CN105308157A - 用于由石脑油进料流制备芳族化合物的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本文提供用于由石脑油进料流制备芳族化合物的方法和设备。在一个实施方案中，制备芳族化合物的方法包括加热石脑油进料流以产生热石脑油进料流。将热石脑油进料流在串联排列的多个重整段内重整以产生下游产物流。多个重整段在上升反应温度下操作。石脑油进料流通过将来自下游产物流的热传递至石脑油进料流而加热以产生热石脑油进料流和冷下游产物流。
Description
优先权声明
本申请要求2013年6月19日提交的美国申请No.13/922,030的优先权，通过引用将其全部内容并入本文中。
技术领域
本技术领域一般性地涉及用于将石脑油进料流重整的方法和设备，更特别地，涉及用于以最小的能量花费将石脑油进料流重整以制备芳族化合物的方法和设备。
背景
石脑油进料流的重整是制备有用产物，尤其是制备汽油的重要方法。特别地，将石脑油进料流重整用于制备芳族化合物，因此提高石脑油进料流的辛烷值。为了将石脑油进料流重整，通常使石脑油进料流进入串联排列的多个重整器中，其为在基于各个重整器的入口温度基本等温温度特征下操作的常规系统。
更近期地，重整方案的开发关注通过以有利于理想芳族化合物选择性的方式操作重整器内的反应速率而使芳族化合物的产量最大化和使较低价值非芳族副产物的产量最小化。然而，这类重整方案是能量密集的且通常需要重整器间加热。
因此，理想的是提供用于由石脑油进料流制备芳族化合物的方法和设备，其使芳族化合物的产量最大化，同时使有效地将石脑油进料流重整的能量需求最小化。此外，本发明的其它理想特征和特性由随后的本发明详述和所附权利要求书连通附图和该发明背景中获悉。
概述
本文提供用于由石脑油进料流制备芳族化合物的方法和设备。在一个实施方案中，制备芳族化合物的方法包括加热石脑油进料流以产生热石脑油进料流。将热石脑油进料流在串联排列的多个重整段内重整以产生下游产物流。多个重整段在上升反应温度下操作。石脑油进料流通过将来自下游产物流的热传递至石脑油进料流而加热以产生热石脑油进料流和冷下游产物流。
在另一实施方案中，由石脑油进料流制备芳族化合物的方法包括提供包含第一重整器和第二重整器的多个重整器。重整器串联地排列。将石脑油进料流加热至第一反应温度以产生热石脑油进料流。使热石脑油进料流进入在第一反应温度下操作的第一重整器中以产生第一中间体料流。第一中间体料流进入在比第一反应温度更高的第二反应温度下操作的第二重整器以产生第二中间体料流。下游产物流使用多个重整器的末端重整器由第二中间体料流产生。石脑油进料流通过将来自下游产物流的热传递至石脑油进料流而加热以产生热石脑油进料流和冷下游产物流，并仅通过将来自下游产物流的热传递至石脑油进料流而将石脑油进料流加热至第一反应温度。
在另一实施方案中，用于由石脑油进料流制备芳族化合物的设备包括包含第一重整器和第二重整器的多个重整器。重整器串联地排列且多个重整器适于由多个重整器的末端重整器产生下游产物流。第一换热器置于第一重整器上游且适于将来自下游产物流的热传递至石脑油进料流。第一加热器置于第一重整器与第二重整器之间以将由第一重整器产生的第一中间体料流加热。设备不含置于第一换热器与第一重整器之间的加热器。
附图简述
下文连同以下附图描述各个实施方案，其中类似的数字表示类似的元件，且其中：
图1为根据一个示例实施方案的用于由石脑油进料流制备芳族化合物的设备和方法的示意图；
图2为根据另一示例实施方案的用于由石脑油进料流制备芳族化合物的设备和方法的示意图；和
图3为根据另一示例实施方案的用于由石脑油进料流制备芳族化合物的设备和方法的示意图。
详述
以下详细描述在性质上仅为示例且不意欲限制各个实施方案或其应用和用途。此外，不意欲受先前背景或以下详细描述中提出的任何理论束缚。
