(57)【要約】  副生物が製造される調製工程と、第１の成分が、多孔質隔壁を通り掃引成分流中に第１の成分を拡散させることにより、成分の混合物から分離されるガス分離工程と、を含み、調製工程において製造された副生物が、分離工程において掃引成分として次いで使用される統合された調製および分離工程、ならびにこうした工程において使用するための工業用装置。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
副生物が製造される調製工程と、および
第１の成分が、多孔質隔壁を通り掃引成分流中に第１の成分を拡散させることにより、成分の混合物から分離されるガス分離工程と
を含み、
調製工程において製造された副生物が、次いで分離工程において掃引成分として使用される、統合された調製および分離工程。
【請求項２】
多孔質隔壁の両側の圧力が、本質的に等しい、請求項１に記載の工程。
【請求項３】
ａ）１つ以上の反応物質を反応させて、生成物、少なくとも１つの副生物および、少なくとも１つの汚染物質を含む反応混合物を得るステップと、
ｂ）副生物を反応混合物から分離して、副生物ならびに生成物と少なくとも１つの汚染物質を含む混合物を得るステップと、
ｃ）多孔質隔壁を通り副生物流中に汚染物質を拡散させることにより、汚染物質を生成物と汚染物質の混合物からガス分離して、汚染物質と副生物の混合物流ならびに精製生成物流を得るステップと
を含む、請求項１または請求項２に記載の工程。
【請求項４】
ａ）１つ以上の反応物質を反応させて、生成物、少なくとも１つの未反応反応物質、少なくとも１つの副生物および少なくとも１つの汚染物質を含む反応混合物を得るステップと、
ｂ）反応混合物を分離して、副生物流、未反応反応物質および汚染物質の混合物流、ならびに精製生成物流を得るステップと、
ｃ）多孔質隔壁を通り副生物流中に汚染物質を拡散させることにより、汚染物質を未反応反応物質および汚染物質の混合物の少なくとも一部からガス分離して、汚染物質と副生物の混合物流および精製生成物流を得るステップと
を含む、請求項１または請求項２に記載の工程。
【請求項５】
ａ）アルケンを酸素（酸素は不活性ガスで汚染されている）と反応させて、酸化アルキレン、未反応アルケン、二酸化炭素および不活性ガスを含む反応混合物を得るステップと、
ｂ）反応混合物を分離して、二酸化炭素流、アルケンと不活性ガスの混合物流、ならびに精製酸化アルキレン流を得るステップと、
ｃ）多孔質隔壁を通り二酸化炭素流中に不活性ガスを拡散させることにより、不活性ガスを未反応アルケンと不活性ガスの混合物の少なくとも一部分からガス分離して、不活性ガスと二酸化炭素の混合物流ならびに精製アルケン流を得るステップと
を含む、請求項４に記載の工程。
【請求項６】
多孔質隔壁を通り掃引成分流中に第１の成分を拡散させることにより、成分の混合物から第１の成分を分離するのに適した１つ以上の分離ユニットを備え、１つ以上の第１室と、第１室もしくは第１室群から多孔質隔壁により分離された１つ以上の第２室と、１つ以上の入口および１つ以上の出口とを備える分離装置と、
１つ以上の入口および１つ以上の出口とを備え、その少なくとも１つの出口が反応の副生物流を含み、かかる副生物出口が、１つ以上の分離ユニットの１つ以上の入口に直接または間接に連結されている１つ以上の反応器と
を備える工業用装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、統合された分離および調製工程に関する。
【背景技術】
【０００２】
化学工業では、ガス混合物中の２つ以上の成分を分離するために、数種の分離技法が利用可能である。こうした分離技法の例は、当技術分野では周知であり、例えば、１９９９年にＪｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ，ｉｎｃ．から出版されたＷ．Ｓｅｉｄｅｒらの「Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｄｅｓｉｇｎ  Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ」５．７章において知ることができる。
【０００３】
最も一般に適用される技法は、蒸留である。しかし、蒸留技法の欠点は、混合物中のそうした化合物を分離するために消費される大量のエネルギーである。
【０００４】
使用できる他の技法は、ガス透過による膜分離である。この場合、ガス混合物を、高圧まで圧縮し、非多孔質の膜と接触させる。透過体は、膜を通過し、低圧において排出されるが、濃縮体は、膜内を通過せず供給原料の高圧において維持される。こうした膜分離法の例は、ＵＳ−Ａ−５，４３５，８３６およびＵＳ−Ａ−６，３９５，２４３において記載されている。膜を介してのガス分離を含むこれらの工程では、膜内を通過するために、ガス分子は、膜と相互作用をする必要がある。しかし、これは、膜の濃縮体側と透過体側の間に膜全体にわたる高い圧力差を設けることを要する。必要とされるこの圧力差のために、たとえ大容積の掃引流および高選択性の膜を使用したとしても、こうした膜技法は、依然として、大量のエネルギー、および圧力差を維持するためのコストのかかる装置、例えば、真空または圧縮ポンプを要する。
【０００５】
１９２４年までさかのぼるＵＳ−Ａ−１，４９６，７５７には、拡散隔壁を通してガスを拡散させるステップと、掃引材料により隔壁から拡散したガスを除去するステップと、掃引材料を拡散したガスから除去するステップとを含むガス分離工程が記載されている。この工程は、反復分別（ｆｒａｃｔｉｏｕａｌ）拡散の原理に基づいて操作されるといわれている。この工程は、圧力差が、まったくまたはほとんど存在せず、質量移送は、１つの室に連続的に加えられ、多孔質の隔壁層を通り向流的に拡散する掃引ガス成分を用いた摩擦拡散により制御されているという事実において、上記の膜を含む分離工程とは異なっている。したがって、この工程は、高価で選択的透過性の膜を要しない。
【０００６】
