(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トール油を含むフィードストック（１０１）を処理するための方法であって、前記フィードストック（１０１）からの軽質流（１２９）の分離、その後の前記フィードストック（１０１）からの重質留分（１０８）の除去を含み、
前記フィードストックからの前記軽質流（１２９）の分離において、精留塔（１０５）が使用され、ならびに、前記精留塔が、一または複数のリボイラーと蒸留物およびリフラックス液体を得るために蒸気を凝縮するための装置とを備え、ならびに、前記蒸留物がターペンタインおよび水を含み、ならびに、前記方法がさらに、ターペンタイン（１０６）を得るために蒸留物からターペンタインを分離することを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
蒸留物を得るために蒸気を凝縮するための前記装置が、直接型凝縮器または前記精留塔（１０５）のカラムの外側の別個の熱交換器であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
蒸気を凝縮するための前記装置が、一または複数の物質移動セクションを備えることを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記一または複数の物質移動セクションが、トレイ、ランダム充填物、構造化充填物、液体コレクター、サポートグリッド、フィード分配器、および、蒸気、液体または２相フローまたはこれらの任意の組み合わせのための再分配器のうちの少なくとも一つを備えることを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記精留塔（１０５）の前記リボイラー（１３７）が、前記精留塔（１０５）の他の部分と同じシェル内に組み込まれていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記軽質流から収集される生成物が、ターペンタインであり、および、前記生成物を収集することが、液−液相分離器中でターペンタインを水から分離することを含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記軽質流（１２９）から収集される生成物が、ターペンタインを、７５％より高い濃度で含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記軽質流（１２９）から収集される生成物が、ターペンタインを、８５％より高い濃度で含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記軽質流（１２９）から収集される生成物が、ターペンタインを、９５％より高い濃度で含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記軽質流（１２９）から収集される生成物が、ターペンタインを、９９％以上である濃度で含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記精留塔（１０５）からの残渣が、ロジン酸および脂肪酸を含むストリームを得るために、フィードストックからの重質留分の分離のための一または複数の蒸発機または蒸留カラムに導かれることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記精留塔（１０５）が、１００℃〜２５０℃の温度で操作されることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記精留塔（１０５）が、１２０℃〜２３０℃の温度で操作されることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記精留塔（１０５）が、２ｋＰａ〜２０ｋＰａの圧力で操作されることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記精留塔（１０５）が、４ｋＰａ〜１２ｋＰａの圧力で操作されることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記フィードストックからの重質留分の除去が、
脱ピッチ化された蒸気および／または液体酸留分およびより重質のピッチ留分を生成するために少なくとも一つの蒸発機または蒸留カラム中で前記フィードストックを蒸発させること、
脱ピッチ化された留分（複数の留分）を収集すること、ならびに、
前記脱ピッチ化された留分（複数の留分）を、ｉ）より軽質の有機酸および中性有機成分留分、粗脂肪酸留分ＣＦＡ、ii）第一のより重質な有機酸および中性有機成分留分、液体の形状の、ロジンを含む留分、ならびに、iii）第二のより重質な有機酸および中性成分留分、気体の形状の、ロジンを含む留分、を生成するために蒸留すること
を含むことを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
前記フィードストックからの重質留分の除去の後、前記プロセスがさらに、一または複数の以下の工程：
重質留分、ＣＦＡ留分、および、ロジンを含む留分を回収する工程；
さらに精製されたロジン留分およびボトムロジン留分を製造するために、液体の形状の前記ロジン留分を再蒸留カラム中で再蒸留する工程；
