KR20080063349A

KR20080063349A - 아세트산 탈수 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20080063349A
Application number: KR1020087009627A
Authority: KR
Inventors: 장지영; 우광유
Original assignee: 에이엠티 인터내셔널 인코포레이티드
Priority date: 2005-09-23
Filing date: 2006-09-21
Publication date: 2008-07-03
Also published as: WO2007038258A1; TW200711710A; EP1943208A1; US20070068792A1; CN101312936A

Abstract

테레프탈산 생산중 생성되는 아세트산 및 물을 포함하는 폐수 스트림으로부터 아세트산을 회수하는 경제적이고 에너지 효율적인 증류 기술은 액체-액체 추출 컬럼, 및 공비 또는 아세트산을 회수하는 통상적인 증류 조건하에서 운영되는 다운스트림 탈수 증류 컬럼을 사용한다. 액체-액체 추출 컬럼은 추출 용매 및 아세트산을 포함하는 추출물을 생성하며, 상기 추출물은 추출 용매 및 아세트산이 분리되는 탈수 증류 컬럼으로 공급된다. 탈수 증류 컬럼은 에너지 회수를 위해 농축장치 시스템을 사용할 수 있다. 상기 농축장치 시스템은 증기를 농축 아세트산 스트림으로 농축하고, 저압 증기를 생성하는 증기 발생장치일 수 있다. 어떠한 물에 잔류하는 아세트산도 처리될 수 있다.

아세트산 탈수, 액체-액체 추출 컬럼, 테레프탈산 생산

Description

아세트산 탈수 시스템 및 방법{System and Method for Acetic Acid Dehydration}

본 발명은 산업적 화학 물질을 증류하는 화학 공정에 관한 것으로, 보다 상세하게는 물로부터 아세트산을 회수하는 증류 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 테레프탈산 제조과정중 아세트산을 회수하는 것에 특히 적합하다.

테레프탈산은 다양한 산업적 용도 및 화학 공정에 사용된다. 예를 들면, 테레프탈산은 직물 및 포장지에 사용되는 DACRON 폴리에스테르와 같은 폴리에스테르를 제조하는 출발 물질이다. MYLAR로 상업적으로 이용가능한 폴리에틸렌 테레프탈산(PET)은 음료수 용기 및 클램쉘 패키지(clamshell packages)를 포함한 일련의 산업 및 소비자 물품들에 사용되는 매우 단단한 폴리에스테르이다. 정제 테레프탈산(PTA)은 보다 정밀한 산업적 용도에 적합한 고급 테레프탈산이다.

테레프탈산은 촉매 존재하에 파라-크실렌과 분자 산소를 반응시켜 제조된다. 테레프탈산에 대한 용매로 사용되는 아세트산은 산화 반응에서 생성되는 물에 희석된다. 테레프탈산 제조 플랜트(plant)에서, 아세트산과 물은 탈수 장치로 보내져 폐기물 처리를 통해 처리되는 물로부터 아세트산을 회수한다.

3개의 상이한 아세트산 탈수 접근 방법들이 테레프탈산 플랜트에서 실행되고 있다. 즉, (1) 통상적인 증류방법, (2) 공비(azeotropic) 증류방법, 및 (3) 액체-액체 추출방법이 있다. 비등점에 기초하여 혼합물내 상이한 구성성분들을 분리하는 통상적인 증류방법이 물로부터 아세트산 회수에 대한 일차적인 장치 운영 방법으로 널리 사용되어왔다. 일반적으로, 하나 이상의 타워(tower)이 사용되어 다양한 농도의 아세트산을 포함하는 상이한 스트림을 처리한다. 증류 타워로부터의 생성물은 농축 아세트산으로 구성된 바닥 스트림과 귀중한 아세트산 용매의 손실을 최소화하고 다운스트림 폐수처리에 대한 부담을 경감시키는 이상적으로는 순수한 물인 오우버헤드(overhead) 스트림이다.

폐수로부터의 아세트산의 증류는 아세트산/물 시스템의 높은 비-이상적 증기/액체 평형 특성에 기인하여 매우 효율적이지 못하다. 결과적으로, 통상적인 증류 시스템들은 0.5-8.0 중량%의 매우 낮은 수준의 아세트산을 포함하는 오우버헤드 물 스트림을 얻기 위하여 현저한 수의 이론적 단(stages), 즉, 실제 트레이 및 높은 환류 비를 요구한다. 오우버헤드 폐수는 어떤 잔류 아세트산이 중화된 후 폐기되기전에 어떠한 유기 부산물을 회수하기 위하여 실질적으로 처리된다.

