KR20210155571A - 페놀계 부산물 분해방법 - Google Patents

페놀계 부산물 분해방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 페놀계 부산물 분해방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 페놀계 부산물 스트림 및 공정수 스트림을 혼합 장치에 투입하여 혼합하는 단계; 상기 혼합 장치에서 배출되는 혼합 장치 배출 스트림을 제1 층분리 장치에 투입하여 유상 및 수상으로 상 분리하는 단계; 상기 제1 층분리 장치에서 배출되는 유상 스트림을 분해 장치에 투입하여 분해하는 단계; 및 상기 분해 장치 상부 배출 스트림을 제2 층분리 장치에 투입하여 유상 및 수상으로 상 분리하고, 상기 제2 층분리 장치에서 배출되는 수상 스트림을 혼합 장치로 공급하는 단계를 포함하는 페놀계 부산물 분해방법을 제공한다.

Description

페놀계 부산물 분해방법{METHOD FOR DECOMPOSING PHENOL-BASED BY-PRODUCT}
본 발명은 페놀계 부산물 분해방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐수 발생량을 감소시키면서 상기 페놀계 부산물로부터 유효 성분을 분리하는 방법에 관한 것이다.
전 세계에서 사용되는 페놀의 약 95 %는 일반적으로 혹 공정(Hock process) 공정에 의해 생산된다. 상기 혹 공정은 (1) 벤젠을 프로필렌으로 알킬화하여 큐멘을 형성하는 단계, (2) 큐멘을 산소와 결합시켜 큐멘하이드로퍼옥사이드(Cumene Hydroperoxide, CHP)로 산화시키는 단계 및 (3) 큐멘하이드로퍼옥사이드를 산 촉매 하에서 산 분해 반응에 의해 페놀과 아세톤으로 분해시키는 단계의 3 단계로 실시된다.
여기서, 상기 (2) 단계인 큐멘의 산화 단계에서는 큐멘하이드로퍼옥사이드 이외에도, 아세토페논(Acetophenone, AP), 디메틸벤질알코올(Dimethyl benzyl alcohol, DMBA), 디큐밀퍼옥사이드(Dicumylperoxide, DCP) 및 디큐멘(Dicumene, DC) 등의 부산물(By-product)이 생성된다.
또한, 상기 (3) 단계인 큐멘하이드로퍼옥사이드의 산 분해 반응에서는 페놀 및 아세톤 이외에도, 하이드록시아세톤(Hydroxy acetone, HA), 2-메틸벤조퓨란(2-Methylbenzofuran, 2-MBF), 알파-메틸스티렌(Alpha-methyl styrene, AMS), 메시틸옥사이드(Mesityl oxide, MO), 알파-메틸스티렌 다이머(AMS dimer) 및 큐밀 페놀(Cumyl phenol, CP) 등이 부산물(By-product)로 생성된다.
따라서, 상기와 같은 반응 공정을 통해 생성된 생성물 스트림은 페놀, 아세톤 및 다양한 부산물이 혼합된 상태로 존재하기 때문에, 생성물 스트림으로부터 페놀을 분리하기 위한 일련의 분리 공정이 필요하다.
상기 생성물 스트림은 별도의 분리 장치에 투입되어, 미반응 큐멘, 아세톤, 알파-메틸스티렌 및 하이드록시아세톤 등을 포함하는 아세톤계 혼합물은 분리 장치의 탑정에서 분리되고, 페놀과 일부의 알파-메틸스티렌, 2-메틸벤조퓨란 및 기타 부산물 등을 포함하는 페놀계 혼합물은 분리 장치의 탑저에서 분리된다.
상기 분리 장치의 탑저에서 분리된 페놀계 혼합물은 페놀 컬럼에 투입되어, 페놀은 페놀 컬럼의 탑정에서 분리되고, 디큐밀퍼옥사이드, 큐밀페놀, 알파-메틸스티렌 다이머 및 타르(tar) 등과 같은 페놀계 부산물은 상기 페놀 컬럼의 탑저에서 분리된다.
또한, 일반적으로 비스페놀 A(Bisphenol A, BPA)를 생산하는 공정은, 상기 혹 공정으로부터 생산된 페놀 및 아세톤을 산성 촉매 또는 양이온 교환 수지의 존재 하에 축합 반응시켜 비스페놀 A를 제조하는 공정이다.
이에, 상기 비스페놀 A 반응 생성물 스트림 내에는 비스페놀 A 외에도 미반응 페놀, 미반응 아세톤, 트리스페놀(Trisphenol, BPX) 및 타르(Tar) 등이 부산물로 생성된다.
상기 페놀 공정 및 비스페놀 A 제조 공정에서 발생하는 부산물은 별도의 분해 장치를 통해 비스페놀 A, 페놀, 큐멘, 알파-메틸스티렌과 같은 유효 성분들을 회수할 수 있으며, 효율적으로 유효 성분을 회수할 수 있는 분해 공정 및 분해 장치에 대한 연구가 진행되고 있다.
