KR20190036003A - 고순도 테레프탈산 제조 시 반응기에서 배출되는 부산물로부터 초산을 분리하는 방법 및 장치 - Google Patents

고순도 테레프탈산 제조 시 반응기에서 배출되는 부산물로부터 초산을 분리하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고순도 테레프탈산 제조 시 반응기에서 배출되는 부산물로부터 초산을 분리하는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 고순도 테레프탈산 제조 시 반응기에서 배출되는 부산물로부터 초산을 분리하는 방법 및 장치는 초산과 물로 이루어진 액상스트림의 일부 또는 전부를 반응기와 증류탑 사이에 위치한 추출기 및 분리막을 포함한 복합시스템으로 공급하여 증류탑에서 물/초산 분리를 위해 가해지는 증기 사용량을 줄일 수 있어 효율적으로 초산과 물을 분리할 수 있고, 이로 인하여 고순도 테레프탈산의 가격 경쟁력을 향상시킬 수 있다.

Description

고순도 테레프탈산 제조 시 반응기에서 배출되는 부산물로부터 초산을 분리하는 방법 및 장치{Method and apparatus for separating acetic acid from by-product discharged from reactor in purified terephthalic acid manufacturing}
본 발명은 고순도 테레프탈산 제조 시 반응기에서 배출되는 부산물로부터 초산을 분리하기 위하여 일부 또는 전부의 액상스트림을 추출기 및 분리막을 포함한 복합시스템으로 공급하여 초산을 분리·회수함으로써 증류탑에서 처리하여야 하는 액상스트림의 양을 감소시켜 증류탑에서 필요로 하는 증기의 양을 현격하게 줄일 수 있는 초산을 분리하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
테레프탈산은 원료인 파라자일렌(Para-Xylene)을 코발트, 망간 및 브롬 촉매 하에서 용매인 초산을 이용하여 공기 중 산소로 산화하여 제조되며, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등의 원료로 사용되고 있다.
테레프탈산 제조 시 용매로 사용된 초산은 반응 시 생성되거나 또는 유입된 물과 함께 포함된 액상스트림 형태로 존재하며, 초산 용매의 재사용을 위해 테레프탈산 제조 시 초산을 분리하는 공정은 필수적으로 포함된다.
다만, 초산의 경우, 물과 잘 섞이는 성질이 있어 분리가 쉽지 않으며, 초산을 재사용하기 위해 다량의 증기를 사용하여야 하므로 비용적인 측면에 있어서 초산 회수대비 증기 비용이 높아서 상당히 많은 비용이 필요한 문제점이 발생한다.
상기 문제점을 해결하기 위하여 여러 방안이 제안되었으나, 증기 사용량을 획기적으로 줄일 수 있는 방법은 전무한 실정이다.
따라서, 테레프탈산의 제조 시 반응기로부터 배출되는 부산물로부터 용매로 사용된 초산을 효율적으로 회수할 수 있는 방법에 대한 연구 개발이 시급한 실정이다.
미국공개특허 제2017-0081269호(2017.03.23. 공개)
본 발명의 목적은 추출기 및 분리막을 포함한 복합시스템을 이용하여 고순도 테레프탈산 제조 시 반응기에서 배출되는 부산물로부터 적은 양의 증기를 가하여 초산을 효율적으로 회수할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 데에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 고순도 테레프탈산 제조 시 반응기에서 배출되는 부산물로부터 초산을 분리하는 방법에 있어서, 파라자일렌을 초산 용매 하에서 산화반응 시켜 부산물과 미정제 테레프탈산으로 분리하여 배출하는 단계; 상기 반응기에서 배출된 부산물을 응축부로 공급하여 물과 초산으로 이루어진 제1액상스트림을 생성하는 단계; 상기 제1액상스트림과 추출 용매를 추출기로 공급하고 이를 혼합한 제1혼합액을 테칸타로 공급하는 단계; 상기 추출기로부터 공급된 제1혼합액에 포함된 물을 테칸타로부터 배출하고 초산 및 추출 용매로 이루어진 제2혼합액을 테칸타로부터 배출하는 단계; 및 상기 테칸타에서 배출된 제2혼합액을 분리막으로 공급하여 초산과 추출 용매를 분리하는 단계를 포함하는, 고순도 테레프탈산 제조 시 반응기에서 배출되는 부산물로부터 초산을 분리하는 방법을 제공한다.