비교적 대형의 타워 및 컬럼을 요구하는 통상적인 증류는 현저한 초기 자본 투자 및 고에너지 운영 비용을 수반한다. 또한, 전통적인 공정 계획은 실질적으로 아세트산이 없는 증류물을 경제적으로 생산할 수 없다. 결과적으로, 제조업자들은 낮은 아세트산 수율 및 광대한 폐수 처리와 경쟁하여야만 하며, 이는 현존하는 다운스트림 폐수 처리 시설 및 계속 늘어나고 있는 엄격한 배출 표준에 있어서의 용량 한계로 인하여 매우 힘들다.

공비 증류 방법에 있어서, 알킬 아세트산과 같은 첨가제는 아세트산과 알킬-아세트산/물 공비혼합물 사이의 분리의 상대적 휘발성을 향상시키는 탈수 컬럼에서 물을 포함한 저비등 공비혼합물을 생성한다. 공비 증류 컬럼은 테레프탈산 플랜트에서 주위 압력하에 운영된다. 첨가제를 사용함으로써, 동일한 분리에 대한 통상적인 증류방법과 비교시 에너지 또는 이론적 단의 요구도가 감소된다. 공비 증류방법은 일반적으로 아세트산/물 탈수 컬럼에서 예를 들면 증기와 같은 에너지 소비를 20-40%까지 감소시키는 반면에, 증류수에서 300-800 ppm의 비교적 낮은 아세트산 농도를 달성한다.

마지막으로, 테레프탈산 생산에서 액체-액체 추출 기술은 물 스트림으로부터 아세트산을 회수하고, 이에 포함된 아세트산 수준을 0.1 중량% 내지 20 중량%까지 감소시키기 위하여 특수한 추출 제제를 사용한다. 상기 제제는 바람직하게 아세트산을 용해시킨다. 일단, 추출이 완료되면, 상기 제제로부터 아세트산을 분리하기 위하여 일련의 복잡한 증류 단계가 필요하며, 상기 제제는 이후 추출 단계로 재순환된다. 제제의 예로는 아세트산염, 아민, 케톤 및 포스핀 옥사이드(phosphine oxide)를 포함한다.

종래 기술에 의해 증명된 부족한 점과 관련하여, 산업계에서는 아세트산을 회수하는 혁신적인 기술을 탐색하고 있다. 바람직한 방법은 경제적이고 현존하는 테레프탈산 생산 시설과 호환되며, 에너지 효율적인 것이다. 이와 같은 새로운 접근의 완성은 폐기물 및 원치않는 부산물을 적게 생산하는 환경적 이점을 추가로 갖는다.

발명의 요약

본 발명은 테레프탈산 제조중 물로부터 아세트산을 회수하는 간단하고 경제적인 증류 시스템을 개발하는데 일부 기초한다. 본 발명의 증류 시스템은 현존하는 화학 공정들에게 용이하게 포함될 수 있다.

일 측면에 있어서, 본 발명은 내부로 수성 스트림이 공급되고, (i) 수성 스트림으로부터 추출된 아세트산을 포함하는 추출용매 스트림 및 (ii) 물이 풍부한 라피네이트 스트림을 생성하는 추출 컬럼; 및 내부로 추출용매 스트림이 공급되고, 아세트산이 풍부한 스트림 및 물이 풍부한 증기 스트림을 생성하는 탈수 증류 컬럼을 포함하는 수성 스트림으로부터 아세트산을 회수하는 증류 시스템에 관한 것이다.

또 다른 측면에 있어서, 본 발명은 아세트산을 포함하는 수성 부산물 스트림을 생성하는 테레프탈산 생산 플랜트에 관한 것으로, 여기서 향상은 내부로 부산물 스트림이 공급되고, 아세트산을 포함하는 추출용매 스트림 및 주로 물을 포함하는 라피네이트 스트림을 생성하는 추출 컬럼; 및 내부로 추출용매 스트림이 공급되고, 아세트산이 풍부한 스트림 및 물이 풍부한 증기 스트림을 생성하는 탈수 증류 컬럼을 포함한다.

또 다른 측면에 있어서, 본 발명은 (a) 부산물 스트림을 추출 컬럼으로 공급하여 아세트산을 분리하고, (i) 분리된 아세트산을 포함하는 추출용매 스트림 및 (ii) 주로 물을 포함하는 라피네이트 스트림을을 생성하는 단계; 및

(b) 상기 추출용매 스트림을 탈수 증류 컬럼으로 공급하여 (i) 오우버헤으 물 증기 스트림 및 (ii) 아세트산을 포함하는 바닥 산물 스트림을 생성하는 단계를 포함하는, 테레프탈산 생성시 형성된 수성 부산물 스트림으로부터 아세트산을 회수하는 방법에 관한 것이다.

