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WO2015026161A1 - 이소프로필 알코올의 정제 방법 - Google Patents

이소프로필 알코올의 정제 방법 Download PDF

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Publication number
WO2015026161A1
WO2015026161A1 PCT/KR2014/007737 KR2014007737W WO2015026161A1 WO 2015026161 A1 WO2015026161 A1 WO 2015026161A1 KR 2014007737 W KR2014007737 W KR 2014007737W WO 2015026161 A1 WO2015026161 A1 WO 2015026161A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
distillation column
ppm
dividing wall
feed
isopropyl alcohol
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/KR2014/007737
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
박종서
이성규
신준호
이종구
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LG Chem Ltd
Original Assignee
LG Chem Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LG Chem Ltd filed Critical LG Chem Ltd
Priority to CN201480046460.6A priority Critical patent/CN105473538B/zh
Priority to US14/912,731 priority patent/US20160200650A1/en
Priority to JP2016536032A priority patent/JP6300050B2/ja
Priority claimed from KR1020140108603A external-priority patent/KR101662896B1/ko
Publication of WO2015026161A1 publication Critical patent/WO2015026161A1/ko
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07B—GENERAL METHODS OF ORGANIC CHEMISTRY; APPARATUS THEREFOR
    • C07B63/00—Purification; Separation; Stabilisation; Use of additives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C29/00—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring
    • C07C29/74—Separation; Purification; Use of additives, e.g. for stabilisation
    • C07C29/76—Separation; Purification; Use of additives, e.g. for stabilisation by physical treatment
    • C07C29/80—Separation; Purification; Use of additives, e.g. for stabilisation by physical treatment by distillation

Definitions

  • the present application relates to a method and apparatus for purifying isopropyl alcohol.
  • Isopropyl alcohol (hereinafter, referred to as "IPA") is used in various applications including applications such as cleaning agents in the electronic industry, such as semiconductor and liquid crystal display (LCD) manufacture, for example.
  • IPA can be produced using, for example, propylene or acetone as a raw material.
  • IPA reactants containing a large amount of water are obtained in the preparation of IPA, which forms an azeotrope containing water together. That is, the boiling point of water at about 100 °C and the IPA of about 82.5 °C to form azeotropy of IPA 87.9 wt% at an azeotropic temperature of 80.4 °C, thus removing the water from the feed efficiently high-purity IPA It is required to manufacture and a lot of energy is consumed to remove the water by simple distillation process.
  • a distillation method of adding an azotropic agent which is a substance for extracting or forming an azeotrope, is known.
  • the present application provides a method and apparatus for purifying IPA.
  • the present application relates to a method for purifying IPA.
  • water is removed via a step of supplying a feed to the dewatering means D to remove water as described with reference to FIG. 1 (hereinafter referred to as a "dehydration step") and the dewatering means D. It may include a step (hereinafter referred to as "refining process") of introducing the purified feed into the purification means (P) and purification.
  • the purification method of the present application during the IPA purification process using the dehydration means (D) and the dividing wall distillation column 200, it is possible to derive the optimum operating conditions of the dividing wall distillation column to minimize the water content in the IPA product In this way, not only can the IPA be purified with high purity, but also the purification is carried out through one dividing wall distillation column, so that the efficiency is higher than in the case of using the purification means P connected with two general distillation columns. IPA can be purified.
  • the term "removing water” does not mean removing 100% of the water contained in the feed, and the feed is supplied to the dehydration means (D), and the water is removed or subjected to a purification process. In other words, it means that the content of IPA is made rich.
  • the term “rich stream” means the content of IPA contained in the flow via the dehydration means (D) or the purification means (P) rather than the content of IPA contained in the feed before being supplied to the dehydration means (D).
  • This higher flow means, for example, the content of IPA contained in the flow via the dehydration means (D) or the purification means (P) has a content of 50% by weight or more, 80% by weight or more, 90% by weight. It may mean a flow of at least 95% by weight or more than 99% by weight.
  • the feed supplied to the dewatering means D in the dewatering process may include IPA and water.
  • the water content of the feed ie the content of water in the feed, may be up to 5,000 ppm, for example up to 3,000 ppm, up to 2,500 ppm or up to 2,200 ppm.
  • the lower limit of the water content in the feed may be, for example, 1,200 ppm.
  • the water content in the feed acts as a very important factor in the efficiency of the method, and thus the water content of the feed needs to be adjusted within the above range.
  • the feed contains IPA and water, and the specific composition is not particularly limited as long as the water content is adjusted within the above range.
  • various kinds of impurities may be included in the feed, and the impurities may be efficiently removed by the above method.
  • the dewatering means (D) for example, when a feed having a water content of 3,000 ppm is introduced, the water content in the feed is 500 ppm or less, for example, 400 ppm or 300 ppm or less through the dehydration process. It can be installed so that it can be discharged by lowering it. Accordingly, the method may include controlling the water content of the feed to 500 ppm or less, for example, 400 ppm or less or 300 ppm or less by removing water from the feed fed to the dehydration means (D).
  • the dewatering means (D) in which the feed is introduced in the method may comprise, for example, a column (110, 111) filled with a membrane system and an adsorbent.
  • the dehydration process may be a two-step dehydration process, for example, the first dehydration process and the second dehydration process in sequence.
  • the membrane system 100 and the columns 110, 111 of the dewatering means D are fluidically connected such that an incoming feed flows through the membrane system 100 and the columns 110, 111.
  • the first dehydration process may be performed in the membrane system 100
  • the second dehydration process may be performed in the columns 110 and 111 filled with the adsorbent.
  • the membrane system 100 can discharge the water content in the feed from 500 ppm to 1,200 ppm through the first dehydration process. It may be installed so that By controlling the water content in the above range through the membrane system 100 can increase the efficiency of the subsequent purification process.
  • the term "membrane system” means a system or device that separates a fluid using a separator.
  • any system using a separation membrane is not particularly limited, but, for example, a pervaporation system or a vapor permeation system may be used. .
  • the "permeation evaporation” refers to a method of increasing the purity of the feed by supplying a liquid feed to the permeation membrane and selectively permeating a material having affinity to the membrane, and the material passing through the permeation membrane is a constant vacuum state Is evaporated and discharged from the water, which is then cooled and collected in a cooler.
  • the pervaporation system may be preferably applied when the feed is in a liquid state in the purification method of the present application.
  • water is selectively removed in the dehydration process before the feed is introduced into the dividing wall distillation column 200, compared to the case of removing water by a simple distillation process. High purity IPA can be obtained economically.
  • the introduction of the liquid feed into the pervaporation system in the dehydration process is, for example, 40 to 120 ° C, 70 to 110 ° C or 80 To 100 ° C., but is not particularly limited thereto.
  • the introduction of the liquid feed into the pervaporation system for example, 1.0 Kg / cm 2 to 10.0 Kg / cm 2 , 2.0 Kg / cm 2 to 8.0 Kg / cm 2 , 2.5 Kg / cm 2 to 6.0 Kg / cm 2 or 3.0 Kg / cm 2 to 5.0 Kg / cm 2 .
  • the dehydration process of the liquid feed may be performed efficiently.
  • the temperature and / or pressure range may be appropriately changed in consideration of the target dehydration amount and the kind of separation membrane used.
  • the permeability of the separator may be higher, but the upper limit of the temperature and pressure may vary depending on the type and process conditions of the separator.
  • the upper limit value may be adjusted within a specific range depending on the kind of material of the separator used and the durability of the separator.
  • the "vapor permeation” means a membrane separation method of vaporizing a feed to contact a gas and a separation membrane to separate a desired gas through the membrane, and in the purification method, it may be preferably applied when the feed is in a gaseous state.
  • azeotropy since the azeotropy does not appear, water can be removed more efficiently than when the dehydration process is performed by a distillation method, and thus, high purity IPA can be economically obtained.
  • the feed flowing into the vapor permeation system of the dewatering means (D) may be introduced into the vapor permeation system at a temperature above the boiling point of the mixed composition of water and IPA.
  • Introduction of the gaseous feed into the vapor permeation system in the dehydration process may be carried out at a temperature of at least 90 °C, at least 100 °C, at least 110 °C, at least 120 °C or at least 150 °C, the introduction of the gas feed
  • the upper limit value of the temperature may be changed depending on the thermal or chemical properties of the separator used, but is not particularly limited, but may be performed at a temperature of, for example, about 180 ° C.
  • the introduction of the gaseous feed into the vapor permeation system is, for example, 1.0 Kg / cm 2 to 10.0 Kg / cm 2 2.0 Kg / cm 2 to 8.0 Kg / cm 2 or 3.0 Kg / cm 2 to 6.0 Kg / It can be carried out at a pressure of cm 2 .
  • the dehydration process of the gaseous feed may be efficiently performed.
  • the temperature and / or pressure range may be appropriately changed in consideration of the target dehydration amount and the kind of separation membrane used.
  • Separation membrane that can be used in the pervaporation system or vapor permeation system may be an organic separation membrane, such as a polymer membrane, an inorganic separation membrane, an organic-inorganic separation membrane prepared by mixing organic and inorganic substances, etc. according to the type of material used,
  • various separators known in the art may be variously used depending on the desired separation component.
  • a separator made of silica gel, a separator made of a polymer such as PVA or polyimide, and a zeolite separator may be used, but may be appropriately changed in consideration of the desired dehydration amount and the composition of the feed.
  • zeolite membrane a zeolite membrane of Pervatech, a zeolite A membrane of i3nanotec, a zeolite NaA membrane, etc. may be used, but is not limited thereto.
  • the pervaporation system or vapor permeation system may comprise a vacuum device.
  • the vacuum device means a device for forming a vacuum so that a component desired to be separated in the feed can be easily separated from the membrane after contact with the separator, and an apparatus including a vacuum storage tank and a vacuum pump may be exemplified. .
  • the adsorbent-filled columns 110, 111 pass through the membrane system 100 described above, for example, when a feed having a water content of 500 ppm to 1,200 ppm is introduced.
  • the water content in the feed through the second dehydration process may be installed to be discharged by adjusting to 50 ppm to 500 ppm, for example, 100 ppm to 500 ppm or 150 ppm to 500 ppm. By controlling the water content in the range through the columns (110, 111) it is possible to increase the efficiency of the subsequent purification process.
  • various adsorbents known in the art may be used, for example, molecular sieves, silica gel, activated alumina, activated carbon, or ion exchange resins, but are not limited thereto. no.
  • any known molecular sieve can be used without particular limitation as long as it is provided to have the above dehydrating ability.
  • zeolite-based molecular sieves silica-based molecular sieves, alumina-based molecular sieves, silica-alumina-based molecular sieves, or silicate-alumina-based molecular sieves can be used.
  • molecular sieves having an average pore size of about 1.0 kPa to 5.0 kPa or about 2.0 kPa to 4.0 kPa can be used.
