KR100603875B1 - 아크릴산 또는 메타아크릴산 및 고비율의 비응축성 구성성분을 포함하는 고온 기체 혼합물의 분별 응축 방법 - Google Patents
아크릴산 또는 메타아크릴산 및 고비율의 비응축성 구성성분을 포함하는 고온 기체 혼합물의 분별 응축 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 아크릴산 또는 메타아크릴산 이외에 1종 이상의 다른 응축성 구성성분을 포함하며 또한 고비율의 1종 이상의 비응축성 구성성분을 갖는 기체 혼합물의 분별 응축 방법에 관한 것이다. 본 방법에 따라서 기체 혼합물은 분리 효율 장치가 있는 컬럼을 통과시키고 응축성 구성성분은 냉각에 의해 응축시킨다.
아크릴산, 메타아크릴산, 분별 응축, 고온 기체 혼합물
Description
본 발명은 2종 이상의 응축성 구성성분 및 고비율의 비응축성 구성성분을 포함하는 고온 기체 혼합물의 분별 응축 방법에 관한 것이다.
응축성 구성성분 이외에 고비율의 비응축성 구성성분을 포함하는 고온 기체 혼합물은 예를 들어 불균질 촉매하의 기체상 산화에 의한 아크릴산 또는 메타아크릴산의 제조로 형성된다. 여기에서는 예를 들어 프로펜이 고체 촉매 상에서 분자 산소와 200 내지 400 ℃에서 한단계 또는 두단계로 아크롤레인을 거쳐 반응한다(예를 들어, 독일 특허 공개 제1 962 431호, 동 제2 943 707호, 독일 특허 제1 205 502호, 독일 특허 공개 제0 257 565호, 유럽 특허 공개 제0 253 409호, 독일 특허 공개 제2 251 364호, 유럽 특허 공개 제0 117 146호, 영국 특허 공고 제1 450 986호 및 유럽 특허 공개 제0 293 224호 참조). 예를 들면 원소 몰리브덴, 비스무트 및 철(단계 Ⅰ중) 또는 몰리브덴 및 바나듐(단계 Ⅱ중)의 산화물을 기재로 한 다구성성분의 산화 촉매를 사용한다. 형성된 고온 반응 기체 혼합물은 "응축성" 아크릴산 또는 "응축성" 메타아크릴산 및 응축성 부산물 이외에 질소 또는 산소와 같은 고비율의 비응축성 구성성분을 포함한다.
아크릴산을 단리시키는 수많은 방법이 공지되어 있다. 예를 들면, 독일 특허 제2 136 396호에는 디페닐 에테르 약 75 중량% 및 비페닐 약 25 중량%의 혼합물을 사용하여 역류 흡수에 의해 촉매 기체상 산화 반응에서 수득된 반응 기체로부터 아크릴산을 단리시키는 방법이 개시되어 있다. 독일 특허 공개 제2 449 780호에는 역류 흡수전에 직접 응축기(켄칭 장치)중에서 용매의 부분 증발에 의해 고온 반응 기체를 냉각시키는 방법이 기재되어 있다. 상기 아크릴산 함유 반응 생성물의 고비점 용매 혼합물로의 흡수 방법 이외에, 다른 방법들은 아크릴산 및 또한 촉매 산화에서 형성된 반응수 전체의 응축을 고려하고 있다. 그 결과 공비제에 의한 증류(예를 들어, 독일 특허 제3 429 391호 및 일본 특허 공개 제1 124 766호 참조) 또는 추출 방법(예를 들어, 독일 특허 공개 제2 164 767호 및 일본 특허 공개 제5 81 40-039호 참조)에 의해 더 마무리처리할 수 있는 수성 아크릴산 용액이 얻어진다. 유럽 특허 공개 제0 551 111호에서는, 기체상 산화에 의해 제조된 아크릴산 함유 혼합물을 흡수탑중에서 물과 접촉시키고, 수득된 수성 용액을 물 또는 아세트산과 같은 극성 저비점 물질과 공비 혼합물을 형성하는 용매의 존재하에 증류시킨다. 또한, 독일 특허 제2 323 328호에는 유기 용매의 특별한 혼합물의 추출에 의해 수성 부탄올/아크릴산의 에스테르화 폐액으로부터 아크릴산을 단리하는 방법이 개시되어 있다. 여기에 기재된 방법의 단점은 추출 또는 흡수가 후속 진행 단계에서 고온 열응력에 의한 정류와 같은 방법으로 한번 더 분리시켜야 하는 유기 용매를 필요로 한다는 점이다.
