KR20210037164A - 디에스터계 물질의 정제 유닛 및 이를 포함하는 디에스터계 물질의 정제 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디에스터계 물질의 정제 유닛에 관한 것으로, 상기 정제 유닛은 디에스터계 화합물과 1차 알코올의 트랜스 에스터화 반응의 생성물로 디에스터계 물질, 물 및 알코올을 포함하는 미정제 피드로부터 물 및 알코올이 분리되는 정류 컬럼; 및 1차 정제 생성물로부터 물 및 알코올의 분리가 수행되는 스트리퍼;를 포함한다. 상기 정제 유닛은 정제 과정에서 제품 라인 외부로 배출되어 손실되는 디에스터계 물질의 함량을 크게 저감하여 생산량을 증대시킬 수 있다. 나아가, 정류컬럼의 상부라인 유량의 조절 및 탈수기 등의 추가 설비를 통해 제품 내 존재하는 수분량을 극미량까지 제거하는 것 또한 기대할 수 있다.

Description

디에스터계 물질의 정제 유닛 및 이를 포함하는 디에스터계 물질의 정제 시스템 {MANUFACTURING UNIT OF DIESTER-BASED MATERIAL AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 디에스터계 물질의 정제 유닛과 이를 포함하는 디에스터계 물질의 정제 시스템에 관한 것이다.

프탈레이트계 가소제는 20세기까지 세계 가소제 시장의 92%를 차지하고 있었으며(Mustafizur Rahman and Christopher S.Brazel "The plasticizer market: an assessment of traditional plasticizers and research trends to meet new challenges" Progress in Polymer Science 2004, 29, 1223-1248 참고), 주로 폴리염화비닐(이하, PVC라 함)에 유연성, 내구성, 내한성 등을 부여하고 용융 시 점도를 낮추어 가공성을 개선하기 위하여 사용되는 첨가물로서, PVC에 다양한 함량으로 투입되어 단단한 파이프와 같은 경질 제품에서부터 부드러우면서도 잘 늘어나 식품 포장재 및 혈액백, 바닥재 등에 사용될 수 있는 연질 제품에 이르기까지 그 어떤 재료보다도 실생활과 밀접한 연관성을 갖으며 인체와의 직접적인 접촉이 불가피한 용도로 널리 사용되고 있다.

그러나 프탈레이트계 가소제의 PVC와 상용성 및 뛰어난 연질 부여성에도 불구하고, 최근 프탈레이트계 가소제가 함유된 PVC 제품의 실생활 사용 시 제품 외부로 조금씩 유출되어 내분비계 장애(환경호르몬) 추정 물질 및 중금속 수준의 발암 물질로 작용할 수 있다는 유해성 논란이 제기되고 있다(N. R. Janjua et al. "Systemic Uptake of Diethyl Phthalate, Dibutyl Phthalate, and Butyl Paraben Following Whole-body Topical Application and Reproductive and Thyroid Hormone Levels in Humans" Environmental Science and Technology 2008, 42, 7522-7527 참조). 특히, 1960년대 미국에서 프탈레이트계 가소제 중 그 사용량이 가장 많은 디에틸헥실 프탈레이트(di-(2-ethylhexyl) phthalate, DEHP)가 PVC 제품외부로 유출된다는 보고가 발표된 이후로 1990년대에 들어 환경호르몬에 대한 관심이 더해져 프탈레이트계 가소제의 인체 유해성에 대한 다양한 연구를 비롯하여 범 세계적인 환경규제가 이루어지기 시작하였다.

이에 많은 연구진들은 프탈레이트계 가소제, 특히 디(2-에틸헥실) 프탈레이트의 유출로 인한 환경호르몬 문제 및 환경규제에 대응하고자, 디(2-에틸헥실) 프탈레이트 제조시 사용되는 무수프탈산이 배제된 새로운 비프탈레이트계 대체 가소제를 개발하거나, 프탈레이트 기반이지만 가소제의 유출이 억제되어 공업용으로 사용될 수 있는 디(2-에틸헥실) 프탈레이트를 대체할 수 있는 프탈레이트계 가소제를 개발하는 것뿐만 아니라, 프탈레이트계 가소제의 유출을 억제하여 인체 위해성을 현저히 줄임은 물론 환경기준에도 부합할 수 있는 유출억제 기술을 개발하고자 연구를 진행해 나가고 있다.

이처럼 디에스터 기반의 가소제로서 기존의 환경적 문제가 있는 디(2-에틸헥실) 프탈레이트를 대체할 수 있는 환경적 문제에서 자유로운 물질들의 개발이 활발하게 진행되고 있으며, 물성이 우수한 디에스터계 가소제를 개발하는 연구는 물론 이러한 가소제를 제조하기 위한 설비에 관한 연구도 활발하게 진행되고 있으며, 공정 설계의 측면에서 보다 효율적이고 경제적이며 간소한 공정의 설계가 요구되고 있다.

한편, 위 디에스터계 가소제를 제조하는 공정은 대부분의 산업 현장에서 회분식 공정이 적용되고 있으며, 회분식 공정의 설비들을 간소화 하기 위하여 1차 직접 에스터화 반응 및 2차 트랜스 에스터화 반응의 설비들을 통합한 시스템에 관한 발명(대한민국 공개특허공보 제10-2019-0027623호)이 소개되고 있다. 그러나, 이 발명의 경우 회분식 공정에 있어서 반응 설비를 통합 하는 데에 중점적으로 초점이 맞추어져 있어 전체적인 공정 시스템 상 정제 공정에 관하여는 그 처리 용량이나 에너지 소모량 등의 고려가 부족하고, 회분식 공정의 한계를 벗어나지 못하였다는 문제가 있다.

또한, 대한민국 공개특허공보 제10-2018-0053466호는 테레프탈레이트 조성물의 정제 방법에 관한 발명으로 반응 생성물을 중화하고 스팀을 통해 공비 증류한 후 규산염을 활용한 여과를 통해 정제하는 것을 특징으로 하는데, 연속식 공정에 적용될 수 있는지의 문제를 차치하고라도, 여전히 정제 공정의 에너지 소모량 문제나 처리 용량의 문제를 해결하지는 못하였다.

또한, 연속식 공정으로서, 2기 이상의 반응기를 직렬로 연결하여 반응부를 구성하고 있는 공정에 관한 발명(대한민국 등록특허공보 제10-1663586호)도 소개되고 있으나, 역시 정제 공정에 관한 개선 방안에 대한 제시는 없는 실정이다.

대한민국 공개특허공보 제10-2018-0053466호 대한민국 공개특허공보 제10-2019-0027623호 대한민국 등록특허공보 제10-1663586호

본 발명은 정류컬럼 및 스트리퍼가 구비된 정제 유닛을 디에스터계 물질의 연속 제조 시스템에 적용함으로써 회분식 공정의 처리 용량은 그대로 유지하면서도 연속 운전이 가능하며, 정제 과정에서 제품 라인 외부로 배출되어 손실되는 디에스터계 물질의 함량을 크게 저감하여 생산량을 증대시킬 수 있는 디에스터계 물질의 정제 유닛 및 이를 포함하는 디에스터계 물질의 연속 제조 시스템을 제공하고자 한다.