ヘッドカラム蒸留物として軽質ヘッド留分を、および、ヘッドカラムボトム留分としてさらなる粗脂肪酸留分を製造するために、粗脂肪酸を含む前記ＣＦＡ留分の少なくとも一部をヘッドカラム中で蒸留する工程；
脂肪酸カラム蒸留物として得られる脂肪酸留分、および、脂肪酸カラムボトム留分として得られるボトムオイルを製造するために、前記さらなる粗脂肪酸留分を脂肪酸カラム中で蒸留する工程；
前記軽質ヘッド留分、前記脂肪酸留分、および前記ボトムオイルを回収する工程；ならびに
前記ＣＦＡ留分、前記軽質ヘッド留分、および／またはロジン生成物を水素化する工程
を含むことを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれか１項に記載の方法を行うための装置であって、
フィードストック（１０１）を精留塔（１０５）へと導入する手段、
前記フィードストック（１０１）から軽質流（１２９）を分離するための前記精留塔（１０５）であって、リボイラーシステム（１３７）を備える精留塔（１０５）、
分離された前記軽質流（１２９）からの生成物を蒸留物として収集するための装置、
精留塔（１０５）ボトムを収集し、および、前記フィードストックからの重質留分（１０８）の分離に付すための手段
を備える装置。
【請求項１９】
一または複数のリボイラー（１３７）、ならびに、蒸留物および加熱還流液体を得るための蒸気を凝縮するための装置を備える精留塔（１０５）の、トール油を含むフィードストックを脱水するためのプロセスにおける使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トール油を含むフィードストックを処理するための方法に関する。特には、本発明は、トール油を処理するための方法であって、該方法が、トール油フィードストックから軽質流を分離すること、その後フィードストックから重質留分を除去することを含む方法に関する。
【０００２】
粗トール油は、木材パルププロセスからの副生成物として得られるオイル状生成物である。粗トール油は、様々な有機成分のための供給源であり、そして、ロジン酸（または樹脂酸）、脂肪酸、脂肪アルコール、およびピッチなどを含む。様々な成分が粗トール油から、主に様々な蒸留および蒸発技術によって集められている。様々な有機成分のためのバイオマテリアル源に関する増大する必要性があり、そして、粗トール油は有用なバイオマテリアルである。
【背景技術】
【０００３】
様々な化学品および有機成分のための再生可能なバイオマテリアル源に関する、増え続ける必要性がある。粗トール油（crude tall oil、ＣＴＯ）または一般的にトール油と称されるものは、クラフトパルプ化プロセス、特に針葉樹が使用された場合のクラフトパルプ化プロセスからの副生成物である。トール油は例えば、ロジン酸、脂肪酸、ステロール様成分および典型的にはピッチと称される非蒸発性の留分などの様々な有機成分の混合物である。トール油は、したがって、広範囲な種々の成分のための優れた供給源であり、そして、多くの異なるプロセスにおけるフィードストックとして使用され得る。
【０００４】
トール油の再生可能なバイオマテリアルフィードストックとしての有用性が見いだされた一つの領域は、再生可能な燃料および再生可能な燃料成分の製造である。脂肪酸、例えば粗脂肪酸（crude fatty acids、ＣＦＡ）およびトール油脂肪酸（tall oil fatty acids、ＴＯＦＡ）などは、例えば様々な炭化水素を製造する水素化処理プロセスを用いて、または、脂肪酸メチルエステル（fatty acid methyl esters、ＦＡＭＥ）の製造を介して、再生可能な燃料成分へと変換され得る。ＣＦＡおよび／またはＴＯＦＡの製造において、典型的には、別の高価値な生成物であるトール油ロジン（ＴＯＲ）が、ＣＦＡ／ＴＯＦＡ生成物から分離され、これによって、ＣＴＯ精製プロセスに付加価値を与えている。ＴＯＲは、他の２つの市販のロジン製品、ガムおよびウッドロジンと同様に、多くの異性体のジテルペン酸の混合物を含む。ＣＴＯ精製プロセスの生成物は燃料、他の化学品のための中間体化学品、再生可能な燃料製造のため、またはバイオ化学品製造のためのフィードストックとして使用され得る。いくつかのプロセスにおいては未処理のトール油が直接的なフィードストックとして使用され得るが、ＣＴＯを様々な精製および分画工程へと付すことが一般的には有用である。精製および分画工程を経て、トール油は、品質向上プロセスにおけるフィードストックとして使用され得る、または生成物として直接使用され得る、様々な価値の高いストリームへ精製および分画される。トール油は典型的には、品質向上プロセスにおいて使用される触媒の不活性化を引き起こし得る、または生成物の価値を低下させ得る金属および塩などの不純物を含む。
【０００５】
特許文献１は、トール油の連続的な分画のための方法を開示することによるトール油分画の例を記載しており、これは、トール油を第一の薄膜蒸発ゾーンへと連続的に導入すること、その後、第一の蒸発からの重質留分を第２の薄膜蒸発へと導くことを含んでいる。記載されているこの方法において、第１の蒸発ゾーンは、軽質エンド流を引き出し、および、第２の蒸発ゾーンは、トール油からの重質エンドの分離をもたらす。残存物は、分画ゾーンへと付され、ここで、少なくとも、ロジン酸を含むストリームと、脂肪酸を含むストリームとがトール油から分画される。