  • the specific surface area of the molecular sieve may be, for example, about 100 m 3 / g to about 1500 m 3 / g.
  • the dehydration means (D) may include two or more such columns 110 and 111 as described above. 2 exemplarily shows a case in which two molecular sieves are filled with columns 110 and 111. As shown in FIG. 2, when two or more columns 110 and 111 are included in the dehydration means D and feeds are alternately supplied to the plurality of columns 110 and 111, the efficiency of the process may be improved. It can be higher.
  • the method may further include regenerating the molecular sieve by desorbing water adsorbed into the molecular sieve in the dehydration process.
  • the desorption process of the molecular sieve may be performed, for example, in the course of a dehydration process followed by a purification process, or when a plurality of columns 110 and 111 are used as described above, any one column 110. ) May be performed on the other column 111 during the dehydration process.
  • the regeneration may be performed using, for example, argon, carbon dioxide or nitrogen, lower alkanes such as methane, ethane, propane or butane and the like.
  • the regeneration process may be performed using nitrogen gas.
  • the regeneration process may be performed at a temperature of about 175 ° C to 320 ° C or about 180 ° C to 310 ° C.
  • the flow rate of the nitrogen gas supplied for desorption may be adjusted, for example, about 1,100 Nm 3 / hr to 1,500 Nm 3 / hr. Regeneration or desorption process can be efficiently performed within the above range.
  • the temperature and flow rate may vary depending on the type and amount of specific molecular sieve.
  • the feed whose water content is adjusted to 500 ppm or less through the dehydration process may be supplied to the purification means P to proceed with the purification process.
  • the purifying means P may be a divided wall column (DWC).
  • the dividing wall distillation column 200 is a device designed for distillation of a feed including three components, namely low boiling point, middle boiling point and high boiling point.
  • the dividing wall distillation column 200 is a device similar in terms of thermodynamics to a so-called Petlyuk column.
  • the preliminary separator and the main separator are thermally integrated.
  • the column primarily separates the low boiling point and high boiling point material from the preliminary separator, and the top and bottom portions of the preliminary separator are respectively introduced into the feed stage of the main separator to separate the low, middle and high boiling point materials from the main separator. It is designed.
  • the dividing wall 201 is installed in the tower and the preliminary separator is integrated into the main separator.
  • the dividing wall distillation column 200 may have, for example, a structure as shown in FIG. 3.
  • 3 shows an exemplary dividing wall distillation column 200.
  • the exemplary distillation column may have a structure in which an interior is divided by a partition wall 201 and includes an upper condenser 202, a lower reboiler 203, and the like.
  • the interior of the dividing wall distillation column 200 is virtually divided by a dotted line in the drawing, for example, a top region 210 through which a low boiling point flow is discharged, a bottom region 220 through which a high boiling point flow is discharged, It may be divided into a raw material supply area 230 through which the feed is introduced and a product outlet area 240 through which the product flows out.
  • the raw material supply area 230 may be an upper supply area 231 and a lower supply area 232.
  • the product outlet region 240 may be divided into an upper product outlet region 241 and a lower product outlet region 242.
  • the term "upper and lower supply region” refers to the distillation column, that is, the space on the side where the feed is supplied, that is, the raw material supply region 230 of the space divided by the partition wall 201 in the structure of the dividing wall distillation column 200, respectively.
  • the "upper and lower product outflow area” refers to the space on the side where the product flows out, that is, the product outflow area 240 in the space divided by the separation wall 201 inside the dividing wall distillation column 200, respectively.
  • the longitudinal direction of the distillation column it may mean the upper and lower regions.
  • Said "low boiling point flow” means a flow in which a relatively low boiling point component is rich among feed streams including three components of low boiling point, middle boiling point and high boiling point component, and said "high boiling point flow” means low boiling point and medium boiling point.
  • a feed stream containing three components, a point and a high boiling point component means a stream in which a relatively high boiling point component is rich.
  • the feed introduced into the raw material supply region 230 of the dividing wall distillation column 200 is purified in the dividing wall distillation column 200.
  • a component having a relatively low boiling point in the feed introduced into the raw material supply region 230 moves toward the top region 210
  • a component having a relatively high boiling point moves toward the bottom region 220.
  • the components having a relatively low boiling point among the components moved to the bottom region 220 are moved to the product outlet region 240 so as to flow out into the product flow or to the top region 210, and the bottom region (
  • the components having a relatively high boiling point among the components moved to 220 are discharged to the high boiling point flow in the bottom region 220.
  • a portion of the high boiling point flow flowing out of the bottom region 220 is discharged into a flow of high boiling point component, and the other part is heated in the reboiler 203 and then re-introduced into the bottom region 220 of the dividing wall distillation column.
  • a flow of low boiling point component having a very high moisture content flows out, and the flow flowing out of the top region 210 is condensed in the condenser 202, and a part of the condensed flow is discharged.
  • the remaining part may be refluxed to the top region 210 of the dividing wall distillation column 200.
  • the flow flowing back out of the column top region 210 is purified again in the dividing wall distillation column 200, thereby minimizing the amount of IPA flowing out of the column top region 210, and reducing the amount of water flowing out of the column top region 210. Can be maximized.
  • the specific kind of the dividing wall distillation column 200 that can be used in the purification method is not particularly limited.
  • a dividing wall distillation column having a general structure as shown in FIG. 3 may be used, or a distillation column designed to change the position or shape of the dividing wall in the distillation column in consideration of purification efficiency may be used.
  • the number of stages and the inner diameter of the distillation column are not particularly limited, and for example, the number of stages derived from the distillation curve in consideration of the feed composition may be set.
  • the water content in the feed is 150 ppm or less, for example, through the purification process. It may be installed to be discharged down to 120 ppm or less, 110 ppm or less, 100 ppm or less, 80 ppm or less, 60 ppm or less, 50 ppm or less, 30 ppm or less or 10 ppm or less.
  • water is removed from the feed fed to the dividing wall distillation column so that the water content of the feed is 150 ppm or less, for example, 120 ppm or less, 110 ppm or less, 100 ppm or less, 80 ppm or less, or 60 ppm or less. And 50 ppm or less, 30 ppm or less, or 10 ppm or less.
  • the dividing wall distillation column 200 while controlling the water content in the above range can be purified IPA with high purity.
  • the dividing wall distillation column 200 may be installed such that, for example, a feed passing through the membrane system 100 is supplied to the raw material supply region 230 of the distillation column. Accordingly, in the refining process, a feed whose water content has passed through the dehydration process is adjusted to 500 ppm or less may be supplied to the raw material supply region 230 of the distillation column.
  • a feed whose water content has passed through the dehydration process is adjusted to 500 ppm or less may be supplied to the raw material supply region 230 of the distillation column.
  • efficient purification may be possible.
  • a product containing purified IPA and having a water content of 150 ppm or less is discharged from the lower product outlet region 242, preferably in the middle portion of the lower product outlet region 242.
  • the purification method calculates a product containing purified IPA and having a water content of 150 ppm or less based on the bottom of the bottom product outlet region 242 of the dividing wall distillation column 200, preferably the top of the dividing wall distillation column 200. Obtained from 50 to 90%, 55% to 80%, or 60% to 75% of the theoretical stages.
  • the product having a water content of 100 ppm or less may be discharged from 50 to 90 stages or 60 to 75 stages.
  • the efficiency of the purification process can be further increased.
  • the "middle portion of the lower product outlet region” means a point where the lower product outlet region 242 is divided into two equal parts in the longitudinal direction of the dividing wall distillation column 200.
  • the theoretical stages of the dividing wall distillation column 200 necessary for controlling the moisture content of the feed having a water content of 500 ppm or less to 150 ppm or less are 70 to 120 stages, 80 stages to 110 stages, or 85 to 100 stages.
  • the present invention is not limited thereto, and may be appropriately changed according to the flow rate and process conditions of the incoming feed.
  • the design structure and operation conditions of the distillation column are very limited, and in particular, the design structure of the number of stages, feed stage and outlet of the distillation column according to the properties of the compound to be distilled.
  • a feed whose water content is adjusted to 500 ppm or less is introduced into the distillation wall distillation column 200, and the water content in the feed is 150 ppm or less through a purification process in the dividing wall distillation column 200.
  • the reflux ratio of the column top region 210 of the dividing wall distillation column 200 may be adjusted in the range of 60 to 90, for example, 65 to 90, 70 to 85 or 75 to 85.
  • the content of water in the feed introduced into the dividing wall distillation column 200 is adjusted to 500 ppm or less, and the reflux ratio of the top region 210 in the dividing wall distillation column 200 is adjusted to a specific range as described above. Thereby, the content of water in the IPA obtained in the bottom product outlet region 242 can be controlled very low.
  • the feed may be supplied to the dividing wall distillation column 200 at a flow rate of about 5,000 Kg / hr to about 13,000 Kg / hr.
  • the temperature of the feed is, for example, may be adjusted to about 50 °C to 135 °C, 60 °C to 110 °C or 80 °C to 100 °C degree.
  • the operation temperature of the top region 210 of the dividing wall distillation column 200 is 40 ° C. to 120 ° C. at the time of distillation which is performed by supplying a feed whose water content is adjusted to 500 ppm or less to the dividing wall distillation column 200.
  • it may be adjusted to about 45 °C to 110 °C or 50 °C to 100 °C degree.
  • the operating pressure of the top region 210 of the dividing wall distillation column 200 is 0.1 Kg / cm 2 to 10.0 Kg / cm 2 ,
  • 0.2 Kg / cm 2 to 5.5 Kg / cm 2 0.3 Kg / cm 2 to 4.5 Kg / cm 2
  • the pressure means absolute pressure unless specifically defined otherwise.
  • Operation and pressure conditions inside the dividing wall distillation column 200 may be changed according to temperature and pressure conditions of the top region 210.
  • the temperature of the top region 210 of the dividing wall distillation column 200 is adjusted to 40 °C to 120 °C
  • the outflow from the lower product outlet region 242 of the dividing wall distillation column 200 The temperature of the flow can be adjusted to between 60 ° C. and 130 ° C., for example, between 70 ° C. and 125 ° C., 75 ° C. and 120 ° C., or between 77.3 ° C. and 120 ° C.
  • the lower product outlet region 242 of the dividing wall distillation column 200 is 0.3 Kg / cm 2 to 6.0 Kg / cm 2 , for example 0.5 Kg / cm 2 to 5.0 Kg / cm 2 , 0.8 Kg / cm 2 to 4.0 Kg / cm 2 or 0.843 Kg / cm 2 to It can be adjusted to about 3.86 Kg / cm 2 . At such operating temperatures and pressures, efficient distillation may be possible depending on the composition of the feed.
