KR102673700B1 - 이소프로필 알코올 제조방법 - Google Patents

이소프로필 알코올 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이소프로필 알코올의 제조방법에 관한 것으로, 반응기에서 프로필렌 단량체 및 물을 반응시킨 반응 생성물 스트림을 흡수탑, 가스 정제 컬럼 및 상기 비활성 기체 제거 컬럼을 이용하여 미반응 프로필렌 단량체와 이소프로필 알코올을 고순도로 분리할 수 있는 이소프로필 알코올 제조방법을 제공한다.

Description

이소프로필 알코올 제조방법{METHOD FOR PRERARING ISOPROPYL ALCOHOL}
본 발명은 이소프로필 알코올의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이소프로필 알코올 제조 공정의 반응 생성물로부터 이소프로필 알코올을 고순도로 분리하고, 미반응물을 효과적으로 회수하는 방법에 관한 것이다.
이소프로필 알코올은(isopropyl alcohol, IPA)은, 반도체나 LCD(Liquid crystal display) 제조 등의 전자 산업에서 세정제 등의 용도를 포함하여 다양한 용도에 사용되고 있다.
이소프로필 알코올을 제조하는 공정은 예를 들어, 프로필렌(propylene)과 물을 원료 성분으로서 사용한다. 이 때, 상기 프로필렌과 물이 반응하여 이소프로필 알코올을 생성한다.
상기 이소프로필 알코올 제조 공정의 반응 생성물은 이소프로필 알코올, 미반응 프로필렌 단량체 및 미반응 물을 포함하게 된다. 이 때, 상기 이소프로필 알코올 제조 공정의 반응 생성물로부터 이소프로필 알코올을 분리하여 회수하고, 미반응 프로필렌 단량체를 회수하여 상기 이소프로필 알코올 제조 공정에서 재사용하게 된다.
이에 대해, 종래에는 상기 이소프로필 알코올 제조 공정의 반응 생성물로부터 이소프로필 알코올과 미반응 프로필렌 단량체를 분리하고, 상기 미반응 프로필렌 단량체를 회수하여 재사용하기 위한 다양한 공정이 시도되었다. 그러나, 종래의 이소프로필 알코올 제조 공정에서는 회수되는 미반응 프로필렌 단량체에 이소프로필 알코올이 소량 포함되어, 이를 반응기로 공급하여 재사용하는 경우, 반응기 내에서 역반응을 초래하여 프로필렌의 전환율(Conversion) 및 이소프로필 알코올의 선택도(Selectivity)가 저하되는 문제가 있었다. 또한, 이소프로필 알코올을 정제하기 위한 이소프로필 알코올 정제부로 공급되는 스트림 내 프로필렌 단량체가 포함되어 프로필렌 단량체의 손실이 발생하는 문제가 있었다.
또한, 종래의 이소프로필 알코올 제조 공정에서는 반응기에 공급되는 프로필렌 단량체 내에 존재하는 비활성 기체가 제거되지 못하고, 공정 내에 축적되는 문제가 있었으며, 이로 인해, 반드시 고순도 프로필렌 단량체를 사용해야하는 문제가 있었다.
EP 0003014 A
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 상기 발명의 배경이 되는 기술에서 언급한 문제들을 해결하기 위하여, 이소프로필 알코올 제조 공정의 반응 생성물로부터 이소프로필 알코올 및 미반응 프로필렌 단량체를 효율적으로 분리함에 있어서, 미반응물을 효과적으로 회수하는 방법을 제공하는 것이다.
즉, 본 발명은 프로필렌 단량체와 물의 반응 생성물 스트림을 흡수탑, 가스 정제 컬럼 및 비활성 기체 제거 컬럼을 이용하여 분리함에 있어, 반응기로 미반응 프로필렌 단량체 회수 시, 회수되는 스트림 내 이소프로필 알코올이 포함되는 것을 방지하고, 이소프로필 알코올 정제부로 공급되는 스트림 내 미반응 프로필렌이 포함되는 것을 방지하는 방법을 제공할 수 있다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명은 반응기에서 프로필렌 단량체 및 물을 반응시킨 반응 생성물 스트림을 흡수탑으로 공급하는 단계; 상기 흡수탑에서 이소프로필 알코올을 포함하는 하부 배출 스트림을 가스 정제 컬럼으로 공급하고, 미반응 프로필렌 단량체를 포함하는 상부 배출 스트림의 일부 스트림은 비활성 기체 제거 컬럼으로 공급하고, 나머지 스트림은 상기 반응기로 환류시키는 단계; 상기 가스 정제 컬럼에서 미반응 프로필렌 단량체를 포함하는 상부 배출 스트림을 비활성 기체 제거 컬럼으로 공급하고, 이소프로필 알코올을 포함하는 하부 배출 스트림을 이소프로필 알코올 정제부로 공급하는 단계; 및 상기 비활성 기체 제거 컬럼에서 미반응 프로필렌 단량체를 포함하는 상부 배출 스트림을 반응기로 환류시키고, 이소프로필 알코올을 포함하는 하부 배출 스트림을 이소프로필 알코올 정제부로 공급하는 단계를 포함하는 이소프로필 알코올 제조방법을 제공한다.
본 발명의 이소프로필 알코올 제조방법에 따르면, 프로필렌 단량체와 물의 반응을 통한 이소프로필 알코올 제조 공정에서의 반응 생성물을 흡수탑, 가스 정제 컬럼 및 비활성 기체 제거 컬럼을 이용하여 분리함에 있어, 분리 효율을 증가시킬 수 있다.
또한, 분리 효율 증가로 인해 반응기로 순환되는 미반응 프로필렌 단량체에 이소프로필 알코올이 동반되는 것을 방지하여 반응기에서 평형 반응의 정반응을 촉진하여 이소프로필 알코올의 생산량을 증가시킬 수 있고, 이소프로필 알코올 정제부로 공급되는 스트림에 미반응 프로필렌 단량체가 유출되는 것을 방지하여 프로필렌 단량체의 손실을 줄일 수 있다.
또한, 상기 비활성 기체 제거 컬럼을 이용하여 비활성 기체를 제거함으로써 비활성 기체가 공정 내에 축적되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 비활성 기체 제거 컬럼으로 공급되는 스트림의 공급단을 제어함으로써, 분리 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 흡수탑 하부 배출 스트림을 가스 정제 컬럼으로 공급하기 전에 1기 이상의 플래시 드럼을 사용하여 선분리함으로써 가스 정제 컬럼의 분리 효율을 향상시키고, 후단 컬럼의 장치 크기를 줄일 수 있다.
도 1 및 도 2는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 이소프로필 알코올 제조방법의 공정 흐름도이다.
도 3은 비교예에 따른 이소프로필 알코올 제조방법의 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 스트림은 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. 이 때, 상기 유체에 고체 성분(solid)이 포함되어 있는 경우에 대해서 배제하는 것은 아니다.
