JP2015519377A - Process for converting a hydrocarbon-based material into a fluid hydrocarbon product comprising p-xylene - Google Patents

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ユティン・チェン
ジュオペン・ワン
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ユニバーシティ オブ マサチューセッツ
ユニバーシティ オブ マサチューセッツ
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Abstract

本発明は流動性炭化水素生成物を生成するための方法に関する。より具体的には、本発明は触媒熱分解を通じて流動性炭化水素生成物を生成するための方法に関する。反応物質は炭化水素系材料(例えば、バイオマス)を含んで成る。触媒はシリコーン化合物で処理されたゼオライト触媒を含んで成る。生成物はp−キシレンを含んで成る。The present invention relates to a process for producing a flowable hydrocarbon product. More specifically, the present invention relates to a process for producing a fluid hydrocarbon product through catalytic pyrolysis. The reactant comprises a hydrocarbon-based material (eg, biomass). The catalyst comprises a zeolite catalyst treated with a silicone compound. The product comprises p-xylene.

Description

本願は、米国特許法第119条(e)に基づき、2012年6月5日付米国仮出願番号61/655605に対して優先権主張するものである。当該仮出願の開示内容は、参照することにより本明細書に取り込まれている。   This application claims priority to US Provisional Application No. 61/655605, dated June 5, 2012, under 35 USC 119 (e). The disclosure of the provisional application is incorporated herein by reference.

連邦政府支援の研究又は開発に関する陳述
米国政府は、本発明に支払い済みのライセンス、および、国立科学財団により授与された賞CBET-0747996号に供されているように、制限された状況下で特許権者に合理的な条件で他人にライセンスすることを要求する権利を有している。
STATEMENT REGARDING FEDERALLY SPONSORED RESEARCH OR DEVELOPMENT The U.S. Government has issued a patent under restricted circumstances, as provided for in the license paid for the present invention and award CBET-0747996 awarded by the National Science Foundation I have the right to require the right holder to license to others on reasonable terms.

本発明は、炭化水素系材料をp−キシレンを含んで成る流動性炭化水素生成物に転化(又は転換又は変える;convert)するための方法に関する。より具体的には、本発明は、触媒の熱分解を通じて、炭化水素系材料をp−キシレンを含んで成る流動性炭化水素生成物に転化するための方法に関する。   The present invention relates to a process for converting (or converting or converting) a hydrocarbonaceous material into a fluid hydrocarbon product comprising p-xylene. More specifically, the present invention relates to a process for converting a hydrocarbonaceous material to a fluid hydrocarbon product comprising p-xylene through pyrolysis of a catalyst.

p−キシレンは、可塑剤およびポリエステル繊維の出発原料として使用される。p−キシレンの酸化物は、テレフタル酸を商業的に合成するために使用される。更に、テレフタル酸とメタノールとのエステル化により、テレフタル酸ジメチルが形成される。両モノマーは、ポリエチレンテレフタラート(PET)ボトル、プラスチックボトル、ポリエステル衣料の製造で使用される。   p-Xylene is used as a starting material for plasticizers and polyester fibers. The oxide of p-xylene is used for the commercial synthesis of terephthalic acid. Furthermore, dimethyl terephthalate is formed by esterification of terephthalic acid and methanol. Both monomers are used in the production of polyethylene terephthalate (PET) bottles, plastic bottles, and polyester garments.

触媒の急速熱分解(CFP)を含んで成る触媒の熱分解は、触媒の存在下での急速な加熱率で炭化水素系材料(例えばバイオマス)を流動性炭化水素生成物に転化するために使用され得る処理(又は方法又はプロセス)である。本発明の方法を用いることで、流動性炭化水素生成物は、p−キシレンを含んで成り、追加の芳香族、オレフィン等を更に含んで成ってよい。   Catalyst pyrolysis comprising rapid pyrolysis of the catalyst (CFP) is used to convert hydrocarbonaceous materials (eg biomass) to fluid hydrocarbon products at a rapid heating rate in the presence of the catalyst. A process (or method or process) that can be performed. By using the method of the present invention, the flowable hydrocarbon product may comprise p-xylene and may further comprise additional aromatics, olefins, and the like.

本発明では、炭化水素系材料をリアクター(例えば、流動床リアクター)に供給する。当該炭化水素系材料を最初に熱分解して、1つ以上の熱分解生成物が形成され得る。熱分解生成物は、1つ以上の熱分解蒸気を含んで成り得る。これら熱分解生成物は、改質(又は修飾又は変更又は修正)ゼオライト触媒の存在下で1つ以上のオレフィン化合物、CO、COおよび芳香族化合物を形成するために反応し得る。改質ゼオライト触媒は、小さなサイズの細孔開口を有した細孔を有して成る。反応する熱分解生成物は、改質ゼオライト触媒内の細孔に入る。この際、当該触媒の細孔内に形成される熱分解生成物は、細孔から外に拡散し得る。芳香族化合物は、p−キシレン又はp−キシレンに対して相対的に高い選択率を有するキシレンを含んで成り得る。この方法の利点としては、1)全ての所望の化学作用が単一工程のプロセスで生じてよく、2)当該方法が相対的に高価ではないゼオライト触媒を使用してよく、および3)p−キシレンが相対的に高い生成レベルで生成され得ることが挙げられる。 In the present invention, a hydrocarbon-based material is supplied to a reactor (for example, a fluidized bed reactor). The hydrocarbonaceous material may be first pyrolyzed to form one or more pyrolysis products. The pyrolysis product may comprise one or more pyrolysis vapors. These pyrolysis products are modified (or modified or changed or modified) one or more olefinic compounds in the presence of a zeolite catalyst, CO, may react to form CO 2 and an aromatic compound. The modified zeolite catalyst has pores with small size pore openings. The pyrolysis product that reacts enters the pores in the modified zeolite catalyst. At this time, the thermal decomposition products formed in the pores of the catalyst can diffuse out of the pores. The aromatic compound may comprise p-xylene or xylene having a relatively high selectivity relative to p-xylene. The advantages of this method are: 1) all desired chemistries may occur in a single step process, 2) the method may use a relatively inexpensive zeolite catalyst, and 3) p- Xylene can be produced at relatively high production levels.

p−キシレンは、最も価値のあるキシレン(すなわち、o−、m−およびp−キシレン)になり得る。しかしながら、様々な炭化水素系材料の触媒熱分解の間、当該キシレンは、p−キシレンの選択率と同じ又はp−キシレンの選択率よりも高い選択率のm−キシレンおよび/またはo−キシレンで形成される。又、生成されるp−キシレンは、m−キシレンおよび/またはo−キシレンに対して異性化し得る。結果として、m−キシレンおよび/またはo−キシレンに対して不必要に高い選択率を有するキシレンが形成され得る。その結果、当該問題により、p−キシレン又はp−キシレンに対して相対的に高い選択性を有するキシレンを生成し得る方法が供される。本発明は、この問題に対する解決策を供する。本発明は、p−キシレンに対する選択性を改善するために改質されたゼオライト触媒の使用を供する。ゼオライト触媒は、触媒の外面にある触媒サイト(又は触媒部位;catalytic sites)および細孔開口を有する細孔を有して成り得る。細孔は内側に触媒サイトを含んで成ってよく、当該触媒サイトのいくつかは、細孔開口の近傍に位置付けられてよく、当該触媒サイトのいくつかは、細孔開口から離れて位置付けられ得る。細孔開口の大きさを低減し、触媒の外面に触媒サイトの少なくともいくつかを反応物質にアクセスできなくする(又は接近できなくする又は到達できなくする;inaccessible)ために、有効量のシリコーン化合物を用いてゼオライト触媒を処理することで、当該触媒を改質し得る。又、当該処理プロセスは、細孔開口の近くの細孔内に少なくとも触媒サイトのいくつかを反応物質にアクセスできなくするために使用され得る。   p-Xylene can be the most valuable xylene (ie, o-, m- and p-xylene). However, during catalytic pyrolysis of various hydrocarbon-based materials, the xylene is m-xylene and / or o-xylene with a selectivity equal to or higher than the selectivity of p-xylene. It is formed. Also, the produced p-xylene can be isomerized with respect to m-xylene and / or o-xylene. As a result, xylene with an unnecessarily high selectivity relative to m-xylene and / or o-xylene can be formed. As a result, the problem provides a method that can produce p-xylene or xylene with relatively high selectivity to p-xylene. The present invention provides a solution to this problem. The present invention provides for the use of a zeolite catalyst that has been modified to improve selectivity to p-xylene. Zeolite catalysts can consist of pores with catalyst sites on the outer surface of the catalyst (or catalytic sites) and pore openings. The pores may comprise catalyst sites on the inside, some of the catalyst sites may be located near the pore openings, and some of the catalyst sites may be located away from the pore openings . An effective amount of silicone compound to reduce the size of the pore openings and make at least some of the catalyst sites inaccessible (or inaccessible) to the reactants on the outer surface of the catalyst By treating the zeolite catalyst with the catalyst, the catalyst can be modified. The treatment process can also be used to render at least some of the catalyst sites inaccessible to the reactants in the pores near the pore openings.

ゼオライト触媒は、当該触媒の表面にシリコーン化合物を適用することにより処理され得る。シリコーン化合物の適用により、当該触媒内にある細孔開口の大きさが減じられ、および、触媒の外面に供された触媒サイトと細孔開口の近傍にある細孔の内部に供された触媒サイトとが覆われ又は見えなくなり得る。触媒サイトを処理層(又はトリートメント層;treatment layer)で被覆することにより、触媒サイトの触媒活性が抑制されおよび/または消滅され得る。触媒の外面にある触媒サイトおよび細孔開口の近傍にある細孔内の触媒サイトは、キシレンの生成で選択的でないと考えられる。一方、細孔開口からはなれた細孔内の触媒サイトは、パラの選択性を増大させる。触媒の外面および細孔開口近くの触媒の細孔内にある触媒サイトの活性の抑制又は消滅により、細孔開口からはなれたゼオライト触媒の細孔内に生じる触媒反応の割合が増え、それによってp−キシレンへの選択性が増え得る。   Zeolite catalysts can be treated by applying a silicone compound to the surface of the catalyst. The application of the silicone compound reduces the size of the pore openings in the catalyst, and the catalyst sites provided on the outer surface of the catalyst and the catalyst sites provided inside the pores in the vicinity of the pore openings. Can be covered or invisible. By coating the catalyst site with a treatment layer (or treatment layer), the catalytic activity of the catalyst site can be suppressed and / or extinguished. It is believed that the catalyst sites on the outer surface of the catalyst and the catalyst sites in the pores near the pore openings are not selective for xylene formation. On the other hand, catalytic sites in the pores that are separated from the pore openings increase the selectivity of the para. Suppression or extinction of the activity of the catalyst sites in the catalyst outer surface and in the catalyst pores near the pore openings increases the rate of catalytic reaction occurring in the pores of the zeolite catalyst away from the pore openings, thereby -Increased selectivity to xylene.

大きさが減じられた細孔開口を有した細孔により、キシレンのパラの選択性が増大し得る。この事は、細孔開口の大きさが減じられたことにより、p−キシレンが細孔外へと拡散し得、m−キシレンおよびo−キシレンの拡散が制限され得る。この事は、図2に示されている。図2には、m−キシレン又はo−キシレンではなくp−キシレンがゼオライト触媒の細孔外に拡散し得るように大きさが減じられた細孔開口を有する、ゼオライト触媒が示されている。   Pore with reduced pore size can increase xylene para selectivity. This is because, by reducing the size of the pore openings, p-xylene can diffuse out of the pores, limiting the diffusion of m-xylene and o-xylene. This is illustrated in FIG. FIG. 2 shows a zeolitic catalyst having pore openings reduced in size so that p-xylene rather than m-xylene or o-xylene can diffuse out of the pores of the zeolite catalyst.

本発明は、炭化水素系材料からp−キシレンを含んで成る流動性炭化水素生成物を生成するための方法に関する。当該方法は、炭化水素系材料をリアクターに供給する工程、熱分解生成物を生成するのに十分な反応条件下で、炭化水素系材料の少なくとも一部をリアクター内で熱分解させる工程、および、ゼオライト触媒が存在した反応条件で熱分解生成物の少なくとも一部を触媒的に反応させて、流動性炭化水素生成物を生成する工程を含んでいる。ゼオライト触媒は、細孔開口を有した細孔、触媒の外面上にある触媒サイト、および処理層を含んで成り、処理層が、細孔開口のサイズを減じ、触媒の外表面上の触媒サイトの少なくともいくつかを熱分解生成物にアクセスできなくするためのシリコーン化合物に由来する有効量の処理層である。触媒サイトは細孔開口近くの細孔内に位置付けられてよく、処理層はこれら触媒サイトの少なくともいくつかを熱分解生成物にアクセスできなくし得る。   The present invention relates to a process for producing a flowable hydrocarbon product comprising p-xylene from a hydrocarbon-based material. The method includes supplying a hydrocarbon-based material to the reactor, pyrolyzing at least a portion of the hydrocarbon-based material in the reactor under reaction conditions sufficient to produce a pyrolysis product, and Including the step of catalytically reacting at least a portion of the pyrolysis product under reaction conditions in which a zeolite catalyst was present to produce a fluid hydrocarbon product. The zeolite catalyst comprises pores having pore openings, catalyst sites on the outer surface of the catalyst, and a treatment layer, wherein the treatment layer reduces the size of the pore openings and the catalyst sites on the outer surface of the catalyst. An effective amount of the treatment layer derived from the silicone compound to render at least some of the thermal decomposition products inaccessible. The catalyst sites may be located in the pores near the pore openings and the treatment layer may render at least some of these catalyst sites inaccessible to pyrolysis products.

本発明では、活性触媒サイトが触媒細孔内のみにあり、触媒細孔から拡散するキシレンがp−キシレンのみである場合、キシレン内のp−キシレンの選択性は100%までであり得る。ある態様では、p−キシレンはo−キシレンおよび/又はm−キシレンより優先して生成されてよく、しかしながらいくつかのo−キシレンおよび/又はm−キシレンが生成されてよい。   In the present invention, when the active catalyst site is only in the catalyst pores and the xylene diffusing from the catalyst pores is only p-xylene, the selectivity of p-xylene in xylene can be up to 100%. In some embodiments, p-xylene may be produced in preference to o-xylene and / or m-xylene, however some o-xylene and / or m-xylene may be produced.

本発明では、前述の方法を用いて生成される流動性炭化水素生成物は、キシレンを含んで成り、また、キシレンのp−キシレンの選択性が少なくとも約40%、少なくとも約45%、少なくとも約50%、少なくとも約55%、少なくとも約60%、少なくとも約65%、少なくとも約70%、少なくとも約75%、少なくとも約80%、少なくとも約85%、又は少なくとも約90%であるという特徴を有し得る。   In the present invention, the flowable hydrocarbon product produced using the method described above comprises xylene, and the selectivity of p-xylene to xylene is at least about 40%, at least about 45%, at least about 50%, at least about 55%, at least about 60%, at least about 65%, at least about 70%, at least about 75%, at least about 80%, at least about 85%, or at least about 90% obtain.

ゼオライト触媒は、細孔開口の大きさを減じ、触媒の外表面上にある触媒サイトを覆い又は見えなくするためにシリコーン化合物で処理され得る。また、この処理プロセスは、細孔開口近くの細孔内の触媒サイトを覆い又は見えなくするために使用され得る。また、触媒サイトは酸部位と称され得る。覆われた又は見えなくなった触媒サイトは非活性化触媒サイトと称され得る。シリコーン化合物は触媒の細孔に入ることができない分子サイズを有し得る。触媒処理工程の間、シリコーン化合物は触媒に適用されて、続いて焼成され得る。この工程は、所望のレベルの処理が供されるまで繰り返され得る。シリコーン化合物を用いた処理により非活性化され得る触媒の外表面上の触媒サイトの一部は、利用可能な触媒サイトの少なくとも約15%、少なくとも約25%、少なくとも約35%、少なくとも約45%、少なくとも約55%、少なくとも約65%、少なくとも約75%、少なくとも約85%、少なくとも約90%、少なくとも約95%、少なくとも約98%、又は少なくとも約99%であり得る。シリコーン化合物を用いた処理により非活性化され得る細孔開口近くの触媒細孔内の触媒サイトの一部は、利用可能な触媒サイトの少なくとも約20%、少なくとも約25%、少なくとも約30%、少なくとも約33%、少なくとも約35%、少なくとも約40%、少なくとも約45%、少なくとも約49%、少なくとも約50%、少なくとも約55%、少なくとも約60%、少なくとも約65%、少なくとも約70%、少なくとも約75%、少なくとも約80%、少なくとも約85%、少なくとも約90%、少なくとも約95%、又は少なくとも約99%であり得る。   Zeolite catalysts can be treated with silicone compounds to reduce the size of the pore openings and cover or hide the catalyst sites on the outer surface of the catalyst. This treatment process can also be used to cover or obscure catalyst sites in the pores near the pore openings. Catalytic sites can also be referred to as acid sites. A catalyst site that is covered or disappeared may be referred to as a deactivated catalyst site. The silicone compound may have a molecular size that cannot enter the pores of the catalyst. During the catalyst treatment step, the silicone compound can be applied to the catalyst and subsequently calcined. This process can be repeated until the desired level of processing is provided. Some of the catalyst sites on the outer surface of the catalyst that can be deactivated by treatment with the silicone compound are at least about 15%, at least about 25%, at least about 35%, at least about 45% of the available catalyst sites. At least about 55%, at least about 65%, at least about 75%, at least about 85%, at least about 90%, at least about 95%, at least about 98%, or at least about 99%. Some of the catalyst sites in the catalyst pores near the pore openings that can be deactivated by treatment with the silicone compound are at least about 20%, at least about 25%, at least about 30% of the available catalyst sites, At least about 33%, at least about 35%, at least about 40%, at least about 45%, at least about 49%, at least about 50%, at least about 55%, at least about 60%, at least about 65%, at least about 70%, It may be at least about 75%, at least about 80%, at least about 85%, at least about 90%, at least about 95%, or at least about 99%.

ゼオライト触媒はシリカおよびアルミナを含んで成り得る。シリカとアルミナとのモル比は、約10:1〜約50:1、約10:1〜約40:1、約10:1〜約20:1、又は約15:1であってよい。ゼオライト触媒は、ニッケル、白金、バナジウム、パラジウム、マンガン、コバルト、亜鉛、銅、クロム、ガリウム、これらのうちの1つ以上の酸化物、又はこれらのうちの2つ以上の混合物を更に含んで成ってよい。   The zeolite catalyst can comprise silica and alumina. The molar ratio of silica to alumina may be about 10: 1 to about 50: 1, about 10: 1 to about 40: 1, about 10: 1 to about 20: 1, or about 15: 1. The zeolite catalyst further comprises nickel, platinum, vanadium, palladium, manganese, cobalt, zinc, copper, chromium, gallium, one or more oxides thereof, or a mixture of two or more thereof. It's okay.

シリコーン化合物は、下記の式によって示される基を少なくとも1つ含んで成り得る。

Figure 2015519377
The silicone compound may comprise at least one group represented by the following formula:
Figure 2015519377

シリコーン化合物は下記の式によって示されてよい。

Figure 2015519377
(RおよびRは水素、ハロゲン、ヒドロキシル、アルキル、アルコキシル、ハロゲン化アルキル、アリール、ハロゲン化アリール、アラルキル、ハロゲン化アラルキル、アルカリル又はハロゲン化アルカリルを独立して含んで成り、nは少なくとも2である数である。Rおよび/またはRはメチル、エチル、又はフェニルを含んで成り得る。nは約3〜約1000の数であってよい。 The silicone compound may be represented by the following formula:
Figure 2015519377
(R 1 and R 2 independently comprise hydrogen, halogen, hydroxyl, alkyl, alkoxyl, halogenated alkyl, aryl, aryl halide, aralkyl, halogenated aralkyl, alkaryl or alkaryl, and n is at least 2 R 1 and / or R 2 can comprise methyl, ethyl, or phenyl, n can be a number from about 3 to about 1000.

シリコーン化合物は、約80〜約20,000又は約150〜10,000の数平均分子量を有し得る。   The silicone compound may have a number average molecular weight of about 80 to about 20,000 or about 150 to 10,000.

シリコーン化合物は、ジメチルシリコーン、ジエチルシリコーン、フェニルメチルシリコーン、メチルハイドロゲンシリコーン、エチルハイドロゲンシリコーン、フェニルハイドロゲンシリコーン、メチルエチルシリコーン、フェニルエチルシリコーン、ジフェニルシリコーン、メチルトリフルオロプロピルシリコーン、エチルトリフルオロプロピルシリコーン、ポリジメチルシリコーン、テトラクロロフェニルメチルシリコーン、テトラクロロフェニルエチルシリコーン、テトラクロロフェニルハイドロゲンシリコーン、テトラクロロフェニルフェニルシリコーン、メチルビニルシリコーン、ヘキサメチルシクロトリシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、ヘキサフェニルシクロトリシロキサン、オクタフェニルシクロテトラシロキサン、またはこれらのうちの2つ以上の混合物を含んで成ってよい。   Silicone compounds are dimethyl silicone, diethyl silicone, phenyl methyl silicone, methyl hydrogen silicone, ethyl hydrogen silicone, phenyl hydrogen silicone, methyl ethyl silicone, phenyl ethyl silicone, diphenyl silicone, methyl trifluoropropyl silicone, ethyl trifluoropropyl silicone, poly Dimethyl silicone, tetrachlorophenyl methyl silicone, tetrachlorophenyl ethyl silicone, tetrachlorophenyl hydrogen silicone, tetrachlorophenyl phenyl silicone, methyl vinyl silicone, hexamethylcyclotrisiloxane, octamethylcyclotetrasiloxane, hexaphenylcyclotrisiloxane, octaphenylcyclotetra Rokisan or it may comprise mixtures of two or more of these.

シリコーン化合物はテトラオルトシリケートを含んで成ってよい。シリコーン化合物は、テトラメチルオルトシリケート、テトラエチルオルトシリケート、又はこれらの混合物を含んで成ってよい。   The silicone compound may comprise tetraorthosilicate. The silicone compound may comprise tetramethylorthosilicate, tetraethylorthosilicate, or a mixture thereof.

リアクターは、連続攪拌槽型リアクター、回分式リアクター、半回分式リアクター、固定床リアクター、又は流動床リアクターを有して成ってよい。流動床リアクターが特に有利であってよい。   The reactor may comprise a continuous stirred tank reactor, a batch reactor, a semi-batch reactor, a fixed bed reactor, or a fluidized bed reactor. A fluidized bed reactor may be particularly advantageous.

炭化水素系材料は、固形炭化水素系材料、半固形炭化水素系材料、液体状炭化水素系材料、又はこれらのうち2つ以上の混合物を含んで成ってよい。炭化水素系材料はバイオマスを含んで成ってよい。炭化水素系材料は、プラスチック廃棄物、再生プラスチック、農業固形廃棄物、都市固形廃棄物、食品廃棄物、動物の廃棄物、炭水化物、リグノセルロース材、キシリトール、グルコース、セロビオース、ヘミセルロース、リグニン、サトウキビバガス、グルコース、木材、トウモロコシ茎葉、又はこれらのうちの2つ以上の混合物を含んで成ってよい。炭化水素系材料は、フランおよび/または2−メチルフランを含んで成ってよい。炭化水素系材料はマツ材を含んで成ってよい。炭化水素系材料は、バイオマスに由来する熱分解オイル、バイオマスに由来する炭水化物、バイオマスに由来するアルコール、バイオマス抽出物、前処理されたバイオマス、消化バイオマス生成物、又はこれらのうちの2つ以上の混合物を含んで成ってよい。前述のいずれかの2つ以上の混合物が炭化水素系供給材料として使用されてよい。   The hydrocarbon material may comprise a solid hydrocarbon material, a semi-solid hydrocarbon material, a liquid hydrocarbon material, or a mixture of two or more thereof. The hydrocarbonaceous material may comprise biomass. Hydrocarbon materials include plastic waste, recycled plastic, agricultural solid waste, municipal solid waste, food waste, animal waste, carbohydrates, lignocellulosic material, xylitol, glucose, cellobiose, hemicellulose, lignin, sugarcane bagasse , Glucose, wood, corn stover, or a mixture of two or more thereof. The hydrocarbonaceous material may comprise furan and / or 2-methylfuran. The hydrocarbon-based material may comprise pine. The hydrocarbon-based material may be a pyrolysis oil derived from biomass, a carbohydrate derived from biomass, an alcohol derived from biomass, a biomass extract, a pretreated biomass, a digested biomass product, or two or more of these It may comprise a mixture. A mixture of two or more of any of the foregoing may be used as the hydrocarbonaceous feedstock.

リアクターは、約400℃〜約600℃、約425℃〜約500℃、又は約440℃〜約460℃の温度で操作されてよい。   The reactor may be operated at a temperature of about 400 ° C to about 600 ° C, about 425 ° C to about 500 ° C, or about 440 ° C to about 460 ° C.

炭化水素系材料は、約3時間−1まで(又は以下)、約2時間−1まで、約1.5時間−1まで、約0.9時間−1まで、約0.01時間−1〜約3時間−1、約0.01時間−1〜約2時間−1、約0.01時間−1〜約1.5時間−1、約0.01時間−1〜約0.9時間−1、約0.01時間−1〜約0.5時間−1、約0.1時間−1〜約0.9時間−1、又は約0.1時間−1〜約0.5時間−1の正規化質量空間速度でリアクターに供給されてよい。 The hydrocarbon-based material may be up to about 3 hours- 1 (or less), up to about 2 hours- 1, up to about 1.5 hours- 1, up to about 0.9 hours- 1, up to about 0.01 hours- 1 . About 3 hours −1 , about 0.01 hours −1 to about 2 hours −1 , about 0.01 hours −1 to about 1.5 hours −1 , about 0.01 hours −1 to about 0.9 hours − 1 , about 0.01 hour −1 to about 0.5 hour −1 , about 0.1 hour −1 to about 0.9 hour −1 , or about 0.1 hour −1 to about 0.5 hour −1 May be fed to the reactor at a normalized mass space velocity of

リアクターは、少なくとも約100kPa、少なくとも約200kPa、少なくとも約300kPa、又は少なくとも約400kPaの圧力で操作されてよい。リアクターは、約600kPa未満、約400kPa未満、又は約200kPa未満の圧力で操作されてよい。リアクターは、約100〜約600kPa、約100〜約400kPa、又は約100〜約200kPaの圧力で操作されてよい。   The reactor may be operated at a pressure of at least about 100 kPa, at least about 200 kPa, at least about 300 kPa, or at least about 400 kPa. The reactor may be operated at a pressure of less than about 600 kPa, less than about 400 kPa, or less than about 200 kPa. The reactor may be operated at a pressure of about 100 to about 600 kPa, about 100 to about 400 kPa, or about 100 to about 200 kPa.

本発明の方法はコークスの生成を最小にする反応条件下で実施されてよい。熱分解生成物の約30重量%未満、約25重量%未満、約20重量%未満、約15重量%未満、又は約10重量%未満がコークスとなった、熱分解生成物が形成されてよい。   The process of the present invention may be carried out under reaction conditions that minimize coke formation. A pyrolysis product may be formed wherein less than about 30%, less than about 25%, less than about 20%, less than about 15%, or less than about 10% by weight of the pyrolysis product is coke. .

本発明の方法は流動性炭化水素生成物を回収する工程を更に含んで成ってよい。流動性炭化水素生成物は、p−キシレンに加えて他の芳香族化合物および/またはオレフィン化合物を更に含んで成ってよい。流動性炭化水素生成物が、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、メチルエチルベンゼン、トリメチルベンゼン、o−キシレン、m−キシレン、インダン、ナフタレン、メチルナフタレン、ジメチルナフタレン、エチルナフタレン、ヒドリンデン、メチルヒドリンデン、ジメチルヒドリンデン、又はこれらのうちの2つ以上の混合物を更に含んで成ってよい。   The method of the present invention may further comprise the step of recovering the fluid hydrocarbon product. The flowable hydrocarbon product may further comprise other aromatic and / or olefinic compounds in addition to p-xylene. Fluid hydrocarbon products are benzene, toluene, ethylbenzene, methylethylbenzene, trimethylbenzene, o-xylene, m-xylene, indane, naphthalene, methylnaphthalene, dimethylnaphthalene, ethylnaphthalene, hydrindene, methylhydrinden, dimethylhydrindene. Or a mixture of two or more of these.