  • the operating temperature of the top bottom region 220 of the dividing wall distillation column 200 when the temperature of the top region 210 of the dividing wall distillation column 200 is adjusted to 40 °C to 120 °C, the operating temperature of the top bottom region 220 of the dividing wall distillation column 200, 80 °C to 160 °C, for example, it can be adjusted to about 90 °C to 160 °C, 95 °C to 158 °C or 104 °C to 156 °C degree.
  • the pressure of the top region 210 of the dividing wall distillation column 200 is adjusted to 0.2 Kg / cm 2 to 5.5 Kg / cm 2 , the operating pressure of the top region 220 of the dividing wall distillation column 200.
  • Silver 0.3 Kg / cm 2 to 6.0 Kg / cm 2 , for example 0.8 Kg / cm 2 to 5.0 Kg / cm 2 , 0.9 Kg / cm 2 to 4.0 Kg / cm 2 or 0.91 Kg / cm 2 to 3.93 Kg / cm 2 can be adjusted. At such operating temperatures and pressures, efficient distillation may be possible depending on the composition of the feed.
  • the operating conditions of the dividing wall distillation column 200 may be further adjusted as necessary in consideration of purification efficiency and the like.
  • the number of stages or the inner diameter of each distillation column are not particularly limited.
  • the theoretical number of stages of the dividing wall distillation column 200 may be determined based on the theoretical number calculated by the distillation curve of the feed.
  • the flow rate of the upper and lower discharges in the dividing wall distillation column 200 may be set to achieve the above-described operating pressure and temperature.
  • the present application also relates to a purification apparatus of IPA.
  • An exemplary purification apparatus may be an apparatus for application to the purification method described above.
  • the purification apparatus for example, when the feed described above is supplied, the dehydration means (D) and the feed through the dewatering means (D) installed to discharge the water content of the feed to 500 ppm or less is discharged It may include a purifying means (P) which can be introduced to proceed with the purification process.
  • the dewatering means D may be the membrane system 100 and the columns 110, 111 filled with the adsorbent.
  • any system using a separation membrane is not particularly limited.
  • a pervaporation system or a vapor permeation system may be used. have.
  • the separator that may be used in the pervaporation system or the vapor permeation system may be an organic separator such as a polymer membrane, an inorganic separator, an organic-inorganic separator prepared by mixing an organic material and an inorganic material, etc. according to the type of material used.
  • various separators known in the art may be variously used according to a desired separation component.
  • a separator made of silica gel, a separator made of a polymer such as PVA or polyimide, and a zeolite separator may be used, but may be appropriately changed in consideration of the desired dehydration amount and the composition of the feed.
  • zeolite separator for example, a zeolite membrane of Pervatech, a zeolite A membrane of i3nanotec, a zeolite NaA membrane, etc. may be used as the zeolite separator, but is not limited thereto.
  • the polymer separator may be coated with an inorganic material.
  • the pervaporation system or vapor permeation system may comprise a vacuum device.
  • the vacuum device means a device for forming a vacuum so that a component desired to be separated in the feed can be easily separated from the membrane after contact with the separator, and an apparatus including a vacuum storage tank and a vacuum pump may be exemplified. .
  • the adsorbent filled in the columns (110, 111) may include a molecular sieve, silica gel, activated alumina, activated carbon or ion exchange resin.
  • any known molecular sieve can be used without particular limitation as long as it is provided to have the above dehydrating ability.
  • zeolite-based molecular sieves silica-based molecular sieves, alumina-based molecular sieves, silica-alumina-based molecular sieves, or silicate-alumina-based molecular sieves can be used.
  • molecular sieves having an average pore size of about 1.0 kPa to 5.0 kPa or about 2.0 kPa to 4.0 kPa can be used.
  • the specific surface area of the molecular sieve may be, for example, about 100 m 3 / g to about 1500 m 3 / g.
  • the dehydration means (D) may include two or more columns 110 and 111 in which molecular sieves are filled.
  • the refining apparatus may include, for example, refining means P through which a feed having passed through the dehydration means D may be introduced to perform a refining process, and the refining means P is a dividing wall distillation column. Wall Column, DWC).
  • the feed passing through the dehydration means (D) is to be supplied to the raw material supply region 230, for example, the upper supply region 231 of the dividing wall distillation column (200). It may be installed.
  • the dividing wall distillation column 200 may be installed such that the product including the IPA is discharged from the middle portion of the lower product outlet region 242, preferably the lower product outlet region 242.
  • IPA can be obtained in high purity from a feed comprising water and IPA with minimal energy consumption.
  • FIG. 3 is a view illustratively showing purification means used in the method.
  • FIG. 4 is a view showing an exemplary purification device according to a first embodiment of the present application.
  • 5 and 6 are views exemplarily showing a purification apparatus according to a comparative example of the present application.
  • IPA was purified using a dehydration means and a dividing wall column connected to the dehydration means.
  • the dehydration means used a device in which a membrane system and a column filled with molecular sieves are sequentially connected, and the membrane system uses a permeation evaporation system including a membrane (HybSi membrane, Pervatech) device and a vacuum device.
  • zeolite 3A having an effective pore average size of about 3 microns was used, and two columns having a packed volume of about 3 m 3 were used.
  • Regeneration of the molecular sieve was carried out using a means capable of supplying nitrogen gas at a flow rate of about 1,314 Nm 3 / hr at about 230 °C.
  • a liquid feed containing 98.6 wt% IPA, about 3,000 ppm water, and about 1.1 wt% other impurities was used as a feed.
  • the feed is supplied to the dehydration means at a temperature of 90 ° C. to adjust the water content in the feed passing through the pervaporation system to about 1,000 ppm, and the dewatering process so that the water content in the feed passing through the column is about 300 ppm. Proceeded.
  • a feed having a water content of about 300 ppm after the dehydration process is introduced into a raw material supply region of the dividing wall distillation column, specifically, 20 stages of the dividing wall distillation column having 90 theoretical stages, and the purification is performed.
  • Silver bottom product effluent zone specifically 60 stages of dividing wall column with 90 theoretical stages.
  • the reflux ratio of the column top region of the dividing wall distillation column was adjusted to 80, and the operating temperature and the pressure of the column top region were adjusted to about 63 ° C. and 1.12 Kg / cm 2 , respectively.
  • the operating temperature and pressure of the bottom product outlet region where the high purity IPA flows out were about 100 ° C. and 1.33 Kg / cm 2 , respectively, and the operating temperature and pressure of the bottom area were about 117 ° C. and 1.37 Kg / cm 2, respectively . .
  • the content of the high boiling point component in the IPA obtained in the lower product outflow region was measured to be about 42 ppm.
  • the content of the high boiling point component in the IPA obtained in the lower product outflow region was measured to be about 52 ppm.
  • the process was carried out in the same manner as in Example 1 except that the water content in the feed introduced through the dehydration means to the purification means was adjusted to about 500 ppm.
  • the reflux ratio of the top section of the dividing wall distillation column was adjusted to 85, and the operating temperature and pressure were adjusted to about 65 ° C. and 1.12 Kg / cm 2 , respectively, and the operating temperature and pressure of the column bottom section were about 117 ° C. and 1.35, respectively. Kg / cm 2 was adjusted.
  • the operating temperature and pressure in the bottom product outlet region were about 77.3 ° C. and 0.843 Kg / cm 2 , respectively, and the operating temperature and pressure in the bottom region were about 104 ° C. and 0.91 Kg / cm 2 , respectively.
  • the operating temperature and pressure in the bottom product outlet region were about 120 ° C. and 3.86 Kg / cm 2 , respectively, and the operating temperature and pressure in the bottom region were about 156 ° C. and 3.93 Kg / cm 2 , respectively.
  • a liquid feed containing 98.6% by weight of IPA, about 3,000 ppm of water, and about 1.1% by weight of other impurities was purified by flowing into a purification apparatus connected to two general distillation columns without undergoing a dehydration process as shown in FIG. 5.
  • the tower operation temperature and pressure of the first distillation column were adjusted to about 76 ° C. and 1.12 Kg / cm 2 , respectively, and the tower operation temperature and pressure were adjusted to about 93 ° C. and 1.54 Kg / cm 2 .
  • the top operating temperature and pressure of the second distillation column were adjusted to about 83 ° C. and 1.04 Kg / cm 2 , respectively, and the lower operating temperature and pressure were adjusted to about 110 ° C. and 1.18 Kg / cm 2 .
  • the process was carried out in the same manner as in Example 1 except that the feed permeated through the membrane system was introduced into a purification apparatus connected to two general distillation columns instead of the dividing wall distillation column.
  • the top operating temperature and pressure of the first distillation column were adjusted to about 63 ° C. and 1.12 Kg / cm 2 , respectively, and the bottom operating temperature and pressure were adjusted to about 93 ° C. and 1.54 Kg / cm 2 .
  • the top operating temperature and pressure of the second distillation column were adjusted to about 83 ° C. and 1.04 Kg / cm 2 , respectively, and the bottom operating temperature and pressure were adjusted to about 110 ° C. and 1.18 Kg / cm 2 .
  • Example 2 Same as Example 1 except that a liquid feed comprising 98.6% by weight of IPA, about 3,000 ppm of water and about 1.1% by weight of other impurities was introduced directly into the dividing wall distillation column as shown in FIG. 3 without undergoing a dehydration process. The process was carried out in a manner. In this case, the reflux ratio of the top section of the dividing wall distillation column was adjusted to 52, and the operating temperature and pressure of the top section were adjusted to about 76 ° C. and 1.12 Kg / cm 2 , respectively. And controlled at 1.37 Kg / cm 2 .
  • the content of the high boiling point component in the IPA obtained in the lower product outflow zone was measured to be about 590 ppm.
  • Example 2 The process was carried out in the same manner as in Example 1 except that the water content in the feed introduced through the dehydration means to the purification means was adjusted to about 700 ppm.
  • Example 1 Example 2 Example 3
  • Example 4 Example 5
  • Example 6 Example 7
  • Example 8 HEAT DUTY (Gcal / hr) Condenser 1.49 1.6 1.43 1.49 1.49 1.78 1.43 1.59 Scraping 1.47 1.58 1.41 1.47 1.47 1.76 1.37 1.74
  • Energy savings (Gcal / hr) 1.55 1.44 1.61 1.55 1.55 1.26 1.65 1.28 Energy saving rate (%) 51% 48% 53% 51% 51% 42% 55% 42%
  • Moisture Content in IPA ppm

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  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

본 출원은 이소프로필 알코올의 정제 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 출원에서는, 최소량의 에너지 소비로 물과 이소프로필 알코올을 포함하는 피드로부터 물을 효과적으로 제거할 수 있으며, 이에 따라 이소프로필 알코올을 고순도로 수득할 수 있다.

Description

이소프로필 알코올의 정제 방법
본 출원은 이소프로필 알코올의 정제 방법 및 장치에 관한 것이다.
