JP6300050B2 - イソプロピルアルコールの精製方法 - Google Patents

Description

本出願はイソプロピルアルコールの精製方法および装置に関するものである。

イソプロピルアルコール（ｉｓｏｐｒｏｐｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ、以下、「ＩＰＡ」）は、例えば、半導体やＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ）製造などの電子産業において洗浄剤などの用途を含めて多様な用途に用いられている。

ＩＰＡは、例えば、プロピレン（ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）または、アセトン（ａｃｅｔｏｎｅ）などを原料にして製造することができる。多くの場合、ＩＰＡの製造過程で多量の水を含むＩＰＡ反応物が得られ、前記反応物は水を共に含む共沸混合物（ａｚｅｏｔｒｏｐｅ）を形成している。すなわち、常圧での沸点が約１００℃程度である水と約８２．５℃であるＩＰＡは共沸温度８０．４℃でＩＰＡ ８７．９ｗｔ％の共沸を形成することになるが、これによって、前記フィードから水を除去して高純度のＩＰＡを効率的に製造することが要求され、単純な蒸留工程で前記水を除去するためには多くのエネルギーが消耗される。前記共沸混合物から高純度のＩＰＡを得るための方法としては抽出または、共沸物を形成する物質であるアゾトロピックエージェント（ａｚｅｏｔｒｏｐｉｃ ａｇｅｎｔ）を添加する蒸留方法などが知られている。

本出願はＩＰＡの精製方法および装置を提供する。

本出願はＩＰＡの精製方法に関するものである。例示的な精製方法は、図１のようにフィードを脱水手段（Ｄ）に供給して水を除去する工程（以下、「脱水工程」と称する。）と脱水手段（Ｄ）を経由して水が除去された前記フィードを精製手段（Ｐ）に導入して精製する工程（以下、「精製工程」と称する。）を含むことができる。本出願の精製方法によれば、脱水手段（Ｄ）および分離壁型蒸留塔２００を使ったＩＰＡの精製工程の時、ＩＰＡ生成物内の水分含量を最小化するための前記分離壁型蒸留塔の最適な運転条件を導き出すことができ、これによって、ＩＰＡを高純度に精製することができるだけでなく、１基の分離壁型蒸留塔を通じて精製を遂行するので、２基の一般型蒸留塔が連結された精製手段（Ｐ）を用いる場合と比べて、優秀な効率でＩＰＡを精製することができる。

前記において、用語「水を除去」とは、フィードに含まれた水を１００％除去することを意味するのではなく、前記フィードを脱水手段（Ｄ）に供給して水を除去する工程を経たり精製工程を経て、ＩＰＡの含量が濃厚な流れにすることを意味する。前記において、用語「濃厚な流れ」とは、前記脱水手段（Ｄ）に供給される前のフィードに含まれたＩＰＡの含量より前記脱水手段（Ｄ）または、精製手段（Ｐ）を経由した流れに含まれるＩＰＡの含量がさらに高い流れを意味し、例えば、前記脱水手段（Ｄ）または、精製手段（Ｐ）を経由した流れに含まれるＩＰＡの含量が５０重量％以上、８０重量％以上、９０重量％以上、９５重量％以上または、９９重量％以上である流れを意味し得る。

一つの例示において、前記脱水工程で前記脱水手段（Ｄ）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５，０００ｐｐｍ以下、例えば、３，０００ｐｐｍ以下、２，５００ｐｐｍ以下または、２，２００ｐｐｍ以下であり得る。また、前記フィード内の含水量の下限は例えば、１，２００ｐｐｍであり得る。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を含むフィードがいかなる方式で製造されたものであるかによって、フィード内には多様な種類の不純物が含まれ得、前記不純物は前記方法によって効率的に除去され得る。

前記方法で、前記脱水手段（Ｄ）は、例えば、含水量が３，０００ｐｐｍであるフィードが導入されれば、脱水工程を通じて前記フィード内の含水量を５００ｐｐｍ以下、例えば、４００ｐｐｍ以下または、３００ｐｐｍ以下に下げて排出することができるように設置されていることもあり得る。これによって、前記方法としては、脱水手段（Ｄ）に供給したフィードから水を除去してフィードの含水量を５００ｐｐｍ以下、例えば、４００ｐｐｍ以下または、３００ｐｐｍ以下に調節することを含むことができる。

前記方法でフィードが導入される脱水手段（Ｄ）は、例えば、メンブレンシステム（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｓｙｓｔｅｍ）および吸着剤が充填されているカラム１１０、１１１を含むことができる。一つの例示において、前記脱水工程は２段階の脱水工程、例えば第１脱水工程および第２脱水工程が順になされ得る。前記脱水手段（Ｄ）のメンブレンシステム１００およびカラム１１０、１１１は、流入したフィードが前記メンブレンシステム１００およびカラム１１０、１１１を通過して流れることができるように流体連結（ｆｌｕｄｉｃａｌｌｙ ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）されており、前記第１脱水工程がメンブレンシステム１００で遂行され、前記第２脱水工程が吸着剤が充填されているカラム１１０、１１１で遂行されるように設置されていることもあり得る。

前記脱水手段（Ｄ）で、メンブレンシステム１００は、例えば、含水量が３，０００ｐｐｍであるフィードが導入されれば、第１脱水工程を通じて前記フィード内の含水量を５００ｐｐｍ〜１，２００ｐｐｍに調節して排出することができるように設置されていることもあり得る。メンブレンシステム１００を通じて含水量を前記範囲に調節することによって続く精製工程の効率を上げることができる。本明細書で用いられる用語「メンブレンシステム」とは、分離膜を利用して流体を分離するシステムまたは、装置を意味する。