또한 본 발명은 고순도 테레프탈산 제조 시 반응기에서 배출되는 부산물로부터 초산을 분리하는 방법에 있어서, 파라자일렌을 초산 용매 하에서 산화반응 시켜 부산물과 미정제 테레프탈산으로 분리하여 배출하는 단계; 상기 반응기에서 배출된 부산물을 응축부로 공급하여 물과 초산으로 이루어진 제1액상스트림과 물과 초산을 함유한 불활성기체로 이루어진 제1기상스트림을 생성하는 단계; 상기 제1기상스트림과 고순도 테레프탈산 제조 시 발생하는 물과 초산을 함유한 불활성기체인 제2기상스트림을 흡수탑으로 공급하여 흡수시키는 단계; 상기 흡수탑에 흡수된 제1기상스트림과 제2기상스트림의 흡수액을 증류탑으로 공급하여 초산과 물을 분리하는 단계; 상기 흡수탑에서 배출된 초산을 함유한 흡수액과 제1액상스트림이 혼합된 제2액상스트림을 생성하는 단계; 상기 제2액상스트림과 추출 용매를 추출기로 공급하고 이를 혼합한 제1혼합액을 테칸타로 공급하는 단계; 상기 추출기로부터 공급된 제1혼합액에 포함된 물을 테칸타로부터 배출하고 초산 및 추출 용매로 이루어진 제2혼합액을 테칸타로부터 배출하는 단계; 및 상기 테칸타에서 배출된 제2혼합액을 분리막으로 공급하여 초산과 추출 용매를 분리하는 단계를 포함하는, 고순도 테레프탈산 제조 시 반응기에서 배출되는 부산물로부터 초산을 분리하는 방법을 제공한다.
또한 본 발명은 고순도 테레프탈산 제조 시 반응기에서 배출되는 부산물로부터 초산을 분리하는 장치에 있어서, 파라자일렌을 초산 용매 하에서 산화반응 시켜 부산물과 미정제 테레프탈산으로 분리하여 배출하는 반응기; 상기 반응기에서 배출된 부산물을 응축시켜 물과 초산으로 이루어진 제1액상스트림을 생성하는 응축부; 상기 제1액상스트림에 추출 용매를 공급, 혼합하여 제1혼합액을 생성하는 추출기; 상기 추출기에서 생성된 제1혼합액에 포함된 물과, 초산 및 추출 용매로 이루어진 제2혼합액을 분리하여 배출하는 테칸타; 및 상기 테칸타로부터 공급된 제2혼합액을 분리막으로 공급하여 초산과 추출 용매를 분리하는 분리막을 포함하는, 고순도 테레프탈산 제조 시 반응기에서 배출되는 부산물로부터 초산을 분리하는 장치를 제공한다.
또한 본 발명은 고순도 테레프탈산 제조 시 반응기에서 배출되는 부산물로부터 초산을 분리하는 장치에 있어서, 파라자일렌을 초산 용매 하에서 산화반응 시켜 부산물과 미정제 테레프탈산으로 분리하여 배출하는 반응기; 상기 반응기에서 배출된 부산물을 응축시켜 물과 초산으로 이루어진 제1액상스트림과 물과 초산을 함유한 불활성기체로 이루어진 제1기상스트림을 생성하는 응축부; 상기 제1기상스트림과 고순도 테레프탈산 제조 시 발생하는 물과 초산을 함유한 불활성기체인 제2기상스트림을 흡수하는 흡수탑; 상기 흡수탑에 흡수된 제1기상스트림과 제2기상스트림의 흡수액을 증류탑으로 공급하여 초산과 물을 분리하는 증류탑; 상기 흡수탑으로부터 배출된 초산을 함유한 흡수액과 제1액상스트림이 혼합되어 생성된 제2액상스트림에 추출 용매를 공급, 혼합하여 제1혼합액을 생성하는 추출기; 상기 추출기에서 생성된 제1혼합액에 포함된 물과, 초산 및 추출 용매로 이루어진 제2혼합액을 분리하여 배출하는 테칸타; 및 상기 테칸타로부터 공급된 제2혼합액을 분리막으로 공급하여 초산과 추출 용매를 분리하는 분리막을 포함하는, 고순도 테레프탈산 제조 시 반응기에서 배출되는 부산물로부터 초산을 분리하는 장치를 제공한다.