【０００６】
トール油材料を精製するためのプロセスの例が、特許文献２に示されており、ここで、プロセスは、軽質炭化水素および水を含む第１の留分と脂肪酸、樹脂酸、中性物質および残渣成分を含む第２の留分とを製造するために、第１の蒸発工程においてトール油材料を蒸発させることを含む。第２の留分は、脂肪酸、樹脂酸および軽質の中性物質を含む第３の留分と残渣留分とを製造するための２つの蒸発工程を含む第２の蒸発へと付される。蒸発工程のあいだ、例えば金属および固体などの不純物は、濃縮物中に保持され、そして、蒸発から取り出された凝縮物は、水素化処理リアクターへとフィードされ得る。
【０００７】
特許文献３は、粗トール油の精製のためのプロセスを記載しており、ここで、精製されたＣＴＯ、すなわち、そこから不純物が洗浄されおよび分離された、前処理されたＣＴＯが、精製されたトールディーゼルまたはトール油脂肪酸の少なくとも一つのストリームへと、真空化で分画される。記載されているプロセスにおいて、精製されたＣＴＯは、トール油ピッチからのＴＯＦＡおよび樹脂酸の分離のための第１の分画工程へと、その後、精製されたトールディーゼルまたはＴＯＦＡに富んだストリームが樹脂酸に富んだストリームから分離される第２の分画工程へと、付される。精製されたトールディーゼルまたはＴＯＦＡに富んだストリームはさらに、炭化水素化合物を形成するために脱酸素化され得る。
【０００８】
特許文献４は、実質的に純粋な脂肪酸である留分の、および、商業上望ましい脂肪酸と樹脂酸との混合物を含む他の留分の、そこからの製造のための、トール油を分画する方法を記載している。記載されている方法は、粗トール油をヒーターを介して、水分、低沸点着色体および不けん化物をフィードストックから除去するための脱臭塔として作用する塔へと導入することを含む。さらに、液膜降下式リボイラーの使用が記載されている。
【０００９】
例えばトール油などの再生可能なバイオマテリアル源が品質向上プロセスにおいてフィードストックとして使用される場合、全ての有用な成分がより価値の低い生成物から分離され得ること、および、価値の高い生成物の収率が可能な限り高いことが重要である。トール油を精製するための公知のプロセスは、価値の高い全ての生成物をトール油バイオマテリアルから分離することができず、そして、最も価値の高い生成物であるトール油脂肪酸（ＴＯＦＡ）、粗脂肪酸（ＣＦＡ）およびトール油ロジン（ＴＯＲ）の収率は依然として低いままである。再生可能なバイオマテリアルのための精製プロセスにおいて、プロセスがバイオマテリアルフィードストックにおける変化に対して安定しており、および耐性があることがまた重要である。フィードストックが生物起源である場合、例えばトール油である場合、バイオマテリアルの組成および質において常に違いがある。バイオマテリアルの精製プロセスは、フィードストックにおける差異を、最終生成物における差異をもたらすことなしに処理することができるべきである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第３，６４４，１７９号明細書
【特許文献２】米国特許第９，１８１，４９４号明細書
【特許文献３】米国特許第９，７１９，０４７号明細書
【特許文献４】米国特許第２，８９４，８８０号明細書
【発明の概要】
【００１１】
本発明の目的は、したがって、トール油を含む再生可能なバイオマテリアルを精製するための方法および装置を提供することであって、精製プロセスにおいて、高い価値の他の生成物、例えばＴＯＦＡ、ＣＦＡ、ＴＯＲなど、特にはＴＯＦＡの収率を犠牲にすることなく、価値の高い様々な生成物を分離および収集することが可能である。本発明の目的は、上述した課題を解決するための解法を提供することである。本発明の目的は、独立クレームにて記載されていることによって特徴付けられる方法および装置によって達成される。本発明の好ましい実施形態は従属クレームに記載されている。
【００１２】
本発明は、したがって、トール油を含むフィードストックを処理するための方法を提供し、本方法は、フィードストックからの軽質流の分離、その後のフィードストックからの重質留分の除去を含み、フィードストックからの軽質流の分離のプロセスにおいて、精留塔が使用され、および、少なくとも一つの生成物が軽質流から収集される。
【００１３】
本発明はまた、本発明の方法を行うための装置を提供し、該装置は、
フィードストックを精留塔に導入する手段、
フィードストックから軽質流を分離するための精留塔であって、リボイラーシステムを備える精留塔、
分離された軽質流から生成物を蒸留物として収集するための装置（arrangement）、
精留塔ボトムを収集し、およびフィードストックからの重質留分の分離に付すための手段
を備える。
【００１４】
本発明はさらに、トール油を含むフィードストックを脱水するためのプロセスにおける精留塔の使用を提供する。
【００１５】
本発明による方法の優位点は、該方法が精製トール油のための安定したプロセスを提供し、該プロセスにおいて、価値の高い様々な生成物がトール油フィードストックから分離され、そして収集され得ることである。
【００１６】