본 발명의 목적은 아크릴산 또는 메타아크릴산을 제공하는 촉매 기체상 산화 반응에서 형성되고 고비율의 비응축성 구성성분을 포함하는 기체 혼합물을 분리하여 아크릴산 또는 메타아크릴산을 고순도로 얻으며, 매우 적은 진행 단계만을 요구하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명자들은 상기 목적을 아크릴산 또는 메타아크릴산 이외에 1종 이상의 또다른 응축성 구성성분 및 부가적으로 고비율의 1종 이상의 비응축성 구성성분을 포함하는 기체 혼합물의 분별 응축 방법에 의해 달성할 수 있다는 것을 알게 되었다. 본 발명의 신규 분별 응축 방법에서, 기체 혼합물은 분리용 내부 장치가 있는 컬럼을 통과시키고, 응축성 구성성분은 냉각에 의해 응축시킨다.
본 발명에 따라서, 아크릴산 또는 메타아크릴산의 제조 방법 또한 제공된다. 상기 방법은 아크릴산 또는 메타아크릴산 이외에 1종 이상의 부산물 및(또는) 1종 이상의 비전환 출발 물질을 또한 포함하는 조 생성물의 형성에 의한 C3-/C4-알칸, -알켄, -알칸올 및(또는) -알칸알 및(또는) 이들의 중간체의 촉매 기체상 산화를 기초로 한다. 본 신규 제조 방법에서, 기체상 조 생성물은 상기의 신규 분별 응축 방법에 의해 마무리처리된다.
바람직한 실시태양에서, 고온 기체 혼합물은 각각이 1종 이상의 구성성분을 포함하는 고비점 분획물, 중비점 분획물 및 저비점 분획물을 포함하는데, 이는 예를 들어 촉매 기체상 산화에 의한 아크릴산의 제조에서 형성된 고온 반응 생성물 기체 혼합물에 종종 있는 일이다. 더욱 바람직한 본 발명의 실시태양은 하기 기재 및 실시예에서 명백하다. 본 발명은 또한 고비율의 비응축성 구성성분을 포함하는 고온 기체 혼합물의 분별 응축을 위한 분리용 내부 장치가 있는 컬럼의 용도에 관한 것이다.
유일한 도면은 본 신규 방법을 수행하는데 바람직하게 사용되는 컬럼을 개략적으로 보여준다.
본 신규 방법에 사용될 수 있는 컬럼은 어떤 특별한 제한을 필요로 하는 것이 아니다. 원칙적으로는 분리용 내부 장치가 있는 모든 컬럼이 적합하다. 적합한 컬럼 내부 장치는 모든 통상의 내부 장치, 특히 단, 규칙 팩킹 및(또는) 불규칙 팩킹이다. 단 중에서는 기포단, 체단, 밸브단 및(또는) 이중흐름단이 바람직하다. 컬럼은 하나 이상의 냉각 장치를 포함한다. 응축 반응에서 유리된 열이 간접적으로(외부적으로) 제거되는 모든 열교환기가 상기 목적을 위해 적합하다. 모든 통상의 장치를 상기 목적을 위해 사용할 수 있고, 관다발 열교환기, 평판식 열교환기 및 공기 냉각기가 바람직하다. 예를 들어, 적합한 냉각 매질은 공기 냉각기의 경우에 공기이고, 다른 냉각기의 경우에는 냉각 액체, 특히 물이다. 오직 하나의 냉각기만이 제공된다면, 냉각기는 저비점 분획물이 응축되는 컬럼의 최상부에 설치된다. 당업계의 숙련가들은 응축 분획물 및 구성성분의 목적 순도에 따라 필요한 냉각 장치의 수를 쉽게 결정할 수 있으므로, 응축 구성성분의 순도는 설치된 컬럼의 분리 효율, 즉 컬럼의 높이 및 응축시키고자 하는 기체 혼합물을 통해 도입된 에너지에 의해 본질적으로 결정된다. 다수의 냉각 장치가 존재할 경우, 이들은 컬럼의 상이한 부분에 편리하게 설치된다. 예를 들어, 고비율의 비응축성 구성성분 이외에 고비점 분획물, 중비점 분획물 및 저비점 분획물을 포함하는 고온 기체 혼합물의 경우, 고비점 분획물 응축을 위해서는 컬럼의 하단부에 냉각 장치를 제공할 수 있고, 저비점 분획물 응축을 위해서는 컬럼의 최상부에 냉각 장치를 제공할 수 있다. 응축 분획물은 컬럼의 각 부분으로부터 측면 제거부(take-off)를 통해 제거된다. 고비점 분획물, 중비점 분획물 및 저비점 분획물중의 구성성분의 수에 따라 다수의 측면 제거부가 역시 각각의 경우에 존재할 수 있다. 이어서, 측면 제거부를 통해 제거된 분획물은 구성성분의 목적 순도에 따라 후속 정제 단계, 예를 들어 증류 또는 추출에 의한 분리 과정 또는 결정화를 수행할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시태양은, 1개의 고비점 제거부, 1개의 저비점 제거부 및 0, 1 또는 2개의 중비점 제거부가 제공된다. 컬럼에 존재하는 압력은 비응축성 구성성분의 양에 따르고, 바람직하게는 절대 압력 0.5 내지 5 bar, 특히 0.8 내지 3 bar이다. 컬럼의 정확한 조작 조건, 예를 들어 온도 및 압력, 냉각 장치(들)의 연결 및 배열, 목적 분획물 제거용 측면 제거부의 배열, 컬럼 높이 및 컬럼 직경의 선택, 컬럼의 분리용 내부 장치/단의 수 및 간격 또는 분리용 컬럼 내부 장치의 유형은 당업계의 숙련가가 분리 작업에 따른 통상적인 실험에 의해 결정할 수 있다.