最近、Ｍ．Ｇｅｂｏｅｒｓは、Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｓｃｈｏｏｌが出版したＰｒｏｃｅｓｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ＯＳＰＴ（２００３）の１３９頁にある、ミニポスター形式のＯＳＰＴ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、ＰｈＤ  プロジェクトにおける彼の論文「ＦｒｉｃＤｉｆｆ：Ａ  ｎｏｖｅｌ  ｃｏｎｃｅｐｔ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａｚｅｏｔｒｏｐｉｃ  ｍｉｘｔｕｒｅｓ」において、２−プロパノール（ＩＰＡ）と水の共沸蒸気混合物をＣＯ２と相互拡散させることによりこの共沸蒸気混合物を分離するための工程を記載した。続いてのステップでは、２−プロパノールとＣＯ２の分離は、凝縮を介して進行する。
【０００７】
この工程の欠点は、ＣＯ２流から生成物を分離することを要すること、および工業規模において適用した場合、大量の掃引成ガス流の調達である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、この記載された拡散に基づく分離工程は、調製工程との統合によりさらに改善することができる。したがって、標題の本発明は、統合された分離および調製工程を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
したがって、本発明は、
副生物が製造される調製工程と、
第１の成分が、多孔質隔壁を通り掃引成分流中に第１の成分を拡散させることにより、成分の混合物から分離されるガス分離工程と
を含み、調製工程において製造された副生物が、分離工程において掃引成分として次いで使用される統合された調製および分離工程を提供する。
【００１０】
次の分離工程において掃引成分として調製工程の副生物を使用することにより、この副生物はより効果的に使用され、有利な統合された分離および調製工程が得られる。「別の」掃引成分は避けることができる。というのは調製工程の副生物を掃引成分として使用することができるからである。
【００１１】
本発明によるこの工程は、共沸混合物を分離するための通常の蒸留技法には多大なコストを要するという点において、第１の成分が分離される成分の混合物が、共沸混合物であるプロセスにおいて特に有利である。
【００１２】
本発明は、上記の工程を実施できる工業用装置をさらに提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
統合された分離および調製工程とは、分離工程において含まれる１つ以上の成分が、調製工程において含まれる成分でもある工程と理解される。本発明の工程では、分離工程において掃引成分として使用される成分は、調製工程において供給原料成分として使用される。
【００１４】
ガス分離工程とは、このガス分離工程の間、第１の成分、成分の混合物および掃引成分の少なくとも一部分が、ガス分離工程の間ガス状態であることと理解される。好ましくは、第１の成分、成分の混合物および掃引成分の少なくとも５０重量％が、ガス状態であり、より好ましくは少なくとも８０重量％、さらにより好ましくは９０〜１００重量％の範囲においてガス状態である。最も好ましくは、成分のすべてが、ガス分離工程の間完全にガス状態である。周囲温度（２５℃）および周囲圧力（１バール）下において通常液体状態である成分は、多孔質隔壁内を拡散する前に、例えば、温度を上昇させる、または圧力を低下させることによりガス状態まで蒸発させることができる。したがって、ガス分離工程の間の拡散は、好ましくはガス拡散である。
【００１５】
いかなる種類の理論による拘束をも望むものではないが、ガス分離工程の間の多孔質隔壁を通る第１の成分の拡散は、いわゆる摩擦（ｆｒｉｃｆｉｏｎａｌ）拡散の原理に基づくものであると考えられる。この摩擦拡散は、１つ以上の他の成分に比較して１つの成分の拡散速度が異なるためであると考えられる。ＵＳ−Ａ−１，４９６，７５７においても説明されているように、拡散速度がより速やかな成分は、拡散速度がより遅い成分よりより速やかに多孔質隔壁を通過する。より速やかな成分は、掃引成分流により除去することができ、残りの成分からこうした第１のより速やかな成分が分離される。上記では、より速やかな成分とは、より遅い成分と比較して掃引成分と一緒になってより大きい２成分拡散係数を有する成分であると理解される。
【００１６】
掃引成分とは、多孔質隔壁内を拡散した第１の成分を一掃することができる成分であると理解される。それは、この目的のために適していることが当業者に周知である任意の成分であり得る。好ましくは、分離工程が実施される温度および圧力において少なくとも部分的にガス状態である成分が使用される。より好ましくは、分離工程が実施される温度および圧力においてほぼ完全に、好ましくは、完全にガス状態である掃引成分が使用される。実際の目的では、本発明は、大気圧（１バール）における沸点が−２００〜５００℃の範囲である掃引成分を使用して実施することができる場合が多い。より好ましくは、大気圧（１バール）における沸点が−２００〜２００℃の範囲である掃引成分が使用される。掃引成分として使用できる成分の例として、一酸化炭素、二酸化炭素、水素、水、酸素、酸化物、窒素含有化合物、アルカン類、アルケン類、アルカノール類、芳香族類、ケトン類が挙げられる。
【００１７】
混合物および掃引成分は、この中を第１の成分が混合物から拡散して掃引成分流中に入る多孔質隔壁により分離される。
【００１８】
多孔質隔壁は、反応物質と接触する工程における使用に適していることが当業者に周知である任意の多孔質材料から作製することができる。多孔質隔壁は、拡散による分離が支配的であるという条件下で、例えば、吸着または吸収効果により成分の分離を補助する多孔質材料から作製することができる。
【００１９】