바람직한 실시예에 있어서, 탈수 증류 컬럼은 공급물 스트림이 이소부틸 아세테이트, 노르말 부틸 아세테이트, 이소프로필 아세테이트, 노르말 프로필 아세테이트 및 이의 혼합물로부터 선택될 수 있는 첨가제와 결합된 공비 탈수 증류 컬럼이다. 상기 첨가제는 공비 혼합물을 생성하여 공급물 성분의 특성을 변화시키고, 이로써 분리 조건을 향상시킨다. 상기 첨가제는 추출 용매와 동일한 화학물일 수 있다.

테레프탈산과 같은 산업적 화학물은 일반적으로 중질 액체가 경질 수증기로 증류되는 다중 기능성 단(stages)을 사용하는 공정에 의해 생산된다. 다중 타워 내장물을 구비한 원통형 타워 하우징을 포함한 증류 컬럼은 증기와 액체간의 상호작용을 증진시키기 위해 사용된다. 통상적인 타워 내장물은 트레이(tray), 밸브(valve), 다운커머(downcomer), 체(sieve)등을 의미하며, 통상적인 증류는 화학물의 분리시 첨가제 또는 용매를 사용하지 않는 통상적인 증류 타워를 의미한다. 첨가제는 일반적으로 구성성분중 하나로 저비등 공비 혼합물을 형성함으로써 공비 혼합물을 파쇄하기 위하여 사용되는 한 덩어리의 분리 장치, 화학물 또는 화합물이다.

테레프탈산은 테레프탈산과 물을 생성하는 발열반응에서 p-크실렌을 산화시켜 제조된다. 일반적인 테레프탈산 제조 플랜트에서, 아세트산, 물 및 p-크실렌, 메틸 아세테이트, 메탄올 등과 같은 소량의 기타 유기 화합물을 포함하는 다중 공급물 스트림이 탈수 컬럼으로 공급되며, 여기서 아세트산은 공비 증류방법을 사용하여 물로부터 분리된다. 탈수 컬럼의 바닥으로부터의 농축 아세트산 스트림은 테레프탈산 생산 플랜트의 반응 섹션으로 재순환된다. 소량의 아세트산 및 기타 유기불을 포함하는 탈수 컬럼의 오우버헤드 증류물로부터의 부산물 물 스트림은 폐수처리 시설로 직접 전송된다. 대안으로, 폐수는 다운스트림 컬럼으로 공급되어 잔류 증류물이 처리되거나 그렇지 않으면 가공되기전에 적어도 일부의 유기 성분 및 첨가제를 회수한다.

도 1은 주유 섹션 또는 장치들이 반응 장치(2), 결정화 장치(3), 건조 장치(4), 정제 장치(5) 및 탈수 장치(1)로 구성된 일반적인 테레프탈산 공정 플랜트를 도시하고 있다. 폐수처리 설비(6)는 일반적으로 플랜트에서 최종 가공 성분이다. 파라-크실렌(73), 공기(71)와 같은 분자 산소, 및 촉매(72)를 포함하는 공급원료 또는 투입물을 반응기 장치(2)로 공급하며, 이 장치에서 카라-크실렌이 산화되어 테레프탈산, 물 및 열을 발생시킨다. 일부의 물은 중간 압력 증기(93)의 형태로 배출된다. 테레프탈산 생산은 건조 장치(4)로부터 중간 품질 테레프탈산(MTA)(96)을 생산하는 결정화 장치(3), 건조 장치(4) 및 정제 장치(5)에서의 공정 다운스트림이며, 상기 중간 품질 테레프탈산은 정제 테레프탈산(PTA)(95)로 추가로 가공될 수 있다. 물(81), 용매, 즉 아세트산(82) 및 기타 유기물(83)은 반응기 장치(2)로부터 탈수 섹션(1)으로 전송되며, 여기서 아세트산(92)이 회수되고 반응 장치(2)로 재순환된다. 탈수 장치(1)로부터의 물(94)은 처리를 위해 폐수 처리 시설(6)에서 처리된다. 낮은 압력 증기(91)가 또한 탈수 장치(1)로부터 생성된다.

도 2는 도 1의 테레프탈산 생산 플랜트의 반응 장치(2)에 의해 생성되는 수성 부산물 흐름 스트림을 가공하는 아세트산 탈수 시스템을 포함하는 테레프탈산 생산 플랜트을 도시하고 있다. 탈수 시스템은 탈수 증류 컬럼(200)으로부터 업스트림(상류)에 설치된 액체-액체 추출 컬럼 또는 추출 장치(260)를 사용한다. 물, 아세트산 및 반응기 장치(2)(도 1)로부터의 폐수인 기타 유기물을 포함하는 적어도 하나의 입력 공급물 스트림(281)은 액체-액체 추출 컬럼(260)의 탑(상부)으로 공급된다.