상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 디카르복실산과 1차 알코올의 직접 에스터화 반응의 생성물로 디에스터계 물질, 물 및 미반응 알코올을 포함하는 미정제 피드로부터 물 및 미반응 알코올이 분리되는 드럼본체, 상기 미정제 피드가 유입되는 드럼 유입라인, 분리된 물 및 미반응 알코올이 배출되는 드럼 상부라인 및 디에스터계 물질을 포함하는 1차 정제 생성물이 배출되는 드럼 하부라인이 구비된 플래쉬 드럼; 및 1차 정제물이 유입되어 정류(rectification)가 수행되는 컬럼본체, 상기 드럼 하부라인으로부터 상기 컬럼본체의 측하부로 연결되는 컬럼 피드라인, 미반응 알코올 및 물이 배출되는 컬럼 상부라인 및 디에스터계 물질을 포함하는 2차 정제 생성물이 배출되는 컬럼 하부라인이 구비된 정류컬럼;를 포함하는 디에스터계 물질의 정제 유닛을 제공한다.

상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 전술한 정제 유닛에서 수행되는 방법으로, 디카르복실산과 1차 알코올의 에스터화 반응의 생성물인 디에스터계 물질, 물 및 미반응 알코올을 포함하는 미정제 피드로부터, 물 및 미반응 알코올을 플래쉬 드럼에서 분리하여 1차 정제 생성물을 플래쉬 드럼의 하부로 배출하는 단계; 및 예열된 1차 정제 생성물이 정류컬럼의 측하부로 투입되어 정류되며, 상부로는 물 및 미반응 알코올이 배출되고, 하부로는 디에스터계 물질을 포함하는 2차 정제 생성물이 배출되는 단계;를 포함하는 디에스터계 물질의 연속 정제 방법을 제공한다.

상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 디카르복실산과 1차 알코올의 직접 에스터화 반응이 수행되는 반응 유닛을 포함하는 직접 반응부; 및 제1항에 기재된 정제 유닛을 포함하는 제1정제부;를 포함하는 연속 제조 시스템을 제공한다.

본 발명에 따른 정제 유닛은 정류컬럼 및 스트리퍼를 포함함으로써 회분식 공정의 처리 용량은 그대로 유지하면서도 연속 운전이 가능하며, 정제 과정에서 발생하는 디에스터계 물질의 손실량을 크게 저감하여 생산량 증대에 기여할 수 있다. 나아가, 정류컬럼의 상부라인 유량의 조절 및 탈수기 등의 추가 설비를 통해 제품 내 존재하는 수분량을 극미량까지 제거하는 것 또한 기대할 수 있다.

도 1은 디에스터계 물질의 연속 제조 시스템의 일 예를 나타낸 공정 흐름도이다.
도 2는 디에스터계 물질의 정제 유닛의 일 예를 나타낸 공정 흐름도이다.
도 3은 도 2의 정제 유닛에 정류컬럼에 상부 순환 시스템이 더 구비된 디에스터계 물질의 정제 유닛의 일 예를 나타낸 공정 흐름도이다.
도 4는 도 2의 정제 유닛에 정류컬럼에 상부 순환 시스템이 더 구비되고, 스트리퍼에 분리 배출 시스템이 더 구비된 디에스터계 물질의 정제 유닛의 일 예를 나타낸 공정 흐름도이다.
도 5는 도 2의 정제 유닛에 탈수 시스템이 더 구비된 디에스터계 물질의 정제 유닛의 일 예를 나타낸 공정 흐름도이다.
도 6은 도 3의 정제 유닛에 탈수 시스템이 더 구비된 디에스터계 물질의 정제 유닛의 일 예를 나타낸 공정 흐름도이다.
도 7은 도 4의 정제 유닛에 탈수 시스템이 더 구비된 디에스터계 물질의 정제 유닛의 일 예를 나타낸 공정 흐름도이다.

이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명의 설명 및 청구범위에서 사용된 용어나 단어는, 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 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 발명의 일 실시예에 따른 디에스터계 물질의 정제 유닛은, 디에스터계 화합물과 1차 알코올의 트랜스 에스터화 반응의 생성물로 디에스터계 물질, 물 및 알코올을 포함하는 미정제 피드로부터 물 및 알코올이 분리되는 컬럼 본체, 상기 미정제 피드가 유입되며 컬럼 본체 측하부에 설치된 컬럼 유입라인, 분리된 물 및 알코올이 배출되는 컬럼 상부라인 및 디에스터계 조성물을 포함하는 1차 정제 생성물이 배출되는 컬럼 하부라인이 구비된 정류 컬럼; 및 1차 정제 생성물로부터 물 및 알코올의 분리가 수행되는 스트리퍼 본체, 상기 컬럼 하부라인으로부터 상기 스트리퍼 본체의 측상부로 연결되는 스트리퍼 피드라인, 분리를 위한 스팀이 투입되도록 스트리퍼 본체 측하부에 설치된 스팀 투입라인, 알코올 및 물이 배출되는 스트리퍼 상부라인 및 디에스터계 조성물을 포함하는 2차 정제 생성물이 배출되는 스트리퍼 하부라인이 구비된 스트리퍼;를 포함한다.

상기 정류 컬럼은 하부 순환 시스템을 포함하며, 상기 하부 순환 시스템은 상기 컬럼 하부라인의 일부가 컬럼 본체 측하부로 연결된 리보일링 라인 및 상기 리보일링 라인상에 설치된 제1 공급형 열교환기를 포함하는 것이다.

기존 디에스터계 물질의 연속 제조 시스템은 모두 회분식으로 이루어졌으며, 이에 정제 시스템은 플래쉬 드럼에서 감압 증류를 통해 미반응 알코올과 물을 제거하는 형식이었다. 이 방식은 반응 생성물, 즉 미정제 피드를 한번에 처리할 수 있어 처리 용량이 크다는 장점이 있으나, 폐열을 회수하는 것이 불가능하며 이송 펌프나 배관에 문제가 있고, 미반응 알코올의 효율적인 제거가 어려웠다. 또한, 회분식에서 연속식 공정으로 제조 시스템을 전환하고자 할 때, 회분식으로 처리되는 정제로 인해 유연한 공정 운영이 어려웠다.

이에 컬럼을 통해서 증류를 수행함으로써, 폐열 회수의 문제를 해결하고 연속식 운전을 가능하게 하고자 하였으나, 컬럼의 경우 처리 용량의 한계로 인해, 연속 시스템 내 반응 유닛의 아웃풋을 모두 감당하는 것이 불가능하다는 현실적 한계가 있고, 증류를 실시할 경우 과도한 열 공급의 필요로 인한 에너지 손실과 생성물인 디에스터계 물질(예컨대, 디(2-에틸헥실) 테레프탈레이트 등)의 열분해 우려가 있어 적용키 어려웠다.

위 문제 해결을 위하여 플래쉬 드럼과 컬럼을 조합하여 정제를 하는 경우, 용량의 문제나 에너지 효율, 제품의 열분해 등의 문제는 해결할 수 있으나, 플래쉬 드럼 상부 또는 컬럼 상부로 배출되는 기상 스트림 내 포함되어 유실되는 최종 제품의 양이 상당하다는 문제가 있고, 수득되는 제품 내 포함된 수분 함량 또한 무시하기 어려운 수준이라는 문제가 있으며, 플래쉬 드럼과 컬럼의 조합으로는 제품 내 수분 함량과 제품 손실량을 제어하는 것이 쉽지 않은 문제가 있다.

그러나, 본 발명에 따른 디에스터계 물질의 정제 유닛을 상기 제조 시스템에 적용할 경우, 전술한 문제점을 해결할 수 있다.