Ｍ  ＳｔａｎｏｅｖｉｃのＲｅｖｉｅｗ  ｏｆ  ｍｅｍｂｒａｎｅ  ｃｏｎｔａｃｔｏｒｓ  ｄｅｓｉｇｎｓ  ａｎｄ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ  ｍｏｄｕｌｅｓ  ｉｎ  ｉｎｄｕｓｔｒｙ、ＦＭＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ（２００３）３１巻、９１〜９８頁によれば、２つのバルク相の間にセットされた膜相は、膜プロセスにおいて２つのバルク相の間の質量移送を制御する能力を有する。こうした膜と異なり、本発明による多孔質隔壁層は、２つのバルク相の間にセットされるが、関係したいかなる種の質量移送を制御する能力も原理的に所有しない。したがって、それは、細孔を提供する以外は、分離すべき種と基本的に相互作用を行うことがなく、膜分離と異なり、２つのバルク相の混合を避けるのに役立つのみである。
【００２０】
したがって、標題の多孔質隔壁は、基本的に、選択的透過性の膜ではない。膜は、ある化合物は通過させるが、他の化合物は効果的に通過を妨げる障壁、すなわち、この通過が化合物のサイズまたは特異な性質により決まる半透過性障壁である。ガス分離技法において使用される膜は、例えば、ＵＳ−Ａ−５８４３，２０９に開示されているものである。膜は、相または環境間の質量輸送を選択的に制御する。
【００２１】
こうした膜と異なり、多孔質隔壁は、相対的な拡散速度は異なるが、化合物すべての流動を可能にする障壁である。いかなる特定の理論による拘束をも望むものではないが、多孔質隔壁では、質量移送は、１つの室に連続的に加えられ、他の室を去り、多孔質隔壁層を通り向流的に拡散する掃引ガス成分を用いた摩擦拡散により制御されていると考えられる。
【００２２】
好ましくは、多孔質隔壁のために使用される材料は、基本的に不活性、または分離工程において使用される成分に対して不活性である。実用上、本発明は、多孔質隔壁用の材料として、ろ布、金属、プラスチック、紙、砂床、ゼオライト、発泡体またはその組合せを使用して実施できる場合が多い。例として、エキスパンドメタル、例えば、エキスパンドステンレス鋼、エキスパンド銅、エキスパンド鉄；織られた金属、例えば、織られた銅、織られたステンレス鋼；綿、毛、麻；多孔質プラスチック、例えば、多孔質ＰＰ、ＰＥまたはＰＳが挙げられる。好ましい実施形態では、多孔質隔壁は、織られたまたはエキスパンドステンレス鋼から調製される。
【００２３】
多孔質隔壁層を横切る対流性流量の容積（ｍ３／ｓ）（層流またはポワズイユ流を仮定）は、次式Ｉ：
【００２４】
【数１】
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により与えられ、式中、εは、空隙率（細孔による表面積の割合）を表し、ｄｐは、細孔の直径を表し、δは、多孔質層の厚さを表し、ΔＰは、多孔質層を横切る圧力降下ならびにガスの物理特性（粘度および密度）を表す。
【００２５】
好ましい多孔質材料は、有用な表面積を最高にするために空隙率（ε）が大であるべきである。好ましい多孔質層は、空隙率が０．５を超え、好ましくは０．９を超え、さらにより好ましくは０．９３を超える。
【００２６】
多孔質層の厚さは、好ましくは、可能な限り小さい。いかなる特定の理論による拘束をも望むものではないが、拡散速度は、多孔質層の厚さに反比例し、したがって、必要とされる多孔質層の表面積は、厚さに比例すると考えられる。
【００２７】
多孔質隔壁は、厚さを幅広く変えることができ、例えば、厚さが１メートル以上の隔壁から厚さが１ナノメートル以上の隔壁まで変えることができる。実用的な目的では、本発明は、厚さが０．０００１〜１０００ミリメートルの範囲、より好ましくは０．０１〜１００ミリメートルの範囲、さらにより好ましくは０．１〜１０ミリメートルの範囲である多孔質隔壁を使用して実施できる場合が多い。好ましい多孔質層は、厚さが０．５〜１．５ミリメートルの範囲、好ましくは０．８〜１．２ミリメートルの範囲、より好ましくは０．９〜１．１ミリメートルの範囲である。
【００２８】
多孔質隔壁において使用される細孔の量、サイズおよび形状は、幅広く変えることができる。多孔質隔壁において使用される細孔の形状は、こうした目的に適していることが当業者に周知である任意の形状であり得る。細孔は、例えば、スリット、正方形、楕円形または円形である形状の断面を有することができる。または、断面は、不規則な形状であり得る。実用的な目的では、本発明は、円形の形状である断面を有する細孔を使用して実施できる場合が多い。細孔の断面の直径は、幅広く変えることができる。さらに、細孔のすべてが、同じ直径である必要はない。実用的な目的では、本発明は、１ナノメートル〜１０ミリメートルの範囲における断面「最短」直径を有する細孔を使用して実施できる場合が多い。「最短」の直径とは、細孔の断面内の最短の距離であると理解される。好ましくは、この直径は、２０ナノメートル〜２ミリメートルの範囲、より好ましくは０．１〜１０００マイクロメートル、より好ましくは１０〜１００マイクロメートルの範囲にある。
【００２９】
好ましくは、材料中の細孔（ｄｐ）は、対流を防止するために比較的小であるべきである。正確なサイズおよび割合は、多孔質層の厚さ（Δ）および多孔質層を横切っての圧力降下（ΔＰ）、ならびにガスの物理特性（粘度および密度）により決まる。
【００３０】
小さい、例えば、０．１〜１００ナノメートルの範囲である直径を有する細孔は、圧力差に関する制御がより容易になるという利点がある。より大きい、例えば、１００〜１０００ナノメートルの範囲である直径を有する細孔は、より良い分離を得ることができるという利点がある。例えば、多孔質隔壁を横切っての圧力降下（ΔＰ）が約１０Ｐａにおいて、細孔は、所望の拡散流に比較して実質的な対流を防止するために１０マイクロメートルより小さい直径であるべきである。圧力降下（ΔＰ）１Ｐａにおいて、直径３０ミクロンである細孔は、好まれるべきである。しかし、圧力降下および細孔直径は、クヌーセン拡散様式を回避するように選択すべきである。
【００３１】
様々なガスの多孔質層を通る相対的な拡散速度は、それらの２成分系拡散係数の相対的な大きさに支配され、多孔質材料の諸特性によってはまったくまたはより少ない程度しか支配されないことを理解されたい。
【００３２】
さらに、細孔は、屈曲度において幅広く変えることができる、すなわち、湾曲度において幅広く変えることができる。しかし、好ましくは、細孔は、真っ直ぐまたは基本的に真っ直ぐであり、屈曲度が１〜５の範囲、より好ましくは１〜３の範囲である。