KR 2019-0057697 A
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 상기 발명의 배경이 되는 기술에서 언급한 문제들을 해결하기 위하여, 페놀계 부산물을 분해하여 유효 성분을 수득하여, 폐수 발생량을 감소시키면서 고부가가치의 유효 성분을 수득할 수 있는 방법을 제공하고자 한다.
즉, 본 발명은 페놀계 부산물의 분해에 앞서 페놀계 부산물 내에 포함된 염을 효과적으로 제거하고, 이에 따라 페놀계 부산물을 분해하여 유효 성분을 효과적으로 수득하면서도, 상기 페놀계 부산물 분해 시 유효 성분 내 포함된 미량의 공정수를 회수하여 재사용함으로써, 폐수 발생량을 감소시키는 것을 목적으로 한다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명은 페놀계 부산물 스트림 및 공정수 스트림을 혼합 장치에 투입하여 혼합하는 단계; 상기 혼합 장치에서 배출되는 혼합 장치 배출 스트림을 제1 층분리 장치에 투입하여 유상 및 수상으로 상 분리하는 단계; 상기 제1 층분리 장치에서 배출되는 유상 스트림을 분해 장치에 투입하여 분해하는 단계; 및 상기 분해 장치 상부 배출 스트림을 제2 층분리 장치에 투입하여 유상 및 수상으로 상 분리하고, 상기 제2 층분리 장치에서 배출되는 수상 스트림을 혼합 장치로 공급하는 단계를 포함하는 페놀계 부산물 분해방법을 제공한다.
본 발명에 따른 페놀계 부산물 분해방법에 따라, 페놀계 부산물을 분해하여 유효 성분을 수득하는 경우, 염이 제거된 고부가가치의 유효 성분을 수득할 수 있고, 동시에 폐수의 발생량을 감소시켜 폐수 처리 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 페놀계 부산물 분해방법에 대한 공정 흐름도이다.
도 2는 비교예에 따른 페놀계 부산물 분해방법에 대한 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 '스트림'은 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.
이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 본 발명을 도 1을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명에 따르면, 페놀계 부산물 분해방법이 제공된다. 상기 페놀계 부산물은 페놀계 부산물 스트림 및 공정수 스트림을 혼합 장치에 투입하여 혼합하는 단계; 상기 혼합 장치에서 배출되는 혼합 장치(100) 배출 스트림을 제1 층분리 장치(200)에 투입하여 유상 및 수상으로 상 분리하는 단계; 상기 제1 층분리 장치(200)에서 배출되는 유상 스트림을 분해 장치(300)에 투입하여 분해하는 단계; 및 상기 분해 장치(300) 상부 배출 스트림을 제2 층분리 장치(400)에 투입하여 유상 및 수상으로 상 분리하고, 상기 제2 층분리 장치(400)에서 배출되는 수상 스트림을 혼합 장치(100)로 공급하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 페놀계 부산물은 페놀 제조 공정에서 발생하는 페놀계 부산물 및 비스페놀 A 제조 공정에서 발생되는 페놀계 부산물 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 페놀계 부산물은 페놀 제조 공정에서 발생하는 페놀계 부산물, 비스페놀 A 제조 공정에서 발생되는 페놀계 부산물 또는 페놀 제조 공정에서 발생하는 페놀계 부산물 및 비스페놀 A 제조 공정에서 발생되는 페놀계 부산물의 혼합물일 수 있다.
상기 페놀 제조 공정은 앞서 기재한 혹 공정(Hock process)을 통해 수행될 수 있다. 구체적으로, 페놀 제조 공정은 큐멘의 산화 반응에 의해 제조된 큐멘하이드로퍼옥사이드를 분해 및 정제하여, 페놀 및 아세톤을 분리하는 단계를 통해 수행될 수 있다. 상기 큐멘의 산화 반응에 의해 제조된 큐멘하이드로퍼옥사이드를 분해 및 정제하여, 페놀 및 아세톤을 분리하는 단계는, 큐멘 정제 공정과 페놀/아세톤 정제 공정을 이용하는 단계로서, 우선, 프로필렌(propylene) 및 벤젠(benzene)을 알킬화 반응시켜 큐멘을 제조한 후, 정제 공정을 통해 중질(heavy)/경질(light) 부산물은 배출시키고, 큐멘은 정제 분리한다. 이어서, 정제된 큐멘을 산화 반응시켜 큐멘하이드로퍼옥사이드(cumene hydro peroxide, CHP)를 제조한 후, 황산(H2SO4)등 통상의 산 촉매 하에서 상기 큐멘하이드로퍼옥사이드(CHP)를 분해 반응시켜, 페놀, 아세톤, 알파-메틸스티렌(α-methyl stylene, AMS) 및 중질(heavy) 부산물 등을 생성하고, 정제 공정을 통해 알파메틸 스타이렌(AMS) 및 중질 부산물은 배출시키고, 페놀 및 아세톤은 정제 분리한다.