구체적으로, 플래쉬 드럼과 컬럼의 조합이 아니라, 하부 순환 시스템을 구비하는 정류컬럼과 상하부 순환 시스템이 구비되지 않은 스트리퍼를 조합함으로써, 정제 용량은 플래쉬 드럼을 적용하는 경우 대비 동등 이상의 수준을 보유하면서도 에너지 소모량의 최소화와 함께 제품 손실량 및 제품 내 수분량의 트레이드 오프 관계를 해소할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 정제 유닛의 정류컬럼은 컬럼 하부라인으로 배출된 1차 정제 생성물을 다시 한번 재가열하여 정류컬럼 측하부로 순환시키는 하부 순환 시스템으로서, 컬럼 하부라인의 일부가 다시 컬럼본체로 연결되는 리보일링 라인과, 재가열을 위하여 리보일링 라인상에 설치된 제1 공급형 열교환기를 포함한다.

이러한 정류컬럼의 하부 순환 시스템은, 컬럼 내부에서 수행되는 작용이 증류가 아닌 정류라는 점에서, 정류컬럼의 피드인 컬럼 피드라인 내 흐르는 스트림을 예열하는 것과 선택적으로 적용될 수 있으나, 본 발명에 따른 정제 유닛은 예열 시스템이 아닌 하부 순환 시스템을 통해 미정제 피드를 재가열함으로써 분리를 수행한다. 하부 순환 시스템을 예열 시스템 대신 사용하는 경우, 제품의 손실량이 감소하는 대신 제품 내 수분량과 알코올량이 극히 증가할 우려가 있어, 생산성이 좋아도 상품성이 전혀 없는 제품일 수 있다는 문제가 있어, 예열 시스템을 사용하는 것 보다는 하부 순환 시스템을 사용하는 것이 보다 바람직할 수 있다.

상기 정류컬럼의 하부 순환 시스템은 일반적인 증류컬럼에 존재하는 재비기(reboiler)와는 구별될 수 있다. 증류컬럼의 재비기는 컬럼 하부의 액상을 다시 기화시켜 투입함으로써 상변화를 일으켜 물질 전달력을 향상시키기 위한 목적으로 구비되지만, 본 발명에 따른 하부 순환 시스템은 상변화를 일으키는 것이 아니라, 하부 순환을 통해 미정제 피드 내지는 1차 정제 생성물에 일정량의 열을 공급하고자 하는 것이다. 이에, 상변화를 위한 과잉의 에너지 공급이 불필요하다는 점에서 에너지 효율에 상당한 기여를 할 수 있다.

상기 정류컬럼 후단에는 스트리퍼가 설치된다. 스트리퍼는 상하부에 순환 시스템이 불필요한 분리 장치로서 간소한 방법으로 2차 정제 생성물 내 존재하는 물과 알코올을 쉽게 제거 가능하다. 전단의 정류컬럼과 마찬가지로, 스트리퍼는 과도한 에너지 공급이 일어나는 설비를 모두 제거하여 증류컬럼 대비 에너지 효율이 상당히 우수하다.

즉, 상기 스트리퍼는 스트리퍼 피드라인이 스트리퍼 본체 상부에 배치되고, 스팀 투입라인이 스트리퍼 본체 하부에 배치됨으로써, 상부에서 하강하는 1차 정제 생성물이 하부로부터 상승하는 스팀을 통해 1차 정제 생성물 내 존재하는 물과, 스팀과 공비를 이루는 알코올이 함께 분리되어 상승하며, 2차 정제 생성물이 스트리퍼 하부라인을 통해 바로 배출되는 시스템을 갖기 때문에, 에너지 효율이 우수할 수 있고 설비가 간소할 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 디카르복실산과 1차 알코올의 직접 에스터화 반응이 수행되는 반응 유닛을 포함하는 직접 반응부; 및 직접 에스터화 반응의 생성물이 정제되는 제1정제부; 상기 제1정제부에서 정제된 생성물과 직접 반응부의 1차 알코올과 탄소수가 상이한 1차 알코올의 투입으로 트랜스 에스터화 반응이 수행되는 트랜스 반응부; 및 트랜스 반응부의 생성물이 정제되며, 제1항에 기재된 정제 유닛을 포함하는 제2정제부;를 포함하는 디에스터계 물질의 연속 제조 시스템을 제공한다.

상기 본 발명의 일 실시예에 따른 디에스터계 물질의 정제 유닛은 디에스터계 물질의 연속 제조 시스템에 포함되는 것이며, 이하에서 첨부된 도면을 활용하여 디에스터계 물질의 정제 유닛 및 디에스터계 물질의 연속 제조 시스템에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디에스터계 물질의 연속 제조 시스템(100)을 도시한 공정 흐름도로, 디카르복실산과 1차 알코올의 직접 반응과 이 직접 반응으로부터 생성된 디에스터계 물질과 상기 직접 반응에서와는 탄소수가 다른 1차 알코올의 트랜스 반응을 활용한 디에스터계 물질의 혼합 조성물을 연속적으로 제조할 수 있는 공정 흐름도를 나타낸 것이다.

직접 반응부(110)는 원료 피드라인(111)으로부터 디카르복실산과 1차 알코올을 공급 받아 직접 반응이 수행되는 파트이다. 상기 직접 반응부(110)의 반응 유닛에서 수행되는 반응은 평형 반응으로서 반응 중 부산물인 물을 제거하는 것이 중요할 수 있다. 이에, 반응 중 반응 유닛으로부터 기화되는 미반응 알코올과 부산물인 물을 반응기 상부에서 연속적으로 분리하여 미반응 알코올은 다시 반응 유닛으로 환류시키고, 물은 생성수 라인(112)을 통해 반응 유닛 외부로 제거할 수 있고, 이는 공정수 등 다양한 용도에 활용될 수 있다.

제1정제부(120)는 직접 반응부(110)로부터 미정제 피드를 공급 받아 이를 정제하는 역할을 수행한다. 상기 미정제 피드는 제1정제 피드라인(121)을 통해 제1정제부(120)로 유입되며, 제1정제부(120)에서 생성물과 미반응물이 분리되어 분리된 디에스터계 화합물을 포함하는 생성물은 정제 생성물라인(123)을 통해 트랜스 반응부(130)로 배출되고, 미반응물인 직접 반응용 알코올인 제1알코올은 제1회수라인(122)을 통해 혼합 알코올 분리부(160)로 배출될 수 있다.

상기 정제 생성물라인(123)에 흐르는 디에스터계 화합물은 일부가 후단의 트랜스 반응부로 투입되는 한편, 잔부는 중화와 추가의 정제를 통해서 제품화 될 수 있고, 이는 목표 생산량이나 수급 상황에 따라 적절한 공정 운영으로 제품화되는 양과 트랜스 반응부로 이송하는 양을 제어하는 것은 충분히 가능할 수 있다.

상기 직접 반응의 생성물로서 정제된 디에스터계 화합물을 포함하는 생성물은 트랜스 반응부(130)로 유입되어 트랜스 에스터화 반응이 수행된다. 트랜스 반응부(130)에서는 추가적으로 직접 반응에서 적용된 알코올과는 탄소수가 상이한 1차 알코올이 추가로 투입되는데, 제2알코올 투입라인(131)을 통해 트랜스 반응용 알코올인 제2알코올이 투입될 수 있다.

상기 트랜스 반응부(130)에서의 생성물은 트랜스 생성물라인(141)을 통해 제2정제부(140)로 유입된다. 상기 제2정제부(140)는 본 발명의 일 실시예에 따른 정제 유닛(200)을 포함하며, 상기 트랜스 생성물라인(141)에는 디에스터계 화합물이 트랜스 에스터 반응으로 전환된 또 다른 제품에 해당하는 디에스터계 화합물의 혼합 조성물이 흐르며, 추가로 미반응 알코올인 제1알코올 및 제2알코올이 모두 존재할 수 있고, 직접 반응부로부터 완전히 제거되지 않은 물 또한 미량 포함하고 있을 수 있다. 이에 제2정제부(140)에서는 2 종의 알코올을 디에스터계 물질로부터 분리하는 역할을 수행하며, 2 종의 알코올은 제2회수라인(144)을 통해 혼합 알코올 분리부(160)로 이송되고 디에스터계 물질은 제품화 라인(142)을 통해 제품화 과정을 거칠 수 있다. 또한, 제2정제부(140)에서의 분리에 따라 제1알코올과 제2알코올의 혼합 알코올의 흐름이 나올 수 있고 물과 제2알코올의 혼합물의 흐름 또한 발생될 수 있으며, 이는 폐수 라인(143)을 통해 폐수 처리부(150)로 이송될 수 있다.