前記脱水手段（Ｄ）のメンブレンシステム１００としては、分離膜を利用したシステムであれば、特に制限されないか、例えば、透過蒸発（ｐｅｒｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）システムまたは、蒸気透過（ｖａｐｏｒ ｐｅｒｍｅａｔｉｏｎ）システムを利用することができる。

前記「透過蒸発」とは、液相のフィードを透過蒸発膜に供給して膜に親和力のある物質を選択的に透過させることによって、前記フィードの純度を高める方法を意味し、前記透過蒸発膜を通過した物質は一定の真空状態で気化して排出され、冷却器で冷却されて捕集される。前記透過蒸発システムは、本出願の精製方法ではフィードが液体状態の場合に好ましく適用することができる。前記透過蒸発システムを利用して脱水工程を進行する場合、分離壁型蒸留塔２００にフィードを流入させる前に、前記脱水工程で水を選択的に除去することによって、単純な蒸留工程によって水を除去する場合に比べて、高純度のＩＰＡを経済的に得ることができる。

一つの例示において、前記脱水手段（Ｄ）が透過蒸発システムを含む場合、前記脱水工程で液相フィードの透過蒸発システムでの導入は、例えば、４０〜１２０℃、７０〜１１０℃または、８０〜１００℃の温度で遂行され得るが、特にこれに制限されるものではない。また、前記透過蒸発システムへの液相フィードの導入は、例えば、１．０Ｋｇ／ｃｍ^２〜１０．０Ｋｇ／ｃｍ^２、２．０Ｋｇ／ｃｍ^２〜８．０Ｋｇ／ｃｍ^２、２．５Ｋｇ／ｃｍ^２〜６．０Ｋｇ／ｃｍ^２または、３．０Ｋｇ／ｃｍ^２〜５．０Ｋｇ／ｃｍ^２の圧力で遂行され得る。前記のような温度および／または、圧力範囲で液相フィードの脱水工程を効率的に進行することができる。ところが、前記温度および／または、圧力の範囲は目標とする脱水量および用いられる分離膜の種類を考慮して適宜変更できる。例えば、一般的に温度および圧力が高いほど分離膜の透過率は高くなり得るが、温度および圧力の上限値は分離膜の種類および工程条件により異なり得、また、温度と圧力を高くするほど透過速度および透過流量を高くすることができるが、用いられる分離膜の材質の種類および分離膜の耐久性により、上限値が特定範囲内に調節されることもある。

前記「蒸気透過」は、フィードを気化させて気体と分離膜を接触させて、膜を通じて所望の気体を分離させる膜分離法を意味し、前記精製方法としては、フィードが気体状態の場合に好ましく適用することができる。前記蒸気透過システムを利用して脱水工程を進行する場合、共沸点が現れないので蒸留方式によって脱水工程を進行する場合より効率的に水を除去することができ、高純度のＩＰＡを経済的に得ることができる。

一つの例示において、前記脱水手段（Ｄ）の蒸気透過システムに流入されるフィードは、水とＩＰＡの混合組成物の沸点以上の温度条件で蒸気透過システムに流入され得る。前記脱水工程で気相フィードの蒸気透過システムへの導入は、例えば、９０℃以上、１００℃以上、１１０℃以上、１２０℃以上または、１５０℃以上の温度で遂行され得、前記気相フィードの導入温度の上限値は用いられる分離膜の熱的または、化学的特性により変更され得るので、特に制限されないが、例えば約１８０℃程度の温度で遂行され得る。また、前記蒸気透過システムでの気相フィードの導入は、例えば、１．０Ｋｇ／ｃｍ^２〜１０．０Ｋｇ／ｃｍ^２、２．０Ｋｇ／ｃｍ^２〜８．０Ｋｇ／ｃｍ^２または、３．０Ｋｇ／ｃｍ^２〜６．０Ｋｇ／ｃｍ^２の圧力で遂行され得る。前記のような温度および／または、圧力範囲で気相フィードの脱水工程を効率的に進行することができる。ところが、前記温度および／または、圧力の範囲は目標とする脱水量および用いられる分離膜の種類を考慮して適宜変更できる。

前記透過蒸発システムまたは、蒸気透過システムに用いることができる分離膜は使われる素材の種類によって、ポリマーメンブレンなどの有機分離膜、無機分離膜、有機物と無機物を混合して製造される有無機分離膜などが挙げられ、本出願の脱水手段（Ｄ）においては、技術分野で公知された多様な分離膜を目的とする分離成分に応じて多様に利用することができる。例えば、親水性分離膜として、シリカゲルからなる分離膜、ＰＶＡまたはポリイミドのようなポリマーからなる分離膜およびゼオライト分離膜などを利用することができるが、目的とする脱水量およびフィードの組成を考慮して適宜変更できる。前記ゼオライト分離膜としては、Ｐｅｒｖａｔｅｃｈ社のゼオライト膜、ｉ３ｎａｎｏｔｅｃ社のゼオライトＡ分離膜、ゼオライトＮａＡ分離膜などを利用することができるが、これに制限されるものではない。

また、前記透過蒸発システムまたは、蒸気透過システムは真空装置を含むことができる。前記真空装置はフィードのうち、分離したい成分が分離膜と接触した後、前記膜から容易に分離できるように、真空を形成する装置を意味し、真空貯蔵タンクおよび真空ポンプで構成された装置などが挙げられる。

例示的な前記脱水手段（Ｄ）で、吸着剤が充填されたカラム１１０、１１１は、例えば、前述したメンブレンシステム１００を通過して含水量が５００ｐｐｍ〜１，２００ｐｐｍに調節されたフィードが導入されれば、第２脱水工程を通じて前記フィード内の含水量を５０ｐｐｍ〜５００ｐｐｍ、例えば、１００ｐｐｍ〜５００ｐｐｍまたは、１５０ｐｐｍ〜５００ｐｐｍに調節して排出することができるように設置されていることもあり得る。前記カラム１１０、１１１を通じて含水量を前記範囲に調節することによって続く精製工程の効率を上げることができる。