以下において、本発明は、添付の図面を参照して、好ましい実施形態によってより詳細に記載されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の形態を示す図である。
【図２】図２は、トール油を含むフィードストックを処理するための本発明の一般的なプロセスを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明は、トール油を含むフィードストックを処理する方法に関する。用語「トール油（tall oil）」とは、一般的なトール油を意味している。本明細書において使用されるトール油の別の用語は、「粗トール油（crude tall oil）」、すなわち未処理のトール油材料である。トール油は、クラフトパルプ化プロセスからの副生成物に由来する。トール油は典型的には、カルボキシル基−ＣＯＯＨに由来する酸性の特性を有する留分、および、しばしば非けん化留分と称される中性の留分を含む。この中性の留分は、総計のトール油材料の２５重量％までを構成し得る。トール油の酸性留分は、２つの主な下位グループ；脂肪酸留分およびロジン酸留分に分類され得る。トール油の、これらの留分およびグループのそれぞれは、多数の様々な個々の化合物および成分を含む。したがって、トール油が魅力的なフィードストックであり、バイオマテリアルから分離され得る多くの価値のあるおよび有用である可能性のある成分を含んでいることは明らかである。
【００１９】
現在のプロセスのフィードストックはトール油を含み、これは、フィードストックがトール油以外の他のストリームもまた含み得ることを意味している。本発明の一実施形態において、フィードストックは、生物学的起源の脂肪およびオイルなどの他のバイオマテリアルを含む。フィードストックはまた、生物学的起源である他のストリームまたは留分を含み得る。フィードストックはしたがって、様々な量のバイオマテリアルが使用されているバイオマスを原料とする液体燃料（biomass-to-liquid、ＢＴＬ）製造プロセスからの留分またはストリームをまた含み得る。本発明のいくつかの実施形態において、フィードストックはまた、例えば真空システムからの軽質オイルなどの精留塔からのダウンストリームとして取り出されたリサイクルされたストリーム、および／または、水素化された軽質または中間の蒸留物流などの、化石ベースの材料または再生可能な材料の処理から取り出されたストリームを含み得る。
【００２０】
方法は、フィードストックから軽質流を分離すること、その後のフィードストックからの重質留分の除去の工程を含む。軽質流は、主にＣ１０までの炭素数の有機分子を含む。重質留分は、Ｃ１０より大きい炭素数の有機分子を含む。本発明において、精留塔は、軽質流を分離するために使用され、および、少なくとも一つの生成物が、精留塔から直接的にまたは精留塔の後に相分離器を使用してのどちらかで軽質流から収集される。
【００２１】
フィードストックから分離された軽質流は、軽質の有機物質および水を含む揮発性物質の任意のストリームである。軽質の有機物質は、主に、２００℃までの沸点を有する任意の有機化合物であり得る。軽質の有機物質であるいくつかの有機化合物は、２００℃より高い沸点を有していてもよい。トール油フィードストックからの軽質流の分離はまた、脱水工程、すなわち水の除去とも称される。揮発物質は、ターペンタインを含む様々な有機分子を含む。
【００２２】
本発明において、少なくとも一つの生成物が、トール油を含むフィードストックからの軽質流の分離の後に、軽質流から収集される。軽質流は、様々な有機分子を含み得、および、生成物は、生成物として収集され得る任意の適切な有機成分または化合物であり得る。本発明の一実施形態において、軽質流から収集される生成物はターペンタインである。
【００２３】
テレビン油（oil of turpentine）とも称されるターペンタイン（turpentine）は、典型的には、α−ピネンのようなＣ10Ｈ16モノテルペン炭化水素の混合物である。ターペンタインはまた、単環テルペン、芳香族、含酸素化合物および高分子材料を含む。ターペンタインは、化学工業によって、主に溶媒として様々な応用に、例えば、ペイント、ワニス、ゴムおよびプラスティック中で、ふんだんに使用されている。
【００２４】
方法はまた、トール油フィードストックからの重質留分の除去を含む。重質留分または蒸留不可能な留分は、典型的にはピッチと称される。重質留分またはピッチは、典型的にはトール油の酸性留分を分離するための任意の適切な蒸留または蒸発技術によって除去される。蒸留可能でない残渣が重質留分として収集される。重質留分を除去するための工程は、典型的には、脱ピッチ化と称される。蒸留可能な酸性留分は、典型的には、さらに様々な品質向上プロセスにおいて処理される。
【００２５】
本発明において、精留塔は、フィードストックからの軽質流の分離において使用される。軽質流の分離は、混合物、この場合はトール油を含むフィードストックから、成分の種々の沸点を基に成分を分離することのできる精留塔を用いて行われる。
【００２６】
一実施形態において、精留塔は、一または複数のリボイラー、ならびに、蒸留物および加熱還流液体を得るための蒸気を凝縮するための装置（arrangement）を備える。
【００２７】
一実施形態において、蒸留物を得るために蒸気を凝縮するための装置は、直接型凝縮器または精留塔のカラムの外側の別個の熱交換器である。
【００２８】