또한 본 발명은 물과 초산의 혼합용액에 추출 용매를 공급, 혼합하여 제1혼합액을 생성하는 추출기; 상기 추출기에서 생성된 제1혼합액에 포함된 물과, 초산 및 추출 용매로 이루어진 제2혼합액을 분리하여 배출하는 테칸타; 및 상기 테칸타로부터 공급된 제2혼합액을 분리막으로 공급하여 초산과 추출 용매를 분리하는 분리막을 포함하는, 초산을 분리하는 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 고순도 테레프탈산 제조 시 반응기에서 배출되는 부산물로부터 초산을 분리하는 방법 및 장치는 초산과 물로 이루어진 액상스트림의 일부 또는 전부를 반응기와 증류탑 사이에 위치한 추출기 및 분리막을 포함한 복합시스템으로 공급하여 증류탑에서 물/초산 분리를 위해 가해지는 증기 사용량을 줄일 수 있어 효율적으로 초산과 물을 분리할 수 있고, 이로 인하여 고순도 테레프탈산의 가격 경쟁력을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명인 실시예 1에 따른 고순도 테레프탈산 제조 시 반응기에서 배출되는 부산물로부터 초산을 분리하는 방법을 나타낸 공정도이고,
도 2는 본 발명인 실시예 2에 따른 고순도 테레프탈산 제조 시 반응기에서 배출되는 부산물로부터 초산을 분리하는 방법을 나타낸 공정도이다.
이하, 본 발명인 고순도 테레프탈산 제조 시 반응기에서 배출되는 부산물로부터 초산을 분리하는 방법 및 장치를 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 발명자들은 고순도 테레프탈산의 제조 시 반응기로부터 배출되는 부산물로부터 용매로 사용된 초산을 효율적으로 회수할 수 있는 방법에 대해 연구 개발 하던 중, 추출기 및 분리막을 포함한 복합시스템을 이용함으로써 현격하게 초산 분리를 위해 필요로 하는 증기 사용량을 저감할 수 있어 온실가스 저감 및 고순도 테레프탈산의 가격 경쟁력을 향상시킬 수 있음을 밝혀내어 본 발명을 완성하였다.
본 발명은 고순도 테레프탈산 제조 시 반응기에서 배출되는 부산물로부터 초산을 분리하는 방법에 있어서, 파라자일렌을 초산 용매 하에서 산화반응 시켜 부산물과 미정제 테레프탈산으로 분리하여 배출하는 단계; 상기 반응기에서 배출된 부산물을 응축부로 공급하여 물과 초산으로 이루어진 제1액상스트림을 생성하는 단계; 상기 제1액상스트림과 추출 용매를 추출기로 공급하고 이를 혼합한 제1혼합액을 테칸타로 공급하는 단계; 상기 추출기로부터 공급된 제1혼합액에 포함된 물을 테칸타로부터 배출하고 초산 및 추출 용매로 이루어진 제2혼합액을 테칸타로부터 배출하는 단계; 및 상기 테칸타에서 배출된 제2혼합액을 분리막으로 공급하여 초산과 추출 용매를 분리하는 단계를 포함하는, 고순도 테레프탈산 제조 시 반응기에서 배출되는 부산물로부터 초산을 분리하는 방법을 제공한다.
또한 본 발명은 고순도 테레프탈산 제조 시 반응기에서 배출되는 부산물로부터 초산을 분리하는 방법에 있어서, 파라자일렌을 초산 용매 하에서 산화반응 시켜 부산물과 미정제 테레프탈산으로 분리하여 배출하는 단계; 상기 반응기에서 배출된 부산물을 응축부로 공급하여 물과 초산으로 이루어진 제1액상스트림과 물과 초산을 함유한 불활성기체로 이루어진 제1기상스트림을 생성하는 단계; 상기 제1기상스트림과 고순도 테레프탈산 제조 시 발생하는 물과 초산을 함유한 불활성기체인 제2기상스트림을 흡수탑으로 공급하여 흡수시키는 단계; 상기 흡수탑에 흡수된 제1기상스트림과 제2기상스트림의 흡수액을 증류탑으로 공급하여 초산과 물을 분리하는 단계; 상기 흡수탑에서 배출된 초산을 함유한 흡수액과 제1액상스트림이 혼합된 제2액상스트림을 생성하는 단계; 상기 제2액상스트림과 추출 용매를 추출기로 공급하고 이를 혼합한 제1혼합액을 테칸타로 공급하는 단계; 상기 추출기로부터 공급된 제1혼합액에 포함된 물을 테칸타로부터 배출하고 초산 및 추출 용매로 이루어진 제2혼합액을 테칸타로부터 배출하는 단계; 및 상기 테칸타에서 배출된 제2혼합액을 분리막으로 공급하여 초산과 추출 용매를 분리하는 단계를 포함하는, 고순도 테레프탈산 제조 시 반응기에서 배출되는 부산물로부터 초산을 분리하는 방법을 제공한다.