一つの例示において、前記吸着剤は技術分野で公知された多様な吸着剤を用いることができ、例えば、分子篩（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｓｉｅｖｅ）、シリカゲル、活性アルミナ、活性炭または、イオン交換樹脂を用いることができるが、これに制限されるものではない。

例えば、前記脱水手段（Ｄ）の分子篩としては、前記のような脱水能力を有するように設置される限り特に制限されず、公知の分子篩を用いることができる。例えば、分子篩としては、ゼオライト系列の分子篩、シリカ系列の分子篩、アルミナ系列の分子篩、シリカ−アルミナ系列の分子篩または、シリケート−アルミナ系列の分子篩などを用いることができる。

分子篩としては、例えば、細孔の平均大きさが１．０Å〜５．０Åまたは、２．０Å〜４．０Å程度である分子篩を用いることができる。また、前記分子篩の比表面積は、例えば、１００ｍ^３／ｇ〜１，５００ｍ^３／ｇ程度であり得る。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通じて脱水手段（Ｄ）の脱水能力を適切に調節することができる。

一つの例示において、脱水手段（Ｄ）は前記のようなカラム１１０、１１１を、例えば、２個以上含むことができる。図２は、分子篩が充填されたカラム１１０、１１１を２個含む場合を例示的に示している図面である。図２のように、２個以上のカラム１１０、１１１を脱水手段（Ｄ）に含ませて、前記複数のカラム１１０、１１１にフィードを交互に供給するなどの方式を採用する場合、工程の効率をより高めることができる。

前記方法は、脱水過程で分子篩に吸着された水を脱着して分子篩を再生すること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、脱水工程に続く精製工程の進行過程で遂行することができ、または、前記のように複数のカラム１１０、１１１が用いられる場合、いずれか一つのカラム１１０が脱水工程を進行する間、他のカラム１１１に対して遂行することができる。

前記再生は、例えば、アルゴン、二酸化炭素または、窒素などやメタン、エタン、プロパンまたはブタンなどのような低級アルカンなどを用いて遂行できる。一つの例示において、前記再生工程は窒素ガスを用いて遂行できる。窒素ガスを用いる場合に再生工程は１７５℃〜３２０℃または、１８０℃〜３１０℃程度の温度で遂行できる。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１，１００ Ｎｍ^３／ｈｒ〜１，５００ Ｎｍ^３／ｈｒ程度に調節することができる。前記範囲内で再生ないしは脱着工程が効率的に遂行され得る。ところが、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り得る。

前記脱水工程を経て含水量が５００ｐｐｍ以下に調節されたフィードは精製手段（Ｐ）に供給されて精製工程が進行され得る。一つの例示において、前記精製手段（Ｐ）は分離壁型蒸留塔（Ｄｉｖｉｄｅｄ Ｗａｌｌ Ｃｏｌｕｍｎ，ＤＷＣ）であり得る。

前記において、分離壁型蒸留塔２００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留のために考案された装置である。分離壁型蒸留塔２００は、いわゆる熱複合蒸留カラム（Ｐｅｔｌｙｕｋ ｃｏｌｕｍｎ）と熱力学的な観点で類似の装置である。熱複合蒸留カラムの場合は、予備分離器と主分離器を熱的に統合した構造を有する。前記カラムは低沸点および高沸点物質を一次的に予備分離器で分離し、予備分離器の塔頂および塔底部分が主分離器の供給段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。これに対して、分離壁型蒸留塔２００の場合は、塔内に分離壁２０１を設置して予備分離器を主分離器内部に統合させた形態である。

分離壁型蒸留塔２００は、例えば、図３に示した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留塔２００を示している。図３に示した通り、例示的な蒸留塔は、内部が分離壁２０１により分割されていて、上部の凝縮器２０２および下部の再沸器２０３などを含む構造を有することができる。また、分離壁型蒸留塔２００の内部は、図面で点線にて仮想的に分割されているように、例えば、低沸点流れが排出される塔頂領域２１０、高沸点流れが排出される塔底領域２２０、フィードが流入される原料供給領域２３０および生成物が流出される生成物流出領域２４０に区分することができ、前記原料供給領域２３０は上部供給領域２３１および下部供給領域２３２に、前記生成物流出領域２４０は上部生成物流出領域２４１および下部生成物流出領域２４２に区分することができる。前記において、用語「上部および下部供給領域」は、それぞれ分離壁型蒸留塔２００の構造で分離壁２０１によって分割される空間のうち、フィードが供給される側の空間、すなわち原料供給領域２３０を蒸留塔の長さ方向に二等分した時に上部および下部領域を意味し得る。また、「上部および下部生成物流出領域」は、それぞれ分離壁型蒸留塔２００の内部の分離壁２０１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、すなわち、生成物流出領域２４０を蒸留塔の長さ方向に二等分した時に上部および下部領域を意味し得る。前記「低沸点流れ」は、低沸点、中沸点および高沸点成分の３成分を含むフィードの流れのうち相対的に沸点が低い成分が濃厚（ｒｉｃｈ）な流れを意味し、前記「高沸点流れ」とは低沸点、中沸点および高沸点成分の３成分を含むフィードの流れのうち相対的に沸点が高い成分が濃厚（ｒｉｃｈ）な流れを意味する。