사용할 수 있는 기체 혼합물은 2종 이상의 응축성 구성성분 및 고비율의 1종 이상의 비응축성 구성성분을 포함하는 모든 고온 기체 혼합물이고, 임의의 명백한 공비 혼합물의 형성을 나타내지 않는 것이다(즉, 공비 혼합물은 또한 공비 혼합물이 한 측면으로 멀리 이동할 경우 적합함). 본 발명에 따라, "응축성 구성성분"이라는 용어는 비점이 대기압(1 bar)하에 -40 ℃ 이상, 바람직하게는 대기압(1 bar) 하에 -30 ℃ 이상, 특히 대기압(1 bar)하에 -20 ℃ 이상인 모든 구성성분 또는 화합물을 포함한다. 유리하게는, 응축하고자 하는 고온 기체 혼합물의 온도는 20 내지 450 ℃, 특히 100 내지 350 ℃, 가장 바람직하게는 150 내지 300 ℃이다. 비응축성 구성성분 또는 구성성분의 비율은 유리하게는 각 경우에 고온 기체 혼합물 100 중량%를 기준으로 20 내지 100 중량%, 특히 50 내지 95 중량%, 가장 바람직하게는 70 내지 90 중량%이다. 본 발명의 바람직한 실시태양에서 기체 혼합물은 비응축성 구성성분 또는 구성성분들 이외에 각각이 1종 이상의 구성성분을 포함하는 고비점 분획물, 중비점 분획물 및 저비점 분획물을 포함한다. 본원에서 고비점 분획물 및 저비점 분획물이라는 용어는 중비점 분획물에 나타나는 목적 생성물을 기초로 하여 각각 중비점 분획물보다 더 높거나 더 낮은 비점 또는 비등 범위를 갖는 분획물을 의미하는데, 상기 분획물은 중비점 분획물의 비등 범위/비점으로부터 5 내지 10 ℃ 이상으로 차이가 난다.
바람직한 실시태양에서, 고온 기체 혼합물은 응축전에 직접 또는 간접적으로(외부적으로) 냉각시킨다. 이는 예를 들어 기체 냉각기에 의한 간접 냉각 및 고비점 냉동 보조제, 예를 들어 고비점 탄화수소 또는 바람직하게는 기체 혼합물로부터 응축된 고비점 분획물에 의한 직접 냉각으로 수행할 수 있다. 그러나, 보조제의 경우 단점은 한번 더 마무리처리하여야 한다는 점이다. 장치에 있어서, 냉각은 별도 장치, 예를 들어, 기체 냉각기, 켄칭 또는 플래시 용기중에서 컬럼과는 별도로 수행할 수 있거나, 또는 (컬럼 내부 장치가 있거나 또는 없는) 컬럼의 기저부에서 통합하여 수행할 수 있다. 냉각하는 동안, 고온 기체 혼합물은 각 경 우의 가장 고비점 구성성분의 비점 아래인 50 내지 300 ℃, 특히 70 내지 200 ℃로 냉각시킨다.