【００３３】
多孔質隔壁において使用される細孔の数も、幅広く変えることができる。好ましくは、多孔質隔壁の全面積の１．０〜９９．９％が細孔面積であり、より好ましくは、隔壁の全面積の４０〜９９％、さらにより好ましくは７０〜９５％が細孔面積である。細孔面積とは、細孔の全表面積であると理解される。実用上の目的では、本発明は、隔壁中の細孔の全表面積と成分の混合物のガス容積の比が、０．０１〜１００，０００ｍ２／ｍ３の範囲、好ましくは１〜１０００ｍ２／ｍ３の範囲にあるような細孔の数および細孔サイズを使用して実施できる場合が多い。
【００３４】
掃引成分流の流れ方向における多孔質隔壁の長さも、幅広く変えることができる。層の長さを増加させると、分離の建設コストと分離の程度の両方が増加する。実用上の目的では、本発明は、掃引成分の流れ方向に沿う長さが、０．０１〜５００メートルの範囲、より好ましくは０．１〜１０メートルの範囲にある多孔質隔壁を使用して実施できる場合が多い。
【００３５】
掃引成分および／または成分の混合物の分離ユニット中の滞留時間は、幅広く変えることができる。実用上の目的では、本発明は、１分〜５時間の範囲にある、掃引成分および／または成分の混合物の分離ユニット中の滞留時間を使用して実施できる場合が多い。好ましくは、０．５〜１．５時間の範囲にある滞留時間が使用される。
【００３６】
掃引成分および／または成分の混合物の分離ユニットにおける滞留時間は、幅広く変えることができる。実用上の目的では、本発明は、１分〜５時間の範囲にある、掃引成分および／または成分の混合物の分離ユニットにおける滞留時間を使用して実施できる場合が多い。好ましくは、０．５〜１．５時間の範囲にある滞留時間が使用される。
【００３７】
本発明の工程において使用される掃引成分の速度は、幅広く変えることができる。実用上の目的では、本発明は、１〜１０，０００メートル／時間の範囲、好ましくは３〜３０００メートル／時間の範囲、より好ましくは１０〜１０００メートル／時間の範囲にある、掃引成分の速度において実施できる場合が多い。固定的でなければ、類似の速度を、成分の混合物に対して使用することができる。
【００３８】
多孔質隔壁を通る第１の成分の拡散フラックスは、幅広く変えることができる。実用上の目的では、本発明は、０．０３〜３０ｋｇ／ｍ２／時間の範囲、好ましくは０．１〜１０ｋｇ／ｍ２／時間の範囲、より好ましくは０．５〜１．５のｋｇ／ｍ２／時間の範囲にある、多孔質隔壁を通る第１の成分の拡散フラックスにおいて実施できる場合が多い。
【００３９】
実用上の目的では、本発明は、分離工程の開始時に成分の混合物中に存在する第１の成分の全量に対して、１０〜１００重量％の第１の成分を成分の混合物から除去することにより実施できる場合が多い。より好ましくは少なくとも３０重量％、より好ましくは少なくとも５０重量％の、混合物中に存在する第１の成分が、分離工程中に成分の混合物から除去される。さらにより好ましくは、分離工程の開始時に成分の混合物中に存在する第１の成分の全量に対して、７０〜１００重量％の範囲の、混合物中に存在する第１の成分が、分離工程中に成分の混合物から除去される。特に、高いパーセンテージ、例えば、成分の混合物からの７０〜１００重量％の範囲の第１の成分を除去する場合、他の成分も、成分の混合物から掃引成分流中に拡散する場合がある。こうした他の成分が共拡散する場合、それらは、調製工程に入る前に、追加の中間ステップにおいて除去することができる；あるいは、こうした他の共拡散成分は、続いての調製工程中に、掃引成分および／または拡散した第１の成分と混合されて残留することもできる。おそらくは、こうした他の共拡散成分は、こうした続いての調製工程において、抜出流を介して除去することができる。
【００４０】
他の実施形態では、本発明による分離工程は、通常の蒸留および／または膜分離を含めての追加の分離工程と合わせることができる。この追加の分離工程は、例えば、掃引成分と第１の成分の混合物から他の共拡散成分を除去するために使用することができるか、または第１の成分を除去する前または後で、成分の混合物から他の成分を除去するために使用することができる。さらに、追加の分離工程は、それから第１の成分の少なくとも一部分がすでに除去されている成分の混合物から第１の成分をさらに除去するために使用することができる。
【００４１】
第１の成分は、多孔質隔壁を通り掃引成分流中への拡散により固定的な混合物から分離することができる。しかし、好ましくは、第１の成分が、こうした多孔質隔壁を通り多孔質隔壁の他方の側にある掃引成分流中への拡散により、多孔質隔壁の一方の側にある成分の混合物流から分離される分離工程が使用される。こうした分離工程は、並流的にまたは向流的に実施することができる。しかし、好ましくは、こうした分離工程は、相互に向流的に流れる、成分の混合物流および掃引成分流を用いながら実施される。分離工程は、連続式で、セミバッチ式でまたはバッチ式で実施することができる。好ましくは、分離工程は、連続式で実施される。
【００４２】
掃引成分流の流速は、幅広く変えることができる。実用上の目的では、本発明は、０．０１〜３００ｋｍｏｌ／時間の範囲、より好ましくは０．１〜１００ｋｍｏｌ／時間の範囲にある、掃引成分流の流速を使用して実施できる場合が多い。成分の混合物の任意の流れの流速（固定的でない場合）も、幅広く変えることができる。実用上の目的では、本発明は、０．０１〜３００ｋｍｏｌ／時間の範囲、より好ましくは０．１〜１００ｋｍｏｌ／時間の範囲にある、掃引成分流の流速を使用して実施できる場合が多い。
【００４３】
分離工程中に適用される温度は、幅広く変えることができる。好ましくは、こうした温度は、成分すべてが、拡散プロセス中完全にガス状であるように選択される。より好ましくは、分離工程中の温度は、調製工程中の温度と同じである。実用上の目的では、本発明は、０〜５００℃の範囲、好ましくは０〜２５０℃の範囲、より好ましくは１５〜２００℃の範囲にある温度を使用して実施できる場合が多い。
【００４４】