이소프로필 알코올(isopropyl alcohol, 이하, 「IPA」)은, 예를 들면, 반도체나 LCD(Liquid crystal display) 제조 등의 전자 산업에서 세정제 등의 용도를 포함하여 다양한 용도에 사용되고 있다.
IPA는, 예를 들면, 프로필렌(propylene) 또는 아세톤(acetone) 등을 원료로 하여 제조할 수 있다. 대부분의 경우 IPA의 제조 과정에서 다량의 물을 포함하는 IPA 반응물이 얻어지며, 상기 반응물은 물을 함께 포함하는 공비 혼합물(azeotrope)을 형성하고 있다. 즉, 상압에서 끓는 점이 약 100℃ 정도인 물과 약 82.5℃인 IPA는 공비 온도 80.4℃에서 IPA 87.9 wt%의 공비를 형성하게 되는데, 이에 따라서 상기 피드로부터 물을 제거하여 고순도의 IPA를 효율적으로 제조하는 것이 요구되며, 단순한 증류 공정으로 상기 물을 제거하기 위하여는 많은 에너지가 소모된다. 상기 공비 혼합물로부터 고순도의 IPA를 얻기 위한 방법으로는 추출 또는 공비물을 형성하는 물질인 아조트로픽 에이전트(azeotropic agent)를 첨가하는 증류 방법 등이 알려져 있다.
본 출원은 IPA의 정제 방법 및 장치를 제공한다.
본 출원은 IPA의 정제 방법에 관한 것이다. 예시적인 정제 방법은, 도 1과 같이 피드를 탈수 수단(D)에 공급하여 물을 제거하는 공정(이하, 「탈수 공정」으로 칭할 수 있다.)과 탈수 수단(D)을 경유하여 물이 제거된 상기 피드를 정제 수단(P)에 도입하여 정제하는 공정(이하, 「정제 공정」으로 칭할 수 있다.)을 포함할 수 있다. 본 출원의 정제 방법에 따르면, 탈수 수단(D) 및 분리벽형 증류탑(200)을 사용한 IPA의 정제 공정 시, IPA 생성물 내의 수분 함량을 최소화 하기 위한 상기 분리벽형 증류탑의 최적의 운전 조건을 도출할 수 있으며, 이에 따라, IPA를 고순도로 정제할 수 있을 뿐만 아니라, 1기의 분리벽형 증류탑을 통하여 정제를 수행하므로, 2기의 일반형 증류탑이 연결된 정제 수단(P)을 사용하는 경우에 비하여, 우수한 효율로 IPA를 정제할 수 있다.
상기에서, 용어 「물을 제거」 란, 피드에 포함된 물을 100 % 제거하는 것을 의미하는 것은 아니며, 상기 피드를 탈수 수단(D)에 공급하고 물을 제거하는 공정을 거치거나 정제 공정을 거쳐, IPA의 함량이 농후한 흐름으로 만드는 것을 의미한다. 상기에서 용어 「농후한 흐름」이란, 상기 탈수 수단(D)에 공급되기 전의 피드에 포함된 IPA의 함량보다 상기 탈수 수단(D) 또는 정제 수단(P)을 경유한 흐름에 포함되는 IPA의 함량이 더 높은 흐름을 의미하며, 예를 들면, 상기 탈수 수단(D) 또는 정제 수단(P)을 경유한 흐름에 포함되는 IPA의 함량이 함량이 50 중량% 이상, 80 중량% 이상, 90 중량% 이상, 95 중량% 이상 또는 99 중량% 이상인 흐름을 의미할 수 있다.
하나의 예시에서 상기 탈수 공정에서 상기 탈수 수단(D)에 공급되는 피드는, IPA 및 물을 포함할 수 있다. 상기 피드의 함수량, 즉 피드 내의 물의 함량이 5,000 ppm 이하, 예를 들어, 3,000 ppm 이하, 2,500 ppm 이하 또는 2,200 ppm 이하일 수 있다. 또한, 상기 피드 내의 함수량의 하한은 예를 들면, 1,200 ppm일 수 있다. 피드 내의 함수량은, 상기 방법의 효율 등에 매우 중요한 요인으로 작용하고, 이에 따라서 피드의 함수량이 상기 범위 내로 조절될 필요가 있다. 상기 피드는, IPA와 물을 포함하고, 함수량이 상기 범위 내로 조절되는 한 구체적인 조성은 특별히 제한되지 않는다. 통상적으로 IPA를 포함하는 피드가 어떠한 방식으로 제조된 것인지에 따라서 피드 내에는 다양한 종류의 불순물이 포함될 수 있으며, 상기 불순물들은 상기 방법에 의해서 효율적으로 제거될 수 있다.
상기 방법에서, 상기 탈수 수단(D)은, 예를 들면, 함수량이 3,000 ppm인 피드가 도입되면, 탈수 공정을 통하여 상기 피드 내의 함수량을 500 ppm 이하, 예를 들어, 400 ppm 이하 또는 300 ppm 이하로 낮추어서 배출할 수 있도록 설치되어 있을 수 있다. 이에 따라서 상기 방법에서는, 탈수 수단(D)으로 공급한 피드로부터 물을 제거하여 피드의 함수량을 500 ppm 이하, 예를 들어, 400 ppm 이하 또는 300 ppm 이하로 조절하는 것을 포함할 수 있다.
상기 방법에서 피드가 도입되는 탈수 수단(D)은, 예를 들면, 멤브레인 시스템(Membrane System) 및 흡착제가 충전되어 있는 컬럼(110, 111)을 포함할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 탈수 공정은 2 단계의 탈수 공정, 예를 들어 제 1 탈수 공정 및 제 2 탈수 공정이 순차로 이루어질 수 있다. 상기 탈수 수단(D)의 멤브레인 시스템(100) 및 컬럼(110, 111)은, 유입된 피드가 상기 멤브레인 시스템(100) 및 컬럼(110, 111)을 통과하여 흐를 수 있도록 유체 연결(fludically connected)되어 있으며, 상기 제 1 탈수 공정이 멤브레인 시스템(100)에서 수행되고, 상기 제 2 탈수 공정이 흡착제가 충전되어 있는 컬럼(110, 111)에서 수행될 수 있도록 설치되어 있을 수 있다.
상기 탈수 수단(D)에서, 멤브레인 시스템(100)은, 예를 들면, 함수량이 3,000 ppm인 피드가 도입되면, 제 1 탈수 공정을 통하여 상기 피드 내의 함수량을 500 ppm 내지 1,200 ppm로 조절해서 배출할 수 있도록 설치되어 있을 수 있다. 멤브레인 시스템(100)을 통하여 함수량을 상기 범위로 조절함으로써 이어지는 정제 공정의 효율을 높일 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어 「멤브레인 시스템」은 분리막을 이용하여 유체를 분리하는 시스템 또는 장치를 의미한다.
상기 탈수 수단(D)의 멤브레인 시스템(100)으로는, 분리막을 이용한 시스템이라면, 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들면, 투과증발(pervaporation) 시스템 또는 증기투과(vapor permeation) 시스템이 이용될 수 있다.
상기 「투과증발」은 액상의 피드를 투과증발막으로 공급하여 막에 친화력이 있는 물질을 선택적으로 투과시킴으로써, 상기 피드의 순도를 높이는 방법을 의미하며, 상기 투과증발막을 통과한 물질은 일정한 진공상태에서 기화하여 배출되고, 냉각기에서 냉각되어 포집된다. 상기 투과증발 시스템은, 본 출원의 정제 방법에서는 피드가 액체 상태일 경우에 바람직하게 적용될 수 있다. 상기 투과증발 시스템을 이용하여 탈수 공정을 진행할 경우, 분리벽형 증류탑(200)으로 피드를 유입시키기 전에, 상기 탈수 공정에서 물을 선택적으로 제거함으로써, 단순한 증류 공정에 의하여 물을 제거하는 경우에 비하여, 고순도의 IPA를 경제적으로 수득할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 탈수 수단(D)이 투과증발 시스템을 포함할 경우, 상기 탈수 공정에서 액상 피드의 투과증발 시스템으로의 도입은, 예를 들면, 40 내지 120℃, 70 내지 110℃ 또는 80 내지 100℃의 온도에서 수행될 수 있으나, 특별히 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 투과증발 시스템으로의 액상 피드의 도입은, 예를 들면, 1.0 Kg/cm2 내지 10.0 Kg/cm2, 2.0 Kg/cm2 내지 8.0 Kg/cm2, 2.5 Kg/cm2 내지 6.0 Kg/cm2 또는 3.0 Kg/cm2 내지 5.0 Kg/cm2 의 압력에서 수행될 수 있다. 상기와 같은 온도 및/또는 압력 범위에서 액상 피드의 탈수 공정을 효율적으로 진행할 수 있다. 그렇지만, 상기 온도 및/또는 압력의 범위는 목표로 하는 탈수량 및 사용되는 분리막의 종류를 고려하여 적절하게 변경될 수 있다. 예를 들어, 일반적으로 온도 및 압력이 높을수록 분리막의 투과율은 높아질 수 있으나, 온도 및 압력의 상한 값은 분리막의 종류 및 공정 조건에 따라 달라질 수 있으며, 또한, 온도와 압력을 높일수록 투과속도 및 투과유량을 높일 수 있지만, 사용되는 분리막의 재질의 종류 및 분리막의 내구성에 따라, 상한 값이 특정 범위 내로 조절될 수도 있다.
상기 「증기투과」는 피드를 기화시켜 기체와 분리막을 접촉시켜 막을 통하여 원하는 기체를 분리시키는 막 분리법을 의미하며, 상기 정제 방법에서는, 피드가 기체 상태일 경우에 바람직하게 적용될 수 있다. 상기 증기투과 시스템을 이용하여 탈수 공정을 진행할 경우, 공비점이 나타나지 않으므로 증류 방식에 의하여 탈수 공정을 진행할 경우보다 효율적으로 물을 제거할 수 있어, 고순도의 IPA를 경제적으로 수득할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 탈수 수단(D)의 증기투과 시스템으로 유입되는 피드는, 물과 IPA의 혼합 조성물의 끓는점 이상의 온도 조건으로 증기투과 시스템으로 유입될 수 있다. 상기 탈수 공정에서 기상 피드의 증기투과 시스템으로의 도입은, 예를 들면, 90℃ 이상, 100℃ 이상, 110℃ 이상, 120℃ 이상 또는 150℃ 이상의 온도에서 수행될 수 있으며, 상기 기상 피드의 도입 온도의 상한 값은 사용되는 분리막의 열적 또는 화학적 특성에 따라 변경될 수 있으므로, 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들면 약 180℃ 정도의 온도에서 수행될 수 있다. 또한, 상기 증기투과 시스템으로의 기상 피드의 도입은, 예를 들면, 1.0 Kg/cm2 내지 10.0 Kg/cm2 2.0 Kg/cm2 내지 8.0 Kg/cm2 또는 3.0 Kg/cm2 내지 6.0 Kg/cm2 의 압력에서 수행될 수 있다. 상기와 같은 온도 및/또는 압력 범위에서 기상 피드의 탈수 공정을 효율적으로 진행할 수 있다. 그렇지만, 상기 온도 및/또는 압력의 범위는 목표로 하는 탈수량 및 사용되는 분리막의 종류를 고려하여 적절하게 변경될 수 있다.