本文提供用于由石脑油进料流制备芳族化合物的方法和设备。该方法和设备通过使用串联排列且在上升反应温度下操作的多个重整段产生下游产物流而使芳族化合物的产量最大化，同时使有效地将石脑油进料流重整的能量需求最小化。特别地，能量需求通过将来自下游产物流的热传递至石脑油进料流而最小化。由于多个重整段在上升反应温度下操作，产生具有比石脑油进料流明显更高的温度的下游产物流，且第一重整段在比随后重整段更低的温度下操作。因而，可将来自下游产物流的热有效地传递至石脑油进料流。另外，可(尽管不需要)通过将来自下游产物流的热传递至石脑油进料流而将石脑油进料流加热至操作第一重整段的第一反应温度，由此消除对加热器的需要，所述加热器在使石脑油进料流进入第一重整段以前需要来自方法外部的能量加热石脑油进料流。
制备芳族化合物的方法的一个实施方案现在参考如图1所示用于制备芳族化合物的示例设备10解决。根据本方法以及如图1所示，提供石脑油进料流12。石脑油进料流通常具有80℃C的始沸点和205℃C的终沸点。石脑油进料流12可包括新鲜进料14、包含氢气并可进一步包含在重整以后与芳族化合物分离的链烷烃和其它非芳烃的再循环进料15，或者新鲜进料14和再循环进料15的组合。石脑油进料流12可包含许多不同的烃化合物，且化合物的重整通常沿着大量路径进行。各种烃化合物的反应速率随着温度而改变，且阿伦尼乌斯方程俘获反应速率与温度之间的关系。反应速率通过特定反应的活化能控制，且重整期间发生许多反应，存在用于不同反应的许多不同活化能。
根据本文所述方法，石脑油进料流12在串联排列的多个重整段内重整以产生下游产物流42。重整方法为石油精炼中的常用方法，并且通常用于提高汽油的量。重整方法包括将氢气料流和烃混合物如石脑油进料流12混合，和使所得料流与重整催化剂接触。重整反应通过脱氢和环化将链烷烃和环烷烃转化成芳烃。链烷烃的脱氢可得到烯烃，且链烷烃和烯烃的脱氢环化可得到芳烃。
合适的重整催化剂通常在载体上包含金属。载体可包括重量比为1:99-99:1的多孔材料和粘合剂，多孔材料例如为无机氧化物或分子筛。重量比可以为1:9-9:1。用于载体的无机氧化物包括但不限于氧化铝、氧化镁、二氧化钛、氧化锆、氧化铬、氧化锌、二氧化钍、氧化硼、陶瓷、瓷、铝土矿、二氧化硅、二氧化硅-氧化铝、碳化硅、粘土、结晶沸石铝硅酸盐及其混合物。可使用常规多孔材料和粘合剂。合适的金属可包括一种或多种VIII族贵金属，且包括铂、铱、铑和钯。在一个实施方案中，重整催化剂包含基于重整催化剂的总重量为0.01-2重量％的量的金属。重整催化剂还可包含来自IIIA族或IVA族的促进剂元素。这些金属包括镓、锗、铟、锡、铊和铅。
在一个实施方案中，多个重整段包括第一重整段、第二重整段和一个或多个其它重整段。例如且如图1所示，可提供多个重整器16、18、20、22、24、26，其中重整段在各个重整器16、18、20、22、24、26中呈现。因此，在图1所示实施方案中，设备10包括6个重整器16、18、20、22、24、26，且本方法包括通过6个重整段将石脑油进料流12重整。然而，应当理解任何数目的重整器可用于其它实施方案中。另外，尽管未显示，应当理解各个重整器可包含根据常规重整器设计的一个或多个反应床。在一个实施方案中，重整器16、18、20、22、24、26可以为包含移动催化剂床(未显示)的移动床反应容器，且移动床再生容器(也未显示)可连同重整器16、18、20、22、24、26一起使用。在一个实施方案中，用于重整器16、18、20、22、24、26中的移动催化剂床可以为逆流、并流、错流或其组合，且移动催化剂床可以为任何合适的形状，例如矩形、环形或球形。应当理解在其它实施方案中，重整器16、18、20、22、24、26可以为包含固定催化剂床的固定床反应容器。根据一个示例实施方案，多个重整段在上升反应温度下操作，由此使得可操作各重整段中石脑油进料流中的具体烃化合物向所需产物的转化，例如己烷向苯的转化。如本文所提及的，多个重整段在上升反应温度下操作意指至少第一重整段在比所有随后反应段更低的温度下操作，但应当理解第一反应段以后的顺序反应段可在相同温度下操作。例如，在一个实施方案中，第二重整段和一个或多个其它重整段在相同反应温度下操作。“相同反应温度”意指第二重整段和任何随后重整段的反应温度优选为相同的，但容许非实质性的反应温度差，例如10℃或更小的反应段入口温度差。还应当理解各个顺序反应段可在比恰先前的反应段更高的温度下操作。