상기 응축부는 상기 반응기로부터 공급되는 부산물을 1차 응축시키는 제1응축기 및 상기 제1응축기를 통과한 부산물을 2차 응축시키는 제2응축기 및 상기 제2응축기를 통과한 부산물을 3차 응축시키는 제3응축기로 이루어진 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 제1응축기의 운전압력은 3 내지 20 kg/cm2G이고, 상기 제2응축기의 운전압력은 3 내지 20 kg/cm2G이고, 상기 제3응축기의 운전압력은 3 내지 20 kg/cm2G일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 제1액상스트림은 10 내지 40 질량%의 물과 60 내지 90 질량%의 초산으로 이루어진 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 제2액상스트림은 10 내지 50 질량%의 물과 50 내지 90 질량%의 초산으로 이루어진 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 제1혼합액은 제1액상스트림 일부 또는 전부와 추출 용매로 이루어진 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 일부의 제1액상스트림은 전체 제1액상스트림의 10 내지 90 질량%인 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
전체 제1액상스트림의 10 내지 90 질량%인 제1액상스트림과 추출 용매로 이루어진 제1혼합액을 테칸타로 공급한 후, 흡수탑에서 배출된 초산을 함유한 흡수액과 제1액상스트림을 혼합한 제2액상스트림을 생성하는 단계, 및 상기 제2액상스트림을 증류탑으로 공급하고 5 내지 50 t/h의 증기를 가하여 초산을 재생하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 제1혼합액은 제2액상스트림 일부 또는 전부와 추출 용매로 이루어진 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 일부의 제2액상스트림은 전체 제2액상스트림의 10 내지 90 질량%인 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
전체 제2액상스트림의 10 내지 90 질량%인 제2액상스트림과 추출 용매로 이루어진 제1혼합액을 테칸타로 공급한 후, 잔여의 제2액상스트림을 증류탑으로 공급하고 5 내지 50 t/h의 증기를 가하여 초산을 재생하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 제2기상스트림은 고순도 테레프탈산 제조 공정 중의 안전장치 또는 저장설비 및 기타 공정설비에서 발생하는 공정가스 일 수 있고, 상기 제2기상스트림은 저압 흡수탑으로 흡수된다.
상기 추출 용매는 이소프로필아세테이트(IPA), 이소부틸아세테이트(IBA), 노말프로필아세테이트(NPA), 노말부틸아세테이트(NBA), 또는 파라자일렌(PX)을 포함할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한 본 발명은 고순도 테레프탈산 제조 시 반응기에서 배출되는 부산물로부터 초산을 분리하는 장치에 있어서, 파라자일렌을 초산 용매 하에서 산화반응 시켜 부산물과 미정제 테레프탈산으로 분리하여 배출하는 반응기; 상기 반응기에서 배출된 부산물을 응축시켜 물과 초산으로 이루어진 제1액상스트림을 생성하는 응축부; 상기 제1액상스트림에 추출 용매를 공급, 혼합하여 제1혼합액을 생성하는 추출기; 상기 추출기에서 생성된 제1혼합액에 포함된 물과, 초산 및 추출 용매로 이루어진 제2혼합액을 분리하여 배출하는 테칸타; 및 상기 테칸타로부터 공급된 제2혼합액을 분리막으로 공급하여 초산과 추출 용매를 분리하는 분리막을 포함하는, 고순도 테레프탈산 제조 시 반응기에서 배출되는 부산물로부터 초산을 분리하는 장치를 제공한다.
또한 본 발명은 고순도 테레프탈산 제조 시 반응기에서 배출되는 부산물로부터 초산을 분리하는 장치에 있어서, 파라자일렌을 초산 용매 하에서 산화반응 시켜 부산물과 미정제 테레프탈산으로 분리하여 배출하는 반응기; 상기 반응기에서 배출된 부산물을 응축시켜 물과 초산으로 이루어진 제1액상스트림과 물과 초산을 함유한 불활성기체로 이루어진 제1기상스트림을 생성하는 응축부; 상기 제1기상스트림과 고순도 테레프탈산 제조 시 발생하는 물과 초산을 함유한 불활성기체인 제2기상스트림을 흡수하는 흡수탑; 상기 흡수탑에 흡수된 제1기상스트림과 제2기상스트림의 흡수액을 증류탑으로 공급하여 초산과 물을 분리하는 증류탑; 상기 흡수탑으로부터 배출된 초산을 함유한 흡수액과 제1액상스트림이 혼합되어 생성된 제2액상스트림에 추출 용매를 공급, 혼합하여 제1혼합액을 생성하는 추출기; 상기 추출기에서 생성된 제1혼합액에 포함된 물과, 초산 및 추출 용매로 이루어진 제2혼합액을 분리하여 배출하는 테칸타; 및 상기 테칸타로부터 공급된 제2혼합액을 분리막으로 공급하여 초산과 추출 용매를 분리하는 분리막을 포함하는, 고순도 테레프탈산 제조 시 반응기에서 배출되는 부산물로부터 초산을 분리하는 장치를 제공한다.