本出願の精製方法において、分離壁型蒸留塔２００の原料供給領域２３０に流入されたフィードは前記分離壁型蒸留塔２００の内部で精製される。また、前記原料供給領域２３０に流入されたフィード内で相対的に低い沸点を有する成分は塔頂領域２１０側に移動し、相対的に高い沸点を有する成分は塔底領域２２０側に移動することになる。前記塔底領域２２０に移動した成分のうち相対的に低い沸点を有する成分は生成物流出領域２４０に移動されて生成物の流れに流出されるかまたは、塔頂領域２１０に移動され、前記塔底領域２２０に移動した成分のうち相対的に高い沸点を有する成分は塔底領域２２０から高沸点流れに排出される。前記塔底領域２２０で流出した高沸点流れの一部は高沸点成分の流れに排出され、残りの一部は再沸器２０３で加熱された後、前記分離壁型蒸留塔の塔底領域２２０に再流入され得る。一方、前記塔頂領域２１０では水分の含量が非常に濃厚な低沸点成分の流れが流出され、前記塔頂領域２１０で流出された流れは凝縮器２０２で凝縮され、凝縮された流れの一部は排出され、残りの一部は前記分離壁型蒸留塔２００の塔頂領域２１０に還流され得る。また、塔頂領域２１０で流出されて還流される流れは再び分離壁型蒸留塔２００で精製されることによって、塔頂領域２１０で流出されるＩＰＡの含量を最小化し、塔頂領域２１０で流出される水の含量を最大化することができる。

前記精製方法で使用できる分離壁型蒸留塔２００の具体的な種類は特に制限されない。例えば、図３に示したような一般的な構造の分離壁型蒸留塔を用いたり、精製効率を考慮して蒸留塔内の分離壁の位置や形態が変更設計された蒸留塔を用いることも可能である。また、蒸留塔の段数および内径なども特に制限されず、例えば、フィードの組成を考慮した蒸留曲線から類推される理論段数などをベースに設定することができる。

前記方法で精製工程を遂行する分離壁型蒸留塔２００は、例えば、含水量が５００ｐｐｍ以下に調節されたフィードが導入されれば、精製工程を通じて前記フィード内の含水量を１５０ｐｐｍ以下、例えば、１２０ｐｐｍ以下、１１０ｐｐｍ以下、１００ｐｐｍ以下、８０ｐｐｍ以下、６０ｐｐｍ以下、５０ｐｐｍ以下、３０ｐｐｍ以下または、１０ｐｐｍ以下に下げて排出することができるように設置されていることもあり得る。したがって、前記精製工程においては、分離壁型蒸留塔に供給されたフィードから水を除去してフィードの含水量を１５０ｐｐｍ以下、例えば、１２０ｐｐｍ以下、１１０ｐｐｍ以下、１００ｐｐｍ以下、８０ｐｐｍ以下、６０ｐｐｍ以下、５０ｐｐｍ以下、３０ｐｐｍ以下または、１０ｐｐｍ以下に調節することを含むことができる。前記分離壁型蒸留塔２００を通じて含水量を前記範囲に調節するとともにＩＰＡを高純度に精製することができる。

分離壁型蒸留塔２００は、例えば、メンブレンシステム１００を経たフィードが前記蒸留塔の原料供給領域２３０に供給されるように設置されていることもあり得る。これによって、前記精製工程では脱水工程を経た含水量が５００ｐｐｍ以下に調節されたフィードを蒸留塔の原料供給領域２３０に供給することができる。分離壁型蒸留塔２００へのフィードの供給時には前記フィードの組成を考慮する時、例えば図３に示したように、フィードを上部供給領域２３１に供給すれば、効率的な精製が可能であり得る。

このような過程を経て分離壁型蒸留塔２００では、精製されたＩＰＡを含んで含水量が１５０ｐｐｍ以下である生成物が下部生成物流出領域２４２、好ましくは前記下部生成物流出領域２４２の中間部で排出されるように設置され得る。すなわち、前記精製方法は精製されたＩＰＡを含んで含水量が１５０ｐｐｍ以下である生成物を分離壁型蒸留塔２００の下部生成物流出領域２４２、好ましくは前記分離壁型蒸留塔２００の塔頂を基準として算出された理論段数の５０〜９０％、５５％〜８０％または、６０％〜７５％の段から収得することを含むことができる。例えば、分離壁型蒸留塔２００の理論段数が１００段である場合、前記含水量が１００ｐｐｍ以下である生成物は５０〜９０段または、６０〜７５段で流出することができ、このように生成物の排出位置を調節して精製工程の効率をより増加させることができる。前記において、「下部生成物流出領域の中間部」とは、下部生成物流出領域２４２を分離壁型蒸留塔２００の長さ方向に２等分した地点を意味する。

前記のように含水量が５００ｐｐｍ以下に調節されたフィードの水分含量を１５０ｐｐｍ以下に調節するために必要な前記分離壁型蒸留塔２００の理論段数は７０〜１２０段、８０段〜１１０段または、８５〜１００段であり得るが、これに制限されず、流入されるフィードの流量および工程条件により適宜変更できる。

一方、分離壁型蒸留塔２００の場合、Ｐｅｔｌｙｕｋ蒸留塔とは違って、設計が決まると内部循環の流れ量を調節できない構造的特性によって運転条件変動に対する柔軟性が劣るので、蒸留塔の初期設計段階で多様な外乱（ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ）に対する正確な模写と容易な制御が可能な制御構造の決定が必要であり、ひいては分離壁型蒸留塔２００で供給段の位置、分離壁区間設定、中沸点物質の生産段位置、総理論段数、蒸留温度および蒸留圧力などの蒸留塔の設計構造および運転条件に対する内容は非常に制限されているだけでなく、特に、蒸留しようとする対象化合物の性質により蒸留塔の段数、供給段および流出段の位置などの設計構造および蒸留温度、圧力および還流比などの運転条件が特別に変更されなければならない。本出願の精製方法では、前述した通り、エネルギーを節減し設備費を節減できるように、ＩＰＡの精製に適合に設計された分離壁型蒸留塔２００の運転条件を提供することができる。

