JP6286077B2

JP6286077B2 - イソプロピルアルコールの製造方法および装置

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Publication number: JP6286077B2
Application number: JP2017013124A
Authority: JP
Inventors: ソンキュイ; ジュンクイ; チュンホシン
Original assignee: LG Chem Ltd
Current assignee: LG Chem Ltd
Priority date: 2012-09-06
Filing date: 2017-01-27
Publication date: 2018-02-28
Anticipated expiration: 2033-09-06
Also published as: US9895625B2; BR112015001653A2; WO2014038892A2; US20150083578A1; JP2017125016A; KR20140032331A; JP2015524818A; KR101582006B1; WO2014038892A3; EP2894141B1; CN104507897A; EP2894141A4; EP2894141A2

Description

本出願は、イソプロピルアルコールの製造方法および装置(ＭＥＴＨＯＤＦＯＲＰＲＥＰＡＲＩＮＧＩＳＯＰＲＯＰＹＬＡＬＣＯＨＯＬ)に関する。

イソプロピルアルコール（ｉｓｏｐｒｏｐｙｌａｌｃｏｈｏｌ、以下、「ＩＰＡ」）は、例えば、半導体やＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄｃｒｙｓｔａｌｄｉｓｐｌａｙ）製造などの電子産業において洗浄剤などの用途を含み、多様な用途として用いられる。

ＩＰＡは、例えば、プロピレン（ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）又はアセトン（ａｃｅｔｏｎｅ）などを原料にして製造することができる。ほとんとの場合、ＩＰＡを含む反応物は、水を一緒に含む共沸混合物（ａｚｅｏｔｒｏｐｅ）である。すなわち、沸点が約１００℃程度の水と約８２．３℃のＩＰＡは、共沸温度約７９．５℃で共沸を形成することになるが、しかしながら、上記のフィードから水を除去するのは大変困難であった。

本出願は、ＩＰＡの製造方法および装置を提供する。

本出願は、ＩＰＡの製造方法に関する。例示的な製造方法は、図１のように、フィードを脱水手段に供給して水を除去する工程（１００、以下、「脱水工程Ｄ」と称する。）と脱水手段を経由して水が除去された前記フィードを精製手段、例えば分離壁型蒸溜塔に導入して精製する工程（２００、以下、「精製工程Ｐ」と称する。）を含むことができる。

一例において、前記脱水手段に供給されるフィードはＩＰＡおよび水を含むことができる。前記フィードの含水量、すなわちフィード内の水の含量が１０，０００ｐｐｍ以下、２，５００ｐｐｍ以下、又は２，２００ｐｐｍとすることができる。また、前記フィード内の含水量の下限は、例えば、１，０００ｐｐｍとすることができる。フィード内の含水量は、前記方法の効率などに非常に重要な要因として作用し、これによって、フィードの含水量が前記範囲内に調節される必要がある。前記フィードは、ＩＰＡと水を含み、含水量が前記範囲内に調節される限り、その具体的な組成は特に制限されない。通常的にＩＰＡを含むフィードがどのような方式で製造されかによって、フィード内には多様な種類の不純物が含まれることができ、該不純物は前記方法により効率的に除去されることができる。

前記方法において、フィードが導入される脱水手段は、例えば、分子篩（ＭＳ；ＭｏｌｅｃｕｌａｒＳｉｅｖｅ）を含むことができる。分子篩を含む前記脱水手段は、例えば、含水率が３，０００ｐｐｍのフィードが導入されると、脱水工程を介して前記フィード内の含水率を３００ｐｐｍ以下、２５０ｐｐｍ以下、２００ｐｐｍ以下、１５０ｐｐｍ以下、又は１００ｐｐｍ以下に低減して排出されるように設けられている。これにより、前記方法においては、脱水手段として供給したフィードから水を除去してフィードの含水率を３００ｐｐｍ以下、２５０ｐｐｍ以下、２００ｐｐｍ以下、１５０ｐｐｍ以下、又は１００ｐｐｍ以下に調節する工程を含むことができる。脱水手段を介して含水率を前記範囲に調節することで、その後に行う精製工程Ｐの効率も高められる。