이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 본 발명을 하기 도 1 및 도 2를 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명에 따르면, 이소프로필 알코올 제조방법이 제공된다. 상기 이소프로필 알코올은 프로필렌 단량체와 물이 기상(Vapor Phase) 반응하는 공정을 통해 생성될 수 있다. 구체적으로, 프로필렌 단량체 및 물을 포함하는 피드 스트림은 반응기로 공급되고, 상기 반응기에서 생성된 반응 생성물은 이소프로필 알코올과 미반응된 프로필렌 단량체 및 미반응된 물을 포함할 수 있다. 이 때, 상기 반응 생성물로부터 이소프로필 알코올을 분리하여 회수하고, 미반응 프로필렌 단량체를 회수하여 상기 이소프로필 알코올 제조 공정에서 재사용하게 된다.
종래에는 상기 이소프로필 알코올 제조 공정의 반응 생성물로부터 이소프로필 알코올과 미반응 프로필렌 단량체를 분리하고, 상기 미반응 프로필렌 단량체를 회수하여 재사용하기 위한 다양한 공정이 시도되었다. 그러나, 종래의 이소프로필 알코올 제조 공정에서는 회수되는 미반응 프로필렌 단량체에 이소프로필 알코올이 소량 포함되어, 이를 반응기로 공급하여 재사용하는 경우, 반응기 내에서 역반응을 초래하여 프로필렌의 전환율(Conversion)과 이소프로필 알코올의 선택도(Selectivity)가 저하되고, 이소프로필 알코올의 생성량이 감소되는 문제가 있었다. 또한, 이소프로필 알코올을 정제하기 위한 이소프로필 알코올 정제부로 공급되는 스트림 내 프로필렌 단량체가 포함되어 프로필렌 단량체의 손실이 발생하는 문제가 있다.
이에 대해, 본 발명에서는 상술한 종래의 문제점을 해결하고자, 이소프로필 알코올 제조 공정의 반응 생성물로부터 미반응 프로필렌 단량체를 회수하여 반응기에서 재사용할 때, 이소프로필 알코올과 프로필렌 단량체의 분리 효율을 최대화시켜, 상기 회수되는 미반응 프로필렌 단량체에 이소프로필 알코올이 포함되는 것을 방지함으로써 반응기에서 평형 반응의 정반응을 촉진하여 이소프로필 알코올의 생산량을 증가시킬 수 있고, 이소프로필 알코올 정제부로 공급되는 스트림 내 미반응 프로필렌 단량체가 유출되는 것을 방지하여 프로필렌 단량체의 손실을 감소시키기 위한 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 이소프로필 알코올 제조방법으로서, 반응기에서 프로필렌 단량체 및 물을 반응시킨 반응 생성물 스트림을 흡수탑(100)으로 공급하는 단계; 상기 흡수탑(100)에서 이소프로필 알코올을 포함하는 하부 배출 스트림을 가스 정제 컬럼(200)으로 공급하고, 미반응 프로필렌 단량체를 포함하는 상부 배출 스트림의 일부 스트림은 비활성 기체 제거 컬럼(300)으로 공급하고, 나머지 스트림은 상기 반응기로 환류시키는 단계; 상기 가스 정제 컬럼(200)에서 미반응 프로필렌 단량체를 포함하는 상부 배출 스트림을 비활성 기체 제거 컬럼(300)으로 공급하고, 이소프로필 알코올을 포함하는 하부 배출 스트림을 이소프로필 알코올 정제부로 공급하는 단계; 및 상기 비활성 기체 제거 컬럼(300)에서 미반응 프로필렌 단량체를 포함하는 상부 배출 스트림을 반응기로 환류시키고, 이소프로필 알코올을 포함하는 하부 배출 스트림을 이소프로필 알코올 정제부로 공급하는 단계를 포함하는 이소프로필 알코올 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 반응기로 프로필렌 단량체 대비 및 물을 포함하는 피드 스트림을 공급하고, 기상 반응시켜 이소프로필 알코올을 포함하는 반응 생성물을 제조할 수 있다. 이 때, 상기 피드 스트림 내 포함된 프로필렌 단량체 대비 물의 몰비율은 0.3 내지 0.5, 0.35 내지 0.5 또는 0.35 내지 0.45일 수 있다. 상기 반응기로 공급되는 피드 스트림 내 프로필렌 단량체 대비 물의 몰비율이 상기 범위를 만족함으로써, 평형 반응의 정반응을 촉진시키고, 역반응이 진행되는 것을 방지하여 이소프로필 알코올의 생산량을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 반응기는 프로필렌 단량체와 물의 기상 반응을 통해 이소프로필 알코올을 효율적으로 제조할 수 있는 최적의 조건으로 운전될 수 있다. 예를 들어, 상기 반응기의 운전 압력은 30 kg/cm2·g 내지 50 kg/cm2·g, 35 kg/cm2·g 내지 50 kg/cm2·g 또는 35 kg/cm2·g 내지 45 kg/cm2·g일 수 있고, 운전 온도는 180 ℃ 내지 220 ℃, 185 ℃ 내지 220 ℃ 또는 190 ℃ 내지 215 ℃일 수 있다. 상기 범위의 압력 및 온도로 반응기를 운전함으로써, 프로필렌 단량체와 물을 이용한 기상 반응을 통해 이소프로필 알코올을 효과적으로 생성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 반응기에서 프로필렌 단량체와 물을 기상 반응시킴으로써 생성된 반응 생성물은 기상이며, 이소프로필 알코올, 미반응 프로필렌 단량체 및 미반응 물을 포함할 수 있다. 상기 반응기에서는 배출되는 기상의 반응 생성물은 1기 이상의 열교환기를 이용하여 액상의 반응 생성물로 응축시킨 후 흡수탑(100)에 공급할 수 있다. 이 때, 상기 흡수탑(100)으로 공급되는 반응 생성물의 온도는 예를 들어, 105 ℃ 내지 150 ℃, 110 ℃ 내지 140 ℃ 또는 115 ℃ 내지 140 ℃일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 반응기에서 배출되는 기상의 반응 생성물은 1기 이상의 열교환기에서 반응기로 공급되는 피드 스트림과 열교환할 수 있다. 상기 1기 이상의 열교환기를 통과시킨 피드 스트림의 온도는 예를 들어, 170 ℃ 내지 210 ℃, 180 ℃ 내지 200 ℃ 또는 185 ℃ 내지 195 ℃로 가열될 수 있다.