특히 적합한 고온 기체 혼합물은 공지된 방법에 의해 아크릴산 또는 메타아크릴산을 제공하는 C3- 또는 C4-알칸, -알켄, -알칸올 및(또는) -알칸알 및(또는) 이들의 중간체의 촉매 기체상 산화 반응에서 형성된 반응 기체 혼합물이다. 프로펜, 프로판, 아크롤레인, tert-부탄올, 이소부텐, 이소부탄, 이소부티르알데히드, 메타아크롤레인, 이소부티르산 또는 메틸 tert-부틸 에테르가 특히 유리하게 사용된다. 그러나, 다른 적합한 출발 화합물은 실제 C3-/C4-출발 화합물이 기체상 산화 반응 그 자체동안 중간체로 형성되는 것이다. 그 예는 메타아크릴산의 제조를 위한 이소부티르산 또는 메틸 tert-부틸 에테르이다. 그러므로, 아크릴산 또는 메타아크릴산을 제공하는 C3- 또는 C4-알칸, -알켄, -알칸올 및(또는) -알칸알 및(또는) 이들의 중간체의 촉매 기체상 산화로부터의 기체 혼합물은 바람직하게는 응축을 위한 조 생성물로서 존재한다. 아크릴산 및 메타아크릴산은 둘다 각각 프로판 및 이소부탄으로부터 직접 제조할 수 있다. 프로판이 출발 물질로 사용될 경우 공지된 방법, 촉매 산화적 탈수소 반응(예를 들어, 미국 특허 공개 제5 510 558호에 따름), 균일 산화적 탈수소 반응(예를 들어, 중국 특허 공개 제1 105 352호에 따름) 또는 촉매 탈수소 반응(예를 들어, 유럽 특허 공개 제0 253 409호에 따름)에 의해 프로펜/프로판 혼합물로 전환시킬 수 있다. 적합한 프로펜/프로판 혼합물은 또한 정류기 프로펜(프로펜 70% 및 프로판 30%) 및 분해기(cracker) 프로펜(프로펜 95% 및 프로판 5%)이다. 프로펜/프로판 혼합물을 아크릴산의 제조를 위해 사용할 경우, 프로판은 희석제 기체 및(또는) 반응물로서 작용한다. 프로판의 경우에서와 마찬가지로, 이소부탄도 역시 생성물로서 작용할 수 있고, 이들 둘다는 예를 들어 유럽 특허 공고 제0 608 838호에 따라 아크릴산 또는 메타아크릴산으로 직접 전환될 수 있다. 아크릴산 또는 메타아크릴산의 제조에서는, 일반적으로 출발 기체를 질소, CO2, 포화 C1-C6-탄화수소 및(또는) 증기와 같은 불활성 기체로 희석하고, 승온(일반적으로 200 내지 450 ℃), 및 필요하다면 초대기압에서 전이 금속 혼합된 산화물 촉매(예를 들어, Mo, V, W 및(또는) Fe 포함)상에서 산소와의 혼합물로서 통과시키고, 아크릴산 또는 메타아크릴산으로 산화시킨다(예를 들어, 독일 특허 공개 제4 405 059호, 유럽 특허 공개 제0 253 409호, 동 제0 092 097호 및 독일 특허 공개 제4 431 949호 참조). 이러한 반응들은 예를 들어 하나 이상의 단계로 수행된다. 메타아크릴산의 제조에 특히 적합한 방법은 특히 메타아크롤레인이 tert-부탄올, 이소부탄 또는 이소부텐의 기체상 촉매 산화 반응에 의해서, 또는 유럽 특허 공고 제0 092 097호 및 동 제0 058 927호에 따라 프로피온알데히드와 포름알데히드의 반응에 의해서 제조된다면, 메타아크롤레인으로부터 출발하는 방법이다. 목적 산 이외에 얻어진 반응 기체 혼합물은 부산물, 예를 들면 비전환 아크롤레인 또는 메타아크롤레인 및(또는) 프로펜 및(또는) 이소부텐, 증기, 일산화탄소, 이산화탄소, 질소, 산소, 아세트산, 프로피온산, 포름알데히드, 또다른 알데히드 및 말레산 무수물을 포함한다. 일반적으로 반응 기체 혼합물은 각 경우 전체 반응 기체 혼합 물을 기준으로 아크릴산 또는 메타아크릴산 1 내지 30 중량%, 프로펜 또는 이소부텐 0.05 내지 1 중량% 및 아크롤레인 또는 메타아크롤레인 0.05 내지 1 중량%, 산소 0.05 내지 10 중량%, 아세트산 0.05 내지 2 중량%, 프로피온산 0.01 내지 2 중량%, 포름알데히드 0.05 내지 1 중량%, 알데히드 0.05 내지 2 중량%, 말레산 무수물 0.01 내지 0.5 중량% 및 불활성 희석 기체 20 내지 98 중량%, 바람직하게는 50 내지 90 중량%를 포함한다. 특히, 각 경우 희석 기체 100 중량%를 기준으로, 증기 1 내지 30 중량%, 탄소 산화물 0.05 내지 15 중량%, 질소 0 내지 90 중량% 이외에 메탄 및(또는) 프로판 0 내지 90 중량%와 같은 포화 C1-C6-탄화수소가 불활성 희석 기체로서 존재한다. 상기 기체 혼합물은 중비점 분획물로서 응축되는 목적 구성성분인 아크릴산 또는 메타아크릴산 이외에 고비점 및 저비점 물질 범위의 또다른 화합물을 포함한다. 따라서, 하나는 컬럼 하단상의 고비점 구성성분 응축용이고, 다른 하나는 컬럼 상단상의 저비점 분획물 응축용인 2개의 냉각기를 컬럼에 제공하여 분별 응축을 편리하게 수행한다.
