JP6955620B2 - 沸点差の小さい混合物の分離精製方法 - Google Patents

Description

本出願は、２０１７年８月２５日付けで出願された韓国特許出願第１０−２０１７−０１０８１０５号に基づく優先権の利益を主張し、該当韓国特許出願の文献に開示されている全ての内容は、本明細書の一部として組み込まれる。

本発明は、沸点差の小さい３成分以上の混合物を分離精製する方法に関する。

化学工程において３成分以上の混合物を分離精製しなければならない場合が多い。 この場合、殆どの分離精製工程は沸点差による蒸留工程が頻繁に用いられる。しかしながら、成分の沸点差が小さい場合には、分離精製工程が効率よく進行されにくいという問題点がある。

図１は、一般的な３成分系分離精製工程を概略的に示す。第１蒸留カラム（ヘビーエンド除去カラム）においては、下部でヘビー成分（重質成分）を分離し、上部で回収しようとする製品とライト成分（軽質成分）を回収する。回収された製品および軽質成分は、再び第２蒸留カラム（ライトエンド除去カラム）へ送られて上部で軽質成分を分離し、下部で製品を生産することになる。

しかしながら、軽質成分の主要成分と重質成分の主要成分との沸点差が１５℃以下であると、蒸留カラムの分離が難しくなり、このため更なる工程エネルギが所要され、運転安定性が阻害されるという問題がある。

したがって、沸点差の小さい多成分混合物から所望の製品をより少ないエネルギにより高い歩留まりで回収することができる工程の開発が必要である。

本発明は、沸点差の小さい３成分以上の成分を含む混合物を効率よく分離精製することができ、運転安定性が確保される省エネ型工程を提供しようとする。

本発明は、前記課題を解決するために、
沸点が互いに異なる３成分以上の混合物を第１蒸留カラムへ供給して、下部から重質成分を得て、上部から軽質成分と回収しようとする製品を含む上部分画を得るステップと、 前記上部分画を第２蒸留カラムへ供給して第２蒸留カラムの下部から製品が豊富な第１下部分画を回収し、上部から軽質成分を回収するステップと、を含み、
第１蒸留カラムの上部から回収される上部分画が有する熱を第１熱交換器を介して第２蒸留カラムの下部に供給し、
前記第１蒸留カラムの上部分画は前記第１熱交換器で第２蒸留カラムの下部から回収される第２の下部分画に熱を供給した後、一部は第２蒸留カラムに供給ストリームとして供給され、残りは第１蒸留カラムの上部へ還流され、
第２蒸留カラムＣ２の上部から回収された軽質成分の一部は凝縮されて第２蒸留カラムＣ２へ還流され、
第２蒸留カラムの上部リフラックスＲ２と第１蒸留カラムの上部リフラックスＲ１の割合Ｒ２／Ｒ１をＫとする時、Ｋが１．０５以上１．５以下のものである混合物の精製方法を提供する。

一態様によれば、前記沸点が互いに異なる３成分以上の混合物に含有された各成分の沸点差が１５℃以内のものであってもよい。

第１蒸留カラムの運転圧力は、第２蒸留カラムの運転圧力より３．５ｋｇｆ／ｃｍ²以上高いものであってもよい。

一態様によれば、第１熱交換器から熱を供給される第２蒸留カラムの第２下部分画は第２蒸留カラムへ還流されることができる。

一態様によれば、前記第２蒸留カラムの第１下部分画の一部は再加熱された後、還流されることができる。

一態様によれば、前記第１蒸留カラムの上部分画の全部が前記第１熱交換器へ供給され、第１蒸留カラムの上部には別途の凝縮器が具備されなくてもよい。

一態様によれば、第１蒸留カラムの下部から回収される重質成分は再加熱された後、重質成分の一部は第２熱交換器を介して、第１蒸留カラムに供給される混合物の予備加熱に使用された後回収されることができる。

一態様によれば、前記第１蒸留カラムの下部から回収された後、再加熱された重質成分の残りは還流されることができる。

本発明によれば、沸点差の小さい多成分混合物の分離精製工程においてエネルギを節減および運転安定性を確保しながら、精製効率を極大化することができる。

一般的な３成分系混合物の分離精製工程を概略的に示した図である。 本発明の一実施例による工程を概略的に示す図である。 リフラックス比による全エネルギを示すグラフである。 リフラックス比による熱交換量を示すグラフである。 リフラックス比による組成を示すグラフである。

以下では、本発明による方法を図２〜図５を参照して説明するが、これらは、本発明の一実施例に過ぎないため、特許請求の範囲及び明細書全般から自明な発明の保護範囲を制限するものと見なされてはならない。

本発明は、沸点差の小さい、例えば、沸点差が１５℃以内、又は１０℃以内である成分を３成分以上含む混合物を分離精製する方法に関するものである。

本発明は、Ｃ４混合物の分離工程で排出されるラフィネート−２ストリームから１−ブテンをより経済的に高純度高収率で分離精製する方法にも用いられることができる。しかし、この用途に限られるものではなく、沸点差の小さい多成分混合物の分離精製工程に効率よく活用されることができる。