適用される圧力は、幅広く変えることができる。好ましくは、こうした圧力は、成分すべてが、拡散プロセス中完全にガス状であるように選択される。より好ましくは、分離工程中の圧力は、調製工程中の圧力と同じである。実用上の目的では、本発明は、０．０１〜２００バール（１×１０３〜２００×１０５Ｐａ）の範囲、好ましくは０．１〜５０バールの範囲にある圧力を使用して実施できる場合が多い。例えば、分離工程は、大気圧（１気圧すなわち１．０１３２５バール）において実施することができる。
【００４５】
適用される全体の圧力とは独立に、多孔質隔壁全体の圧力差は、可能な限り小さく維持される、すなわち、多孔質隔壁の両側における圧力は、拡散による分離が、大きい圧力差のために、質量運動による任意の分離よりも支配的であるという条件下で、本質的に等しく、例えば、０．０００１〜０．１バールの範囲である。圧力差は、好ましくは、０．０００１〜０．０１バールの範囲、より好ましくは、０．０００１〜０．００１バールの範囲、さらにより好ましくは、０．０００１〜０．０００１バールの範囲、最も好ましくは、０．０００１〜０．０００５バールの範囲である。したがって、多孔質隔壁の両側の圧力は、ほとんど等しいまたは基本的に等しいとみなされている。
【００４６】
これは、好ましくは、系内に圧力バランス手段を追加することにより、例えば、他方に対して２つの流体流の一方における圧力ピーク上を通過することを可能にする可撓性ダイアフラムを提供することにより実施することができる。
【００４７】
この分離工程は、この目的のために適していることが当業者に周知である任意の装置において実施することができる。例えば、ＵＳ−Ａ−１，４９６，７５７において例示されているものなどの分離ユニットを使用することができる。
【００４８】
好ましくは、
第１室と、
多孔質隔壁により第１室から隔離されている第２室と、
成分の混合物を第１室に輸送するための第１の入口と、
第１の成分の少なくとも一部分が第１室から除去された後、成分の混合物の残余を排出するための第１の出口と、
掃引成分を第２室中に輸送するための第２の入口と、
掃引成分と拡散した第１の成分の混合物を第２室から排出するための第２の出口と
を備える、多孔質隔壁を通り掃引成分流中に第１の成分を拡散させることにより成分の混合物から第１の成分を分離するのに適した分離ユニットが使用される。
【００４９】
第１および第２室は、数種の仕方において配置することができる。好ましい実施形態では、１つの室は、管の内側空間により形成され、他の室は、こうした管を囲む好ましくは環状空間により形成される。
【００５０】
こうした実施形態は、新規であるとみなされており、したがって、本発明は、
外管と、
多孔質壁を備える内管であり、第１の空間が内管内に存在し、第２の空間が内管の外表面と外管の内表面の間に存在するように外管内に配置された内管と、
流体を第１の空間中に輸送するための第１の入口と、
流体を第１の空間から排出するための第１の出口と、
流体を第２の空間中に輸送するための第２の入口と、
流体を第２の空間から排出するための第２の出口と
を備える、多孔質隔壁を通り掃引成分流中に第１の成分を拡散させることにより成分の混合物から第１の成分を分離するのに適した分離ユニットをさらに提供する。
【００５１】
流体はそれぞれ独立に、好ましくは少なくとも５０重量％がガス状態であり、より好ましくは少なくとも８０重量％が、さらにより好ましくは９０〜１００重量％の範囲においてガス状態である。最も好ましくは、流体は、ほとんど完全にまたは完全にガス状である。
【００５２】
さらに、内管および外管は、好ましくは基本的に同軸的に配置される。
【００５３】
第１の空間は、第１室または第２室いずれかとして使用することができ、第２の空間はそれぞれ、第２室または第１室として使用することができる。第１の空間および第２の空間いずれもが、複数の入口および出口を備えることができる。好ましくは、内管内に存在する第１の空間は、１つだけの入口および１つだけの出口を備える。第２の空間は、好ましくは、２つ以上、好ましくは２〜１００の入口および／または出口、あるいは円形スリットの形状における１つの入口および／または出口を備える。
【００５４】
内管は、内管の中心軸が、外管の中心軸に対して実質的に平行に配置されるように外管内に実質的に偏心して配置することができる。しかし、好ましくは、内管は、内管の中心軸が、外管の中心軸と実質的に一致するように外管内に実質的に同心的に配置される。
【００５５】
管の断面は、適していることが当業者に周知である任意の形状を有することができる。例えば、管は、それぞれ独立に、正方形、長方形、円または楕円の形状における断面を備えることができる。好ましくは、管の断面は、基本的に円形である。
【００５６】
異なる好ましい実施形態では、第１および第２室は、多孔質材料のプレートまたはシートのスタックにより形成されている多孔質隔壁により隔離されている。これらのスタックでは、少なくとも２つのプレート、すなわち、多孔質隔壁材料を含む上部プレートおよび下部プレートは、一端部で遮蔽され、他端部で開放空間に流体連結されている中間コンパートメントを提供するような仕方において相互の上方に重ねられている。２層を超える層を含むスタックでは、中間コンパートメントのそれぞれの隣接サイド上の開口部は、交互に遮蔽されている。したがって、スタックは、上記で示したように第１室と第２室を隔離し、これらの室は、少なくとも部分的にスタックにより形成されている。多孔質隔壁材料を含むプレートは、任意の適した形状でよく、例えば直方体でよい；それらは、等しい形状およびサイズでも、等しくなくてもよい。後者が好ましい。というのは、この場合、プレートの一方のサイドは、他のサイドより長く、したがって速やかに流れるガスの流れは、より短い距離を通過し、それにより圧力降下が低減される。
【００５７】
コンパートメントは、通常、相殺され、多孔質隔壁を支持するスペーサまたは構造体により画定されている。それに連結された多孔質隔壁材料に沿ったスペーサは、濃縮体または掃引コンパートメントとして働くことができる中間コンパートメントを画定する。好都合には、圧力降下は、掃引ガスおよび供給原料ガスコンパートメント用の異なるスペーサを使用することにより調節することもできる。
【００５８】