상기 응축부는 상기 반응기로부터 공급되는 부산물을 1차 응축시키는 제1응축기, 상기 제1응축기를 통과한 부산물을 2차 응축시키는 제2응축기 및 상기 제2응축기를 통과한 부산물을 3차 응축시키는 제3응축기를 포함할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한 본 발명은 물과 초산의 혼합용액에 추출 용매를 공급, 혼합하여 제1혼합액을 생성하는 추출기; 상기 추출기에서 생성된 제1혼합액에 포함된 물과, 초산 및 추출 용매로 이루어진 제2혼합액을 분리하여 배출하는 테칸타; 및 상기 테칸타로부터 공급된 제2혼합액을 분리막으로 공급하여 초산과 추출 용매를 분리하는 분리막을 포함하는, 초산을 분리하는 장치를 제공한다.
이하, 하기 실시예에 의해 본 발명인 고순도 테레프탈산 제조 시 반응기에서 배출되는 부산물로부터 초산을 분리하는 방법 및 장치를 보다 상세하게 설명한다. 다만, 이러한 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
도 1은 실시예 1에 따른 고순도 테레프탈산 제조 시 반응기에서 배출되는 부산물로부터 초산을 분리하는 방법을 나타낸 것으로서, 도 1을 참조하면, 파라자일렌, 초산 용매, 촉매를 반응기(10)에 투입하고, 용매 드럼(solvent drum, A)에서 초산을 공급하여 테레프탈산을 생성시키는 산화반응이 진행되고, 반응기(10)에서 부산물(B)과 미정제 테레프탈산(B′)으로 분리하여 배출한다.
반응기(10)에서 배출되는 부산물(B)을 15.6 kg/cm2G로 작동되는 제1응축기(11)와 14 kg/cm2G로 작동되는 제2응축기(12) 및 13.3 kg/cm2G로 작동되는 제3응축기에 연속적으로 공급하여 증기(C1, C2, 및 C3)을 발생시키거나, 또는 응축부(11, 12, 13)에서 냉각수로 응축시키고 28 질량%의 물과 72 질량%의 초산으로 이루어진 제1액상스트림(D1)과 물과 초산을 함유한 불활성기체로 이루어진 제1기상스트림(D3)을 생성한다.
제1액상스트림(D1)의 일부 또는 전부와 IBA를 포함하는 추출 용매(E)를 추출기(21)로 공급하고, 혼합하여 얻은 제1혼합액(F)을 테칸타(22)로 공급한다.
제1혼합액(F)에 포함된 물(G)을 테칸타(22) 하부로 배출하고, 초산(I)과 추출 용매(E)로 이루어진 제2혼합액(H)을 테칸타(22) 상부로 배출한다.
배출된 제2혼합액(H)을 분리막(23)으로 공급하고, 분리막(23)을 통해 초산(I)과 추출 용매(E)를 각각 분리한 후 초산(I)은 용매 드럼(A)으로 순환되어 재생되고, 추출 용매(E) 또한 순환되어 추출기(21)로 공급된다.
물과 초산을 함유한 불활성기체로 이루어진 제1기상스트림(D3)은 고압흡수탑(31)으로 흡수되고, 고순도 테레프탈산 제조 시 발생하는 물과 초산을 함유한 불활성기체인 제2기상스트림(D4)은 저압흡수탑(33)으로 흡수되어 제1기상스트림과 제2기상스트림의 흡수액을 증류탑(40)으로 공급한다.
이후 증류탑(40)에서 초산과 물을 분리하여 물을 배출하고, 초산은 용매 드럼(A)으로 순환되어 재생된다.
정상상태 운전 시, 제1액상스트림(D1)이 혼합된 제2액상스트림(D2)을 증류탑(40)으로 공급하여 26 t/h (PTA 연 40만톤 생산 기준)의 증기를 가함으로써 초산(I)을 재생한다.
제2액상스트림(D2)은 38 질량%의 물과 62 질량%의 초산으로 이루어져 있다.
제1액상스트림(D1)의 일부를 테칸타(22)와 분리막(23)으로 이루어진 복합시스템(20)으로 공급하여 증류탑(40)으로 공급되는 제1액상스트림(D1)의 양을 줄임으로써 종래 사용된 증기 사용량에 비해 그 양을 현격하게 줄일 수 있다.
본 실시예에서는 응축기(11, 12, 13)를 통과한 제1액상스트림(D1)의 일부만을 테칸타(22) 및 분리막(23)으로 공급하여 초산을 회수하였으나, 응축기(11, 12, 13)를 통과한 제1액상스트림(D1)의 전부를 테칸타(22) 및 분리막(23)으로 공급하여 초산을 회수할 수도 있다.