一つの例示において、前記のように、含水量が５００ｐｐｍ以下に調節されたフィードが分離壁型蒸留塔２００に導入され、前記分離壁型蒸留塔２００で精製工程を通じて前記フィード内の含水量を１５０ｐｐｍ以下に調節する場合、前記分離壁型蒸留塔２００の塔頂領域２１０の還流比は６０〜９０、例えば、６５〜９０、７０〜８５または、７５〜８５の範囲で調節することができる。例えば、分離壁型蒸留塔２００に導入されるフィード内の水の含量が高いほど、前記フィード内の水を除去して高純度のＩＰＡを得るための塔頂領域２１０の還流比を大きく調節する必要があるが、本出願の精製方法では、分離壁型蒸留塔２００に導入されるフィード内の水の含量を５００ｐｐｍ以下に調節し、また、分離壁型蒸留塔２００内の塔頂領域２１０の還流比を前記のように特定範囲に調節することによって、下部生成物流出領域２４２で収得するＩＰＡ内の水分の含量を非常に低く調節することができる。

前記フィードは、例えば、５，０００Ｋｇ／ｈｒ〜１３，０００Ｋｇ／ｈｒ程度の流量で分離壁型蒸留塔２００に供給され得る。また、前記供給されるフィードの温度は、例えば、５０℃〜１３５℃、６０℃〜１１０℃または、８０℃〜１００℃程度に調節することができる。前記のような流量と温度でフィードを供給すれば適切な蒸留効率を達成することができる。

前記のように、含水量が５００ｐｐｍ以下に調節されたフィードを分離壁型蒸留塔２００に供給して進行される蒸留時に分離壁型蒸留塔２００の塔頂領域２１０の運転温度は、４０℃〜１２０℃、例えば、４５℃〜１１０℃または、５０℃〜１００℃程度に調節することができる。この場合、前記分離壁型蒸留塔２００の塔頂領域２１０の運転圧力は、０．１Ｋｇ／ｃｍ^２〜１０．０Ｋｇ／ｃｍ^２、例えば、０．２Ｋｇ／ｃｍ^２〜５．５Ｋｇ／ｃｍ^２、０．３Ｋｇ／ｃｍ^２〜４．５Ｋｇ／ｃｍ^２、０．６Ｋｇ／ｃｍ^２〜４．０Ｋｇ／ｃｍ^２または、０．６８Ｋｇ／ｃｍ^２〜３．７Ｋｇ／ｃｍ^２程度に調節することができる。このような運転温度および圧力でフィードの組成による効率的な蒸留が可能であり得る。本明細書において圧力は、特に定義しない限り絶対圧力（ａｂｓｏｌｕｔｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）を意味する。

前記分離壁型蒸留塔２００内部の運転および圧力条件は前記塔頂領域２１０の温度および圧力条件により変更され得る。一つの例示において、前記分離壁型蒸留塔２００の塔頂領域２１０の温度が４０℃〜１２０℃に調節される場合、前記分離壁型蒸留塔２００の下部生成物流出領域２４２で流出される流出の流れの温度は、６０℃〜１３０℃例えば、７０℃〜１２５℃、７５℃〜１２０℃または、７７．３℃〜１２０℃程度に調節することができる。また、前記分離壁型蒸留塔２００の塔頂領域２１０の圧力が０．２Ｋｇ／ｃｍ^２〜５．５Ｋｇ／ｃｍ^２に調節される場合、前記分離壁型蒸留塔２００の下部生成物流出領域２４２の運転圧力は、０．３Ｋｇ／ｃｍ^２〜６．０Ｋｇ／ｃｍ^２、例えば、０．５Ｋｇ／ｃｍ^２〜５．０Ｋｇ／ｃｍ^２、０．８Ｋｇ／ｃｍ^２〜４．０Ｋｇ／ｃｍ^２または、０．８４３Ｋｇ／ｃｍ^２〜３．８６Ｋｇ／ｃｍ^２程度に調節することができる。このような運転温度および圧力でフィードの組成による効率的な蒸留が可能であり得る。

また、前記分離壁型蒸留塔２００の塔頂領域２１０の温度が４０℃〜１２０℃に調節される場合、前記分離壁型蒸留塔２００の塔底領域２２０の運転温度は、８０℃〜１６０℃、例えば、９０℃〜１６０℃、９５℃〜１５８℃または、１０４℃〜１５６℃程度に調節することができる。また、前記分離壁型蒸留塔２００の塔頂領域２１０の圧力が０．２Ｋｇ／ｃｍ^２〜５．５Ｋｇ／ｃｍ^２に調節される場合、前記分離壁型蒸留塔２００の塔底領域２２０の運転圧力は、０．３Ｋｇ／ｃｍ^２〜６．０Ｋｇ／ｃｍ^２、例えば、０．８Ｋｇ／ｃｍ^２〜５．０Ｋｇ／ｃｍ^２、０．９Ｋｇ／ｃｍ^２〜４．０Ｋｇ／ｃｍ^２または、０．９１Ｋｇ／ｃｍ^２〜３．９３Ｋｇ／ｃｍ^２程度に調節することができる。このような運転温度および圧力でフィードの組成による効率的な蒸留が可能であり得る