상기 투과증발 시스템 또는 증기투과 시스템에 이용될 수 있는 분리막은 사용되는 소재의 종류에 따라 폴리머 멤브레인 등의 유기 분리막, 무기 분리막, 유기물과 무기물을 혼합하여 제조되는 유무기 분리막 등이 예시될 수 있으며, 본 출원의 탈수 수단(D)에서는 기술분야에서 공지된 다양한 분리막이 목적하는 분리 성분에 따라 다양하게 이용될 수 있다. 예를 들어, 친수성 분리막으로서, 실리카겔로 이루어진 분리막, PVA 또는 폴리이미드와 같은 폴리머로 이루어진 분리막 및 제올라이트 분리막 등이 이용될 수 있으나, 목적하는 탈수량 및 피드의 조성을 고려하여 적절하게 변경할 수 있다. 상기 제올라이트 분리막으로는, Pervatech 사의 제올라이트막, i3nanotec 사의 제올라이트A 분리막, 제올라이트 NaA 분리막 등이 이용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 투과증발 시스템 또는 증기투과 시스템은 진공 장치를 포함할 수 있다. 상기 진공 장치는 피드 중 분리되길 원하는 성분이 분리막과 접촉한 후에, 상기 막에서 쉽게 분리될 수 있도록, 진공을 형성하는 장치를 의미하며, 진공 저장 탱크 및 진공 펌프로 구성된 장치 등이 예시될 수 있다.
예시적인 상기 탈수 수단(D)에서, 흡착제가 충전된 컬럼(110, 111)은, 예를 들면, 전술한 멤브레인 시스템(100)을 통과하여 함수량이 500 ppm 내지 1,200 ppm으로 조절된 피드가 도입되면, 제 2 탈수 공정을 통하여 상기 피드 내의 함수량을 50 ppm 내지 500 ppm, 예를 들어, 100 ppm 내지 500 ppm 또는 150 ppm 내지 500 ppm으로 조절해서 배출할 수 있도록 설치되어 있을 수 있다. 상기 컬럼(110, 111)을 통하여 함수량을 상기 범위로 조절함으로써 이어지는 정제 공정의 효율을 높일 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 흡착제는 기술분야에서 공지된 다양한 흡착제가 사용될 수 있으며, 예를 들면, 분자체(molecular sieve), 실리카겔, 활성알루미나, 활성탄 또는 이온교환수지를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
예를 들면, 상기 탈수 수단(D)의 분자체로는, 상기와 같은 탈수 능력을 가지도록 설치되는 한 특별한 제한 없이 공지의 분자체를 사용할 수 있다. 예를 들어, 분자체로는, 제올라이트 계열의 분자체, 실리카 계열의 분자체, 알루미나 계열의 분자체, 실리카-알루미나 계열의 분자체 또는 실리케이트-알루미나 계열의 분자체 등을 사용할 수 있다.
분자체로는, 예를 들면, 세공의 평균 크기가 1.0 Å 내지 5.0 Å 또는 2.0 Å 내지 4.0 Å 정도인 분자체를 사용할 수 있다. 또한, 상기 분자체의 비표면적은, 예를 들면, 100 m3/g 내지 1,500 m3/g 정도일 수 있다. 이러한 범위의 세공의 크기 및 비표면적을 가지는 분자체의 사용을 통하여 탈수 수단(D)의 탈수 능력을 적절하게 조절할 수 있다.
하나의 예시에서 탈수 수단(D)은 상기와 같은 컬럼(110, 111)을, 예를 들면, 2개 이상 포함할 수 있다. 도 2는, 분자체가 충전된 컬럼(110, 111)을 2개 포함하는 경우를 예시적으로 표시하고 있는 도면이다. 도 2와 같이 2개 이상의 컬럼(110, 111)을 탈수 수단(D)에 포함시키고, 상기 복수의 컬럼(110, 111)에 피드를 번갈아 공급하는 등의 방식을 채용할 경우, 공정의 효율을 보다 높일 수 있다.
상기 방법은, 탈수 과정에서 분자체로 흡착된 물을 탈착하여 분자체를 재생하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 상기 분자체의 탈착 공정은, 예를 들면, 탈수 공정에 이은 정제 공정의 진행 과정에 수행될 수 있고, 또는 상기와 같이 복수의 컬럼(110, 111)이 사용되는 경우, 어느 하나의 컬럼(110)이 탈수 공정을 진행하는 동안 다른 컬럼(111)에 대하여 수행될 수 있다.
상기 재생은, 예를 들면, 아르곤, 이산화탄소 또는 질소 등이나 메탄, 에탄, 프로판 또는 부탄 등과 같은 저급 알칸 등을 사용하여 수행할 수 있다. 하나의 예시에서 상기 재생 공정은 질소 가스를 사용하여 수행할 수 있다. 질소 가스를 사용하는 경우에 재생 공정은 175℃ 내지 320℃ 또는 180℃ 내지 310℃ 정도의 온도에서 수행할 수 있다. 또한, 탈착을 위해 공급되는 질소 가스의 유량은, 예를 들면, 약 1,100 Nm3/hr 내지 1,500 Nm3/hr 정도로 조절될 수 있다. 상기 범위 내에서 재생 내지는 탈착 공정이 효율적으로 수행될 수 있다. 그렇지만, 상기 온도 및 유량 등은 구체적인 분자체의 종류나 사용량 등에 따라 달라질 수 있다.
상기 탈수 공정을 거쳐서 함수량이 500 ppm 이하로 조절된 피드는 정제 수단(P)으로 공급되어 정제 공정이 진행될 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 정제 수단(P)은 분리벽형 증류탑(Divided Wall Column, DWC)일 수 있다.
상기에서 분리벽형 증류탑(200)은, 소위 저비점, 중비점 및 고비점의 3성분을 포함하는 피드의 증류를 위해 고안된 장치이다. 분리벽형 증류탑(200)은, 소위 열복합 증류 컬럼(Petlyuk column)과 열역학적인 관점에서 유사한 장치이다. 열복합 증류 컬럼의 경우는, 예비 분리기와 주분리기를 열적으로 통합한 구조를 가진다. 상기 컬럼은 저비점 및 고비점 물질을 1차적으로 예비 분리기에서 분리하고, 예비 분리기의 탑정 및 탑저 부분이 주분리기의 공급단으로 각각 유입되어 주분리기에서 저비점, 중비점 및 고비점 물질을 각각 분리하도록 고안되어 있다. 이에 대하여, 분리벽형 증류탑(200)의 경우는, 탑 내에 분리벽(201)을 설치하여 예비 분리기를 주분리기 내부에 통합시킨 형태이다.
분리벽형 증류탑(200)은, 예를 들면, 도 3에 나타난 바와 같은 구조를 가질 수 있다. 도 3은, 예시적인 분리벽형 증류탑(200)을 나타낸다. 도 3에 나타난 바와 같이, 예시적인 증류탑은, 내부가 분리벽(201)에 의해 분할되어 있고, 상부의 응축기(202) 및 하부의 재비기(203) 등을 포함하는 구조를 가질 수 있다. 또한, 분리벽형 증류탑(200)의 내부는 도면에서 점선으로 가상적으로 분할되어 있는 바와 같이, 예를 들면, 저비점 흐름이 배출되는 탑정 영역(210), 고비점 흐름이 배출되는 탑저 영역(220), 피드가 유입되는 원료 공급 영역(230) 및 생성물이 유출되는 생성물 유출 영역(240)으로 구분될 수 있으며, 상기 원료 공급 영역(230)은 상부 공급 영역(231) 및 하부 공급 영역(232)으로, 상기 생성물 유출 영역(240)은 상부 생성물 유출 영역(241) 및 하부 생성물 유출 영역(242)으로 구분될 수 있다. 상기에서 용어 「상부 및 하부 공급 영역」은, 각각 분리벽형 증류탑(200)의 구조에서 분리벽(201)에 의해 분할되는 공간 중 피드가 공급되는 측의 공간, 즉 원료 공급 영역(230)을 증류탑의 길이 방향으로 이등분하였을 때에 상부 및 하부 영역을 의미할 수 있다. 또한, 「상부 및 하부 생성물 유출 영역」은, 각각 분리벽형 증류탑(200)의 내부의 분리벽(201)에 의해 분할되는 공간 중 생성물이 유출되는 측의 공간, 즉, 생성물 유출 영역(240)을 증류탑의 길이 방향으로 이등분하였을 때에 상부 및 하부 영역을 의미할 수 있다. 상기 「저비점 흐름」은 저비점, 중비점 및 고비점 성분의 3 성분을 포함하는 피드 흐름 중 상대적으로 끓는점이 낮은 성분이 농후(rich)한 흐름을 의미하고, 상기 「고비점 흐름」은 저비점, 중비점 및 고비점 성분의 3 성분을 포함하는 피드 흐름 중 상대적으로 끓는점이 높은 성분이 농후(rich)한 흐름을 의미한다.
본 출원의 정제 방법에서, 분리벽형 증류탑(200)의 원료 공급 영역(230)으로 유입된 피드는 상기 분리벽형 증류탑(200) 내부에서 정제된다. 또한, 상기 원료 공급 영역(230)으로 유입된 피드 내에서 상대적으로 낮은 끓는점을 가지는 성분은 탑정 영역(210) 쪽으로 이동하게 되며, 상대적으로 높은 끓는점을 가지는 성분은 탑저 영역(220) 쪽으로 이동하게 된다. 상기 탑저 영역(220)으로 이동한 성분 중 상대적으로 낮은 끓는 점을 가지는 성분은 생성물 유출 영역(240)으로 이동하게 되어 생성물 흐름으로 유출되거나 또는 탑정 영역(210)으로 이동하게 되며, 상기 탑저 영역(220)으로 이동한 성분 중 상대적으로 높은 끓는 점을 가지는 성분은 탑저 영역(220)에서 고비점 흐름으로 배출된다. 상기 탑저 영역(220)에서 유출된 고비점 흐름의 일부는 고비점 성분의 흐름으로 배출되며, 나머지 일부는 재비기(203)에서 가열된 후, 상기 분리벽형 증류탑의 탑저 영역(220)으로 재유입될 수 있다. 한편, 상기 탑정 영역(210)에서는 수분의 함량이 매우 농후한 저비점 성분의 흐름이 유출되며, 상기 탑정 영역(210)에서 유출된 흐름은 응축기(202)에서 응축되고, 응축된 흐름의 일부는 배출되며, 나머지 일부는 상기 분리벽형 증류탑(200)의 탑정 영역(210)으로 환류될 수 있다. 또한 탑정 영역(210)에서 유출되어 환류되는 흐름은 다시 분리벽형 증류탑(200)에서 정제됨으로써, 탑정 영역(210)에서 유출되는 IPA의 함량을 최소화하고, 탑정 영역(210)에서 유출되는 물의 함량을 극대화 할 수 있다.
상기 정제 방법에서 사용할 수 있는 분리벽형 증류탑(200)의 구체적인 종류는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 도 3에 나타난 바와 같은 일반적인 구조의 분리벽형 증류탑을 사용하거나, 정제 효율을 고려하여 증류탑 내의 분리벽의 위치나 형태가 변경 설계된 증류탑의 사용도 가능하다. 또한, 증류탑의 단수 및 내경 등도 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 피드의 조성을 고려한 증류 곡선으로부터 유추되는 이론 단수 등을 기반으로 설정할 수 있다.
상기 방법에서 정제 공정을 수행하는 분리벽형 증류탑(200)은, 예를 들면, 함수량이 500 ppm 이하로 조절된 피드가 도입되면, 정제 공정을 통하여 상기 피드 내의 함수량을 150 ppm 이하, 예를 들어, 120 ppm 이하, 110 ppm 이하, 100 ppm 이하, 80 ppm 이하, 60 ppm 이하, 50 ppm 이하, 30 ppm 이하 또는 10 ppm 이하로 낮추어서 배출할 수 있도록 설치되어 있을 수 있다. 이에 따라서 상기 정제 공정에서는, 분리벽형 증류탑으로 공급한 피드로부터 물을 제거하여 피드의 함수량을 150 ppm 이하, 예를 들어, 120 ppm 이하, 110 ppm 이하, 100 ppm 이하, 80 ppm 이하, 60 ppm 이하, 50 ppm 이하, 30 ppm 이하 또는 10 ppm 이하로 조절하는 것을 포함할 수 있다. 상기 분리벽형 증류탑(200)을 통하여 함수량을 상기 범위로 조절함과 동시에 IPA를 고순도로 정제할 수 있다.
분리벽형 증류탑(200)은, 예를 들면, 멤브레인 시스템(100)을 거친 피드가 상기 증류탑의 원료 공급 영역(230)으로 공급되도록 설치되어 있을 수 있다. 이에 따라서 상기 정제 공정에서는 탈수 공정을 거친 함수량이 500 ppm 이하로 조절된 피드를 증류탑의 원료 공급 영역(230)으로 공급할 수 있다. 분리벽형 증류탑(200)으로 피드의 공급 시에는 상기 피드의 조성을 고려할 때에, 예를 들면 도 3에 나타난 바와 같이 피드를 상부 공급 영역(231)으로 공급하면, 효율적인 정제가 가능할 수 있다.
이와 같은 과정을 거쳐서 분리벽형 증류탑(200)에서는, 정제된 IPA를 포함하고 함수량이 150 ppm 이하인 생성물이 하부 생성물 유출 영역(242), 바람직하게는 상기 하부 생성물 유출 영역(242)의 중간부에서 배출되도록 설치될 수 있다. 즉, 상기 정제 방법은 정제된 IPA를 포함하고 함수량이 150 ppm 이하인 생성물을 분리벽형 증류탑(200)의 하부 생성물 유출 영역(242), 바람직하게는 상기 분리벽형 증류탑(200)의 탑정을 기준으로 산출된 이론 단수의 50 내지 90%, 55% 내지 80% 또는 60% 내지 75%의 단으로부터 수득하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 분리벽형 증류탑(200)의 이론단수가 100단일 경우, 상기 함수량이 100 ppm 이하인 생성물은 50 내지 90 단 또는 60 내지 75 단에서 유출될 수 있으며, 이와 같이 생성물의 배출 위치를 조절하여 정제 공정의 효율을 보다 증가시킬 수 있다. 상기에서, 「하부 생성물 유출 영역의 중간부」는 하부 생성물 유출 영역(242)을 분리벽형 증류탑(200)의 길이방향으로 2 등분한 지점을 의미한다.
상기와 같이 함수량이 500 ppm 이하로 조절된 피드의 수분 함량을 150 ppm 이하로 조절하기 위하여 필요한 상기 분리벽형 증류탑(200)의 이론 단수는 70 내지 120단, 80단 내지 110단 또는 85 내지 100단일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 유입되는 피드의 유량 및 공정 조건에 따라 적절하게 변경될 수 있다.
한편, 분리벽형 증류탑(200)의 경우, Petlyuk 증류탑과는 달리 설계가 정해지면 내부순환 흐름량을 조절할 수 없는 구조적 특성으로 인하여 운전 조건 변동에 대한 유연성이 떨어지므로, 증류탑의 초기 설계 단계에서 다양한 외란(disturbance)에 대한 정확한 모사와 용이한 제어가 가능한 제어 구조의 결정이 필요하며, 나아가 분리벽형 증류탑(200)에서 공급단의 위치, 분리벽 구간 설정, 중비점 물질의 생산단 위치, 총 이론단수, 증류온도 및 증류압력 등의 증류탑의 설계 구조 및 운전 조건에 대한 내용은 매우 제한되어 있을 뿐만 아니라, 특히, 증류하려는 대상 화합물의 성질에 따라 증류탑의 단수, 공급단 및 유출단의 위치 등의 설계구조 및 증류온도, 압력 및 환류비 등의 운전조건이 특별하게 변경되어야 한다. 본 출원의 정제 방법에서는, 전술한 바와 같이, 에너지를 절감하고 설비비를 줄일 수 있도록, IPA의 정제에 적합하게 설계된 분리벽형 증류탑(200)의 운전 조건을 제공할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기와 같이, 함수량이 500 ppm 이하로 조절된 피드가 분리벽형 증류탑(200)으로 도입되고, 상기 분리벽형 증류탑(200)에서 정제 공정을 통하여 상기 피드 내의 함수량을 150 ppm 이하로 조절하는 경우, 상기 분리벽형 증류탑(200)의 탑정 영역(210)의 환류비는 60 내지 90, 예를 들어, 65 내지 90, 70 내지 85 또는 75 내지 85의 범위로 조절될 수 있다. 예를 들어, 분리벽형 증류탑(200)으로 도입되는 피드 내의 물의 함량이 높을수록 상기 피드 내의 물을 제거하고 고순도의 IPA를 얻기 위한 탑정 영역(210)의 환류비는 크게 조절될 필요가 있으나, 본 출원의 정제 방법에서는, 분리벽형 증류탑(200)으로 도입되는 피드 내의 물의 함량을 500 ppm 이하로 조절하고, 또한, 분리벽형 증류탑(200) 내의 탑정 영역(210)의 환류비를 상기와 같이 특정 범위로 조절함으로써, 하부 생성물 유출 영역(242)에서 수득하는 IPA 내의 수분의 함량을 매우 낮게 조절할 수 있다.
상기 피드는, 예를 들면, 5,000 Kg/hr 내지 13,000 Kg/hr 정도의 유량으로 분리벽형 증류탑(200)에 공급될 수 있다. 또한, 상기 공급되는 피드의 온도는, 예를 들면, 50℃ 내지 135℃, 60℃ 내지 110℃ 또는 80℃ 내지 100℃ 정도로 조절될 수 있다. 상기와 같은 유량과 온도로 피드를 공급하면 적절한 증류 효율을 달성할 수 있다.
상기와 같이, 함수량이 500 ppm 이하로 조절된 피드를 분리벽형 증류탑(200)에 공급하여 진행되는 증류 시에 분리벽형 증류탑(200)의 탑정 영역(210)의 운전 온도는, 40℃ 내지 120℃, 예를 들면, 45℃ 내지 110℃ 또는 50℃ 내지 100℃ 정도로 조절될 수 있다. 이 경우, 상기 분리벽형 증류탑(200)의 탑정 영역(210)의 운전 압력은, 0.1 Kg/cm2 내지 10.0 Kg/cm2, 예를 들어, 0.2 Kg/cm2 내지 5.5 Kg/cm2, 0.3 Kg/cm2 내지 4.5 Kg/cm2, 0.6 Kg/cm2 내지 4.0 Kg/cm2 또는 0.68 Kg/cm2 내지 3.7 Kg/cm2 정도로 조절될 수 있다. 이러한 운전 온도 및 압력에서 피드에 조성에 따른 효율적인 증류가 가능할 수 있다. 본 명세서에서 압력은, 특별히 달리 정의하지 않는 한 절대 압력(absolute pressure)을 의미한다.
상기 분리벽형 증류탑(200) 내부의 운전 및 압력 조건은 상기 탑정 영역(210)의 온도 및 압력 조건에 따라 변경될 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 분리벽형 증류탑(200)의 탑정 영역(210)의 온도가 40℃ 내지 120℃로 조절되는 경우, 상기 분리벽형 증류탑(200)의 하부 생성물 유출 영역(242)에서 유출되는 유출 흐름의 온도는, 60℃ 내지 130℃ 예를 들면, 70℃ 내지 125℃, 75℃ 내지 120℃ 또는 77.3℃ 내지 120℃ 정도로 조절될 수 있다. 또한, 상기 분리벽형 증류탑(200)의 탑정 영역(210)의 압력이 0.2 Kg/cm2 내지 5.5 Kg/cm2로 조절되는 경우, 상기 분리벽형 증류탑(200)의 하부 생성물 유출 영역(242)의 운전 압력은, 0.3 Kg/cm2 내지 6.0 Kg/cm2, 예를 들어, 0.5 Kg/cm2 내지 5.0 Kg/cm2, 0.8 Kg/cm2 내지 4.0 Kg/cm2 또는 0.843 Kg/cm2 내지 3.86 Kg/cm2 정도로 조절될 수 있다. 이러한 운전 온도 및 압력에서 피드에 조성에 따른 효율적인 증류가 가능할 수 있다.
또한, 상기 분리벽형 증류탑(200)의 탑정 영역(210)의 온도가 40℃ 내지 120℃로 조절되는 경우, 상기 분리벽형 증류탑(200)의 탑저 영역(220)의 운전 온도는, 80℃ 내지 160℃, 예를 들면, 90℃ 내지 160℃, 95℃ 내지 158℃ 또는 104℃ 내지 156℃ 정도로 조절할 수 있다. 또한, 상기 분리벽형 증류탑(200)의 탑정 영역(210)의 압력이 0.2 Kg/cm2 내지 5.5 Kg/cm2로 조절되는 경우, 상기 분리벽형 증류탑(200)의 탑저 영역(220)의 운전 압력은, 0.3 Kg/cm2 내지 6.0 Kg/cm2, 예를 들어, 0.8 Kg/cm2 내지 5.0 Kg/cm2, 0.9 Kg/cm2 내지 4.0 Kg/cm2 또는 0.91 Kg/cm2 내지 3.93 Kg/cm2 정도로 조절될 수 있다. 이러한 운전 온도 및 압력에서 피드에 조성에 따른 효율적인 증류가 가능할 수 있다
상기에서, 분리벽형 증류탑(200)의 운전 조건은, 정제 효율 등을 고려하여 필요에 따라서 추가적으로 조절될 수 있다.
상기 정제 공정이 진행되는 분리벽형 증류탑(200)의 다른 조건, 예를 들면, 각 증류탑의 단수 또는 내경 등은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 분리벽형 증류탑(200)의 이론 단수는 피드의 증류 곡선 등에 의해 산출되는 이론 단수에 기반하여 결정될 수 있다. 또한, 상기 분리벽형 증류탑(200)에서의 상부 및 하부 배출물의 유량 등은, 예를 들면, 상기 기술한 운전 압력 및 온도의 달성이 가능하도록 설정될 수 있다.
본 출원은 또한 IPA의 정제 장치에 대한 것이다. 예시적인 정제 장치는, 상기 기술한 정제 방법에 적용되기 위한 장치일 수 있다.
이에 따라 상기 정제 장치는, 예를 들면, 상기 기술한 피드가 공급되면, 상기 피드의 함수량을 500 ppm 이하로 낮추어 배출할 수 있도록 설치된 탈수 수단(D) 및 상기 탈수 수단(D)을 거친 피드가 도입되어 정제 공정이 진행될 수 있는 정제 수단(P)을 포함할 수 있다.
상기 정제 장치와 관련된 구체적인 내용은, 예를 들면, 이미 기술한 사항이 동일하거나 유사하게 적용될 수 있다.
예를 들면, 상기 탈수 수단(D)은 멤브레인 시스템(100) 및 흡착제가 충전된 컬럼(110, 111)일 수 있다.
상기 탈수 수단(D)의 멤브레인 시스템(100)으로는, 분리막을 이용한 시스템이라면, 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들면, 투과증발(pervaporation) 시스템 또는 증기투과(vapor permeation) 시스템 등이 이용될 수 있다.
전술한 바와 같이, 상기 투과증발 시스템 또는 증기투과 시스템에 이용될 수 있는 분리막은 사용되는 소재의 종류에 따라 폴리머 멤브레인 등의 유기 분리막, 무기 분리막, 유기물과 무기물을 혼합하여 제조되는 유무기 분리막 등이 예시될 수 있으며, 본 출원의 탈수 수단(D)에서는 기술분야에서 공지된 다양한 분리막이 목적하는 분리 성분에 따라 다양하게 이용될 수 있다. 예를 들어, 친수성 분리막으로서, 실리카겔로 이루어진 분리막, PVA 또는 폴리이미드와 같은 폴리머로 이루어진 분리막 및 제올라이트 분리막 등이 이용될 수 있으나, 목적하는 탈수량 및 피드의 조성을 고려하여 적절하게 변경할 수 있다. 예를 들어, 상기 제올라이트 분리막으로는, Pervatech 사의 제올라이트막, i3nanotec 사의 제올라이트 A 분리막, 제올라이트 NaA 분리막 등이 이용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 분리막의 강도를 유지하기 위하여, 폴리머 분리막에 무기물을 코팅하여 사용할 수도 있다.
또한, 상기 투과증발 시스템 또는 증기투과 시스템은 진공 장치를 포함할 수 있다. 상기 진공 장치는 피드 중 분리되길 원하는 성분이 분리막과 접촉한 후에, 상기 막에서 쉽게 분리될 수 있도록, 진공을 형성하는 장치를 의미하며, 진공 저장 탱크 및 진공 펌프로 구성된 장치 등이 예시될 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 컬럼(110, 111)에 충전되는 흡착제는 분자체, 실리카겔, 활성알루미나, 활성탄 또는 이온교환수지를 포함할 수 있다.
예를 들면, 상기 탈수 수단(D)의 분자체로는, 상기와 같은 탈수 능력을 가지도록 설치되는 한 특별한 제한 없이 공지의 분자체를 사용할 수 있다. 예를 들어, 분자체로는, 제올라이트 계열의 분자체, 실리카 계열의 분자체, 알루미나 계열의 분자체, 실리카-알루미나 계열의 분자체 또는 실리케이트-알루미나 계열의 분자체 등을 사용할 수 있다.
분자체로는, 예를 들면, 세공의 평균 크기가 1.0 Å 내지 5.0 Å 또는 2.0 Å 내지 4.0 Å 정도인 분자체를 사용할 수 있다. 또한, 상기 분자체의 비표면적은, 예를 들면, 100 m3/g 내지 1,500 m3/g 정도일 수 있다. 이러한 범위의 세공의 크기 및 비표면적을 가지는 분자체의 사용을 통하여 탈수 수단(D)의 탈수 능력을 적절하게 조절할 수 있다.
하나의 예시에서 탈수 수단(D)은, 분자체가 충전되어 있는 컬럼(110, 111)을 2개 이상 포함할 수 있다.
상기 정제 장치는, 예를 들면, 상기 탈수 수단(D)을 거친 피드가 도입되어 정제 공정이 진행될 수 있는 정제 수단(P)을 포함할 수 있으며, 상기 정제 수단(P)은 분리벽형 증류탑(Divided Wall Column, DWC)일 수 있다.
상기에서 분리벽형 증류탑(200)은, 예를 들면, 탈수 수단(D)을 거친 피드가 분리벽형 증류탑(200)의 원료 공급 영역(230), 예를 들면, 상부 공급 영역(231)으로 공급되도록 설치되어 있을 수 있다. 또한, 상기 분리벽형 증류탑(200)은, IPA를 포함하는 생성물이 하부 생성물 유출 영역(242), 바람직하게는 하부 생성물 유출 영역(242)의 중간부로부터 배출되도록 설치되어 있을 수 있다.
상기 분리벽형 증류탑(200)과 관련된 구체적인 설명은 전술한 정제 방법에서 설명한 바와 동일하므로, 생략하기로 한다.
본 출원에서는, 최소량의 에너지 소비로 물과 IPA를 포함하는 피드로부터 IPA를 고순도로 수득할 수 있다.
도 1은 상기 방법의 진행을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 상기 방법에서 사용되는 탈수 수단을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 상기 방법에서 사용되는 정제 수단을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 4는 본 출원의 제 1 실시예에 따른 정제 장치를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 출원의 비교예에 따른 정제 장치를 예시적으로 나타낸 도면이다.
이하 실시예 및 비교예를 통하여 상기 방법을 상세히 설명하나, 상기 방법 및 장치의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예 1
도 4와 같이 탈수 수단 및 상기 탈수 수단과 연결된 분리벽형 증류탑을 사용하여 IPA를 정제하였다. 구체적으로, 상기 탈수 수단은 멤브레인 시스템과 분자체가 충전된 컬럼이 순차로 연결된 장치를 사용하였으며, 상기 멤브레인 시스템으로는 멤브레인(HybSi membrane, Pervatech 社) 장치 및 진공 장치를 포함하는 투과증발 시스템을 사용하였고, 분자체로는 세공의 유효 기공 평균 크기가 3Å 정도인 제올라이트 3A가 사용되었고, 충전된 부피가 약 3 m3 정도인 컬럼 2기를 사용하였다. 상기에서 분자체의 재생은 질소 가스를 약 230℃에서 약 1,314Nm3/hr의 유량으로 공급할 수 있는 수단을 사용하여 수행하였다. 피드로는, IPA 98.6 중량%, 물 약 3,000 ppm 및 기타 불순물 약 1.1 중량%를 포함하는 액상 피드를 사용하였다. 상기와 같은 피드를 상기 탈수 수단에 90℃의 온도로 공급하여 투과증발 시스템을 통과한 피드 내의 함수량이 약 1,000 ppm이 되도록 조절하고, 상기 컬럼을 통과한 피드 내의 함수량이 약 300 ppm이 되도록 탈수 공정을 진행하였다. 그 후, 탈수 공정을 거친 함수량이 약 300 ppm인 피드를 분리벽형 증류탑의 원료 공급 영역, 구체적으로는 이론단수가 90 단인 분리벽형 증류탑의 20 단으로 도입하여 정제를 진행하고, IPA를 포함하는 생성물은 하부 생성물 유출 영역, 구체적으로는 이론단수가 90 단인 분리벽형 증류탑의 60 단에서 수득하였다.
상기에서 분리벽형 증류탑의 탑정 영역의 환류비는 80으로 조절하였으며, 탑정 영역의 운전 온도 및 압력은 각각 약 63℃ 및 1.12 Kg/cm2 로 조절하였다. 이 경우, 고순도의 IPA가 유출되는 하부 생성물 유출 영역의 운전 온도 및 압력은 각각 약 100℃ 및 1.33 Kg/cm2 이었으며, 탑저 영역의 운전 온도 및 압력은 각각 약 117℃ 및 1.37 Kg/cm2이었다.
이 경우, 하부 생성물 유출 영역에서 수득한 IPA 내의 고비점 성분의 함량은 약 42 ppm으로 측정되었다.
실시예 2
탑정 영역의 환류비를 85로 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 공정을 진행하여 정제를 수행하였다.
실시예 3
탑정 영역의 환류비를 76으로 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 공정을 진행하여 정제를 수행하였다.
실시예 4
IPA를 포함하는 생성물을 이론단수가 90 단인 분리벽형 증류탑의 40 단에서 수득한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 공정을 진행하여 정제를 수행하였다.
실시예 5
IPA를 포함하는 생성물을 이론단수가 90 단인 분리벽형 증류탑의 70 단에서 수득한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 공정을 진행하여 정제를 수행하였다.
이 경우, 하부 생성물 유출 영역에서 수득한 IPA 내의 고비점 성분의 함량은 약 52 ppm으로 측정되었다.
실시예 6
탈수 수단을 거쳐 정제 수단으로 도입되는 피드 내의 함수량을 500 ppm 정도로 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 공정을 진행하였다. 이 경우, 분리벽형 증류탑의 탑정 영역의 환류비는 85로 조절하였고, 운전 온도 및 압력은 각각 약 65℃ 및 1.12 Kg/cm2 로 조절하였으며, 탑저 영역의 운전 온도 및 압력은 각각 약 117℃ 및 1.35 Kg/cm2로 조절하였다.
실시예 7
탑정 영역의 운전 온도 및 압력을 각각 약 50℃ 및 0.68 Kg/cm2로 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 공정을 진행하여 정제를 수행하였다.