流動性炭化水素生成物中の芳香族の炭素収率は少なくとも約10%、少なくとも約15%、又は少なくとも約22%であってよい。流動性炭化水素生成物中のオレフィンの炭素収率は、少なくとも約3%、少なくとも約6%、少なくとも約9%、又は少なくとも約12%であってよい。p−キシレンの質量収率が、少なくとも約1.5重量%、少なくとも約2重量%、少なくとも約2.5重量%、又は少なくとも約3重量%であってよい。   The aromatic carbon yield in the flowable hydrocarbon product may be at least about 10%, at least about 15%, or at least about 22%. The carbon yield of the olefin in the flowable hydrocarbon product may be at least about 3%, at least about 6%, at least about 9%, or at least about 12%. The mass yield of p-xylene may be at least about 1.5 wt%, at least about 2 wt%, at least about 2.5 wt%, or at least about 3 wt%.

触媒反応工程は、脱水、脱カルボニル化、脱カルボキシル化、異性化、オリゴマー化、および/または脱水素化反応を含んで成ってよい。   The catalytic reaction step may comprise dehydration, decarbonylation, decarboxylation, isomerization, oligomerization, and / or dehydrogenation reaction.

熱分解工程および触媒反応工程を単一のベッセル(又は槽又は容器)で行ってよい。又は、熱分解工程および触媒反応工程を別個のベッセルで行ってよい。   The pyrolysis step and the catalytic reaction step may be performed in a single vessel (or tank or vessel). Alternatively, the pyrolysis step and the catalytic reaction step may be performed in separate vessels.

本発明の他の利点および新規な特徴は、添付図面と併せて考えると、本発明の限定されない様々な態様の下記の詳細な記載から明らかになるであろう。本明細書および参照により組み込まれている文書が相反しおよび/または矛盾した開示内容を含んでいる場合、本明細書は制御される。   Other advantages and novel features of the invention will become apparent from the following detailed description of various non-limiting aspects of the invention when considered in conjunction with the accompanying drawings. In cases where the present specification and a document incorporated by reference include conflicting and / or inconsistent disclosure, the present specification shall control.

本発明の限定されない態様を、概略図であって縮尺図を意図していない添付図面を参照して例により説明する。図面では、図示される各同一の構成要素又は略同一の構成要素を単一の符号により典型的に示している。明確にするため、全ての構成要素を全ての図面に付さず、当業者が本発明を理解できるため図示が必要ではない場合には本発明の各態様の全ての構成要素を示していない。   Non-limiting aspects of the present invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings, which are schematic and are not intended to be drawn to scale. In the drawings, each identical or nearly identical component that is illustrated is typically illustrated by a single numeral. For clarity, not all components are shown in all drawings, and all components of each aspect of the invention are not shown where illustration is not necessary since those skilled in the art can understand the invention.

図Aは、ZSM、ZSM、GaZSMおよびGaZSMによる2−メチルフラン(2MF)+プロピレンの転化から得られるp−キシレンの選択性を示す。FIG. A shows the selectivity of p-xylene obtained from the conversion of 2-methylfuran (2MF) + propylene over ZSM, ZSM * , GaZSM and GaZSM * . 図Bは、ZSM、ZSM、GaZSMおよびGaZSMによるフランの転化から得られるp−キシレンの選択性を示す。FIG. B shows the selectivity of p-xylene obtained from the conversion of furan with ZSM, ZSM * , GaZSM and GaZSM * . 図1Aは、固形炭化水素系材料を流動性炭化水素生成物に転化するためのCFPプロセスを示した概略図である。FIG. 1A is a schematic diagram illustrating a CFP process for converting a solid hydrocarbonaceous material into a flowable hydrocarbon product. 図1Bは、固形炭化水素系材料を流動性炭化水素生成物に転化するためのCFPプロセスを示した概略図である。FIG. 1B is a schematic diagram illustrating a CFP process for converting solid hydrocarbonaceous material into a flowable hydrocarbon product. 図2は、大きさが減じられた細孔開口を有した細孔と細孔外でのp−キシレンの拡散を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing pores with reduced pore openings and diffusion of p-xylene outside the pores.

本明細書および特許請求の範囲に開示されている全ての範囲および比の制限は、任意の方法で組み合わされてよい。具体的に記載されていない限り、“a”、“an”および/または“the”に対する言及は1つ又は1つ以上を含んでよく、又、単数の項目に対する言及は複数の項目を含んでよいことは理解されよう。   All range and ratio limitations disclosed in the specification and claims may be combined in any manner. Unless specifically stated, a reference to “a”, “an” and / or “the” may include one or more, and a reference to a single item includes multiple items. It will be understood that it is good.

語句“および/または”は、接続された要素の“いずれか又は両方”、すなわち、ある場合では接続されて存在する要素、および他の場合では接続されずに存在する要素を意味すると理解すべきである。明らかに反していると示されていない限り、“および/または”の節により具体的に特定される要素に関連していようとなかろうと、他の要素が“および/または”の節により具体的に特定される要素以外に任意に存在していてよい。従って、限定されない例として、“Aおよび/またはB”に対する言及は、“含んで成る”等のオープンエンドの言葉と併せて使用される際、ある態様ではBの無いA(任意にはB以外の要素を含んで成るA)を指し、別の態様ではAの無いB(任意にはA以外の要素を含んで成るB)を指し、更に別の態様では(任意には他の要素を含んで成る)AとBの両方等を指すことが可能である。   The phrase “and / or” should be understood to mean “either or both” of the connected elements, that is, elements that are connected in some cases and elements that are not connected in other cases. It is. Unless specifically stated to be contrary, other elements may be more specific in the “and / or” section, regardless of whether they are related to the element specifically identified by the “and / or” section. It may exist arbitrarily other than the elements specified in. Thus, as a non-limiting example, a reference to “A and / or B” when used in conjunction with an open-ended word such as “comprising”, in certain embodiments, is A without B (optionally other than B). A) comprising the other elements, in another embodiment B without A (optionally B comprising elements other than A), and in yet another aspect (optionally including other elements) It is possible to refer to both A and B).

“または”という用語は、上記で規定するように“および/または”と同じ意味を有すると理解すべきである。例えば、リストにある項目を分離する場合、“または”又は“および/または”包括的である、すなわち、少なくとも1つの要素のみではなく、1つ以上の要素、多数の要素、又は一覧の要素を含み、任意には追加のリストされていない項目も含んで成ると解釈される。“1つのみの”又は“厳密に1つの”等の明らかに反して示されている用語のみが、多数の要素又は一覧の要素のうちの厳密に1つの要素を含んで成ることを指していてよい。概して、本明細書で使用される“または”という用語が、“いずれか”、“うちの1つ”、“うちの1つのみ”、または“うちの厳密に1つ”等の排他的な用語により先行させる際、排他的な代替表現(すなわち、“両方ではなく一方又は他方”)を示すものとして解釈されるのみである。   The term “or” should be understood to have the same meaning as “and / or” as defined above. For example, when separating items in a list, it is “or” or “and / or” inclusive, that is, not only at least one element but also one or more elements, multiple elements, or list elements. Including, and optionally, additional, unlisted items. Only terms that are clearly contradicted such as “only one” or “exactly one” refer to comprising exactly one of a number of elements or elements of a list. It's okay. Generally, the term “or” as used herein is exclusive, such as “any”, “one of them”, “only one”, or “exactly one”. When preceded by a term, it is only to be interpreted as indicating an exclusive alternative expression (ie, “one or the other, not both”).

1つ以上の要素のリストに関して語句“少なくとも1つ”とは、要素のリスト内に具体的にリストされた各要素および全ての要素の少なくとも1つを必ずしも含んで成るものではなく、また、要素のリスト内の要素の任意の組合せを排除するものではなく、要素のリスト内の任意の1つ以上の要素から選択される少なくとも1つの要素を意味するものと理解すべきである。また、この規定により、語句“少なくとも1つ”は、参照する要素のリスト内で具体的に特定された要素に関連していようとなかろうと、当該要素以外のものを任意には存在していてよいことが可能となる。従って、限定されない例として、“AおよびBの少なくとも1つ”(同等には“A又はBの少なくとも1つ”または同等には“Aおよび/またはBの少なくとも1つ”)とは、ある態様では、Bは存在せず(およびB以外の要素を任意に含んで成る)1つよりも多いAを任意に含んで成るものの少なくとも1つを指し、別の態様では、Aは存在せず(およびA以外の要素を任意に含んで成る)1つよりも多いBを任意に含んで成るものの少なくとも1つを指し、更に別の態様では、1つよりも多いAを任意に含んで成るものの少なくとも1つ、および、1よりも多いB(および他の要素を任意には含んで成る)を任意に含んで成るものの少なくとも1つ等を指し得る。   The phrase “at least one” with respect to a list of one or more elements does not necessarily include each element specifically listed in the list of elements and at least one of all elements, and It should be understood that any combination of elements in the list of elements is not excluded, but means at least one element selected from any one or more elements in the list of elements. This provision also means that the phrase “at least one” may optionally exist other than that element, whether or not it relates to an element specifically identified in the list of referenced elements. Good things can be done. Thus, as a non-limiting example, “at least one of A and B” (equivalently “at least one of A or B” or equivalently “at least one of A and / or B”) Where B is absent (and optionally comprises elements other than B), and refers to at least one of optionally comprising more than one A; in another embodiment, A is absent ( And optionally other elements than A) at least one optionally comprising more than one B, and in yet another embodiment, optionally comprising more than one A. At least one and at least one of those optionally including more than one B (and optionally including other elements) may be referred to.

“含んで成る(;comprising)”、“含んで成る(;including)”、“所持する(;carrying)”、“有する(;having)”、“含んで成る(;containing)”、“含んで成る(;involving)”、“保持する(;holding)”等の移り変わる用語又は語句は、オープンエンドである、すなわち、限定されないものを含んでいると理解できよう。   “Comprising”, “comprising”, “carrying”, “having”, “containing”, “comprising” It will be understood that transitional terms or phrases such as “involving”, “holding”, etc. are open-ended, ie, include but are not limited to.

“熱分解”および“熱分解する”という用語は、酸素若しくは他の酸化剤を用いることなく、又は多量の酸素若しくは他の酸化剤を用いることなく、および触媒の使用の有無にかかわらず、熱により1つの材料(例えば、固体の炭化水素系材料)が1つ以上の材料(例えば、揮発性有機化合物、ガス、コークス等)に変わることを指す。   The terms "pyrolysis" and "pyrolysis" refer to heat without oxygen or other oxidants, or with large amounts of oxygen or other oxidants, and with or without the use of a catalyst. Refers to changing one material (eg, solid hydrocarbonaceous material) to one or more materials (eg, volatile organic compounds, gas, coke, etc.).

“触媒熱分解”という用語とは、触媒存在下で行われる熱分解を指す。   The term “catalytic pyrolysis” refers to pyrolysis performed in the presence of a catalyst.

“芳香族”又は“芳香族化合物”という用語は、(例えば、ベンジル、フェニル等の)単一の芳香族環系および/または(例えば、ナフチル、1,2,3,4−テトラハイドロナフチル等の)溶融多環式芳香族環系等の1つ以上の芳香族基を含んで成る炭化水素化合物を指す。芳香族化合物の例としては、特に限定されるものではないが、トルエン、インダン、インデン、2−エチルトルエン、3−エチルトルエン、4−エチルトルエン、トリメチルベンゼン(例えば、1,3,5−トリメチルベンゼン、1,2,4−トリメチルベンゼン、1,2,3−トリメチルベンゼン等)、エチルベンゼン、スチレン、クメン、メチルベンゼン、プロピルベンゼン、キシレン(例えば、p−キシレン、m−キシレン、o−キシレン等)、ナフタレン、メチル-ナフタレン(例えば、1−メチルナフタレン、アントラセン、9,10−ジメチルアントラセン、ピレン、フェナントレン、ジメチル-ナフタレン(例えば、1,5−ジメチル-ナフタレン、1,6−ジメチルナフタレン、2,5−ジメチル-ナフタレン等)、エチル-ナフタレン、ヒドリンデン、メチル-ヒドリンデン、およびジメチルヒドリンデンが挙げられる。ある態様では、単環および/または多環芳香族が生成されてよい。   The term “aromatic” or “aromatic compound” refers to a single aromatic ring system (eg, benzyl, phenyl, etc.) and / or (eg, naphthyl, 1,2,3,4-tetrahydronaphthyl, etc.). ) Refers to a hydrocarbon compound comprising one or more aromatic groups such as a molten polycyclic aromatic ring system. Examples of aromatic compounds include, but are not limited to, toluene, indane, indene, 2-ethyltoluene, 3-ethyltoluene, 4-ethyltoluene, trimethylbenzene (for example, 1,3,5-trimethyl). Benzene, 1,2,4-trimethylbenzene, 1,2,3-trimethylbenzene, etc.), ethylbenzene, styrene, cumene, methylbenzene, propylbenzene, xylene (for example, p-xylene, m-xylene, o-xylene, etc.) ), Naphthalene, methyl-naphthalene (eg 1-methylnaphthalene, anthracene, 9,10-dimethylanthracene, pyrene, phenanthrene, dimethyl-naphthalene (eg 1,5-dimethyl-naphthalene, 1,6-dimethylnaphthalene, 2 , 5-dimethyl-naphthalene, etc.), ethyl-naphth Ren, hydrindene, methyl -. Hydrindene, and dimethyl hydrate Linden and the like In certain embodiments, monocyclic and / or polycyclic aromatic may be generated.

“石油化学物質”という用語は、本明細書では、伝統的に石油源から得られる化学物質、化学物質前駆体、化学中間物等を指すために使用される。石油化学物質は、パラフィン、オレフィン、芳香族化合物等を含んで成る。本願の目的のため、これらの物質がバイオマスおよび他の非石油源(例えば、再プラスチック、都市固形廃棄物、サトウキビバガス、木材等)から得られる際、“石油化学物質”という用語は、化学物質、化学物質前駆体、化学中間物等が石油から直接得られないという事実にもかかわらず用いられてよい。   The term “petrochemicals” is used herein to refer to chemicals, chemical precursors, chemical intermediates, etc. that are traditionally obtained from petroleum sources. Petrochemicals comprise paraffins, olefins, aromatic compounds and the like. For purposes of this application, when these materials are obtained from biomass and other non-petroleum sources (eg, replastics, municipal solid waste, sugarcane bagasse, wood, etc.), the term “petrochemicals” May be used despite the fact that chemical precursors, chemical intermediates, etc. are not obtained directly from petroleum.

“バイオマス”という用語は、現存するおよび最近作用しなくなった生物学的物質を指す。本発明の方法によれば、バイオマスは、例えば、液体燃料(例えば、バイオ燃料又はバイオディーゼル)又は他の流動性炭化水素生成物に変わる。バイオマスは、木(例えば、木材)や、他の植物;農産物および農業廃棄物(例えば、トウモロコシ茎葉、バガス、果実、くず、サイレージ等);エネルギー作物(例えば、スイッチグラス、ススキ);藻類および他の海洋植物;代謝廃棄物(例えば、肥料、汚物);およびセルロース都市廃棄物を含んで成ってよい。バイオマスは、燃焼工程での炭素のリリースがある程度の短時間で平均して純増加をもたらさないように、炭素サイクルに最近加わった材料を含んで成っているものと考えてよい。   The term “biomass” refers to biological material that is present and has recently failed. According to the method of the present invention, biomass is converted into, for example, liquid fuel (eg, biofuel or biodiesel) or other fluid hydrocarbon product. Biomass consists of trees (eg, wood) and other plants; agricultural products and agricultural waste (eg, corn stover, bagasse, fruit, litter, silage, etc.); energy crops (eg, switchgrass, pampas grass); algae and others Marine plants; metabolic waste (eg, fertilizer, filth); and cellulose municipal waste. Biomass may be thought of as comprising material that has recently participated in the carbon cycle so that the release of carbon in the combustion process does not result in a net increase on average in some short time.

このため、泥炭、褐炭、石炭、シェールオイル又は石油は、長期間炭素サイクルに加わらない炭素を含んで成っており、それにより燃焼が大気内の二酸化炭素の純増加をもたらすかもしれないので、バイオマスであるとは考えられていない。バイオマスという用語は、バイオ燃料として使用するために育てられた植物性物質を指してよく、又、繊維、化学物質、熱等の生成のために使用される植物性物質又は動物性物質を含んで成っていてよい。又、バイオマスは、生分解性廃棄物、又は燃料として燃え若しくは化学物質に変わり得る副産物を含んで成ってよい。これらは、都市廃棄物、グリーン廃棄物(芝又は花の切断、生け垣の刈り込み等の庭又は公園の廃棄物から成る生分解性廃棄物)、動物肥料を含んで成る畜産副産物、食品加工廃棄物、下水スラッジ、木材パルプからの黒液又は藻類等を含んで成ってよい。バイオマスは、ススキ、トウダイグサ、ヒマワリ、スイッチグラス、麻、トウモロコシ(又はコーン)、ポプラ、柳、サトウキビ、油やし等を含んで成る植物から得られてよい。バイオマスは、根、茎、葉、種子殻、果実等から得られてよい。バイオマスの処理はリアクターの要求およびバイオマスの形状に応じて変化してよいが、特定の植物又は使用される他のバイオマス源は、本発明の方法に従い生成される流動性炭化水素生成物に重要でなくてよい。   For this reason, peat, lignite, coal, shale oil or petroleum consists of carbon that does not participate in the carbon cycle for long periods of time, so that combustion may result in a net increase in carbon dioxide in the atmosphere. It is not considered to be. The term biomass may refer to plant material grown for use as a biofuel, and also includes plant or animal material used for the production of fiber, chemicals, heat, etc. It may be made. Biomass may also comprise biodegradable waste or by-products that can be burned or converted into chemicals as fuel. These include municipal waste, green waste (biodegradable waste consisting of garden or park waste such as turf or flower cutting, hedge trimming, etc.), livestock by-products containing animal fertilizer, food processing waste Sewage sludge, black liquor from wood pulp or algae. Biomass may be obtained from a plant comprising Japanese pampas grass, euphorbia, sunflower, switchgrass, hemp, corn (or corn), poplar, willow, sugarcane, oil palm and the like. Biomass may be obtained from roots, stems, leaves, seed shells, fruits and the like. Although the processing of biomass may vary depending on reactor requirements and biomass shape, the particular plant or other biomass source used is important for the fluid hydrocarbon product produced according to the method of the present invention. It is not necessary.

本発明の方法のための炭化水素系供給材料は、固形炭化水素系材料、半固形炭化水素系材料、液体状炭化水素系材料又はこれらのうち2つ以上の混合物を含んで成ってよい。炭化水素系供給材料の固形含有量は、最大約100重量%、約30重量%〜約100重量%、約50重量%〜約100重量%、約70重量%〜約100重量%、約90重量%〜約100重量%、約95重量%〜約100重量%、約98重量%〜約100重量%、約30重量%〜約95重量%、約50重量%〜約95重量%、約70重量%〜約95重量%、約80重量%〜約95重量%、約85重量%〜約95重量%、又は約90重量%〜約95重量%であってよい。炭化水素系材料はバイオマスを含んで成ってよい。炭化水素系材料は、プラスチック廃棄物、再生プラスチック、農業固形廃棄物、都市固形廃棄物、食品廃棄物、動物の廃棄物、炭水化物、リグノセルロース材、キシリトール、グルコース、セロビオース、ヘミセルロース、リグニン、サトウキビバガス、グルコース、木材、トウモロコシ茎葉、又はこれらのうち2つ以上の混合物を含んで成ってよい。炭化水素系材料はフランおよび/または2−メチルフランを含んで成ってよい。炭化水素系材料はマツ材を含んで成ってよい。炭化水素系材料は、バイオマスから得られる熱分解オイル、バイオマスから得られる炭水化物、バイオマスから得られるアルコール、バイオマス抽出物、前処理されたバイオマス、消化バイオマス生成物、又はこれらのうち2つ以上の混合物を含んで成ってよい。前述のいずれかの2つ以上の混合物が使用されてよい。   The hydrocarbon-based feed for the method of the present invention may comprise a solid hydrocarbon-based material, a semi-solid hydrocarbon-based material, a liquid hydrocarbon-based material, or a mixture of two or more thereof. The solids content of the hydrocarbon-based feedstock is up to about 100%, about 30% to about 100%, about 50% to about 100%, about 70% to about 100%, about 90%. % To about 100%, about 95% to about 100%, about 98% to about 100%, about 30% to about 95%, about 50% to about 95%, about 70% % To about 95%, about 80% to about 95%, about 85% to about 95%, or about 90% to about 95% by weight. The hydrocarbonaceous material may comprise biomass. Hydrocarbon materials include plastic waste, recycled plastic, agricultural solid waste, municipal solid waste, food waste, animal waste, carbohydrates, lignocellulosic material, xylitol, glucose, cellobiose, hemicellulose, lignin, sugarcane bagasse , Glucose, wood, corn stover, or a mixture of two or more thereof. The hydrocarbonaceous material may comprise furan and / or 2-methylfuran. The hydrocarbon-based material may comprise pine. The hydrocarbon-based material may be pyrolysis oil obtained from biomass, carbohydrate obtained from biomass, alcohol obtained from biomass, biomass extract, pretreated biomass, digested biomass product, or a mixture of two or more thereof. May be included. A mixture of two or more of any of the foregoing may be used.

本発明の方法は、炭化水素系材料をリアクターに供給する工程を含み得る。炭化水素系材料の少なくとも一部は、1つ以上の熱分解生成物を生成するのに十分な反応条件下でリアクター内で熱分解され得る。熱分解生成物の少なくとも一部は、流動性炭化水素生成物を生成するために十分な条件下で触媒的に反応され得る。リアクターは、連続攪拌槽型リアクター、回分式リアクター、半回分式リアクター、固定床リアクター、又は流動床リアクターを含んでいてよい。好適には、リアクターは流動床リアクターを含んでいてよい。触媒反応工程は、触媒を炭化水素系材料と共に供給することにより成し遂げられてよい。触媒は別に供給されてよい。触媒の一部は炭化水素供給材と共に供給されてよく、触媒の一部は別に供給されてよい。   The method of the present invention may include the step of feeding a hydrocarbon-based material to the reactor. At least a portion of the hydrocarbonaceous material may be pyrolyzed in the reactor under reaction conditions sufficient to produce one or more pyrolysis products. At least a portion of the pyrolysis product can be catalytically reacted under conditions sufficient to produce a fluid hydrocarbon product. The reactor may include a continuous stirred tank reactor, a batch reactor, a semi-batch reactor, a fixed bed reactor, or a fluidized bed reactor. Suitably the reactor may comprise a fluidized bed reactor. The catalytic reaction step may be accomplished by feeding the catalyst with a hydrocarbon-based material. The catalyst may be supplied separately. Part of the catalyst may be supplied with the hydrocarbon feed, and part of the catalyst may be supplied separately.

本発明の方法は、触媒熱分解プロセス(例えば、CFPプロセス)を通じた流動性(例えば、液体、超臨界流体、および/または気体)炭化水素生成物の生成のために使用され得る。流動性炭化水素生成物又は流動性炭化水素生成物の一部は、標準の大気温度および大気圧(SATP−すなわち、25℃および100kpaの絶対圧)で液体を含んで成っていてよい。炭化水素供給材は、従来典型的に用いられていた温度と比べて、中間の温度(例えば、約400℃〜約600℃)で熱分解されてよい。熱分解工程は、別々の特定可能な流動性炭化水素生成物を生成するのに効果的な時間の間に行われてよい。本発明の方法は、炭化水素系材料(および任意には触媒)を相対的に高い(例えば、約50℃/秒よりも大きい)加熱率で反応温度にまで加熱する工程を含んでいてよい。   The methods of the invention can be used for the production of fluid (eg, liquid, supercritical fluid, and / or gas) hydrocarbon products through a catalytic pyrolysis process (eg, a CFP process). The flowable hydrocarbon product or part of the flowable hydrocarbon product may comprise a liquid at standard atmospheric temperature and atmospheric pressure (SATP—ie 25 ° C. and 100 kpa absolute pressure). The hydrocarbon feed may be pyrolyzed at an intermediate temperature (eg, about 400 ° C. to about 600 ° C.) compared to the temperatures typically used in the past. The pyrolysis step may be performed for a time effective to produce separate identifiable fluid hydrocarbon products. The method of the present invention may include heating the hydrocarbonaceous material (and optionally the catalyst) to the reaction temperature at a relatively high heating rate (eg, greater than about 50 ° C./second).

本発明の方法では、特殊触媒の使用が含まれていてよい。これらの触媒はシリカおよびアルミナを含んで成るゼオライト触媒である。当該触媒は大きさが減じられた細孔開口を有した細孔、および、当該触媒の外面にある被覆され又は見えなくされた触媒サイトにより特徴づけられる。当該触媒は、細孔開口近くの細孔内にある被覆され又は見えなくされた触媒サイトを有し得る。当該触媒はシリコーン化合物で処理されることで、細孔開口の大きさが減じられ、および、触媒の外面と細孔開口の近くの触媒の細孔内にある触媒サイトが被覆され又は見えなくされ得る。触媒は、凝集されていてよい相対的に小さな粒子を含んで成り得る。リアクターに供給される組成物は、炭化水素系材料に対して相対的に高い質量比の触媒(例えば、約0.33:1〜約20:1、約0.5:1〜約20:1、又は約2:1〜約10:1)を有していてよい。   The method of the present invention may include the use of special catalysts. These catalysts are zeolite catalysts comprising silica and alumina. The catalyst is characterized by pores with reduced pore openings and coated or invisible catalyst sites on the outer surface of the catalyst. The catalyst can have coated or hidden catalyst sites in the pores near the pore openings. The catalyst is treated with a silicone compound to reduce the pore opening size and to coat or obscure the catalyst sites within the catalyst outer surface and the catalyst pores near the pore opening. obtain. The catalyst may comprise relatively small particles that may be agglomerated. The composition fed to the reactor is a relatively high mass ratio of catalyst to hydrocarbonaceous material (e.g., about 0.33: 1 to about 20: 1, about 0.5: 1 to about 20: 1). Or about 2: 1 to about 10: 1).

触媒サイトが“細孔開口の近くの細孔内”に位置付けられるという表現は、シリコーン化合物での処理の結果として、熱分解生成物にアクセスできなくなる細孔内の触媒サイトを指す。ある態様では、これらの触媒サイトは、細孔開口からわずか約10オングストローム、約7オングストローム、約5オングストローム、又は約2オングストロームしかない深さで細孔内に位置付けられてよい。これらの触媒サイトは、シリコーン化合物処理の結果として、抑制され又は作用しなくなる。すなわち、これらの触媒はシリコーン化合物での処理の結果として非活性化され得る。   The expression that the catalyst site is located “in the pore near the pore opening” refers to the catalyst site in the pore that becomes inaccessible to pyrolysis products as a result of treatment with the silicone compound. In some embodiments, these catalytic sites may be located within the pores at a depth of only about 10 angstroms, about 7 angstroms, about 5 angstroms, or about 2 angstroms from the pore openings. These catalytic sites are suppressed or fail as a result of the silicone compound treatment. That is, these catalysts can be deactivated as a result of treatment with a silicone compound.

本発明の方法は、炭化水素系材料の熱分解のための単段式(又は単段又は単一ステージ)の方法を含んでよい。この方法は、単一ステージの熱分解装置を供する又は使用することを含んでよい。単一ステージの熱分解装置は、熱分解およびそれに続く触媒反応が単一の容器(又は槽)で行われる装置であってよい。単段式熱分解装置は、連続攪拌槽型リアクター、回分式リアクター、半回分式リアクター、固定床リアクター、又は流動床リアクターを含んでいてよい。又、多段式装置が、本発明による流動性炭化水素生成物の生成のために使用されてよい。   The method of the present invention may include a single stage (or single stage or single stage) process for the pyrolysis of hydrocarbonaceous materials. The method may include providing or using a single stage pyrolysis apparatus. A single stage pyrolysis apparatus may be an apparatus in which pyrolysis and subsequent catalytic reactions are performed in a single vessel (or tank). The single stage pyrolysis apparatus may include a continuous stirred tank reactor, a batch reactor, a semi-batch reactor, a fixed bed reactor, or a fluidized bed reactor. A multi-stage apparatus may also be used for the production of fluid hydrocarbon products according to the present invention.