例如，在实施方案中，第一重整段在350℃至480℃的第一反应温度下操作，第二重整段在480℃至530℃的第二反应温度下操作，且其它反应段在530℃至570℃的第三反应温度下操作，条件是顺序反应温度高于先前反应温度。如本文所提及，重整段的反应温度为恰在进入各重整段中以前进料流的温度，即反应段入口温度。多个重整段在上升反应温度下的操作以基于进入各重整段中的进料流的特定含量有利于理想芳族产物选择性的方式有效地操纵各个重整段中石脑油重整反应物的反应速率。当相同的重整催化剂用于各个重整段中时，各个重整段中的反应使用上升反应温度控制，这具有使不想要的副产物最小化，同时使理想芳族化合物的收率最大化的效果。
重整为基本吸热反应，并导致重整段中明显的温度降低，但石脑油进料流内不同的烃化合物在重整期间显示出不同的吸热性。根据本文所述方法，重整段以非等温温度特征操作，其中进入重整段中的料流的温度高于由重整段产生的料流的温度。为促进重整，将石脑油进料流12加热以产生热石脑油进料流28(其在组成上类似于石脑油进料流12，但具有较高的温度)。特别地，将石脑油进料流12加热至第一重整段操作时的第一反应温度。在一个实施方案中，第一反应温度为350℃至480℃，例如425℃至475℃。然后将热石脑油进料流28在第一反应温度下操作的第一重整段中重整以产生第一中间体料流30。例如且如图1所示，热石脑油进料流28可进入第一重整器16中，其中第一重整器16在第一反应温度下操作以产生第一中间体料流30。
由于各重整段中反应的吸热性质，在进入各随后重整段中以前进一步将热加入由上游重整段产生的各中间体料流中，以保持反应温度或者将温度提高至特定重整段所需的反应温度。在一个实施方案中，将第一中间体料流30加热以产生热第一中间体料流32，其后将热第一中间体料流32在第二重整段中重整。例如，可使热第一中间体料流32在加热以后进入第二重整器18中，其中第二重整器18如上所述在大于第一反应温度的第二反应温度下操作，且将第一中间体料流30加热至第二反应温度。在一个实施方案中，第二反应温度比第一反应温度高至少50℃，例如比第一反应温度高至少80℃。
将热第一中间体料流32重整产生第二中间体料流34。将第二中间体料流34和任何随后中间体料流36、38、40(例如由在第一重整器16和第二重整器18下游且不是末端重整器26的各重整器20、22、24产生的那些)加热以形成各热中间体料流44、46、48、50，将其在一个或多个其它重整段中(例如在各重整器20、22、24、26中)重整。下游产物流42在多个重整段的末端重整段内由第二中间体料流34产生。例如在一个实施方案中以及如图1所示，下游产物流42使用末端重整器26由第二中间体料流34产生。在该实施方案中，将第二中间体料流34在产生下游产物流42的末端重整段以前进一步重整。
石脑油进料流12通过将来自下游产物流42的热传递至石脑油进料流12而加热以产生热石脑油进料流28并进一步产生冷下游产物流52(其在组成上类似于下游产物流42)。例如，在一个实施方案中以及如图1所示，第一换热器53置于第一重整器16上游在下游产物流42与石脑油进料流12之间，并适于将来自下游产物流42的热传递至石脑油进料流12。由于下游产物流42由末端重整段产生，末端重整段中显示的吸热量通常小于上游重整段中的，且下游产物流42通常在比任何先前中间体料流更高的温度下。特别地，吸热量在各个重整段之间通常由较高至较低行进，且较大的吸热量产生较大的温度变化。因此，各中间体料流的随后温度在各个重整段之间从较低至较高行进，其中各中间体料流的温度取决于反应段入口温度和由于吸热导致的温度变化。另外，下游产物流42通常通过液体-气体分离技术分离，由此必需在任何分离段以前将下游产物流42充分冷却。因而，将来自下游产物流42的热传递至石脑油进料流12表示方法内能量的有效传递。另外，由于第一反应温度(即第一反应段入口温度)通常实质性地小于随后重整段中的反应温度，热石脑油进料流28可在不存在通过方法外部的能量输入(例如通过使用燃烧或电加热器)而加热下进入第一重整段中。例如且如图1所示，石脑油进料流12可仅通过将来自下游产物流42的热传递至石脑油进料流12而加热至第一反应温度。尽管未显示，应当理解石脑油进料流12也可用方法内由不同于下游产物流42的来源提供的能量加热。