<실시예 2>
도 2는 실시예 2에 따른 고순도 테레프탈산 제조 시 반응기에서 배출되는 부산물로부터 초산을 분리하는 방법을 나타낸 것으로서, 도 2를 참조하면, 반응기(10)에서 배출되는 부산물(B)을 15.6 kg/cm2G로 작동되는 제1응축기(11)와 14 kg/cm2G로 작동되는 제2응축기(12) 및 13.3 kg/cm2G로 작동되는 제3응축기에 연속적으로 공급하여 증기(C1, C2, 및 C3)을 발생키거나, 또는 제1 내지 제3응축기(11, 12, 13)에서 냉각수로 응축시키고 28 질량%의 물과 72 질량%의 초산으로 이루어진 제1액상스트림(D1)과 물과 초산을 함유한 불활성기체로 이루어진 제1기상스트림(D3)을 생성한다.
물과 초산을 함유한 불활성기체로 이루어진 제1기상스트림(D3)은 고압흡수탑(31)으로 흡수되고, 고순도 테레프탈산 제조 시 발생하는 물과 초산을 함유한 불활성기체인 제2기상스트림(D4)은 저압흡수탑(33)으로 흡수되어 제1기상스트림과 제2기상스트림의 흡수액을 증류탑(40)으로 공급한다.
이후 증류탑(40)에서 초산과 물을 분리하여 물을 배출하고, 초산은 용매 드럼(A)으로 순환되어 재생된다.
고압흡수탑(31)과 저압흡수탑(33)에서 배출된 초산을 함유한 흡수액과 제1액상스트림(D1)이 혼합되어 생성된 제2액상스트림(D2) 일부와 IBA를 포함하는 추출 용매(E)를 추출기(21)로 공급하고, 이를 혼합하여 얻은 제1혼합액(F)을 테칸타(22)로 공급한다.
이때 제2액상스트림(D2)은 38 질량%의 물과 62 질량%의 초산으로 이루어져 있다.
제1혼합액(F)에 포함된 물(G)을 테칸타(22) 하부로 배출하고, 초산(I)과 추출 용매(E)로 이루어진 제2혼합액(H)을 테칸타(22) 상부로 배출한다.
배출된 제2혼합액(H)을 분리막(23)으로 공급하고, 분리막(23)을 통해 초산(I)과 추출 용매(E)를 각각 분리한 후 초산(I)은 용매 드럼(A)으로 순환되어 재생되고, 추출 용매(E) 또한 순환되어 추출기(21)로 공급된다.
정상상태 운전 시, 제2액상스트림(D2)은 증류탑(40)으로 공급하여 26 t/h (PTA 연 40만톤 생산 기준) 증기를 가함으로써 초산(I)을 재생한다.
제2액상스트림(D2)의 일부를 테칸타(22)와 분리막(23)으로 이루어진 복합시스템(20)으로 공급하여 증류탑(40)으로 공급되는 제2액상스트림(D2)의 양을 줄임으로써 종래 사용된 증기 사용량에 비해 그 양을 현격하게 줄일 수 있다.
본 실시예에서는 제2액상스트림(D2)의 일부만을 테칸타(22) 및 분리막(23)으로 공급하여 초산을 회수하였으나, 제2액상스트림(D2)의 전부를 테칸타(22) 및 분리막(23)으로 공급하여 초산을 회수할 수도 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
(10): 반응기
(11): 제1응축기
(12): 제2응축기
(13): 제3응축기
(20): 복합시스템
(21): 추출기
(22): 테칸타
(23): 분리막
(30): 흡수탑
(31): 고압흡수탑
(33): 저압흡수탑
(40): 증류탑
A: 용매 드럼
B: 부산물, B′: 미정제 테레프탈산
C1, C2, 및 C3 : 증기
D1: 제1액상스트림
D2: 제2액상스트림
D3: 제1기상스트림
D4: 제2기상스트림
E: 추출용매
F: 제1혼합액
G: 물
H: 제2혼합액
I: 초산

Claims (17)

  1. 고순도 테레프탈산 제조 시 반응기에서 배출되는 부산물로부터 초산을 분리하는 방법에 있어서,
    파라자일렌을 초산 용매 하에서 산화반응 시켜 부산물과 미정제 테레프탈산으로 분리하여 배출하는 단계;
    상기 반응기에서 배출된 부산물을 응축부로 공급하여 물과 초산으로 이루어진 제1액상스트림을 생성하는 단계;
    상기 제1액상스트림과 추출 용매를 추출기로 공급하고 이를 혼합한 제1혼합액을 테칸타로 공급하는 단계;
    상기 추출기로부터 공급된 제1혼합액에 포함된 물을 테칸타로부터 배출하고 초산 및 추출 용매로 이루어진 제2혼합액을 테칸타로부터 배출하는 단계; 및
    상기 테칸타에서 배출된 제2혼합액을 분리막으로 공급하여 초산과 추출 용매를 분리하는 단계
    를 포함하는, 고순도 테레프탈산 제조 시 반응기에서 배출되는 부산물로부터 초산을 분리하는 방법.