炭化水素系材料は、任意の適当な大きさの固形物(又は固体)を含んで成り得る。ある場合では、相対的に小さな粒子サイズを有した炭化水素固形物を使用することが有利であり得る。ある例では、小さな粒子の固形物は、大きな粒子の固形物と比べて体積に対する表面積の比が相対的に高いことにより、大きな粒子の固形物よりもより速く反応し得る。更に、小さな粒子サイズにより、各粒子内および/またはリアクター容積内の熱の移動をより効率的にすることができる。これにより、望ましくない反応生成物の形成が抑制され又は減じられ得る。その上、小さな粒子サイズにより、固体-気体および固体-固体接触が増え、それによって熱と物質移動が改善され得る。固体の炭化水素系材料の平均粒子サイズは、約5mm未満、約2mm未満、約1mm未満、約500ミクロン未満、約60メッシュ(250ミクロン)未満、約100メッシュ(149ミクロン)未満、約140メッシュ(105ミクロン)未満、約170メッシュ(88ミクロン)未満、約200メッシュ(74ミクロン)未満、約270メッシュ(53ミクロン)未満、又は約400メッシュ(37ミクロン)未満、又はこれらよりも小さな平均粒子サイズであってよい。   The hydrocarbonaceous material can comprise any suitable size solid (or solid). In some cases it may be advantageous to use hydrocarbon solids having a relatively small particle size. In one example, small particle solids may react faster than large particle solids due to the relatively high surface area to volume ratio compared to large particle solids. Furthermore, the small particle size can make heat transfer within each particle and / or within the reactor volume more efficient. Thereby, the formation of undesirable reaction products can be suppressed or reduced. Moreover, the small particle size can increase solid-gas and solid-solid contact, which can improve heat and mass transfer. The average particle size of the solid hydrocarbonaceous material is less than about 5 mm, less than about 2 mm, less than about 1 mm, less than about 500 microns, less than about 60 mesh (250 microns), less than about 100 mesh (149 microns), about 140 mesh (105 microns), less than about 170 mesh (88 microns), less than about 200 mesh (74 microns), less than about 270 mesh (53 microns), or less than about 400 mesh (37 microns), or smaller average particles It can be size.

固体の炭化水素供給材をリアクターに通過させるのに要する圧力を減じるために、最小の粒子サイズを上回る平均粒子サイズを有した供給材を用いることが望ましい。例えば、少なくとも約400メッシュ(37ミクロン)、少なくとも約270メッシュ(53ミクロン)、少なくとも約200メッシュ(74ミクロン)、少なくとも約170メッシュ(88ミクロン)、少なくとも約140メッシュ(105ミクロン)、少なくとも約100メッシュ(149ミクロン)、少なくとも約60メッシュ(250ミクロン)、少なくとも約500ミクロン、少なくとも約1mm、少なくとも約2mm、少なくとも約5mm、又はこれらよりも大きなサイズの平均粒子サイズを有した固体の炭化水素供給材を使用することが望ましい。   In order to reduce the pressure required to pass the solid hydrocarbon feed through the reactor, it is desirable to use a feed with an average particle size above the minimum particle size. For example, at least about 400 mesh (37 microns), at least about 270 mesh (53 microns), at least about 200 mesh (74 microns), at least about 170 mesh (88 microns), at least about 140 mesh (105 microns), at least about 100 Solid hydrocarbon feed with an average particle size of mesh (149 microns), at least about 60 mesh (250 microns), at least about 500 microns, at least about 1 mm, at least about 2 mm, at least about 5 mm, or larger It is desirable to use materials.

炭化水素系材料はバイオマスを含んで成ってよい。炭化水素系材料は、プラスチック廃棄物、再生プラスチック、農業および/または都市固形廃棄物、食品廃棄物、動物の廃棄物、炭水化物、リグノセルロース材(例えば、木材チップ又は屑)、又はこれらのうち2つ以上の混合物を含んで成ってよい。炭化水素系材料は、キシリトール、グルコース、セロビオース、セルロース、ヘミセルロース、リグニン、又はこれらのうち2つ以上の混合物を含んで成ってよい。炭化水素系材料は、サトウキビバガス、グルコース、木材、トウモロコシ茎葉、又はこれらのうち2つ以上の混合物を含んで成ってよい。炭化水素系材料は、木材を含んで成ってよい。   The hydrocarbonaceous material may comprise biomass. The hydrocarbon-based material may be plastic waste, recycled plastic, agricultural and / or municipal solid waste, food waste, animal waste, carbohydrates, lignocellulosic material (eg, wood chips or waste), or two of these. It may comprise more than one mixture. The hydrocarbonaceous material may comprise xylitol, glucose, cellobiose, cellulose, hemicellulose, lignin, or a mixture of two or more thereof. The hydrocarbonaceous material may comprise sugarcane bagasse, glucose, wood, corn stover, or a mixture of two or more thereof. The hydrocarbon-based material may comprise wood.

バイオマス熱分解液体又はバイオ-オイルは、本発明の方法の熱分解工程の間に形成されてよい。バイオマス熱分解液体は暗褐色であってよく、元素組成でバイオマスに近似していてよい。バイオマス熱分解液体は、酸素化された(又は酸化された)炭化水素と元々ある水分および反応生成物の両方からのかなりの割合の水との相当複雑な混合物から成ってよい。組成的には、バイオマス熱分解オイルは、バイオマスの種類で変わってよいが、酸素化された低分子量アルコール(例えば、フルフリルアルコール)、アルデヒド(芳香族アルデヒド)、ケトン(フラノン)、フェノール(メトキシフェノール)および水を含んで成っていることが知られている。又、当該オイル内に浮遊(又は懸濁)した固形のチャーが存在してよい。当該液体は、バイオマス内のヘミ-セルロース、セルロースおよびリグニンのフラッシュ熱分解の中間生成物を急速に冷やすことで形成され得る。化学的には、当該オイルは、ホルムアルデヒドおよび酢酸から複合高分子量のフェノール、アンヒドロ糖(又は無水糖)および他のオリゴ糖に至る幅広い様々な割合で数百の異なる化学物質を含んで成ってよい。当該オイルは、低分子量のアルデヒドおよび酸からの独特な臭いを有していてよく、および、pH約1.5〜約3.8を有した酸性であってよく、刺激性を有し得る。   A biomass pyrolysis liquid or bio-oil may be formed during the pyrolysis step of the method of the invention. The biomass pyrolysis liquid may be dark brown and may approximate biomass with an elemental composition. The biomass pyrolysis liquid may consist of a fairly complex mixture of oxygenated (or oxidized) hydrocarbons and a significant proportion of water from both the original moisture and reaction products. Compositionally, biomass pyrolysis oils may vary depending on the type of biomass, but oxygenated low molecular weight alcohols (eg furfuryl alcohol), aldehydes (aromatic aldehydes), ketones (furanones), phenols (methoxy) It is known to comprise phenol) and water. There may also be a solid char suspended (or suspended) in the oil. The liquid can be formed by rapidly cooling the intermediate product of flash pyrolysis of hemi-cellulose, cellulose and lignin in the biomass. Chemically, the oil may comprise hundreds of different chemicals in a wide variety of proportions ranging from formaldehyde and acetic acid to complex high molecular weight phenols, anhydro sugars (or anhydro sugars) and other oligosaccharides. . The oil may have a unique odor from low molecular weight aldehydes and acids and may be acidic with a pH of about 1.5 to about 3.8 and may be irritating.

リアクター内での触媒の滞留時間は、触媒で満たされたリアクターの体積を、リアクターを通る触媒の体積流量で割ったものと規定され得る。例えば、3リットルのリアクターが2リットルの触媒を含み、触媒が0.4リットル/分の流量(又は流速)でリアクターを通って供給される、すなわち供給されて取り除かれる場合、触媒の滞留時間は2/0.4分すなわち5分となる。   The residence time of the catalyst in the reactor can be defined as the volume of the reactor filled with the catalyst divided by the volume flow rate of the catalyst through the reactor. For example, if a 3 liter reactor contains 2 liters of catalyst and the catalyst is fed through the reactor at a flow rate (or flow rate) of 0.4 liters / minute, that is, fed and removed, the catalyst residence time is 2 / 0.4 minutes or 5 minutes.

リアクター内での触媒の滞留時間は、少なくとも約1分、少なくとも約2分、少なくとも約5分、少なくとも約7分、少なくとも約10分、少なくとも約15分、少なくとも約20分、少なくとも約25分、少なくとも約30分、少なくとも約60分、又は少なくとも約120分であってよい。ある場合では、リアクター内での触媒の滞留時間は、約120分未満、約1分〜約120分、約2分〜約120分、約5分〜約120分、約7分〜約120分、約10分〜約120分、約12分〜約120分、約15分〜約120分、約20分〜約120分、約30分〜約120分、又は約60分〜約120分であってよい。ある場合では、相対的に長い滞留時間により、望ましい生成物を形成するための追加の化学反応が可能となる。長い触媒の滞留時間は、例えば、リアクターの体積を増加させ、および/または触媒の体積流量を減じることで成し遂げられ得る。触媒の滞留時間は、相対的に短く、例えば約120分未満、又は約60分未満であってよい。   The residence time of the catalyst in the reactor is at least about 1 minute, at least about 2 minutes, at least about 5 minutes, at least about 7 minutes, at least about 10 minutes, at least about 15 minutes, at least about 20 minutes, at least about 25 minutes, It may be at least about 30 minutes, at least about 60 minutes, or at least about 120 minutes. In some cases, the residence time of the catalyst in the reactor is less than about 120 minutes, about 1 minute to about 120 minutes, about 2 minutes to about 120 minutes, about 5 minutes to about 120 minutes, about 7 minutes to about 120 minutes. About 10 minutes to about 120 minutes, about 12 minutes to about 120 minutes, about 15 minutes to about 120 minutes, about 20 minutes to about 120 minutes, about 30 minutes to about 120 minutes, or about 60 minutes to about 120 minutes It may be. In some cases, the relatively long residence time allows additional chemical reactions to form the desired product. Long catalyst residence times can be achieved, for example, by increasing the volume of the reactor and / or decreasing the volumetric flow rate of the catalyst. The residence time of the catalyst may be relatively short, for example less than about 120 minutes, or less than about 60 minutes.

接触時間は、温度および圧力の標準的な条件下(すなわち、0℃および100kPaの絶対圧)で測定又は算出した際、リアクター又は他のデバイス内の材料の滞留時間と規定され得る。例えば、標準の3リットル/分のガスが供給される2リットルのリアクターは、当該ガスのため2/3分、すなわち40秒の接触時間を有している。化学反応のため、接触時間又は滞留時間は、実質的な反応が発生するリアクターの体積に基づき、入口導管又は排出導管等の実質的な反応が発生しない体積を除く。触媒反応のため、反応チャンバーの体積は、触媒が存在する体積である。   Contact time may be defined as the residence time of the material in the reactor or other device when measured or calculated under standard temperature and pressure conditions (ie, 0 ° C. and 100 kPa absolute pressure). For example, a 2 liter reactor fed with a standard 3 liter / min gas has a contact time of 2/3 min, ie 40 seconds, for that gas. Due to the chemical reaction, the contact time or residence time is based on the volume of the reactor in which the substantial reaction occurs, and excludes the volume in which no substantial reaction occurs, such as the inlet conduit or the discharge conduit. Due to the catalytic reaction, the volume of the reaction chamber is the volume where the catalyst is present.

“反応物質の転化率”という用語は、リアクター内に流入する材料とリアクターから流出する材料との間の反応物質のモル又は質量の差を、リアクター内に流入する材料中の反応物質のモル又は質量で割ったものを指す。例えば、100gのエチレンをリアクターに供給し、30gのエチレンをリアクターから流出させる場合、エチレンの転化率は[(100−30)/100]=70%となる。   The term “reactant conversion” refers to the difference in moles or mass of reactants between the material flowing into the reactor and the material flowing out of the reactor, the moles of reactants in the material flowing into the reactor or Refers to the value divided by mass. For example, when 100 g of ethylene is supplied to the reactor and 30 g of ethylene is discharged from the reactor, the ethylene conversion is [(100-30) / 100] = 70%.

“流体”という用語は、ガス、液体、ガスおよび液体の混合物、又は分散固体、液滴および/またはガス状の気泡を含んで成るガス又は液体を指す。“ガス”および“蒸気”という用語は、同一の意味を有し、時には交互に使用される。ある態様では、リアクター内で流動化流体の滞留時間を制御することが有利であり得る。流動化流体の流動化滞留時間は、リアクター体積を温度および圧力の処理条件下で流動化流体の体積流量で割ったものと規定される。   The term “fluid” refers to a gas, a liquid, a mixture of gas and liquid, or a gas or liquid comprising dispersed solids, droplets and / or gaseous bubbles. The terms “gas” and “steam” have the same meaning and are sometimes used interchangeably. In certain embodiments, it may be advantageous to control the residence time of the fluidizing fluid within the reactor. The fluidization residence time of the fluidizing fluid is defined as the reactor volume divided by the volumetric flow rate of the fluidizing fluid under temperature and pressure processing conditions.

“流動床リアクター”という用語は、粒状固形材(例えば、シリカ粒子等)を含んで成る容器を含んで成るリアクターを指すために使用され得る。流体(例えば、ガス又は液体)は、固形材を浮遊させて、固形材が流体であるかのように挙動するために十分に速い速度で粒状固形材を通過する。“循環流動床リアクター”という用語は、粒状固形材がリアクター外に出て行き、リアクターと流体接続するラインを通じて循環され、およびリアクター内に戻されて再利用される流動床リアクターを指すために使用され得る。   The term “fluidized bed reactor” can be used to refer to a reactor comprising a vessel comprising a particulate solid material (eg, silica particles, etc.). The fluid (eg, gas or liquid) passes through the particulate solid material at a sufficiently high rate to suspend the solid material and behave as if the solid material is a fluid. The term “circulating fluidized bed reactor” is used to refer to a fluidized bed reactor in which particulate solid material exits the reactor, is circulated through a line in fluid communication with the reactor, and is recycled back into the reactor. Can be done.

バブリング流動床リアクターおよび乱流流動床リアクターが使用されてよい。バブリング流動床リアクターでは、粒状固形材を流動化させるために用いられる流体流れが十分に低流量で操作されて、気泡および空隙(又はボイド)が操作中流動床の嵩(又は体積又は容積)内で観察され得る。乱流流動床リアクターでは、流動化流れの流量は、バブリング流動床リアクターで用いられる流量よりも多い。流動床リアクターの具体例、循環流動床リアクター、バブリング流動床リアクター、および乱流流動床リアクターは、カークオスマー化学技術(オンライン)百科辞典、11巻、ホーボーケン,N.J.:ウィリインタ・サイエンス,2001,791〜825頁に記載されている。これらの頁は参照のため本明細書に組み入れられる。   Bubbling fluidized bed reactors and turbulent fluidized bed reactors may be used. In a bubbling fluidized bed reactor, the fluid flow used to fluidize the particulate solid material is operated at a sufficiently low flow rate so that bubbles and voids (or voids) are contained within the bulk (or volume or volume) of the fluidized bed during operation. Can be observed. In a turbulent fluidized bed reactor, the flow rate of the fluidized stream is greater than that used in the bubbling fluidized bed reactor. Specific examples of fluidized bed reactors, circulating fluidized bed reactors, bubbling fluidized bed reactors, and turbulent fluidized bed reactors can be found in Kirkusmer Chemical Technology (Online) Encyclopedia, Vol. 11, Hoboken, NJ: Williinter Science, 2001, 791-825. These pages are incorporated herein for reference.

“オレフィン”又は“オレフィン化合物”(すなわち“アルケン”)という用語は、二重結合により結合された1以上の対の炭素原子を含んで成る不飽和炭化水素を示すために使用されてよい。オレフィンは、環状および非環状(脂肪族)の両方を含んで成ってよく、二重結合は、環状(閉環)基の部分を形成する炭素原子間又は開鎖基の部分を形成する炭素原子間に各々設けられる。更に、オレフィンは任意の適当な数の二重結合(例えば、モノオレフィン、ジオレフィン、トリオレフィン等)を含んで成ってよい。オレフィン化合物の例は、中でもエテン、プロペン、アレン(プロパジエン)、1−ブテン、2−ブテン、イソブテン(2メチルプロペン)、ブタジエンおよびイソプレンを含んでいてよい。環状オレフィンの例は、中でもシクロペンテン、シクロヘキサン、シクロヘプテンを含んでいてよい。トルエン等の芳香族化合物はオレフィンと考えられていない。しかしながら、芳香族部分を含んで成るオレフィン、例えばアクリル酸ベンジル又はスチレンは、オレフィンと考えられている。   The terms “olefin” or “olefin compound” (ie, “alkene”) may be used to indicate an unsaturated hydrocarbon comprising one or more pairs of carbon atoms joined by a double bond. Olefin may comprise both cyclic and acyclic (aliphatic), double bonds between carbon atoms forming part of a cyclic (ring-closed) group or between carbon atoms forming part of an open chain group. Each is provided. Further, the olefin may comprise any suitable number of double bonds (eg, monoolefin, diolefin, triolefin, etc.). Examples of olefin compounds may include ethene, propene, allene (propadiene), 1-butene, 2-butene, isobutene (2-methylpropene), butadiene and isoprene, among others. Examples of cyclic olefins may include cyclopentene, cyclohexane, cycloheptene, among others. Aromatic compounds such as toluene are not considered olefins. However, olefins comprising aromatic moieties such as benzyl acrylate or styrene are considered olefins.

細孔サイズは、材料の細孔内に入り込み得る分子又は原子のサイズに関連する。本明細書で使用しているように、ゼオライトのための“細孔サイズ”という用語は、ノルマン半径調整細孔サイズを指す。ノルマン半径調整細孔サイズの規定は、例えば、ボルティモアで開催の1998年7月5〜10日第12回国際ゼオライト会議の会議録の409〜414頁1(1999)、クック,M.;コナー,W.C.の“ゼオライトの細孔はどれ位大きいか?”に記載されており、参照のため本明細書に組み入れられている。特定の典型的な算出値として、ZSM−5の細孔の原子半径は、X線回析で測定した際において約5.5〜5.6オングストロームである。触媒内の酸素原子間の反発効果を調整するために、クックおよびコナーは、ノルマン調整半径が原子半径(約6.2〜6.3オングストローム)よりも大きい0.7オングストロームであることを示している。   The pore size is related to the size of molecules or atoms that can penetrate into the pores of the material. As used herein, the term “pore size” for zeolite refers to the Norman radius adjusted pore size. The Norman radius-adjusted pore size is defined, for example, in 409-414, 1 (1999) of the 12th International Zeolite Conference Meeting held July 5-10, 1998 in Baltimore, Cook, M .; Conner, W. C., “How big are the pores in the zeolite?” And is incorporated herein by reference. As a specific typical calculation, the atomic radius of ZSM-5 pores is about 5.5-5.6 angstroms as measured by X-ray diffraction. In order to adjust the repulsion effect between oxygen atoms in the catalyst, Cook and Conner show that the Norman tuning radius is 0.7 Angstroms, which is larger than the atomic radius (about 6.2-6.3 Angstroms). Yes.

当業者は、触媒内の細孔サイズ(例えば、最小細孔サイズ、平均最小細孔サイズ)の決定方法を理解している。例えば、X線回析(XRD)は、原子配位(又は座標)を決定するために使用され得る。細孔サイズの決定のためのXRD技術は、例えば、2005年ニューヨークのシュプリンガー・サイエンス+ビジネス・メディア社のPecharsky.V.Kらによる“材料の粉末回析と構造解析の基礎”に記載されており、参照のため本明細書にその全てを組み入れている。細孔サイズ(例えば、ゼオライト細孔サイズ)を決定するために役立ち得る他の技術としては、例えば、ヘリウム比重瓶法又は低圧アルゴン吸着技術が挙げられる。これら又は他の技術は、1993年7月1日のエルゼビア出版社のMagee,J.Sらによる“流動式接触分解:科学と技術”の185頁〜195頁に記載されており、参照のため本明細書にその全てを組み入れている。メソポーラス触媒の細孔サイズは、例えば、参照のため本明細書に共に組み入れられている1982年ニューヨークのアカデミックプレス社第2版のGregg, S.Jらの“吸着、表面積と多孔性”、および、1998年ニューヨークのアカデミックプレス社のRouquerol,Fらの“粉末と多孔性材料による吸着、原理、手順および用途”に記載されているような窒素吸着技術を用いて決定され得る。   Those skilled in the art understand how to determine the pore size (eg, minimum pore size, average minimum pore size) within the catalyst. For example, X-ray diffraction (XRD) can be used to determine atomic coordination (or coordinates). XRD techniques for pore size determination are described in, for example, “Fundamentals of powder diffraction and structural analysis of materials” by Springer Science + Business Media, Inc., Pecharsky.VK et al. All of which are incorporated herein by reference. Other techniques that can help to determine the pore size (eg, zeolite pore size) include, for example, helium pycnometry or low pressure argon adsorption techniques. These or other techniques are described on pages 185-195 of “Fluid catalytic cracking: science and technology” by Magee, J.S et al., Elsevier Publishing, July 1, 1993, for reference. All of which are incorporated herein. The pore size of the mesoporous catalyst is described in, for example, “Adsorption, surface area and porosity” by Gregg, SJ et al., 1982 Academic Press, 2nd edition, New York, which is incorporated herein by reference. , 1998, Roquerol, F et al., Academic Press, New York, et al., “Adsorption, Principles, Procedures and Applications with Powders and Porous Materials”.

スクリーニング方法は、特定の熱分解生成物分子の転化のための適当な細孔サイズを有した触媒を選択するために使用され得る。スクリーニング方法は、触媒反応する所望の熱分解生成物分子のサイズ(例えば、熱分解生成物分子の分子動力学径(又は動的分子径))を決定することを含み得る。当業者は、例えば所定の分子の動力学径を算出し得る。その際、熱分解生成物が触媒内に拡がりおよび/または触媒と反応可能であるよう十分に大きい触媒の細孔(例えば、ノルマン調整最小半径)となるような触媒の種類が選択され得る。ある態様では、望ましくない熱分解生成物が入ったり、および/または反応しないよう十分に小さい細孔サイズとなるような触媒が選択され得る。   The screening method can be used to select a catalyst with an appropriate pore size for conversion of a particular pyrolysis product molecule. The screening method can include determining the size of the desired pyrolysis product molecule to catalyze (eg, the molecular dynamics diameter (or dynamic molecular size) of the pyrolysis product molecule). One skilled in the art can calculate, for example, the kinetic diameter of a given molecule. In doing so, a catalyst type can be selected that results in catalyst pores that are sufficiently large (eg, a Norman-adjusted minimum radius) so that the pyrolysis product extends into the catalyst and / or can react with the catalyst. In some embodiments, a catalyst may be selected that results in a pore size that is sufficiently small to contain and / or not react with undesirable pyrolysis products.

触媒は、本発明の方法の触媒反応工程を実施するために適した任意の触媒を含み得る。触媒は、触媒反応工程で実施される反応の活性化エネルギーを低くする(反応速度を増大させる)ため、および/または(例えば、形状選択性触媒の)反応の間、生成物または中間物の分布を改善するために使用され得る。触媒の作用をし得る反応の例としては、脱水、脱水素化、異性化、水素転移、芳香族化、脱カルボニル化、脱カルボキシル化、アルドール縮合、およびこれらの組み合わせが挙げられる。触媒成分は、酸性、中性または塩基性であってよい。   The catalyst may comprise any catalyst suitable for carrying out the catalytic reaction step of the process of the present invention. The catalyst is a product or intermediate distribution to reduce the activation energy of the reaction carried out in the catalytic reaction step (increase the reaction rate) and / or during the reaction (e.g. of a shape selective catalyst). Can be used to improve. Examples of reactions that can act as a catalyst include dehydration, dehydrogenation, isomerization, hydrogen transfer, aromatization, decarbonylation, decarboxylation, aldol condensation, and combinations thereof. The catalyst component may be acidic, neutral or basic.

本発明の方法はCFPプロセスを含んでいてよい。CFPプロセスの場合、特に有利な触媒は、細孔サイズ(例えば、ゼオライトと典型的に関連するメソポーラスおよび細孔サイズ)、例えば約100オングストローム未満、約50オングストローム未満、約20オングストローム未満、約10オングストローム未満、約5オングストローム未満、又はこれらよりも小さい細孔サイズ等に応じて選択される内部多孔性を含んで成る触媒を含んで成ってよい。ある態様では、約5オングストローム〜約100オングストロームの平均細孔サイズを有する触媒を使用してよい。ある態様では、約5.5オングストローム〜約6.5オングストロームまたは約5.9オングストローム〜約6.3オングストロームの平均細孔サイズを有した触媒が使用されてよい。ある場合では、約7オングストローム〜約8オングストローム、または約7.2オングストローム〜約7.8オングストロームの平均細孔サイズを有した触媒が使用されてよい。   The method of the present invention may include a CFP process. For the CFP process, particularly advantageous catalysts are pore sizes (eg, mesoporous and pore sizes typically associated with zeolites), eg, less than about 100 angstroms, less than about 50 angstroms, less than about 20 angstroms, about 10 angstroms. The catalyst may comprise an internal porosity that is selected according to a pore size of less than, less than about 5 angstroms, or smaller. In some embodiments, a catalyst having an average pore size of about 5 angstroms to about 100 angstroms may be used. In some embodiments, a catalyst having an average pore size of about 5.5 angstroms to about 6.5 angstroms or about 5.9 angstroms to about 6.3 angstroms may be used. In some cases, a catalyst having an average pore size of about 7 angstroms to about 8 angstroms, or about 7.2 angstroms to about 7.8 angstroms may be used.

触媒は天然に存在するゼオライト、合成ゼオライトおよびこれらの組み合わせから選択されてよい。触媒はZSM−5ゼオライト触媒を含んで成ってよい。触媒は酸部位を含んで成ってよい。また、これら酸部位は触媒活性部位と称されてよい。使用されてよい他のゼオライト触媒としては、フェリエライト、ゼオライトY、ゼオライトベータ、モルデナイト、MCM−22、ZSM−23、ZSM−57、SUZ−4、EU−1、ZSM−11、(S)AIPO−31、およびSSZ−23等が挙げられる。触媒は、シリカおよびアルミナを含んで成り、更に1つ以上の追加の金属および/または金属酸化物を含んで成ってよい。適当な金属および/または金属酸化物としては、例えば、とりわけニッケル、パラジウム、白金、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、亜鉛、銅、ガリウム、および/またはこれらの酸化物のいずれかが挙げられる。ある場合では、希土類元素、すなわち元素57〜71、セリウム、ジルコニウム、もしくはこれらの酸化物、またはこれらの組み合わせは、触媒の活性、構造、および/または安定性を変更するために含まれてよい。更に、ある場合では、(例えば、細孔構造、種類、および/または触媒サイトの数等の)触媒の特性が、所望の生成物を選択的に生成するために選択されてよい。   The catalyst may be selected from naturally occurring zeolites, synthetic zeolites and combinations thereof. The catalyst may comprise a ZSM-5 zeolite catalyst. The catalyst may comprise an acid site. These acid sites may also be referred to as catalytically active sites. Other zeolite catalysts that may be used include ferrierite, zeolite Y, zeolite beta, mordenite, MCM-22, ZSM-23, ZSM-57, SUZ-4, EU-1, ZSM-11, (S) AIPO -31, SSZ-23, and the like. The catalyst comprises silica and alumina, and may further comprise one or more additional metals and / or metal oxides. Suitable metals and / or metal oxides include, for example, nickel, palladium, platinum, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, zinc, copper, gallium, and / or any of these oxides, among others. Can be mentioned. In some cases, rare earth elements, i.e. elements 57-71, cerium, zirconium, or oxides thereof, or combinations thereof may be included to alter the activity, structure, and / or stability of the catalyst. Further, in some cases, the properties of the catalyst (eg, pore structure, type, and / or number of catalyst sites) may be selected to selectively produce the desired product.

触媒は、触媒内の細孔開口の大きさを減じ、触媒の外面にある触媒サイトと細孔開口近くの触媒の細孔内にある触媒サイトを覆いまたは見えなくするため、シリコーン化合物で1回以上処理または含浸させてよい。処理層を用いた触媒サイトの被覆により、触媒活性が抑制されおよび/または消滅され得る。シリコーン化合物のより制御された適用を容易にするために、シリコーン化合物は、例えば、水性または有機液体キャリア等のキャリア内に分散させてよい。   The catalyst is reduced once with a silicone compound to reduce the size of the pore openings in the catalyst and to cover or hide the catalyst sites on the outer surface of the catalyst and the catalyst sites in the catalyst pores near the pore openings. The above treatment or impregnation may be performed. By covering the catalyst sites with the treatment layer, the catalytic activity can be suppressed and / or extinguished. In order to facilitate a more controlled application of the silicone compound, the silicone compound may be dispersed in a carrier such as, for example, an aqueous or organic liquid carrier.

触媒処理プロセスの各段階では、シリコーン化合物は、任意の適当な方法によって触媒の外面に堆積させてよい。例えば、シリコーン化合物は、有機担体に溶解させ、触媒と混合させ、および次いで蒸発または真空蒸留により乾燥させてよい。触媒は、約1000:1〜約1:10の触媒とシリコーン化合物の重量比で、シリコーン化合物と接触させてよい。   At each stage of the catalyst treatment process, the silicone compound may be deposited on the outer surface of the catalyst by any suitable method. For example, the silicone compound may be dissolved in an organic support, mixed with the catalyst, and then dried by evaporation or vacuum distillation. The catalyst may be contacted with the silicone compound in a weight ratio of about 1000: 1 to about 1:10 catalyst to silicone compound.