在如上文暗示的实施方案中以及如图1所示，还将第一中间体料流30、第二中间体料流34和任何随后中间体料流36、38、40加热以产生各热中间体料流32、44、46、48、50。在一个实施方案中以及如图1所示，还将中间体料流30、34、36、38、40用来自方法外部的来源的能量加热。例如，在一个实施方案中以及如图1所示，将第一中间体料流30用第一加热器54加热，所示第一加热器可以为使用来自方法外部的来源的能量(例如电力、燃料或者未从方法中回收的任何其它能量)提供热的任何类型的加热器。同样，各加热器56、58、60、62可用于图1所示的加热随后中间体料流34、36、38、40。由于在第一重整段下游的重整段通常在比第一重整段明显更高的温度下操作，将来自下游产物流42的热传递至中间体料流30、34、36、38、40不能得到与将来自下游产物流42的热传递至石脑油进料流12一样多的方法效率。因而，在一个实施方案中以及如图1所示，可将第一中间体料流30、第二中间体料流34和任何随后中间体料流36、38、40仅用来自方法外部的来源的能量加热。在其它实施方案中以及如下文进一步详细描述，可有效地进行来自下游产物流42的热的另外传递以进一步得到方法效率。
由石脑油进料流12制备芳族化合物的方法的另一实施方案现在参考如图2所示用于制备芳族化合物的另一示例设备210解决。在该实施方案中，方法以与上文在图1所示设备10的上下文中描述的方法相同的方式进行，不同的是方法内来自下游产物流42的热传递的区别。特别地，在该实施方案中，在将第一中间体料流30用来自方法外部的来源的能量，例如使用第一加热器54加热以前，将第一中间体料流30通过将来自下游产物流42的热传递至第一中间体料流30，例如使用第二换热器64而加热。在该实施方案中，来自下游产物流42的热传递至第一中间体料流30产生部分冷却的下游产物流66，且热随后使用例如第一换热器53而由部分冷却的下游产物流66传递至石脑油进料流12。
由石脑油进料流12制备芳族化合物的方法的另一实施方案现在参考如图2所示用于制备芳族化合物的另一示例设备310解决。在该实施方案中，方法以与上文在图2所示设备210的上下文中描述的方法相同的方式进行，不同的是方法内热传递的其它差别。特别地，在该实施方案中，将部分冷却的下游产物流66分离成分离的部分冷却的下游产物流68、70。热由分离的部分冷却下游产物流68、70分开地传递至石脑油进料流12。特别地，将一种分离的部分冷却下游产物流70供入第三换热器72中，所述第三换热器72适于将热传递至石脑油进料流12并置于第一换热器53与第一重整器16之间。将另一分离的部分冷却下游产物流68供入第四换热器74中，所述第四换热器74适于将热传递至第一中间体料流30并置于第一重整器16与第二换热器64之间。用图3所示构型，可实现来自下游产物流42的甚至进一步热传递效率。
具体实施方案
尽管关于具体实施方案描述了下文，应当理解该描述意欲阐述且不限制先前描述和所附权利要求书的范围。
本发明第一实施方案为由石脑油进料流制备芳族化合物的方法，其中本方法包括加热石脑油进料流以产生热石脑油进料流；将热石脑油进料流在串联排列的多个重整段内重整以产生下游产物流，其中多个重整段在上升反应温度下操作；其中加热石脑油进料流包括将来自下游产物流的热传递至石脑油进料流以产生热石脑油进料流和冷下游产物流。本发明一个实施方案为从该段中第一实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或者所有，其中多个重整段包含第一重整段和第二重整段，且其中将热石脑油进料流重整包括将热石脑油进料流在第一反应温度下操作的第一重整段中重整以产生第一中间体料流。本发明一个实施方案为从该段中第一实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或者所有，其进一步包括在加热石脑油进料流以后使热石脑油进料流进入第一重整段中，且其中热石脑油进料流在不存在通过方法外部的能量输入加热下进入第一重整段中。