隣接したコンパートメントは、層状のプレート状またはシート状の構造体の形状においてそれらの間に位置する多孔質隔壁を備え、それにより、大表面により両方の流体流のための流路を提供する。濃縮体コンパートメントと掃引コンパートメントのアセンブリは、交互の順序でも、設計および性能要件を満足させるのに必要な様々な任意のアレンジメントでもよい。スタックのアレンジメントは通常、一端部におけるシール、および反対の端部において他のコンパートメントへの流体連結により境界がつくられている。
【００５９】
コンパートメントは、いずれかの流体流に流体連結され、一方、それぞれの反対側の流体流に対してシールされ、したがって、２つの流体供給流を隔離するように分離器容器内に適切に置かれる。２つの流体流の供給原料は、好ましくは、分離器容器の交互のサイドに対する交差流アレンジメントにおいて、すなわち、相互に対しての垂直流または交差流方向において到達するように供給される。これは、流れをラインからはずす（すなわち、共直線流でない）のに役立つので、流れを、容器の流体入口開口部および出口開口部に対してより容易に供給することができる。
【００６０】
適切な分離装置は、容器の一側面に隣接して位置する第１の流体入口開口部および容器の反対側面に隣接して位置する第１の流体出口開口部と；容器の一側面に隣接して位置する第２の流体入口開口部および容器の反対側面に隣接して位置する第２の流体出口開口部とを備える容器を備え、第１の入口および出口、ならびに第２の入口および出口が、第１の入口において容器に入り、第１の出口において容器を出る第１の流体流の流れ方向と、第２の入口において容器に入り、第２の出口において容器を出る第２の流体流の流れ方向とが、相互に基本的に垂直であるように位置し；２つの流体間の多孔質隔壁が、第１の流体流に対してシールされ、第２の流体流に対して流体連結され、それにより、多孔質材料の上部プレートと下部プレートにより少なくとも部分的に画定され、多孔質材料の上部プレートと下部プレートの間に少なくとも部分的に位置する第１流のための外部流動空間と、上部プレートと下部プレートの反対側面により少なくとも部分的に画定され、上部プレートと下部プレートの反対側面の間に少なくとも部分的に位置する第２流のための内部流動空間とを形成して外部流動空間からの流体の流れが内部流動空間内に入るのを防止する、プレート状構造体の積層体を備える。スタック分離装置を使用することの利点は、交差流では、多数の平行なコンパートメントが、供給原料流および掃引ガス流に交互に連結され、したがって、比較的コンパクトなアレンジメントにおいて大きな表面を供給することである。
【００６１】
本発明を、図１を参照しながら実施例により説明する。図１は、本発明による分離ユニットを示す３次元略図である。図１は、外管（１０１）と内管（１０２）とを備え、該内管（１０２）は、
第１の空間（１０３）が、内管（１０２）内に存在し、
第２の空間（１０４）が、内管（１０２）の外表面と外管（１０１）の内表面の間に存在するように外管内に同軸的に配置され；
第１の空間内への入口（１０５）および第１の空間からの出口（１０６）と；第２の空間内への入口（１０７）および第２の空間からの出口（１０８）とを備え；
該内管が、多孔質壁（１０９）を備える分離ユニットを例示する。
【００６２】
さらなる好ましい実施形態では、分離工程は、複数の分離ユニット、好ましくは分離装置当り２〜１００，０００の範囲、より好ましくは１００〜１０，０００の分離ユニットを備える分離装置において実施される。こうした分離装置は、新規であるとみなされ、したがって、本発明は、多孔質隔壁を通り掃引成分流中に第１の成分を拡散させることにより成分の混合物から第１の成分を分離するのに適した２つ以上の分離ユニットを備え、分離ユニットそれぞれが、
第１室と、
多孔質隔壁により第１室から分離されている第２室と、
成分の混合物を第１室に輸送するための第１の入口と、
第１の成分の少なくとも一部分が第１室から除去された後、成分の混合物の残余を排出するための第１の出口と、
掃引成分を第２室中に輸送するための第２の入口と、
掃引成分と拡散した第１の成分の混合物を第２室から排出するための第２の出口と
を備えることができる分離装置をさらに提供する。
【００６３】
分離ユニットは、この目的のために適していることが当業者に周知である任意の方式において分離装置中に配置することができる。好ましくは、分離ユニットは、分離装置において順番にまたは相互に平行に配置される。分離ユニットは、例えば、アレイにおいて順番に配置することができる。順番に配置した分離ユニットのこうしたアレイを使用する場合、いずれか一方のサイドにおけるいかなる圧力損失も、好ましくは成分の混合物または掃引成分それぞれの中間流により補償される。
【００６４】
有利な実施形態では、２つ以上の分離ユニットの第１または第２室は、２つ以上の分離ユニットが同じ第１または第２室を共有するように一緒にブレンドされる。
【００６５】
例えば、本発明は、
実質的に垂直に延在する容器と、
管の上端部が、上部管プレートに固定され、上部管プレートの上方の頂部流体室と流体連結し、下端部が、下部管プレートに固定され、下部管プレートの下方の底部流体室と流体連結している、その中心縦軸に平行な容器内に配置された多孔質壁を備える複数の管と、
第１の流体を頂部流体室に供給するための供給手段と、
底部流体室内に配置された流出出口と、
上部管プレートと下部管プレートと管の外部表面と容器壁との間の空間に第２の流体を供給するための供給手段と、
管の外部表面と容器壁の間のかかる空間からの流出出口と
を備える多管式分離装置を提供する。
【００６６】
流体はそれぞれ独立に、好ましくは少なくとも５０重量％がガス状態であり、より好ましくは少なくとも８０重量％が、さらにより好ましくは９０〜１００重量％の範囲においてガス状態である。最も好ましくは、流体は、ほとんど完全にまたは完全にガス状である。
【００６７】
成分の混合物は、例えば、管内部の空間、または管の外表面と容器壁の内表面の間の空間に供給することができる；掃引ガスは、それぞれ、管の外表面と容器壁の内表面の間の空間、または管内部の空間に供給することができる。
【００６８】