シリコーン化合物は、触媒との接触の条件下で溶液またはエマルジョンの形態で供されてよい。堆積させたシリコーン化合物は、触媒の外表面を実質的に排他的に覆い、広がってよく、外側部位をブロックし、細口および細孔開口内又は近くの部位を部分的にブロックする。ゼオライトの表面にシリコーン化合物を堆積させる方法の例は、米国特許4090981;5243117;5403800及び5659098で見られ、本明細書中に参考として組み入れられる。   The silicone compound may be provided in the form of a solution or an emulsion under conditions of contact with the catalyst. The deposited silicone compound may cover and spread substantially exclusively on the outer surface of the catalyst, blocking the outer site and partially blocking the site in or near the narrow mouth and pore openings. Examples of methods for depositing silicone compounds on the surface of zeolites can be found in US Pat. Nos. 4,090,981; 5,243,117; 5,403,800 and 5,590,098, which are incorporated herein by reference.

触媒はシリコーン化合物を用いた単一または複数のコーティングにより処理され、各コーティングはその後焼成される。コーティングされた(又は被覆又は被覆された)触媒は、シリカおよびアルミナを含んでよい。シリカとアルミナとのモル比は、約10:1〜約50:1、約10:1〜約40:1、約10:1〜約20:1、又は約15:1であってよい。コーティングされた触媒は、ニッケル、白金、バナジウム、パラジウム、マンガン、コバルト、亜鉛、銅、クロム、ガリウム、これら1つ以上の酸化物、またはこれら2つ以上の混合物を更に含んで成ってよい。   The catalyst is treated with one or more coatings with a silicone compound, and each coating is then fired. The coated (or coated or coated) catalyst may include silica and alumina. The molar ratio of silica to alumina may be about 10: 1 to about 50: 1, about 10: 1 to about 40: 1, about 10: 1 to about 20: 1, or about 15: 1. The coated catalyst may further comprise nickel, platinum, vanadium, palladium, manganese, cobalt, zinc, copper, chromium, gallium, one or more oxides thereof, or a mixture of two or more thereof.

“シリコーン化合物”という用語は、1つ以上のSi−O基を含んで成る任意の化合物を指すために本明細書で使用される。シリコーン化合物は、1つ以上のSiO 4−、Si 6−またはSi18 12−基を含んで成るシリケート(又はケイ酸塩;silicate)であってよい。これらは、1つ以上のテトラオルトシリケートを含んでよい。シリコーン化合物は、ケイ素原子に結合した有機(例えば、炭化水素)側基を有する1つ以上のケイ素-酸素骨格(−Si−O−Si−O−)を含んで成る1つ以上のシロキサンを含んでよい。これらは、1つ以上のシロキサンポリマー(例えば、ポリジメチルシロキサン)を含んで成ってよい。シリコーン化合物は、直鎖、分枝鎖または環式化合物であってよい。シリコーン化合物は、モノマー、オリゴマーまたはポリマーであってよい。シリコーン化合物は、式

Figure 2015519377
で表される少なくとも1つの基を含んで成る化合物を含んで成ってよい。
シリコーン化合物は式
Figure 2015519377
で表されてよい。RおよびRは独立して、水素、ハロゲン、ヒドロキシル、アルキル、アルコキシル、ハロゲン化アルキル、アリール、ハロゲン化アリール、アラルキル、ハロゲン化アラルキル、アルカリル又はハロゲン化アルカリルを含んで成る。nは少なくとも2である数である。Rおよび/またはRはメチル、エチルまたはフェニルを含んで成ってよい。nは約3〜約1000の数であってよい。 The term “silicone compound” is used herein to refer to any compound comprising one or more Si—O groups. The silicone compound may be a silicate (or silicate) comprising one or more SiO 4 4− , Si 2 O 7 6− or Si 6 O 18 12− groups. These may include one or more tetraorthosilicates. The silicone compound comprises one or more siloxanes comprising one or more silicon-oxygen skeletons (—Si—O—Si—O—) having organic (eg, hydrocarbon) side groups bonded to silicon atoms. It's okay. These may comprise one or more siloxane polymers (eg, polydimethylsiloxane). The silicone compound may be a linear, branched or cyclic compound. The silicone compound may be a monomer, oligomer or polymer. Silicone compound has the formula
Figure 2015519377
It may comprise a compound comprising at least one group represented by:
Silicone compounds are of formula
Figure 2015519377
It may be expressed as R 1 and R 2 independently comprise hydrogen, halogen, hydroxyl, alkyl, alkoxyl, alkyl halide, aryl, aryl halide, aralkyl, aralkyl halide, alkaryl or alkaryl halide. n is a number that is at least 2. R 1 and / or R 2 may comprise methyl, ethyl or phenyl. n may be a number from about 3 to about 1000.

シリコーン化合物は、約80〜約20,000または約150〜10,000の数平均分子量を有していてよい。   The silicone compound may have a number average molecular weight of about 80 to about 20,000 or about 150 to 10,000.

シリコーン化合物は、ジメチルシリコーン、ジエチルシリコーン、フェニルメチルシリコーン、メチルハイドロゲンシリコーン、エチルハイドロゲンシリコーン、フェニルハイドロゲンシリコーン、メチルエチルシリコーン、フェニルエチルシリコーン、ジフェニルシリコーン、メチルトリフルオロプロピルシリコーン、エチルトリフルオロプロピルシリコーン、ポリジメチルシリコーン、テトラクロロフェニルメチルシリコーン、テトラクロロフェニルエチルシリコーン、テトラクロロフェニルハイドロゲンシリコーン、テトラクロロフェニルフェニルシリコーン、メチルビニルシリコーン、ヘキサメチルシクロトリシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、ヘキサフェニルシクロトリシロキサン、オクタフェニルシクロテトラシロキサン、またはこれらの2つ以上の混合物を含んで成ってよい。   Silicone compounds are dimethyl silicone, diethyl silicone, phenyl methyl silicone, methyl hydrogen silicone, ethyl hydrogen silicone, phenyl hydrogen silicone, methyl ethyl silicone, phenyl ethyl silicone, diphenyl silicone, methyl trifluoropropyl silicone, ethyl trifluoropropyl silicone, poly Dimethyl silicone, tetrachlorophenyl methyl silicone, tetrachlorophenyl ethyl silicone, tetrachlorophenyl hydrogen silicone, tetrachlorophenyl phenyl silicone, methyl vinyl silicone, hexamethylcyclotrisiloxane, octamethylcyclotetrasiloxane, hexaphenylcyclotrisiloxane, octaphenylcyclotetra Rokisan or may comprise of two or more of these mixtures.

シリコーン化合物は、テトラオルトシリケートを含んでもよい。シリコーン化合物は、テトラメチルオルトシリケート、テトラエチルオルトシリケート、またはこれらの混合物を含んで成ってよい。   The silicone compound may include tetraorthosilicate. The silicone compound may comprise tetramethylorthosilicate, tetraethylorthosilicate, or a mixture thereof.

シリコーン化合物の動力学的径は、シリコーン化合物の細孔内への進入および触媒の内部活性の同時減少を回避するために触媒の細孔径よりも大きくてよい。   The kinetic diameter of the silicone compound may be larger than the pore diameter of the catalyst to avoid simultaneous entry of the silicone compound into the pores and a simultaneous decrease in the internal activity of the catalyst.

シリコーン化合物のための有機担体は、5つ以上の炭素を有する、直鎖、分枝鎖、および環状アルカン等の炭化水素を含んで成ってよい。当該担体は、約70℃よりも高い沸点を有し、約6つ以上の炭素を含んで成る直鎖、分枝鎖または環式アルカンを含んで成ってよい。任意には、水素化分解循環油等の低揮発性有機化合物の混合物が、担体として用いられてよい。シリコーン化合物のための低揮発性炭化水素の担体(又はキャリア)は、デカン、ドデカン、およびこれらの混合物等を含んでよい。   Organic supports for silicone compounds may comprise hydrocarbons such as straight chain, branched chain, and cyclic alkanes having 5 or more carbons. The carrier may comprise a linear, branched or cyclic alkane having a boiling point greater than about 70 ° C. and comprising about 6 or more carbons. Optionally, a mixture of low volatility organic compounds such as hydrocracked circulating oil may be used as the carrier. The low volatility hydrocarbon carrier (or carrier) for the silicone compound may include decane, dodecane, mixtures thereof, and the like.

シリコーン化合物の各々を堆積させた後、触媒は、分子またはポリマー種を固体状態の種に分解するために焼成されてよい。触媒は、約0.2℃/分〜約5℃/分の速度で約200℃よりも高いが、ゼオライトの結晶性が悪影響を受けるかもしれない温度よりも低い温度まで焼成されてよい。一般的に、そのような温度は約600℃を下回る。焼成温度は約350℃〜約550℃であってよい。触媒は、約1〜24時間、または約2〜約6時間焼成温度に維持されてよい。   After depositing each of the silicone compounds, the catalyst may be calcined to decompose the molecular or polymer species into solid state species. The catalyst may be calcined at a rate of about 0.2 ° C./min to about 5 ° C./min above about 200 ° C. but below a temperature at which the crystallinity of the zeolite may be adversely affected. Generally, such temperatures are below about 600 ° C. The firing temperature may be from about 350 ° C to about 550 ° C. The catalyst may be maintained at the calcination temperature for about 1 to 24 hours, or about 2 to about 6 hours.

触媒は、化学液相堆積(CLD)プロセスを用いて、テトラオルトシリケートで処理されてよい。テトラオルトシリケートは、テトラメチルオルトシリケート、テトラエチルオルトシリケート(TEOS)、またはこれらの混合物を含んで成ってよい。CLDプロセスは、約0.1〜約20重量%又は約1〜約10重量%の濃度で液体媒体(例えば、ヘキサン、アルカン、芳香族または他の非極性有機溶媒)中に触媒を分散すること;テトラオルトシリケートを添加して約0.01〜約5重量%または約0.1〜約1重量%のテトラオルトシリケートを含んで成る混合物を供すること;攪拌しながら、(例えば、約50〜約150℃で又は約90℃の)高温で、得られる混合物を還流すること;液体媒体から(例えば、遠心分離を通じて)触媒を回収すること;触媒を乾燥すること;および、約1〜約24時間または約2〜約12時間の間、約100〜約550℃又は約150℃〜約325℃の温度で空気中にて触媒を焼成することを含んでいてよい。この手順は、テトラオルトシリケートから得られる所望の処理層を供するために、任意の所望の回数(例えば、1、2、3回の追加等)繰り返されてよい。テトラオルトシリケートとしてTEOSを使用する際、このプロセスは、TEOS CLDのシリル化処理と称され得る。   The catalyst may be treated with tetraorthosilicate using a chemical liquid deposition (CLD) process. The tetraorthosilicate may comprise tetramethylorthosilicate, tetraethylorthosilicate (TEOS), or mixtures thereof. The CLD process involves dispersing the catalyst in a liquid medium (eg, hexane, alkane, aromatic or other non-polar organic solvent) at a concentration of about 0.1 to about 20% by weight or about 1 to about 10% by weight. Providing tetraorthosilicate to provide a mixture comprising from about 0.01 to about 5% by weight or from about 0.1 to about 1% by weight of tetraorthosilicate; with stirring (eg, from about 50 to Refluxing the resulting mixture at an elevated temperature (about 150 ° C. or about 90 ° C.); recovering the catalyst from the liquid medium (eg, through centrifugation); drying the catalyst; and about 1 to about 24 Calcination of the catalyst in air at a temperature of about 100 to about 550 ° C. or about 150 ° C. to about 325 ° C. for a period of time or about 2 to about 12 hours. This procedure may be repeated any desired number of times (eg, 1, 2, 3 additions, etc.) to provide the desired treatment layer obtained from tetraorthosilicate. In using TEOS as a tetraorthosilicate, this process can be referred to as TEOS CLD silylation.

理論に縛られることを望まないが、シリコーン化合物による処理の利点は、触媒の外面上の活性触媒サイトを反応物質に実質的にアクセスできなくすると共に、細孔開口のサイズを減じることで触媒のねじれを増加させることによって一部分において得られると考えられている。触媒の外面に存在する活性触媒サイトは、他の二つの異性体と平衡レベルになるまでパラ-異性体を異性化すると考えられている。従って、これらの活性触媒サイトの有用性(又は利用可能性)を減じることで、パラ-キシレンの相対的に高い割合が維持され得る。本発明のシリコーン化合物は、当該活性触媒サイトを化学的に修飾し、被覆し、または見えなくすることで、これら外部の触媒サイトをブロックし、またはパラ-異性体に利用できないこれら外部の触媒サイトとなると考えられる。   While not wishing to be bound by theory, the benefits of treatment with silicone compounds are that the active catalyst sites on the outer surface of the catalyst are substantially inaccessible to the reactants and the size of the pore opening is reduced. It is believed to be obtained in part by increasing the twist. Active catalytic sites present on the outer surface of the catalyst are believed to isomerize the para-isomer until it reaches an equilibrium level with the other two isomers. Thus, by reducing the usefulness (or availability) of these active catalyst sites, a relatively high proportion of para-xylene can be maintained. The silicone compounds of the present invention can block these external catalyst sites by chemically modifying, coating or hiding the active catalyst sites, or make these external catalyst sites unavailable for para-isomers. It is thought that it becomes.

リアクター内でおよび/または規定の反応条件下(反応物質が既定のリアクターシステムで熱分解または触媒作用を受ける条件下)で、反応物質(例えば、固形炭化水素系材料および/または非固体反応物質)および触媒の滞留時間を制御することは有益である。   Reactants (eg, solid hydrocarbonaceous materials and / or non-solid reactants) in the reactor and / or under defined reaction conditions (under conditions where the reactants are pyrolyzed or catalyzed in a given reactor system) It is also beneficial to control the residence time of the catalyst.

“全体の滞留時間”という用語は、リアクターまたは装置の平均温度およびリアクターまたは装置の出口圧力で測定または算出された、流動化ガス、生成物、および不純物を含んで成るリアクター又は装置から出るすべてのガスの出口流量で、リアクターもしくは装置またはリアクターもしくは装置の特定部位の体積を割ったものを指す。   The term “overall residence time” refers to any reactor or device exiting a reactor or device comprising fluidized gas, product, and impurities, measured or calculated at the average temperature of the reactor or device and the outlet pressure of the reactor or device. The gas outlet flow rate refers to the reactor or device or the volume of a specific part of the reactor or device divided.

リアクター内の反応物質の“反応物質の滞留時間”という用語は、反応物質がリアクター内で費やす時間量として規定される。滞留時間は、反応物質の供給速度に基づき、反応速度とは独立した関係であってよい。リアクター中の反応物質の反応物質滞留時間は、使用されるリアクターの種類に応じて異なる方法を用いて計算されてよい。リアクター内の流量が知られているガス状反応物質の場合、これは、典型的には単純な計算である。リアクターが、反応物質のみが連続的に供給される(すなわち、担体または流動流れが利用されていない)充填床リアクターを有して成る、固体反応物質の場合では、リアクター内の反応物質の滞留時間は、リアクターの体積を炭化水素系材料とリアクターを出る流動性炭化水素生成物の体積流量で割ることで算出され得る。   The term “reactant residence time” of a reactant in the reactor is defined as the amount of time that the reactant spends in the reactor. The residence time is based on the supply rate of the reactants and may be independent of the reaction rate. The reactant residence time of the reactants in the reactor may be calculated using different methods depending on the type of reactor used. For gaseous reactants with known flow rates in the reactor, this is typically a simple calculation. In the case of solid reactants, where the reactor comprises a packed bed reactor in which only the reactants are fed continuously (ie, no carrier or fluid flow is utilized), the residence time of the reactants in the reactor Can be calculated by dividing the volume of the reactor by the volumetric flow rate of the hydrocarbonaceous material and the fluid hydrocarbon product exiting the reactor.

操作の間大量のフローに閉じられたリアクター(例えば、回分式リアクター)で反応が生じる場合、そのようなリアクターでの反応物質のバッチ(又は回分)滞留時間は、反応物質を含んで成るリアクター内の温度が熱分解反応を開始するのに十分なレベル(例えば、CFPの場合、多くの典型的な炭化水素系材料材のため、典型的には約300℃〜約1000℃)に達する時間と、リアクターが急冷される(例えば、更なる熱分解をサポートするのに十分な低い温度に、例えば多くの炭化水素系材料材のため典型的には約300℃〜約1000℃に冷却される)時間との間の経過時間量として規定されてよい。   When a reaction occurs in a reactor (eg, a batch reactor) that is closed to a large flow during operation, the batch (or batch) residence time of the reactants in such a reactor is determined within the reactor comprising the reactants. The time at which the temperature reaches a level sufficient to initiate a pyrolysis reaction (e.g., typically about 300 ° C. to about 1000 ° C. for many typical hydrocarbonaceous materials in the case of CFP) and The reactor is quenched (e.g., cooled to a temperature low enough to support further pyrolysis, e.g., typically from about 300 <0> C to about 1000 <0> C for many hydrocarbonaceous materials) It may be defined as the amount of elapsed time between hours.

ある場合では、例えばある流動床リアクターのため、リアクター供給ストリームは、補助材(すなわち、固形炭化水素系材料および/または非固形反応物質以外の物質)を含んで成る供給ストリームを含んでよい。例えば、流動床がリアクターとして使用されるある場合では、供給ストリームは流動化流体を含んでよい。循環流動床が使用される場合では、触媒と流動化流体は共に、リアクターに供給され、リサイクルされ、または供給およびリサイクルされてよい。そのような場合には、リアクター内の反応物質の反応物質滞留時間は、上述の充填床の状況と同様に、反応物質およびリアクターから出る反応生成ガスの体積流量でリアクターの容積を割ったものとして決定され得る。しかしながら、反応物質およびリアクターから出る反応生成ガスの体積流量を直接決定するには便利ではないかもしれないので、反応物質およびリアクターから出る反応生成ガスの体積流量は、リアクターから出るガスストリームの全体積流量から反応生成ガスリアクター内の補助材(例えば、流動化流体、触媒、汚染物質等)の供給体積流量を減算することによって推定されてよい。   In some cases, for example, for certain fluidized bed reactors, the reactor feed stream may comprise a feed stream comprising auxiliary materials (ie, substances other than solid hydrocarbonaceous materials and / or non-solid reactants). For example, in some cases where a fluidized bed is used as a reactor, the feed stream may contain a fluidizing fluid. When a circulating fluidized bed is used, both the catalyst and fluidizing fluid may be fed to the reactor, recycled, or fed and recycled. In such cases, the reactant residence time of the reactants in the reactor is the reactor volume divided by the volume flow rate of reactants and reaction product gas exiting the reactor, similar to the packed bed situation described above. Can be determined. However, since it may not be convenient to directly determine the volume flow of reactant and reaction product gas exiting the reactor, the volume flow of reactant and reaction product gas exiting the reactor is dependent on the total volume of the gas stream exiting the reactor. It may be estimated by subtracting the supply volume flow rate of auxiliary material (eg, fluidizing fluid, catalyst, contaminants, etc.) in the reaction product gas reactor from the flow rate.

“選択性”という用語は、生成物の選択と比べて、特定の生成物の生成量を指す。生成物に対する選択性は、特定の生成物量を生成される多くの生成物量で割ることによって算出され得る。例えば、75グラムの芳香族が反応で生成され、20グラムのベンゼンがこれらの芳香族中に見出される場合、質量基準で芳香族生成物中のベンゼンに対する選択率は20/75=26.7%である。選択性は、上記の例のように質量基準で計算され、または、選択性が、特定の生成物で見られる炭素量を生成物の選択で見られる炭素量で割ることによって計算される場合、選択性は炭素基準で計算され得る。特に定めがない限り、反応物質としてバイオマスを含んで成る反応のため、選択性は質量基準である。特定の分子反応物質(例えば、エテン)の転化を含んで成る反応のため、選択性は、選択された生成物を生成された全ての生成物で割った(特に定めがない限り質量基準での)パーセンテージです。様々な材料の選択率は下記の式を用いて決定することができる。
(1)全選択性=(生成物中の炭素モル/全生成物中の炭素モル)×100%
(2)芳香族選択性=(芳香族生成物中の炭素モル/全芳香族生成物中の炭素モル)×100%
(3)オレフィン選択性=(オレフィン生成物中の炭素モル/全オレフィン生成物中の炭素モル)×100%
(4)キシレン中のp−キシレンの選択性=(p−キシレン異性体のモル/全キシレン異性体のモル)×100%
The term “selectivity” refers to the amount of production of a particular product compared to product selection. Selectivity for a product can be calculated by dividing a particular product amount by the amount of product produced. For example, if 75 grams of aromatics are produced in the reaction and 20 grams of benzene is found in these aromatics, the selectivity for benzene in the aromatic product on a mass basis is 20/75 = 26.7% It is. Selectivity is calculated on a mass basis as in the example above, or if selectivity is calculated by dividing the amount of carbon found in a particular product by the amount of carbon found in product selection, Selectivity can be calculated on a carbon basis. Unless otherwise specified, selectivity is mass based for reactions comprising biomass as a reactant. For reactions that involve the conversion of certain molecular reactants (eg, ethene), selectivity is calculated by dividing the selected product by all products produced (unless otherwise specified, on a mass basis). ) Percentage. The selectivity of the various materials can be determined using the following formula:
(1) Total selectivity = (carbon mole in product / carbon mole in all product) × 100%
(2) Aromatic selectivity = (carbon mole in aromatic product / carbon mole in total aromatic product) × 100%
(3) Olefin selectivity = (carbon mole in olefin product / carbon mole in all olefin product) × 100%
(4) Selectivity of p-xylene in xylene = (mole of p-xylene isomer / mole of all xylene isomers) × 100%

“収率”という用語は、リアクターに流入する反応物質の量でリアクターから流出する生成物の量を割ったものを指すために本明細書で使用され、通常、パーセンテージまたは分率として表わされる。収率は、多くの場合、質量基準、炭素基準、または特定の供給成分の基準に基づいて計算される。質量収率は、特定の生成物の質量を当該生成物を用意するために使用される原料の重量で割ったものである。例えば、500gのバイオマスがリアクターに供給され、45gのp−キシレンが生成される場合、p−キシレンの質量収率は45/500= 9%となる。炭素収率は、特定の生成物に見られる炭素の質量をリアクターに対する供給原料中の炭素の質量で割ったものである。例えば、40%の炭素を含んで成る500gのバイオマスが反応して、90.6%の炭素を含んで成る45gのp−キシレンが生成される場合、炭素収率は[(45×0.906)/(500×0.40)]=20.4%となる。バイオマスからの炭素収率は、特定の生成物に見られる炭素の質量を特定の供給成分中のリアクターに供給される炭素の質量で割ったものである。例えば、500グラムの40%の炭素を含んで成るバイオマスと100グラムのC0を反応させて、(90.6%の炭素を含んで成る)40gのp−キシレンを生成する場合、バイオマスの炭素収率は、[(40×0.906)/(500×0.40)]=18.1%となる。COの質量は計算に入れていないことに留意。 The term “yield” is used herein to refer to the amount of reactant flowing into the reactor divided by the amount of product leaving the reactor, and is usually expressed as a percentage or fraction. Yields are often calculated based on mass basis, carbon basis, or specific feed component basis. Mass yield is the mass of a particular product divided by the weight of the raw material used to prepare the product. For example, if 500 g of biomass is fed to the reactor and 45 g of p-xylene is produced, the mass yield of p-xylene is 45/500 = 9%. Carbon yield is the mass of carbon found in a particular product divided by the mass of carbon in the feed to the reactor. For example, if 500 g of biomass containing 40% carbon reacts to produce 45 g of p-xylene containing 90.6% carbon, the carbon yield is [(45 × 0.906. ) / (500 × 0.40)] = 20.4%. Carbon yield from biomass is the mass of carbon found in a particular product divided by the mass of carbon fed to the reactor in a particular feed component. For example, 500 grams of 40% by reacting C0 2 biomass 100 grams comprising carbon, and (comprising 90.6% carbon) when generating a p- xylene 40 g, the carbon of the biomass The yield is [(40 × 0.906) / (500 × 0.40)] = 18.1%. Note that the mass of CO 2 is not taken into account.

また、本明細書に記載された態様は、触媒熱分解を行うために用いられる化学プロセス設計を含んでいてよい。当該プロセスは、1つ以上の流動床リアクター(例えば、循環流動床リアクター、乱流流動床リアクター、バブリング流動床リアクター等)の使用を含んでいてよい。本明細書で記載されるプロセス設計は、任意には1つ以上のリアクターに供給される材料の特殊な操作を含んでいてよい。例えば、リアクターに材料を供給する前に、供給材料を乾燥させ、冷却させ、および/または粉砕してよい。本発明の他の態様は、本明細書に記載されるプロセス設計を用いて生成される生成物組成物に関するものであってよい。   The embodiments described herein may also include a chemical process design used to perform catalytic pyrolysis. The process may include the use of one or more fluidized bed reactors (eg, circulating fluidized bed reactor, turbulent fluidized bed reactor, bubbling fluidized bed reactor, etc.). The process design described herein may optionally include special handling of materials fed to one or more reactors. For example, the feed material may be dried, cooled, and / or ground prior to feeding the material to the reactor. Other aspects of the invention may relate to product compositions produced using the process design described herein.

全体的な熱/触媒変換プロセスの特定のアクションモード又は工程の順序に縛られることなく、触媒熱分解は、1つ以上の熱分解生成物(例えば、揮発性有機物、ガス、固体コークス等)を生成するための炭化水素系材料(例えば、セルロースなどの固形バイオマス)の少なくとも部分的な熱分解、および、流動性炭化水素生成物を生成するのに十分な反応条件下で触媒を使用した1つ以上の熱分解生成物の少なくとも一部の触媒反応を含んで成ると考えられている。触媒反応は、揮発性有機物が例えば一酸化炭素、二酸化炭素、水およびコークスに加えて、芳香族等のp−キシレンおよび他の炭化水素、およびオレフィンに転化される触媒(例えば、ゼオライト触媒)内に揮発性有機物を入れることを含んでよい。触媒との接触中または接触の際、熱分解生成物は、オレフィン、CO、COおよび水につながる一連の脱水、脱カルボニル化、脱カルボキシル化、異性化、オリゴマー化、および脱水素化反応を受けてよい。 Without being bound to a particular action mode or sequence of steps in the overall thermal / catalytic conversion process, catalytic pyrolysis can produce one or more pyrolysis products (eg, volatile organics, gas, solid coke, etc.). One using a catalyst under reaction conditions sufficient to produce at least partial pyrolysis of a hydrocarbonaceous material to produce (eg, solid biomass such as cellulose) and a fluid hydrocarbon product It is believed to comprise at least a portion of the catalytic reaction of the above pyrolysis product. Catalytic reactions occur in catalysts where volatile organics are converted to p-xylene and other hydrocarbons, such as aromatics, and olefins (eg, zeolite catalysts) in addition to carbon monoxide, carbon dioxide, water and coke, for example. May contain volatile organics. During or upon contact with the catalyst, the pyrolysis product undergoes a series of dehydration, decarbonylation, decarboxylation, isomerization, oligomerization, and dehydrogenation reactions leading to olefins, CO, CO 2 and water. You can receive it.

本明細書中で供される触媒は、キシレン中のp−キシレンに対して少なくとも約40%、少なくとも約45%、少なくとも約50%、または少なくとも約55%、または少なくとも約60%、少なくとも約65%、少なくとも約70%、少なくとも約75%、約少なくとも約80%、少なくとも約85%、または少なくとも90%の相対的に高い選択性を有するキシレンを生成するのに特に適したものであってよい。   The catalyst provided herein is at least about 40%, at least about 45%, at least about 50%, or at least about 55%, or at least about 60%, at least about 65, relative to p-xylene in xylene. %, At least about 70%, at least about 75%, about at least about 80%, at least about 85%, or at least 90% may be particularly suitable for producing xylene having a relatively high selectivity. .

図1Aは、本発明の方法により、触媒熱分解を行うために使用される典型的な化学プロセス設計の概略図を含んで成る。当該プロセスは、CFPプロセスを含み得る。図1Aを参照すると、供給ストリーム10は、リアクター20に供給され得る固形炭化水素系材料を含んでいる。固形炭化水素系材料は、少なくとも炭素と水素を概して含んで成ってよい。特定の固形炭化水素系材料(例えば木材)では、炭素が質量で最も多い成分であってもよく、(例えば、グルコース等)の他の場合では、酸素が炭素よりもより多くあってよい。また、特定の固形炭化水素系材料は、窒素および硫黄などの他の要素の割合が相対的に小さいものを含んでよい。   FIG. 1A comprises a schematic diagram of a typical chemical process design used to perform catalytic pyrolysis according to the method of the present invention. The process can include a CFP process. Referring to FIG. 1A, the feed stream 10 includes solid hydrocarbonaceous material that can be fed to the reactor 20. The solid hydrocarbonaceous material may generally comprise at least carbon and hydrogen. In certain solid hydrocarbonaceous materials (eg wood), carbon may be the most abundant component in mass, and in other cases (eg glucose etc.) there may be more oxygen than carbon. Further, the specific solid hydrocarbon-based material may include a material having a relatively small ratio of other elements such as nitrogen and sulfur.