이와 같이, 반응기에서 배출되는 기상의 반응 생성물 스트림과 반응기로공급되는 피드 스트림을 열교환시킴으로써, 반응기에서 배출되는 기상의 반응 생성물을 액상의 반응 생성물로 응축시킴과 동시에 피드 스트림을 예열시킨 후 반응기로 공급할 수 있다. 이를 통해, 피드 스트림을 반응기로 공급하기 전에 이소프로필 알코올 효율적으로 제조하기 위한 최적의 온도로 가열시키기 위한 에너지를 절감할 수 있고, 기상의 반응 생성물을 흡수탑(100)으로 공급하여 분리 효율을 증가시키기 위한 온도로 응축시키는데 필요한 냉매 비용을 절감시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 기상의 반응 생성물은 1기 이상의 열교환기를 통과하면서 일부는 액상의 반응 생성물로 응축되고, 나머지는 기상의 반응 생성물로 존재할 수 있다. 하나의 예로서, 상기 반응기에서 배출되는 기상의 반응 생성물은 1기 이상의 열교환기를 통하면서 기상의 제1 반응 생성물 스트림과 액상의 제2 반응 생성물 스트림으로 분리될 수 있다. 이 때, 상기 제1 반응 생성물 스트림과 제2 반응 생성물 스트림은 후단 열교환기에 형성된 별도의 배관을 통해 분리되어 배출되거나, 상기 열교환기 후단에 설치된 기액 분리 장치를 거쳐 분리될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2 반응 생성물 스트림의 유량 대비 제1 반응 생성물 스트림의 유량비는 5 내지 11, 6 내지 10 또는 7 내지 9일 수 있다. 상기와 같이, 반응기에서 배출되는 기상의 반응 생성물 스트림을 1기 이상의 열교환기에서 피드 스트림과 열교환시키는 과정에서, 상기 반응기에서 배출되는 기상의 반응 생성물 스트림을 105 ℃ 내지 150 ℃의 온도로 냉각시킴으로써, 상기 제2 반응 생성물 스트림의 유량 대비 제1 반응 생성물 스트림의 유량비는 5 내지 11로 제어할 수 있었다. 여기서, '유량'은 단위 시간 당 중량의 흐름을 의미할 수 있다. 구체적인 예로, 상기 유량의 단위는 ton/hr일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 반응 생성물 스트림은 냉각기를 이용하여 추가적으로 응축시켜 기상과 액상이 혼합된 기-액 혼합상으로 흡수탑(100)에 공급될 수 있다. 이 때, 상기 제1 반응 생성물 스트림은 상술한 바와 같이 1기 이상의 열교환기를 통과하면서 냉각된 상태로서, 상기 냉각기에서 사용되는 냉매를 저가의 냉각수로 대체할 수 있고, 상기 냉각수의 사용량을 최소화할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 기상의 제1 반응 생성물 스트림은 미반응 프로필렌 단량체 85 중량% 내지 95 중량%, 이소프로필 알코올 4 중량% 내지 8 중량% 및 물 1 중량% 내지 5 중량%를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 반응 생성물 스트림에는 미반응 프로필렌 단량체의 함량이 높고, 이소프로필 알코올과 물의 함량이 적은 것을 알 수 있다.
또한, 상기 액상의 제2 반응 생성물 스트림은 미반응 프로필렌 단량체 1 중량% 내지 10 중량%, 이소프로필 알코올 5 중량% 내지 15 중량% 및 물 80 중량% 내지 90 중량%를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 반응 생성물 스트림에는 미반응 프로필렌 단량체의 함량이 적고, 물의 함량이 많을 수 있다. 이 때, 제2 반응 생성물 스트림 내 포함된 이소프로필 알코올의 함량은 제1 반응 생성물 스트림 내 포함된 이소프로필 알코올의 함량보다 높을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 일부 응축된 기-액 혼합상의 제1 반응 생성물 스트림과 제2 반응 생성물 스트림은 각각의 스트림 또는 혼합된 스트림으로 흡수탑(100)의 하단 측면으로 공급될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 흡수탑(100)의 전체 단수는 10단 내지 30단, 15단 내지 30단 또는 15단 내지 25단일 수 있다. 예를 들어, 상기 흡수탑(100)의 전체 단수가 10단인 경우, 상기 제1 반응 생성물 및 제2 반응 생성물은 흡수탑(100)의 10단으로 공급될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 반응 생성물은 흡수탑(100)으로 공급되고, 상기 흡수탑(100)에서 이소프로필 알코올을 포함하는 하부 배출 스트림과 미반응 프로필렌 단량체를 포함하는 상부 배출 스트림을 분리할 수 있다. 이 때, 상기 흡수탑(100) 상부 배출 스트림은 미반응 프로필렌 단량체와 더불어 비활성 기체를 더 포함할 수 있고, 하부 배출 스트림은 이소프로필 알코올과 더불어 미반응 물을 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 반응 생성물은 흡수탑(100)의 하단으로 공급될 수 있고, 상기 흡수탑(100)으로 공급되는 용매를 이용하여 상기 반응 생성물 내 포함된 이소프로필 알코올을 용해시켜 흡수탑(100) 하부로 분리하고, 미반응 프로필렌 단량체를 포함하는 스트림은 상부로 분리할 수 있다.
상기 흡수탑(100)에서 사용되는 용매는 예를 들어, 물일 수 있다. 상기 용매로서 반응에 사용되는 성분인 물을 사용함으로써 후단에서 용매를 분리하기 위한 별도의 장치가 요구되지 않는다.
상기 흡수탑(100)으로 공급되는 용매의 유량은 상기 흡수탑(100)으로 공급되는 반응 생성물의 총 유량의 20% 내지 50%, 20% 내지 45% 또는 25% 내지 40%일 수 있다. 상기 범위 내의 유량으로 용매를 공급하여 흡수탑(100)으로 공급되는 반응 생성물 내 포함된 이소프로필 알코올의 흡수능을 향상시키면서, 동시에, 후단에서 용매 회수를 위한 에너지 비용이 과도하게 증가되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 흡수탑(100)의 운전 압력은 20 kg/cm2·g 내지 40 kg/cm2·g, 25 kg/cm2·g 내지 40 kg/cm2·g 또는 25 kg/cm2·g 내지 35 kg/cm2·g일 수 있고, 운전 온도는 80 ℃ 내지 110 ℃, 90 ℃ 내지 110 ℃ 또는 90 ℃ 내지 100 ℃일 수 있다. 상기 범위의 압력 및 온도로 흡수탑(100)을 운전함으로써, 미반응 프로필렌 단량체를 포함하는 상부 배출 스트림과 이소프로필 알코올을 포함하는 하부 배출 스트림을 효과적으로 분리할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 흡수탑(100) 하부 배출 스트림은 이소프로필 알코올 및 미반응 물 이외에 미반응 프로필렌 단량체를 소량 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 흡수탑(100) 하부 배출 스트림 내 포함된 미반응 프로필렌 단량체의 함량은 5 중량% 이하 또는 3 중량% 내지 5 중량%일 수 있다. 이에, 상기 흡수탑(100)에서 이소프로필 알코올을 포함하는 하부 배출 스트림의 전량 또는 일부는 가스 정제 컬럼(200)으로 공급하여 상기 흡수탑(100) 하부 배출 스트림 내 포함된 미반응 프로필렌 단량체를 상부 배출 스트림으로 분리하고, 이소프로필 알코올 및 미반응 물을 포함하는 하부 배출 스트림은 이소프로필 알코올 정제부로 공급할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 흡수탑(100) 하부 배출 스트림은 가스 정제 컬럼(200)으로 공급되기 전에 1기 이상, 1기 내지 3기 또는 1기 내지 2기의 플래시 드럼을 거칠 수 있다. 예를 들어, 상기 흡수탑(100) 하부 배출 스트림은 제1 플래시 드럼(400) 또는 제1 플래시 드럼(400)과 제2 플래시 드럼(410)을 이용하여 상기 흡수탑(100) 하부 배출 스트림의 일부 스트림이 가스 정제 컬럼(200)으로 공급될 수 있다.
하나의 예로서, 1기의 플래시 드럼을 사용하는 경우, 상기 흡수탑 하부 배출 스트림은 제1 플래시 드럼으로 공급되고, 상기 제1 플래시 드럼에서 상기 흡수탑 하부 배출 스트림 내 포함된 미반응 프로필렌 단량체를 상부 배출 스트림으로 분리하여 가스 정제 컬럼으로 공급하고, 하부 배출 스트림은 이소프로필 알코올 정제부로 공급할 수 있다.
