모사 이동층 흡착 및 결정화를 포함하는 고순도메타-자일렌의 제조방법 document_id A220623056928

종래 기술은 파라-자일렌, 오르쏘-자일렌 및 에틸벤젠과 같은 하나 이상의 생산물의 동시 생산과 연관된 메타-자일렌의 제조방법을 기술한다. 미국특허 제4,326,092호는 99.5% 이상의 순도로 메타-자일렌을 인도하는 모사 이동층(simulated moving bed)에서 수행하는 흡착 분리의 예를 기술한다. 그러나, 이 문헌은 오르쏘-자일렌이 고갈된(depleted) 처리된 공급물만을 언급한다. 이 문헌은 A/F 비(공급물의 부피 유동률에 대한 선택적 기공에서의 부피 유동률)가 다음의 조성을 갖는 처리된 공급물의 경우 1.5임을 교시한다: 파라핀 6.0%, 에틸벤젠 27.0%, 파라-자일렌 17.8%, 메타-자일렌 45.1% 및 오르쏘-자일렌 4.1%. 본 문서의 나머지 부분에서는 상기 문헌에서 정의된 바와 같은 공급물의 부피 유동률에 대한 선택적 기공에서의 유동률이라는 이 개념을 이용할 것이다. 미국특허 제4,306,107호는 메타-자일렌이 추출물의 형태로 제거되는 모사 이동층 액상 공정을 기술한다. 파라-자일렌, 오르쏘-자일렌 및 에틸벤젠의 분획을 중간 추출 잔류물(raffinate)로서 제거한다. 마지막으로, 에틸벤젠을 추출 잔류물로서 제거한다. 메타-자일렌은 99.5% 이상의 순도로 생산된다. 이 분리에 이용되는 흡착제는 2 중량% 내지 7 중량%의 물을 함유하는 나트륨 Y 제올라이트이다. 미국특허 제4,313,015호는 3종의 인출을 포함하는 액상 모사 이동층에서 탄화수소 공급물로부터 파라-자일렌 및 메타-자일렌의 연속적 동시 생산 방법을 기술한다. 추출물은 현재의 규정(현재의 규정은 최소 99.7%이다)하에서는 판매하기에 너무 불순물이 많은(99.44%) 97.5% 수율의 파라-자일렌으로 구성된다. 중간 추출 잔류물은 에틸벤젠, 오르쏘-자일렌, 메타-자일렌 및 소량의 파라-자일렌으로 구성되며, 마지막으로 추출 잔류물은 오르쏘-자일렌 및 메타-자일렌의 혼합물로 주로 구성된다. 다음으로, 고순도 메타-자일렌을 추출 잔류물의 증류에 의해 얻는다. 3종의 인출을 포함하는 액상 모사 이동층에서 탄화수소 공급물로부터 파라-자일렌 및 메타-자일렌의 동시 생산 방법은 프랑스 특허 제2,782,714호에도 기술되어 있다. 기술된 크로마토그래피 컬럼은 5개의 구역에 걸쳐 분포된 25개 이상의 층을 함유한다. 메타-자일렌, 오르쏘-자일렌, 에틸벤젠, 용매 및 파라-자일렌을 함유하는 중간 추출 잔류물의 인출 지점 및 메타-자일렌, 오르쏘-자일렌 및 용매를 함유하는 추출 잔류물의 인출 지점 사이에 포함된 구역에 5개 이상의 층이 위치하여야 한다. 추출 잔류물을 증류함으로써 99% 초과의 순도의 메타-자일렌을 얻는다. 이 방법을 수행하기 위해 필요한 다수의 층(예컨대 30) 외에, 탄화수소 공급물은 5% 미만의 에틸벤젠 함량을 가져야만 한다; 이는 다소 제약사항이 된다. 본 출원인이 출원한 미국특허 제6,696,616호는 에틸벤젠과 관련하여 제한되지 않는 공급물로부터 3종의 인출을 포함하는 크로마토그래피 컬럼에서 파라-자일렌 및 메타-자일렌의 모사 이동층 동시 생산 방법을 기술하며, 여기에서 파라-자일렌을 함유하는 추출물은 연속적으로 인출한다. 제1추출 잔류물을 연속적으로 또는 불연속적으로 인출하고, 오르쏘-자일렌 및 메타-자일렌을 포함하는 제2추출 잔류물을 불연속적으로 인출할 때, 이 방법은 제2추출 잔류물을 증류하여 99% 이상의 순도를 갖는 메타-자일렌 및 오르쏘-자일렌을 회수하는 것을 또한 특징으로 한다. 미국특허 제5,510,562호 역시 C8 방향족을 분리하는 방법을 개시하며, 여기에서는 오르쏘-자일렌, 메타-자일렌, 파라-자일렌 및 에틸벤젠의 혼합물을 파라-자일렌 및 에틸벤젠, 그리고 메타-자일렌 및 오르쏘-자일렌을 각각 함유하는 두 개의 스트림으로 먼저 나눈다. 