リアクターへの供給ストリームはオレフィンを含んでなくてよい、または(例えばオレフィンはリアクターに供給される反応物質の総重量の約1重量%未満、約0.1重量%未満、または約0.01重量%未満を構成するように、)わずかな量のオレフィンを含んで成ってよい。しかしながら、他の態様では、オレフィンは、1つ以上の反応物質供給ストリーム中に存在してもよい。   The feed stream to the reactor may be free of olefins, or (eg, olefins are less than about 1%, less than about 0.1%, or about 0.01% by weight of the total weight of reactants fed to the reactor. It may comprise a small amount of olefins so that it comprises less than%. However, in other embodiments, olefins may be present in one or more reactant feed streams.

(図1Aの供給ストリーム10中の)固形炭化水素系材料供給組成物は、固形炭化水素系材料と触媒の混合物を含んで成ってよい。混合物は、例えば、固形触媒及び固形炭化水素系材料を含んで成ってよい。他の態様では、触媒は、(例えば、独立した触媒入口を介して触媒を供給することによって、)固形炭化水素系材料とは別に供されてよい。種々の触媒を使用してよい。例えば、ある例では、シリカとアルミナのモル比を変化させ、および/または細孔サイズおよび/または細孔開口サイズを変化させ、および/または触媒活性金属および/または金属酸化物を変化させたゼオライト触媒を用いてよい。   The solid hydrocarbonaceous material feed composition (in feed stream 10 of FIG. 1A) may comprise a mixture of solid hydrocarbonaceous material and catalyst. The mixture may comprise, for example, a solid catalyst and a solid hydrocarbonaceous material. In other embodiments, the catalyst may be provided separately from the solid hydrocarbonaceous material (eg, by supplying the catalyst via a separate catalyst inlet). A variety of catalysts may be used. For example, in some instances, zeolites with varying silica to alumina molar ratios and / or varying pore size and / or pore opening size and / or varying catalytically active metals and / or metal oxides A catalyst may be used.

水分12は、例えば任意の乾燥機14により、リアクターに供給される前に固形炭化水素系供給原料組成物から除去されてよい。固形炭化水素系材料供給ストリームからの水分の除去は、いくつかの理由で有利であり得る。例えば、供給ストリーム中の水分は、熱分解を達成するのに十分に高い温度にまで固形炭化水素系材料を加熱するために追加のエネルギー入力を必要とし得る。固形炭化水素系供給原料の水分含量の変化は、リアクターの温度を制御するのに困難をもたらし得る。更に、固形炭化水素供給原料からの水分の除去は、後の処理工程の間に水を処理する必要性を低減または排除することができる。   Moisture 12 may be removed from the solid hydrocarbonaceous feed composition prior to being fed to the reactor, for example by an optional dryer 14. The removal of moisture from the solid hydrocarbonaceous material feed stream can be advantageous for several reasons. For example, moisture in the feed stream may require additional energy input to heat the solid hydrocarbonaceous material to a temperature high enough to achieve pyrolysis. Changes in the moisture content of the solid hydrocarbon feed can lead to difficulties in controlling the reactor temperature. Furthermore, the removal of moisture from the solid hydrocarbon feed can reduce or eliminate the need to treat the water during subsequent processing steps.

固形炭化水素系供給原料組成物は、約10重量%未満、約5重量%未満、約2重量%未満、または約1重量%未満の水を含んで成るまで、固形炭化水素系供給原料組成物を乾燥させてよい。供給原料組成物から水を除去することができる適当な装置は、当業者に知られている。例として、乾燥機は、固形炭化水素系供給原料組成物が連続的に、半連続的に、または定期的に通過する、特定の温度(例えば、少なくとも約80℃、少なくとも約100℃、少なくとも約150℃、またはそれ以上の温度)に加熱されたオーブンを有して成ってよい。乾燥機は、固形炭化水素系供給原料組成物がバッチとして処理されてよい真空チャンバーを有して成ってよい。乾燥は、真空操作に高温を組み合わせてよい。乾燥機は、リアクターに一体的に接続されてもよいし、リアクターとは別のユニットとして供されてもよい。   The solid hydrocarbon feedstock composition until the solid hydrocarbon feedstock composition comprises less than about 10 wt%, less than about 5 wt%, less than about 2 wt%, or less than about 1 wt% water. May be dried. Suitable equipment that can remove water from the feed composition is known to those skilled in the art. By way of example, the dryer may be at a specific temperature (eg, at least about 80 ° C., at least about 100 ° C., at least about at least) where the solid hydrocarbonaceous feed composition passes continuously, semi-continuously, or periodically. It may comprise an oven heated to a temperature of 150 ° C. or higher. The dryer may comprise a vacuum chamber in which solid hydrocarbon feedstock composition may be processed as a batch. Drying may combine high temperature with vacuum operation. The dryer may be integrally connected to the reactor or may be provided as a separate unit from the reactor.

固形炭化水素系供給原料組成物の粒子サイズは、リアクターに固形炭化水素供給原料を通過させる前に、任意の粉砕システム16で減少させてよい。粉砕システムを出ていく粉砕された固形炭化水素系供給原料組成物の平均径は、粉砕システムに供給される原料組成物の平均径の約50%以下、約25%以下、約10%以下、約5%以下、約2%以下含んでいてよい。大きな粒子の固形炭化水素供給材は、小さな粒子の供給材よりもより容易に輸送でき、および扱いやすいかもしれない。一方、ある場合では、リアクターに小粒子の固形炭化水素系材料を供給することが有利であり得る。粉砕システムの使用により、ソースとプロセスとの間で大きな粒子の固形炭化水素系供給原料の輸送を可能にし、リアクターに小さな粒子の供給を可能にする。   The particle size of the solid hydrocarbon feedstock composition may be reduced with an optional grinding system 16 prior to passing the solid hydrocarbon feedstock through the reactor. The average diameter of the pulverized solid hydrocarbon feedstock composition exiting the pulverization system is about 50% or less, about 25% or less, about 10% or less of the average diameter of the raw material composition fed to the pulverization system, It may contain about 5% or less, about 2% or less. Large particle solid hydrocarbon feeds may be easier to transport and handle than small particle feeds. On the other hand, in some cases it may be advantageous to feed the reactor with small particulate solid hydrocarbonaceous material. The use of a grinding system allows the transport of large particles of solid hydrocarbonaceous feedstock between the source and the process and allows the supply of small particles to the reactor.

固形炭化水素系供給原料組成物を粉砕することができる適当な装置は、当業者に知られている。例えば、粉砕システムは、工業用ミル(例えば、ハンマーミル、ボールミル等)、ブレード付ユニット(例えば、チッパー、シュレッダーなど)、または任意の他の適当なタイプの粉砕システムを含んでいてよい。粉砕システムは、冷却システム(例えば、ポンプ式流体熱交換器などの能動冷却システム、フィンを含んで成る能動冷却システムなど)を含んでいてよく、リアクターに固形炭化水素系供給原料組成物を導入する前に相対的に低い温度(例えば、周囲温度)で固形炭化水素系供給原料組成物を維持するために使用されてよい。粉砕システムは、リアクターに一体的に接続されてもよいし、リアクターとは別のユニットとして供されてもよい。粉砕工程は、図1Aの乾燥工程後に示されているが、これらの操作の順序は、ある態様では逆であってもよい。更に他の態様では、乾燥および粉砕工程は、一体型ユニットを用いてなされてよい。   Suitable equipment capable of grinding the solid hydrocarbon feedstock composition is known to those skilled in the art. For example, the grinding system may include an industrial mill (eg, hammer mill, ball mill, etc.), a bladed unit (eg, chipper, shredder, etc.), or any other suitable type of grinding system. The grinding system may include a cooling system (eg, an active cooling system such as a pumped fluid heat exchanger, an active cooling system comprising fins, etc.) and introduces a solid hydrocarbonaceous feed composition into the reactor. It may be used to maintain a solid hydrocarbonaceous feed composition at a relatively low temperature (eg, ambient temperature) previously. The grinding system may be integrally connected to the reactor or may be provided as a unit separate from the reactor. Although the grinding process is shown after the drying process of FIG. 1A, the order of these operations may be reversed in certain embodiments. In yet another aspect, the drying and grinding steps may be done using an integral unit.

固形炭化水素系材料の粉砕及び冷却は、別々のユニットを用いて達成されてよい。固形炭化水素系材料の冷却は、例えばリアクターに固形炭化水素系材料を通す前に、固形炭化水素系供給材の望ましくない分解を減少または防止するために望ましい。固形炭化水素系材料は、粉砕された固形炭化水素系材料を生成するために粉砕システムに通してよい。粉砕された固形炭化水素系材料は、粉砕システムから冷却システムを通って、冷却されてよい。固形炭化水素系材料は、リアクターに固形炭化水素系材料を導入する前に、約300℃、約200℃、約100℃、約75℃、約50℃、約35℃または約20℃よりも低い温度まで冷却されてよい。冷却システムは、固形炭化水素系材料の温度を低下させることができるアクティブ冷却ユニット(例えば、熱交換器)を有して成ってよい。2つ以上の乾燥、粉砕システム、および冷却システムが、単一のユニットで組み合わされてもよい。冷却システムは、1つ以上のリアクターと直接一体化されてもよい。   Grinding and cooling of the solid hydrocarbonaceous material may be accomplished using separate units. Cooling of the solid hydrocarbonaceous material is desirable, for example, to reduce or prevent undesirable decomposition of the solid hydrocarbonaceous feedstock prior to passing the solid hydrocarbonaceous material through the reactor. The solid hydrocarbonaceous material may be passed through a grinding system to produce a ground solid hydrocarbonaceous material. The ground solid hydrocarbonaceous material may be cooled from the grinding system through a cooling system. The solid hydrocarbonaceous material is less than about 300 ° C, about 200 ° C, about 100 ° C, about 75 ° C, about 50 ° C, about 35 ° C or about 20 ° C before introducing the solid hydrocarbonaceous material into the reactor. It may be cooled to temperature. The cooling system may comprise an active cooling unit (eg, a heat exchanger) that can reduce the temperature of the solid hydrocarbonaceous material. Two or more drying, grinding systems, and cooling systems may be combined in a single unit. The cooling system may be directly integrated with one or more reactors.

炭化水素系材料は、リアクター20に移送されてよい。ある例では、リアクターは、1つ以上の熱分解生成物を生成するのに十分な反応条件下で、炭化水素系材料を含んで成る第1反応物質の少なくとも一部の触媒熱分解を行うために使用されてもよい。図1Aの例示態様では、リアクターは、当業者に知られている任意の適当なリアクターを有して成る。例えば、ある例では、リアクターは、とりわけ、連続攪拌槽型リアクター(CSTR)、回分式リアクター、半回分式リアクターまたは固定床リアクターを含んでいてよい。ある例では、リアクターは、流動床リアクター、例えば循環流動床リアクターを含んでいる。ある例では、流動床リアクターは、熱分解および/またはその後の反応の間触媒と固形炭化水素系材料の改善された混合を供してよく、形成された反応生成物の制御の向上につながり得る。また、流動床リアクターの使用は、リアクター内での改善された熱伝達をもたらし得る。更に、ある例では、流動床リアクター中での改善された混合により、触媒に付着したコークスの量が減少され、それによって触媒失活が減少されることにつながってよい。   The hydrocarbonaceous material may be transferred to the reactor 20. In one example, the reactor is for performing catalytic pyrolysis of at least a portion of a first reactant comprising a hydrocarbonaceous material under reaction conditions sufficient to produce one or more pyrolysis products. May be used. In the exemplary embodiment of FIG. 1A, the reactor comprises any suitable reactor known to those skilled in the art. For example, in certain examples, the reactor may include, among other things, a continuous stirred tank reactor (CSTR), a batch reactor, a semi-batch reactor, or a fixed bed reactor. In one example, the reactor includes a fluidized bed reactor, such as a circulating fluidized bed reactor. In one example, the fluidized bed reactor may provide improved mixing of the catalyst and solid hydrocarbonaceous material during pyrolysis and / or subsequent reaction, which may lead to improved control of the reaction products formed. Also, the use of a fluidized bed reactor can result in improved heat transfer within the reactor. Further, in certain instances, improved mixing in a fluidized bed reactor may lead to a reduction in the amount of coke deposited on the catalyst, thereby reducing catalyst deactivation.

リアクターは本明細書に記載された方法を行うために任意の適したサイズを有していてよい。例えば、リアクターは、約0.1〜1L、1〜50L、50〜100L、100〜250L、250〜500L、500〜1000L、1000〜5000L、5000〜10,000L 、または10,000〜50,000Lの容積を有していてよい。ある例では、リアクターは約1Lよりも大きく、他の例では、約10L、50L、100L、250L、500L、1000Lまたは10,000Lより大きい体積を有していてよい。また、約50,000Lよりも大きいリアクター体積も可能であってよい。リアクターは、円筒形状、球形状、または他の任意の適当な形状であってよい。   The reactor may have any suitable size for performing the methods described herein. For example, the reactor is about 0.1-1 L, 1-50 L, 50-100 L, 100-250 L, 250-500 L, 500-1000 L, 1000-5000 L, 5000-10,000 L, or 10,000-50,000 L. May have a volume of. In some examples, the reactor may have a volume that is greater than about 1L, and in other examples, greater than about 10L, 50L, 100L, 250L, 500L, 1000L, or 10,000L. A reactor volume greater than about 50,000 L may also be possible. The reactor may be cylindrical, spherical, or any other suitable shape.

反応条件およびシステム成分の特定の組み合わせが本明細書に記載された方法およびシステムで行われる際、高収率の所望の生成物形成、低収率のコークス形成、および/またはより制御された生成物形成(他の生成物に対してp−キシレンの高生成)が達成され得る。例えば、(固形炭化水素系材料及び/又は流動化流体の)正規化質量空間速度、リアクターおよび/または固体分離装置(又はセパレーター)の温度、リアクター圧、供給ストリームの加熱速度、触媒と固形炭化水素系材料の質量比、リアクター内での炭化水素系材料の滞留時間、固体分離装置中での反応生成物の滞留時間、及び/又は触媒のタイプ(並びにシリカとアルミナのモル比及び細孔状の開口サイズ)は、以下に説明するように、有益な結果を達成するように制御されてよい。   High yields of desired product formation, low yields of coke formation, and / or more controlled production when certain combinations of reaction conditions and system components are performed in the methods and systems described herein. Product formation (high production of p-xylene over other products) can be achieved. For example, normalized mass space velocity (for solid hydrocarbonaceous materials and / or fluidizing fluid), reactor and / or solid separator (or separator) temperature, reactor pressure, feed stream heating rate, catalyst and solid hydrocarbon The mass ratio of the system material, the residence time of the hydrocarbon material in the reactor, the residence time of the reaction product in the solid separator, and / or the type of catalyst (as well as the molar ratio of silica and alumina and the pore size (Aperture size) may be controlled to achieve beneficial results, as described below.

リアクターは、任意の適当な温度で操作されてよい。ある例では、多くの従来の触媒熱分解システムで典型的に使用される温度と比較して、中間の温度でリアクターを操作することが望ましい場合がある。例えば、リアクターを約400℃〜約600℃、約425℃〜約500℃、または約440℃〜約460℃の温度で操作されてよい。これらの中間温度でリアクターを操作することにより、望ましい生成物の量を最大化することが可能となる。しかしながら、本発明は、そのような中間温度の使用に限定されず、他の態様では、より低いおよび/またはより高い温度を使用することができる。   The reactor may be operated at any suitable temperature. In certain instances, it may be desirable to operate the reactor at an intermediate temperature compared to the temperatures typically used in many conventional catalytic pyrolysis systems. For example, the reactor may be operated at a temperature of about 400 ° C to about 600 ° C, about 425 ° C to about 500 ° C, or about 440 ° C to about 460 ° C. By operating the reactor at these intermediate temperatures, it is possible to maximize the amount of desired product. However, the present invention is not limited to the use of such intermediate temperatures, and in other embodiments, lower and / or higher temperatures can be used.

また、リアクターは任意の適当な圧力で操作されてよい。リアクターは、少なくとも約100kPa、または少なくとも約200kPa、少なくとも約300kPa、または少なくとも約400kPaの圧力で操作されてよい。リアクターは、約600kPa未満、約400kPa未満、又は約200kPa未満の圧力で操作されてよい。リアクターは、約100〜約600kPa、約100〜約400kPa、または約100〜約200kPaの圧力で操作されてよい。しかしながら、本発明は、そのような圧力の使用に限定されず、他の態様では、より低いおよび/またはより高い圧力を用いてよい。   The reactor may also be operated at any suitable pressure. The reactor may be operated at a pressure of at least about 100 kPa, or at least about 200 kPa, at least about 300 kPa, or at least about 400 kPa. The reactor may be operated at a pressure of less than about 600 kPa, less than about 400 kPa, or less than about 200 kPa. The reactor may be operated at a pressure of about 100 to about 600 kPa, about 100 to about 400 kPa, or about 100 to about 200 kPa. However, the invention is not limited to the use of such pressures, and in other embodiments lower and / or higher pressures may be used.

供給ストリームがリアクターに入る際、相対的に速い速度で供給ストリームを加熱することが有利であり得る。速い(又は高い)加熱速度は多くの理由のために有利であり得る。例えば、速い加熱速度により、触媒反応部位へバルク固形炭化水素系材料からの反応物質の物質移動速度が高まり得る。これは、例えば、概して望ましくない生成物(例えば、コークス)に固形炭化水素系材料及び/又は第2の反応物質を完全に熱分解させる前に、触媒中に固形炭化水素系材料の熱分解の間に形成された揮発性有機化合物の導入を容易にすることができる。更に、速い加熱速度により、反応物質が低温(すなわち、供給原料の温度と所望の反応温度との間の温度)にさらされる時間量が減じられ得る。反応物質を低温に長期にさらすと、望ましくない分解および/または反応経路を介して、望ましくない生成物の形成がもたらされ得る。リアクターに入る際に供給ストリームを加熱するための適当な加熱速度の例としては、約50℃/秒より大きい、約100℃/秒より大きい、約200℃/秒より大きい、約300℃/秒より大きい、約400℃/秒より大きい、約500℃/秒より大きい、約600℃/秒より大きい、約700℃/秒より大きい、約800℃/秒より大きい、約900℃/秒より大きい、約1000℃/秒より大きい、又はこれらを上回る加熱速度が挙げられる。あるケースでは、反応物質は約500℃/秒〜約1000℃/秒の間の加熱速度で加熱されてよい。ある態様では、リアクターに入る際に供給ストリームを加熱するための加熱速度は約50℃/秒〜約1000℃ /秒、又は約50℃/秒〜約400℃/秒であってもよい。しかしながら、本発明は、そのような加熱速度を使用することに限定されず、他の態様では、より低いおよび/またはより高い加熱速度を使用することができる。   As the feed stream enters the reactor, it may be advantageous to heat the feed stream at a relatively fast rate. A fast (or high) heating rate may be advantageous for a number of reasons. For example, a fast heating rate can increase the mass transfer rate of reactants from the bulk solid hydrocarbonaceous material to the catalytic reaction site. This may be due to, for example, the pyrolysis of the solid hydrocarbonaceous material in the catalyst prior to complete pyrolysis of the solid hydrocarbonaceous material and / or the second reactant to a generally undesirable product (eg, coke). The introduction of volatile organic compounds formed therebetween can be facilitated. Furthermore, the fast heating rate can reduce the amount of time that the reactants are exposed to a low temperature (ie, a temperature between the feed temperature and the desired reaction temperature). Prolonged exposure of the reactants to low temperatures can lead to undesirable product formation through undesirable degradation and / or reaction pathways. Examples of suitable heating rates for heating the feed stream upon entering the reactor include greater than about 50 ° C / second, greater than about 100 ° C / second, greater than about 200 ° C / second, about 300 ° C / second. Greater than about 400 ° C / second, greater than about 500 ° C / second, greater than about 600 ° C / second, greater than about 700 ° C / second, greater than about 800 ° C / second, greater than about 900 ° C / second Heating rates greater than or greater than about 1000 ° C./second. In some cases, the reactants may be heated at a heating rate between about 500 ° C./second and about 1000 ° C./second. In certain embodiments, the heating rate for heating the feed stream upon entering the reactor may be from about 50 ° C./second to about 1000 ° C./second, or from about 50 ° C./second to about 400 ° C./second. However, the present invention is not limited to using such heating rates, and in other embodiments, lower and / or higher heating rates can be used.

炭化水素系材料の正規化質量空間速度が、流動性炭化水素生成物の所望のアレー(又は配列)を選択的に生成するように選択されてよい。本明細書で使用するように、“正規化質量空間速度”という用語は、(例えば、g/時間で測定される)成分のリアクター内への質量流量を、(例えば、グラムで測定される)リアクター内の触媒の質量で割ったものとして規定され、および時間の逆数の単位を有する。例えば、リアクターに供給される固形炭化水素系材料の正規化質量空間速度は、リアクター内への固形炭化水素系材料の質量流量をリアクター内の触媒の質量で割ったものとして算出され得る。リアクター内の成分(例えば、炭化水素系材料)の正規化質量空間速度は、使用されるリアクターのタイプに応じて異なる方法を用いて算出され得る。例えば、回分式または半回分式リアクターを使用するシステムにおいて、固形炭化水素系材料はリアクターに連続的に供給されず、固形炭化水素系材料は正規化質量空間速度を有していない。触媒が反応の間にリアクター(例えば、循環流動床リアクター)に供給されおよび/またはリアクターから取り出されるシステムの場合、正規化質量空間速度は、一定期間の操作(例えば、定常状態動作)中リアクターの容積内の触媒の平均量を計算することにより決定することができる。   The normalized mass space velocity of the hydrocarbonaceous material may be selected to selectively produce the desired array (or array) of flowable hydrocarbon products. As used herein, the term “normalized mass space velocity” refers to the mass flow rate of a component (eg, measured in g / hour) into the reactor (eg, measured in grams). It is defined as the catalyst mass in the reactor divided by and has units of reciprocal time. For example, the normalized mass space velocity of the solid hydrocarbonaceous material fed to the reactor can be calculated as the mass flow rate of the solid hydrocarbonaceous material into the reactor divided by the mass of the catalyst in the reactor. The normalized mass space velocity of the components in the reactor (eg, hydrocarbonaceous material) can be calculated using different methods depending on the type of reactor used. For example, in a system using a batch or semi-batch reactor, solid hydrocarbonaceous material is not continuously fed to the reactor and the solid hydrocarbonaceous material does not have a normalized mass space velocity. For systems where the catalyst is fed into and / or removed from the reactor (eg, a circulating fluidized bed reactor) during the reaction, the normalized mass space velocity is the value of the reactor during a period of operation (eg, steady state operation). It can be determined by calculating the average amount of catalyst in the volume.

リアクターに供給される炭化水素系材料の正規化質量空間速度は、約3時間−1以下、約2時間−1以下、約1.5時間−1以下、約0.9時間−1以下、約0.01時間−1〜約3時間−1、約0.01時間−1〜約2時間−1、約0.01時間−1〜約1.5時間−1、約0.01時間−1〜約0.9時間−1、約0.01時間−1〜約0.5時間−1、約0.1時間−1〜約0.9時間−1、又は約0.1時間−1〜約0.5時間−1の正規化質量空間速度でリアクターに供給される。しかしながら、本発明は、そのような正規化質量空間速度を使用することに限定されるものではなく、他の態様では、より低いおよび/またはより高い正規化質量空間速度を使用することができる。 The normalized mass space velocity of the hydrocarbonaceous material fed to the reactor is about 3 hours- 1 or less, about 2 hours- 1 or less, about 1.5 hours- 1 or less, about 0.9 hours- 1 or less, about 0.01 hours- 1 to about 3 hours- 1 , about 0.01 hours- 1 to about 2 hours- 1 , about 0.01 hours- 1 to about 1.5 hours- 1 , about 0.01 hours- 1 About 0.9 hours −1 , about 0.01 hours −1 to about 0.5 hours −1 , about 0.1 hours −1 to about 0.9 hours −1 , or about 0.1 hours −1 The reactor is fed with a normalized mass space velocity of about 0.5 hours- 1 . However, the invention is not limited to using such normalized mass space velocities, and in other embodiments, lower and / or higher normalized mass space velocities can be used.

リアクター内の反応物質(例えば、炭化水素系材料)の滞留時間(すなわち、反応物質滞留時間)が、少なくとも約1秒、少なくとも約2秒、少なくとも約5秒、少なくとも約7秒、少なくとも約10秒、少なくとも約15秒、少なくとも約20秒、少なくとも約25秒、少なくとも約30秒、少なくとも約60秒、少なくとも約120秒、少なくとも約240秒、又は少なくとも約480秒であってよい。ある場合では、リアクター内の反応物(例えば、炭化水素系材料)の滞留時間は、約5分未満、約1秒〜約4分、約2秒〜約4分、約5秒〜約4分、約7秒〜約4分、約10秒〜約4分、約12秒〜約4分、約15秒〜約4分、約20秒〜約4分、約30秒〜約4分、又は約60秒〜約4分であってよい。
前述の“急速熱分解”の研究は、多くの場合非常に短い反応物質滞留時間(例えば、2秒未満)を有するシステムを用いた。しかしながら、ある場合では、相対的に長い滞留時間の使用は、望ましい生成物を形成するための追加の化学反応を可能とし得る。長い滞留時間は、例えば、リアクターの体積を増加させ、および/または炭化水素系材料の体積流量を減少させることによって達成され得る。しかしながら、本明細書に記載されたある態様では、反応物質(例えば、炭化水素系材料)の滞留時間は相対的に短く、例えば、約2秒未満、又は約1秒未満であってよい。
The residence time (ie, reactant residence time) of the reactant (eg, hydrocarbonaceous material) within the reactor is at least about 1 second, at least about 2 seconds, at least about 5 seconds, at least about 7 seconds, at least about 10 seconds. At least about 15 seconds, at least about 20 seconds, at least about 25 seconds, at least about 30 seconds, at least about 60 seconds, at least about 120 seconds, at least about 240 seconds, or at least about 480 seconds. In some cases, the residence time of the reactant (eg, hydrocarbonaceous material) in the reactor is less than about 5 minutes, about 1 second to about 4 minutes, about 2 seconds to about 4 minutes, about 5 seconds to about 4 minutes. From about 7 seconds to about 4 minutes, from about 10 seconds to about 4 minutes, from about 12 seconds to about 4 minutes, from about 15 seconds to about 4 minutes, from about 20 seconds to about 4 minutes, from about 30 seconds to about 4 minutes, or It may be from about 60 seconds to about 4 minutes.
The aforementioned “rapid pyrolysis” studies often used systems with very short reactant residence times (eg, less than 2 seconds). However, in some cases, the use of relatively long residence times may allow additional chemical reactions to form the desired product. Long residence times can be achieved, for example, by increasing the volume of the reactor and / or decreasing the volumetric flow rate of the hydrocarbonaceous material. However, in certain aspects described herein, the residence time of the reactant (eg, hydrocarbonaceous material) may be relatively short, for example, less than about 2 seconds, or less than about 1 second.

リアクター中の熱分解生成物(例えば、熱分解蒸気)と触媒との接触時間は、少なくとも約1秒、少なくとも約2秒、少なくとも約5秒、少なくとも約7秒、少なくとも約10秒、少なくとも約15秒、少なくとも約20秒、少なくとも約25秒、少なくとも約30秒、少なくとも約60秒、少なくとも約120秒、少なくとも約240秒、又は少なくとも約480秒であってよい。当該接触時間は、約5分未満、約1秒〜約4分、約2秒〜約4分、約5秒〜約4分、約7秒〜約4分、約10秒〜約4分、約12秒〜約4分、約15秒〜約4分、約20秒〜約4分、約30秒〜約4分、又は約60秒〜約4分であってよい。   The contact time between the pyrolysis product (eg, pyrolysis steam) and the catalyst in the reactor is at least about 1 second, at least about 2 seconds, at least about 5 seconds, at least about 7 seconds, at least about 10 seconds, at least about 15 Second, at least about 20 seconds, at least about 25 seconds, at least about 30 seconds, at least about 60 seconds, at least about 120 seconds, at least about 240 seconds, or at least about 480 seconds. The contact time is less than about 5 minutes, about 1 second to about 4 minutes, about 2 seconds to about 4 minutes, about 5 seconds to about 4 minutes, about 7 seconds to about 4 minutes, about 10 seconds to about 4 minutes, It may be from about 12 seconds to about 4 minutes, from about 15 seconds to about 4 minutes, from about 20 seconds to about 4 minutes, from about 30 seconds to about 4 minutes, or from about 60 seconds to about 4 minutes.