調製工程では、１つ以上の反応物質を反応させて、１つ以上の生成物および少なくとも１つの副生物をもたらすことができる。反応させることとは、掃引成分が化学的に変化することであると理解される。例えば、掃引成分は、化学的に分裂して２つ以上の別々の生成物になり得るか、または掃引成分は、１つ以上の他の成分と反応して１つ以上の生成物になり得る。可能な反応の例として、限定されないが、水和、脱水、水素化および脱水素化、酸化、加水分解、エステル化、アミノ化、炭酸化、カルボニル化、カルボキシル化、脱硫化、脱アミノ化、縮合、付加、重合、置換、脱離、再配列、不均化、酸塩基、テロメリゼーション、異性化、ハロゲン化、脱ハロゲン化および硝酸化反応が挙げられる。適用される反応条件は、幅広く変えることができ、こうした反応のために適していることが当業者に周知である条件であり得る。実用上、本発明は、−１００〜５００℃の範囲、より好ましくは０〜３００℃の範囲の温度、および０．０００１〜１００バールの範囲、より好ましくは１〜５０バールの範囲の圧力において実施できる場合が多い。反応に適していることが当業者に周知である任意のタイプの反応器を使用することができる。反応器のタイプの例として、連続攪拌式反応器、スラリー式反応器または管式反応器が挙げられる。
【００６９】
調製工程における１つ以上の反応は、触媒の存在において場合によっては実施することができる。適用される特定の反応に対して適していることが当業者に周知である任意の触媒を使用することができる。こうした触媒は、均一でも不均一でもよく、例えば、溶液、スラリーまたは固定床において存在することができる。触媒は、別のユニットにおいて除去することができる。
【００７０】
本発明の工程におけるステップは、それぞれ、連続、セミバッチまたはバッチ方式において実施することができる。例えば、分離工程は、連続またはセミバッチ方式において実施することができるが、続いての調製工程は、バッチ方式において実施することができる。好ましい実施形態では、ステップすべてが、連続方式において実施される。したがって、本発明は、この工程が連続である本発明による工程をも提供する。
【００７１】
統合された分離および調製工程は、好ましくは、
多孔質隔壁を通り掃引成分流中に第１の成分を拡散させることにより成分の混合物から第１の成分を分離するのに適した１つ以上の分離ユニットを備え、１つ以上の第１室と、第１室もしくは第１室群から多孔質隔壁により分離された１つ以上の第２室と、１つ以上の入口と、１つ以上の出口とを備える分離装置と、
１つ以上の入口と、その少なくとも１つが反応副生物流を含む１つ以上の出口とを備え、１つ以上の調製ユニットのかかる副生物出口が、１つ以上の分離ユニットの１つ以上の入口に直接または間接に連結されている１つ以上の反応器と
を備える工業用装置において実施される。
【００７２】
好ましい実施形態では、統合された調製および分離工程は、
ａ）１つ以上の反応物質を反応させて、生成物と、少なくとも１つの副生物と、少なくとも１つの汚染物質とを含む反応混合物を得るステップと、
ｂ）反応混合物から副生物を分離して、副生物、および生成物と少なくとも１つの汚染物質とを含む混合物を得るステップと、
ｃ）多孔質隔壁を通り副生物流中に汚染物質を拡散させることにより、汚染物質を生成物と汚染物質の混合物からガス分離して、汚染物質と副生物の混合物流および精製生成物流を得るステップと
を含む。
【００７３】
場合によっては、ステップｃ）において得られた生成物は、例えば、蒸留法によりさらに精製することができる。
【００７４】
こうした工程では、ステップａ）は、調製工程について本明細書中で上記したのと同様に実施することができ、ステップｃ）は、分離工程について本明細書中で上記したのと同様に実施することができる。
【００７５】
ステップｂ）における分離は、この目的のために適していることが当業者に周知である任意の仕方において実施することができる。好ましい工程には、気液分離および蒸留が含まれる。
【００７６】
さらなる好ましい実施形態では、統合された調製および分離工程は、
ａ）１つ以上の反応物質を反応させて、生成物と、少なくとも１つの未反応反応物質と、少なくとも１つの副生物と、少なくとも１つの汚染物質とを含む反応混合物を得るステップと、
ｂ）反応混合物を分離して、副生物流、未反応反応物質と汚染物質の混合物流、および精製生成物流を得るステップと、
ｃ）多孔質隔壁を通り副生物流中に汚染物質を拡散させることにより、汚染物質を未反応反応物質と汚染物質の混合物の少なくとも一部からガス分離して、汚染物質と副生物の混合物流および精製生成物流を得るステップと
を含む。
【００７７】
場合によっては、ステップｂ）において得られた生成物、およびステップｃ）における未反応反応物質は、例えば、蒸留法によりさらに精製することができる。
【００７８】
こうした工程では、ステップａ）は、調製工程について本明細書中で上記したのと同様に実施することができ、ステップｃ）は、分離工程について本明細書中で上記したのと同様に実施することができる。
【００７９】
未反応反応物質を精製できる上記した工程は、未反応反応物質を反応に再循環する統合された調製および分離工程において、有利に使用することができる。通常、こうした未反応の反応物質の再循環流中の汚染物質は、抜出流により除去される。本発明による工程を用いてこの未反応反応物質から汚染物質を除去することにより、有利により小さい抜出流を使用することができる。分離ユニットに入る未反応反応物質および汚染物質流は、ステップｂ）において得られた、未反応反応物質と汚染物質の混合物の一部分であり得るか、またはステップｂ）において得られた該混合物の全部であり得る。ステップｂ）において得られた、未反応反応物質と汚染物質の混合物の一部分のみが、ステップｃ）において分離される場合、この部分は、ステップｂ）において分離された全混合物の好ましくは０．１〜５０重量％の範囲、より好ましくは０．１〜３０重量％の範囲である。ステップｂ）において得られた、未反応反応物質と汚染物質の混合物の一部分のみをステップｃ）において使用することは、小さい分離ユニットを使用できるという利点がある。こうした小さい分離ユニットは、既存の工業用装置中に容易に組み込むことができる。ステップｂ）において得られた、未反応反応物質と汚染物質の混合物の全部をステップｃ）において使用することは、より多量の汚染物質を除去でき、抜出流をさらに低減できるという利点がある。