상기 흡수탑 하부 배출 스트림을 제1 플래시 드럼으로 공급하기 전에, 제1 밸브를 이용하여 감압시킨 후 제1 플래시 드럼으로 공급할 수 있으며, 이를 통해, 상기 제1 플래시 드럼에서의 기상과 액상의 분리 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 흡수탑 하부 배출 스트림을 제1 플래시 드럼을 거쳐 선분리하여 미반응 프로필렌 단량체 및 비활성 기체를 포함하는 일부 스트림은 가스 정제 컬럼으로 공급하고, 이소프로필 알코올 및 미반응 물을 포함하는 일부 스트림은 이소프로필 알코올 정제부로 공급할 수 있다.
또한, 상기 비활성 기체 제거 컬럼으로 공급되는 스트림의 조성을 제어하여 분리 효율이 향상됨으로써, 상기 비활성 기체 제거 컬럼 상부 배출 스트림으로 이소프로필 알코올이 유출되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 상기 비활성 기체 제거 컬럼으로 공급되는 스트림 내 이소프로필 알코올은 모두 상기 비활성 기체 제거 컬럼의 하부로 분리되어, 이소프로필 알코올이 포함되어 있지 않은 미반응 프로필렌 단량체를 고순도로 회수하여 반응기로 환류 및 재사용할 수 있다.
다른 하나의 예로서, 상기 흡수탑(100) 하부 배출 스트림은 제1 플래시 드럼(400)으로 공급되고, 상기 제1 플래시 드럼(400)에서 상기 흡수탑(100) 하부 배출 스트림 내 포함된 미반응 프로필렌 단량체를 상부 배출 스트림으로 분리하여 비활성 기체 제거 컬럼(300)으로 공급하고, 하부 배출 스트림은 제2 플래시 드럼(410)으로 공급할 수 있다.
상기 흡수탑(100) 하부 배출 스트림을 제1 플래시 드럼(400)으로 공급하기 전에, 제1 밸브(500)를 이용하여 감압시킨 후 제1 플래시 드럼(400)으로 공급할 수 있다. 또한, 제1 플래시 드럼(400) 하부 배출 스트림을 제2 플래시 드럼(410)으로 공급하기 전에, 제2 밸브(510)를 이용하여 감압시킨 후 제2 플래시 드럼(410)으로 공급할 수 있다. 이를 통해, 상기 제1 플래시 드럼(400) 및 제2 플래시 드럼(410) 각각에서의 기상과 액상의 분리 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 제2 플래시 드럼(410)에서 이소프로필 알코올과 미반응 물을 포함하는 하부 배출 스트림을 이소프로필 알코올 정제부로 공급하고, 나머지 성분을 포함하는 상부 배출 스트림은 가스 정제 컬럼(200)으로 공급할 수 있다.
상기 흡수탑(100) 하부 배출 스트림을 제1 플래시 드럼(400) 및 제2 플래시 드럼(410)을 이용하여 선분리하고, 미반응 프로필렌 단량체 및 비활성 기체를 포함하는 일부 스트림은 비활성 기체 제거 컬럼(300)으로 공급하고, 이소프로필 알코올 및 미반응 물을 포함하는 일부 스트림은 이소프로필 알코올 정제부로 공급할 수 있다.
또한, 비활성 기체 제거 컬럼(300)으로 공급되는 스트림의 조성을 제어하여 분리 효율이 향상됨으로써, 상기 비활성 기체 제거 컬럼(300)의 상부 배출 스트림으로 이소프로필 알코올이 유출되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 상기 비활성 기체 제거 컬럼(300)으로 공급되는 스트림 내 이소프로필 알코올은 모두 상기 비활성 기체 제거 컬럼(300)의 하부로 분리되어, 이소프로필 알코올이 포함되어 있지 않은 미반응 프로필렌 단량체를 고순도로 회수하여 반응기로 환류 및 재사용할 수 있다.
이와 같이, 1기 이상의 플래시 드럼을 이용하여 상기 흡수탑(100) 하부 배출 스트림을 선분리하는 경우, 상기 흡수탑(100) 하부 배출 스트림을 감압 후, 후단 컬럼으로 공급되기 전에 기상과 액상이 분리될 수 있는 공간을 제공하여, 후단 컬럼에서 기액 분리를 위해 컬럼의 크기가 비효율적으로 증가되어야 하는 문제를 방지할 수 있으며, 상기 가스 정제 컬럼(200) 및 비활성 기체 제거 컬럼(300)의 분리 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 플래시 드럼(400) 상부 배출 스트림 및 제2 플래시 드럼(410) 상부 배출 스트림의 유량비는 1:0.4 내지 1:0.8, 1:0.5 내지 1:0.8 또는 1:0.5 내지 1:0.7일 수 있다. 상기 범위 내로 제1 플래시 드럼(400) 상부 배출 스트림과 제2 플래시 드럼(410) 상부 배출 스트림의 유량비를 제어함으로써, 선분리 효과를 향상시킴과 동시에 가스 정제 컬럼(200)과 비활성 기체 제거 컬럼(300)으로 공급되는 스트림의 성분 및 유량을 제어하여 컬럼의 장치 크기를 줄이고, 분리 효율율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 플래시 드럼(400)에서의 운전 온도는 80 ℃ 내지 100 ℃, 85 ℃ 내지 100 ℃ 또는 85 ℃ 내지 95 ℃일 수 있다. 또한, 상기 제1 플래시 드럼(400)에서의 운전 압력은 10 kg/cm2·g 내지 25 kg/cm2·g, 15 kg/cm2·g 내지 25 kg/cm2·g 또는 15 kg/cm2·g 내지 20 kg/cm2·g일 수 있다. 상기 제1 플래시 드럼(400)에서의 운전 조건을 상기 범위로 제어하는 경우 분리 효율이 향상될 수 있다.
상기 제2 플래시 드럼(410)에서의 운전 온도는 80 ℃ 내지 95 ℃, 85 ℃ 내지 95 ℃ 또는 85 ℃ 내지 90 ℃일 수 있다. 또한, 상기 제2 플래시 드럼(410)에서의 운전 압력은 0 kg/cm2·g 내지 2 kg/cm2·g, 0 kg/cm2·g 내지 1 kg/cm2·g 또는 0 kg/cm2·g 내지 0.5 kg/cm2·g일 수 있다. 상기 제2 플래시 드럼(410)에서의 운전 조건을 상기 범위로 제어하는 경우 분리 효율이 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 가스 정제 컬럼(200)에서는 미반응 프로필렌 단량체를 포함하는 상부 배출 스트림과 이소프로필 알코올을 포함하는 하부 배출 스트림을 분리할 수 있다. 이 때, 상기 가스 정제 컬럼(200) 상부 배출 스트림은 미반응 프로필렌 단량체와 더불어 비활성 기체를 더 포함할 수 있고, 하부 배출 스트림은 이소프로필 알코올과 더불어 미반응 물을 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 가스 정제 컬럼(200)에서 미반응 프로필렌 단량체를 포함하는 상부 배출 스트림은 비활성 기체 제거 컬럼(300)으로 공급하고, 이소프로필 알코올을 포함하는 하부 배출 스트림은 이소프로필 알코올 정제부로 공급할 수 있다.