精留塔へのフィードは、精留塔のカラムの中段またはボトムセクションに導入され、そこで典型的には部分的に蒸発される。代替的には、別個のフラッシュタンクが蒸気および液体流を作り出すために使用され得、これらは、精留塔のカラムの中段またはボトムへと導かれる。ある代替的な実施形態において、フィードは、精留塔のリボイラーへと直接的に導入される。精留塔のフィードは、代替的には、リボイラーに課せられる仕事の要求を減らすために前加熱され得る。
【００２９】
一実施形態において、蒸気を凝縮するための装置は、一または複数の物質移動セクションを備える。
【００３０】
フィードの機序に関わらず、蒸発されたガス状部分は、一またはそれ以上の物質移動セクションに向かって精留搭のカラム中を上方へと流れる。物質移動セクションは、トレイ、ランダム充填物、構造化充填物、液体コレクター、サポートグリッド、フィード分配器、および、蒸気、液体または２相フローまたはこれらの任意の組み合わせのための再分配器を備え得る。物質移動セクションは、液体および蒸気のあいだの適切な接触を提供するであろう。上述の物質移動機器はまた、カラムに、冷却された液体をフィードすることによって、上方に流れている蒸気を凝縮するための凝縮セクションとしても利用される。物質移動セクション（複数の物質移動セクション）は、少なくともフィードセクションよりも上方に位置しており、そして、液体は、精留搭カラムのボトムセクションにおいて収集される。いくつかの実施形態において、物質移動セクションはまた、ボトム流中の軽質の留分を減少させるためにフィードの下部で利用され得る。
【００３１】
精留搭は、リボイラー装置（arrangement）を備え、ここで、精留搭内を下方に向かって流れる液体流（本明細書中において、加熱還流液体（またはリフラックス）と称される）が収集され、そして再び蒸発される。本発明の一実施形態において、精留搭に導かれた液体フィードもまた、リボイラーへと送られる。実際には、リボイラーはしたがって、精留搭のカラムに送る必要のある蒸気を生成する。再沸騰は、再沸騰媒体として高温のユーティリティー流または高温のプロセス流を使用する一またはそれ以上のリボイラーを使用するように配置され得る。リボイラー装置は、そこから、加熱還流液体およびフィードによって導入された液体からなる収集された液体が重力によって流れる、またはリボイラーのポンプで送られる収集トレイまたはボトム溜まりを備える。液体の一部は、リボイラー中で蒸発される。蒸気および液体はその後、共有の２相フローパイプへと、または別々に蒸気および液体として、リボイラーの種類に準じて、戻される。本発明の一実施形態において、ボトム生成物は、リボイラーから直接的に取り出される。
【００３２】
精留搭カラムのボトムは、新しい液体フィードストックおよび精留搭からの加熱還流液体を、直接的にリボイラーへと導入することができる調節装置（baffle arrangement）を有し得る。リボイラーからの高温の蒸気または蒸気−液体混合物は、精留搭カラムのボトムへと戻される。高温の蒸気は、物質移動セクションへと、上方に流れる。精留搭カラムのボトムは、それぞれ別個のリボイラーを備える二またはそれ以上のセグメントに分割されていてもよい。新しいフィードストックは、一またはそれ以上のリボイラーへと直接的に導入されてもよく、または、他のリボイラーがカラムからのリフラックスを再蒸発するためだけに使用される一方、別個のリボイラーが新しいフィードのために使用されてもよい。
【００３３】
フィードおよびリボイラーからの上方に流れる蒸気は、物質移動セクションのトップへと導入されるリフラックスと接触される。物質移動セクションは、水を含む軽質流を濃縮するためのいくつかの蒸気−液体平衡ステージを有する。脂肪酸、ロジン酸を含む酸性留分、および、蒸気または蒸気−液体混合物が含み得るより重質の中性物質は、物質移動セクションから出ていく液体に濃縮される。
【００３４】
ターペンタインおよび水を含む軽質流は、直接的な凝縮器内または精留搭のカラムの外側の別個の熱交換器内のどちらかで凝縮される。直接的な凝縮器は、物質移動セクションであってもよく、これは、冷却された液体をセクションのトップへとフィードすることによって液体に凝縮するための蒸気にとっての接触領域を提供する。精留搭カラム内の内部の凝縮器を使用することも可能である。凝縮された液体は、物質移動セクションのボトムから引き出され、そして、軽質流からの生成物を分離するためにそこから取り出され得る。本発明の一実施形態において、凝縮された液体は、物質移動セクションのボトムから取り出され、そして、有機相から水を除去するために相分離器にポンプで送られる。有機相は、３つのストリームに分割され得る；それらのストリームの一つは、物質移動セクションのトップへのリフラックスとして使用され得、別のストリームは、ポンプアラウンド冷却流として使用され得、そして、蒸留生成物が一つのストリームから分離され得る。内部凝縮器を使用する間、凝縮物は精留搭カラム内部を下方にむかって流れるであろう。
【００３５】