【００８０】
本発明の工程は、幅広く応用可能である。例えば、この工程は、アルケンを不活性ガスで汚染されている酸素と反応させ、二酸化炭素が副生物として調製される、酸化アルキレンの調製工程において使用することができる。
【００８１】
したがって、本発明は、
ａ）アルケンを、不活性ガスで汚染されている酸素と反応させて、酸化アルキレンと、未反応アルケンと、二酸化炭素と、不活性ガスとを含む反応混合物を得るステップと、
ｂ）反応混合物を分離して、二酸化炭素流、アルケンと不活性ガスの混合物流、および精製酸化アルキレン流を得るステップと、
ｃ）多孔質隔壁を通り二酸化炭素流中に不活性ガスを拡散させることにより、不活性ガスを未反応アルケンと不活性ガスの混合物の少なくとも一部分からガス分離して、不活性ガスと二酸化炭素の混合物流および精製アルケン流得るステップと
を含む、酸化アルキレンを調製するための工程をも提供する。
【００８２】
好ましくは、アルケンは、炭素原子２〜１０個を有するアルケンである。好ましい例として、エテン、プロペン、ブテン類およびペンテン類が挙げられる。好ましくは、本発明の工程は、炭素原子２〜１０個を有する対応する酸化アルキレンを調製するために使用される。好ましい例として、酸化エチレン、酸化プロピレン、酸化ブチレン類および酸化ペンチレン類が挙げられる。加えて、アルケンの混合物は、対応する酸化アルキレンの混合物に転換することができる。エテンまたはプロペンまたはその混合物が、酸化エチレン、酸化プロピレンまたはその混合物に転換される工程が、最も好ましい。望ましければ、上記に加えて、例えばメタンなどのさらなる希釈ガスを使用することができる。こうした希釈ガスは、例えば、ＵＳ−Ａ−５，５１９，１５２において例示されているのと同様なガスを使用することができる。上記に加えて、さらに、均一または不均一触媒を、この工程において使用することができる。
【００８３】
二酸化炭素は、こうした工程において副生物として調製することができる。不活性ガスは、例えば窒素またはアルゴンでよい。好ましくは、不活性ガスは、アルゴンである。
【００８４】
他の工程では、掃引ガスとしてアルカンを使用することができる。したがって、本発明は、多孔質隔壁を通りアルカン流中に水素を拡散させることにより、水素、メタンおよび二酸化炭素の混合物から水素をガス分離して、アルカンと水素の混合物、およびメタンと二酸化炭素の精製混合物を得るステップを含む工程をも提供する。
【００８５】
好ましくは、こうしたアルカンは、炭素原子２〜１０個を有する。こうしたアルカンの好ましい例として、エタン、プロパンおよびブタン類が挙げられる。
【００８６】
本発明を、以下の非限定的な実施例により例示する。
【実施例】
【００８７】
（比較例１）
比較例では、酸化エチレン（ＥＯ）は、エテンを、アルゴンで汚染されている酸素と反応させることにより調製される。反応後、反応混合物は、混合物を吸着の差を使用して分離する分離器に運ばれ、酸化エチレン富化流とエテン再循環流に分離される。このエテン再循環流は、副生物である二酸化炭素と、汚染物質であるアルゴンとをさらに含む。抜出流は、アルゴンの蓄積を避けるためにこのプロセスを出る。この工程を図２により例示する。
【００８８】
この工程をコンピュータモデルを介してモデル化した。このコンピュータモデルでは、プロセス内流は、プロセスを出る抜出流が、アルゴン３．５ｋｍｏｌ／ｈｒを含むように構成される。この場合、抜出流は、エテン８．５ｋｍｏｌ／ｈｒをさらに含むことが分かった。メタンを希釈剤としてプロセスに加える。この工程をコンピュータモデルを介してモデル化し、表１に要約されているような抜出流がもたらされた。
【００８９】
【表１】
2008526473.tif 000004
【００９０】
（実施例２）
本発明の工程による実施例では、アルゴンが、多孔質隔壁を通りＣＯ２流中に拡散させることにより除去される本発明によるガス分離ユニットにおいて、抜出流がさらに分離されることを除いて、酸化エチレンの調製が、実施例１について上記したのと同様に実施される。
【００９１】
この工程を図３により図示する。
【００９２】
この工程をコンピュータモデルを介してモデル化した。このコンピュータモデルでは、ガス分離は、温度約３５℃、圧力約１バールにおいて実施された。ガス分離器は、長さ１．５３ｍ、多孔質隔壁の厚さ１ｍｍであった。ガス容積に対する多孔質隔壁内の細孔の全表面積は、１００ｍ２／ｍ３であった。ここで、比較例１におけるプロセスを出たＣＯ２流（純粋、４５０ｋｍｏｌ／ｈ）を、抜出流を含むアルゴンに向流的に供給する。その結果は、今までの抜出流（１）よりアルゴン濃度が低い新抜出流（４）および新再循環流（２）である。流は、プロセスを出る新抜出流（４）がアルゴン３．５ｋｍｏｌ／ｈｒを含むように構成される。そうした場合、新抜出流は、表２において例示したようにエテン７．８ｋｍｏｌ／ｈｒを含む。図３において示されているような残り流に対する流量は、表３および４において要約されている。
【００９３】
【表２】
2008526473.tif 000005
【００９４】
【表３】
2008526473.tif 000006
【００９５】
【表４】
2008526473.tif 000007
【００９６】
本発明によるガス分離を使用することにより、抜出流におけるエテンの損失を８．５から７．８ｋｍｏｌ／ｈまで低減することが可能であることが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明による分離ユニットを示す略図である。
【図２】比較例１の配置を示す概略図である。
【図３】実施例２の配置を示す概略図である。
【図１】
2008526473.tif 000008
【図２】
2008526473.tif 000009
【図３】
2008526473.tif 000010
【国際調査報告】
2008526473.tif 000011
2008526473.tif 000012
2008526473.tif 000013