図２は、本発明の一実施例による方法を示す。

本発明による混合物の精製方法は、
沸点差の小さい３成分以上の成分を含む混合物１０を第１蒸留カラムＣ１へ供給して第１蒸留カラムＣ１の下部から重質成分１１を得て、上部から回収しようとする製品を含む上部分画１２を回収するステップと、
前記上部分画１２を第２蒸留カラムＣ２へ供給して第２蒸留カラムＣ２の下部から回収しようとする製品が豊富な第１下部分画２１を回収し、上部から軽質成分２２を回収するステップと、を含み、
第１蒸留カラムＣ１の上部から回収される上部分画１２が有する熱を第１熱交換器Ｅ１を介して第２蒸留カラムＣ２の下部に供給し、
第２蒸留カラムの上部リフラックスＲ２と第１蒸留カラムの上部リフラックスＲ１の割合Ｒ２／Ｒ１をＫとする時、Ｋが１．０５以上１．５以下であることを一つの特徴とする。

すなわち、前記第１蒸留カラムＣ１の上部分画１２は、前記第１熱交換器Ｅ１で第２蒸留カラムＣ２の下部から回収される第２の下部分画２３に熱を供給した後、一部１２−１は第２蒸留カラムＣ２に供給ストリームとして供給され、残り１２−２は第１蒸留カラムＣ１の上部へ還流される。

また、第２蒸留カラムＣ２の上部から回収された軽質成分２２の一部は凝縮器Ｃｏｎで凝縮され、第２蒸留カラムＣ２へ還流される。

前記Ｋ値が前記範囲より小さい場合には、未凝縮熱源が発生して運転安全性が低下し、ひどい場合、製品が所望の規格を満たせない恐れがある。また、前記範囲より大きい場合には、第２蒸留カラムに必要な熱源が必要以上に増加して、全熱量が既存の工程より増加するため、第１蒸留カラムの上部熱源活用の意味がなくなる恐れがある。Ｋ値の好ましい範囲は１．０５以上１．５以下、又は１．３以下、又は１．１以下であってもよい。

一方、第１蒸留カラムの運転圧力は、第２蒸留カラムの運転圧力より３．５ｋｇｆ／ｃｍ²以上高いことが好ましい。これは、第１蒸留カラムの凝縮温度が第２蒸留カラムを加熱するのに十分な圧力を有するようにする二重効果蒸留（ＤＥＣ）に有利であることを確認したからである。好ましい範囲は３．５〜５．５ｋｇｆ／ｃｍ²、又は３．５〜５．０ｋｇｆ／ｃｍ²、又は４．０〜５．５ｋｇｆ／ｃｍ²又は４．０〜５．０ｋｇｆ／ｃｍ²である。

また、第１熱交換器Ｅ１から熱を供給される第２蒸留カラムＣ２の第２下部分画２３は第２蒸留カラムＣ２へ還流される。

また、前記第２蒸留カラムＣ２の第１下部分画２１の一部２５は、再加熱器ｂ２で再加熱された後、第２蒸留カラムＣ２へ還流されることができる。

第２カラムＣ２の下部分画を第１下部分画２１と第２下部分画２３に分けてそれぞれ熱交換器に注入することは、初期工程のための始動と再加熱器ｂ２において第２蒸留カラムに必要な熱量を全部供給することができない時に使用することができ、有利である。

一実施例によれば、第１蒸留カラムＣ１の上部分画の全部１２が第１熱交換器Ｅ１へ供給され、第１蒸留カラムＣ１の上部には別途の凝縮器が具備されなくてもよい。すなわち、第１熱交換器を用いた二重効果蒸留（ＤＥＣ）により凝縮器が省略されてもよい。

第１蒸留カラムＣ１の下部から回収される重質成分１１は再加熱器ｂ１で再加熱された後、重質成分の一部１３は第２熱交換器Ｅ２を介して、第１蒸留カラムＣ１に供給される混合物１０の予備加熱に使用された後、回収されることができる。

この時、第１蒸留カラムＣ１の下部から回収された後、再加熱器ｂ１で再加熱された重質成分の残り１５は第１蒸留カラムＣ１へ還流されることができる。

本発明による方法は、省エネ効果が３０％以上であって非常に優れている。

以下では、本発明の実施例を説明する。

＜実施例１〜４＞
下記表１に記載された性状を有する混合物を図２に示された工程を使用して１−ブテン精製を実施した。工程条件及び結果は表２に示した。

＜比較例１＞
図１に示された工程を使用して、表２に記載された条件で精製工程を実施した。

＜比較例２〜４＞
リフラックス比（Ｋ）を表２に記載されたように変化させたことを除いては、図２の精製工程を実施した。

前記結果から、Ｋ値が１．０５未満の場合には、第１蒸留カラムの上部蒸気（ｖａｐｏｒ）未凝縮熱源Ｑ_NCが発生して運転安定性が低下し、深刻な場合、製品が所望の規格を満たせないことが分かる（比較例２及び３）。

また、Ｋ値が１．５より大きい場合には、第２蒸留カラムに必要な熱源が必要以上に増加して全熱量が既存の工程より増加するため、第１蒸留カラムの上部熱源活用の意味がなくなっていることが分かる（比較例４）。

実施例１〜４から、Ｋ値が１．０５より大きくなることにより運転安全性と製品の規格が確保されながら、第２蒸留カラムに必要な熱源Ｑ_LPが増加する傾向を確認することができる。また、実施例１〜４の場合、第１蒸留カラムＣ１と第２蒸留カラムＣ２の上部の圧力差が３．５ｋｇｆ／ｃｍ²以上であって熱交換が可能であり、エネルギが節減されることが分かる。

図３〜図５は、それぞれＫ値による全エネルギ、熱交換量および組成を分析したグラフである。第１蒸留カラムの運転条件は同一に保持しながら、第２蒸留カラムのリフラックス比のみを変化させた。

図３〜図５から、供給熱量Ｑｃは一定であり、これは第２蒸留カラムに供給可能な熱源が限定されていることを示す。

Ｋ値が１．０５より小さい区間で全エネルギ（Ｔｏｔａｌ Ｑ）は、一定の値を有し、１．０５より大きい区間でＴｏｔａｌ Ｑは増加する傾向を示す。

Ｋ値が１．０５より小さい区間でＱｃ（供給熱量）がＱｒ（必要熱量）より大きいため、必要工程エネルギが一定の値を保持する。

Ｋ値が１．０５より大きい区間でＱｃ（供給熱量）がＱｒ（必要熱量）より小さいため、必要工程エネルギは増加する。

Ｋ値が１．０５より小さい区間でＱ_NC（未凝縮熱量）が発生して第１蒸留カラムの上部蒸気（ｖａｐｏｒ）が完全に凝縮されず、工程の運転が不安定となることが分かる。

Ｋ値が１．０５より大きい区間でＱ_LP（ＬＰ必要熱量）が発生して第２蒸留カラムに必要なｕｔｉｌｉｔｙが増加するようになり、Ｔｏｔａｌ Ｑが増加する。

Ｋ値の増加時、製品の組成が増加する傾向を示しており、０．９５以上の値を有する時、規格に適合することが分かる。

以上、本発明の好ましい実施例を挙げて説明したが、本発明の範囲がこれに限られるものではなく、以上で本発明の内容の特定の部分を詳細に述べたところ、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者にとって、かかる具体的記述は単なる好ましい実施形態に過ぎず、これにより本発明の範囲が制限されるものではないことは明らかである。したがって、本発明の実質的な範囲は、添付された請求項とそれらの等価物によって定義されると言える。

Claims (6)

1. 沸点が互いに異なる３成分以上の混合物を第１蒸留カラムへ供給して下部から重質成分を得て、上部から軽質成分と回収しようとする製品を含む上部分画を得るステップと、
   前記上部分画を第２蒸留カラムへ供給して第２蒸留カラムの下部から製品が豊富な第１下部分画を回収し、上部から軽質成分を回収するステップと、を含み、
   前記沸点が互いに異なる３成分以上の混合物に含有された各成分の沸点差が１５℃以内のものであり、
   第１蒸留カラムの上部から回収される上部分画が有する熱を第１熱交換器を介して第２蒸留カラムの下部に供給し、
   前記第１蒸留カラムの上部分画は前記第１熱交換器で第２蒸留カラムの下部から回収される第２下部分画に熱を供給した後、一部は第２蒸留カラムに供給ストリームとして供給され、残りは第１蒸留カラムの上部へ還流され、
   第２蒸留カラム（Ｃ２）の上部から回収された軽質成分の一部は凝縮されて第２蒸留カラム（Ｃ２）へ還流され、
   第２蒸留カラムの上部リフラックス（Ｒ２）と第１蒸留カラムの上部リフラックス（Ｒ１）の割合Ｒ２／Ｒ１をＫとする時、Ｋが１．０５以上１．５以下のものであり、
   第１蒸留カラムの運転圧力は第２蒸留カラムの運転圧力より３．５ｋｇｆ／ｃｍ ² 以上高いものである、混合物の精製方法。
2. 第１熱交換器から熱を供給される第２蒸留カラムの第２下部分画は第２蒸留カラムへ還流されるものである、請求項１に記載の混合物の精製方法。
3. 前記第２蒸留カラムの第１下部分画の一部は再加熱された後、還流されるものである、請求項１又は２に記載の混合物の精製方法。
4. 前記第１蒸留カラムの上部分画の全部が前記第１熱交換器へ供給され、第１蒸留カラムの上部には別途の凝縮器が具備されないものである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の混合物の精製方法。
5. 第１蒸留カラムの下部から回収される重質成分は再加熱された後、重質成分の一部は第２熱交換器を介して、第１蒸留カラムに供給される混合物の予備加熱に使用された後、回収されるものである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の混合物の精製方法。
6. 前記第１蒸留カラムの下部から回収された後、再加熱された重質成分の残りは還流されるものである、請求項５に記載の混合物の精製方法。

Images