流動床リアクターが使用されるある例では、リアクター中の供給原料(例えば、固形炭化水素系材料)を、リアクターを通して流体ストリームを流すことによって流動化させてよい。図1Aの典型的な態様では、流体ストリーム44は、リアクター20内で供給原料を流動化するために使用される。流体は、流体源24からおよび/またはコンプレッサ26を通じてリアクターの生成ストリームから流体ストリームに供給されてよい。本明細書で使用する際、“流体”という用語は、一般的に液体、超臨界または気体の状態である原料を意味する。しかしながら、流体は、例えば、懸濁粒子またはコロイド粒子などの固形物を含んで成ってよい。ある態様では、リアクター内の流動化流体の滞留時間を制御することが有利であり得る。流動化流体の滞留時間は、リアクターの容積を流動化流体の体積流量で割ったものして規定され得る。流動化流体の滞留時間は、少なくとも約0.1秒、少なくとも約0.2秒、少なくとも約0.5秒、少なくとも約1秒、少なくとも約2秒、少なくとも約3秒、少なくとも約4秒、少なくとも約5秒、少なくとも約6秒、少なくとも約8秒、少なくとも約10秒、少なくとも約12秒、少なくとも約24秒、または少なくとも約48秒であってよい。流動化流体の滞留時間は、約0.1秒〜約48秒、約0.2秒〜約48秒、約0.5秒〜約480秒、約1秒〜約48秒、約3秒〜約48秒、約5秒〜約48秒、約6秒〜約48秒、約8秒〜約48秒、約10秒〜約48秒、約12秒〜約48秒、又は約24秒〜約48秒であってよい。   In one example where a fluidized bed reactor is used, the feedstock (eg, solid hydrocarbonaceous material) in the reactor may be fluidized by flowing a fluid stream through the reactor. In the exemplary embodiment of FIG. 1A, fluid stream 44 is used to fluidize the feedstock within reactor 20. Fluid may be supplied to the fluid stream from the fluid source 24 and / or from the reactor product stream through the compressor 26. As used herein, the term “fluid” means a raw material that is generally in a liquid, supercritical or gaseous state. However, the fluid may comprise solids such as, for example, suspended particles or colloidal particles. In certain embodiments, it may be advantageous to control the residence time of the fluidizing fluid in the reactor. The residence time of the fluidizing fluid can be defined as the volume of the reactor divided by the volumetric flow rate of the fluidizing fluid. The fluidizing fluid residence time is at least about 0.1 seconds, at least about 0.2 seconds, at least about 0.5 seconds, at least about 1 second, at least about 2 seconds, at least about 3 seconds, at least about 4 seconds, at least It may be about 5 seconds, at least about 6 seconds, at least about 8 seconds, at least about 10 seconds, at least about 12 seconds, at least about 24 seconds, or at least about 48 seconds. The fluidizing fluid residence time is about 0.1 second to about 48 seconds, about 0.2 seconds to about 48 seconds, about 0.5 seconds to about 480 seconds, about 1 second to about 48 seconds, about 3 seconds to About 48 seconds, about 5 seconds to about 48 seconds, about 6 seconds to about 48 seconds, about 8 seconds to about 48 seconds, about 10 seconds to about 48 seconds, about 12 seconds to about 48 seconds, or about 24 seconds to about It may be 48 seconds.

本発明において使用され得る適当な流動化流体としては、とりわけ、例えば、不活性ガス(例えば、ヘリウム、アルゴン、ネオン等)、水素、窒素、一酸化炭素、および二酸化炭素が挙げられる。   Suitable fluidizing fluids that can be used in the present invention include, for example, inert gases (eg, helium, argon, neon, etc.), hydrogen, nitrogen, carbon monoxide, and carbon dioxide.

図1Aの例示態様に示されるように、反応物質(例えば、固形炭化水素系材料)の反応中に形成された生成物(例えば、流動化炭化水素生成物)は生成ストリーム30を通じてリアクターを出る。反応生成物に加えて、生成ストリームは、ある場合では、未反応の反応物質、流動化流体、および/または触媒を含んで成ってよい。ある態様では、所望の反応生成物(例えば、液体芳香族炭化水素、オレフィン炭化水素、ガス状の生成物等)をリアクターの流出ストリームから回収してよい。   As shown in the exemplary embodiment of FIG. 1A, products (eg, fluidized hydrocarbon products) formed during the reaction of reactants (eg, solid hydrocarbonaceous material) exit the reactor through product stream 30. In addition to the reaction product, the product stream may in some cases comprise unreacted reactants, fluidizing fluid, and / or catalyst. In certain embodiments, desired reaction products (eg, liquid aromatic hydrocarbons, olefinic hydrocarbons, gaseous products, etc.) may be recovered from the reactor effluent stream.

図1Aの例示態様に示されるように、生成ストリーム30は、任意の固体分離装置32に供給されてよい。固体分離装置は、ある場合では、生成ストリーム中に存在する触媒(例えば、少なくとも部分的に失活した触媒)からの反応生成物を分離するために使用されてよい。更に、固体分離装置は、ある例では、触媒からコークスおよび/または灰を除去するために使用されてよい。ある態様では、固体分離装置は、固体分離装置からコークス、灰、および/または触媒をパージするために使用されてよい任意のパージストリーム33を含んでいてよい。   As shown in the exemplary embodiment of FIG. 1A, the product stream 30 may be fed to an optional solids separation device 32. A solid separator may be used in some cases to separate reaction products from a catalyst (eg, an at least partially deactivated catalyst) present in the product stream. Furthermore, the solids separator may be used in some instances to remove coke and / or ash from the catalyst. In certain embodiments, the solid separator may include an optional purge stream 33 that may be used to purge coke, ash, and / or catalyst from the solid separator.

固体分離および/または脱炭素工程を達成するために要求される装置は、当業者によって容易に設計され得る。例えば、固体分離装置は、容器の保持部と透過部を規定するメッシュ材を含んで成る容器を含んでいてよい。メッシュは、保持部内の触媒を保持すると共に反応生成物が透過部を通過し得るために役立ち得る。触媒はメッシュの保持側のポートを介して固体分離装置を出る一方、反応生成物はメッシュ透過側のポートから出ていってよい。固体分離装置および/または脱炭素装置の他の例は、カークオスマーの化学技術百科事典(オンライン)、11巻、ホーボーケン, N.J. ウィリー-インターサイエンス、2001−、700〜734頁、および、C. D.クーパーとF. C.アレイ大気汚染防止、デザインアプローチ、第2版プロスペクトハイツ、イリノイ州:ウェイブランドプレス株式会社、l994、127〜149頁により詳細に記載されており、これらは参照により本明細書に組み込まれる。   The equipment required to accomplish the solid separation and / or decarbonization process can be easily designed by those skilled in the art. For example, the solid separation device may include a container including a mesh material that defines a container holding portion and a permeation portion. The mesh can serve to retain the catalyst in the retainer and allow reaction products to pass through the permeate. The catalyst exits the solids separator through the mesh holding port while the reaction product may exit the mesh permeation port. Other examples of solid state separators and / or decarbonizers are Kirkusmer's Encyclopedia of Chemical Technology (online), Vol. 11, Hoboken, NJ. Willie-Interscience, 2001, pages 700-734, and C. D. Cooper and F. C. Array Air Pollution Prevention, Design Approach, 2nd Edition Prospect Heights, Illinois: Weibrand Press, Inc., l994, pages 127-149, which are described in more detail Which is incorporated herein by reference.

固体分離装置は任意の適当な温度で操作されてよい。ある態様では、固体分離装置は高温で操作されてよい。特定の反応のために、固体分離装置を高温にすることにより、リアクターからの化合物の追加の改質および/または反応を可能にすることができる。これにより、望ましい生成物形成を増加させることができる。いかなる理論にも束縛されるものではないが、固体分離装置内を高温にすることにより、吸熱改質反応をさせるのに十分なエネルギーが供され得ると考えられている。固体分離装置は、例えば、約25℃〜約200℃、約200℃〜約500℃、約500℃〜約600℃、または約600℃〜約800℃の温度で操作されてよい。ある場合では、固体分離装置は、少なくとも約500℃、少なくとも約600℃、少なくとも700℃、少なくとも800℃、またはそれ以上の温度で操作されてよい。   The solid separation device may be operated at any suitable temperature. In some embodiments, the solid separation device may be operated at an elevated temperature. For certain reactions, the solids separator can be elevated to allow additional modification and / or reaction of the compound from the reactor. This can increase the desired product formation. While not being bound by any theory, it is believed that sufficient energy can be provided to cause the endothermic reforming reaction by raising the temperature in the solid separator. The solid separation device may be operated at a temperature of, for example, about 25 ° C to about 200 ° C, about 200 ° C to about 500 ° C, about 500 ° C to about 600 ° C, or about 600 ° C to about 800 ° C. In some cases, the solid separation device may be operated at a temperature of at least about 500 ° C, at least about 600 ° C, at least 700 ° C, at least 800 ° C, or higher.

固体分離装置での触媒の滞留時間を制御することは有益であり得る。固体分離装置での触媒の滞留時間は、固体分離装置の容積を固体分離装置を通じる触媒の体積流量で割ったものと規定され得る。ある場合では、固体分離装置での触媒の相対的に長い滞留時間は、触媒からの灰、コークス、および/または他の望ましくない生成物の十分な量の除去を容易にするために所望され得る。更に、固体分離装置での触媒の相対的に長い滞留時間を採用することにより、熱分解生成物を望ましい生成物を生成するために更に反応させてよい。
固体分離装置での滞留時間および温度は、所望の生成ストリームが生成されるように一体的に選択されてよい。固体分離装置での触媒の滞留時間は、少なくとも約1秒、少なくとも約5秒、少なくとも約7秒、少なくとも約10秒、少なくとも約30秒、少なくとも約60秒、少なくとも約120秒、少なくとも約240秒、少なくとも約300秒、少なくとも約600秒、又は少なくとも1200秒程度であってよい。固体分離装置における触媒の滞留時間を制御するための方法は当業者に知られている。例えば、ある場合では、固形分離装置の内壁は、固体分離装置を通じる触媒の流れを制限及び/又は固体分離装置内の流体フローの経路(又はパス)長さを増大させる働きをするバッフルを有して成ってよい。追加的には又は代替的には、固体分離装置中の触媒の滞留時間は、(例えば、リアクターを通ずる流動化流体の流量を制御することで)固体分離装置を通ずる触媒の流量を制御することで制御されてよい。
It may be beneficial to control the residence time of the catalyst in the solids separator. The residence time of the catalyst in the solid separator can be defined as the volume of the solid separator divided by the volume flow of the catalyst through the solid separator. In some cases, a relatively long residence time of the catalyst in the solids separator may be desired to facilitate removal of a sufficient amount of ash, coke, and / or other undesirable products from the catalyst. . Further, by employing a relatively long residence time of the catalyst in the solids separator, the pyrolysis product may be further reacted to produce the desired product.
The residence time and temperature in the solids separator may be selected integrally so that the desired product stream is produced. The residence time of the catalyst in the solid separator is at least about 1 second, at least about 5 seconds, at least about 7 seconds, at least about 10 seconds, at least about 30 seconds, at least about 60 seconds, at least about 120 seconds, at least about 240 seconds. , At least about 300 seconds, at least about 600 seconds, or at least 1200 seconds. Methods for controlling the residence time of the catalyst in the solid separator are known to those skilled in the art. For example, in some cases, the inner wall of the solid separator has a baffle that serves to limit the flow of catalyst through the solid separator and / or increase the path length of the fluid flow within the solid separator. You can do it. Additionally or alternatively, the residence time of the catalyst in the solid separation device controls the flow rate of the catalyst through the solid separation device (eg, by controlling the flow rate of the fluidizing fluid through the reactor). It may be controlled by.

固体分離装置は任意の適当なサイズを有していてよい。例えば、固体分離装置は、約0.1〜1L、1〜50L、50〜100L、100〜250L、250〜500L、500〜1000L、1000〜5000L、5000〜10,000Lの体積を有していてよい。ある例では、固体分離装置は、約1Lよりも大きい体積を有していてよく、他の例では、約10L、50L、100L、250L、500L、1,000Lまたは10,000Lより大きい体積を有していてよい。また、50,000Lより大きい固体分離装置容積も可能である。固体分離装置は、円筒形、球形、または他の任意の形状であってよく、循環式又は非循環式であってよい。ある態様では、固体分離装置は、プロセスで使用される1つ以上のリアクターのために使用されるものと同様の容器または他のユニット操作を含んでいてよい。固体分離装置内の触媒の流路は任意の適切な形状を有して成ってよい。例えば、流路は実質的に直線状であってよい。ある場合では、固体分離装置は、蛇行、曲折、螺旋、または他の任意の適当な形状を有した流路を有して成ってよい。固体分離装置の流路長さ(又は、特定の態様では、固体分離装置を通る触媒の経路長さ)と固体分離装置のチャネルの平均径との比は、任意の適当な比を含んでいてよい。当該比は、少なくとも約2:1、少なくとも5:1、少なくとも10:1、少なくとも50:1、少なくとも100:1、又はそれ以上であってよい。   The solid separation device may have any suitable size. For example, the solid separator has a volume of about 0.1 to 1L, 1 to 50L, 50 to 100L, 100 to 250L, 250 to 500L, 500 to 1000L, 1000 to 5000L, 5000 to 10,000L. Good. In some examples, the solid separation device may have a volume greater than about 1 L, and in other examples, the solids separation device has a volume greater than about 10 L, 50 L, 100 L, 250 L, 500 L, 1,000 L, or 10,000 L. You can do it. Also, a solid separator volume greater than 50,000 L is possible. The solid separation device may be cylindrical, spherical, or any other shape, and may be cyclic or non-circular. In some embodiments, the solid separation device may include vessels or other unit operations similar to those used for one or more reactors used in the process. The catalyst flow path in the solid state separation device may have any suitable shape. For example, the flow path may be substantially straight. In some cases, the solid separation device may comprise a flow path having a meander, bend, spiral, or any other suitable shape. The ratio of the flow path length of the solid separator (or, in certain embodiments, the path length of the catalyst through the solid separator) to the average diameter of the solid separator channel includes any suitable ratio. Good. The ratio may be at least about 2: 1, at least 5: 1, at least 10: 1, at least 50: 1, at least 100: 1, or more.

固体分離装置は全ての態様で必要とされなくてよい。例えば、触媒固定床リアクターが用いられる状況では、触媒はリアクター内に保持されてよく、反応生成物は実質的に触媒を含まないリアクターを出てよく、それによって分離工程の必要性がなくなる。   A solid separation device may not be required in all embodiments. For example, in situations where a fixed catalyst bed reactor is used, the catalyst may be retained in the reactor and the reaction product may exit the reactor that is substantially free of catalyst, thereby eliminating the need for a separation step.

分離された触媒はストリーム34を介して固体分離装置を出てよい。分離された触媒の一部は、図1Aには示されていないが返送管(又はリターンパイプ)を介してリアクターに戻されてよい。固体分離装置を出る触媒は、少なくとも部分的に非活性化されてよい。分離された触媒は、少なくとも部分的に非活性化された任意の触媒を再活性化し得る再生器36に供給されてよい。再生器は、再生器からのコークス、灰、および/または触媒をパージするために使用されてよい任意のパージストリーム37を含んでいてよい。触媒を活性化するための方法は、例えば、参照により本明細書に組み込まれるカークオスマー化学技術百科事典(オンライン)、5巻、ホーボーケン, N.J.:ウィリ・インターサイエンス、2001〜、255頁〜322頁に記載されているように当業者に周知である。   The separated catalyst may exit the solids separator via stream 34. A portion of the separated catalyst may be returned to the reactor via a return pipe (or return pipe), not shown in FIG. 1A. The catalyst exiting the solids separator may be at least partially deactivated. The separated catalyst may be fed to a regenerator 36 that can reactivate any catalyst that has been at least partially deactivated. The regenerator may include an optional purge stream 37 that may be used to purge coke, ash, and / or catalyst from the regenerator. Methods for activating catalysts are described, for example, in the Kirk Osmer Chemical Technology Encyclopedia (online), Vol. 5, Hoboken, NJ: Willi Interscience, 2001-255, which is incorporated herein by reference. It is well known to those skilled in the art as described on pages 322.

触媒の一部は、(図1Aには示されていないが、)触媒出口部を通じてリアクターから除去されてよい。リアクターから除去された触媒は部分的に非活性化され、導管を介して通じて再生器36又は(図1Aには示されていない)別の再生器に通されてよい。再生された除去された触媒は、ストリーム47を介してリアクターに戻されてよく、または(図1Aには示されていない)別のストリームを介して、流動化ガスとは別にリアクターに戻されてよい。   A portion of the catalyst may be removed from the reactor through the catalyst outlet (not shown in FIG. 1A). The catalyst removed from the reactor may be partially deactivated and passed through a conduit to a regenerator 36 or another regenerator (not shown in FIG. 1A). The regenerated removed catalyst may be returned to the reactor via stream 47 or may be returned to the reactor separately from the fluidizing gas via another stream (not shown in FIG. 1A). Good.

例えば、図1Aに示すように、酸化剤は、ストリーム38を介して再生器に供給されてよい。酸化剤は、とりわけ、例えば酸素、大気、蒸気のタンクを含んで成る任意の供給源に由来してよい。再活性化された触媒は、再生器での酸化剤との反応を介して除去されてよい残留炭素および/またはコークスを含んで成ってよい。図1A中の再生器は、再生反応生成物、残留酸化剤等を含んで成るベントストリーム40を含んで成る。   For example, as shown in FIG. 1A, oxidant may be supplied to the regenerator via stream 38. The oxidant may be derived from any source comprising, for example, oxygen, air, steam tanks, among others. The reactivated catalyst may comprise residual carbon and / or coke that may be removed via reaction with an oxidant in the regenerator. The regenerator in FIG. 1A comprises a vent stream 40 comprising a regeneration reaction product, residual oxidant, and the like.

再生器は、リアクターまたは固体分離装置に関連して上述した任意の適当なサイズから成ってよい。更に、再生器は、ある場合では高温(例えば、少なくとも約300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃、またはそれ以上の温度)で操作されてよい。再生器での触媒の滞留時間は、上記で概説したものを含んで成る、当業者に周知の方法を用いて制御されてよい。再生器を通る触媒の質量流量は、システム内の質量バランスを維持するためにリアクターおよび/または固体分離装置内の流量に関連付けてよい。   The regenerator may be of any suitable size as described above in connection with the reactor or solid separation device. Further, the regenerator may be operated at elevated temperatures (eg, temperatures of at least about 300 ° C, 400 ° C, 500 ° C, 600 ° C, 700 ° C, 800 ° C, or higher) in some cases. The residence time of the catalyst in the regenerator may be controlled using methods well known to those skilled in the art, including those outlined above. The mass flow rate of the catalyst through the regenerator may be related to the flow rate in the reactor and / or solids separator to maintain the mass balance in the system.

再生触媒はストリーム42を通じて再生器から出されてよい。再生触媒は、再生ストリーム47を通じてリアクターに戻って再利用されてよい。ある場合では、触媒はシステムから失われ、または操作中に意図的に除去されてよい。追加で「補給(又は作成)された」触媒は、補給ストリーム46を介してシステムに追加されてよい。再生および補給触媒は、再生ストリーム47を介して流動化流体と共にリアクターに供給されてよい。又は、触媒と流動化流体は別々のストリームを介してリアクターに供給されてよい。   Regenerated catalyst may exit the regenerator through stream 42. The regenerated catalyst may be recycled back to the reactor through the regeneration stream 47. In some cases, the catalyst may be lost from the system or may be intentionally removed during operation. Additional “replenished (or created)” catalyst may be added to the system via a replenishment stream 46. The regeneration and make-up catalyst may be fed to the reactor along with the fluidizing fluid via regeneration stream 47. Alternatively, the catalyst and fluidizing fluid may be fed to the reactor via separate streams.

図1A中の固体分離装置32を参照すると、反応生成物(例えば、流動化炭化水素生成物)は、ストリーム48を介して固体分離装置を出ていってよい。ある場合では、ストリーム48の一部はパージストリーム60を介してパージされてよい。パージストリームの含有物は、システムから失われるエネルギーを回復するために、例えば、燃焼器又は水-ガスシフトリアクターに供給されてよい。ある場合では、ストリーム48中の反応生成物は、任意の凝縮器50に供給されてよい。凝縮器は、反応生成物の少なくとも一部をガス状から液状に凝縮する熱交換器を含んでいてよい。凝縮器は、反応生成物をガス状、液状、および固体状の留分(又はフラクション)に分離するために使用されてよい。凝縮器の操作は当業者に周知である。使用されてよい凝縮器の例としては、参照のため本明細書に組み入れられている、ペリー化学エンジニアハンドブック、第11節:“熱伝達装置”第8版、ニューヨーク:マグローヒル、2008でより詳細に記載されている。   Referring to solid separator 32 in FIG. 1A, the reaction product (eg, fluidized hydrocarbon product) may exit the solid separator via stream 48. In some cases, a portion of stream 48 may be purged via purge stream 60. The contents of the purge stream may be supplied to, for example, a combustor or a water-gas shift reactor to recover energy lost from the system. In some cases, the reaction product in stream 48 may be fed to optional condenser 50. The condenser may include a heat exchanger that condenses at least a part of the reaction product from a gaseous state to a liquid state. A condenser may be used to separate the reaction product into gaseous, liquid, and solid fractions (or fractions). The operation of condensers is well known to those skilled in the art. Examples of condensers that may be used are described in more detail in the Perry Chemical Engineer Handbook, Section 11: “Heat Transfer Device”, 8th Edition, New York: McGraw Hill, 2008, which is incorporated herein by reference. Have been described.

凝縮器は、生成ストリームの一部を凝縮するため圧力変化を利用してよい。図1Aでは、ストリーム54は、反応生成物(例えば、水、芳香族化合物、オレフィン化合物等)の液体留分を含んで成ってよく、ストリーム74は反応生成物のガス状留分(例えば、CO、CO、H等)。ある態様では、ガス状留分は蒸気回収システム70に供給されてよい。蒸気回収システムは、例えば、ストリーム74内の任意の所望の蒸気を回収し、ストリーム72を介して当該蒸気を輸送するために使用されてよい。更に、ストリーム76は、蒸気回収システムからCO、CO、および/または他の回収ができないガスを輸送するために使用されてよい。任意の蒸気回収システムは他の箇所に配置されてよい。例えば、ある態様では、蒸気回収システムは、パージストリーム54の下流に配置されてよい。当業者は、蒸気回収システムのための適切な配置を選択することが可能である。 The condenser may utilize pressure changes to condense a portion of the product stream. In FIG. 1A, stream 54 may comprise a liquid fraction of reaction products (eg, water, aromatics, olefin compounds, etc.) and stream 74 may be a gaseous fraction of reaction products (eg, CO 2). , CO 2, H 2, etc.). In some embodiments, the gaseous fraction may be supplied to the steam recovery system 70. The steam recovery system may be used, for example, to recover any desired steam in stream 74 and transport the steam through stream 72. Further, stream 76 may be used to transport CO, CO 2 , and / or other non-recoverable gases from the steam recovery system. Optional steam recovery systems may be located elsewhere. For example, in certain aspects, the steam recovery system may be located downstream of the purge stream 54. One skilled in the art can select an appropriate arrangement for the steam recovery system.

他の生成物(例えば、過剰ガス)が、ストリーム56を介して任意のコンプレッサ26に輸送されてよく、当該他の生成物はリアクター内で圧縮され、流動化ガスとして使用されてよく、および/または、当該他の生成物は炭化水素系材料をリアクター(ストリーム58)に輸送するのを助けてよく、またはリアクター(図示せず)に触媒を輸送するために使用されてよく、リアクターに追加の非固形原料を輸送するために使用されてよい。
ある例では、液体留分は更に処理されて、例えば、有機相から水相が分離されたり、個々の化合物が分離されたりしてよい。
Other products (eg, excess gas) may be transported via stream 56 to any compressor 26, which other products may be compressed in the reactor and used as fluidizing gas, and / or Alternatively, the other product may assist in transporting the hydrocarbonaceous material to the reactor (stream 58) or may be used to transport the catalyst to the reactor (not shown) for additional It may be used to transport non-solid raw materials.
In certain instances, the liquid fraction may be further processed, for example, separating the aqueous phase from the organic phase or separating individual compounds.

図1Aにより記載されている態様の一式はリアクター、固体分離装置、再生器、凝縮器等を含んでいるが、全ての態様がこれらの要素の使用を含んで成るものではない。例えば、ある態様では、供給ストリームを触媒固定床リアクターに供給し反応させ、反応生成物をリアクターから直接回収し、専用の凝縮器を使用せずに冷却してよい。ある例では、乾燥機、粉砕システム、固体分離装置、再生器、凝縮器、及び/又はコンプレッサがプロセスの一部として使用されてよく、これら要素の1つ以上は流体的におよび/または一体的にリアクターに接続されていない別のユニットを有して成ってよい。他の態様では、乾燥機、粉砕システム、固体分離装置、再生器、凝縮器、および/またはコンプレッサの1つ以上は存在しなくてもよい。ある態様では、所望の反応生成物は、生成プロセス中の任意の時点(例えば、リアクター通過後、分離後、凝縮後等)で回収されてよい。   The set of embodiments described by FIG. 1A includes reactors, solid state separators, regenerators, condensers, etc., but not all embodiments comprise the use of these elements. For example, in certain embodiments, a feed stream may be fed to and reacted with a catalyst fixed bed reactor and the reaction product may be recovered directly from the reactor and cooled without the use of a dedicated condenser. In certain instances, dryers, grinding systems, solid separators, regenerators, condensers, and / or compressors may be used as part of the process, one or more of these elements being fluidly and / or integral. May have a separate unit not connected to the reactor. In other embodiments, one or more of a dryer, a grinding system, a solids separator, a regenerator, a condenser, and / or a compressor may not be present. In certain embodiments, the desired reaction product may be recovered at any point during the production process (eg, after passage through the reactor, after separation, after condensation, etc.).

プロセスは、2つ以上のリアクターの使用を含んでいてよい。例えば、図1Bの典型的な態様に示すように、複数のリアクターは、直列および/または並列に操作するために、相互に流体連通して接続されてよい。当該プロセスは、第1リアクター内に固形炭化水素系材料を供する工程、および第1リアクター内で1つ以上の熱分解生成物を生成するのに十分な反応条件下で固形炭化水素系材料の少なくとも一部を熱分解させる工程を含んで成る。触媒は第1リアクターに供されてよく、第1リアクター内の1つ以上の熱分解生成物の少なくとも一部は、1つ以上の流動性炭化水素生成物を生成するのに十分な反応条件下で触媒を用いて触媒的に反応され得る。プロセスは、1つ以上の流動性炭化水素生成物を生成するのに十分な反応条件下で触媒を用いて、第2リアクター内の1つ以上の熱分解生成物の少なくとも一部を反応させる工程を更に含んでいてよい。第2リアクター内の1つ以上の熱分解生成物の少なくとも一部を触媒的に反応させた後、当該プロセスは、第2リアクター内で第1リアクターからの1つ以上の流動性炭化水素生成物の少なくとも一部を更に反応させて、1つ以上の他の炭化水素生成物の少なくとも一部を生成する工程を含んでいてよい。   The process may involve the use of more than one reactor. For example, as shown in the exemplary embodiment of FIG. 1B, multiple reactors may be connected in fluid communication with each other for operation in series and / or in parallel. The process includes providing a solid hydrocarbonaceous material in the first reactor, and at least a solid hydrocarbonaceous material under reaction conditions sufficient to produce one or more pyrolysis products in the first reactor. Comprising the step of thermally decomposing a portion. The catalyst may be provided to the first reactor and at least a portion of the one or more pyrolysis products in the first reactor is under reaction conditions sufficient to produce one or more fluid hydrocarbon products. Can be reacted catalytically with a catalyst. The process comprises reacting at least a portion of the one or more pyrolysis products in the second reactor with the catalyst under reaction conditions sufficient to produce one or more fluid hydrocarbon products. May further be included. After catalytically reacting at least a portion of the one or more pyrolysis products in the second reactor, the process includes one or more fluid hydrocarbon products from the first reactor in the second reactor. Further reacting to produce at least a portion of one or more other hydrocarbon products.