상기 폐수 처리부(150)는 제2알코올이 물과 공비를 이루는 점에서 분리가 쉽지 않음을 고려하여, 혼합 알코올 분리부(160)로부터 분리된 제1알코올을 추출제로 투입함으로써 층분리를 통해 물과 제2알코올을 분리할 수 있다. 이 때 제1알코올은 추출제 라인(163)을 통해 폐수 처리부(160)로 투입될 수 있고, 폐수 처리부(160)에서 분리된 혼합 알코올(제1알코올 및 제2알코올)은 다시 제3회수라인(152)을 통해 혼합 알코올 분리부(160)로 투입될 수 있으며, 물은 공정수 라인(151)을 통해 공정 내 필요한 곳에 활용되거나 폐기 처리될 수 있다.

여러 파트로부터 혼합 알코올이 회수된 혼합 알코올 분리부(160)에서는 2 종의 알코올을 각각 분리하여 제1알코올 재순환라인(162)을 통해 제1알코올이 직접 반응부(110)로 재순환되고, 제2알코올 재순환라인(161)을 통해 제2알코올이 트랜스 반응부(130)로 재순환될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 디에스터계 화합물의 제조, 즉 직접 반응부(110)에 적용되는 디카르복실산은 테레프탈산, 프탈산, 이소프탈산 및 사이클로헥산 디카르복실산으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것일 수 있으며, 상기 1차 알코올은 탄소수가 3 내지 10인 분지형 또는 선형의 알킬기를 가지는 것일 수 있고, 상기 1차 알코올은 분지형과 선형의 구조 이성질체들을 포함하는 혼합물이 적용될 수 있다.

또한, 상기 직접 반응부(110)에서 생성되는 디에스터계 화합물은 원료에 따라, 1차 알코올(제1알코올)로부터 유래되는 알킬기를 가지는 것이며, 원료로 적용된 디카르복실산에 따라, 디알킬 테레프탈레이트, 디알킬 프탈레이트, 디알킬 이소프탈레이트, 디알킬 1,2-사이클로헥산 디에스터, 디알킬 1,3-사이클로헥산 디에스터 및 디알킬 1,4-사이클로헥산 디에스터로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.

관련하여, 환경적인 문제가 있는 디옥틸 프탈레이트(DOP)가 제조되는 경우는 상기의 원료 조합에서 제외될 수 있다.

또, 상기 직접 반응부(110)로부터 제조된 화합물은 트랜스 반응부(130)의 원료가 될 수 있고, 트랜스 반응의 또 다른 원료로 1차 알코올(제2알코올)이 투입되는데, 이는 상기 직접 반응에 적용된 1차 알코올과 동종의 그룹에서 선택될 수 있다. 다만, 직접 반응에 적용된 제1알코올과는 탄소수가 다른 제2알코올로써 트랜스 반응에 활용될 수 있다.

예를 들어, 직접 반응부(110)에 탄소수가 8인 1차 알코올로 2-에틸헥산올이 적용될 수 있고, 디카르복실산으로 테레프탈산이 적용될 수 있으며, 이 경우에는 제1정제부(120)에서의 정제 대상은 디(2-에틸헥실) 테레프탈레이트가 될 수 있다. 이 디(2-에틸헥실) 테레프탈레이트는 일부가 제품화될 수 있고, 잔부는 또 다른 제품을 생산하기 위한 원료로 활용될 수 있다.

이 때 트랜스 반응부(130)에 상기 디(2-에틸헥실) 테레프탈레이트가 원료가 될 수 있고 2-에틸헥산올과는 탄소수가 다른 부탄올이 또 다른 원료가 될 수 있다. 이 경우 최종 제품은 디(2-에틸헥실) 테레프탈레이트, 부틸(2-에틸헥실) 테레프탈레이트 및 디부틸 테레프탈레이트의 혼합물인 디에스터계 물질일 수 있다. 상기 트랜스 반응부(130)에서의 반응은 직접 반응부(110)에서 사용된 알코올인 제1알코올이 제거되지 않은 상태로 미량 포함되어 원료로 사용될 수 있고, 추가로 트랜스 반응부(130)에 투입되는 재2알코올이 있기 때문에, 최종 생성물에는 디에스터계 물질과 함께 제1알코올 및 제2알코올이 모두 포함되어 있는 것일 수 있다.

도 2 내지 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 디에스터계 물질의 정제 유닛(200)의 예시들을 도시한 공정 흐름도로, 정류컬럼(210) 및 스트리퍼(220)를 포함하며, 구체적인 공정의 흐름에 대하여 설명한다.

먼저, 도 2를 참조하면, 하부 순환 시스템이 구비된 정류컬럼(210)과 상하부 순환 시스템이 모두 없는 것을 특징으로 하는 스트리퍼(220)를 포함하는 정제 유닛의 공정 흐름도가 도시된다.

도 1의 트랜스 반응부(130)에서 트랜스 에스터화 반응으로 생성된 생성물은 미정제 피드로서 트랜스 생성물 라인(141)을 따라 정제 유닛(200)으로 유입되는데, 이 트랜스 생성물 라인(141)은 컬럼 유입라인(211)과 대응된다. 이 컬럼 유입라인(211)은 특히 컬럼본체(212)의 측하부로서 컬럼 높이를 기준으로 중단 이하의 지점에 위치할 수 있다. 전술한 것처럼 증류컬럼이 아닌 정류컬럼이라는 점에서 하부로 피드를 유입시킬 수 있고, 이에 유입되는 피드를 모두 기화시키는 것이 아니라, 분리 대상 물질이 상승될 정도의 에너지 공급만으로 분리를 수행할 수 있다는 장점을 가진다.

컬럼 유입라인(211)으로 유입된 미정제 피드는 1차적으로 컬럼본체(212) 내에서 미반응 알코올과 물이 미정제 피드로부터 분리되어 상부의 컬럼 상부라인(214)을 통해 배출되고, 미반응 알코올과 물이 분리된 디에스터계 물질을 포함하는 1차 정제 생성물은 컬럼 하부라인(213)을 통해 배출된다. 상기 컬럼 상부라인(214)을 통해 배출된 미반응 알코올과 물은 소정의 분리 공정을 거쳐 물은 공정수 등에 활용되고 미반응 알코올은 다시 재순환될 수 있다.

상기 정류컬럼(210)은 컬럼 하부에 하부 순환 시스템을 구비한다. 상기 하부 순환 시스템은 상기 컬럼 하부라인(213)의 일부가 컬럼 본체 측하부로 연결된 리보일링 라인(213a) 및 상기 리보일링 라인(213a)상에 설치된 제1 공급형 열교환기(215)를 포함하는 것이다.