상기 가스 정제 컬럼(200)의 운전 압력은 0 kg/cm2·g 내지 2 kg/cm2·g, 0 kg/cm2·g 내지 1 kg/cm2·g 또는 0 kg/cm2·g 내지 0.5 kg/cm2·g일 수 있고, 운전 온도는 40 ℃ 내지 80 ℃, 50 ℃ 내지 80 ℃ 또는 50 ℃ 내지 70 ℃일 수 있다. 상기 범위의 운전 온도 및 운전 압력으로 가스 정제 컬럼(200)을 운전함으로써, 상부 배출 스트림으로 프로필렌 단량체를 고순도로 분리할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 비활성 기체 제거 컬럼(300)으로 공급되는 스트림은 혼합 스트림을 형성하여 비활성 기체 제거 컬럼(300)으로 공급될 수 있다. 예를 들어, 흡수탑(100) 상부 배출 스트림의 일부 스트림 및 가스 정제 컬럼(200) 상부 배출 스트림은 혼합 스트림을 형성하여 비활성 기체 제거 컬럼(300)으로 공급될 수 있고, 경우에 따라서, 흡수탑(100) 상부 배출 스트림의 일부 스트림, 가스 정제 컬럼(200) 상부 배출 스트림 및 제1 플래시 드럼(400) 상부 배출 스트림은 혼합 스트림을 형성하여 비활성 기체 제거 컬럼(300)으로 공급될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 가스 정제 컬럼(200) 및 비활성 기체 제거 컬럼(300)의 전체 단수 비율은 1:15 내지 1:20, 1:17 내지 1:20 또는 1:17 내지 1:18일 수 있다. 이 때, 상기 가스 정제 컬럼(200)의 전체 단수는 3단 내지 15단, 3단 내지 10단 또는 3단 내지 5단일 수 있으며, 상기 비활성 기체 제거 컬럼(300)의 전체 단수는 50단 내지 90단, 65단 내지 90단 또는 65단 내지 75단일 수 있다. 상기와 같이, 가스 정제 컬럼(200) 및 비활성 기체 제거 컬럼(300)의 전체 단수 및 전체 단수 비율을 제어함으로써, 가스 정제 컬럼(200) 상부 배출 스트림의 조성을 제어함과 동시에 비활성 기체 제거 컬럼(300)에서의 분리 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 혼합 스트림은 비활성 기체 제거 컬럼(300) 전체 단수의 5% 내지 25%, 10% 내지 25% 또는 10% 내지 20%의 단으로 공급될 수 있다. 구체적으로, 상기 혼합 스트림을 비활성 기체 제거 컬럼(300)의 상기 범위의 단으로 공급하는 경우, 비활성 기체와 미반응 프로필렌을 상부로 분리시키는 증류부(Stripping section)를 충분히 확보함으로써 분리 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 비활성 기체 제거 컬럼(300)은 흡수탑(100) 상부 배출 스트림, 가스 정제 컬럼(200) 상부 배출 스트림 및 제1 플래시 드럼(400) 상부 배출 스트림을 공급받아, 상부 배출 스트림으로 미반응 프로필렌 단량체를 분리하며, 하부 배출 스트림으로 이소프로필 알코올 및 미반응 물을 분리할 수 있다. 구체적으로, 상기 비활성 기체 제거 컬럼(300)의 기상 상부 배출 스트림으로 비활성 기체를 분리하고, 액상 상부 배출 스트림으로 미반응 프로필렌 단량체를 분리할 수 있다. 이 때, 상기 비활성 기체 제거 컬럼(300)의 액상 상부 배출 스트림은 반응기로 환류시키고, 하부 배출 스트림은 이소프로필 알코올 정제부로 공급할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 비활성 기체 제거 컬럼(300)의 운전 압력은 15 kg/cm2·g 내지 25 kg/cm2·g, 18 kg/cm2·g 내지 25 kg/cm2·g 또는 18 kg/cm2·g 내지 20 kg/cm2·g일 수 있고, 운전 온도는 40 ℃ 내지 170 ℃, 45 ℃ 내지 170 ℃ 또는 45 ℃ 내지 160 ℃일 수 있다. 상기 범위의 압력 및 온도로 비활성 기체 제거 컬럼(300)을 운전함으로써, 상부 및 하부를 통해 각각의 성분을 고순도로 분리할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 비활성 기체 제거 컬럼(300) 상부 배출 스트림으로 비활성 기체, 예를 들어, 에탄을 분리하여 제거함으로써, 비활성 기체가 공정 내에 축적되는 것을 방지할 수 있다. 구체적으로, 기상 반응으로 수행되는 이소프로필 알코올 제조 공정에서 반응물로 투입되는 프로필렌 단량체 중에 비활성 기체가 일부 포함될 수 있다. 상기 비활성 기체는 예를 들어, 탄소수 2 내지 3의 탄화수소로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 구체적인 예로서, 상기 비활성 기체는 에탄 및 프로판으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 이 때, 비활성 기체 제거 컬럼(300) 상부 배출 스트림 내 비활성 기체를 포함하는 기상 성분은 퍼지(purge)하여 비활성 기체의 일부 또는 전량을 분리 및 제거함으로써, 반응기로 환류되는 비활성 기체 제거 컬럼(300) 상부 배출 스트림의 액상 성분 내 비활성 기체의 함량을 낮춰 비활성 기체가 공정 내에 축적되지 않도록 하는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 비활성 기체 제거 컬럼(300) 하부 배출 스트림은 이소프로필 알코올 및 미반응 물을 포함하는 스트림으로서, 제3 밸브(520)를 통과시켜 감압 후 기액 분리 장치(600)로 공급할 수 있다. 상기 기액 분리 장치(600)에서 이소프로필 알코올 및 물을 포함하는 하부 배출 스트림을 이소프로필 알코올 정제부로 공급하고, 비활성 기체, 예를 들어, 프로판을 포함하는 상부 배출 스트림은 비활성 기체 제거 컬럼(300) 상부 배출 스트림 중 기상 성분과 같이 퍼지(purge)하여 제거할 수 있다. 이 경우, 이소프로필 알코올 정제부로 공급되는 스트림 내 비활성 기체를 제거하여 비활성 기체가 공정 내에 축적되지 않도록 하는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이소프로필 알코올 정제부로 공급되는 스트림은 이소프로필 알코올, 미반응 물 및 용매로 사용된 물이 포함될 수 있으며, 이소프로필 알코올 정제부에서 물이 제거된 고순도의 이소프로필 알코올을 분리할 수 있다. 이 때, 상기 이소프로필 알코올 정제부에서 분리된 물은 반응기로 공급되어 재사용될 수 있으며, 이 경우, 프로필렌 단량체나 이소프로필 알코올 등 불순물이 포함되지 않아, 상기 반응기에서 이소프로필 알코올을 제조하는데 있어 프로필렌 단량체 대비 물의 몰비율의 제어가 용이할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이소프로필 알코올 제조방법에서는 필요한 경우, 증류 컬럼, 컨덴서, 리보일러, 밸브, 펌프, 분리기 및 혼합기 등의 장치를 추가적으로 더 설치하여 사용할 수 있다.