図1Bでは、リアクター20からの反応生成物は第2リアクター20'に輸送され得る。当業者は、有機生成物を生成するため、有機材料の熱分解のための複数のリアクターシステムを使用することに精通しており、そのようなシステムは当該技術分野で知られている。図1Bが、リアクターが相互に流体連通している態様の一式を示しているが、ある例では、2つのリアクターは流体連通していなくてよい。例えば、第1リアクターは、第2リアクターでの反応のため別々の設備(又は施設)に輸送されてよい第1反応生成物を生成するために使用されてよい。ある例では、(触媒を有した又は触媒の無い)固形炭化水素系材料を含んで成る組成物は第1リアクター中で加熱されてよく、固形炭化水素系材料の少なくとも一部を熱分解して、熱分解生成物(および任意には少なくとも部分的に非活性化された触媒(又は失活触媒)が生成されてよい。第1熱分解生成物は液体および/またはガスの形態であってよい。次いで、第1熱分解生成物を含んで成る組成物は、第1リアクターと流体連通した又は第1リアクターと流体連通していない第2リアクター中で加熱されてよい。第2リアクターでの加熱工程後、第2リアクターからの第2熱分解生成物が回収されてよい。第2熱分解生成物は、液体および/またはガスの形態であってよい。ある場合では、第1リアクターに供給される炭化水素系材料を含んで成る組成物は、例えば、固形炭化水素系材料および固体触媒の混合物を含んで成ってよい。第1リアクターから生成された第1熱分解生成物は、第2熱分解生成物よりも化学組成、量、状態(例えば、ガス対流体)が異なっていてもよい。例えば、第1熱分解生成物は液体を実質的に含んで成ってよい一方、第2熱分解生成物はガスを実質的に含んで成ってよい。別の例では、第1熱分解生成物は流動性生成物(例えば、バイオオイル、砂糖)を含んでよく、第2熱分解生成物は、第1熱分解生成物よりも相対的に多くの量の芳香族を含んで成ってよい。ある例において、第1熱分解生成物は(例えば、芳香族化合物を含んで成る)流動性生成物を含んで成ってよく、第2熱分解生成物は第1熱分解生成物より相対的に多くの量のオレフィンを含んで成ってよい。更に別の例では、第1熱分解生成物は流動性生成物(例えば、バイオオイル、砂糖)を含んで成ってよく、第2熱分解生成物は第1熱分解生成物よりも相対的に多い酸素化芳香族化合物を含んで成ってよい。   In FIG. 1B, the reaction product from the reactor 20 may be transported to the second reactor 20 ′. Those skilled in the art are familiar with the use of multiple reactor systems for the pyrolysis of organic materials to produce organic products, such systems are known in the art. Although FIG. 1B shows a set of aspects in which the reactors are in fluid communication with each other, in one example, the two reactors may not be in fluid communication. For example, the first reactor may be used to produce a first reaction product that may be transported to a separate facility (or facility) for reaction in the second reactor. In one example, a composition comprising a solid hydrocarbonaceous material (with or without a catalyst) may be heated in a first reactor to pyrolyze at least a portion of the solid hydrocarbonaceous material. , Pyrolysis products (and optionally at least partially deactivated catalysts (or deactivated catalysts) may be produced. The first pyrolysis products may be in the form of liquids and / or gases. The composition comprising the first pyrolysis product may then be heated in a second reactor in fluid communication with the first reactor or not in fluid communication with the first reactor. After the process, a second pyrolysis product from the second reactor may be recovered, which may be in the form of a liquid and / or gas, in some cases fed to the first reactor. Hydrocarbon materials The first pyrolysis product produced from the first reactor has a chemical composition greater than the second pyrolysis product, for example, comprising a mixture of solid hydrocarbonaceous material and solid catalyst. The amount, state (eg, gas to fluid) may be different, for example, the first pyrolysis product may comprise substantially liquid while the second pyrolysis product substantially comprises gas. In another example, the first pyrolysis product may include a flowable product (eg, bio-oil, sugar) and the second pyrolysis product is the first pyrolysis product. In certain instances, the first pyrolysis product may comprise a flowable product (eg, comprising an aromatic compound). The second pyrolysis product has a relatively higher amount of olefin than the first pyrolysis product. In yet another example, the first pyrolysis product may comprise a flowable product (eg, bio-oil, sugar) and the second pyrolysis product is a first pyrolysis product. It may comprise relatively more oxygenated aromatics than pyrolysis products.

複数のリアクター構成における1つ以上のリアクターは、流動床リアクター(例えば、循環流動床リアクター、乱流流動床リアクター等)、または、他の例では、他の任意のタイプのリアクター(例えば、上述の任意のリアクター)を含んでいてよい。例えば、第1リアクターは、循環流動床リアクター又は乱流流動床リアクターを含んでいてよく、第2リアクターは、第1リアクターと流体連通する循環流動床リアクター又は乱流流動床リアクターを含んで成る。更に、複数のリアクターの構成は、追加の処理工程および/または本明細書に記載した装置(例えば、固体分離装置、再生器、凝縮器等)のいずれかを含んでいてよい。リアクターおよび/または追加の処理装置は、本明細書に記載の処理パラメータ(例えば、温度、滞留時間等)のいずれかを用いて操作されてよい。   One or more reactors in a multiple reactor configuration may be a fluidized bed reactor (eg, a circulating fluidized bed reactor, a turbulent fluidized bed reactor, etc.), or in other examples, any other type of reactor (eg, as described above). Optional reactor). For example, the first reactor may comprise a circulating fluidized bed reactor or a turbulent fluidized bed reactor, and the second reactor comprises a circulating fluidized bed reactor or a turbulent fluidized bed reactor in fluid communication with the first reactor. Further, the configuration of the plurality of reactors may include additional processing steps and / or any of the devices described herein (eg, solid separation devices, regenerators, condensers, etc.). The reactor and / or additional processing equipment may be operated using any of the processing parameters described herein (eg, temperature, residence time, etc.).

本発明の構成で有益な触媒成分は、当該技術分野で知られている、又は本発明を認識する当業者によって理解されるような任意の触媒から選択される。機能的には、触媒は、脱水、脱水素化、異性化、水素移動、芳香族化、脱カルボニル化、脱カルボキシル化、アルドール縮合、および/または炭化水素系材料の熱分解に関連した又は関係した任意の他の反応またはプロセスを促進および/または達成するため、任意のそのような材料の能力によってのみ制限されてよい。触媒成分は、当業者によって理解されるように、酸性、中性または塩基性と考えることができる。   The catalyst components useful in the construction of the present invention are selected from any catalyst known in the art or understood by one of ordinary skill in the art that is aware of the present invention. Functionally, the catalyst is related to or related to dehydration, dehydrogenation, isomerization, hydrogen transfer, aromatization, decarbonylation, decarboxylation, aldol condensation, and / or pyrolysis of hydrocarbonaceous materials. May be limited only by the ability of any such material to facilitate and / or achieve any other reaction or process. The catalyst component can be considered acidic, neutral or basic, as will be appreciated by those skilled in the art.

ある場合では、本明細書に記載された触媒粒子は、多結晶固体(例えば、多結晶粒子)を含んで成ってよい。又、触媒粒子は、ある態様では単結晶を含んで成ってよい。特定の場合において、粒子は、独立した異なる別々の物理的対象物であってもよい。他の場合では、粒子は、調製および/または使用中の少なくとも特定の時点で、相互に密接に接触して複数の個々の粒子の凝集体を含んで成ってよい。   In some cases, the catalyst particles described herein may comprise polycrystalline solids (eg, polycrystalline particles). Further, the catalyst particles may include a single crystal in some embodiments. In certain cases, the particles may be separate and distinct physical objects. In other cases, the particles may comprise an aggregate of a plurality of individual particles in intimate contact with each other at least at certain times during preparation and / or use.

本明細書に記載された例えば、供給ストリーム内、リアクター内等で使用される触媒は、任意の適当なサイズから成ってよい。ある場合では、前述のように、特定の態様では、複数の凝集した触媒粒子から構成されているより大きな触媒物体の形態であってよい、相対的に小さな触媒粒子を含んで成る触媒を使用することが有利であり得る。ある態様では、例えば、小さな触媒粒子の使用により、例えば、外側の触媒の表面積が増加し、触媒を介した拡散距離が減少することで、炭化水素系材が触媒の表面部位と接触する程度が増大され得る。ある場合では、触媒サイズおよび/または触媒粒子サイズは、例えば、所望の流体流れのタイプおよび触媒寿命に少なくとも部分的に基づいて選択されてよい。   The catalysts described herein, for example, used in the feed stream, in the reactor, etc. may be of any suitable size. In some cases, as described above, certain embodiments use a catalyst comprising relatively small catalyst particles that may be in the form of a larger catalyst body composed of a plurality of agglomerated catalyst particles. It can be advantageous. In some embodiments, the use of small catalyst particles, for example, increases the surface area of the outer catalyst and decreases the diffusion distance through the catalyst, thereby reducing the extent to which the hydrocarbonaceous material contacts the surface portion of the catalyst. Can be increased. In some cases, the catalyst size and / or catalyst particle size may be selected based at least in part on, for example, the desired fluid flow type and catalyst life.

ある態様では、特定の例で単一の触媒粒子をそれぞれ含み、または他の例で複数の粒子の凝集体を含んでよい(従来のふるい分析によって測定される)触媒物体の平均径は、約5mm未満、約2mm未満、約1mm未満、約500ミクロン未満、約60メッシュ(250ミクロン)未満、約100メッシュ(149ミクロン)未満、約140メッシュ(105ミクロン)未満、約170メッシュ(88ミクロン)未満、約200メッシュ(74ミクロン)未満、約270メッシュ(53ミクロン)未満、約400メッシュ(37ミクロン)未満、又はそれより小さい径である。   In certain embodiments, the average diameter of the catalyst body (measured by conventional sieving analysis) may include about a single catalyst particle each in a particular example, or may include an aggregate of a plurality of particles in other examples. <5 mm, <2 mm, <1 mm, <500 microns, <60 mesh (250 microns), <100 mesh (149 microns), <140 mesh (105 microns), <170 mesh (88 microns) Less than, less than about 200 mesh (74 microns), less than about 270 mesh (53 microns), less than about 400 mesh (37 microns), or smaller.

触媒は、約5ミクロン未満、約1ミクロン未満、約500nm未満、約100nm未満、約100nm〜約5ミクロン、約500nm〜約5ミクロン、約100nm〜約1ミクロン、又は約500nm〜約1ミクロンの最大断面寸法を有する粒子を含んで成ってよい。上記で述べた範囲内の寸法を有する触媒粒子は、上記で述べた範囲内の寸法を有する個々の触媒物体を形成するために凝集されてよい。ここで使用されるように、粒子の「最大断面寸法」は、粒子の2つの境界間の最大寸法を指す。当業者は、例えば、触媒調製の走査電子顕微鏡写真(SEM)を解析することで、粒子の最大断面寸法を測定することができる。凝集粒子を含んで成る態様では、最大断面寸法を決定する際に、粒子は別々に考慮されるべきである。そのような場合には、測定は、凝集粒子の各々の間の仮想的な境界を確立し、そのような境界を確立することから生じる仮想的な個別化された粒子の最大断面寸法を測定することによって行われてよい。特定の態様では、触媒内の相対的に多数の粒子が所定範囲内にある最大断面寸法を有していてよい。例えば、ある態様では、触媒内の粒子の少なくとも約50%、少なくとも約75%、少なくとも約90%、少なくとも約95%、または少なくとも約99%が、約5ミクロン未満、約1ミクロン未満、約500nm未満、約100nm未満、約100nm〜約5ミクロン、約500nm〜約5ミクロン、約100nm〜約1ミクロン、又は約500nm〜約1ミクロンの最大断面寸法を有する。   The catalyst may be less than about 5 microns, less than about 1 micron, less than about 500 nm, less than about 100 nm, about 100 nm to about 5 microns, about 500 nm to about 5 microns, about 100 nm to about 1 micron, or about 500 nm to about 1 micron. It may comprise particles having a maximum cross-sectional dimension. Catalyst particles having dimensions within the ranges stated above may be agglomerated to form individual catalyst objects having dimensions within the ranges stated above. As used herein, the “maximum cross-sectional dimension” of a particle refers to the maximum dimension between the two boundaries of the particle. One skilled in the art can determine the maximum cross-sectional dimension of the particles, for example, by analyzing a scanning electron micrograph (SEM) of catalyst preparation. In embodiments comprising agglomerated particles, the particles should be considered separately when determining the maximum cross-sectional dimension. In such cases, the measurement establishes a virtual boundary between each of the agglomerated particles and measures the maximum cross-sectional dimension of the virtual individualized particle resulting from establishing such a boundary. May be done. In certain embodiments, a relatively large number of particles within the catalyst may have a maximum cross-sectional dimension that is within a predetermined range. For example, in certain embodiments, at least about 50%, at least about 75%, at least about 90%, at least about 95%, or at least about 99% of the particles in the catalyst are less than about 5 microns, less than about 1 micron, about 500 nm. Less than, less than about 100 nm, from about 100 nm to about 5 microns, from about 500 nm to about 5 microns, from about 100 nm to about 1 micron, or from about 500 nm to about 1 micron.

触媒体積の相対的に大きな割合は、ある場合では、特定の範囲内の最大断面寸法を有した粒子により占有され得る。例えば、ある態様では、使用される全ての触媒体積の合計の少なくとも約50%、少なくとも約75%、少なくとも約90%、少なくとも約95%、又は少なくとも約99%が、約5ミクロン未満、約1ミクロン未満、約500nm未満、約100nm未満、約100nm〜約5ミクロン、約500nm〜約5ミクロン、約100nm〜約1ミクロン、又は約500nm〜約1ミクロンの最大断面寸法を有する粒子により占有される。   A relatively large proportion of the catalyst volume may be occupied by particles having a maximum cross-sectional dimension within a certain range in some cases. For example, in some embodiments, at least about 50%, at least about 75%, at least about 90%, at least about 95%, or at least about 99% of the total of all catalyst volumes used is less than about 5 microns, about 1 Occupied by particles having a maximum cross-sectional dimension of less than micron, less than about 500 nm, less than about 100 nm, about 100 nm to about 5 microns, about 500 nm to about 5 microns, about 100 nm to about 1 micron, or about 500 nm to about 1 micron .

ある態様では、触媒内の粒子は実質的に同じ大きさであってよい。例えば、触媒は、粒子の最大断面寸法の標準偏差が粒子の平均最大断面寸法の約50%以下、約25%以下、約10%以下、約5%以下、約2%以下、又は約1%以下であるような寸法分布を有する粒子を含んで成ってよい。標準偏差(小文字のシグマ)は以下のように計算されてよい。

Figure 2015519377
は粒子iの最大断面寸法であり、Davgは全ての粒子の最大断面寸法の平均であり、nは触媒内の粒子の数である。標準偏差と上記で述べた粒子の平均最大断面寸法との間の比率の比較は、標準偏差を平均最大断面寸法で除し、100%を掛けることによって求めることができる。 In some embodiments, the particles within the catalyst may be substantially the same size. For example, the catalyst has a standard deviation of the maximum cross-sectional dimension of the particles of about 50%, about 25%, about 10%, about 5%, about 2%, or about 1% of the average maximum cross-sectional dimension of the particles. It may comprise particles having a size distribution such that: The standard deviation (lowercase sigma) may be calculated as follows:
Figure 2015519377
D i is the maximum cross-sectional dimension of particle i, D avg is the average of the maximum cross-sectional dimensions of all particles, and n is the number of particles in the catalyst. A comparison of the ratio between the standard deviation and the average maximum cross-sectional dimension of the particles described above can be determined by dividing the standard deviation by the average maximum cross-sectional dimension and multiplying by 100%.

上記で示した選択されたサイズ分布内の粒子を含んで成る触媒を使用することで、炭化水素系材料の反応により生成された芳香族化合物の収率および/または選択性の増加がもたらされ得る。例えば、ある場合では、所望のサイズ範囲(例えば、上記で示したサイズ分布のいずれか)を有する粒子を含んで成る触媒を使用することで、所望の範囲外のサイズ分布を有する(例えば、1ミクロン、5ミクロンよりも大きい粒子の割合の多い)粒子を含んで成る触媒を使用して生成される芳香族化合物の量に対して、少なくとも約5%、少なくとも約10%、又は少なくとも約20%の反応生成物中の芳香族化合物の量の増加をもたらすことができる。   The use of a catalyst comprising particles within the selected size distribution shown above results in an increase in the yield and / or selectivity of the aromatics produced by the reaction of the hydrocarbonaceous material. obtain. For example, in some cases, using a catalyst comprising particles having a desired size range (eg, any of the size distributions shown above) has a size distribution outside the desired range (eg, 1 At least about 5%, at least about 10%, or at least about 20%, based on the amount of aromatic compound produced using a catalyst comprising particles) An increase in the amount of aromatics in the reaction product.

又は、触媒は、細孔サイズ(例えば、ゼオライトに典型的に関連したメソポーラスおよび細孔サイズ)、例えば約100オングストローム未満、約50オングストローム未満、約20オングストローム未満、約10オングストローム未満、約5オングストローム未満、又はこれらよりも小さいサイズの平均細孔サイズに応じて選択されてよい。ある態様では、約5オングストローム〜約100オングストロームの平均細孔サイズを有する触媒が使用されてよい。ある態様では、約5.5オングストローム〜約6.5オングストローム、又は約5.9オングストローム〜約6.3オングストロームの平均細孔サイズを有した触媒が使用されてよい。ある場合では、約7オングストローム〜約8オングストローム、又は約7.2オングストローム〜約7.8オングストロームの平均細孔サイズを有した触媒が使用されてよい。   Or, the catalyst has a pore size (eg, mesoporous and pore size typically associated with zeolites), eg, less than about 100 angstroms, less than about 50 angstroms, less than about 20 angstroms, less than about 10 angstroms, less than about 5 angstroms. Or an average pore size smaller than these may be selected. In some embodiments, a catalyst having an average pore size of about 5 angstroms to about 100 angstroms may be used. In some embodiments, a catalyst having an average pore size of about 5.5 angstroms to about 6.5 angstroms, or about 5.9 angstroms to about 6.3 angstroms may be used. In some cases, a catalyst having an average pore size of about 7 angstroms to about 8 angstroms, or about 7.2 angstroms to about 7.8 angstroms may be used.

本明細書において使用される“細孔サイズ”という用語は、細孔の最小断面径を指すために使用される。細孔の最小断面直径は、細孔の長さに対して垂直に測定した際の最小断面寸法寸法(例えば、断面直径)に相当し得る。ある態様では、Xの “平均細孔サイズ”又は“細孔サイズ分布”を有する触媒は、触媒中の細孔の最小断面直径の平均が約Xである触媒を指す。本明細書中で使用される細孔の“細孔サイズ”又は“最小断面直径”とは、当業者に周知のノルマン半径調整細孔サイズを指すと理解されるべきである。ノルマン半径調整細孔サイズの決定は、クック,M;コナー,W. C“ゼオライトの細孔はどのくらいの大きさですか”、第12回国際ゼオライト会議議事録、ボルティモア、1998年7月5〜10日;(1999),1,409〜414頁に記載されており、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。特定の典型的な計算として、ZSM−5細孔の原子半径はX線回折によって測定された際約5.5〜5.6オングストロームである。触媒における酸素原子間の反発効果を調整するために、クックとコナーは、ノルマン調整半径が原子半径(約6.2〜6.3オングストローム)よりも大きい0.7オングストロームであることを示している。   As used herein, the term “pore size” is used to refer to the minimum cross-sectional diameter of a pore. The minimum cross-sectional diameter of the pores may correspond to the minimum cross-sectional dimension (eg, cross-sectional diameter) as measured perpendicular to the pore length. In some embodiments, a catalyst having an “average pore size” or “pore size distribution” of X refers to a catalyst where the average of the smallest cross-sectional diameters of the pores in the catalyst is about X. As used herein, “pore size” or “minimum cross-sectional diameter” of a pore should be understood to refer to a Norman radius adjusted pore size well known to those skilled in the art. Norman radius adjustment pore size is determined by Cook, M; Conner, WC “How big are the pores in zeolite”, Minutes of the 12th International Zeolite Conference, Baltimore, July 1998- 10 (1999), 1, 409-414, which is incorporated herein by reference in its entirety. As a specific exemplary calculation, the atomic radius of the ZSM-5 pore is about 5.5 to 5.6 angstroms as measured by X-ray diffraction. In order to adjust the repulsive effect between oxygen atoms in the catalyst, Cook and Conner have shown that the Norman tuning radius is 0.7 Angstroms, which is larger than the atomic radius (about 6.2-6.3 Angstroms). .

当業者は、触媒中の細孔サイズ(例えば、最小細孔サイズ、最小細孔サイズの平均)を決定する方法を理解している。例えば、X線回折(XRD)は原子配位(又は座標)を決定するために使用され得る。細孔サイズを決定するためのXRD技術は、例えばPecharsky,V.Kらの“材料の粉末回折及び構造特性の基礎”、シュプリンガーサイエンスビジネスメディア社、ニューヨーク、2005に記載されており、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。細孔サイズ(例えば、ゼオライトの細孔サイズ)を決定するのに有益であり得る他の技術は、例えば、ヘリウムピクノメトリー又は低圧アルゴン吸着技術を含んで成る。これらおよび他の技術は、マギーJ.S.らの“流動触媒接触分解:科学と技術”エルゼビア出版社、1993年7月1日、185〜195頁に記載されており、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。メソポーラス触媒の細孔サイズは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、グレッグ, S. Jらの“吸着、表面積及び細孔”、第2版、アカデミックプレス社、ニューヨーク、1982年、およびRouquerol,Fらの“粉末及び多孔性材料による吸着原理、方法論および応用”アカデミックプレス社、ニューヨーク、1998に記載されているような例えば窒素吸着技術を用いて決定され得る。明示されない限り、本明細書に示す細孔サイズは、ノルマン半径調整細孔サイズを反映するために上述のように修正されたX線回折によって決定されたものである。   Those skilled in the art understand how to determine the pore size (eg, minimum pore size, average of minimum pore size) in the catalyst. For example, X-ray diffraction (XRD) can be used to determine atomic coordination (or coordinates). XRD techniques for determining pore size are described, for example, in Pecharsky, V. K. et al., “Fundamental Powder Diffraction and Structural Properties of Materials”, Springer Science Business Media, New York, 2005, which is entirely described. Which is incorporated herein by reference. Other techniques that may be beneficial in determining pore size (eg, zeolite pore size) include, for example, helium pycnometry or low pressure argon adsorption techniques. These and other techniques are described in Maggie JS et al., “Fluid Catalytic Catalytic Cracking: Science and Technology,” Elsevier Publishing Company, July 1, 1993, pages 185-195, which is incorporated by reference in its entirety. Incorporated herein. The pore size of the mesoporous catalyst is described in Greg, S. J et al., “Adsorption, Surface Area and Pore”, 2nd edition, Academic Press, New York, 1982, and incorporated herein by reference in its entirety. Rouquerol, F et al., "Principles of adsorption and methodologies with powders and porous materials, methodology and applications" can be determined using, for example, nitrogen adsorption techniques as described in Academic Press, New York, 1998. Unless otherwise indicated, the pore sizes shown herein were determined by X-ray diffraction modified as described above to reflect the Norman radius adjusted pore size.

スクリーニング方法は、特定の熱分解生成物分子を転化するための適当な細孔サイズを有する触媒を選択するために使用され得る。スクリーニング方法は、触媒反応させるために望ましい熱分解生成物の分子の大きさ(例えば、熱分解生成物分子の分子動力学径)を決定することを含んでもよい。当業者は、例えば所定の分子動力学径を算出することができる。触媒の種類は、触媒の細孔(例えば、ノルマン調整最小半径)が熱分解生成物の分子を触媒中に拡散させおよび/または触媒と反応させることができるよう十分に大きいものが選択されてよい。ある態様では、触媒は、触媒の細孔サイズが反応の望ましくない熱分解生成物の進入および/または反応を抑制するよう十分に小さいものが選択される。   The screening method can be used to select a catalyst having an appropriate pore size for converting a particular pyrolysis product molecule. The screening method may include determining the molecular size of the desired pyrolysis product for catalysis (eg, the molecular dynamics diameter of the pyrolysis product molecule). One skilled in the art can calculate a predetermined molecular dynamics diameter, for example. The catalyst type may be selected such that the pores of the catalyst (eg, Norman tuning minimum radius) are large enough to allow the pyrolysis product molecules to diffuse into and / or react with the catalyst. . In some embodiments, the catalyst is selected such that the pore size of the catalyst is small enough to inhibit the entry and / or reaction of undesirable pyrolysis products of the reaction.

触媒は、天然に存在するゼオライト、合成ゼオライト、およびこれらの組み合わせから選択されてよい。触媒は、ZSM−5ゼオライト触媒のような反転モルデナイト構造(MFI)型であってよい。改変又は改変せずに使用されてよいZSM−5を含んで成る触媒が商業的に利用可能である。本明細書で供される触媒は酸または触媒活性部位を含んで成ってよい。理論に束縛されるものではないが、ZSM−5と他のゼオライトにおける様々な酸部位は、脱水、脱カルボニル化、脱カルボキシル化、異性化、オリゴマー化および/または脱水素化炭化水素系材料の反応のため触媒的に活性であると考えられている。したがって、“酸部位”という用語と“触媒活性部位”という用語は交換に使用されてよい。有用なゼオライト触媒の他のタイプは、フェリエライト、ゼオライトY、ゼオライトベータ、モルデナイト、MCM−22、ZSM−23、ZSM−57、SUZ−4、EU−1、ZSM−11、(S)AIPO−31、SSZ−23、これらの2つ以上の混合物等を含んで成ってよい。   The catalyst may be selected from naturally occurring zeolites, synthetic zeolites, and combinations thereof. The catalyst may be an inverted mordenite structure (MFI) type such as a ZSM-5 zeolite catalyst. Catalysts comprising ZSM-5 that may be used with or without modification are commercially available. The catalyst provided herein may comprise an acid or a catalytically active site. Without being bound by theory, the various acid sites in ZSM-5 and other zeolites can be dehydrated, decarbonylated, decarboxylated, isomerized, oligomerized and / or dehydrogenated hydrocarbon-based materials. It is considered catalytically active due to the reaction. Thus, the terms “acid site” and “catalytically active site” may be used interchangeably. Other types of useful zeolite catalysts are ferrierite, zeolite Y, zeolite beta, mordenite, MCM-22, ZSM-23, ZSM-57, SUZ-4, EU-1, ZSM-11, (S) AIPO- 31, SSZ-23, a mixture of two or more thereof, and the like.

触媒は、アルミナおよびシリカに加えて、1つ以上の追加の金属および/または金属酸化物を含んで成ってよい。適当な金属および/または酸化物は、とりわけ、例えば、ニッケル、白金、バナジウム、パラジウム、マンガン、コバルト、亜鉛、銅、クロム、ガリウム、および/またはこれらの酸化物のいずれかを含んで成ってよい。ある態様では、金属および/または金属酸化物は、(例えば、触媒の格子構造の隙間において)触媒に含浸させることができる。金属または金属酸化物は、限定されるものではないが含浸、イオン交換、蒸着等の当業者に公知の多くの技術のいずれかによってゼオライトに添加することができる。ゼオライトは、典型的にはゼオライトの約1重量%未満のレベルで、リン、ランタン、希土類等の構造安定化元素を少量含んで成ってよい。触媒は、限定されるものではないが、酸化、焼成、還元、環状酸化と還元、蒸し、加水分解等の当業者に知られている幅広い範囲の技術により当該プロセスの操作前に調整されてよい。金属および/または金属酸化物は、触媒の格子構造に組み込まれてよい。例えば、金属および/または金属酸化物は触媒の調製中に含まれてよいし、金属および/または金属酸化物は得られた触媒(例えば、ゼオライト触媒)の格子部位を占有してよい。別の例として、金属および/または金属酸化物がゼオライトの格子構造内の原子を置換するように、金属および/または金属酸化物はゼオライトと反応又は相互作用してよい。   The catalyst may comprise one or more additional metals and / or metal oxides in addition to alumina and silica. Suitable metals and / or oxides may comprise, for example, nickel, platinum, vanadium, palladium, manganese, cobalt, zinc, copper, chromium, gallium, and / or any of these oxides, among others. . In some embodiments, the metal and / or metal oxide can be impregnated into the catalyst (eg, in the interstices of the catalyst lattice structure). The metal or metal oxide can be added to the zeolite by any of a number of techniques known to those skilled in the art including but not limited to impregnation, ion exchange, vapor deposition and the like. Zeolites may comprise small amounts of structural stabilizing elements such as phosphorus, lanthanum, rare earths, typically at a level of less than about 1% by weight of the zeolite. The catalyst may be adjusted prior to operation of the process by a wide range of techniques known to those skilled in the art such as, but not limited to, oxidation, calcination, reduction, cyclic oxidation and reduction, steaming, hydrolysis, etc. . Metals and / or metal oxides may be incorporated into the catalyst lattice structure. For example, metals and / or metal oxides may be included during the preparation of the catalyst, and the metals and / or metal oxides may occupy lattice sites of the resulting catalyst (eg, a zeolite catalyst). As another example, the metal and / or metal oxide may react or interact with the zeolite such that the metal and / or metal oxide replaces atoms in the lattice structure of the zeolite.