前記脱水手段の分子篩においては、上記のような脱水能力を有して設けられる限り、特に制限なしに、公知の分子篩を使用することができる。例えば、分子篩としては、ゼオライト系の分子篩、シリカ系の分子篩、又はアルミナ系の分子篩などが使用される。

分子篩としては、例えば、細孔の平均大きさが１．０〜５．０Å又は２．０〜３．０Å程度の分子篩を使用することができる。また、前記分子篩の比表面積は、例えば、１０〜３、０００ｍ³／ｇ程度とすることができる。このような範囲の細孔の大きさおよび比表面積を有する分子篩の使用を介して脱水手段の脱水能力を適切に調節することができる。

一例において、脱水手段は、分子篩が充電されたカラムを含むことができる。脱水手段は、上記のようなカラムを、例えば２つ以上含むことができる。図２は、分子篩が充電されたカラム２０１、２０２を２つ含む場合を例示的に示す図である。図２のように、２つ以上のカラムに脱水手段に含ませ、前記複数のカラムにフィードを入れ替えて供給するなどの方式を採用する場合、工程の効率がさらに高められる。

前記脱水工程Ｄにおいて、フィードの分子篩としての導入は、例えば、２０〜１３５℃、又は３０〜８０℃程度の温度で行うことができる。また、前記分子篩へのフィードの導入は、例えば、１．０〜１０．０Ｋｇ／ｃｍ²、又は４．０〜６．０Ｋｇ／ｃｍ²の圧力で行うことができる。上記のような温度および／又は圧力範囲で脱水工程Ｄを効率的に行うことができる。しかしながら、前記温度および／又は圧力の範囲は、目標とする脱水量および使用する分子篩の種類を考慮し、適切に変更することができる。

前記方法は、脱水過程において分子篩に吸着された水を脱着して分子篩の再生をさらに含むことができる。前記分子篩の脱着工程は、例えば、脱水工程Ｄ後に行う精製工程Ｐの過程で行うことができ、又は前記のように複数のカラムが使用される場合、いずれか１つのカラムが脱水工程Ｄを行う間に、他のカラムに対して行うことができる。

前記再生は、例えば、水素又は窒素ガスなどやメタン、エタン、プロパン又はブタンなどのような低級アルカンなどを用いて行うことができる。一例において、前記再生工程は、窒素ガスを使用して行うことができる。窒素ガスを使用する場合、再生工程は１８０〜３００℃又は２００〜２６０℃程度の温度で行うことができる。また、脱着のために供給される窒素ガスの流量は、例えば、約７〜トン／ｈｒ程度に調節することができる。前記範囲内において再生あるいは脱着工程が効率的に行われる。しかしながら、前記温度および流量などは具体的な分子篩の種類や使用量などによって異なる。

脱水工程Ｄを経て含水量が３００ｐｐｍ以下に調節されたフィードは、精製手段に供給され、精製工程Ｐが行われる。前記精製工程Ｐが行われる精製手段は、例えば１つ以上の蒸溜塔を含むことができる。

一例において、精製工程Ｐは分離壁型蒸溜塔（ＤＷＣ；ＤｉｖｉｄｅｄＷａｌｌＣｏｌｕｍｎ）で行うことができる。分離壁型蒸溜塔は、いわゆる低沸点、中沸点および高沸点の３成分を含むフィードの蒸溜のために考案された装置である。分離壁型蒸溜塔は、いわゆる熱複合蒸溜カラム（Ｐｅｔｌｙｕｋｃｏｌｕｍｎ）と熱力学的な観点から類似の装置である。熱複合蒸溜カラムの場合は、予備分離器と主分離器を熱的に統合した構造に配置して低沸点および高沸点の物質を１次的に予備分離器から分離し、予備分離器の塔頂および塔低部分が主分離器の供給端にそれぞれ流入され、主分離器で低沸点、中沸点および高沸点物質をそれぞれ分離するように考案されている。これに対し、分離壁型蒸溜塔の場合は、塔内に分離壁を設けて予備分離器を主分離器の内部に統合させた形態である。