이 경우, 하부 생성물 유출 영역의 운전 온도 및 압력은 각각 약 77.3℃ 및 0.843 Kg/cm2이었으며, 탑저 영역의 운전 온도 및 압력을 각각 약 104℃ 및 0.91 Kg/cm2이었다.
실시예 8
탑정 영역의 운전 온도 및 압력을 각각 약 100℃ 및 3.7 Kg/cm2로 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 공정을 진행하여 정제를 수행하였다.
이 경우, 하부 생성물 유출 영역의 운전 온도 및 압력은 각각 약 120℃ 및 3.86 Kg/cm2이었으며, 탑저 영역의 운전 온도 및 압력을 각각 약 156℃ 및 3.93 Kg/cm2이었다.
비교예 1
IPA 98.6 중량%, 물 약 3,000 ppm 및 기타 불순물 약 1.1 중량%를 포함하는 액상 피드를, 도 5와 같이 탈수 공정을 거치지 않고 2 기의 일반형 증류탑이 연결된 정제 장치로 유입시켜 정제하였다. 이 경우, 제 1 증류탑의 탑정 운전 온도 및 압력은 각각 약 76℃ 및 1.12 Kg/cm2로 조절하였고, 탑저 운전 온도 및 압력은 약 93℃ 및 1.54 Kg/cm2 로 조절하였다. 또한, 제 2 증류탑의 탑정 운전 온도 및 압력은 각각 약 83℃ 및 1.04 Kg/cm2로 조절하였고, 하부 운전 온도 및 압력은 약 110℃ 및 1.18 Kg/cm2 로 조절하였다.
비교예 2
도 6과 같이 멤브레인 시스템을 투과한 피드가 분리벽형 증류탑 대신에 2 기의 일반형 증류탑이 연결된 정제 장치로 유입시켜 정제한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 공정을 진행하였다. 이 경우, 제 1 증류탑의 탑정 운전 온도 및 압력은 각각 약 63℃ 및 1.12 Kg/cm2로 조절하였고, 탑저 운전 온도 및 압력은 약 93℃ 및 1.54 Kg/cm2 로 조절하였다. 또한, 제 2 증류탑의 탑정 운전 온도 및 압력은 각각 약 83℃ 및 1.04 Kg/cm2로 조절하였고, 탑저 운전 온도 및 압력은 약 110℃ 및 1.18 Kg/cm2 로 조절하였다.
비교예 3
IPA 98.6 중량%, 물 약 3,000 ppm 및 기타 불순물 약 1.1 중량%를 포함하는 액상 피드를 탈수 공정을 거치지 않고, 직접 도 3에 나타난 바와 같은 분리벽형 증류탑에 도입한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 공정을 진행하였다. 이 경우, 분리벽형 증류탑의 탑정 영역의 환류비는 52로 조절하였고, 탑정 영역의 운전 온도 및 압력은 각각 약 76℃ 및 1.12 Kg/cm2 로 조절하였으며, 탑저 영역의 운전 온도 및 압력은 각각 약 111℃ 및 1.37 Kg/cm2로 조절하였다.
비교예 4
IPA를 포함하는 생성물을 이론단수가 90 단인 분리벽형 증류탑의 35 단에서 수득한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 공정을 진행하여 정제를 수행하였다.
비교예 5
IPA를 포함하는 생성물을 이론단수가 90 단인 분리벽형 증류탑의 85 단에서 수득한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 공정을 진행하여 정제를 수행하였다.
이 경우, 하부 생성물 유출 영역에서 수득한 IPA 내의 고비점 성분의 함량은 약 590 ppm으로 측정되었다.
비교예 6
탈수 수단을 거쳐 정제 수단으로 도입되는 피드 내의 함수량을 700 ppm 정도로 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 공정을 진행하였다.
상기 실시예 및 비교예에서 사용된 전체 에너지 사용량 및 IPA 내의 수분 함량을 하기 표 1 및 표 2에 정리하여 기재하였다.
표 1
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 실시예 7 실시예 8
HEAT DUTY(Gcal/hr) 응축기 1.49 1.6 1.43 1.49 1.49 1.78 1.43 1.59
재비기 1.47 1.58 1.41 1.47 1.47 1.76 1.37 1.74
에너지 절감량(Gcal/hr) 1.55 1.44 1.61 1.55 1.55 1.26 1.65 1.28
에너지 절감율(%) 51% 48% 53% 51% 51% 42% 55% 42%
IPA 내의 수분 함량(ppm) 89 100 110 110 100 100 89 100
에너지 절감량: 비교예 1 대비 에너지 절감량, 에너지 절감율: 비교예 1 대비 에너지 절감율
표 2
비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5 비교예 6
HEAT DUTY(Gcal/hr) 응축기 3.13 2.5 2.02 1.49 1.49 3.10
재비기 3.02 2.4 2 1.47 1.47 2.99
에너지 절감량(Gcal/hr) 0 0.62 1.02 1.55 1.55 0.03
에너지 절감율(%) 0% 21% 34% 51% 51% 1%
IPA 내의 수분 함량(ppm) 100 100 100 130 100 100
에너지 절감량: 비교예 1 대비 에너지 절감량, 에너지 절감율: 비교예 1 대비 에너지 절감율

Claims (19)

  1. 이소프로필 알코올 및 물을 포함하는 피드를 멤브레인 시스템 및 흡착제가 충전되어 있는 컬럼을 포함하는 탈수 수단에 공급하여 물을 제거하는 단계; 및
    상기 탈수 수단에서 물을 제거하여 함수량이 조절된 피드를 분리벽형 증류탑에 공급하여 정제를 수행하는 단계를 포함하는 이소프로필 알코올의 정제 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 멤브레인 시스템은 투과증발(pervaporation) 시스템 또는 증기투과(vapor permeation) 시스템인 이소프로필 알코올의 정제 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 흡착제는 분자체, 실리카겔, 활성알루미나, 활성탄 또는 이온교환수지를 포함하는 이소프로필 알코올의 정제 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 물을 제거하는 단계가, 함수량이 1,200 ppm 내지 5,000 ppm인 피드를 탈수 수단에 공급하고, 상기 탈수 수단에서 피드의 함수량을 500 ppm 이하로 조절하는 것을 포함하는 이소프로필 알코올의 정제 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 물을 제거하는 단계가, 함수량이 1,200 ppm 내지 5,000 ppm인 피드를 멤브레인 시스템에 공급하여, 함수량을 500 ppm 내지 1,200 ppm으로 조절하고, 함수량이 500 ppm 내지 1,200 ppm으로 조절된 피드를 흡착제가 충전되어 있는 컬럼에 공급하여 함수량을 50 ppm 내지 500 ppm으로 조절하는 것을 포함하는 이소프로필 알코올의 정제 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 정제를 수행하는 단계가, 탈수 수단에서 물을 제거하여 함수량이 500 ppm 이하로 조절된 피드를 분리벽형 증류탑으로 공급하여, 함수량이 150 ppm 이하로 조절되도록 수행하는 것을 포함하는 이소프로필 알코올의 정제 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 분리벽형 증류탑은, 원료 공급 영역, 탑정 영역, 탑저 영역 및 생성물 유출 영역으로 구분되고, 상기 생성물 유출 영역은 상부 생성물 유출 영역 및 하부 생성물 유출 영역으로 구분되며,
    정제를 수행하는 단계가, 탈수 수단에서 물을 제거하여 함수량이 500 ppm 이하로 조절된 피드를 상기 분리벽형 증류탑의 상기 원료 공급 영역으로 공급하고, 상기 분리벽형 증류탑에서 정제를 수행하며, 정제된 이소프로필 알코올을 포함하고 함수량이 150 ppm 이하인 배출물을 상기 분리벽형 증류탑의 하부 생성물 유출 영역에서 수득하는 것을 포함하는 이소프로필 알코올의 정제 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 정제된 이소프로필 알코올을 포함하고 함수량이 150 ppm 이하인 배출물을 상기 분리벽형 증류탑의 탑정을 기준으로 산출된 이론단수의 50% 내지 90%의 단에서 수득하는 정제 방법.
  9. 제 7 항에 있어서, 분리벽형 증류탑의 탑정 영역의 온도를 40℃ 내지 120℃로 조절하는 것을 포함하는 이소프로필 알코올의 정제 방법.
  10. 제 7 항에 있어서, 분리벽형 증류탑의 탑정 영역의 압력을 0.1 내지 10.0 Kg/cm2로 조절하는 것을 포함하는 이소프로필 알코올의 정제 방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 분리벽형 증류탑의 하부 생성물 영역에서 유출되는 흐름의 온도가 60℃ 내지 130℃인 이소프로필 알코올의 정제 방법.
  12. 제 10 항에 있어서, 분리벽형 증류탑의 하부 생성물 유출 영역의 압력은 0.3 내지 6.0 Kg/cm2인 이소프로필 알코올의 정제 방법.
  13. 제 9 항에 있어서, 분리벽형 증류탑의 탑저 영역의 온도가 80℃ 내지 160℃인 이소프로필 알코올의 정제 방법.
  14. 제 10 항에 있어서, 분리벽형 증류탑의 탑저 영역의 압력은 0.3 내지 6.0 Kg/cm2인 이소프로필 알코올의 정제 방법.
  15. 이소프로필 알코올 및 물을 포함하는 피드가 공급되며 상기 피드의 함수량을 조절하여 배출하는, 멤브레인 시스템 및 흡착제가 충전되어 있는 컬럼을 포함하는 탈수 수단; 및
    상기 탈수 수단을 거친 피드가 도입되어 정제 공정이 진행되는 분리벽형 증류탑을 포함하는 이소프로필 알코올의 정제 장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 멤브레인 시스템은 투과증발(pervaporation) 시스템 또는 증기투과(vapor permeation) 시스템인 이소프로필 알코올의 정제 장치.
  17. 제 15 항에 있어서, 흡착제는 분자체, 실리카겔, 활성알루미나, 활성탄 또는 이온교환수지를 포함하는 이소프로필 알코올의 정제 장치.
  18. 제 17 항에 있어서, 분자체는 제올라이트, 실리카-알루미나 또는 실리케이트 알루미나를 포함하는 이소프로필 알코올의 정제 장치.
  19. 제 15 항에 있어서, 분리벽형 증류탑은, 원료 공급 영역, 탑정 영역, 탑저 영역 및 생성물 유출 영역으로 구분되고, 상기 생성물 유출 영역은 상부 생성물 유출 영역 및 하부 생성물 유출 영역으로 구분되며,
    탈수 수단에서 물을 제거하여 함수량이 500 ppm 이하로 조절된 피드가 상기 분리벽형 증류탑의 상기 원료 공급 영역으로 공급되고, 정제된 이소프로필 알코올을 포함하고 함수량이 150 ppm 이하인 배출물이 상기 분리벽형 증류탑의 하부 생성물 유출 영역에서 유출되는 정제 장치.
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