상기와 같은 반응 공정을 통해 생성된 생성물 스트림은 페놀, 아세톤 및 다양한 부산물이 혼합된 상태로 존재하기 때문에, 생성물 스트림으로부터 페놀을 분리하기 위한 일련의 분리 공정이 필요하다.
상기 생성물 스트림은 별도의 분리 장치에 투입되어, 미반응 큐멘, 아세톤, 알파-메틸스티렌 및 하이드록시아세톤 등을 포함하는 아세톤계 혼합물은 분리 장치의 탑정에서 분리되고, 페놀과 일부의 알파-메틸스티렌, 2-메틸벤조퓨란 및 기타 부산물 등을 포함하는 페놀계 혼합물은 분리 장치의 탑저에서 분리된다.
상기 분리 장치의 탑저에서 분리된 페놀계 혼합물은 페놀 컬럼에 투입되어, 페놀은 페놀 컬럼의 탑정에서 분리되고, 디큐밀퍼옥사이드, 큐밀페놀, 알파-메틸스티렌 다이머 및 타르(tar) 등과 같은 페놀계 부산물은 상기 페놀 컬럼의 탑저에서 분리된다. 결과적으로, 페놀 제조 공정에서 발생되는 페놀계 부산물은 페놀, 큐멘 및 알파-메틸스티렌 등과 같은 일부 유효 성분과 타르를 포함할 수 있다.
또한, 상기 비스페놀 A 제조 공정은 앞서 기재한 혹 공정을 통해 제조된 페놀과 아세톤을 반응시켜 비스페놀 A를 제조하고, 상기 반응 생성물로부터 비스페놀 A를 회수하는 방법으로 수행될 수 있다. 구체적으로, 상기 비스페놀 A 제조 공정은, 큐멘의 산화 반응에 의해 제조된 큐멘하이드로퍼옥사이드를 분해 및 정제하여, 페놀 및 아세톤을 분리하는 단계; 상기 분리된 페놀 및 아세톤을 반응시켜 제조된 비스페놀 A를 분리하고, 분리되지 않은 비스페놀 A를 포함하는 스트림을 알칼리 수용액 하에서 분해하는 단계; 및 상기 분해 반응에 의한 반응 생성물, 페놀계 부산물 및 아세톤계 부산물을 분리하는 단계를 통해 수행될 수 있다.
상기 큐멘의 산화 반응에 의해 제조된 큐멘하이드로퍼옥사이드를 분해 및 정제하여, 페놀 및 아세톤을 분리하는 단계는, 큐멘 정제 공정과 페놀/아세톤 정제 공정을 이용하는 단계로서, 우선, 프로필렌(propylene) 및 벤젠(benzene)을 알킬화 반응시켜 큐멘을 제조한 후, 정제 공정을 통해 중질(heavy)/경질(light) 부산물은 배출시키고, 큐멘은 정제 분리한다. 이어서, 정제된 큐멘을 산화 반응시켜 큐멘하이드로퍼옥사이드(cumene hydro peroxide, CHP)를 제조한 후, 황산(H2SO4)등 통상의 산 촉매 하에서 상기 큐멘하이드로퍼옥사이드(CHP)를 분해 반응시켜, 페놀, 아세톤, 알파-메틸스티렌(α-methyl stylene, AMS) 및 중질(heavy) 부산물 등을 생성하고, 정제 공정을 통해 알파메틸 스타이렌(AMS) 및 중질 부산물은 배출시키고, 페놀 및 아세톤은 정제 분리한다.
상기 분리된 페놀 및 아세톤을 반응시켜 제조된 비스페놀 A를 분리하고, 분리되지 않은 비스페놀 A를 포함하는 스트림을 알칼리 수용액 하에서 분해하는 단계는, 비스페놀 A(bisphenol A, BPA) 정제 공정을 이용하는 단계로서, 우선, 상기 정제 분리된 페놀 및 아세톤을 반응시켜 비스페놀 A, 보다 정확하게는 조(crude) 비스페놀 A를 제조한 후, 결정화 공정을 거쳐 순도가 향상된 비스페놀 A가 제조된다. 이와 같이 제조된 비스페놀 A는 BPA 정제 공정을 거쳐 분리되고, 분리되지 않은 비스페놀 A를 포함하는 부산물은 NaOH, KOH 및 LiOH와 같은 염기의 성질을 가지는 과량의 알칼리 수용액 하에서 분해된다.