  2. 고순도 테레프탈산 제조 시 반응기에서 배출되는 부산물로부터 초산을 분리하는 방법에 있어서,
    파라자일렌을 초산 용매 하에서 산화반응 시켜 부산물과 미정제 테레프탈산으로 분리하여 배출하는 단계;
    상기 반응기에서 배출된 부산물을 응축부로 공급하여 물과 초산으로 이루어진 제1액상스트림과 물과 초산을 함유한 불활성기체로 이루어진 제1기상스트림을 생성하는 단계;
    상기 제1기상스트림과 고순도 테레프탈산 제조 시 발생하는 물과 초산을 함유한 불활성기체인 제2기상스트림을 흡수탑으로 공급하여 흡수시키는 단계;
    상기 흡수탑에 흡수된 제1기상스트림과 제2기상스트림의 흡수액을 증류탑으로 공급하여 초산과 물을 분리하는 단계;
    상기 흡수탑에서 배출된 초산을 함유한 흡수액과 제1액상스트림이 혼합된 제2액상스트림을 생성하는 단계;
    상기 제2액상스트림과 추출 용매를 추출기로 공급하고 이를 혼합한 제1혼합액을 테칸타로 공급하는 단계;
    상기 추출기로부터 공급된 제1혼합액에 포함된 물을 테칸타로부터 배출하고 초산 및 추출 용매로 이루어진 제2혼합액을 테칸타로부터 배출하는 단계; 및
    상기 테칸타에서 배출된 제2혼합액을 분리막으로 공급하여 초산과 추출 용매를 분리하는 단계
    를 포함하는, 고순도 테레프탈산 제조 시 반응기에서 배출되는 부산물로부터 초산을 분리하는 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 응축부는,
    상기 반응기로부터 공급되는 부산물을 1차 응축시키는 제1응축기 및 상기 제1응축기를 통과한 부산물을 2차 응축시키는 제2응축기 및 상기 제2응축기를 통과한 부산물을 3차 응축시키는 제3응축기로 이루어진 것을 특징으로 하는, 고순도 테레프탈산 제조 시 반응기에서 배출되는 부산물로부터 초산을 분리하는 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1응축기의 운전압력은,
    3 내지 20 kg/cm2G이고,
    상기 제2응축기의 운전압력은,
    3 내지 20 kg/cm2G
    상기 제3응축기의 운전압력은,
    3 내지 20 kg/cm2G인 것을 특징으로 하는, 고순도 테레프탈산 제조 시 반응기에서 배출되는 부산물로부터 초산을 분리하는 방법.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제1액상스트림은,
    10 내지 40 질량%의 물과 60 내지 90 질량%의 초산으로 이루어진 것을 특징으로 하는, 고순도 테레프탈산 제조 시 반응기에서 배출되는 부산물로부터 초산을 분리하는 방법.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제2액상스트림은,
    10 내지 50 질량%의 물과 50 내지 90 질량%의 초산으로 이루어진 것을 특징으로 하는, 고순도 테레프탈산 제조 시 반응기에서 배출되는 부산물로부터 초산을 분리하는 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1혼합액은,
    제1액상스트림 일부 또는 전부와 추출 용매로 이루어진 것을 특징으로 하는, 고순도 테레프탈산 제조 시 반응기에서 배출되는 부산물로부터 초산을 분리하는 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 일부의 제1액상스트림은,
    전체 제1액상스트림의 10 내지 90 질량%인 것을 특징으로 하는, 고순도 테레프탈산 제조 시 반응기에서 배출되는 부산물로부터 초산을 분리하는 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    전체 제1액상스트림의 10 내지 90 질량%인 제1액상스트림과 추출 용매로 이루어진 제1혼합액을 테칸타로 공급한 후,
    흡수탑에서 배출된 초산을 함유한 흡수액과 제1액상스트림을 혼합한 제2액상스트림을 생성하는 단계, 및
    상기 제2액상스트림을 증류탑으로 공급하고 5 내지 50 t/h의 증기를 가하여 초산을 재생하는 단계를 더 포함하는, 고순도 테레프탈산 제조 시 반응기에서 배출되는 부산물로부터 초산을 분리하는 방법.