유리하게는, 본 방법은 고비점 분획물, 중비점 분획물, 저비점 분획물 및 비응축성 구성성분(들)의 존재하에서 수행되고, 도면에 도시되고 하기에 기재된 것과 같이, 컬럼을 상이한 공정 공학적 문제점을 해결하는 다양한 구획으로 나누는 것이 가능하다. 본원에서 도면의 참조 기호들은 컬럼 개개의 구획(I.a 내지 I.f), 또는 컬럼의 개별 구획/장치(I.a), 공급 라인 및 배출 라인(1 - 11) 및 냉각 순환기 Ⅱ 및 Ⅲ에 관한 것이다.
I.a 기저부:
고온 기체 혼합물의 냉각
기저부에서는 고온 기체 혼합물이 통과되고 냉각된다. 이는 예를 들어 열 교환기에 의한 간접 냉각에 의해, 또는 냉각 매질로서 컬럼의 후속 구획에서 응축되는 고비점 분획물에 의한 직접 냉각에 의해 수행될 수 있다. 컬럼의 기저부에서 수행하는 대신에, 도면에 도시된 바와 같이 컬럼과 별도로 개별 장치 I.a에서 유사하게 냉각시킬 수 있다. 이러한 경우, 라인 1로부터의 응축시키고자 하는 고온 기체 혼합물을 켄칭기 또는 예비켄칭기 I.a에서 냉각하고, 라인 2를 통해 컬럼의 기저부 I.a로 공급한다. 고온 기체 혼합물 냉각용 냉각 매질(응축된 고비점 분획물)은 라인 3을 통해 켄칭기 또는 예비켄칭기로 재순환된다.
냉각을 고비점 보조제 또는 구획 I.b로부터의 고비점 분획물을 이용하여 수행한다면, 증기의 일부, 일반적으로 측면 제거부중의 응축물 100 중량%를 기준으로 1 중량% 이하를 이 공정에서 제거할 수 있다.
I.b 냉각 순환기 Ⅱ:
고비점 분획물의 응축
컬럼 구획 I.b에서는 예를 들어 냉각제로서의 물이 있는 열 교환기에 의해, 라인 4를 통해 컬럼으로부터 응축된 고비점 분획물을 제거하고, 상기 분획물을 냉각시키고, 냉각되고 응축된 고비점 분획물의 일부를 라인 5를 통해 컬럼으로 재순환시키고, 한편 측면 제거부중의 응축물 100 중량%를 기준으로 일반적으로 1 중량% 이하인 다른 부분은 라인 6를 통해 제거함으로써 냉각 순환기 Ⅱ를 통해 응축열을 외부적으로 제거한다. 재순환되고 응축된 고비점 분획물은 상승 기체에 역류로 공급한다. 분리 작업에 따라, 컬럼 구획 I.a 및 I.b, 즉 반응 기체의 냉각 및 고비점 분획물의 응축을 병합하는 것(도시되지 않음) 역시 장치면에서 가능하며, 그러므로 상기 방법은 동시에 수행된다. 외부 냉각 순환기 Ⅱ 대신에, 고비점 보조제가 냉각을 위해 주입된 직접 냉각기(도시되지 않음)를 제공하고, 한번 더 순환시키거나 외부적으로 마무리처리하는 것 또한 가능하다.
I.c 냉각 순환기 Ⅱ 
측면 제거부:
고비점 물질 농축
컬럼 구획 I.b(냉각 순환기 Ⅱ)와 I.d(측면 제거부) 사이의 컬럼 구획 I.c에서는, 상승 방향의 역류로 공급된 기체 스트림으로부터 고비점 분획물의 증류 농축 및 응축을 냉각 순환기 Ⅱ쪽으로 수행한다.
I.d 측면 제거부:
중비점 분획물의 제거
아크릴산 또는 메타아크릴산과 같은 목적 구성성분은 컬럼 구획 I.d의 측면 제거부 7을 통해 제거한다. 한 단계 농축의 제한된 경우에서, 중비점 분획물은 측면 제거부 7의 구획에서 상승 방향의 역류로 공급된 기체 혼합물로부터 응축된다.