액체-액체 추출 컬럼(260) 내에서, 입력 공급물 스트림(2810은 액체-액체 추출 용매로 제공되는 추출 용매(250)와 결합되어 폐수로부터 아세트산을 추출한다. 추출 용매(250)는 추출 컬럼(260)의 바닥으로 공급된다. 일 실시예에 있어서, 추출 용매(250)은 다운스트림 컬럼(210)으로부터 재순환된 성분이다. 바람직한 추출 용매는 예를 들면 이소부틸 아세테이트(IBA), 노르말 (n)-부틸 아세테이트 (NBA), 이소프로필 아세테이트 (IPA), 및 노르말 (n)-프로필 아세테이트 (NPA)를 포함한다. 본 명세서에 추가로 기술된 바와 같이, 추출 용매에 대해 사용된 화학물은 공비 증류 컬럼(200)에서 첨가제를 위해 사용된 용매와 동일할 수 있다. 추출 컬럼(260)으로부터의 바닥 생성물 라피네이트(252)는 주로 물이고, 소량의 유기 화합물 및 추출 용매를 포함한다. 라피네이트(252)는 폐수(253)로서 처리 설비로 직접 공급되거나, 공급물(254)로서 다운스트림 증류 컬럼(230)으로 전송될 수 있다. 이와 같은 실시예에서, 컬럼(230)은 농축장치(231), 리시버(receiver) 또는 환류 드럼(reflux drum)(233) 및 리보일러(reboiler)(232)를 구비한 스트리버(stripper) 컬럼이다. 공급물(254)에 존재하는 메틸 아세테이트, 첨가제 및 추출 용매와 같은 소량의 유기물이 컬럼(230)에서 분리된다. 이로부터의 바닥 생성물(285)은 폐수처리 설비(284)로 전송되고, 탑 생성물(287)은 농축장치(231) 및 환류 드럼(233)으로 공급되어 소량의 메틸 아세테이트 및 첨가제를 포함하는 공급물(289)를 생성한다.

이후, 공급물(289)은 본 실시예에서 메틸 아세테이트를 회수하기 위해 트레이(290)를 구비한 메틸 아세테이트 증류 컬럼(210)으로 이루어진 다운스트림 컬럼(210)으로 전송된다. 컬럼(210)은 또한 농축장치(211), 리시버 또는 환류 드럼(213) 및 리보일러(212)를 구비한다. 메틸 아세테이트(286)은 오우버헤드에서 회수되어 반응기 섹션으로 재순화된다.

추출 용매 및 추출 아세트산을 포함하는 추출 공급물(251) 형태의 추출 컬럼(260)의 탑 생성물은 공비 탈수 컬럼(200)으로 향한다. 추가의 공급물 스트림(282, 283)이 또한 사용될 수 있다. 추출 공급물(251)은 공비 탈수 증류 컬럼(200)에서 첨가제의 도움을 받는 공비 공정을 통하여 아세트산과 물로 분리된다. 바람직한 첨가제들은 예를 들면, 물보다 아세트산에게 더욱 친화도가 높은 IBA, NBA, IPA, NPA 및 이의 혼합물을 포함한다.

공비 탈수 증류 컬럼(200)은 농축장치(201) 및 리보일러(202)를 구비한다. 일반적으로, 공비 탈수 증류 컬럼(200)은 60-90개 증류 트레이(219)를 가지며, 주위 압력하에 또는 주위 압력에 가까운 압력하에 운영된다. 일반적으로 92-95 중량%의 아세트산을 포함하는 수성 바닥 산물 스트림(298)이 공비 탈수 증류 컬럼(200)으로부터 생성되고, 반응 섹션(292)으로 환송된다. 첨가제와 함께 저비등 공비 혼합물을 생성하는 물, 미량의 비회수 아세트산 및 소량의 반응 부산물인 메틸 에세테이트가 오우버헤드 증기(299)로서 컬럼(200)의 탑(상부)에서 유출된다. 공비 혼합물은 통상적인 증류방법으로 용이하게 분리될 수 없는 일정한 비등점을 갖는 순수한 성분들의 혼합물이다. 공비 혼합물의 비등점은 2개의 순수 성분들 각각의 비등점보다 낮다.