상기 분해 반응에 의한 반응 생성물, 페놀계 부산물 및 아세톤계 부산물을 분리하는 단계는, 상기 분해 반응이 완료된 스트림을 분리 장치에 공급하여 아세톤계 혼합물은 분리 장치의 탑정에서 분리되고, 반응 생성물은 분리 장치의 탑저에서 분리될 수 있다. 상기 반응 생성물은 비스페놀 A 페놀 컬럼에 투입되어, 비스페놀 A는 탑정에서 분리되고, 비스페놀 A, 페놀, 디큐밀퍼옥사이드, 큐밀페놀, 알파-메틸스티렌 다이머 및 타르(tar) 등과 같은 페놀계 부산물은 상기 탑저에서 분리된다. 이 때, 상기 페놀계 부산물에는 불순물인 타르 이외에도, 생성물인 비스페놀 A와, 큐멘 및 알파-메틸스티렌 등과 같은 유효 성분을 포함하고 있다.
결과적으로, 비스페놀 A 제조 공정에서 발생되는 페놀계 부산물은 비스페놀 A와, 페놀, 큐멘 및 알파-메틸스티렌 등과 같은 일부 유효 성분과 타르를 포함할 수 있다.
따라서, 상기 비스페놀 A 제조 공정에서 발생되는 페놀계 부산물과 페놀 제조 공정에서 발생하는 페놀계 부산물의 혼합물은 비스페놀 A, 페놀, 알파-메틸스티렌, 아세토페논, 큐밀 페놀 및 알파-메틸스티렌 다이머로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 구체적인 예로, 페놀계 부산물은 비스페놀 A, 페놀, 알파-메틸스티렌, 아세토페논, 큐밀 페놀 및 알파-메틸스티렌 다이머로 이루어진 군으로부터 선택된 2종 이상, 또는 이들 모두를 포함하는 것일 수 있다.
상기 페놀계 부산물은 비스페놀 A 제조 공정에서 발생하는 페놀계 부산물과 페놀 제조 공정에서 발생하는 페놀계 부산물을 1:2 내지 10의 유량비로 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 페놀계 부산물은 비스페놀 A 제조 공정에서 발생하는 페놀계 부산물과 페놀 제조 공정에서 발생하는 페놀계 부산물을 1:2 내지 10, 1:4 내지 10 또는 1:6 내지 10의 유량비로 포함할 수 있다. 이와 같이, 비스페놀 A 제조 공정에서 발생하는 페놀계 부산물 대비 페놀 제조 공정에서 발생하는 페놀계 부산물의 함량의 높은 페놀계 부산물을 분해하는 것이 분해 장치(300)에 부하를 방지하고, 공정에서의 에너지 사용량을 절감하는 측면에서 바람직할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 페놀 제조 공정 및 비스페놀 A 제조 공정은 앞서 기재한 큐멘하이드로퍼옥사이드의 산 분해 반응을 포함하여 실시될 수 있다. 이 때, 상기 큐멘하이드로퍼옥사이드의 산 분해 반응은 산을 포함하여 실시되므로, 산 분해 반응액은 산을 포함하고 있다. 따라서, 상기 산 분해 반응액으로부터 증류 등의 공정에 의해 페놀 및 아세톤을 수득하기 위해서는 상기 산 분해 반응액을 중화시키는 공정이 필요하다.
이에, 상기 산 분해 반응액을 분리하기에 앞서, 염기성 수용액 등에 의해 중화시키게 되는데, 이 때 중화된 산 분해 반응액 내에는, 산 분해 반응에 이용된 산과, 염기성 수용액 등의 염기 사이의 중화 반응에 따른 염(Salt)이 발생한다. 중화 공정에 의해 중화된 산 분해 반응액은 유상 및 수상으로 분리되고, 분리된 유상으로부터 페놀 및 아세톤을 수득하기 위한 분리 공정을 실시하게 되는데, 상기 염은, 수상에서 대부분 함께 제거되지만, 일부는 유상 내에 잔존하게 된다.
이러한 염은 본 발명에서 기재하는 페놀계 부산물 내에 잔존하게 된다. 이렇게 페놀계 부산물 내에 잔존하는 염은, 이후 페놀계 부산물로부터 유효 성분을 수득하기 위한 페놀계 부산물 분해 시, 분해 장치(300)의 부식, 폐색 및 퇴적 등을 일으켜 분해 장치(300)의 고장의 원인이 되는 문제가 있다. 따라서, 페놀계 부산물 분해 시, 페놀계 부산물 내의 염을 최소화하는 것이 중요하다.
이에, 페놀계 부산물 내의 염을 제거하기 위한 방법으로, 페놀계 부산물을 분해하기에 앞서, 상기 페놀계 부산물 스트림을 혼합 장치(100)에 공급하고, 상기 혼합 장치(100)에 별도로 공정수 스트림을 투입하여 상기 페놀계 부산물 내 잔존하는 염을 최소화할 수 있다.