이상, 본 발명에 따른 이소프로필 알코올 제조방법은 기재 및 도면에 도시하였으나, 상기의 기재 및 도면의 도시는 본 발명을 이해하기 위한 핵심적인 구성만을 기재 및 도시한 것으로, 상기 기재 및 도면에 도시한 공정 및 장치 이외에, 별도로 기재 및 도시하지 않은 공정 및 장치는 본 발명에 따른 이소프로필 알코올 제조방법을 실시하기 위해 적절히 응용되어 이용될 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 흐름도와 같이, 이소프로필 알코올(IPA)을 포함하는 반응 생성물을 제조하고, 상기 반응 생성물로부터 이소프로필 알코올을 분리하는 공정을 아스펜 사의 아스펜 플러스를 이용하여 시뮬레이션 하였다.
구체적으로, 40 kg/cm2·g의 압력 및 192 ℃ 내지 208 ℃의 온도로 운전되는 반응기로 피드 스트림을 10 ton/hr의 유량으로 공급하고, 상기 피드 스트림 내 프로필렌 단량체(PP) 대비 물(H2O)의 몰비율을 0.4로 제어하였고, 비활성 기체로서 에탄 및 프로판을 포함하였다.
상기 반응기에서 배출되는 기상의 반응 생성물 스트림은 2기의 열교환기를 통과하면서 기상의 제1 반응 생성물 스트림과 액상의 제2 반응 생성물 스트림으로 분리되어 배출되고, 상기 제1 반응 생성물 스트림은 냉각기에서 일부 액상으로 응축시킨 후 흡수탑(100)의 20단으로 공급하고, 제2 반응 생성물 스트림은 흡수탑(100)의 20단으로 공급하였다. 이 때, 상기 흡수탑(100)의 전체 단수는 20단이었다.
상기 흡수탑(100)은 96 ℃ 내지 98 ℃의 온도 및 31.2 kg/cm2·g 내지 31.6 kg/cm2·g의 압력으로 운전되고, 상기 흡수탑(100) 상단으로 용매로서 공급되는 물을 이용하여 상기 반응 생성물 스트림 내 이소프로필 알코올을 흡수시켜, 프로필렌 단량체를 포함하는 상부 배출 스트림과 물 및 이소프로필 알코올을 포함하는 하부 배출 스트림으로 분리하였다. 구체적으로, 상기 흡수탑(100)의 상부 배출 스트림의 일부 스트림은 비활성 기체 제거 컬럼(300)으로 공급하고, 나머지 스트림은 반응기로 환류시켰으며, 하부 배출 스트림은 제1 밸브(500)를 이용하여 감압시킨 후, 제1 플래시 드럼(400)으로 공급하였다. 이 때, 제1 플래시 드럼(400)의 운전 압력은 16.8 kg/cm2·g로 운전하였고, 상부 배출 스트림의 유량은 0.2 ton/hr로 제어하였다.
상기 제1 플래시 드럼(400)에서 하부 배출 스트림은 제2 밸브(510)를 이용하여 감압시킨 후, 제2 플래시 드럼(410)으로 공급하였고, 상기 제2 플래시 드럼(410)에서 상부 배출 스트림은 가스 정제 컬럼(200)으로 공급하고, 하부 배출 스트림은 이소프로필 알코올 정제부로 공급하였다. 이 때, 제2 플래시 드럼(410)의 운전 압력은 0.2 kg/cm2·g로 운전하였고, 상부 배출 스트림의 유량은 0.1 ton/hr로 제어하였다.
상기 가스 정제 컬럼(200)에서 하부 배출 스트림은 이소프로필 알코올 정제부로 공급하였다. 이 때, 가스 정제 컬럼(200)의 전체 단수는 4단이고, 운전 온도는 57 ℃ 내지 64 ℃, 운전 압력은 0.15 kg/cm2·g 내지 0.2 kg/cm2·g로 제어하였다.
상기 흡수탑(100) 상부 배출 스트림의 일부 스트림, 가스 정제 컬럼(200) 상부 배출 스트림 및 제1 플래시 드럼(400) 상부 배출 스트림은 혼합 스트림을 형성하여 비활성 기체 제거 컬럼(300)의 9단으로 공급하였다. 이 때, 비활성 기체 제거 컬럼(300)의 전체 단수는 70단이고, 운전 온도는 46 ℃ 내지 157 ℃, 운전 압력은 19.1 kg/cm2·g 내지 19.6 kg/cm2·g로 제어하였다.
상기 비활성 기체 제거 컬럼(300)에서는 상부 배출 스트림으로 미반응 프로필렌 단량체를 반응기로 환류시켜 재사용하였으며, 하부 배출 스트림은 이소프로필 알코올 정제부로 공급하여 물이 제거된 이소프로필 알코올을 수득하였다.
상기 (1) 반응기로 환류되는 비활성 기체 제거 컬럼(300) 상부 배출 스트림 내 이소프로필 알코올 함량, (2) 반응기로 환류되는 비활성 기체 제거 컬럼(300) 상부 배출 스트림 내 프로필렌 단량체 함량 및 (3) 이소프로필 알코올 정제부로 공급되는 스트림 내 프로필렌 단량체 함량에 대해서 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 2
도 2에 도시된 공정 흐름도와 같이, 이소프로필 알코올(IPA)을 포함하는 반응 생성물을 제조하고, 상기 반응 생성물로부터 이소프로필 알코올을 분리하는 공정을 아스펜 사의 아스펜 플러스를 이용하여 시뮬레이션 하였다.
구체적으로, 40 kg/cm2·g의 압력 및 192 ℃ 내지 208 ℃의 온도로 운전되는 반응기로 피드 스트림을 10 ton/hr의 유량으로 공급하고, 상기 피드 스트림 내 프로필렌 단량체(PP) 대비 물(H2O)의 몰비율을 0.4로 제어하였고, 비활성 기체로서 에탄 및 프로판을 포함하였다.
상기 반응기에서 배출되는 기상의 반응 생성물 스트림은 2기의 열교환기를 통과하면서 기상의 제1 반응 생성물 스트림과 액상의 제2 반응 생성물 스트림으로 분리되어 배출되고, 상기 제1 반응 생성물 스트림은 냉각기에서 일부 액상으로 응축시킨 후 흡수탑(100)의 20단으로 공급하고, 제2 반응 생성물 스트림은 흡수탑(100)의 20단으로 공급하였다. 이 때, 상기 흡수탑(100)의 전체 단수는 20단이었다.
상기 흡수탑(100)은 96 ℃ 내지 98 ℃의 온도 및 31.2 kg/cm2·g 내지 31.6 kg/cm2·g의 압력으로 운전되고, 상기 흡수탑(100) 상단으로 용매로서 공급되는 물을 이용하여 상기 반응 생성물 스트림 내 이소프로필 알코올을 흡수시켜, 프로필렌 단량체를 포함하는 상부 배출 스트림과 물 및 이소프로필 알코올을 포함하는 하부 배출 스트림으로 분리하였다. 구체적으로, 상기 흡수탑(100)의 상부 배출 스트림의 일부 스트림은 비활성 기체 제거 컬럼(300)으로 공급하고, 나머지 스트림은 반응기로 환류시켰으며, 하부 배출 스트림은 제1 밸브(500)를 이용하여 감압시킨 후, 제1 플래시 드럼(400)으로 공급하였다. 이 때, 제1 플래시 드럼(400)의 운전 압력은 16.8 kg/cm2·g로 운전하였고, 상부 배출 스트림의 유량은 0.2 ton/hr로 제어하였다.