공비 탈수 증류 컬럼(200)의 오우버헤드로부터 증기 스트림(299)이 증기 발생장치(미도시)를 포함할 수 있는 수냉 또는 공냉식 압축장치(201)를 통해 전송되어 동시에 낮은 압력 증기를 생성한다. 냉각시 증기 스트림(299)은 유상 및 수상을 포함하는 2개의 액체상을 생성한다. 증기 발생장치 또는 농축장치로부터의 생성 농축물(295)은 상 분리를 위해 농축물 드럼/디캔터(decanter)(240)으로 전송된다. 첨가제 메이크업(275)은 디캔터(240) 내부의 유상 및 아세트산과 결합하는 IBA, NBA, IPA 또는 NPA와 같은 첨가제를 디캔터에 공급한다. 첨가제 및 아세트산을 포함한 유기 부산물을 포함하는 유상의 일부는 첨가제로 재사용될 환류(293)로서 컬럼(200)으로 다시 재순환된다.

디캔터(240)내의 수상(297)은 물, 첨가제, 용해 메틸 아세테이트 및 일반적으로 300-800 ppm인 미량의 아세트산을 포함한다. 수상(297)은 폐수 처리 설비(296)에서 직접 처리되거나 다운스트림 스트리퍼 컬럼(230)으로 공급되어 메틸 아세테이트와 아세트산으로 분리된다. 특히, 다운스트림 컬럼(230)은 메틸 아세테이트와 같은 미량의 유기물 및 산출물(287) 및 공급물 스트림(289)을 통해 제거되는 잔류 추출 용매를 회수한다. 공급물 스트림(289)은 다운스트림 컬럼(210)으로 공급되어 추출 컬럼(260)에서 재사용하기 위하여 어떠한 잔류 추출 용매(250)을 재순환한다. 다운스트림 컬럼(230)으로부터의 잔류물(285)은 폐수처리 설비 또는 다른 처리 장치(284)로 전송된다.

디캔터(240)내 다량의 추출 용매와 소량의 유기물을 포함하는 유상은 산출물 유상(294)으로 회수된다. 일 실시예에 있어서, 산출물 유상(294)은 유기 부산물, 미량의 물, 아세트산 및 첨가제를 포함하며, 추출 컬럼(260)으로 직접 공급되어 추출 용매로서 제공된다. 이와 같은 경우, 추출 용매는 공비 탈수 증류 컬럼(200)에서 사용되는 첨가제와 동일한 화학물이다. 또 다른 실시예에 있어서, 일부의 유기물이 다운스트림 컬럼(210)으로 전환되는 유기 스트림(291)의 평형을 가지면서 공비 탈수 증류 컬럼(200)으로 환류(293)로서 재순환되며, 이 컬럼에서 메틸 아세테이트와 같은 경질 유기 화합물이 증류 컬럼(210)의 오우버헤드로부터 회수된다. 증류 컬럼(210)은 유기 부산물, 메틸 아세테이트를 첨가제로부터 분리한다. 오우버헤드에서 회수된 메틸 아세테이트(286)는 반응기 섹션으로 재순환된다. 마침내, 유기 스트림(291)내 어떠한 잔류 추출 용매가 증류 컬럼(210)으로부터 바닥 산물(250)로서 분리된다. 주로 첨가제 또는 추출 용매 화학물을 포함하는 바닥 산물(250)은 이후 추출 용매로 재사용되기 위해 추출 컬럼(260)으로 다시 재순환된다.

통상적인 증류와 비교하여 공비 증류를 사용하는데 있어서 2개의 주요 이점이 존재한다. 즉, (1) 20-40%까지 에너지 소비 감소, 예컨데 증기 감소, 및 (2) 폐수에서 0.5-0.8 중량%까지 폐수 처리 설비로 손실되는 아세트산 양 감소등의 이점이 있다. 비교하면, 아세트산 감소는 일반적으로 공비 증류에 대하여 300-800 ppm이고, 통상적인 증류에 대하여는 7000-7500 ppm이다.

도 3은 테레프탈산 제조시 통상적인 증류 시스템을 사용하는 아세트산 탈수 시스템을 도시하고 있다. 통상적인 탈수 증류 컬럼은 주위 운영 압력하에서 운영되는 것이 바람직하다. 탈수 시스템은 탈수 증류 컬럼(300)의 상류에 설치된 액체-액체 추출 컬럼 또는 추출장치(360)를 특징으로 한다. 반응기 장치(2)(도 1)로부터 폐수를 생성하는 물, 아세트산 및 다른 유기물을 포함하는 적어도 하나의 입력 공급물 스트림(381)은 액체-액체 추출 컬럼(360)의 탑(상부)으로 공급된다.

액체-액체 추출 컬럼(360)내에서, 입력 공급물 스트림(381)이 액체-액체 추출 용매로 제공되는 추출 용매(350)와 혼합되어 폐수로부터 아세트산을 추출한다. 일 실시예에 있어서, 추출 용매(350)는 다운스트림 컬럼(310)으로부터의 재순환 성분을 포함한다. 바람직한 추출용매는 예를 들면 IBA, NBA, IPA 및 NPA를 포함한다.

추출 컬럼(360)으로부터의 바닥 산물 라피네이트(352)는 주로 물을 포함하고, 미량의 유기 화합물 및 추출 용매를 포함한다. 라피네이트(352)는 폐수(353)로서 직접 처리 시설로 공급되거나 공급물(354)로서 다운스트림 컬럼(310)으로 공급될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 다운스트림 컬럼(310)은 (i) 오우버헤드 생성물로서 배출되는 유기 부산물인 메틸 아세테이트(386), 및 (ii) 바닥 생성물로서 배출되는 물 및 아세트산을 분리하는 메틸 아세테이트 컬럼이다. 다운스트림 컬럼(310)은 또는 농축장치(311), 리시버 또는 환류 드럼(313) 및 리보일러(312)를 구비한다. 어떠한 잔류 아세트산을 포함하는 컬럼(310)으로부터의 바닥 생성물은 물 스트림(384)으로서 처리를 위해 폐수처리 시설로 전송되거나, 플랜트내 어떠한 다른 처리 장치로 전송된다. 메틸 아세테이트(386)를 포함하는 컬럼(310)으로부터의 오우버헤드 산출물 스트림은 재순환을 위해 디캔터(333)로 공급된다.

추출 용매 및 추출 아세트산을 포함하는 추출 공급물(351) 형태의 추출 컬럼(360)의 탑 생성물은 통상적인 탈수 증류 컬럼(300)으로 공급된다. 추가의 공급물 스트림(382, 383)이 사용될 수 있다. 추출 공급물(351)은 통상적인 탈수 증류 컬럼(300)에서의 통상적인 증류를 통해 아세트산 및 물로 분리된다. 일반적으로, 증류 컬럼(300)은 70-90개의 증류 트레이(390) 및 리보일러(302)를 구비한다. 추출 공급물(351)은 아세트산 용매(382) 및 소량의 유기 부산물인 메틸 아세테이트(383)와 함께 통상적인 탈수 증류 컬럼(300)으로 공급된다. 일반적으로 92-95 중량%의 아세트산(392)을 포함하는 수성 바닥 산출물(398)은 컬럼(300)의 바닥으로부터 회수되어 반응 섹션(392)으로 되돌아간다.

통상적인 탈수 증류 컬럼(300)의 오우버헤드로부터의 증기 스트림(399)는 오우버헤드 농축장치(320)로 전송되며, 여기서 증기는 보일러 공급물 물(374)을 사용하여 농축된다. 증기 스트림(399)는 물, 유기 부산물 예컨데 메틸 아세테이트 및 일반적으로 0.5-0,8 중량% 농도의 비회수 아세트산은 포함한다. 증기 농축에 따라, 오우버헤드 농축장치(320)는 동시에 저압력 증기(388)를 생성한다. 이는 증기 발생과 같은 다양한 작용을 위해 에너지가 회수되고 재순환되는 것을 가능하게 한다. 통상적인 탈수 증류 컬럼은 일반적으로 0.6-0.7 kg/cm² 게이지의 압력을 가진 저압력 증기를 컬럼의 탑으로부터 생성할 수 있다.

오우버헤드 농축장치(320)에서 생성되는 농축물(395)은 유상 및 수상으로의 2 액체상 분리를 위해 농축물 드럼/디캔터(333)로 전송된다. 이차 농축장치(331)은 통풍구(385)를 통해 통풍되는 비-농축가능 증기를 사용하여 추가로 농축물을 농축한다. 유상에 존재하는 어떠한 잔류 추출 용매는 추출 용매(350)으로서 회수 및 재순환되고, 다시 추출 컬럼(360)으로 재공급된다. 최종적으로, 수상(394)는 농축물 드럼/디캔터(333)의 바닥으로부터 회수되고, 일부의 물은 환류(393)로서 증류 컬럼(300)으로 되돌아가고, 수상(391)의 평형(밸런스)은 폐수(396)로서 처리 시설로 전송된다. 대안으로, 적어도 일부의 수상(391) 평형은 메틸 아세테이트(386)와 같은 미량의 유기물을 회수하기 위하여 다운스트림 컬럼(310)으로 전송된다.

도1은 테레프탈산 생산 플랜트에서의 다양한 공정 장치들을 도시하고 있는 블록 선도이다.

도2는 공비 배치에서 운영중인 탈수 컬럼으로부터 업스트림에 설치된 액체-액체 추출 컬럼을 구비한 아세트산 탈수 시스템의 순서도이다.

도3은 업스트림 액체-액체 추출 컬럼 및 증기 발생장치를 구비한 테레프탈산 을 생산하는 통상적인 증류 시스템을 사용한 아세트산 탈수 시스템의 순서도이다.

이와 같은 실시예는 추출컬럼을 사용하지 않는 통상적인 증류 및 공비 증류 아세트산 탈수 기술과 비교하여 추출 컬럼을 사용하는 본 발명 기술의 이점의 일부를 나타내기 위한 것이다. 특히, 상이한 운영 요구조건 및 특성을 결정하기 위하여 3가지 기술이 일반적인 350,000 MTA 테레프탈산 생산 플랜트로 포함된다. 이와 같은 실시예에 있어서, 모든 증류 컬럼들은 90개의 트레이를 갖는다; 통상적인 공비 증류 컬럼들은 주위 압력하에서 운영된다. 다양한 설계 및 일반적인 운영 매개변수들이 하기에 기술되어 있다.

매개변수	통상 증류	공비 증류	본 발명 증류
첨가제	없음	있음	있음
추출 용매	없음	없음	있음
탈수 증류 컬럼내 트레이 갯수	90	90	90
시스템의 증기 소비(톤/시간)	60	42	36
폐수처리(WWT)로 전송되는 아세트산 농도, ppm	7000	500	800
WWT로의 폐수 흐름 속도, (톤/시간)	13	13	13
WWT로의 전체 아세트산 손실 (톤/년)	728	52	83

명백하게, 통상적인 탈수 증류 컬럼을 사용한 아세트산의 탈수는 가장 높은 수준의 중간 압력 증기 소비를 수반하고 있다. 또한, 통상적인 탈수 증류와 관련된 아세트산 손실(728 톤/년)은 공비 탈수 증류 시스템의 손실(52 톤/년) 또는 추출 컬럼 및 공비 증류 컬럼을 포함하는 본 발명의 탈수 증류 시스템(83 톤/년)보다 실질적으로 높다. 비록 공비 탈수 증류에 대하여 폐수 처리에 대한 아세트산 손실 양이 본 발명의 탈수 증류 기술과 연관된 손실보다 적지만, 통상적인 탈수 증류와 관련된 손실과 비교시 차이는 5% 이하이다.

본 발명의 기술은 에너지 효율성 측면에서 다른 2가지 시스템에 비하여 우수하다. 특히, 공비 증류 컬럼과 함께 추출 컬럼을 사용함으로써 본 발명의 기술은 공비 탈수 증류 단독으로 비교시 30%의 에너지 감소를 달성하고, 통상적인 탈수 증류와 비교시 40%의 에너지 감소를 달성한다. 추가적인 에너지 절감은 증류 반응에서 발생되는 열로부터 에너지를 회수하는 증기 발생 시스템을 사용함으로써 달성될 수 있다. 보다 낮은 총 에너지 소비는 10-15%의 시스템 총 효율 향상을 가져올 것으로 기대된다. 이는 전체 에너지 절감을 유지하면서 탈수 증류 시스템에 대한 보다 향상된 처리 성능을 가져올 것이다.

Claims

내부로 수성 스트림이 공급되고, (i) 수성 스트림으로부터 추출된 아세트산을 포함하는 추출용매 스트림 및 (ii) 물이 풍부한 라피네이트 스트림을 생성하는 추출 컬럼; 및

내부로 추출용매 스트림이 공급되고, 아세트산이 풍부한 스트림 및 물이 풍부한 증기 스트림을 생성하는 탈수 증류 컬럼을 포함하는, 수성 스트림으로부터 아세트산을 회수하는 증류 시스템.
제1항에 있어서, 상기 추출 컬럼은 추출 용매를 사용하는 액체-액체 추출 컬럼인 것을 특징으로 하는 증류 시스템.
제2항에 있어서, 상기 추출 용매는 이소부틸 아세테이트, n-부틸 아세테이트, 이소프로필 아세테이트, n-프로필 아세테이트 및 이의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 증류 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 탈수 증류 컬럼은 공비 탈수 증류 컬럼인 것을 특징으로 하는 증류 시스템.
제4항에 있어서, 상기 탈수 증류 컬럼은 첨가제를 사용하는 것을 특징으로 하는 증류 시스템.
제5항에 있어서, 상기 첨가제는 이소부틸 아세테이트, n-부틸 아세테이트, 이소프로필 아세테이트, n-프로필 아세테이트 및 이의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 증류 시스템.
제5항에 있어서, 상기 첨가제 및 추출 용매가 동일한 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 증류 시스템.
제4항에 있어서, 그 안으로 물이 풍부한 증기 스트림으로부터 형성된 농출물이 공급되고, 상기 농축물을 물을 포함하는 일차 상 및 첨가제를 포함하는 이차 상으로 분리하는 디캔터(decanter)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 증류 시스템.
제8항에 있어서, 상기 이차 상은 추출 용매로 사용하기 위해 추출 컬럼으로 재순환되는 것을 특징으로 하는 증류 시스템.
제4항에 있어서, 물이 풍부한 증기 스트림을 농축하여 증기를 생성하는 농축장치를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 증류 시스템.
내부로 부산물 스트림이 공급되고, 아세트산을 포함하는 추출용매 스트림 및 주로 물을 포함하는 라피네이트 스트림을 생성하는 추출 컬럼; 및