상기 페놀계 부산물 스트림은 상술한 바와 같이, 비스페놀 A, 페놀, 알파-메틸스티렌, 아세토페논, 큐밀 페놀 및 알파-메틸스티렌 다이머로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다. 구체적인 예로, 상기 페놀계 부산물 스트림은 비스페놀 A, 페놀, 알파-메틸스티렌, 아세토페논, 큐밀 페놀 및 알파-메틸스티렌 다이머로 이루어진 군으로부터 선택된 2종 이상, 또는 이들 모두를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 공정수는, 페놀계 부산물 스트림 내의 염을 용해하여 제거하기 위한 것으로, 증류수 이외에도, 산성을 나타내는 수용액, 염기성을 나타내는 수용액 등 각종 수용액을 모두 포함하는 의미일 수 있다.
상기 공정수는 pH가 3.5 내지 7, 3.5 내지 5.5, 또는 3.5 내지 4.5일 수 있고, 이 범위 내에서 혼합 장치(100) 및 층분리 장치의 부식을 방지하면서도, 염의 용해도를 향상시키며, 층분리 장치 내에서 유상과 수상의 분리 시 상 분리 능력을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 상기 공정수는, 후술할 제1 층분리 장치(200)에서 배출되는 수상 스트림 및 제2 층분리 장치(400)에서 배출되는 수상 스트림을 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 공정수는 상기 제1 층분리 장치(200)에서 배출되는 수상 스트림 및 제2 층분리 장치(400)에서 배출되는 수상 스트림과 혼합되어 혼합 장치(100)로 공급되는 것일 수 있다. 이를 통해, 새로 투입되는 공정수의 양 및 폐수 발생량을 최소화할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 혼합 장치(100)는 페놀계 부산물 스트림 및 공정수 스트림을 혼합하기 위한 혼합기일 수 있다. 구체적인 예로, 상기 혼합기는 상기 페놀계 부산물 스트림 및 공정수 스트림의 혼합을 용이하게 실시하기 위해 라인 믹서(line mixer) 또는 스태틱 믹서(static mixer)를 구비한 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 혼합 장치(100)로 공곱되는 페놀계 부산물 스트림의 유량 대비 공정수 스트림의 유량비는 1:1 내지 1:3 또는 1:1 내지 1:2일 수 있다. 상기 페놀계 부산물 스트림 및 공정수 스트림의 유량비를 상기 범위로 제어함으로써, 페놀계 부산물 스트림 및 공정수 스트림의 혼합은 물론, 후술할 제1 층분리 장치(200)에서 유상 및 수상의 상 분리 능력이 향상되며, 염의 제거 효율이 향상되는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 혼합 장치(100)에서 배출되는 혼합 장치(100) 배출 스트림은 제1 층분리 장치(200)로 공급되고, 상기 제1 층분리 장치(200)에서 유상 및 수상으로 상 분리될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 층분리 장치(200)는 상기 혼합 장치(100) 배출 스트림 내 포함된 염을 제거하고, 분해 장치(300)에 투입하기 위해, 혼합 장치(100) 배출 스트림을 유상 및 수상으로 상 분리하는 것일 수 있다.
상기 제1 층분리 장치(200)에서 배출되는 유상 스트림은 페놀계 부산물 스트림으로부터 염이 제거된 스트림으로서, 분해 장치(300)의 공급 스트림으로 이용될 수 있고, 이를 공급 스트림으로 이용하는 분해 장치(300)는 공급 스트림 내 염의 함량이 최소화된 상태이기 때문에, 페놀계 부산물 분해 시, 분해 장치(300)의 부식, 폐색 및 퇴적 등을 방지할 수 있는 효과가 있다.
그러나, 상기 제1 층분리 장치(200)에서 유상 및 수상이 완벽히 분리되지 못하고, 상기 제1 층분리 장치(200)에서 배출되는 유상 스트림에는 공정수가 소량 포함되어 있을 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 층분리 장치(200)에서 배출되는 유상 스트림 내 포함된 공정수의 함량은 1 중량% 내지 5 중량%, 1 중량% 내지 4 중량% 또는 2 중량% 내지 3 중량%일 수 있다. 따라서, 상기 혼합 장치(100)에 제1 층분리 장치(200)에서 배출되는 유상 스트림으로 유출되는 공정수의 양만큼 추가적으로 공정수를 공급해 주어야 한다. 또한, 상기 제1 층분리 장치(200)에서 배출되는 유상 스트림으로 유출되는 공정수는 후단에서 추가적인 공정을 통해 유효 성분으로부터 분리하고, 이는 폐수로서 버려지게 된다. 이에 대해, 본 발명에서는 후술할 제2 층분리 장치(400)를 추가로 두어, 상기 제1 층분리 장치(200)에서 배출되는 유상 스트림으로 유출되는 공정수를 회수하고, 회수한 공정수를 혼합 장치(100)에 공급하여 재사용함으로써, 새로 투입되는 공정수의 양 및 폐수 발생량을 최소화할 수 있다.