本发明一个实施方案为从该段中第一实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或者所有，其中加热石脑油进料流包括仅通过将来自下游产物流的热传递至石脑油进料流而将石脑油进料流加热至第一反应温度。本发明一个实施方案为从该段中第一实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或者所有，其进一步包括加热第一中间体料流以产生热第一中间体料流。本发明一个实施方案为从该段中第一实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或者所有，其进一步包括将热第一中间体料流在第二重整段中重整，其中第二重整段在比第一反应温度更大的第二反应温度下操作。本发明一个实施方案为从该段中第一实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或者所有，其中加热第一中间体料流包括将第一中间体料流用来自方法外部的来源的能量加热。本发明一个实施方案为从该段中第一实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或者所有，其中加热第一中间体料流进一步包括在将第一中间体料流用来自方法外部的来源的能量加热以前将来自下游产物流的热传递至第一中间体料流。本发明一个实施方案为从该段中第一实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或者所有，其中将来自下游产物流的热传递至第一中间体料流产生部分冷却的下游产物流，且其中将来自下游产物流的热传递至石脑油进料流包括将来自部分冷却的下游产物流的热传递至石脑油进料流。本发明一个实施方案为从该段中第一实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或者所有，其进一步包括将部分冷却的下游产物流分离成分离的部分冷却下游产物流，且其中将来自部分冷却的下游产物流的热传递至石脑油进料流包括将来自分离的部分冷却下游产物流的热分开地传递至石脑油进料流。本发明一个实施方案为从该段中第一实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或者所有，其中加热第一中间体料流包括将第一中间体料流加热至比第一反应温度高至少50℃的第二反应温度。本发明一个实施方案为从该段中第一实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或者所有，其中多个重整段进一步包含一个或多个其它重整段，其中将热第一中间体料流重整产生第二中间体料流，且其中将第二中间体料流和任何随后中间体料流加热以形成热中间体料流，将所述热中间体料流在一个或多个其它重整段中重整。本发明一个实施方案为从该段中第一实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或者所有，其中第二重整段和一个或多个其它重整段在相同反应温度下操作。本发明一个实施方案为从该段中第一实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或者所有，其中第二中间体料流和任何随后中间体料流仅用来自方法外部的来源的能量加热。本发明一个实施方案为从该段中第一实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或者所有，其中下游产物流由多个重整段的末端重整段产生。