前記において、分離壁型蒸留塔２００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。

前記精製工程が進行される分離壁型蒸留塔２００の他の条件、例えば、各蒸留塔の段数または、内径などは特に制限されない。例えば、前記分離壁型蒸留塔２００の理論段数はフィードの蒸留曲線などによって算出される理論段数に基づいて決定することができる。また、前記分離壁型蒸留塔２００での上部および下部排出物の流量などは、例えば、前述した運転圧力および温度の達成ができるように設定され得る。

本出願はまたＩＰＡの精製装置に関するものである。例示的な精製装置は、前述した精製方法に適用されるための装置であり得る。

したがって、前記精製装置は、例えば、前述したフィードが供給されれば、前記フィードの含水量を５００ｐｐｍ以下に下げて排出することができるように設置された脱水手段（Ｄ）および前記脱水手段（Ｄ）を経たフィードが導入されて精製工程が進行され得る精製手段（Ｐ）を含むことができる。

前記精製装置と関連した具体的な内容は、例えば、すでに記述した事項が同一または類似に適用され得る。

例えば、前記脱水手段（Ｄ）はメンブレンシステム１００および吸着剤が充填されたカラム１１０、１１１であり得る。

前記脱水手段（Ｄ）のメンブレンシステム１００としては、分離膜を利用したシステムであれば、特に制限されないが、例えば、透過蒸発（ｐｅｒｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）システムまたは、蒸気透過（ｖａｐｏｒ ｐｅｒｍｅａｔｉｏｎ）システムなどを利用することができる。

前述した通り、前記透過蒸発システムまたは、蒸気透過システムに用いることができる分離膜は用いられる素材の種類によって、ポリマーメンブレンなどの有機分離膜、無機分離膜、有機物と無機物を混合して製造される有無機分離膜などが挙げられ、本出願の脱水手段（Ｄ）においては、技術分野で公知された多様な分離膜を目的とする分離成分に応じて多様に利用することができる。例えば、親水性分離膜として、シリカゲルからなる分離膜、ＰＶＡまたはポリイミドのようなポリマーからなる分離膜およびゼオライト分離膜などを利用することができるが、目的とする脱水量およびフィードの組成を考慮して適宜変更できる。例えば、前記ゼオライト分離膜としては、Ｐｅｒｖａｔｅｃｈ社のゼオライト膜、ｉ３ｎａｎｏｔｅｃ社のゼオライトＡ分離膜、ゼオライトＮａＡ分離膜などを利用することができるが、これに制限されるものではない。分離膜の強度を維持するために、ポリマー分離膜に無機物をコーティングして使用することもできる。

また、前記透過蒸発システムまたは、蒸気透過システムは真空装置を含むことができる。前記真空装置はフィードのうち、分離したい成分が分離膜と接触した後、前記膜から容易に分離できるように、真空を形成する装置を意味し、真空貯蔵タンクおよび真空ポンプで構成された装置などが挙げられる。

一つの例示において、前記カラム１１０、１１１に充填される吸着剤は分子篩、シリカゲル、活性アルミナ、活性炭または、イオン交換樹脂を含むことができる。

例えば、前記脱水手段（Ｄ）の分子篩としては、前記のような脱水能力を有するように設置される限り特に制限されず、公知の分子篩を用いることができる。例えば、分子篩としては、ゼオライト系列の分子篩、シリカ系列の分子篩、アルミナ系列の分子篩、シリカ−アルミナ系列の分子篩または、シリケート−アルミナ系列の分子篩などを用いることができる。

分子篩としては、例えば、細孔の平均大きさが１．０Å〜５．０Åまたは、２．０Å〜４．０Å程度である分子篩を用いることができる。また、前記分子篩の比表面積は、例えば、１００ｍ^３／ｇ〜１，５００ｍ^３／ｇ程度であり得る。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通じて脱水手段（Ｄ）の脱水能力を適切に調節することができる。

一つの例示において、脱水手段（Ｄ）は、分子篩が充填されているカラム１１０、１１１を２個以上含むことができる。

前記精製装置は、例えば、前記脱水手段（Ｄ）を経たフィードが導入されて精製工程が進行され得る精製手段（Ｐ）を含むことができ、前記精製手段（Ｐ）は分離壁型蒸留塔（Ｄｉｖｉｄｅｄ Ｗａｌｌ Ｃｏｌｕｍｎ，ＤＷＣ）であり得る。

前記において、分離壁型蒸留塔２００は、例えば、脱水手段（Ｄ）を経たフィードが分離壁型蒸留塔２００の原料供給領域２３０、例えば、上部供給領域２３１に供給されるように設置されていることもあり得る。また、前記分離壁型蒸留塔２００は、ＩＰＡを含む生成物が下部生成物流出領域２４２、好ましく下部生成物流出領域２４２の中間部から排出されるように設置されていることもあり得る。

前記分離壁型蒸留塔２００と関連した具体的な説明は前述した精製方法で説明した内容と同一であるので省略する。

本出願では、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を高純度に得ることができる。

前記方法の進行を例示的に示している図面である。 前記方法で用いられる脱水手段を例示的に示している図面である。 前記方法で用いられる精製手段を例示的に示している図面である。 本出願の第１実施例に係る精製装置を例示的に示している図面である。 は本出願の比較例に係る精製装置を例示的に示している図面である。 は本出願の比較例に係る精製装置を例示的に示している図面である。

以下実施例および比較例を通じ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は下記に提示された実施例によって制限されるものではない。