상기 정류컬럼(210)의 하부 순환 시스템은 컬럼본체(212)로부터 1차 정제 생성물 혹은 미정제 피드가 하부로 배출되어 스트리퍼(220)로 유입되기 전에 이 스트림의 일부를 다시 정류컬럼(210)으로 재순환시키기 위한 수단으로, 정류컬럼(210) 하부로 배출된 컬럼 하부라인(213)이 둘로 나뉘어 그 중 하나가 리보일링 라인(213a)으로써 다시 컬럼본체(212)의 측하부와 연결된다. 이 때 재순환 되는 1차 정제 생성물은 열공급을 받은 후에 다시 정류컬럼(210)으로 유입되는 것이 분리 효율이나, 상부의 유량 제어 관점에서 필요하므로, 리보일링 라인(213a)상에 열을 공급해줄 수 있는 제1 공급형 열교환기(215)가 설치된다.

컬럼 하부라인(213)은 스트리퍼 피드라인(221)과 연결되어 이 라인을 따라 1차 정제 생성물이 스트리퍼 본체(221)로 유입되며, 이 스트리퍼(220)에서는 분리되지 않고 1차 정제 생성물에 남아 있는 미반응 알코올을 추가로 분리하는 정제가 수행된다. 이 때 정제 공정은 스팀을 통한 기액 분리로서, 스팀 사용 외에 별도의 에너지 공급이 불필요하며, 이에 에너지 효율이 우수할 수 있다. 고온으로 정제 대상물을 모두 기화시킨 후 분리를 수행하는 증류가 아니라, 스팀을 이용한 스트리핑이 수행된다. 이에 따라, 상기 스트리퍼 피드라인(221)은 스트리퍼 본체(222)의 측상부에 연결되어 1차 정제 생성물이 상부에서 하부로 하강하는 것을 특징으로 하며, 스트리퍼 본체(222)의 측하부에는 스팀 투입라인(225)이 구비되어 스팀은 하부에서 상부로 상승하는 것을 특징으로 하며, 스트리퍼 본체(222) 내에서 1차 정제 생성물과 스팀이 교차하면서 물질 전달을 통해 분리가 수행될 수 있다.

제품의 정제가 증류컬럼이 아닌 스트리퍼(220)로 분리 정제가 가능하게 된 것은 스트리퍼(220) 전단의 정류컬럼(210)과 조합에 따른 것으로서, 상하부에 모두 순환 시스템이 불필요한 스트리퍼(220)의 사용을 통해 설비의 간소화 및 상대적 에너지 효율 향상, 그리고 디에스터계 물질을 포함하는 2차 정제 생성물의 열분해의 방지라는 과제를 달성할 수 있다.

또한, 상기 정류컬럼 상부의 컬럼 상부라인 상 유량을 하부 순환 시스템을 이용하여 조절하고, 스트리퍼의 스팀 투입라인으로 투입되는 스팀량을 조절하는 경우, 제품의 손실량과 제품 내 수분 함량을 제어할 수 있다. 상기 컬럼 상부라인의 유량을 증가시키는 경우 제품 내 수분 함량은 상당히 낮은 수준까지 제어할 수 있지만, 반대로 정류컬럼 상부 혹은 스트리퍼 상부로 유실되는 제품, 즉 디에스터계 물질의 양이 상당할 수 있으며, 스팀의 투입량을 증가시키는 경우 역시 제품 내 수분 함량은 감소하지만 제품 손실량이 증가할 수 있다.

이에 따라, 컬럼 상부라인의 유량은 1.0 내지 5.0 ton/hr의 수준으로 유지하는 것이 바람직하고, 스트리퍼의 스팀 투입량은 약 500 내지 2000 kg/hr의 수준으로 유지하는 것이 바람직하다. 더 좋게는 컬럼 상부라인의 유량은 1.5 내지 4.5 ton/hr, 바람직하게 1.6 내지 4.2 ton/hr, 더 바람직하게는 1.7 내지 4.2 ton/hr, 1.9 내지 4.2 ton/hr일 수 있다. 또한, 스팀 투입량은 600 내지 1800 kg/hr, 바람직하게 700 내지 1700 kg/hr, 더 바람직하게 800 내지 1600 kg/hr일 수 있다.

스트리퍼 하부라인(223)을 통해 배출되는 2차 정제 생성물은 그 일부는 제품화 공정으로서 중화와 추가 정제를 거쳐 디에스터계 물질로서 제품화될 수 있으며, 이 경우에는 도 1에 도시된 바와 같이 제품화 라인(142)으로 배출되어 일련의 추가 정제 공정이 수행될 수 있고 상기 제품화 라인(142)은 스트리퍼 하부라인(223)에 대응될 수 있다.

또한, 스트리퍼 상부라인(224)을 통해 배출되는 물과 알코올의 혼합물은 적절한 분리 공정을 통해서 물은 공정수 등에 활용될 수 있고, 알코올은 회수되어 원료로 재사용될 수 있다.

상기 컬럼 상부라인(214) 및 스트리퍼 상부라인(224)은 소정의 분리가 수행될 수 있으며, 도 1에 도시된 것과 같이 제2 회수라인(144)을 통해 혼합 알코올 분리부(160)로 유입되어, 물, 제1알코올 및 제2알코올의 삼상 분리가 수행될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 정제 유닛(200)의 일 예를 도시한 것으로서, 상기 정제 유닛은 도 2에 기재된 정제 유닛 대비 정류컬럼(210)에 상부 순환 시스템을 더 포함할 수 있다.

상기 정류컬럼(210)의 상부 순환 시스템은 컬럼 상부라인(214)으로부터 알코올과 물이 유입되어 분리가 수행되는 제1 디캔터(216), 상기 제1 디캔터(216)로 연결되는 컬럼 상부라인(214)상에 설치된 제1 회수형 열교환기(217), 물이 배출되도록 상기 디캔터(216) 하부에 설치된 제1 수층 라인(214b), 알코올이 배출되는 제1 알코올 라인(214a, 214a')을 포함하고, 상기 제1 알코올 라인(214a, 214a')은 컬럼본체(212)의 측상부에 연결된 환류 라인(214a') 및 정제 유닛 외부로 배출되는 공정 라인(214a)을 포함할 수 있다.

상기 상부 순환 시스템은 상부로부터 하강하는 액상 물질이 존재하게 됨으로써 정류컬럼(210)에서의 분리 효율을 향상시킬 수 있고, 물을 지속적으로 분리해냄으로써, 정제계 내 존재하는 물 양을 최소화 할 수 있어, 최종 디에스터계 물질 내 수분 함량 또한 저감할 수 있다. 나아가, 본 상부 순환 시스템의 경우 컬럼 상부라인(214)의 유량 제어를 보다 더 손쉽게 할 수 있고, 하부 순환 시스템과 연계하여 최종 제품 내 수분 함량과 제품 손실량 사이의 관계 제어를 보다 정밀하게 할 수 있다.

상기 공정 라인(214a)은 컬럼 상부라인(214)에 흐르는 스트림이 제1 디캔터(216)를 통해서 물과 알코올로 분리된 후 공정 라인(214a)은 제2 회수라인(144)을 통해 혼합 알코올 분리부(160)로 유입되고, 제1 수층 라인(214b)은 공정수 등으로 활용될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 정제 유닛(200)의 일 예를 도시한 것으로, 상기 정제 유닛은 도 2에 기재된 정제 유닛 대비 정류컬럼(210)의 상부 순환 시스템 및 스트리퍼(220)의 분리 배출 시스템이 더 구비된 것일 수 있다.

상기 스트리퍼(220)는 상하부에 순환 시스템은 없으나, 상부로 배출되는 물질이 알코올 및 물의 기체 혼합물이라는 점에서 분리 배출 시스템을 도입하여 알코올 및 물을 분리할 수 있다. 상기 분리 배출 시스템은, 스트리퍼 상부라인(224)의 스트림이 보유한 열을 회수하여 공정의 에너지 효율을 높일 수 있고, 물과 알코올은 전체 제조 시스템 내에서는 분리가 필수적으로 이루어져야 하는 혼합물이라는 점에서, 이를 액화 함으로써, 손쉽게 분리하고 열을 회수를 할 수 있다.