또한, 상기 제1 층분리 장치(200)에서 배출되는 수상 스트림은 공정수 및 페놀계 부산물 내 잔존하는 염을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 페놀계 부산물 스트림으로부터 염을 제거하는 효과가 있다.
상기 제1 층분리 장치(200)에서 배출되는 수상 스트림의 일부 스트림은 상기 혼합 장치(100)로 공급되어 재사용할 수 있다. 또한, 상기 1 층분리 장치에서 배출되는 수상 스트림 중 혼합 장치(100)로 공급되지 않는 나머지 스트림은 염을 포함하는 폐수로서 배출될 수 있다.
상기 제1 층분리 장치(200)는 유상 및 수상을 상 분리하기 위한 드럼(drum)일 수 있다.
상기 제1 층분리 장치(200)에서 유상 및 수상을 상 분리하기 위해, 상기 혼합 장치(100) 배출 스트림을 제1 층분리 장치(200) 내에서 1 시간 내지 10 시간, 2 시간 내지 8 시간, 또는 3 시간 내지 5 시간 체류시키는 단계를 포함할 수 있다. 이와 같이, 상기 혼합 장치(100) 배출 스트림을 제1 층분리 장치(200) 내에서 체류시키는 경우, 상 분리가 보다 명확히 일어날 수 있고, 이에 따라, 페놀계 부산물로부터 염을 최대한 제거할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 층분리 장치(200)에서 배출되는 유상 스트림을 분해 장치(300)에 공급하여 분해하는 단계를 거칠 수 있다. 상기 분해 장치(300)에서 실시되는 분해는 열분해일 수 있고, 이를 실시하기 위한 분해 장치(300)는 열분해 장치(300)(thermal cracker)일 수 있다. 구체적인 예로, 상기 열분해 장치(300)는 반응기-증류탑 일체형 분리 장치일 수 있다.
상기 분해 장치(300)의 상부로부터 유효 성분을 분리하고, 하부로부터 타르를 포함하는 중질 물질을 효과적으로 분리하기 위하여 상기 분해 장치(300)는 260 ℃ 내지 370 ℃, 290 ℃ 내지 370 ℃ 또는 300 ℃ 내지 350 ℃의 온도 및 0.1 bar 내지 3 bar, 0.1 bar 내지 2 bar 또는 0.1 bar 내지 1.0 bar의 압력으로 운전될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 분해 장치(300)에서는 상부 배출 스트림으로부터 유효 성분을 분리할 수 있다. 구체적으로, 상기 분해 장치(300) 상부 배출 스트림은 유효 성분과 제1 층분리 장치(200)로부터 배출된 유상 스트림 내 포함된 공정수를 포함할 수 있다. 따라서, 상기 분해 장치(300) 상부 배출 스트림을 제2 층분리 장치(400)로 공급하고, 상기 제2 층분리 장치(400)에서 유상 및 수상으로 상 분리함으로써, 상기 제1 층분리 장치(200)로부터 배출된 유상 스트림 내 포함된 공정수를 회수하고, 유효 성분을 분리할 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 층분리 장치(400)에서 배출되는 수상 스트림은 상기 제1 층분리 장치(200)로부터 배출된 유상 스트림 내 포함된 공정수일 수 있고, 상기 제2 층분리 장치(400)에서 배출되는 유상은 유효 성분을 포함할 수 있다.
상기 분해 장치(300) 상부 배출 스트림은 응축기를 통과하면서 응축된 후, 제2 층분리 장치(400)로 공급될 수 있다. 이 때, 상기 제2 층분리 장치(400)는 별도의 드럼 또는 응축기의 워터 부트(Water boot)를 활용할 수 있다. 구체적으로, 물의 함량이 작은 경우 배수조(Sump) 역할을 하는 드럼의 워터 부트를 활용하여 유기물보다 비중이 큰 물을 수집하여 처리할 수 있다.
상기 제2 층분리 장치(400)에서 배출되는 수상 스트림은 혼합 장치(100)로 공급할 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 층분리 장치(400)에서 배출되는 수상 스트림은 전술한 바와 같이, 새로운 공정수 및 제1 층분리 장치(200)에서 배출되는 수상 스트림과 함께 혼합 장치(100)로 공급되어 재사용될 수 있다.
상기 제2 층분리 장치(400)에서 배출되는 유상 스트림은 유효 성분을 포함하는 스트림으로서, 일부 스트림은 분해 장치(300)로 환류되고, 나머지 스트림은 유효 성분으로서 분리하여 회수할 수 있다. 예를 들어, 상기 유효 성분은 비스페놀 A, 페놀, 알파-메틸스티렌 및 큐멘으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 분해 장치(300) 하부 배출 스트림은 타르(tar)를 포함하는 스트림으로서, 회수되어 연료 등으로 재사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 페놀계 부산물 분해방법에서는 필요한 경우, 증류 컬럼(미도시), 컨덴서(미도시), 리보일러(미도시), 밸브(미도시), 펌프(미도시), 분리기(미도시) 및 혼합기(미도시) 등의 장치를 추가적으로 더 설치할 수 있다.