I.e 측면 제거부 
냉각 순환기 Ⅲ:
중비점 물질 농축
컬럼 구획 I.d(측면 제거부 7)와 I.f(냉각 순환기 Ⅲ) 사이의 컬럼 구획 I.e에서는, 기체 혼합물중 상승 방향으로 공급된 기체 스트림으로부터의 중비점 분획 물의 증류 농축이 수행되는데, 측면 제거부(I.d 구획)을 향해 농축된다. 장치면에서 컬럼 구획 I.d 및 I.e를 병합하여 하나의 구획을 제공하는 것(도시되지 않음) 또한 가능하다. 이러한 경우, 컬럼으로부터 액체를 제거하기 위하여 수거단이 컬럼 구획 I.d에 편리하게 설치된다.
I.f 냉각 순환기 Ⅲ:
저비점 분획물의 농축
상승 방향의 역류로 공급된 기체 스트림으로부터의 저비점 분획물의 응축은 외부 냉각 순환기 Ⅲ의 컬럼 구획 I.f에서 수행된다. 냉각 순환기 Ⅱ와 유사하게, 예를 들어 냉각제로서의 물이 있는 열 교환기에 의해, 라인 8을 통해 응축된 저비점 분획물을 제거하고, 상기 분획물을 냉각시키고, 냉각되고 응축된 저비점 분획물의 일부를 라인 9를 통해 컬럼으로 재순환시키고, 한편 다른 부분은 라인 10을 통해 제거함으로써 냉각 순환기 Ⅲ을 통해 응축열을 외부적으로 제거한다. 응축되지 않은 기체는 라인 11을 통해서 컬럼의 최상부에서 제거하며, 필요하다면 증기관중 후속 응축을 피하기 위해서 기체 스트림을 과열하는 것 역시 가능하다.
도면에 개략적으로 도시된 컬럼은 아크릴산 또는 메타아크릴산을 제공하는 촉매 기체상 산화에서 형성된 바와 같은 상기 언급된 반응 기체 혼합물의 분별 응축에 특히 적합하다. 이러한 경우에, 안정제, 특히 페노티아진 또는 유럽 특허 공개 제0 765 856호에 개시되어 있는 또다른 안정제는 컬럼의 중합 반응을 피하기 위하여 당업계의 숙련가들에 의해 쉽게 결정될 수 있는 하나 이상의 점에서 컬럼에 가하는 것이 유리하다. 목적 생성물인 아크릴산 또는 메타아크릴산은 각 경우 측 면 제거부에서 제거된 응축물을 기준으로 95 중량% 이상, 특히 97 중량% 이상의 고순도로 측면 제거부 7을 통해 컬럼으로부터 제거된다. 바람직하게는 질소, 일산화탄소, 이산화탄소, 산소, 메탄, 프로판 및 프로펜인 비응축성 구성성분은 라인 11을 통해 컬럼의 최상부에서 제거된다. 구획 I.b에서 응축되고 말레산 무수물, 벤조산, 페노티아진 또는 유럽 특허 공개 제0 765 856호에 개시된 또다른 안정제와 같은 안정제, 단량성 및 올리고머성 아크릴산을 주로 포함하는 고비점 분획물은 라인 6을 통하여 제거되며, 한편 물, 아세트산 및 포름알데히드를 주로 포함하는 응축 저비점 분획물도 라인 10을 통해서 제거된다.
흡수제 또는 추출제의 사용을 요구하는 아크릴산을 단리하기 위한 지금까지의 방법과는 달리, 본 발명에 따라서는 촉매 기체상 산화로부터의 고온 반응 기체를 기저부로부터 흡수 컬럼에 통과시키고, 외부 흡수제를 역류로 통과시키지 않고 상기 기체를 상승시킴으로써 아크릴산 또는 메타아크릴산을 고순도로 단리할 수 있다. 상승 기체를 냉각시키고, 응축성 구성성분을 응축하여 소위 하강 "내부 흡수제"를 형성한다. 본 신규 방법은 이로 인해 외부 흡수제 또는 추출제없이 고순도로 아크릴산 또는 메타아크릴산의 단리를 가능하게 한다. 또한, 촉매 기체상 산화로부터의 고온 반응 기체에 포함된 열 에너지의 최적 이용을 가능하게 한다. 또한, 최상부를 통해서 제거된 비응축성 구성성분을 아크릴산 또는 메타아크릴산의 제조를 위한 단계에서 희석 기체 또는 순환 기체로 재활용할 수 있다.