상기 분리 배출 시스템은 스트리퍼 상부라인(224)으로부터 알코올과 물이 유입되어 분리가 수행되는 제2 디캔터(226), 상기 제2 디캔터(226)로 연결되는 스트리퍼 상부라인(224)상에 설치된 제2 회수형 열교환기(227), 물이 배출되도록 상기 디캔터 하부에 설치된 제2 수층 라인(224b), 알코올이 배출되는 제2 알코올 라인(224a)을 포함하는 것일 수 있다.

상기 제2 알코올 라인(224a)은 스트리퍼 상부라인(224)에 흐르는 스트림이 제2 디캔터(226)를 통해서 물과 알코올로 분리된 후 제2 알코올 라인(224a)은 제2 회수라인(144)을 통해 혼합 알코올 분리부(160)로 유입되고, 제2 수층 라인(224b)은 공정수 등으로 활용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 정제 유닛(200)으로부터 배출되는 알코올은 모두 제2 회수라인(144)을 통해서 혼합 알코올 분리부(160)로 유입될 수 있고, 상기 혼합 알코올 분리부(160)에서는 알코올 혼합물과 물이 분리되어 제1알코올은 직접 반응부(110)로 회수되거나 폐수 처리부(150)에서 추출제로 활용될 수 있으며, 제2알코올은 트랜스 반응부(130)로 재순환될 수 있다.

도 5 내지 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 정제 유닛이 탈수기(230)를 더 포함할 경우를 도시한 공정 흐름도로, 각각은 정류컬럼(210)의 상부 순환 시스템 및 스트리퍼(220)의 분리 배출 시스템이 선택적으로 도입될 수 있음을 나타낸 것이다.

도 5 내지 7을 참조하면, 상기 정제 유닛(220)은 탈수 시스템을 더 포함할 수 있고, 이 탈수 시스템은, 스트리퍼 하부라인(223)으로부터 2차 정제 생성물이 유입되어 분리가 수행되는 탈수챔버(231), 상기 탈수챔버(231) 상부의 배수 라인(233) 및 상기 탈수챔버(231) 하부의 제품 라인(232)을 포함하는 탈수기(230)와, 상기 탈수챔버(231)로 연결되는 스트리퍼 하부라인(223)상에 설치된 제2 공급형 열교환기(240)를 포함할 수 있다.

상기 탈수기(230) 및 제2 공급형 열교환기(240)를 포함하는 탈수 시스템은 스트리퍼 하부라인(223)으로 배출되는 디에스터계 물질, 즉 제품화 되는 물질 내 존재하는 수분을 더 낮은 수준으로 제거하기 위한 장치일 수 있다. 전술한 것처럼, 정류컬럼(210) 및 스트리퍼(220) 각각의 상부 유량 및 스팀 투입량을 제어하는 경우에는 상부 기체와 함께 손실되는 제품량과, 제품 내 포함된 수분량을 제어할 수 있으나, 제품 손실량과 제품 내 수분량을 모두 최상의 수준까지 도달하기 위해서는, 상기 탈수기(230)의 도입이 필요할 수 있다. 즉, 정류컬럼(210)의 상부 유량을 상대적으로 작게 하고 스트리퍼(220)의 스팀 투입량 역시 낮게 조절하면서, 이와 동시에 탈수기(230)를 설치하는 경우, 손실되는 제품량을 저감함과 동시에 제품 내 수분량을 극미량까지 제거하는 것이 가능하여, 품질 향상 및 생산성 향상을 모두 달성할 수 있는 장점이 있다.

상기 탈수 시스템은 탈수기(230)를 통해서 스트리퍼 하부라인(223)으로 배출되는 디에스터계 물질을 포함하는 2차 정제 생성물 내 수분을 극미량까지 제거할 수 있다. 상기 탈수기(230)의 온도 조건은 150 내지 200℃로 설정될 수 있고, 바람직하게는 170 내지 180℃로 설정될 수 있다. 이 범위 내에서 온도 제어를 하는 경우, 디에스터계 물질의 열분해를 방지할 수 있고, 고효율로 탈수가 가능하며 제품 내 수분량을 약 200 ppm 이하, 더 우수하게는 100 ppm까지 제거할 수 있게 된다.

상기 탈수 시스템으로부터 제거되는 수분은 배수 라인(233)을 통해서 배출되어 공정수 등으로 활용될 수 있고, 공정 시스템 내 적절한 파트로 연결될 수 있다. 또한, 수분이 제거된 디에스터계 물질은 제품 라인(232)을 통해 배출되며, 추가의 정제 공정 등을 선택적으로 경유할 수 있으며, 최종적으로 제품화 될 수 있다.

도 7을 참조하면, 정류컬럼(210)의 하부 순환 시스템 및 상부 순환 시스템, 스트리퍼(220)의 분리 배출 시스템, 그리고 탈수 시스템을 모두 구비한 정제 유닛(200)이 도시되어 있다.

상기 정제 유닛(200) 상에 설치되는 열교환기로서 리보일링 라인(213a)상에 설치된 제1 공급형 열교환기(215), 컬럼 상부라인(214)상에 설치된 제1 회수형 열교환기(217), 스트리퍼 상부라인(224)상에 설치된 제2 회수형 열교환기(227) 및 스트리퍼 하부라인(223)상에 설치된 제2 공급형 열교환기(240)는 공급형 및 회수형 각각을 연결하여 열교환 시스템을 구축할 수 있다.

그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 정제 유닛(200)은 디에스터계 물질의 연속 제조 시스템(100) 내 포함된 것으로서, 이 시스템 내 다른 라인과 열교환이 되는 것을 배제하는 것은 아니며, 상기 공급형 및 회수형 각각은 열교환기가 설치된 라인, 즉 정제 유닛(200)의 관점에서 열이 공급되어야 하는 라인인지, 열이 회수되어야 하는 라인인지에 따라 정의되는 것으로 다른 관점에서 보았을 때 해당 위치의 열교환기가 반대의 의미를 가질 수 있음은 당연할 수 있다.

상기 정제 유닛(200)에는 알코올이 회수되는 라인으로 드럼 상부라인(214)과, 컬럼 상부라인(224)으로부터 디캔터를 경유한 공정 라인(224b)이 있는데, 이는 도 1의 연속 제조 시스템(100) 내에서 제1회수라인(122)으로 통합되어 대응되는 것일 수 있다. 이 정제 유닛(200)으로부터 회수된 미반응의 알코올은 일부 물이 포함되어 있을 수 있고, 필요시 적재 적소에 활용하기 위하여 혼합 알코올을 분리 및 저장하는 기능을 수행하는 혼합 알코올 분리부(160)로 회수될 수 있다. 또한, 디캔터로부터 분리된 물이 흐르는 수층 라인(224a)은 공정수 등으로 활용되도록 공정 내 적절한 파트로 연결될 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 정제 유닛(200)에서 수행되는 디에스터계 물질의 정제 방법이 제공된다. 상기 정제 방법은 디에스터계 화합물과 1차 알코올의 트랜스 에스터화 반응의 생성물인 디에스터계 물질, 물 및 알코올을 포함하는 미정제 피드로부터, 물 및 알코올을 정류컬럼에서 분리하여 1차 정제 생성물을 하부로 배출하는 단계; 및 상기 정류컬럼 하부로 배출된 1차 정제 생성물이 스트리퍼의 측상부로 투입되어, 상부로는 물 및 알코올이 배출되고, 하부로는 디에스터계 물질을 포함하는 2차 정제 생성물이 배출되는 단계;를 포함한다.