  10. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1혼합액은,
    제2액상스트림 일부 또는 전부와 추출 용매로 이루어진 것을 특징으로 하는, 고순도 테레프탈산 제조 시 반응기에서 배출되는 부산물로부터 초산을 분리하는 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 일부의 제2액상스트림은,
    전체 제2액상스트림의 10 내지 90 질량%인 것을 특징으로 하는, 고순도 테레프탈산 제조 시 반응기에서 배출되는 부산물로부터 초산을 분리하는 방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    전체 제2액상스트림의 10 내지 90 질량%인 제2액상스트림과 추출 용매로 이루어진 제1혼합액을 테칸타로 공급한 후,
    잔여의 제2액상스트림을 증류탑으로 공급하고 5 내지 50 t/h의 증기를 가하여 초산을 재생하는 단계를 더 포함하는, 고순도 테레프탈산 제조 시 반응기에서 배출되는 부산물로부터 초산을 분리하는 방법.
  13. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 추출 용매는,
    이소프로필아세테이트(IPA), 이소부틸아세테이트(IBA), 노말프로필아세테이트(NPA), 노말부틸아세테이트(NBA), 또는 파라자일렌(PX)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 고순도 테레프탈산 제조 시 반응기에서 배출되는 부산물로부터 초산을 분리하는 방법.
  14. 고순도 테레프탈산 제조 시 반응기에서 배출되는 부산물로부터 초산을 분리하는 장치에 있어서,
    파라자일렌을 초산 용매 하에서 산화반응 시켜 부산물과 미정제 테레프탈산으로 분리하여 배출하는 반응기;
    상기 반응기에서 배출된 부산물을 응축시켜 물과 초산으로 이루어진 제1액상스트림을 생성하는 응축부;
    상기 제1액상스트림에 추출 용매를 공급, 혼합하여 제1혼합액을 생성하는 추출기;
    상기 추출기에서 생성된 제1혼합액에 포함된 물과, 초산 및 추출 용매로 이루어진 제2혼합액을 분리하여 배출하는 테칸타; 및
    상기 테칸타로부터 공급된 제2혼합액을 분리막으로 공급하여 초산과 추출 용매를 분리하는 분리막
    을 포함하는, 고순도 테레프탈산 제조 시 반응기에서 배출되는 부산물로부터 초산을 분리하는 장치.
  15. 고순도 테레프탈산 제조 시 반응기에서 배출되는 부산물로부터 초산을 분리하는 장치에 있어서,
    파라자일렌을 초산 용매 하에서 산화반응 시켜 부산물과 미정제 테레프탈산으로 분리하여 배출하는 반응기;
    상기 반응기에서 배출된 부산물을 응축시켜 물과 초산으로 이루어진 제1액상스트림과 물과 초산을 함유한 불활성기체로 이루어진 제1기상스트림을 생성하는 응축부;
    상기 제1기상스트림과 테레프탈산 제조 시 발생하는 물과 초산을 함유한 불활성기체인 제2기상스트림을 흡수하는 흡수탑;
    상기 흡수탑에 흡수된 제1기상스트림과 제2기상스트림의 흡수액을 증류탑으로 공급하여 초산과 물을 분리하는 증류탑;
    상기 흡수탑으로부터 배출된 초산을 함유한 흡수액과 제1액상스트림이 혼합되어 생성된 제2액상스트림에 추출 용매를 공급, 혼합하여 제1혼합액을 생성하는 추출기;
    상기 추출기에서 생성된 제1혼합액에 포함된 물과, 초산 및 추출 용매로 이루어진 제2혼합액을 분리하여 배출하는 테칸타; 및
    상기 테칸타로부터 공급된 제2혼합액을 분리막으로 공급하여 초산과 추출 용매를 분리하는 분리막
    을 포함하는, 고순도 테레프탈산 제조 시 반응기에서 배출되는 부산물로부터 초산을 분리하는 장치.
  16. 청구항 14 또는 청구항 15에 있어서,
    상기 응축부는,
    상기 반응기로부터 공급되는 부산물을 1차 응축시키는 제1응축기, 상기 제1응축기를 통과한 부산물을 2차 응축시키는 제2응축기 및 상기 제2응축기를 통과한 부산물을 3차 응축시키는 제3응축기를 포함하는, 고순도 테레프탈산 제조 시 반응기에서 배출되는 부산물로부터 초산을 분리하는 장치.
  17. 물과 초산의 혼합용액에 추출 용매를 공급, 혼합하여 제1혼합액을 생성하는 추출기;
    상기 추출기에서 생성된 제1혼합액에 포함된 물과, 초산 및 추출 용매로 이루어진 제2혼합액을 분리하여 배출하는 테칸타; 및
    상기 테칸타로부터 공급된 제2혼합액을 분리막으로 공급하여 초산과 추출 용매를 분리하는 분리막을 포함하는, 초산을 분리하는 장치.
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