔に供すること、
   を含み、
   該分割壁塔が、少なくとも２つの塩素化メタンを分離する、方法。
2. 少なくとも２つの塩素化メタンが、ジクロロメタン、クロロホルム、または四塩化炭素の２つである、請求項１に記載の方法。
3. 少なくとも２つの塩素化メタンが、クロロホルムおよび四塩化炭素を含む、請求項２に記載の方法。
4. プロセス流が、ジクロロメタン、クロロホルムおよび四塩化炭素を含む、請求項２に記載の方法。
5. 分割壁塔が、分割壁塔の底部部分に副精留塔を含み、該方法が、該副精留塔を用いて微量中間成分をプロセス流から除去することを更に含む、請求項１に記載の方法。
6. 微量中間成分が臭素化される、請求項５に記載の方法。
7. 反応器、凝縮セグメント、および蒸留セグメントを含む、塩素化メタンの製造用の製造アセンブリであって、蒸留セグメントが、分割壁塔および単一のみの蒸留塔を含む、製造用アセンブリ。
8. 分割壁塔が、少なくとも約１２０から１３０段階を含む、請求項７に記載の製造用アセンブリ。
9. 塩素化メタンを製造する方法であって、
   少なくとも２つの塩素化メタンを含むプロセス流を生成すること、および
   該プロセス流を分割壁塔に供すること、
   を含む、方法。
10. プロセス流が、ジクロロメタン、クロロホルム、または四塩化炭素の少なくとも２つを含む、請求項９に記載の方法。
11. 少なくとも２つの塩素化メタンが、クロロホルムおよび四塩化炭素を含む、請求項１０に記載の方法。
12. 少なくとも２つのプロセス流を分割壁塔から回収することを更に含み、該少なくとも２つのプロセス流が少なくとも２つの別個かつ実質的に精製された塩素化メタンを含む、請求項９に記載の方法。
13. 第１、第２および第３のプロセス流を分割壁塔から回収することを更に含み、該第１、第２および第３のプロセス流が、それぞれジクロロメタン、クロロホルムおよび四塩化炭素からなる、請求項９に記載の方法。
14. 分割壁塔が、分割壁塔の底部部分に副精留塔を含み、該方法が、該副精留塔を用いて微量中間成分をプロセス流から除去することを更に含む、請求項９に記載の方法。
15. 微量中間成分が、臭素化される、請求項１４に記載の方法。

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