상기 정제 방법은 상기 스트리퍼에서 배출된 2차 정제 생성물을 탈수하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

상기 정제 방법에 관한 설명은, 전술한 정제 유닛(200)에 관한 설명과 모두 중복되므로, 그 기재를 생략한다.

실시예

이하, 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 이들 만으로 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

하기 실시예 및 비교예에서는 상용 공정모사 프로그램 ASPEN PLUS를 이용하여 본 발명에 따른 디에스터계 물질의 연속식 제조방법에 따른 공정 시스템을 시뮬레이션 하였다.

실시예 1 내지 4

상기 프로그램을 이용하여 시뮬레이션 함에 있어서, 도 2에 도시된 것과 같이 적용하여 실시예 1 내지 4의 시뮬레이션을 하였다.

원료 물질로서 디에스터계 화합물은 디(2-에틸헥실) 테레프탈레이트, 1차 알코올은 n-부탄올, 이 두 원료의 몰 비율은 1:3로 하였고, 정류컬럼(210)의 상부 유량과 스트리퍼(220)의 스팀 투입량은 하기 표 1에서와 같이 세팅하였다.

비교예 1

상기 실시예 1과 동일하게 하되, 정류컬럼(210) 대신 상하부 순환 시스템이 없는 플래쉬 드럼을 스트리퍼(220)와 조합하여 하기 표 1에서와 같이 세팅하고 시뮬레이션 하였다.

비교예 2

상기 실시예 2와 동일하게 하되, 정류컬럼(210)의 하부 순환 시스템 대신 정류컬럼(210)의 컬럼 유입라인(211)상에 열교환기를 설치하여 예열 시스템을 적용하되, 실시예 2의 하부 순환 시스템에 소모된 열량과 동일한 열량을 예열 시스템에 투입하는 것으로 세팅하고 시뮬레이션 하였다.

비교예 3

상기 비교예 1과 동일하게 하되, 플래쉬 드럼 후단의 스트리퍼(220)에 상응하는 자리에 하부에 리보일러가 설치된 컬럼을 배치한 것을 달리하였으며, 스트리퍼(220)에 투입된 스팀으로부터 전달되는 열량을 그대로 상기 컬럼의 리보일러에 적용하여 시뮬레이션 하였다.

실험예 1

실시예 1 내지 4에 대하여, 컬럼 상부라인(214) 및 스트리퍼 상부라인(224)으로 유실되는 디에스터계 물질(제품)의 양을 측정하였으며, 스트리퍼 하부라인(223)으로 배출되는 2차 정제 생성물 내 수분량을 측정하여 하기 표 1에 나타내었고, 비교예 1에 대하여는 플래쉬 드럼 상부 및 스트리퍼 상부로 유실되는 제품의 양과 2차 정제 생성물 내 수분량을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.

라인 및 설비		단위	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	비교예 1	비교예 2	비교예 3
드럼상부 유량		ton/hr	-	-	-	-	5.5	-	-
214 유량		ton/hr	1.92	1.92	4.2	4.2	-	1.92	1.92
225 투입량		kg/hr	800	1600	800	1600	800	1600	-
제품 loss	드럼상부	kg/hr	-	-	-	-	56.6	-	0
	214	kg/hr	0	0	0	0	-	0	0
	224	kg/hr	5.8	7.1	23.3	39.1	59.5	3.1	6.7
	합	kg/hr	5.8	7.1	23.3	39.1	116.1	3.1	6.7
223	수분량	ppm	820	770	288	287	167	1482	0
	알코올량	kg/hr	0	0	0	0	0	205	241

214: 컬럼 상부라인

225: 스팀 투입라인

224: 스트리퍼 상부라인

223: 스트리퍼 하부라인

상기 표 1을 참조하면, 비교예 1과 같은 시스템으로서 플래쉬 드럼과 스트리퍼를 조합한 경우 대비 플래쉬 드럼을 정류컬럼(210)으로 대체하여, 1차 분리설비에서는 손실되는 제품을 제로 수준으로 개선하였음을 확인할 수 있다. 또한, 제품 내 수분량의 경우, ppm 단위로서 실시예 1 및 2의 경우 다소 높은 수준인 것처럼 보이지만, 제품 손실량의 경우 시간당 kg으로 비교예 1과 대비하여, 최소 3배, 최대 약 20배 가량 개선이 됨을 확인할 수 있으며, 최소 개선 정도를 감안하더라도, 시간당 약 70kg 이상의 손실을 방지한 것은 생산성 측면에서 극히 현저한 차이라고 할 수 있다.

나아가, 비교예 1의 경우 플래쉬 드럼의 한계로서 제품의 손실량이 상당히 많다는 문제가 있고, 이 플래쉬 드럼의 한계 보완을 위하여 후단에 스트리퍼 대신 리보일러를 갖는 정류컬럼을 배치한 비교예 3의 경우에는 제품 손실량은 개선되었으나, 제품으로 빠져 나가는 알코올량이 상당히 급증하였음을 확인할 수 있다.

또한, 정류컬럼(210)에서 하부 순환 시스템이 아니라 예열 시스템을 적용한 비교예 2를 보면, 이 경우 제품 내 수분량과 알코올량이 매우 많다는 점을 확인할 수 있다.

실험예 2

실시예 1 내지 4 각각에 대하여, 도 5에 도시된 탈수 시스템이 적용된 정제 유닛(200)을 적용하여 4회씩 탈수챔버 내 온도를 변화시키며 시뮬레이션 하였고, 상기 실험예 1과 동일하게 컬럼 상부라인(214) 및 스트리퍼 상부라인(224)으로 유실되는 디에스터계 물질(제품)의 양을 측정하였으며, 스트리퍼 하부라인(223)으로 배출되는 2차 정제 생성물 내 수분량을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.

라인 및 설비	214 유량	225 투입량	231 온도	제품량				수분량
				214	224	233	합	232
단위	ton/hr	kg/hr	℃	kg/hr	kg/hr	kg/hr	kg/hr	ppm
실시예 1a	1.92	800	150	0	5.8	0.3	6.1	153
실시예 1b	1.92	800	160	0	5.8	0.6	6.4	116
실시예 1c	1.92	800	170	0	5.8	1.1	6.9	89
실시예 1d	1.92	800	180	0	5.8	2.1	7.9	68
실시예 2a	1.92	1600	150	0	7.1	0.3	7.4	160
실시예 2b	1.92	1600	160	0	7.1	0.5	7.6	125
실시예 2c	1.92	1600	170	0	7.1	0.9	8	99
실시예 2d	1.92	1600	180	0	7.1	1.7	8.8	79
실시예 3a	4.2	800	150	0	23.3	0.1	23.4	160
실시예 3b	4.2	800	160	0	23.3	0.1	23.4	125
실시예 3c	4.2	800	170	0	23.3	0.3	23.6	99
실시예 3d	4.2	800	180	0	23.3	0.5	23.8	79
실시예 4a	4.2	1600	150	0	39.1	0.1	39.2	160
실시예 4b	4.2	1600	160	0	39.1	0.1	39.2	125
실시예 4c	4.2	1600	170	0	39.1	0.3	39.4	99
실시예 4d	4.2	1600	180	0	39.1	0.5	39.6	79

214: 컬럼 상부라인225: 스팀 투입라인

231: 탈수챔버

224: 스트리퍼 상부라인

233: 배수 라인

232: 제품 라인

상기 표 2를 참조하면, 제품 손실량은 상당히 감축하였으나, 제품 내 수분량이 상대적으로 높았던 실시예 1 세트와 2 세트를 보면, 탈수 시스템을 통해 상당 수준 수분을 제거할 수 있음을 확인할 수 있다. 특히 탈수챔버 내의 온도 설정에 따라서 제거되는 양의 변화도 확인할 수 있다.