이상, 본 발명에 따른 페놀계 부산물 분해방법을 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 페놀계 부산물 분해방법을 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 흐름도를 이용하여 페놀계 부산물을 분해하였다. 구체적으로, 하기 표 1에 기재된 조성의 페놀계 부산물 스트림과 pH 4의 공정수 스트림을 혼합 장치(100)에 공급하였다.
상기 혼합 장치(100)에 투입되는 페놀계 부산물 스트림:공정수 스트림의 유량비는 페놀계 부산물 스트림 1,000 kg/hr를 기준으로, 1:1.25로 제어하였다.
상기 혼합 장치(100) 배출 스트림은 제1 층분리 장치(200)로 공급하고, 3 시간 체류 후, 상기 제1 층부리 장치에서 배출되는 수상 스트림의 일부 스트림은 상기 혼합 장치(100)로 공급하고, 나머지 스트림은 분리하여 외부로 배출하였다. 또한, 상기 제1 층부리 장치에서 배출되는 유상 스트림은 분해 장치(300)로 공급하고, 상기 분해 장치(300) 상부 배출 스트림은 제2 층분리 장치(400)로 공급하여 유상 및 수상으로 분리하였다. 상기 제2 층분리 장치(400)에서 배출되는 수상 스트림은 상기 혼합 장치(100)로 공급하고, 상기 제2 층분리 장치(400)에서 배출되는 유상 스트림의 일부 스트림은 분해 장치(300)로 환류시키고, 나머지 스트림은 유효 성분으로서 수득하였다.
이 때, 상기 제1 층분리 장치(200)에서 배출되는 유상 스트림의 조성 및 유효성분의 조성을 표 2에 나타내었고, 상기 혼합 장치(100)에 새로 투입되는 공정수의 유량, 제2 층분리 장치(400)에서 배출되는 수상 스트림의 유량 및 폐수 배출량을 하기 표 3에 나타내었다.
구분 페놀계 부산물
페놀 (wt%) 4.85
알파-메틸스티렌 (wt%) 7.14
큐멘 (wt%) 0.00
아세토페논 (wt%) 11.60
이소프로필페놀 (wt%) 0.00
큐밀 페놀 (wt%) 15.32
알파-메틸스티렌 다이머 (wt%) 10.74
비스페놀 A (wt%) 11.56
기타 (wt%) 38.79
계 (wt%) 100.00
구분 제1 층분리 장치에서 배출되는 유상 유효 성분
페놀 (wt%) 4.71 28.22
알파-메틸스티렌 (wt%) 6.93 57.62
큐멘 (wt%) 0.00 8.69
아세토페논 (wt%) 11.26 0.11
큐밀 페놀 (wt%) 14.87 0.00
알파-메틸스티렌 다이머 (wt%) 10.43 0.00
비스페놀 A (wt%) 11.22 0.00
공정수 (wt%) 2.91 0.00
기타 (wt%) 37.66 5.36
계 (wt%) 100.00 100.00
구분 실시예 1
새로 투입되는 공정수 (kg/hr) 10
제2 층분리 장치에서 배출되는 수상 (kg/hr) 29
폐수 배출량 (kg/hr) 30
실시예 2
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하되, 상기 혼합 장치(100)에 투입되는 페놀계 부산물 스트림:공정수 스트림의 유량비를 1:0.25로 제어하였다.
그 결과, 상기 제1 층분리 장치(200)에서 배출되는 유상 스트림의 조성 및 유효성분의 조성을 표 4에 나타내었고, 상기 혼합 장치(100)에 새로 투입되는 공정수의 유량, 제2 층분리 장치(400)에서 배출되는 수상 스트림의 유량 및 폐수 배출량을 하기 표 5에 나타내었다.
구분 제1 층분리 장치에서 배출되는 유상 유효 성분
페놀 (wt%) 4.41 28.22
알파-메틸스티렌 (wt%) 6.49 57.62
큐멘 (wt%) 0.00 8.69
아세토페논 (wt%) 10.55 0.11
큐밀 페놀 (wt%) 13.93 0.00
알파-메틸스티렌 다이머 (wt%) 9.76 0.00
비스페놀 A (wt%) 10.51 0.00
공정수 (wt%) 9.09 0.00
기타 (wt%) 35.26 5.36
계 (wt%) 100.00 100.00
구분 실시예 2
새로 투입되는 공정수 (kg/hr) 10
제2 층분리 장치에서 배출되는 수상 (kg/hr) 91
폐수 배출량 (kg/hr) 10
비교예
비교예 1
도 2에 도시된 공정 흐름도를 이용하여 페놀계 부산물을 분해하였다. 구체적으로, 실시예 1과 동일하게 수행하되, 분해 장치(300) 상부 배출 스트림에 대해서, 제2 층분리 장치(400)를 거치지 않고 분리하였고, 후단에서 별도의 분리 장치를 이용하여 유효 성분 내 포함된 공정수를 분리하여 폐수로서 배출하였다.