본 신규 방법은 오직 하나의 반응 단계로 고온 기체 혼합물을 응축성 부분 및 비응축성 부분으로 분리하는 것 뿐만 아니라, 동시에 응축성 부분을 다양한 비 점 또는 비등 범위에서 비등하는 분획물 및 이에 따른 고순도의 다양한 구성성분으로 분리하는 것 또한 가능하게 한다. 상기 기술한 바와 같이, 응축된 구성성분은 소위 하강 "내부 흡수제"를 형성하고, 이러한 이유로 본 신규 방법을 간략화된 용어로 정류 및 흡수의 유리한 병합이라 간주할 수 있다. 이러한 고순도의 구성성분이 보조제 사용없이도 가능하다는 것은 특히 놀라운 점이다. 본 신규 방법은 고온 기체 혼합물을 형성하는 반응으로부터 기체 혼합물의 열에너지를 최적으로 이용한다. 본 신규 방법은 비응축성 구성성분이 고비율로 존재한다는 점에서 통상의 증류, 정류 및 응축 방법과 다르다. 일반적으로, 비응축성 구성성분의 비율은 상기 언급된 통상의 방법에서는 5% 미만이다. 이로 인해 본 신규 방법은 특히 고비율의 비응축성 구성성분을 포함하는 고온 기체 혼합물을 응축성 구성성분으로 한단계 반응으로 경제적으로 분리 가능하게 한다. 목적 구성성분을 고순도로 수득할 수 있는 것이 특히 유리한 점이다.
이하, 본 발명을 본 발명의 바람직한 실시태양을 나타내는 실시예를 참고로 하여 설명한다.
하기의 조성(표 1) 및 270 ℃의 온도를 갖는 혼합물을 아크릴 산으로의 기체상 촉매 산화 반응으로부터 수득하였다:
| 구성성분 | 농도(중량%) |
| 물 | 4.4 |
| 포름알데히드 | 0.2 |
| 아세트산 | 0.4 |
| 아크릴산 | 10.1 |
| 말레산 무수물 | 0.07 |
| 벤조산 | 0.02 |
| 아크롤레인 | 0.1 |
| 프탈산 무수물 | 0.01 |
| 프로피온산 | 0.002 |
| 말레산 | 0.0 |
| 알릴 아크릴레이트 | 0.001 |
| 벤즈알데히드 | 0.001 |
| 푸르푸랄 | 0.001 |
| 페노티아진 | 0.0 |
| 질소 | 잔량(76.545) |
| 산소 | 3.6 |
| 일산화탄소 | 0.75 |
| 이산화탄소 | 2.6 |
| 프로펜 | 0.5 |
| 프로판 | 0.7 |
혼합물(3040 ｇ/h)을 개략적으로 도면에 도시된 컬럼과 본질적으로 동일하게 형성된 컬럼에 하단으로부터 도입하였다. 기포단이 있는 컬럼을 사용하였다. 컬럼은 높이 2.6 m 및 직경 8 ㎝이었다. 단의 수는 27이었다. 컬럼의 기저부에서의 온도는 120 ℃였다. 응축열을 열교환기 및 제1단 및 제27단을 통해 제거하였다. 페노티아진을 안정제로서 컬럼의 최상부에 연속적으로 가하였다.
표 2에 기재된 조성을 갖는 고비점 분획물 1 ｇ/h을 120 ℃에서 측면 제거부를 통해 컬럼의 기저부로부터 제거하였다:
| 구성성분 | 농도(중량%) |
| 물 | 0.6 |
| 포름알데히드 | 0.002 |
| 아세트산 | 0.403 |
| 아크릴산 | 40 |
| 말레산 무수물 | 0.9 |
| 벤조산 | 9.0 |
| 아크롤레인 | 0.006 |
| 프탈산 무수물 | 3.6 |
| 프로피온산 | 0.008 |
| 말레산 | 0 |
| 알릴 아크릴레이트 | 0.002 |
| 벤즈알데히드 | 0.006 |
| 푸르푸랄 | 0.009 |
| 페노티아진 | 잔량(45.464) |
| 질소 | 0 |
| 산소 | 0 |
| 일산화탄소 | 0 |
| 이산화탄소 | 0 |
| 프로펜 | 0 |
| 프로판 | 0 |
하기(표 3)의 중비점 분획물 350 ｇ/h을 93 ℃에서 측면 제거부를 통해 컬럼의 제3단으로부터 제거하였다:
| 구성성분 | 농도(중량%) |
| 물 | 1.1 |
| 포름알데히드 | 0.004 |
| 아세트산 | 1.0 |
| 아크릴산 | 잔량(96.914) |
| 말레산 무수물 | 0.6 |
| 벤조산 | 0.2 |
| 아크롤레인 | 0.008 |
| 프탈산 무수물 | 0.1 |
| 프로피온산 | 0.02 |
| 말레산 | 0 |
| 알릴 아크릴레이트 | 0.01 |
| 벤즈알데히드 | 0.004 |
| 푸르푸랄 | 0.01 |
| 페노티아진 | 0.03 |
| 질소 | 0 |
| 산소 | 0 |