100: 연속 제조 시스템 200: 정제 유닛
110: 직접 반응부 111: 원료 피드라인
112: 생성수 라인
120: 제1정제부 121: 제1정제 피드라인
122: 제1회수라인 123: 정제 생성물라인
130: 트랜스 반응부 131: 제2알코올 투입라인
140: 제2정제부 141: 트랜스 생성물라인
142: 제품화 라인 143: 폐수 라인
144: 제2회수라인
150: 폐수 처리부 151: 공정수 라인
152: 제3회수라인
160: 혼합 알코올 분리부 161: 제1알코올 재순환라인
162: 제2알코올 재순환라인 163: 추출제 라인
210: 정류컬럼 211: 컬럼 유입라인
212: 컬럼본체 213: 컬럼 하부라인
213a: 리보일링 라인 214: 컬럼 상부라인
214a: 공정 라인 214a': 환류 라인
214b: 제1 수층 라인 215: 제1 공급형 열교환기
216: 제1 디캔터 217: 제1 회수형 열교환기
220: 스트리퍼 221: 스트리퍼 피드라인
222: 스트리퍼 본체 223: 스트리퍼 하부라인
224: 스트리퍼 상부라인 224a: 제2 수층 라인
224b: 제2 알코올라인 225: 스팀 투입라인
226: 제2 디캔터 227: 제2 회수형 열교환기
230: 탈수기 231: 탈수챔버
232: 제품 라인 233: 배수 라인
240: 제2 공급형 열교환기

Claims (13)

1. 디에스터계 화합물과 1차 알코올의 트랜스 에스터화 반응의 생성물로 디에스터계 물질, 물 및 알코올을 포함하는 미정제 피드로부터 물 및 알코올이 분리되는 컬럼 본체, 상기 미정제 피드가 유입되며 컬럼 본체 측하부에 설치된 컬럼 유입라인, 분리된 물 및 알코올이 배출되는 컬럼 상부라인 및 디에스터계 조성물을 포함하는 1차 정제 생성물이 배출되는 컬럼 하부라인이 구비된 정류 컬럼; 및
   1차 정제 생성물로부터 물 및 알코올의 분리가 수행되는 스트리퍼 본체, 상기 컬럼 하부라인으로부터 상기 스트리퍼 본체의 측상부로 연결되는 스트리퍼 피드라인, 분리를 위한 스팀이 투입되도록 스트리퍼 본체 측하부에 설치된 스팀 투입라인, 알코올 및 물이 배출되는 스트리퍼 상부라인 및 디에스터계 조성물을 포함하는 2차 정제 생성물이 배출되는 스트리퍼 하부라인이 구비된 스트리퍼;를 포함하고,
   상기 정류 컬럼은 하부 순환 시스템을 포함하며, 상기 하부 순환 시스템은 상기 컬럼 하부라인의 일부가 컬럼 본체 측하부로 연결된 리보일링 라인 및 상기 리보일링 라인상에 설치된 제1 공급형 열교환기를 포함하는 것인 디에스터계 물질의 정제 유닛.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 정류 컬럼은 상부 순환 시스템을 포함하고,
   상기 상부 순환 시스템은 컬럼 상부라인으로부터 알코올과 물이 유입되어 분리가 수행되는 제1 디캔터, 상기 제1 디캔터로 연결되는 컬럼 상부라인상에 설치된 제1 회수형 열교환기, 물이 배출되도록 상기 제1 디캔터 하부에 설치된 제1 수층 라인, 알코올이 배출되는 제1 알코올 라인을 포함하고,
   상기 알코올 라인은 컬럼 본체의 측상부에 연결된 환류 라인 및 정제 유닛 외부로 배출되는 공정 라인을 포함하는 것인 디에스터계 물질의 정제 유닛.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 스트리퍼는 상부 순환 시스템 및 하부 순환 시스템이 없는 것을 특징으로 하는 것인 디에스터계 물질의 정제 유닛.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 스트리퍼는 분리 배출 시스템을 포함하고,
   상기 분리 배출 시스템은 스트리퍼 상부라인으로부터 알코올과 물이 유입되어 분리가 수행되는 제2 디캔터, 상기 제2 디캔터로 연결되는 스트리퍼 상부라인상에 설치된 제2 회수형 열교환기, 물이 배출되도록 상기 제2 디캔터 하부에 설치된 제2 수층 라인, 알코올이 배출되는 제2 알코올 라인을 포함하는 것인 디에스터계 물질의 정제 유닛.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 정류컬럼의 컬럼 상부라인의 유량은 1.5 내지 5.0 ton/hr인 것인 디에스터계 물질의 정제 유닛.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 정제 유닛은 탈수 시스템을 더 포함하고, 상기 탈수 시스템은,
   스트리퍼 하부라인으로부터 2차 정제 생성물이 유입되어 분리가 수행되는 탈수챔버, 상기 탈수챔버 상부의 배수 라인 및 상기 탈수챔버 하부의 제품 라인을 포함하는 탈수기; 및
   상기 탈수챔버로 연결되는 스트리퍼 하부라인상에 설치된 제2 공급형 열교환기;를 포함하는 것인 디에스터계 물질의 정제 유닛.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 탈수기의 운전 온도는 150 내지 200℃인 것인 디에스터계 물질의 정제 유닛.
   
8. 제6항에 있어서,
   상기 탈수기의 운전 온도는 170 내지 180℃인 것인 디에스터계 물질의 정제 유닛.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 디에스터계 화합물은 테레프탈레이트, 프탈레이트, 이소프탈레이트 및 사이클로헥산 1,2-디에스터, 사이클로헥산 1,3-디에스터 및 사이클로헥산 1,4-디에스터로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것인 디에스터계 물질의 정제 유닛.
   
10. 제1항에 있어서,
    상기 1차 알코올은 알킬 탄소수가 3 내지 10에서 선택된 것인 디에스터계 물질의 정제 유닛.
    
11. 제1항에 기재된 정제 유닛에서 수행되는 방법으로,
    디에스터계 화합물과 1차 알코올의 트랜스 에스터화 반응의 생성물인 디에스터계 물질, 물 및 알코올을 포함하는 미정제 피드로부터, 물 및 알코올을 정류 컬럼에서 분리하여 1차 정제 생성물을 하부로 배출하는 단계;
    상기 정류컬럼 하부로 배출된 1차 정제 생성물이 스트리퍼의 측상부로 투입되어, 상부로는 물 및 알코올이 배출되고, 하부로는 디에스터계 물질을 포함하는 2차 정제 생성물이 배출되는 단계;를 포함하는 디에스터계 물질의 연속 정제 방법.
    
12. 제11항에 있어서,
    상기 스트리퍼에서 배출된 2차 정제 생성물을 탈수하는 단계;를 더 포함하는 것인 디에스터계 물질의 연속 정제 방법.
    
13. 디카르복실산과 알코올의 직접 에스터화 반응이 수행되는 직접 반응부;
    직접 에스터화 반응의 생성물이 정제되는 제1정제부;
    상기 제1정제부에서 정제된 생성물과 직접 반응부의 알코올과 탄소수가 상이한 알코올의 투입으로 트랜스 에스터화 반응이 수행되는 트랜스 반응부; 및
    트랜스 반응부의 생성물이 정제되며, 제1항에 기재된 정제 유닛을 포함하는 제2정제부;를 포함하는 디에스터계 물질의 연속 제조 시스템.

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