実施例１
図４のように脱水手段および前記脱水手段と連結された分離壁型蒸留塔を用いてＩＰＡを精製した。具体的に、前記脱水手段はメンブレンシステムと分子篩が充填されたカラムが順に連結された装置を用い、前記メンブレンシステムとしてはメンブレン（ＨｙｂＳｉ ｍｅｍｂｒａｎｅ、Ｐｅｒｖａｔｅｃｈ社）装置および真空装置を含む透過蒸発システムを用い、分子篩としては細孔の有効気孔平均大きさが３Å程度であるゼオライト３Ａが用いられ、充填された体積が約３ｍ^３程度であるカラム２基を用いた。前記において、分子篩の再生は窒素ガスを約２３０℃で約１，３１４Ｎｍ^３／ｈｒの流量で供給できる手段を用いて遂行した。フィードとしては、ＩＰＡ ９８．６重量％、水約３，０００ｐｐｍおよびその他不純物約１．１重量％を含む液相フィードを用いた。前記のようなフィードを前記脱水手段に９０℃の温度で供給して透過蒸発システムを通過したフィード内の含水量が約１，０００ｐｐｍとなるように調節し、前記カラムを通過したフィード内の含水量が約３００ｐｐｍとなるように脱水工程を進めた。その後、脱水工程を経た含水量が約３００ｐｐｍであるフィードを分離壁型蒸留塔の原料供給領域、具体的には理論段数が９０段である分離壁型蒸留塔の２０段に導入して精製を進め、ＩＰＡを含む生成物は下部生成物流出領域、具体的には理論段数が９０段である分離壁型蒸留塔の６０段で収得した。

前記において、分離壁型蒸留塔の塔頂領域の還流比は８０に調節し、塔頂領域の運転温度および圧力はそれぞれ約６３℃および１．１２Ｋｇ／ｃｍ^２に調節した。この場合、高純度のＩＰＡが流出される下部生成物流出領域の運転温度および圧力はそれぞれ約１００℃および１．３３Ｋｇ／ｃｍ^２であり、塔底領域の運転温度および圧力はそれぞれ約１１７℃および１．３７Ｋｇ／ｃｍ^２であった。

この場合、下部生成物流出領域で収得したＩＰＡ内の高沸点成分の含量は約４２ｐｐｍと測定された。

実施例２
塔頂領域の還流比を８５に調節したことを除いては実施例１と同じ方式で工程を進めて精製を遂行した。

実施例３
塔頂領域の還流比を７６に調節したことを除いては実施例１と同じ方式で工程を進めて精製を遂行した。

実施例４
ＩＰＡを含む生成物を理論段数が９０段である分離壁型蒸留塔の４０段で収得したことを除いては実施例１と同じ方式で工程を進めて精製を遂行した。

実施例５
ＩＰＡを含む生成物を理論段数が９０段である分離壁型蒸留塔の７０段で収得したことを除いては実施例１と同じ方式で工程を進めて精製を遂行した。

この場合、下部生成物流出領域で収得したＩＰＡ内の高沸点成分の含量は約５２ｐｐｍと測定された。

実施例６
脱水手段を経て精製手段に導入されるフィード内の含水量を５００ｐｐｍ程度に調節したことを除いては実施例１と同じ方式で工程を進めた。この場合、分離壁型蒸留塔の塔頂領域の還流比は８５に調節し、運転温度および圧力はそれぞれ約６５℃および１．１２Ｋｇ／ｃｍ^２に調節し、塔底領域の運転温度および圧力はそれぞれ約１１７℃および１．３５Ｋｇ／ｃｍ^２に調節した。

実施例７
塔頂領域の運転温度および圧力をそれぞれ約５０℃および０．６８Ｋｇ／ｃｍ^２に調節したことを除いては実施例１と同じ方式で工程を進めて精製を遂行した。

この場合、下部生成物流出領域の運転温度および圧力はそれぞれ約７７．３℃および０．８４３Ｋｇ／ｃｍ^２であり、塔底領域の運転温度および圧力をそれぞれ約１０４℃および０．９１Ｋｇ／ｃｍ^２であった。

実施例８
塔頂領域の運転温度および圧力をそれぞれ約１００℃および３．７Ｋｇ／ｃｍ^２に調節したことを除いては実施例１と同じ方式で工程を進めて精製を遂行した。

この場合、下部生成物流出領域の運転温度および圧力はそれぞれ約１２０℃および３．８６Ｋｇ／ｃｍ^２であり、塔底領域の運転温度および圧力をそれぞれ約１５６℃および３．９３Ｋｇ／ｃｍ^２であった。

比較例１
ＩＰＡ ９８．６重量％、水約３，０００ｐｐｍおよびその他不純物約１．１重量％を含む液相フィードを、図５のように脱水工程を経ずに２基の一般型蒸留塔が連結された精製装置に流入させて精製した。この場合、第１蒸留塔の塔頂運転温度および圧力はそれぞれ約７６℃および１．１２Ｋｇ／ｃｍ^２に調節し、塔底運転温度および圧力は約９３℃および１．５４Ｋｇ／ｃｍ^２に調節した。また、第２蒸留塔の塔頂運転温度および圧力はそれぞれ約８３℃および１．０４Ｋｇ／ｃｍ^２に調節し、下部運転温度および圧力は約１１０℃および１．１８Ｋｇ／ｃｍ^２に調節した。

比較例２
図６のようにメンブレンシステムを透過したフィードを分離壁型蒸留塔の代わりに２基の一般型蒸留塔が連結された精製装置に流入させて精製したことを除いては実施例１と同じ方式で工程を進めた。この場合、第１蒸留塔の塔頂運転温度および圧力はそれぞれ約６３℃および１．１２Ｋｇ／ｃｍ^２に調節し、塔底運転温度および圧力は約９３℃および１．５４Ｋｇ／ｃｍ^２に調節した。また、第２蒸留塔の塔頂運転温度および圧力はそれぞれ約８３℃および１．０４Ｋｇ／ｃｍ^２に調節し、塔底運転温度および圧力は約１１０℃および１．１８Ｋｇ／ｃｍ^２に調節した。