상기 제1 플래시 드럼(400)에서 하부 배출 스트림은 제2 밸브(510)를 이용하여 감압시킨 후, 제2 플래시 드럼(410)으로 공급하였고, 상기 제2 플래시 드럼(410)에서 상부 배출 스트림은 가스 정제 컬럼(200)으로 공급하고 하부 배출 스트림은 이소프로필 알코올 정제부로 공급하였다. 이 때, 제2 플래시 드럼(410)의 운전 압력은 0.2 kg/cm2·g로 운전하였고, 상부 배출 스트림의 유량은 0.1 ton/hr로 제어하였다.
상기 가스 정제 컬럼(200)에서 하부 배출 스트림은 이소프로필 알코올 정제부로 공급하였다. 이 때, 가스 정제 컬럼(200)의 전체 단수는 4단이고, 운전 온도는 57 ℃ 내지 64 ℃, 운전 압력은 0.15 kg/cm2·g 내지 0.2 kg/cm2·g로 제어하였다.
상기 흡수탑(100) 상부 배출 스트림의 일부 스트림, 가스 정제 컬럼(200) 상부 배출 스트림 및 제1 플래시 드럼(400) 상부 배출 스트림은 혼합 스트림을 형성하여 비활성 기체 제거 컬럼(300)의 9단으로 공급하였다.
상기 비활성 기체 제거 컬럼(300)에서는 상부 배출 스트림 내 에탄을 포함하는 기상 성분은 배출하여 제거하였고, 미반응 프로필렌 단량체를 포함하는 액상 성분은 반응기로 환류시켜 재사용 하였으며, 하부 배출 스트림은 제3 밸브(520)를 이용하여 감압 후, 기액 분리 장치(600)로 공급하였다. 상기 기액 분리 장치(600)에서 상부 배출 스트림으로 프로판을 분리하여 상기 비활성 기체 제거 컬럼(300) 상부 배출 스트림 내 기상 성분과 같이 배출하였고, 하부 배출 스트림은 이소프로필 알코올 정제부로 공급하여 물이 제거된 이소프로필 알코올을 수득하였다. 이 때, 비활성 기체 제거 컬럼(300)의 전체 단수는 70단이고, 운전 온도는 46 ℃ 내지 157 ℃, 운전 압력은 19.1 kg/cm2·g 내지 19.6 kg/cm2·g로 제어하였다.
상기 (1) 반응기로 환류되는 비활성 기체 제거 컬럼(300) 상부 배출 스트림 내 이소프로필 알코올 함량, (2) 반응기로 환류되는 비활성 기체 제거 컬럼(300) 상부 배출 스트림 내 프로필렌 단량체 함량 및 (3) 이소프로필 알코올 정제부로 공급되는 스트림 내 프로필렌 단량체 함량에 대해서 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 3
상기 실시예 2에서, 상기 혼합 스트림을 비활성 기체 제거 컬럼(300)의 3단으로 공급한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 이소프로필 알코올을 제조하였다.
상기 (1) 반응기로 환류되는 비활성 기체 제거 컬럼(300) 상부 배출 스트림 내 이소프로필 알코올 함량, (2) 반응기로 환류되는 비활성 기체 제거 컬럼(300) 상부 배출 스트림 내 프로필렌 단량체 함량 및 (3) 이소프로필 알코올 정제부로 공급되는 스트림 내 프로필렌 단량체 함량에 대해서 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 4
상기 실시예 2에서, 상기 혼합 스트림을 비활성 기체 제거 컬럼(300)의 19단으로 공급한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 이소프로필 알코올을 제조하였다.
상기 (1) 반응기로 환류되는 비활성 기체 제거 컬럼(300) 상부 배출 스트림 내 이소프로필 알코올 함량, (2) 반응기로 환류되는 비활성 기체 제거 컬럼(300) 상부 배출 스트림 내 프로필렌 단량체 함량 및 (3) 이소프로필 알코올 정제부로 공급되는 스트림 내 프로필렌 단량체 함량에 대해서 하기 표 1에 나타내었다.
비교예
비교예 1
도 3에 도시된 공정 흐름도와 같이, 이소프로필 알코올(IPA)을 포함하는 반응 생성물을 제조하고, 상기 반응 생성물로부터 이소프로필 알코올을 분리하는 공정을 아스펜 사의 아스펜 플러스를 이용하여 시뮬레이션 하였다.
구체적으로, 40 kg/cm2·g의 압력 및 192 ℃ 내지 208 ℃의 온도로 운전되는 반응기로 피드 스트림을 10 ton/hr의 유량으로 공급하고, 상기 피드 스트림 내 프로필렌 단량체(PP) 대비 물(H2O)의 몰비율을 0.4로 제어하였고, 비활성 기체로서 에탄 및 프로판을 포함하였다.
상기 반응기에서 배출되는 반응 생성물 스트림은 흡수탑(100)의 20단으로 공급하였다. 이 때, 상기 흡수탑(100)의 전체 단수는 20단이었다. 상기 흡수탑(100)은 96 ℃ 내지 98 ℃의 온도 및 31.2 kg/cm2·g 내지 31.6 kg/cm2·g의 압력으로 운전되고, 상기 흡수탑(100) 상단으로 용매로서 공급되는 물을 이용하여 상기 반응 생성물 스트림 내 이소프로필 알코올을 흡수시켜, 프로필렌 단량체를 포함하는 상부 배출 스트림과 물 및 이소프로필 알코올을 포함하는 하부 배출 스트림으로 분리하였다. 구체적으로, 상기 흡수탑(100)의 상부 배출 스트림의 일부 스트림은 가스 정제 컬럼(210)으로 공급하고, 나머지 스트림은 반응기로 환류시켰으며, 하부 배출 스트림은 플래시 드럼(420)으로 공급하였다.
상기 가스 정제 컬럼(210)에서, 미반응 프로필렌 단량체를 포함하는 상부 배출 스트림은 반응기로 환류시켰고, 하부 배출 스트림은 이소프로필 알코올 정제부로 공급하였다. 이 때, 상기 가스 정제 컬럼(210)의 전체 단수는 32단이고, 운전 온도는 41 ℃ 내지 160 ℃, 운전 압력은 16.50 kg/cm2·g 내지 16.52 kg/cm2·g로 제어하였다.
상기 플래시 드럼(420)에서는 기상의 미반응 프로필렌 단량체를 포함하는 상부 배출 스트림을 반응기로 환류시켰고, 하부 배출 스트림은 이소프로필 알코올 정제부로 공급하였다. 이 때, 상기 플래시 드럼의 운전 압력은 16.8 kg/cm2·g로 운전하였고, 상부 배출 스트림의 유량은 0.2 ton/hr로 제어하였다.