本发明第二实施方案为由石脑油进料流制备芳族化合物的方法，其中本方法包括提供包含第一重整器和第二重整器的多个重整器，其中重整器串联地排列；将石脑油进料流加热至第一反应温度以产生热石脑油进料流；使热石脑油进料流进入在第一反应温度下操作的第一重整器中以产生第一中间体料流；使第一中间体料流进入在比第一反应温度更高的第二反应温度下操作的第二重整器中以产生第二中间体料流；使用多个重整器的末端重整器由第二中间体料流产生下游产物流；其中加热石脑油进料流包括将来自下游产物流的热传递至石脑油进料流以产生热石脑油进料流和冷下游产物流，且其中仅通过将来自下游产物流的热传递至石脑油进料流而将石脑油进料流加热至第一反应温度。本发明一个实施方案为从该段中第二实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或者所有，其进一步包括加热第一中间体料流以产生热第一中间体料流。本发明一个实施方案为从该段中第二实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或者所有，其中加热第一中间体料流包括将第一中间体料流用第一加热器加热。本发明一个实施方案为从该段中第二实施方案开始的该段中先前实施方案中的一个、任何或者所有，其中加热第一中间体料流进一步包括在将第一中间体料流用第一加热器加热以前将来自下游产物流的热传递至第一中间体料流。
本发明第三实施方案为用于由石脑油进料流制备芳族化合物的设备，其中设备包括：包含第一重整器和第二重整器的多个重整器，其中重整器串联地排列，且其中多个重整器适于由多个重整器的末端重整器产生下游产物流；第一换热器，其置于第一重整器上游并适于将来自下游产物流的热传递至石脑油进料流；第一加热器，其置于第一重整器与第二重整器之间以将由第一重整器产生的第一中间体料流加热；其中设备不含置于第一换热器与第一重整器之间的加热器。
尽管在先前发明详述中提出了至少一个示例实施方案，但应当理解存在大量变化方案。还应当理解一个或多个示例实施方案仅为实例，且不意欲以任何方式限制本发明的范围、应用或构型。而是，先前的详细说明提供给本领域技术人员执行本发明示例实施方案的方便路线图。应当理解可不偏离如所附权利要求书所述本发明范围而做出对示例实施方案中所述元素的功能和配置的各种改变。
Claims (10)
1.由石脑油进料流制备芳族化合物的方法，其中方法包括：
加热石脑油进料流以产生热石脑油进料流；
将热石脑油进料流在串联排列的多个重整段内重整以产生下游产物流，其中多个重整段在上升反应温度下操作；
其中加热石脑油进料流包括将来自下游产物流的热传递至石脑油进料流以产生热石脑油进料流和冷下游产物流。
2.根据权利要求1的方法，其中多个重整段包含第一重整段和第二重整段，且其中重整热石脑油进料流包括将热石脑油进料流在第一反应温度下操作的第一重整段中重整以产生第一中间体料流。
3.根据权利要求2的方法，其进一步包括在加热石脑油进料流以后使热石脑油进料流进入第一重整段中，且其中热石脑油进料流在不存在通过方法外部的能量输入加热下进入第一重整段中。
4.根据权利要求3的方法，其中加热石脑油进料流包括仅通过将来自下游产物流的热传递至石脑油进料流而将石脑油进料流加热至第一反应温度。
5.根据权利要求2的方法，其进一步包括加热第一中间体料流以产生热第一中间体料流。
6.根据权利要求5的方法，其进一步包括将热第一中间体料流在第二重整段中重整，其中第二重整段在比第一反应温度更高的第二反应温度下操作。
7.根据权利要求6的方法，其中加热第一中间体料流包括将第一中间体料流用来自方法外部的来源的能量加热。
8.根据权利要求7的方法，其中加热第一中间体料流进一步包括在将第一中间体料流用来自方法外部的来源的能量加热以前将来自下游产物流的热传递至第一中间体料流。
9.根据权利要求6的方法，其中加热第一中间体料流包括将第一中间体料流加热至比第一反应温度高至少50℃的第二反应温度。
10.用于由石脑油进料流制备芳族化合物的设备，其中设备包括：
包含第一重整器和第二重整器的多个重整器，其中重整器串联地排列且其中多个重整器适于由多个重整器的末端重整器产生下游产物流；
第一换热器，其置于第一重整器上游并适于将来自下游产物流的热传递至石脑油进料流；
第一加热器，其置于第一重整器与第二重整器之间以加热由第一重整器产生的第一中间体料流；
其中设备不含置于第一换热器与第一重整器之间的加热器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |