KR20110115603A - 다이메틸 테레프탈레이트 공정에 메틸 하이드로겐 테레프탈레이트 반응기를 부가하는 방법 - Google Patents

Abstract

MHT 반응기를 DMT 공정에 첨가하여, DMT 반응기로 다시 재순환되는 DMT/HMT의 대다수를 제거함으로써, DMT 반응기로의 용량을 증가시킨다.

Description

다이메틸 테레프탈레이트 공정에 메틸 하이드로겐 테레프탈레이트 반응기를 부가하는 방법{ADDITION OF A METHYL HYDROGEN TEREPHTHALATE REACTOR TO A DIMETHYL TEREPHTHALATE PROCESS}

본 발명은 MHT(1,4-벤젠다이카복실산, 1-메틸 에스터 또는 메틸 하이드로겐 테레프탈레이트)가 풍부한 스트림으로부터 DMT(다이메틸 테레프탈레이트)를 수득하는 방법에 관한 것이다.

관련 출원

본원은 본원에 참고로 인용된 미국 특허 가출원 제 61/152,277 호(출원일: 2009년 2월 13일)에 기초한 우선권을 주장한다.

DMT 공정에 MHT(1,4-벤젠다이카복실산, 1-메틸 에스터 또는 메틸 하이드로겐 테레프탈레이트) 반응기를 부가함으로써 적어도 두 가지 기술적 문제점이 해결되었다. 해결된 기술적 문제점은 DMT 플랜트의 병목 현상(bottlenecking)을 없애는 능력이었다. MHT 반응기는 DMT 플랜트에서 DMT 반응기로 되돌아오는 DMT/MHT의 대부분을 제거하였다. 이로 인해 DMT 반응기의 용량이 20 내지 40% 증가할 수 있다. DMT는 일반적으로 하기 반응을 통해 생성된다:

TPA(테레프탈산)+MeOH(메탄올)→MHT+물

MHT+메탄올→DMT+물

MHT 반응기 디자인의 다른 가능한 이점은 다음과 같다:

● DMT 1파운드당 천연 가스 사용을 최소화한다.

● DMT 반응기로의 슬러리 공급 속도를 증가시킬 수 있다. 반응기로의 재순환을 감소시킴으로써 DMT 반응기의 병목 현상을 해소한다.

● 생성물 정제 칼럼의 기부에서의 혼란이 DMT 반응기에 상당한 혼란을 야기하는 대신 MHT 반응기로 이동될 수 있다. 이는 공정의 끝 말단을 시작 말단으로부터 떼어놓는다.

● MHT 반응기는 높은 MHT 물질의 큰 재순환 스트림을 야기하지 않으면서 추가적인 MHT를 가공할 수 있다.

● 플랜트의 증류 트레인을 가동 중지시키지 않고서도 DMT 플랜트의 반응기를 가동 중지시킬 수 있다.

도 1은 MHT 반응기 대역(270)을 이용하여 MHT-풍부 스트림(240)으로부터 DMT-풍부 스트림(290)을 생성시킬 수 있는, 본 발명에 따른 DMT 생성물 스트림(230)의 제조 방법의 개략도이다.
도 2는 실시예 부분에 개시되어 있는 본 발명의 하나의 실시양태의 개략도이다.

본 발명의 한 실시양태에서는, MHT 반응기 대역에서 MHT와 DMT를 포함하는 MHT가 풍부한 스트림을 메탄올과 접촉시켜 DMT가 풍부한 스트림 및 메탄올이 풍부한 스트림을 생성시킴을 포함하는, DMT가 풍부한 스트림의 제조 방법이 개시된다.

이들 목적 및 다른 목적은 본 개시내용을 읽은 후 당업자에게 더욱 명확해질 것이다.

본 발명의 바람직한 실시양태의 하기 상세한 설명 및 본원에 포함된 실시예를 참조하고 또한 도면 및 이들의 상기 및 하기 설명을 참조함으로써, 본 발명을 더욱 용이하게 이해할 수 있다.

본 화합물, 조성물, 제품, 장치 및/또는 방법을 개시 및 기재하기 전에, 본 발명은 그 자체로 당연히 변화될 수 있는 특정 합성 방법, 특정 공정 또는 특정 장치로 한정되지 않음을 알아야 한다. 또한, 본원에 사용된 용어는 단지 특정 실시양태를 기재할 목적이며 한정하고자 하지 않음을 알아야 한다.

하기 본 상세한 설명 및 특허청구범위에서는, 하기 의미를 갖는 것으로 정의되는 다수의 용어가 인용될 것이다:

본 상세한 설명 및 첨부된 특허청구범위에 사용되는 단수형은 문맥상 달리 명확하게 해석되지 않는 한 복수 인용물을 포함한다. 따라서, 예를 들어 촉매 제거 대역을 인용하는 경우에는 하나 이상의 촉매 제거 대역을 포함한다.

범위는 본원에서 "약" 하나의 특정 값으로부터 및/또는 "약" 다른 하나의 특정 값까지로 표현될 수 있다. 이러한 범위가 표현되는 경우, 다른 실시양태는 하나의 특정 값으로부터 및/또는 다른 특정 값까지를 포함한다. 유사하게, 전제 "약"을 사용함으로써 값을 근사치로 표현하는 경우, 특정 값은 다른 실시양태를 형성함을 알게 될 것이다. 또한, 각 범위의 끝값은 다른 끝값과 관련하여, 또한 다른 끝값과 상관없이 유의함을 알게 될 것이다.

"임의적인" 또는 "임의적으로"는, 후속 기재되는 사건 또는 상황이 일어날 수도 있고 일어나지 않을 수도 있음을 의미하고, 이 기재는 상기 사건 또는 상황이 일어나는 경우 및 그렇지 않은 경우를 포함함을 의미한다. 예를 들어, 구 "임의적으로 가열되는"은, 물질이 가열될 수도 있고 가열되지 않을 수도 있다는 의미이고, 이러한 구는 가열되는 공정 및 가열되지 않는 공정 둘 다를 포함한다는 의미이다. 본 발명의 넓은 영역을 기술하는 수치 범위 및 매개변수가 근사치임에도 불구하고, 특정 실시예에 기재되는 수치 값은 가능한한 정확하게 보고된다. 그러나, 임의의 수치 값은 이들의 개별적인 시험 측정치에서 발견되는 표준 편차로부터 야기되는 특정 오차를 내재적으로 함유한다.

도 1에 도시된 DMT(다이메틸 테레프탈레이트) 공정에서는, 카복실산 스트림(10) 및 메탄올 조성물 스트림(20)을 혼합 대역(30)으로 보내어 TPA(테레프탈산) 및 메탄올을 포함하는 DMT 반응기 공급 스트림(40)을 생성시킨다. 그러나, TPA 외의 다른 카복실산을 사용할 수 있음에 주의해야 한다. 적합한 카복실산은 테레프탈산, 아이소프탈산, 나프탈렌 다이카복실산, 및 이들의 혼합물을 포함하지만, 이들로 한정되지는 않는다. DMT 반응기 공급 스트림(40)을 DMT 반응기 대역(50)으로 공급하여, DMT와 메탄올을 포함하는 DMT 조성물(60)을 생성시킨다. DMT 반응기 대역(50)은 TPA와 메탄올의 일부를 DMT 조성물(60)로 전환시킬 수 있는 하나 이상의 DMT 반응기를 포함한다. DMT 반응기 대역(50)으로부터는 도관(45)을 통한 슬러지 및 고비점 화합물 스트림도 생성된다. 본 발명의 실시양태에서, DMT 반응기 대역(50)은 하나 이상의 기포 칼럼 반응기를 포함한다.

DMT 반응기에서의 MHT의 반응 시간을 증가시키기 위하여, 자일렌을 포함하는 자일렌-풍부 재환류 스트림(140)을 DMT 반응기 대역(50)에서 DMT 반응기 상에 유지시킨다.

반응기에서 생성된 DMT 조성물(60)을 바로 메탄올 제거 대역(80)으로 공급한다. 메탄올 제거 대역(80)에서는 DMT 조성물(60)중 메탄올의 일부를 도관(90)을 통해 오버헤드(overhead)로 제거하고, DMT 조성물(60)중 물의 일부를 도관(100)을 통한 사이드드로(sidedraw)에서 제거한다. 일부 메탄올도 도관(100)에 존재할 수 있다.

본 발명의 실시양태에서, 메탄올 제거 대역(80)은 하나 이상의 증류 칼럼을 포함한다. 본 발명의 다른 실시양태에서, 메탄올 제거 대역(80)은 셋 이상의 증류 칼럼을 포함한다.

조질 DMT 스트림(110)은 메탄올 제거 대역을 나가서 임의적으로는 조질 DMT 대역(120)으로 들어간다. 조질 DMT 대역(120)은 하나 이상의 조질 DMT 탱크를 포함한다.

조질 DMT 대역(120)으로부터의 조질 DMT 공급물(130) 또는 조질 DMT 스트림(110)을 자일렌 제거 대역(140)으로 공급한다. 자일렌 제거 대역(140)에서는, 조질 DMT 공급물(130) 또는 조질 DMT 스트림(110)중 자일렌의 일부를 도관(150)을 통해 오버헤드로 제거한다. 사이드드로 스트림(170)도 도관(170)을 통해 자일렌 제거 대역(140)으로부터 제거한다. 사이드드로 스트림(170)은 DMT, 자일렌 및 MFB(메틸 폼일 벤조에이트)를 포함한다. 조질 공급물(130)중 대부분의 불순물은 이 스트림에 농축되고, 이를 MFB 제거 대역(180)으로 공급한다. 자일렌 제거 대역(140)으로부터의 도관(160)을 생성물 정제 대역(220)으로 공급한다.

MFB(메틸 폼일 벤조에이트) 제거 대역(180)은 도관(170)을 통해 자일렌 제거 대역으로부터의 공급물을 받아들이고, MFB-풍부 스트림(200)을 생성시킨다. 본 발명의 실시양태에서, MFB 제거 대역(180)은 하나 이상의 증류 칼럼을 포함한다. MFB 제거 대역(180)에서는, 도관(170)의 MFB중 일부를 도관(200)을 통해 제거한다. 도관(190, 210)은 둘 다 자일렌 제거 대역(140)으로 다시 재순환된다.

생성물 정제 대역(220)은 스트림(160)으로부터 MHT의 일부를 분리하여 DMT 생성물(230)을 생성시킨다. 본 발명의 실시양태에서, DMT 생성물 스트림(230)은 50중량%보다 많은 양으로 DMT를 포함한다. 본 발명의 다른 실시양태에서, DMT 생성물 스트림(230)은 70중량%보다 많은 양으로 DMT를 포함한다. 본 발명의 또 다른 실시양태에서, DMT 생성물 스트림(230)은 90중량%보다 많은 양으로 DMT를 포함한다. MHT-풍부 스트림(240)도 도관(240)을 통해 생성물 정제 대역에서 나간다. MHT-풍부 스트림(240)은 MHT를 포함한다. 본 발명의 다른 실시양태에서, MHT-풍부 스트림(240)은 약 10중량% 내지 약 35중량%로 MHT를 포함한다. 본 발명의 또 다른 실시양태에서, MHT-풍부 스트림(240)은 5% 내지 약 50%로 MHT를 포함한다. 전형적인 DMT 플랜트에서는, MHT-풍부 스트림(240)을 DMT 반응기 대역(50)으로 복귀시켜 여기에서 MHT의 DMT로의 반응을 완결시켰다. MHT 반응기 대역(270)의 첨가는 MHT-풍부 스트림(240) 재순환 작업을 변화시켰다. 개시된 방법에서는, 생성물 정제 대역(220)으로부터의 MHT-풍부 스트림(240)의 일부를 도관(260)을 통한 메탄올을 포함하는 스트림과 함께 MHT 반응기 대역(270)에 공급하여, MHT의 DMT로의 반응을 완결시킨다. 본 발명의 다른 실시양태에서는, MHT-풍부 스트림(240)의 10% 이상을 MHT 반응기 대역(270)으로 공급한다. 본 발명의 또 다른 실시양태에서는, MHT-풍부 스트림(240)의 20% 이상을 MHT 반응기 대역(270)으로 공급한다. 본 발명의 또 다른 실시양태에서는, MHT-풍부 스트림(240)의 30% 이상을 MHT 반응기 대역(270)에 공급한다. 본 발명의 다른 실시양태에서는, MHT-풍부 스트림(240)의 40% 이상을 MHT 반응기 대역(270)에 공급한다. 본 발명의 다른 실시양태에서는, MHT-풍부 스트림(240)의 50% 이상을 MHT 반응기 대역(270)에 공급한다. 본 발명의 또 다른 실시양태에서는, MHT-풍부 스트림(240)의 60% 이상을 MHT 반응기 대역(270)으로 공급한다. 본 발명의 다른 실시양태에서는, MHT-풍부 스트림(240)의 70% 이상을 MHT 반응기 대역(270)으로 공급한다. 본 발명의 또 다른 실시양태에서는, MHT-풍부 스트림(240)의 80% 이상을 MHT 반응기 대역(270)에 공급한다. 본 발명의 또 다른 실시양태에서는, MHT-풍부 스트림(240)의 100%를 MHT 반응기 대역(270)으로 공급한다. 본 발명의 또 다른 실시양태에서는, MHT-풍부 스트림(240)의 100%를 DMT 반응기 대역(50)으로 다시 재순환시킨다. MHT 반응기 대역(270)은 MHT-풍부 스트림(240)에서 MHT의 적어도 일부를 DMT로 전환시키는데 적합한 하나 이상의 MHT 반응기를 포함한다. MHT 반응기 대역(270)으로부터의 유출물은 메탄올-풍부 스트림(280) 및 DMT-풍부 스트림(290)이다. 메탄올-풍부 스트림(280)을 메탄올 제거 대역(80)으로 보낸다. DMT-풍부 스트림(290)을 자일렌 제거 대역(140)으로 보낸다. 본 발명의 실시양태에서, MHT 반응기 대역(270)은 기포 칼럼인 하나 이상의 MHT 반응기를 포함한다. 본 발명의 다른 실시양태에서, MHT 반응기 대역(270)에서는 하나 이상의 MHT 반응기가 2 내지 12개의 내부 트레이를 포함한다. 본 발명의 또 다른 실시양태에서, 트레이의 개방 면적은 약 10 내지 약 30%이다. 본 발명의 또 다른 실시양태에서, MHT 반응기 대역(270)의 하나 이상의 MHT 반응기는 하나 이상의 체(sieve) 트레이를 포함한다.

앞서 기재된 공정 대역을 임의의 다른 논리적인 순서대로 이용하여 DMT 생성물 스트림(230)을 생성시킬 수 있음을 알아야 한다. 또한, 공정 대역의 순서를 바꾸는 경우 공정 조건이 변화할 수 있음을 알아야 한다.

실시예:

본 발명의 실시양태를 그의 바람직한 실시양태의 하기 실시예에 의해 추가로 예시할 수 있으나, 이들 실시예는 예시 목적으로만 포함되며 영역을 한정하고자 하지 않음을 알게 될 것이다.

I. 이론적(가동 개시 전, 실험실 시험)

MHT 반응기 개념이 실험실에서 개발되었기 때문에, 초기 실험을 수행하여 새로운 반응기에 대한 최적 온도, 압력 및 시간 조건을 결정하였다. 10psig에서 초기 실험실 시험을 수행하였다. 이들 실험에 기초하여, 최적 반응 온도는 240℃로 결정되었고, 최적 반응 시간은 1시간이었다.

개념을 실험실에서 확인한 후, MHT 반응기의 상세한 디자인 단계를 개시하였다. 이렇게 개발하는 동안, 추가적인 실험실 시험을 수행하여 반응기의 단계를 확인하였다. 액체가 가득 찬 반응기(75% 수준)에서, 반응기에서의 체류 시간은 약 3시간인 것으로 평가되었다. 반응기를 3개의 단계로 나누었는데, 각각 1시간의 체류 시간을 갖도록 하여 MHT 반응기 디자인에 대한 가정을 유효하게 만들었다. 각 시험의 압력은 10psig의 상부 압력에 기초하여 변화시켰다. 각 단계를 초과하는 액체 높이를 계산하여, 제 1 단계는 10psig에서 작동시켰고, 제 2 단계는 26psig에서 작동시켰으며, 최종 단계는 35psig 하에 작동시켰다. 반응기의 세 단계가 도 2에 도시된다.

DMT/MHT 스트림이 반응기를 통해 아래로 진행함에 따라, MHT 조성물은 감소한다. 유사하게, 메탄올이 반응기 위로 이동함에 따라, 이는 MHT와 메탄올의 반응으로부터 물을 흡수함으로써 각각의 더 높은 단계에서 메탄올 순도가 감소된다. 실험실 시험을 수행하여 이들 세 단계를 유효하게 하였다. 세 시험을 각각 240℃에서 1시간동안 수행하였다. 실험실에서 공급 속도 가정치는 40gpm의 초기 DMT/MHT 공급물 및 5gpm의 메탄올 공급물이었다. 이들 조건에서, 반응기에서 예상되는 전환율은 75%였다.

II . 제조 설비에서의 실시예

제조 설비에서, 현행 물질 균형은 약 12.5% MHT의 조성을 갖는 MHT-풍부 스트림 약 22gpm(10 내지 50gpm)을 반응기에 공급하는 것이다. 메탄올 유동은 약 8gpm(5 내지 15gpm)이고, 상부로부터 하부로의 반응기 온도는 220 내지 230℃이다. 반응기의 상부 압력은 10psig로 높게 실행될 수 있지만 약 9psig로 작동되었고, 기부 압력은 예측된 대로 약 35psig였다. 전환율은 이 실시예에서 약 84%여서, 기부에서 DMT 스트림은 약 2% MHT를 가졌다.

Claims (15)

1. 메틸 하이드로겐 테레프탈레이트(MHT) 반응기 대역에서 MHT와 다이메틸 테레프탈레이트(DMT)를 포함하는 MHT-풍부 스트림을 메탄올과 접촉시켜, DMT-풍부 스트림과 메탄올-풍부 스트림을 생성시킴을 포함하는, DMT-풍부 스트림을 생성시키는 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 DMT-풍부 스트림을 이어서 자일렌 제거 대역 칼럼으로 공급하여 조질 DMT 생성물을 생성시키고, 상기 MHT 반응기 대역이 하나 이상의 MHT 반응기를 포함하는 방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 MHT 반응기가 기포 칼럼인 방법.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 MHT-풍부 스트림이 약 10중량% 내지 약 50중량%의 MHT를 포함하는 방법.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 MHT-풍부 스트림이 약 5중량% 내지 약 50중량%의 MHT를 포함하는 방법.
6. 제 2 항에 있어서,
   상기 기포 칼럼이 2 내지 12개의 트레이를 포함하는 방법.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 기포 칼럼이 하나 이상의 체(sieve) 트레이를 포함하는 방법.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 트레이가 약 10 내지 약 30%의 개방 면적을 갖는 방법.
9. (a) DMT 반응기 공급 스트림을 DMT 반응기 대역에서 접촉시켜 DMT 조성물을 생성시키는 단계;
   (b) 상기 DMT 조성물을 메탄올 제거 대역에서 접촉시켜 조질 DMT 스트림을 생성시키는 단계;
   (c) 임의적으로, 상기 조질 DMT 스트림을 조질 DMT 대역에서 접촉시켜 조질 DMT 공급물을 생성시키는 단계;
   (d) 상기 조질 DMT 스트림 또는 상기 조질 DMT 공급물을 자일렌 제거 대역에서 접촉시켜 조질 DMT 생성물을 생성시키는 단계;
   (e) 상기 조질 DMT 생성물을 생성물 정제 대역에서 접촉시켜 MHT-풍부 스트림을 생성시키는 단계;
   (f) MHT 반응기 대역에서 MHT와 DMT를 포함하는 상기 MHT-풍부 스트림을 메탄올과 접촉시켜, DMT-풍부 스트림과 메탄올-풍부 스트림을 생성시키는 단계
   를 포함하는, DMT-풍부 스트림을 생성시키는 방법.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 MHT 반응기가 기포 칼럼인 방법.
11. 제 9 항에 있어서,
    상기 MHT-풍부 스트림이 약 10중량% 내지 약 50중량%의 MHT를 포함하는 방법.
12. 제 9 항에 있어서,
    상기 MHT-풍부 스트림이 약 5중량% 내지 약 50중량%의 MHT를 포함하는 방법.
13. 제 10 항에 있어서,
    상기 기포 칼럼이 2 내지 12개의 트레이를 포함하는 방법.
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 기포 칼럼이 하나 이상의 체 트레이를 포함하는 방법.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 트레이가 약 10 내지 약 30%의 개방 면적을 갖는 방법.
    

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