상기 (1) 반응기로 환류되는 가스 정제 컬럼(210) 상부 배출 스트림 및 플래시 드럼(420) 상부 배출 스트림 내 이소프로필 알코올 함량, (2) 반응기로 환류되는 가스 정제 컬럼(210) 상부 배출 스트림 및 플래시 드럼(420) 상부 배출 스트림 내 프로필렌 단량체 함량 및 (3) 이소프로필 알코올 정제부로 공급되는 스트림 내 프로필렌 단량체 함량에 대해서 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 비교예
1 2 3 4 1
(1)(중량%) 0 0 0.04 0 3.5
(2)(중량%) 94.23 94.23 94.17 94.17 83.2
(3)(중량%) 0.013 0.013 0.015 0.016 0.4
상기 표 1에서, 실시예 1 내지 4의 경우, 반응기로 환류되는 스트림 내 이소프로필 알코올의 함량이 0 중량% 내지 0.04 중량%로 낮게 나타나고, 프로필렌 단량체의 함량이 94.17 중량% 이상으로 높게 나타났으며, 이소프로필 알코올 정제부로 공급되는 스트림 내 프로필렌 단량체의 함량이 0.016 중량% 이하로 낮게 나타나는 것을 확인할 수 있었다.또한, 상기 실시예 2 내지 4의 경우에는 비활성 기체 제거 컬럼(300)의 상부 배출 스트림 내 비활성 기체를 제거한 후 반응기로 환류시켜 재사용함으로써, 비활성 기체가 공정 내에 축적되는 것을 방지하여 고순도의 프로필렌 단량체를 사용하지 않더라도 이소프로필 알코올의 생산량을 증가시킬 수 있다.
다만, 실시예 3 및 4의 경우 혼합 스트림이 비활성 기체 제거 컬럼(300)으로 공급되는 공급단이 본 발명에 따른 범위를 벗어나는 경우로서, 분리 효율이 다소 저하된 것을 확인할 수 있었다.
이와 비교하여, 비교예 1과 같이 흡수탑(100), 플래시 드럼(420) 및 가스 정제 컬럼(210)을 이용하여 반응 생성물 스트림으로부터 미반응 프로필렌 단량체와 이소프로필 알코올을 분리하는 경우, 상기 반응기로 환류되는 플래시 드럼(420) 상부 배출 스트림과 가스 정제 컬럼(210) 상부 배출 스트림 내 이소프로필 알코올의 함량이 3.5 중량%로 높게 나타나고, 프로필렌 단량체의 함량이 83.2 중량%로 낮게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 이로 인해, 상기 반응기에서의 역반응이 초래되어 이소프로필 알코올의 생산량이 적어지는 문제가 있었다. 또한, 상기 이소프로필 알코올 정제부로 공급되는 스트림 내 프로필렌 단량체의 함량이 0.4 중량%로 높게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 이로 인해, 상기 반응기로 환류되어 재사용되지 못하고 손실되는 프로필렌 단량체의 양이 증가하는 문제가 있었다.
100: 흡수탑
200: 가스 정제 컬럼
210: 가스 정제 컬럼
300: 비활성 기체 제거 컬럼
400: 제1 플래시 드럼
410: 제2 플래시 드럼
420: 플래시 드럼
500: 제1 밸브
510: 제2 밸브
520: 제3 밸브
600: 기액 분리 장치

Claims (13)

  1. 반응기에서 프로필렌 단량체 및 물을 반응시킨 반응 생성물 스트림을 흡수탑으로 공급하는 단계;
    상기 흡수탑에서 이소프로필 알코올을 포함하는 하부 배출 스트림을 가스 정제 컬럼으로 공급하고, 미반응 프로필렌 단량체를 포함하는 상부 배출 스트림의 일부 스트림을 비활성 기체 제거 컬럼으로 공급하는 단계;
    상기 가스 정제 컬럼에서 미반응 프로필렌 단량체를 포함하는 상부 배출 스트림을 비활성 기체 제거 컬럼으로 공급하고, 이소프로필 알코올을 포함하는 하부 배출 스트림을 이소프로필 알코올 정제부로 공급하는 단계; 및
    상기 비활성 기체 제거 컬럼에서 미반응 프로필렌 단량체를 포함하는 상부 배출 스트림을 반응기로 환류시키고, 이소프로필 알코올을 포함하는 하부 배출 스트림을 이소프로필 알코올 정제부로 공급하는 단계를 포함하는 이소프로필 알코올 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 흡수탑의 하부 배출 스트림은 제1 플래시 드럼으로 공급하여, 상기 제1 플래시 드럼의 상부 배출 스트림은 비활성 기체 제거 컬럼으로 공급하고, 하부 배출 스트림은 제2 플래시 드럼으로 공급하며,
    상기 제2 플래시 드럼의 상부 배출 스트림은 가스 정제 컬럼으로 공급하고, 하부 배출 스트림은 이소프로필 알코올 정제부로 공급하는 이소프로필 알코올 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 흡수탑의 하부 배출 스트림은 제1 밸브를 이용하여 감압시킨 후 상기 제1 플래시 드럼으로 공급하고,
    상기 제1 플래시 드럼의 하부 배출 스트림은 제2 밸브를 이용하여 감압시킨 후 상기 제2 플래시 드럼으로 공급하는 이소프로필 알코올 제조방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 플래시 드럼의 상부 배출 스트림 및 제2 플래시 드럼의 상부 배출 스트림의 유량비는 1:0.4 내지 1:0.8인 이소프로필 알코올 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 비활성 기체 제거 컬럼의 상부 배출 스트림 및 하부 배출 스트림으로부터 비활성 기체를 분리하는 이소프로필 알코올 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 비활성 기체 제거 컬럼의 하부 배출 스트림은 제3 밸브를 통과시켜 감압 후 기액 분리 장치로 공급하고, 상기 기액 분리 장치에서 이소프로필 알코올을 포함하는 하부 배출 스트림을 이소프로필 알코올 정제부로 공급하고, 비활성 기체를 포함하는 상부 배출 스트림을 분리하는 이소프로필 알코올 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 가스 정제 컬럼 및 비활성 기체 제거 컬럼의 전체 단수 비율은 1:15 내지 1:20인 이소프로필 알코올 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 가스 정제 컬럼의 전체 단수는 3단 내지 15단이고,
    상기 비활성 기체 제거 컬럼의 전체 단수는 50단 내지 90단인 이소프로필 알코올 제조방법.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 비활성 기체 제거 컬럼으로 공급되는 스트림은 혼합 스트림을 형성하여 비활성 기체 제거 컬럼으로 공급되는 이소프로필 알코올 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 혼합 스트림은 비활성 기체 제거 컬럼 전체 단수의 5% 내지 25%의 단으로 공급되는 이소프로필 알코올 제조방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 혼합 스트림은 비활성 기체 제거 컬럼 전체 단수의 10% 내지 20%의 단으로 공급되는 이소프로필 알코올 제조방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 가스 정제 컬럼의 운전 압력은 0 kg/cm2·g 내지 2 kg/cm2·g이고, 운전 온도는 40 ℃ 내지 80 ℃인 이소프로필 알코올 제조방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 비활성 기체 제거 컬럼의 운전 압력은 15 kg/cm2·g 내지 25 kg/cm2·g이고, 운전 온도는 40 ℃ 내지 170 ℃인 이소프로필 알코올 제조방법.
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