比較例３
ＩＰＡ ９８．６重量％、水約３，０００ｐｐｍおよびその他不純物約１．１重量％を含む液相フィードを脱水工程を経ずに、直接図３に示したような分離壁型蒸留塔に導入したことを除いては実施例１と同じ方式で工程を進めた。この場合、分離壁型蒸留塔の塔頂領域の還流比は５２に調節し、塔頂領域の運転温度および圧力はそれぞれ約７６℃および１．１２Ｋｇ／ｃｍ^２に調節し、塔底領域の運転温度および圧力はそれぞれ約１１１℃および１．３７Ｋｇ／ｃｍ^２に調節した。

比較例４
ＩＰＡを含む生成物を理論段数が９０段である分離壁型蒸留塔の３５段で収得したことを除いては実施例１と同じ方式で工程を進めて精製を遂行した。

比較例５
ＩＰＡを含む生成物を理論段数が９０段である分離壁型蒸留塔の８５段で収得したことを除いては実施例１と同じ方式で工程を進めて精製を遂行した。

この場合、下部生成物流出領域で収得したＩＰＡ内の高沸点成分の含量は約５９０ｐｐｍと測定された。

比較例６
脱水手段を経て精製手段に導入されるフィード内の含水量を７００ｐｐｍ程度に調節したことを除いては実施例１と同じ方式で工程を進めた。

前記実施例および比較例で使われた全体エネルギー使用量およびＩＰＡ内の水分含量を下記の表１および表２に整理して記載した。

１００ メンブレンシステム
１１０ カラム
１１１ カラム
２００ 分離壁型蒸留塔
２１０ 塔頂領域
２２０ 塔底領域
２３０ 原料供給領域
２４０ 生成物流出領域

Claims (12)

1. イソプロピルアルコールおよび水を含むフィードをメンブレンシステムおよび吸着剤が充填されているカラムを含む脱水手段に供給して水を除去する段階；および
   前記脱水手段で水を除去して含水量が調節されたフィードを分離壁型蒸留塔に供給して精製を遂行する段階を含み、
   精製を遂行する段階が、脱水手段で水を除去して含水量が５００ｐｐｍ以下に調節されたフィードを分離壁型蒸留塔に供給して、含水量が１２０ｐｐｍ以下に調節されるように遂行することを含み、
   精製されたイソプロピルアルコールを含み、含水量が１２０ｐｐｍ以下である排出物を前記分離壁型蒸留塔の塔頂を基準として算出された理論段数の５０％〜９０％の段で収得する、イソプロピルアルコールの精製方法。
2. メンブレンシステムは透過蒸発システムまたは、蒸気透過システムである、請求項１に記載のイソプロピルアルコールの精製方法。
3. 吸着剤は分子篩、シリカゲル、活性アルミナ、活性炭または、イオン交換樹脂を含む、請求項１に記載のイソプロピルアルコールの精製方法。
4. 水を除去する段階が、含水量が１，２００ｐｐｍ〜５，０００ｐｐｍであるフィードを脱水手段に供給して、前記脱水手段でフィードの含水量を５００ｐｐｍ以下に調節することを含む、請求項１に記載のイソプロピルアルコールの精製方法。
5. 水を除去する段階が、含水量が１，２００ｐｐｍ〜５，０００ｐｐｍであるフィードをメンブレンシステムに供給して、含水量を５００ｐｐｍ〜１，２００ｐｐｍに調節し、含水量が５００ｐｐｍ〜１，２００ｐｐｍに調節されたフィードを吸着剤が充填されているカラムに供給して含水量を５０ｐｐｍ〜５００ｐｐｍに調節することを含む、請求項１に記載のイソプロピルアルコールの精製方法。
6. 分離壁型蒸留塔は、原料供給領域、塔頂領域、塔底領域および生成物流出領域に区分され、前記生成物流出領域は上部生成物流出領域および下部生成物流出領域に区分され、
   精製を遂行する段階が、脱水手段で水を除去して含水量が５００ｐｐｍ以下に調節されたフィードを前記分離壁型蒸留塔の前記原料供給領域に供給し、前記分離壁型蒸留塔で精製を遂行して、精製されたイソプロピルアルコールを含み、含水量が１２０ｐｐｍ以下である排出物を前記分離壁型蒸留塔の下部生成物流出領域で収得することを含み、
   精製されたイソプロピルアルコールを含み、含水量が１２０ｐｐｍ以下である排出物を前記分離壁型蒸留塔の塔頂を基準として算出された理論段数の５０％〜９０％の段で収得する、請求項１に記載のイソプロピルアルコールの精製方法。
7. 分離壁型蒸留塔の塔頂領域の温度を４０℃〜１２０℃に調節することを含む、請求項６に記載のイソプロピルアルコールの精製方法。
8. 分離壁型蒸留塔の塔頂領域の圧力を０．１〜１０．０Ｋｇ／ｃｍ^２に調節することを含む、請求項６に記載のイソプロピルアルコールの精製方法。
9. 分離壁型蒸留塔の下部生成物領域で流出される流れの温度が６０℃〜１３０℃である、請求項７に記載のイソプロピルアルコールの精製方法。
10. 分離壁型蒸留塔の下部生成物流出領域の圧力は０．３〜６．０Ｋｇ／ｃｍ^２である、請求項８に記載のイソプロピルアルコールの精製方法。
11. 分離壁型蒸留塔の塔底領域の温度が８０℃〜１６０℃である、請求項７に記載のイソプロピルアルコールの精製方法。
12. 分離壁型蒸留塔の塔底領域の圧力は０．３〜６．０Ｋｇ／ｃｍ^２である、請求項８に記載のイソプロピルアルコールの精製方法。

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