本発明の一実施形態において、軽質流から収集される生成物はターペンタインであり、これは、分画を用いて軽質流の水から分離され得る。他の分離技術もまた、使用され得る。液−液相分離が使用される場合、これは、精留塔のシェルの外側の相分離器を用いて達成され得る。凝縮された液体は、物資移動セクションのボトムから相分離器へとポンプで送られる。水相はボトムに沈み、そこから水が廃水として取り出され得る。水相から分離された有機相は、主にターペンタインを含み、そして、相分離器のトップから収集され得る。液−液分離は代替的には、精留塔カラム内で行われ得る。カラム内での分離は、精留塔カラムの凝縮セクションの下部に位置している相分離のための内部構造物を用いた蒸気−液体分離と同時に行われる。
【００３６】
ターペンタイン含有有機相は、そのまま収集されてもよいし、または、必要な場合はさらなる処理へと付されてもよい。凝縮された液体より分離床の底部から分離された有機相のターペンタイン濃度は、７５％より高く、好ましくは８５％より高く、より好ましくは９５％より高く、および、最も好ましくは９９％以上である。
【００３７】
ポンプアラウンド冷却流は、低温のユーティリティー流または低温のプロセス流を用いて冷却され、そして、直接的にまたは適切なフィード分配器を介してのどちらかで、物質移動セクションのトップへとフィードされる。
【００３８】
本発明の一実施形態において、精留塔のリボイラーは、精留塔の他の部分と同じシェル内に組み込まれる。本発明の別の実施形態において、リボイラー（複数のリボイラー）は、精留塔の他の部分の外側に配置される。リボイラー（複数のリボイラー）が精留塔の外側に配置されている場合、精留塔は、精留塔カラムのボトムからリボイラーへの別個のラインを備え得る。
【００３９】
本発明の方法における精留塔は、１００℃〜２５０℃、好ましくは１２０℃〜２３０℃の温度で操作される。温度は、軽質流を形成する揮発性物質を蒸発させるために十分に高くなければならない。実際の操作上の温度以外にも、フィードストックが長時間にわたって高すぎる温度にさらされていないことが重要である。フィードストックが長すぎる時間高すぎる温度にさらされていると、トール油の成分は、反応を開始し、そして、不要な副生成物へと分解し得るであろう。精留塔は、トール油の不要な分解を避けるためのより低い温度で、揮発性物質の蒸発を促進するための低い圧力で、操作される。本発明の方法における精留塔は、２ｋＰａ〜２０ｋＰａ、好ましくは４ｋＰａ〜１２ｋＰａの圧力で操作される。
【００４０】
リボイラー装置を備える精留塔を使用することによって、軽質流からの価値の高い有機生成物を収集することができ、かつ、ロジン酸および脂肪酸の形状である酸性留分の収率が増大し得るという２つの驚くべきことが発見された。これは、水を含む軽質流をトール油フィードストックから分離するだけの蒸発機システムでは達成されない。収集された有機生成物、好ましくはターペンタイン生成物は、非常に価値の高いものであり、そして、蒸発機システムがエジェクターオイルを生成させるために使用された場合、この価値の高い生成物は失われてしまう。蒸発機システムの代わりに精留塔を使用することによってまた、酸の留分が、精留塔からの蒸留物内に物質移動セクション内で収集され、エジェクターオイル中で失われる酸の留分の量は最小にされる。
【００４１】
精留塔システムの適用は、それが蒸留物またはボトム流の軽質または重質の終点濃度におけるスパイクを平滑化するためのいくつかの蒸気−液体平衡ステージを有しているため、フィードストック濃度における変動のためのバッファーを導入することによる利益を提供する。このバッファーは、精留塔システムが連結される下流プロセスにおけるより大きな障害を防止し得る。分画プラントにおいて、フィードストックが上流操作における障害に起因する軽質物または重質物の蓄積をもつことがあることは典型的である。
【００４２】
精留塔からのボトム留分は、フィードストックからの重質留分の除去のためのプロセスへと付される。重質留分の除去は、当該技術分野における任意の公知の方法を用いて行われ得る。フィードストックからの重質留分の除去は、脱ピッチ化された蒸気および／または液体酸留分およびより重質のピッチ留分を生成するために少なくとも一つの蒸発機または蒸留カラム中でフィードストックを蒸発させること、脱ピッチ化された留分（複数の留分）を収集すること、ならびに、脱ピッチ化された留分（複数の留分）を、
ｉ）より軽質の有機酸および中性有機成分留分、粗脂肪酸留分ＣＦＡ（１１４）、
ii）第一のより重質な有機酸および中性有機成分留分、液体の形状の、ロジンを含む留分（１１５、１１６）、ならびに
iii）第二のより重質な有機酸および中性成分留分、気体の形状の、ロジンを含む留分（１１５）
を生成するために蒸留すること、を含む。
【００４３】
重質留分の分離は、例えば薄膜蒸発機、高真空薄膜蒸発機（short path evaporator）などの蒸発機または適切な任意の他の蒸発技術を用いて行われ得る。ロジン酸に富んだ留分は、さらなる精製または分画ステップ（１１３）に付される。ロジン酸に富んだ留分の分画は、脂肪酸を実質的に含まない、または少なくとも５％未満の脂肪酸しか含まないロジン酸のストリームを与える。
【００４４】
本発明の一実施形態において、重質留分の除去は、
ＴＦＥ塔頂蒸気留分およびＴＦＥ残渣留分を製造するためにフィードストックを薄膜蒸発機（ＴＦＥ）内で蒸発させること、
脱ピッチ化された酸留分およびより重質なピッチ留分を製造するためにＴＦＥ残渣を高真空薄膜蒸発機（ＳＰＥ）内で蒸発させること、
ＴＦＥ塔頂蒸気留分および脱ピッチ化された酸留分を収集しおよびまとめること、ならびに、
留分ｉ）、ii）およびiii）を製造するためにまとめられたＴＦＥ塔頂蒸気留分および脱ピッチ化された酸留分を蒸留すること
を含むプロセスにおいて行われる。
【００４５】
一実施形態において、フィードストックからの重質留分の除去の後、プロセスはさらに、一または複数の以下の工程：
重質留分（１１２）、ＣＦＡ留分（１１４）、およびロジンを含む留分（１１５、１１６）を回収する工程；
さらに精製されたロジン留分（１２６）およびボトムロジン留分（１２７）を製造するために、液体の形状のロジン留分（１１６）を再蒸留カラム（１２４）中で再蒸留する工程；
ヘッドカラム蒸留物として軽質ヘッド留分（１１８）を、および、ヘッドカラムボトム留分としてさらなる粗脂肪酸留分（１１７）を製造するために、粗脂肪酸を含むＣＦＡ留分（１１４）の少なくとも一部をヘッドカラム（１１９）中で蒸留する工程；
脂肪酸カラム蒸留物として得られる脂肪酸留分（１２１）、および、脂肪酸カラムボトム留分として得られるボトムオイル（１２２）を製造するために、さらなる粗脂肪酸留分（１１７）を脂肪酸カラム（１２０）中で蒸留する工程；
軽質ヘッド留分（１１８）、脂肪酸留分（１２１）、およびボトムオイル（１２２）を回収する工程；ならびに
ＣＦＡ留分（１１４）、軽質ヘッド留分（１１８）、および／またはロジン生成物（１２５）を水素化する工程
を含む。
【００４６】
ロジン酸に富んだ留分の精製または分留後の残存物は、プロセスから除去される。この残存の重質留分は典型的にはピッチ（または重質ピッチ留分）と称される。脂肪酸およびロジン酸に富んだストリームの分離のためのプロセスは一般的に、脱ピッチ化と称される。重質留分に加えてまた、ＣＦＡ留分およびロジンを含む留分が回収される。ＣＦＡおよびロジンに富んだストリームは、ＣＦＡ留分、ロジン留分および軽質ヘッド留分の分離のための蒸留へと付され得る。ＣＦＡを含むＣＦＡ留分の少なくとも一部が、ヘッドカラム蒸留物として軽質ヘッド留分、および、ヘッドカラムボトム留分としてさらなるＣＦＡ留分、を製造するために、ヘッドカラム中で蒸留され得る。ＣＦＡ留分は、脂肪酸カラム生成物として得られる脂肪酸留分と脂肪酸蒸留カラムボトム留分として得られるボトムオイルとを分離するための脂肪酸蒸留カラムへとさらに付され得る。副流としてまた、脂肪酸とロジン酸の組み合わせの留分が分離され得る。軽質ヘッド留分（複数の留分）、脂肪酸留分、脂肪酸およびロジン酸の組み合わせの留分、ならびにボトムオイルが回収される。粗脂肪酸留分から分離されたロジン留分は、さらに精製されたロジン留分およびボトムロジン留分を製造するために、液体の形状であるロジン留分の精製のためのさらなる再蒸留カラムへと付され得る。再蒸留カラムからの、ロジンに富んだストリームは、価値の高い生成物として収集される。
【００４７】
収集された粗脂肪酸留分および／またはトール油脂肪酸留分は、収集されて、そして再生可能なディーゼルまたは再生可能なディーゼル成分の製造において使用され得る。粗脂肪酸留分および／またはトール油脂肪酸留分は、例えば水素化脱酸素プロセスなどの水素化プロセスへと付され得る。水素化プロセスは、本明細書において炭化水素を製造するための、脂肪酸を水素で処理する任意のプロセスを意味するものと理解される。脂肪酸材料の精製は、水素化プロセスより前に行われ得る。
【００４８】
本発明のプロセスは、生物学的起源の材料を精製することおよび処理することに関する。バイオマテリアルは常に、バイオマテリアルの起源に依存して様々な量の不純物を含んでいる。本明細書中で記載されるプロセス、フィードストックならびに様々なストリームおよび留分は、したがって、例えば固体、金属および塩などの不純物の除去のために精製され得る。精製方法としては、例えば、これらに限定される訳ではないが、例えばシュウ酸、クエン酸、硫酸、リン酸、および／またはエチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）または他の有機弱酸などの酸または錯体形成成分などの、粒子の形成を助ける成分の添加ありまたはなしでの、様々な洗浄工程などが挙げられる。固体は、遠心分離、ろ過、沈殿、沈降、および／またはデカンテーションによって除去され得る。さらに、精製は、粘性および塩の溶解性を向上させるために上昇された温度にて行われてもよい。精製は、脱水化の前に、または、より後の工程において、例えば廃水脱水ストリーム、重質留分に対しておよび／またはＣＦＡまたは軽質ヘッド流に対して行われてもよい。
【００４９】
本発明の目的はまた、本発明のプロセスを行うための装置を提供することであって、該装置は、
フィードストックを精留塔へと導入する手段、
フィードストックから軽質流を分離するための精留塔であって、リボイラーシステムを備える精留塔、
分離された軽質流からの生成物を蒸留物として収集するための装置（arrangement）、
精留塔のボトムを収集し、および、フィードストックからの重質留分の分離に付すための手段
を備える。
【００５０】
図面の詳細な説明
図１は、本明細書により示されているプロセスの例示的プロセスフローを示す図である。
【００５１】
図１を参照して、トール油を含むフィードストック（１０１）は、精留塔（１０５）へと導入される。フィードストック（１０１）は、熱交換器（１３６）を用いて前加熱され得、これはトール油を含む前加熱されたフィードストック（１０２）を与える。精留塔（１０５）から、軽質流（１２９）が取り出され、そして、水相からの生成物（ターペンタイン）の分離のために相分離器（１３０）へと導入される。水相は、廃水ライン（１２８）を通じて相分離器（１３０）から除去される。相分離器から、有機生成物ライン（１３１）が引き出される。有機生成物ライン（１３１）は、該ラインがそこから３つの異なるラインへと分離されるコネクターを備え得る。生成物（ターペンタイン）は、さらなる可能な処理または精製（図示しない）のために生成物ライン（１０６）を通じて収集される。ストリーム（１３３）は、リフラックスとして有機生成物ライン（１３１）から物質移動セクションの上部へと取り出され得る。追加で、分離ライン（１３２）が、有機生成物ライン（１３１）から熱交換器（１３４）を通じてポンプアラウンド冷却流（１３５）として使用されるために引き出され、そして、精留塔（１０５）に再導入される。
【００５２】
精留塔（１０５）のボトムから、ボトムリボイラーライン（１０３）がリボイラーシステム（１３７）に引き出される。リボイラーシステム（１３７）において、ボトム生成物が再加熱され、そして、戻りライン（１０４）を介して精留塔（１０５）へと戻される。重質ボトム留分（１０８）が、精留塔（１０５）から取り出され、そして、例えば重質留分の除去、脱ピッチ化などのさらなる処理（図示しない）に付される。代替的には、精留塔（１０５）からのボトム留分は、リボイラーシステム（１３７）のボトムから取り出されてもよい（この代替は図には示されていない）。
【００５３】
精留塔（１０５）はまた、精留塔（１０５）内に真空（減圧）を提供するためのライン（１０７）を備える。
【００５４】
図２は、トール油処理の一般的な図である。図２を参照して、トール油を含むフィードストック（１０１）は、精留塔（１０５）へと導入される。精留塔から生成物ライン（１０６）および廃水ライン（１２８）が引き出される。精留塔からのボトムライン（１０８）は脱ピッチ化工程へと付され、ここで、重質ピッチ留分（１１２）が除去され、そして、含まれる可能性のある軽質物は揮発する。
【００５５】
ガス相、液相、またはそれらの混合相中で脂肪酸およびロジン酸を含む少なくとも一つまたはいくつかのストリーム（１１０、１１１）が、ロジン蒸留カラム（１１３）へと付される。蒸留物、すなわちより軽質な有機酸および中性の有機成分留分、蒸留カラム（１１３）からの粗脂肪酸留分ＣＦＡ（１１４）がバイオマテリアル留分（１２３）として回収され、そして、少なくともその一部が、バイオマテリアル留分（１２３）として軽質ヘッド（１１８）を除去するためにヘッドカラム（１１９）へとフィードされる。さらなる蒸留された／精製された粗脂肪酸留分（１１７）がヘッドカラム（１１９）から得られ、そして、続いて脂肪酸蒸留カラム（１２０）へとフィードされる。粗脂肪酸留分（１１７）は、トール油脂肪酸流（１２１）およびボトムオイル留分（１２２）を得るために、脂肪酸蒸留カラム（１２０）中で蒸留される。
【００５６】
ロジン生成物（１１５）は、ロジン蒸留カラム（１１３）から、サイドラインとして引き出され得る。ロジン蒸留カラム（１１３）からのボトムは、ロジン生成物ライン（１１６）として引き出され、そして、ロジン再蒸留カラム（１２４）へと導入されてもよい。再蒸留されたロジン生成物は、カラム（１２４）から２つの別個のロジン生成物ライン（１２５、１２６）として引き出され得る。ロジン蒸留カラムのボトムはライン（１２７）として引き出される。
【００５７】
実施例１：単段脱水  対  分画カラム脱水
実施例１は、例えばフラッシュ室、流下膜式蒸発機、または薄膜蒸発機などの従来の単段脱水と、図１に記載の実施形態とのあいだの、ＣＴＯ脱水プロセスにおける違いを強調する。
【００５８】
シミュレーション研究が脱水の選択肢について行われた。脱水に付されるフィードは、３７ｗｔ％遊離ロジン酸、４４ｗｔ％遊離脂肪酸、３ｗｔ％ターペンタイン、２ｗｔ％水および１４ｗｔ％の他の中性成分を含む粗トール油からなる。
【００５９】
脱水において単一の分離段階のみが用いられた場合、いくらかの揮発性脂肪酸およびロジン酸は、脱水プロセスの塔頂流となってしまった。これらの損失は、ロジンおよびＴＯＦＡ生成物の収率を低下させる。別個の段階を加えることおよびリフラックス流をプロセスへ導入することによって、脂肪酸およびロジン酸からの塔頂流は効果的に精留された。
【００６０】
表１は、単段脱水と精留塔カラムを用いる脱水とのあいだの生成物収率における違いを示している。結果から、精留塔装置（arrangement）は、脱水における遊離脂肪酸およびロジン酸の損失を最小に抑え、これは、ロジンおよびＴＯＦＡ生成物両方の向上された収率を結果としてもたらすということが結論づけられ得る。加えて、新規の重要な副生成物、粗ターペンタインが得られる。
【００６１】
【表１】
0006916936.tif 000002
【００６２】
当該技術分野における当業者にとって、技術の進歩にともない、発明の概念は様々な方法によって実施され得ることは明らかであろう。本発明およびその実施形態は、前述された実施例に限定されることなく、請求項の範囲内において変更され得るであろう。
【図１】
0006916936.tif 000003
【図２】
0006916936.tif 000004