| 일산화탄소 | 0 |
| 이산화탄소 | 0 |
| 프로펜 | 0 |
| 프로판 | 0 |
하기(표 4)의 저비점 분획물 90 ｇ/h을 34 ℃에서 컬럼의 제27단으로부터 제 거하였다:
| 구성성분 | 농도(중량%) |
| 물 | 잔량(87.69) |
| 포름알데히드 | 0.08 |
| 아세트산 | 8.2 |
| 아크릴산 | 4.0 |
| 말레산 무수물 | 0 |
| 벤조산 | 0 |
| 아크롤레인 | 0.03 |
| 프탈산 무수물 | 0 |
| 프로피온산 | 0 |
| 말레산 | 0 |
| 알릴 아크릴레이트 | 0 |
| 벤즈알데히드 | 0 |
| 푸르푸랄 | 0 |
| 페노티아진 | 0 |
| 질소 | 0 |
| 산소 | 0 |
| 일산화탄소 | 0 |
| 이산화탄소 | 0 |
| 프로펜 | 0 |
| 프로판 | 0 |
비응축성 구성성분(배출 기체)을 최상부를 통해서 제거하였다. 2640 ｇ/h 및 25 ℃에서, 이들의 구성성분은 하기와 같다:
| 구성성분 | 농도(중량%) |
| 물 | 2.0 |
| 포름알데히드 | 0.2 |
| 아세트산 | 0.09 |
| 아크릴산 | 0.03 |
| 말레산 무수물 | 0 |
| 벤조산 | 0 |
| 아크롤레인 | 0.1 |
| 프탈산 무수물 | 0 |
| 프로피온산 | 0 |
| 말레산 | 0 |
| 알릴 아크릴레이트 | 0 |
| 벤즈알데히드 | 0 |
| 푸르푸랄 | 0 |
| 페노티아진 | 0 |
| 질소 | 잔량(88.18) |
| 산소 | 4.1 |
| 일산화탄소 | 0.9 |
| 이산화탄소 | 3.0 |
| 프로펜 | 0.6 |
| 프로판 | 0.8 |
표 3을 다른 표와 비교한 것으로부터 명백한 바와 같이, 고순도의 아크릴산 및 또다른 구성성분의 양호한 분리는 응축을 위한 컬럼의 사용에 의해 수득된다.
Claims (10)
- 아크릴산 또는 메타아크릴산 이외에 1종 이상의 또다른 응축성 구성성분 및 부가적으로 고비율의 1종 이상의 비응축성 구성성분을 포함하는 기체 혼합물을 분별 응축용의 분리용 내부 장치가 있는 컬럼을 통과시켜 응축성 구성성분을 냉각에 의해 응축시키며, 상기 응축성 구성성분이 고비점 분획물(들), 중비점 분획물(들) 및 저비점 분획물(들)로 응축되고, 이때 목적 생성물인 아크릴산 또는 메타아크릴산이 상기 중비점 분획물(들)에서 나타나는 것을 포함하는, 기체 혼합물의 분별 응축 방법.
- 제1항에 있어서, 기체 혼합물이 아크릴산 또는 메타아크릴산을 제공하는 C3-/C4-알칸, -알켄, -알칸올 및(또는) -알칸알 및(또는) 이들의 중간체의 촉매 기체상 산화 반응의 조 생성물로서 존재하는 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 고온 기체 혼합물을 응축전에 냉각하는 방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 고비점, 중비점 및 저비점 분획물이 각각 1종 이상의 구성성분을 포함하는 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 기체 혼합물 100 중량%를 기준으로 비응축성 구성성분 20 내지 100 중량%를 포함하는 고온 기체 혼합물을 응축하는 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 100 내지 350 ℃의 고온 기체 혼합물을 응축하는 방법.
- 제3항에 있어서, 하나 이상의 냉각 장치가 있는 컬럼을 사용하는 방법.
- 제1항에 있어서, 사용된 분리용 컬럼 내부 장치가 규칙 팩킹, 불규칙 팩킹 및(또는) 단인 방법.
- 기체상 조 생성물을 제1항의 방법에 의해 응축시키는 것을 포함하는, 아크릴산 또는 메타아크릴산 이외에 1종 이상의 부산물 및(또는) 1종 이상의 비전환 출발 물질을 또한 포함하는 조 생성물의 형성에 의한 C3-/C4-알칸, -알켄, -알칸올 및(또는) -알칸알 및(또는) 이들의 중간체의 촉매 기체상 산화 반응에 의해 아크릴산 또는 메타아크릴산을 제조하는 방법.
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