그 결과, 상기 제1 층분리 장치(200)에서 배출되는 유상 스트림의 조성 및 유효성분의 조성을 표 6에 나타내었고, 상기 혼합 장치(100)에 새로 투입되는 공정수의 유량, 제2 층분리 장치(400)에서 배출되는 수상 스트림의 유량 및 폐수 배출량을 하기 표 7에 나타내었다.
구분 제1 층분리 장치에서 배출되는 유상 유효 성분
페놀 (wt%) 4.71 26.07
알파-메틸스티렌 (wt%) 6.93 53.23
큐멘 (wt%) 0.00 8.03
아세토페논 (wt%) 11.26 0.10
큐밀 페놀 (wt%) 14.87 0.00
알파-메틸스티렌 다이머 (wt%) 10.43 0.00
비스페놀 A (wt%) 11.22 0.00
공정수 (wt%) 2.91 7.62
기타 (wt%) 37.66 4.95
계 (wt%) 100.00 100.00
구분 비교예 1
새로 투입되는 공정수 (kg/hr) 39
제2 층분리 장치에서 배출되는 수상 (kg/hr) 0
폐수 배출량 (kg/hr) 39
상기 표 1 내지 7을 참조하면, 본 발명에 따른 실시예 1 및 2와 같이 페놀계 부산물 분해방법으로 페놀계 부산물을 분해함에 따라 유효 성분의 수득량이 높고, 새로 투입되는 공정수의 양이 적으며, 폐수 배출량이 적은 것을 확인할 수 있었다.
이와 비교하여, 비교예 1의 경우 제1 층분리 장치(400)를 구비하지 않고, 제1 층분리 장치(200)에서 배출되는 유상 스트림 내 포함된 공정수를 공정 후단에서 분리하여 폐수로서 배출하는 것으로서, 이로 인해 추가적인 폐수가 발생함과 동시에 추가적으로 혼합 장치(100)에 공급해야 하는 공정수의 양이 증가하여, 새로 투입되는 공정수의 양 및 폐수 배출량이 실시예와 비교하여 현저히 많은 것을 확인할 수 있었다.
100: 혼합 장치
200: 제1 층분리 장치
300: 분해 장치
400: 제2 층분리 장치

Claims (10)

  1. 페놀계 부산물 스트림 및 공정수 스트림을 혼합 장치에 투입하여 혼합하는 단계;
    상기 혼합 장치에서 배출되는 혼합 장치 배출 스트림을 제1 층분리 장치에 투입하여 유상 및 수상으로 상 분리하는 단계;
    상기 제1 층분리 장치에서 배출되는 유상 스트림을 분해 장치에 투입하여 분해하는 단계; 및
    상기 분해 장치 상부 배출 스트림을 제2 층분리 장치에 투입하여 유상 및 수상으로 상 분리하고, 상기 제2 층분리 장치에서 배출되는 수상 스트림을 혼합 장치로 공급하는 단계를 포함하는 페놀계 부산물 분해방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 페놀계 부산물은 페놀 제조 공정에서 발생하는 페놀계 부산물 및 비스페놀 A 제조 공정에서 발생되는 페놀계 부산물 중 어느 하나 이상을 포함하는 것인 페놀계 부산물 분해방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 페놀계 부산물은 비스페놀 A, 페놀, 알파-메틸스티렌, 아세토페논, 큐밀 페놀 및 알파-메틸스티렌 다이머로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것인 페놀계 부산물 분해방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 층분리 장치에서 배출되는 유상 스트림 내 포함된 공정수의 함량은 1 중량% 내지 5 중량%인 페놀계 부산물 분해방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 층분리 장치에서 배출되는 수상 스트림의 일부 스트림은 상기 혼합 장치로 공급하고, 나머지 스트림은 염을 포함하는 폐수로서 배출하는 것인 페놀계 부산물 분해방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 층분리 장치에서 배출되는 유상 스트림의 일부 스트림은 분해 장치로 공급하고, 나머지 스트림은 유효 성분으로서 분리하는 것인 페놀계 부산물 분해방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 유효 성분은 비스페놀 A, 페놀, 알파-메틸스티렌 및 큐멘으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것인 페놀계 부산물 분해방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 공정수는 스트림은 상기 제1 층분리 장치에서 배출되는 수상 스트림 및 제2 층분리 장치에서 배출되는 수상 스트림과 혼합되어 혼합 장치로 공급되는 것인 페놀계 부산물 분해방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 공정수는 pH가 3.5 내지 7인 페놀계 부산물 분해방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 분해 장치 하부 배출 스트림은 타르를 포함하는 것인 페놀계 부산물 분해방법.
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