分離壁型蒸溜塔は、例えば、図３に示すような構造を有することができる。図３は、例示的な分離壁型蒸溜塔１００を示す。図３に示すように、例示的な蒸溜塔１００は、内部が分離壁１０１により分割されていて、上部の凝縮器（１０２）および下部の再沸器（ｒｅｂｏｉｌｅｒ）１０３などを含む構造を有することができる。また、分離壁型蒸溜塔１００の内部は、図面で点線に仮想的に分割されているので、例えば、塔頂領域１０４、塔低領域１０５、上部供給領域１０６、下部供給領域１０７、上部流出領域１０８および下部流出領域１０９に区分される。前記で用語「上部および下部供給領域」は、それぞれ分離壁型蒸溜塔の構造において分離壁により分割される空間のうちのフィードが供給される側の空間を前記空間で分離壁１０１が存在する領域を蒸溜塔１００の長手方向に二等分した際に上部および下部領域を意味する。また、「上部および下部流出領域」は、それぞれ分離壁型蒸溜塔の内部の分離壁により分割される空間のうち生成物が流出される側の空間を前記空間において分離壁１０１が存在する領域を蒸溜塔１００の長手方向に二等分した際に、上部および下部領域を意味する。

前記精製過程において使用することができる分離壁型蒸溜塔の具体的な種類は特に制限されない。例えば、図３に示すような一般的な構造の蒸溜塔を使用するか、または精製効率を考慮して蒸溜塔内の分離壁の位置や形態が変更設計された蒸溜塔の使用することができる。

分離壁型蒸溜塔は、例えば脱水手段を経たフィードが前記蒸溜塔の上部供給領域に供給されるように設けられている。これにより、精製工程Ｐでは脱水工程Ｄを経たフィードを蒸溜塔の上部供給領域に供給することができる。分離壁型蒸溜塔においてフィードの供給時には、前記フィードの組成を考慮した場合、例えば図３に示すように、フィードを上部供給領域１０６に供給すると、効率的な精製ができる。

フィードは、例えば５，０００〜１３，０００Ｋｇ／ｈｒ程度の流量で蒸溜塔に供給されることができる。また、前記供給されるフィードの温度は、例えば７５〜１３５℃、８０〜１００℃、又は８５〜９５℃程度に調節することができる。上記のような流量と温度でフィードを供給すると適切な蒸溜効率が達成される。

フィードを分離壁型蒸溜塔に供給して行う蒸溜の際に、分離壁型蒸溜塔の上部運転温度は、例えば４０〜１４０℃、又は４５〜８０℃程度に調節することができる。また、分離壁型蒸溜塔の下部運転温度は、例えば９０〜１７０℃、又は１００〜１１６℃程度に調節することができる。蒸溜塔の運転条件を前記のように調節すると、フィード組成による効率的な蒸溜ができる。

上記において、分離壁型蒸溜塔の運転条件は、精製効率などを考慮して必要に応じて追加的に調節することができる。

例えば、前記精製過程において上部運転圧力は、０．１〜１０．０Ｋｇ／ｃｍ²、又は０．２〜１．２Ｋｇ／ｃｍ²程度に調節することができる。このような運転圧力でフィード組成による効率的な蒸溜ができる。このような過程を経て分離壁型蒸溜塔では、前記ＩＰＡを含む生成物が下部流出領域に排出されるように設けることができる。すなわち、前記製造方法は、ＩＰＡを含む生成物を分離壁型蒸溜塔の下部流出領域から取得する工程を含むことができる。このように生成物の排出位置を調節して精製工程Ｐの効率をさらに増加することができる。

一例において、図４のように、分離壁型蒸溜塔の下部流出領域から排出されるＩＰＡを含む生成物流れは、分離壁型蒸溜塔に導入される原料と熱交換器（１１０）を介して熱交換することができる。前記のように生成物流れと原料を熱交換する場合、分離壁型蒸溜塔の塔低領域から排出される流れの還流比は１０００〜３０００とすることができ、前記範囲において塔低領域の還流比を調節することで、精製効率を極大化することができる。

前記分離壁型蒸溜塔の下部流出領域から排出される生成物流れを分離壁型蒸溜塔の原料供給領域に流入される原料と熱交換することで、原料を予熱するのに必要なエネルギー消耗を低減することができ、また、前記ＩＰＡを含む流れが凝縮されて製品として生産される前に凝縮器を利用した凝縮工程で使用する冷却水の量を低減することで、前記凝縮工程において必要とするコストを節減する効果がさらに得られる。

さらに他の実現例において、前記精製工程Ｐは、２つ以上、例えば、２つの蒸溜塔を介して行うことができる。このような場合に、脱水手段を経たフィードは、一番目の蒸溜塔に導入されて精製され、前記一番目の蒸溜塔の下部排出物は、再び二番目の蒸溜塔に導入されて精製される。このような場合に、ＩＰＡは、例えば二番目の蒸溜塔の上部から排出される。

図５は、例示的な精製手段であって、２つの蒸溜塔、すなわち、第１蒸溜塔３０１および第２蒸溜塔３０２を含む精製手段を例示的に示す。各蒸溜塔３０１、３０２は凝縮器Ｃおよび再沸器Ｂを含む。

図５のような精製手段を用いると、脱水手段を経たフィードは、まず第１蒸溜塔３０１に供給されて精製される。この過程において、例えば前記第１蒸溜塔の上部運転温度は、約４０〜６６℃又は約４５〜６０℃程度に調節される。また、前記第１蒸溜塔の下部運転温度は、約８０〜１３５℃又は約８５〜１３０℃程度に調節される。また、前記で前記第１蒸溜塔の上部運転圧力は、例えば、約０．１〜１０．０Ｋｇ／ｃｍ²又は約０．２〜１．２Ｋｇ／ｃｍ²程度に調節される。このような条件において、第１蒸溜塔における精製工程Ｐが効率的に行われることができる。上記のような過程を行うと、第１蒸溜塔の上部ではフィード内の低沸点物質が排出され、残りの下部排出物は第２蒸溜塔に供給される。

第２蒸溜塔３０２においては、第１蒸溜塔から供給されたフィードの精製過程が行われる。

この過程において、例えば、前記第２蒸溜塔の上部運転温度は、約４０〜１３０℃又は約６０〜８０℃程度に調節される。また、前記第２蒸溜塔の下部運転温度は、約９０〜１７０℃又は約１００〜１２０℃程度に調節される。また、前記において前記第２蒸溜塔の上部運転圧力は、例えば約０．１〜１０．０Ｋｇ／ｃｍ²又は約０．２〜１．２Ｋｇ／ｃｍ²程度に調節される。このような条件において、第２蒸溜塔における精製工程Ｐが効率的に行われることができる。上記のような過程を行うと、第２蒸溜塔の上部ではＩＰＡを含む製品が排出される。

前記精製工程Ｐが行われる分離壁型蒸溜塔や蒸溜塔の他の条件、例えば各蒸溜塔の段数又は内径や上部又は下部排出物の還流割合などは特に制限されない。例えば、各蒸溜塔の理論段数は、フィードの蒸溜曲線などにより算出される理論段数に基づいて定まる。また、前記各蒸溜塔における上部および下部排出物の流量やその還流比などは、例えば前記記述の運転圧力および温度を達成することができるように設定される。

本出願は、またＩＰＡの製造装置に関するものである。例示的な製造装置は、前記記述の製造方法に適用するための装置とすることができる。

これにより、前記製造装置は、例えば前記記述のフィードが供給されると、前記フィードの含水量を３００ｐｐｍ以下に低減して排出するように設けられた脱水手段および前記脱水手段を経たフィードが導入されて精製工程Ｐが行われる分離壁型蒸溜塔を含むことができる。

前記製造装置による具体的な内容は、例えば、既に記述した事項が類似に適用される。

例えば、前記脱水手段は、ゼオライト系の分子篩、シリカ系の分子篩又はアルミナ系の分子篩などのような分子篩を含むことができる。前記分子篩としては、例えば、前記記述のような細孔の平均大きさおよび比表面積を有する分子篩が用いられる。

脱水手段は、例えば、上記のような分子篩が充電されたカラム、例えば、２つ以上含むことができる。

前記製造装置は、例えば、前記脱水手段の分子篩を再生することができる手段として、窒素ガスなどの脱着剤を含む再生手段をさらに含むことができる。また、前記製造装置は、脱着あるいは再生過程において前記窒素ガスを所定温度に加熱して供給することができる加熱手段、例えば、スチームなどが供給される熱交換器をさらに含むことができる。

前記製造装置の分離壁型蒸溜塔は、脱水工程Ｄを経て含水量が３００ｐｐｍ以下に調節されたフィードの精製工程Ｐを行う精製手段であって、前記分離壁型蒸溜塔は、例えば、脱水手段を経たフィードが分離壁型蒸溜塔の上部供給領域に供給されるように設けられている。また、前記分離壁型蒸溜塔は、ＩＰＡを含む生成物が下部流出領域から排出されるように設けられる。

さらに他の実現例において、前記分離壁型蒸溜塔の代りに上記の２つ以上の蒸溜塔を用いて精製工程Ｐが行われる。

本発明によれば、最小量のエネルギー消費で、水とＩＰＡを含むフィードからＩＰＡを高純度に取得することができる。

前記方法の進行を例示的に示す図である。前記方法で使用される脱水手段を例示的に示す図である。前記方法で使用される精製手段を例示的に示す図である。前記方法で使用される精製手段を例示的に示す図である。前記方法で使用される精製手段を例示的に示す図である。

以下、実施例および比較例を参照して前記方法を詳細に説明するが、前記方法および装置の範囲が下記に提示される実施例により制限されるものではない。

［実施例１］
分子篩であって、細孔の平均大きさが約２ないし３Åであり、比表面積が約１５ｍ³／ｇであるゼオライト３Ａが約５、８８０Ｋｇに充電された体積が約８ｍ³であるカラム２つが図２のように配置されている脱水手段および該脱水手段と連結されている精製手段として、図３のような形態の分離壁型蒸溜塔を使用して工程を行った。上記において、分子篩の再生は、窒素ガスを約２３０℃で、約８トン／ｈｒの流量が供給できる手段を用いて行った。フィードでは、ＩＰＡが９８．６重量％、水が約３，０００ｐｐｍおよびその他の不純物が約１．１重量％を含むフィードを使用した。上記のようなフィードを前記脱水手段に供給してフィード内の含水量が約３００ｐｐｍ以下になるように脱水工程を行った。その後、脱水工程を経て含水量が３００ｐｐｍ以下に調節されたフィードを分離壁型蒸溜塔１００の上部供給領域１０６に供給して精製を行い、ＩＰＡを含む生成物を下部流出領域１０９から取得した。また、蒸溜塔１００の上部運転温度および圧力は、それぞれ約５８℃および１．２Ｋｇ／ｃｍ²に調節し、下部運転温度を約１０８℃に調節した。

［実施例２］
実施例１と同一方式で工程を行い、分離壁型蒸溜塔の下部流出領域１０９から取得したＩＰＡを含む生成物流れをフィードと熱交換器を介して熱交換した。

［比較例１］
脱水手段を経て精製手段に導入するフィード内の含水量を４００ｐｐｍ程度に調節したこと以外は、実施例１と同一方式で工程を行った。

［比較例２］
脱水工程を通さず、フィードを直接図３に示すような分離壁型蒸溜塔に導入したこと以外は、実施例１と同一方式で工程を行った。上記において、分離壁型蒸溜塔の上部運転温度および圧力は、それぞれ約１４５〜１５５℃および１０〜１２Ｋｇ／ｃｍ²に調節し、下部運転温度は、約１７５〜１８５℃に調節した。上記において、分離壁型蒸溜塔の理論段数および内径などは蒸溜曲線から求められる理論段数に基づいて定まる。

前記各工程において再沸器、凝縮器および脱着ガスの加熱手段におけるｈｅａｔｄｕｔｙおよび比較例２に対比する実施例１および２におけるＩＰＡ追加回収量を下記表１に整理して記載した。

Claims

イソプロピルアルコールおよび水を含み、含水量が１，０００〜１０，０００ｐｐｍであるフィードを、分子篩を含む脱水手段に供給する工程と、
前記脱水手段で水を除去して前記フィードの含水量を３００ｐｐｍ以下に調節する工程と、
含水量が３００ｐｐｍ以下に調節された前記フィードを分離壁型蒸溜塔に供給して精製を行う工程と、
を含むことを特徴とする、イソプロピルアルコールの製造方法であって、
前記精製は、含水量が３００ｐｐｍ以下に調節された前記フィードを前記分離壁型蒸溜塔の上部供給領域に供給する工程と、
前記分離壁型蒸溜塔で精製を行う工程と、
精製されたイソプロピルアルコールを含む排出物を前記分離壁型蒸溜塔の下部流出領域から取得する工程を含み、
前記下部流出領域から流出される前記排出物の流れを、前記上部供給領域に供給される前記フィードと熱交換し、
前記分離壁型蒸留塔の前記上部供給領域は、前記分離壁型蒸留塔の構造において分離壁により分割される空間であり、かつフィードが供給される側の空間において、前記分離型蒸留塔の長手方向に二等分した際の上部領域であり、
前記分離壁型蒸留塔の前記下部排出領域は、前記分離壁型蒸留塔の構造において前記分離壁により分割される空間であり、かつ生成物フィードが排出される側の空間において、前記分離型蒸留塔の長手方向に二等分した際の下部領域である、製造方法。
前記分子篩は、細孔の平均大きさが１．０〜５．０Åであることを特徴とする、請求項１に記載のイソプロピルアルコールの製造方法。
前記分子篩は、比表面積が１０〜３，０００ｍ³／ｇであることを特徴とする、請求項１または２に記載のイソプロピルアルコールの製造方法。
脱水手段は、分子篩が充填されているカラムを含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のイソプロピルアルコールの製造方法。
脱水手段において、前記分子篩に吸着された水を脱着して前記分子篩を再生する工程をさらに含み、
前記再生は、窒素ガスを用いて行われる、
、請求項１〜４のいずれか一項に記載のイソプロピルアルコールの製造方法。
前記再生は、１８０〜３００℃で行うことを特徴とする、請求項５に記載のイソプロピルアルコールの製造方法。
前記分離壁型蒸溜塔の上部および下部運転温度をそれぞれ４０〜１４０℃および９０〜１７０℃に調節することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のイソプロピルアルコールの製造方法。
イソプロピルアルコールおよび水を含み、含水量が１，０００〜１０，０００ｐｐｍであるフィードが供給されると、前記フィードの含水量を３００ｐｐｍ以下に調節して排出されるように、設けられた分子篩を含む脱水手段および
該脱水手段を経たフィードが導入されて精製工程が行われるように設けられた分離壁型蒸溜塔を含むことを特徴とする、
イソプロピルアルコールの製造装置であって、
前記分離壁型蒸溜塔は、含水量が３００ｐｐｍ以下に調節された前記フィードが上部供給領域に供給され、供給された前記フィードから精製されたイソプロピルアルコールが下部流出領域から排出されるように設けられ、
前記分離壁型蒸溜塔の下部流出領域から流出される排出物流れと、前記分離壁型蒸溜塔の上部供給領域に供給される前記フィードを熱交換するように設けられた熱交換器をさらに含み、
前記分離壁型蒸留塔の前記上部供給領域は、前記分離壁型蒸留塔の構造において分離壁により分割される空間であり、かつフィードが供給される側の空間において、前記分離型蒸留塔の長手方向に二等分した際の上部領域であり、
前記分離壁型蒸留塔の前記下部排出領域は、前記分離壁型蒸留塔の構造において前記分離壁により分割される空間であり、かつ生成物フィードが排出される側の空間において、前記分離型蒸留塔の長手方向に二等分した際の下部領域である、
製造装置。
前記分子篩は、細孔の平均大きさが１．０〜５．０Åであることを特徴とする、請求項８に記載のイソプロピルアルコールの製造装置。
前記分子篩は、比表面積が１０〜３，０００ｍ³／ｇであることを特徴とする、請求項８または９に記載のイソプロピルアルコールの製造装置。
前記分子篩の脱着剤として窒素ガスを含む再生手段をさらに含むことを特徴とする、請求項８〜１０のいずれか一項に記載のイソプロピルアルコールの製造装置。