다음으로, 파라-자일렌을 증류 뒤 결정화에 의해 에틸벤젠으로부터 분리하고, 메타-자일렌을 증류에 의해 오르쏘-자일렌으로부터 분리한다. 미국특허 제4,313,015호, 프랑스 특허 제2,782,714호 및 미국특허 제5,510,562호 및 미국특허 제6,696,616호에 기술된 방법들 모두에서, 고순도 메타-자일렌(003e#99%)을 증류에 의해 얻는다. 그러나, 이 두 화합물의 끓는점은 아주 유사하여(즉 각각 139.12℃ 및 144.14℃), 고순도 메타-자일렌의 증류에 의한 생산을 매우 어렵게 만들고, 150 내지 200 개 이상의 판을 갖는 대형 컬럼 및 매우 높은 환류비, 전형적으로는 5:1 이상을 필요로 한다. 더 나아가, 분리하여야 할 메타-자일렌 및 오르쏘-자일렌의 혼합물 스트림이 파라-자일렌 및 에틸벤젠 형태의 불순물을 함유하면, 이들 분순물은 메타-자일렌에서 농축되어 99.0%보다 높은 순도의 달성을 어렵게 만들 것이다. 미국특허 제3,773,846호 및 하기 기술한 특허들은 파라-자일렌 생산 유니트 및 흡착 또는 결정화에 의한 메타-자일렌의 정제의 연쇄, 및 선택적으로 이성질화 유니트를 제안한다. 미국특허 제3,798,282호 및 미국특허 제3,825,614호는 파라-자일렌 결정화 유니트의 하류에서의 메타-자일렌 결정화 방법을 제시한다. 이용되는 결정화 기술은 파라-자일렌 결정보다 큰 메타-자일렌 결정의 개략적인 분리를 가능케 한다. 이 첫 분리 뒤에, 농축된 메타-자일렌을 녹여서 제2단계에서 재결정화하여 고순도 메타-자일렌을 생산할 수 있다. 미국특허 제3,773,846호는 메타-자일렌 결정화 유니트에서 파라-자일렌의 농축을 감소하기 위하여 결정화 단계 전에 흡착 단계의 장점을 보여 준다. 이는 C8 방향족 탄화수소의 신선한 공급물로부터 고순도 메타-자일렌 및 고순도 파라-자일렌을 동시에 생산하는 방법을 청구한다. 제1구역은 고순도 파라-자일렌의 스트림, 및 2원(binary) 메타-자일렌-파라-자일렌 공정(eutectic) 미만의 농도에서 파라-자일렌이 고갈된 스트림을 생산하는 선택적 흡착 구역이다. 이 고갈된 스트림의 분별 단계는 메타-자일렌 및 오르쏘-자일렌의 혼합물을 정상부(overhead)에 생산할 수 있고, 이때 오르쏘-자일렌은 공정 혼합물의 비 미만의 비율로 존재한다. 이 혼합물을 결정화 유니트로 도입하고, 이는 고순도 메타-자일렌(003e#99%)의 스트림 및 모액을 생산할 수 있다. 미국특허 제6,376,736호 (WO A 00/64381) 역시 메타-자일렌 분리 기술로서 결정화를 채용한다. C8 방향족의 공급물로부터 파라-자일렌 및 메타-자일렌의 분리의 제1단계는, 오르쏘-자일렌이 풍부한 하부 스트림 및 주로 에틸벤젠, 파라-자일렌 및 메타-자일렌을 함유하는 증류물을 생산하는 증류 컬럼으로 공급물을 통과시킨 뒤 모사 이동층 흡착에 의해 수행한다. 이 때문에, 혼합물의 조성, 그리고 특히 파라-자일렌 함량은 흡착 단계에 의해 변경되고, 이는 결정화에 영향을 주고 결정화 유니트의 설계가 달라질 것을 요구한다. 결정화 단계는 "결정화 드럼"의 존재 또는 부존재하에 공정점(eutectic point) 미만의 연속적인 결정화에 의해 좌우되는 다수의 양태를 갖는다. 상기 결정화 단계는 99.0% 이상의 순도의 메타-자일렌(MX)을 인도한다. 상기 언급한 특허들 중 어느 것도 흡착 단계 및 결정화 단계를 결합한 공정에 의한 메타-자일렌의 생산을 제안하지 않는다. 더 나아가, 미국특허 제5,382,747호 및 미국특허 제5,900,523호는 공급물의 유동에 대한 고체의 유동의 비가 매우 높을 것을 필요로 하는 흡착 분리 방법을 기술하며, 이는 오르쏘-자일렌이 풍부한 공급물의 경우 특히 그러하다(예컨대 003e#10%).