내부로 상기 추출용매 스트림이 공급되고, 아세트산이 풍부한 스트림 및 물이 풍부한 증기 스트림을 생성하는 탈수 증류 컬럼을 포함하는, 아세트산을 포함하는 수성 부산물 스트림을 생성하는 테레프탈산 생산 플랜트.
제11항에 있어서, 상기 추출 컬럼은 이소부틸 아세테이트, n-부틸 아세테이트, 이소프로필 아세테이트, n-프로필 아세테이트 및 이의 혼합물로 구성된 군에서 선택된 추출 용매를 사용하는 액체-액체 추출 컬럼인 것을 특징으로 하는 테레프탈산 생산 플랜트.
제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 탈수 증류 컬럼은 첨가제를 사용하는 공비 탈수 증류 컬럼인 것을 특징으로 하는 테레프탈산 생산 플랜트.
제13항에 있어서, 상기 첨가제는 이소부틸 아세테이트, n-부틸 아세테이트, 이소프로필 아세테이트, n-프로필 아세테이트 및 이의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 테레프탈산 생산 플랜트.
제14항에 있어서, 상기 첨가제 및 추출 용매가 동일한 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 테레프탈산 생산 플랜트.
제13항에 있어서, 물이 풍부한 증기 스트림으로부터 생성된 농축물은 농축물을 수상 및 추출 컬럼으로 재순환되는 유상으로 분리하는 디캔터로 공급되는 것을 특징으로 하는 테레프탈산 생산 플랜트.
(a) 부산물 스트림을 추출 컬럼으로 공급하여 아세트산을 분리하고, (i) 분리된 아세트산을 포함하는 추출용매 스트림 및 (ii) 주로 물을 포함하는 라피네이트 스트림을 생성하는 단계;및

(b) 추출용매 스트림을 탈수 증류 컬럼으로 공급하여 (i) 오우버헤드 물 증기 스트림 및 (ii) 아세트산을 포함하는 바닥 산물 스트림을 생성하는 단계를 포함하는, 테레프탈산 제조시 생성되는 수성 부산물 스트림으로부터 아세트산을 회수하는 방법.
제17항에 있어서, 상기 추출 컬럼은 추출 용매를 사용하는 액체-액체 추출 컬럼이고, (a) 단계에서 생성되는 상기 추출용매 스트림은 추출용매 및 아세트산을 포함하는 것을 특징으로 하는 아세트산 회수 방법.
제18항에 있어서, 상기 추출 용매가 이소부틸 아세테이트, n-부틸 아세테이트, 이소프로필 아세테이트, n-프로필 아세테이트 및 이의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 아세트산 회수 방법.
제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 탈수 증류 컬럼이 공비 탈수 증류 컬럼인 것을 특징으로 하는 아세트산 회수 방법.
제20항에 있어서, 상기 공비 탈수 증류 컬럼이 물보다는 아세트산에 대해 더욱 높은 친화력을 갖는 첨가제를 사용하고, 이로써 물과 첨가제가 공비 탈수 증류 컬럼의 오우버헤드 스트림으로 배출되는 공비 혼합물을 생성하고, 아세트산이 바닥 산물 스트림으로 배출되는 것을 특징으로 하는 아세트산 회수 방법.
제20항에 있어서, 상기 공비 탈수 증류 컬럼을 재비등시켜 물과 첨가제를 휘발시킴으로써 아세트산으로부터 물과 첨가제를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 아세트산 회수 방법.
제21항에 있어서, 상기 첨가제는 이소부틸 아세테이트, n-부틸 아세테이트, 이소프로필 아세테이트, n-프로필 아세테이트 및 이의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 아세트산 회수 방법.
제21항에 있어서, 상기 첨가제 및 추출 용매가 동일한 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 아세트산 회수 방법.
제21항에 있어서, 오우버헤드 물 증기 스트림을 농축하여 수상 및 추출컬럼으로 재순환되는 유상을 생성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 아세트산 회수 방법.