特定の態様では、ガリウムを含んで成る反転モルデナイト構造(MFI)のゼオライト触媒が使用されてよい。例えば、ガロアルミノシリケートMFI(GaAlMFI)ゼオライト触媒が使用されてよい。当業者は、Al原子のいくつかがGa原子で置換されているアルミノシリケートMFIゼオライトと考えてよいGaAlMFIゼオライトに精通している。ある例では、ゼオライト触媒は、水素形態(例えば、H−GaAlMFI)であってよい。ガロアルミノシリケートMFI触媒は、ある態様では、アルミニウム原子のいくつかがガリウム原子で置換されたZSM−5ゼオライト触媒であってよい。   In certain embodiments, an inverted mordenite structure (MFI) zeolite catalyst comprising gallium may be used. For example, a galloaluminosilicate MFI (GaAlMFI) zeolite catalyst may be used. Those skilled in the art are familiar with GaAlMFI zeolites which may be considered aluminosilicate MFI zeolites in which some of the Al atoms are replaced with Ga atoms. In certain examples, the zeolite catalyst may be in the hydrogen form (eg, H-GaAlMFI). The galloaluminosilicate MFI catalyst may in one aspect be a ZSM-5 zeolite catalyst in which some of the aluminum atoms are replaced with gallium atoms.

ある例では、ガロアルミノシリケートゼオライト触媒中のSiモルとガロアルミノシリケートゼオライト触媒中のGaおよびAlのモルの合計との比(すなわち、Si:(Ga+Al)と表されるモル比)は、少なくとも約15:1、少なくとも約20:1、少なくとも約25:1、少なくとも約35:1、少なくとも約50:1、少なくとも約75:1又はこれよりも高い比であってよい。ある態様では、ゼオライト触媒中のSiモルとゼオライト触媒中のGaおよびAlのモルの合計との比が、約15:1〜約100:1、約15:1〜約75:1、約25:1〜約80:1、又は約50:1〜約75:1である触媒を使用することが有利であってよい。ある例では、ガロアルミノシリケートゼオライト触媒中のSiモルとガロアルミノシリケートゼオライト触媒中のGaモルとの比は、少なくとも約30:1、少なくとも約60:1、少なくとも約120:1、少なくとも約200:1、約30:1〜約300:1、約30:1〜約200:1、約30:1〜約120:1、又は約30:1〜約75:1であってよい。ガロアルミノシリケートゼオライト触媒中のSiモルとガロアルミノシリケートゼオライト触媒中のAlモルとの比は、少なくとも約10:1、少なくとも約20:1、少なくとも約30:1、少なくとも約40:1、少なくとも約50:1、少なくとも約75:1、約10:1〜約100:1、約10:1〜約75:1、約10:1〜約50:1、約10:1〜約40:1、又は約10:1〜約30:1であってよい。   In one example, the ratio of Si moles in the galloaluminosilicate zeolite catalyst to the sum of the moles of Ga and Al in the galloaluminosilicate zeolite catalyst (ie, the mole ratio expressed as Si: (Ga + Al)) is at least about The ratio may be 15: 1, at least about 20: 1, at least about 25: 1, at least about 35: 1, at least about 50: 1, at least about 75: 1 or higher. In some embodiments, the ratio of Si moles in the zeolite catalyst to the sum of moles of Ga and Al in the zeolite catalyst is from about 15: 1 to about 100: 1, from about 15: 1 to about 75: 1, from about 25: It may be advantageous to use a catalyst that is 1 to about 80: 1, or about 50: 1 to about 75: 1. In one example, the ratio of Si moles in the galloaluminosilicate zeolite catalyst to Ga moles in the galloaluminosilicate zeolite catalyst is at least about 30: 1, at least about 60: 1, at least about 120: 1, at least about 200: 1, about 30: 1 to about 300: 1, about 30: 1 to about 200: 1, about 30: 1 to about 120: 1, or about 30: 1 to about 75: 1. The ratio of Si moles in the galloaluminosilicate zeolite catalyst to Al moles in the galloaluminosilicate zeolite catalyst is at least about 10: 1, at least about 20: 1, at least about 30: 1, at least about 40: 1, at least about 50: 1, at least about 75: 1, about 10: 1 to about 100: 1, about 10: 1 to about 75: 1, about 10: 1 to about 50: 1, about 10: 1 to about 40: 1, Or from about 10: 1 to about 30: 1.

更に、ある場合では、触媒の特性(例えば、細孔構造、酸部位のタイプおよび/または数等)は、所望の生成物を選択的に生成するために選択されてよい。   Further, in some cases, the properties of the catalyst (eg, pore structure, type and / or number of acid sites, etc.) may be selected to selectively produce the desired product.

ある態様では、細孔サイズの2峰性分布を確立するために1つ以上の触媒を使用することが望ましい。ある場合では、細孔サイズの2峰性分布を有する単一の触媒(例えば、主に5.9〜6.3オングストロームの細孔および7〜8オングストロームの細孔を含んで成る単一触媒)が使用され得る。他の場合では、2つ以上の触媒の混合物が2峰性分布を確立するために使用され得る(例えば、2つの触媒の混合物では、各触媒のタイプは平均細孔サイズの異なる範囲を含んで成る)。ある態様では、1つ以上の触媒の一方がゼオライト触媒を含み、1つ以上の触媒の他方が非ゼオライト触媒(例えば、メソポーラス触媒、金属酸化物触媒等)を含んで成る。   In certain embodiments, it may be desirable to use one or more catalysts to establish a bimodal distribution of pore sizes. In some cases, a single catalyst having a bimodal distribution of pore sizes (eg, a single catalyst comprising mainly 5.9-6.3 angstrom pores and 7-8 angstrom pores). Can be used. In other cases, a mixture of two or more catalysts may be used to establish a bimodal distribution (eg, in a mixture of two catalysts, each catalyst type includes a different range of average pore sizes. Become). In some embodiments, one of the one or more catalysts comprises a zeolite catalyst and the other of the one or more catalysts comprises a non-zeolite catalyst (eg, a mesoporous catalyst, a metal oxide catalyst, etc.).

例えば、ある態様では、1つ以上の触媒(例えば、ゼオライト触媒、メソポーラス触媒等)の細孔の少なくとも約70%、少なくとも約80%、少なくとも約90%、少なくとも約95%、少なくとも約98%、又は少なくとも約99%が、第1サイズ分布又は第2サイズ分布内にある最小断面径を有する。ある場合では、1つ以上の触媒の細孔の少なくとも約2%、少なくとも約5%、又は少なくとも約10%が第1サイズ分布内にある最小断面径を有し、および、1つ以上の触媒の細孔の少なくとも約2%、少なくとも約5%、又は少なくとも約10%が第2サイズ分布内にある最小断面径を有する。ある場合では、第1及び第2サイズ分布は、上記に供された範囲から選択される。特定の態様では、第1及び第2サイズ分布は相互に異なっており、重複していない。範囲が重複していない例は、5.9〜6.3オングストローム及び6.9〜8.0オングストロームであり、範囲が重複する例は、5.9〜6.3オングストローム及び6.1〜6.5オングストロームである。第1及び第2サイズ分布はその範囲が相互にすぐ隣接しないように選択されてよく、その例は細孔サイズが5.9〜6.3オングストローム及び6.9〜8.0オングストロームである。相互にすぐ隣接している範囲の例は、5.9〜6.3オングストローム及び6.3〜6.7オングストロームの細孔サイズである。   For example, in certain embodiments, at least about 70%, at least about 80%, at least about 90%, at least about 95%, at least about 98% of the pores of one or more catalysts (eg, zeolite catalyst, mesoporous catalyst, etc.), Or at least about 99% has a minimum cross-sectional diameter that is within the first size distribution or the second size distribution. In some cases, at least about 2%, at least about 5%, or at least about 10% of the pores of the one or more catalysts have a minimum cross-sectional diameter within the first size distribution, and the one or more catalysts At least about 2%, at least about 5%, or at least about 10% have a minimum cross-sectional diameter within the second size distribution. In some cases, the first and second size distributions are selected from the ranges provided above. In certain aspects, the first and second size distributions are different from each other and do not overlap. Examples of non-overlapping ranges are 5.9 to 6.3 angstroms and 6.9 to 8.0 angstroms, and examples of overlapping ranges are 5.9 to 6.3 angstroms and 6.1 to 6 .5 Angstrom. The first and second size distributions may be selected such that the ranges are not immediately adjacent to one another, examples being pore sizes of 5.9 to 6.3 angstroms and 6.9 to 8.0 angstroms. Examples of ranges that are immediately adjacent to each other are pore sizes of 5.9 to 6.3 angstroms and 6.3 to 6.7 angstroms.

具体的な例として、ある態様では、1つ以上の触媒が、芳香族およびオレフィン化合物の同時生成のための2峰性細孔サイズ分布を供するために使用される。すなわち、一方の細孔サイズ分布は相対的に多くの量の芳香族化合物を生成するのに有利であり得、他方の細孔サイズ分布は相対的に多くの量のオレフィン化合物を生成するのに有利であり得る。ある態様では、1つ以上の触媒の細孔の少なくとも約70%、少なくとも約80%、少なくとも約90%、少なくとも約95%、少なくとも約98%、又は少なくとも約99%が、約5.9オングストローム〜約6.3オングストローム又は約7オングストローム〜約8オングストロームの最小断面径を有する。更に、1つ以上の触媒の細孔の少なくとも約2%、少なくとも約5%、又は少なくとも約10%が約5.9オングストローム〜約6.3オングストロームの最小断面径を有し、1つ以上の触媒の細孔の少なくとも約2%、少なくとも約5%、又は少なくとも約10%が約7オングストローム〜約8オングストロームの最小断面径を有する。   As a specific example, in one embodiment, one or more catalysts are used to provide a bimodal pore size distribution for the simultaneous production of aromatic and olefinic compounds. That is, one pore size distribution can be advantageous to produce a relatively large amount of aromatic compound, while the other pore size distribution can produce a relatively large amount of olefinic compound. Can be advantageous. In some embodiments, at least about 70%, at least about 80%, at least about 90%, at least about 95%, at least about 98%, or at least about 99% of the pores of one or more catalysts are about 5.9 angstroms. Having a minimum cross-sectional diameter of from about 6.3 angstroms or from about 7 angstroms to about 8 angstroms. Further, at least about 2%, at least about 5%, or at least about 10% of the pores of the one or more catalysts have a minimum cross-sectional diameter of about 5.9 angstroms to about 6.3 angstroms, and At least about 2%, at least about 5%, or at least about 10% of the pores of the catalyst have a minimum cross-sectional diameter of about 7 angstroms to about 8 angstroms.

ある態様では、1つ以上の触媒の細孔の少なくとも約70%、少なくとも約80%、少なくとも約90%、少なくとも約95%、少なくとも約98%、又は少なくとも約99%が、約5.9オングストローム〜約6.3オングストローム又は約7オングストローム〜約200オングストロームの最小断面径を有する。更に、1つ以上の触媒の細孔の少なくとも約2%、少なくとも約5%、又は少なくとも約10%が約5.9オングストローム〜約6.3オングストロームの最小断面径を有し、1つ以上の触媒の細孔の少なくとも約2%、少なくとも約5%、又は少なくとも約10%が約7オングストローム〜約200オングストロームの最小断面径を有する。   In some embodiments, at least about 70%, at least about 80%, at least about 90%, at least about 95%, at least about 98%, or at least about 99% of the pores of one or more catalysts are about 5.9 angstroms. Having a minimum cross-sectional diameter of from about 6.3 angstroms or from about 7 angstroms to about 200 angstroms. Further, at least about 2%, at least about 5%, or at least about 10% of the pores of the one or more catalysts have a minimum cross-sectional diameter of about 5.9 angstroms to about 6.3 angstroms, and At least about 2%, at least about 5%, or at least about 10% of the pores of the catalyst have a minimum cross-sectional diameter of about 7 angstroms to about 200 angstroms.

ある態様では、1つ以上の触媒の細孔の少なくとも約70%、少なくとも約80%、少なくとも約90%、少なくとも約95%、少なくとも約98%、又は少なくとも約99%が、第1および第2分布内にある最小断面径を有する。第1分布は約5.9オングストローム〜約6.3オングストロームであり、第2分布は第1分布と異なっており、第1分布と重複していない。ある態様では、第2細孔サイズ分布は、約7オングストローム〜約200オングストローム、約7オングストローム〜約100オングストローム、約7オングストローム〜約50オングストローム、又は約100オングストローム〜約200オングストロームであってよい。ある態様では、第2触媒はメソポーラスであってよく、例えば、約2nm〜約50nmの細孔サイズ分布を有していてよい。   In some embodiments, at least about 70%, at least about 80%, at least about 90%, at least about 95%, at least about 98%, or at least about 99% of the pores of one or more catalysts are first and second Has the smallest cross-sectional diameter within the distribution. The first distribution is about 5.9 angstroms to about 6.3 angstroms, and the second distribution is different from the first distribution and does not overlap with the first distribution. In certain embodiments, the second pore size distribution may be from about 7 angstroms to about 200 angstroms, from about 7 angstroms to about 100 angstroms, from about 7 angstroms to about 50 angstroms, or from about 100 angstroms to about 200 angstroms. In certain embodiments, the second catalyst may be mesoporous, for example, having a pore size distribution of about 2 nm to about 50 nm.

ある態様では、細孔サイズの2峰性分布は、2つ以上の炭化水素系供給材料成分を反応させるのに有益であり得る。例えば、ある実施形態は、リアクター中に第1成分及び第2成分を含んで成る固形炭化水素系材料を供することを含んで成る。当該第1成分及び第2成分は異なるものである。第1または第2成分として使用されてよい化合物の例は、本明細書に記載の炭化水素系材料(例えば、サトウキビバガス、グルコース、木材、トウモロコシ茎葉、セルロース、ヘミセルロース、リグニン、またはその他)のいずれかを含んで成る。例えば、第1成分は、セルロース、ヘミセルロースおよびリグニンの1つを含んで成ってよく、第2成分は、セルロース、ヘミセルロースおよびリグニンのうちの1つを含んで成る。この方法は、リアクター内に第1及び第2触媒を供することを更に含んでいてよい。ある態様では、第1触媒は第1細孔サイズ分布を有していてよく、第2触媒は第2細孔サイズ分布を有していてよく、第1および第2細孔サイズ分布は異なっており、重なっていない。第1細孔サイズ分布は、例えば、約5.9オングストローム〜約6.3オングストロームであってよい。第2細孔サイズ分布は、例えば、約7オングストローム〜約200オングストローム、約7オングストローム〜約100オングストローム、約7オングストローム〜約50オングストローム、又は約100オングストローム〜約200オングストロームであってよい。ある場合では、第2触媒はメソポーラスまたはポーラスでなくてよい。   In certain embodiments, a bimodal distribution of pore sizes can be beneficial for reacting two or more hydrocarbonaceous feedstock components. For example, one embodiment comprises providing a solid hydrocarbonaceous material comprising a first component and a second component in a reactor. The first component and the second component are different. Examples of compounds that may be used as the first or second component are any of the hydrocarbonaceous materials described herein (eg, sugarcane bagasse, glucose, wood, corn stover, cellulose, hemicellulose, lignin, or others). Comprising. For example, the first component may comprise one of cellulose, hemicellulose and lignin and the second component comprises one of cellulose, hemicellulose and lignin. The method may further include providing first and second catalysts in the reactor. In some embodiments, the first catalyst may have a first pore size distribution, the second catalyst may have a second pore size distribution, and the first and second pore size distributions are different. And do not overlap. The first pore size distribution may be, for example, from about 5.9 angstroms to about 6.3 angstroms. The second pore size distribution may be, for example, from about 7 angstroms to about 200 angstroms, from about 7 angstroms to about 100 angstroms, from about 7 angstroms to about 50 angstroms, or from about 100 angstroms to about 200 angstroms. In some cases, the second catalyst may not be mesoporous or porous.

第1触媒は、流動性炭化水素生成物を生成するために、第1成分またはその誘導体を触媒的に反応させるために選択され得る。更に、第2触媒は、流動性炭化水素生成物を生成するために第2成分またはその誘導体を触媒的に反応させるために選択され得る。この方法は、1つ以上の熱分解生成物を生成するのに十分な反応条件下で炭化水素系材料の少なくとも一部をリアクター内で熱分解させる工程、および1つ以上の炭化水素生成物を生成するために熱分解生成物の少なくとも一部と第1および第2触媒とを触媒的に反応させる工程を更に含んでいてよい。また、ある例では、少なくとも部分的に非活性化(又は失活)触媒を用いてよい。   The first catalyst can be selected to catalytically react the first component or derivative thereof to produce a flowable hydrocarbon product. Further, the second catalyst can be selected to catalytically react the second component or derivative thereof to produce a flowable hydrocarbon product. The method includes pyrolyzing at least a portion of the hydrocarbonaceous material in a reactor under reaction conditions sufficient to produce one or more pyrolysis products, and one or more hydrocarbon products. The method may further comprise the step of catalytically reacting at least a portion of the pyrolysis product with the first and second catalysts for production. Also, in some examples, an at least partially deactivated (or deactivated) catalyst may be used.

特定の態様では、本明細書に記載の態様を組み合わせて使用される方法は同定可能な芳香族化合物の生成を増加させるため組成物のうち触媒の炭化水素系材料の質量比を増大させることを含んで成る。特定の従来の触媒熱分解方法とのある差異を示している本明細書に示しているように、本明細書に記載の物および方法は、ベンゼン、トルエン、プロピルベンゼン、エチルベンゼン、メチルベンゼン、メチルエチルベンゼン、トリメチルベンゼン、キシレン、インダン、ナフタレン、メチルナフタレン、ジメチルナフタレン、エチルナフタレン、ヒドリンデン、メチルヒドリンデン、ジメチルヒドリンデンおよびこれらの組み合わせから選択される別々に同定可能な芳香族、バイオ燃料化合物を生成するために使用され得る。   In certain embodiments, a method used in combination with the embodiments described herein can increase the mass ratio of the catalyst hydrocarbonaceous material in the composition to increase the production of identifiable aromatic compounds. Comprising. As shown herein, which shows certain differences from certain conventional catalytic pyrolysis methods, the products and methods described herein are benzene, toluene, propylbenzene, ethylbenzene, methylbenzene, methyl Produces separately identifiable aromatic and biofuel compounds selected from ethylbenzene, trimethylbenzene, xylene, indane, naphthalene, methylnaphthalene, dimethylnaphthalene, ethylnaphthalene, hydrindene, methylhydrindene, dimethylhydrindene and combinations thereof Can be used to

ある態様では、触媒の反応化学は1つ以上の追加の化合物を追加することによって影響され得る。例えば、触媒への金属の追加により、特定の化合物の選択的形成のシフトがもたらされ得る(例えば、アルミナシリケート触媒金属の追加により、よりCOの生成がもたらされ得る)。更に、流動性流体が水素を含んで成る際、触媒に形成されるコークスの量が減じられ得る。   In certain embodiments, the reaction chemistry of the catalyst can be affected by adding one or more additional compounds. For example, the addition of metal to the catalyst can result in a shift in the selective formation of a particular compound (eg, the addition of alumina silicate catalyst metal can result in more CO production). Furthermore, when the flowable fluid comprises hydrogen, the amount of coke formed on the catalyst can be reduced.

触媒はシリカおよびアルミナの両方を含んで成ってよい。触媒中のシリカ(SiO)およびアルミナ(A1)は任意の適当なモル比で存在してもよい。例えば、ある場合では、供給原料中の触媒は、シリカ(SiO)とアルミナ(A1)のモル比が約10:1〜約50: 1、約10:1〜約40: 1、約10:1〜約20: 1、又は約15:1であるシリカ(SiO)とアルミナ(A1)を含んで成ってよい。 The catalyst may comprise both silica and alumina. Silica (SiO 2 ) and alumina (A1 2 O 3 ) in the catalyst may be present in any suitable molar ratio. For example, in some cases, the catalyst in the feedstock has a molar ratio of silica (SiO 2 ) to alumina (A 1 2 O 3 ) of about 10: 1 to about 50: 1, about 10: 1 to about 40: 1, It may comprise silica (SiO 2 ) and alumina (A 1 2 O 3 ) that is about 10: 1 to about 20: 1, or about 15: 1.

ある態様では、例えば、(例えば、触媒および炭化水素系材料を含んで成る1つ以上の供給ストリームを介して、または別々の触媒と炭化水素系材料供給ストリームを介して)原料組成物が触媒と炭化水素系材料を含んで成る場合(例えば、循環流動床リアクター)では、触媒と炭化水素系材料は任意の適当な比率で存在していてよい。別の例として、リアクターが触媒と炭化水素系材料の混合物で最初装填されている場合(例えば、回分式リアクター)では、触媒および炭化水素系材料は任意の適当な質量比で存在していてよい。循環流動床リアクターを含んで成るある態様では、供給ストリーム中の、すなわち、リアクターに供される触媒と炭化水素系材料を含んで成る組成物中の触媒と炭化水素系材料との質量比は、少なくとも約0.5:1、少なくとも約1:1、少なくとも約2:1、少なくとも約5:1、少なくとも約10:1少なくとも約15:1、少なくとも約20:1、又はそれ以上であってよい。環流動床リアクターを含んで成るある態様では、供給ストリーム中の触媒と炭化水素系材料との質量比は、約0.5:1未満、約1:1未満、約2:1未満、約5:1未満、約10:1未満、約15:1未満、約20:1未満、約0.5:1〜約20:1、約1:1〜約20:1、又は約5:1〜約20:1であってよい。炭化水素系材料に対して相対的に高い質量比の触媒を用いることで、揮発性有機化合物がコークスに熱分解する前に、触媒内に供給原料の熱分解から形成された揮発性有機化合物の導入がし易くなり得る。いかなる理論にも拘束されることを望まないが、この効果は、少なくとも部分的にリアクター内の化学量論的に過剰の触媒部位の存在による。   In some embodiments, for example, the feed composition is combined with a catalyst (eg, via one or more feed streams comprising a catalyst and a hydrocarbon-based material, or via separate catalyst and hydrocarbon-based material feed streams). In the case of comprising a hydrocarbonaceous material (eg, a circulating fluidized bed reactor), the catalyst and hydrocarbonaceous material may be present in any suitable ratio. As another example, if the reactor is initially loaded with a mixture of catalyst and hydrocarbonaceous material (eg, a batch reactor), the catalyst and hydrocarbonaceous material may be present in any suitable mass ratio. . In certain embodiments comprising a circulating fluidized bed reactor, the mass ratio of catalyst to hydrocarbonaceous material in the feed stream, i.e., in the composition comprising the catalyst and hydrocarbonaceous material fed to the reactor, is: May be at least about 0.5: 1, at least about 1: 1, at least about 2: 1, at least about 5: 1, at least about 10: 1 at least about 15: 1, at least about 20: 1, or more. . In some embodiments comprising an annular fluidized bed reactor, the mass ratio of catalyst to hydrocarbonaceous material in the feed stream is less than about 0.5: 1, less than about 1: 1, less than about 2: 1, about 5 : 1, less than about 10: 1, less than about 15: 1, less than about 20: 1, about 0.5: 1 to about 20: 1, about 1: 1 to about 20: 1, or about 5: 1. It may be about 20: 1. By using a catalyst with a relatively high mass ratio to the hydrocarbon-based material, the volatile organic compound formed from the pyrolysis of the feedstock in the catalyst before the volatile organic compound is pyrolyzed into coke. It can be easy to introduce. While not wishing to be bound by any theory, this effect is due, at least in part, to the presence of stoichiometric excess catalyst sites in the reactor.

ある態様では、本明細書に記載の物および方法は、単段熱分解装置又は多段熱分解装置で芳香族化合物(例えばp−キシレン)を選択的に生成するように構成されてよい。例えば、ある態様では、流動性炭化水素生成物中の芳香族化合物の質量収率は、少なくとも約18重量%、少なくとも約20重量%、少なくとも約25重量%、少なくとも約30重量%、少なくとも約35重量%、少なくとも約39重量%、約18重量%〜約40重量%、約18重量%〜約35重量%、約20重量%〜約40重量%、約20重量%〜約35重量%、約25重量%〜約40重量%、約25重量%〜約35重量%、約30重量%〜約40重量%、又は約30重量%〜約35重量%であってよい。p−キシレンの質量収率は、少なくとも約1.5重量%、少なくとも約2重量%、少なくとも約2.5重量%、又は少なくとも約3重量%であってよい。   In certain embodiments, the articles and methods described herein may be configured to selectively produce aromatic compounds (eg, p-xylene) in a single stage pyrolysis apparatus or a multistage pyrolysis apparatus. For example, in some embodiments, the mass yield of aromatics in the flowable hydrocarbon product is at least about 18%, at least about 20%, at least about 25%, at least about 30%, at least about 35%. %, At least about 39%, about 18% to about 40%, about 18% to about 35%, about 20% to about 40%, about 20% to about 35%, It may be from 25% to about 40%, from about 25% to about 35%, from about 30% to about 40%, or from about 30% to about 35%. The mass yield of p-xylene may be at least about 1.5 wt%, at least about 2 wt%, at least about 2.5 wt%, or at least about 3 wt%.

本明細書で使用する際、所定の生成物中の芳香族化合物またはp−キシレンの“質量収率”は、流動性炭化水素生成物中に存在する芳香族化合物またはp−キシレンの総重量を、反応生成物を形成するのに使用される固形炭化水素系材料の重量で割ったものに100%を乗じたものとして計算される。   As used herein, the “mass yield” of aromatics or p-xylene in a given product is the total weight of aromatics or p-xylene present in the flowable hydrocarbon product. Calculated as 100% multiplied by the weight of the solid hydrocarbonaceous material used to form the reaction product.

本明細書で用いる“芳香族化合物”という用語は、例えば、単一の芳香族環系(例えば、ベンジル、フェニル等)、および縮合多環式芳香族環系(例えば、ナフチル、1,2,3,4−テトラヒドロナフチルなど)等の1以上の芳香族基を含んで成る炭化水素化合物を指すために使用される。芳香族化合物の例としては、限定されるものではないが、ベンゼン、トルエン、インダン、インデン、2−エチルトルエン、3−エチルトルエン、4−エチルトルエン、トリメチルベンゼン(例えば、1,3,5−トリメチルベンゼン、1,2,4−トリメチルベンゼン、1,2,3−トリメチルベンゼンなど)、エチルベンゼン、メチルベンゼン、プロピルベンゼン、キシレン(例えば、p−キシレン、m−キシレン、o−キシレンなど)、ナフタレン、メチルナフタレン(例えば、1−メチルナフタレン、アントラセン、9,10−ジメチルアントラセン、ピレン、フェナントレン、ジメチルナフタレン(例えば、1,5−ジメチルナフタレン、1,6−ジメチルナフタレン、2,5−ジメチルナフタレンなど)、エチルナフタレン、ヒドリンデン、メチルヒドリンデン、およびジメチルヒドリンデンが挙げられる。単環および/またはそれより多い環芳香族がある態様で生成されてよい。芳香族化合物は、例えば、C〜C14、C〜C、C〜C12、C〜C12、C10〜C14の炭素数を有していてよい。 As used herein, the term “aromatic compound” refers to, for example, a single aromatic ring system (eg, benzyl, phenyl, etc.), and fused polycyclic aromatic ring systems (eg, naphthyl, 1,2, Used to refer to a hydrocarbon compound comprising one or more aromatic groups such as 3,4-tetrahydronaphthyl and the like. Examples of the aromatic compound include, but are not limited to, benzene, toluene, indane, indene, 2-ethyltoluene, 3-ethyltoluene, 4-ethyltoluene, trimethylbenzene (for example, 1,3,5- Trimethylbenzene, 1,2,4-trimethylbenzene, 1,2,3-trimethylbenzene, etc.), ethylbenzene, methylbenzene, propylbenzene, xylene (eg, p-xylene, m-xylene, o-xylene, etc.), naphthalene Methylnaphthalene (eg, 1-methylnaphthalene, anthracene, 9,10-dimethylanthracene, pyrene, phenanthrene, dimethylnaphthalene (eg, 1,5-dimethylnaphthalene, 1,6-dimethylnaphthalene, 2,5-dimethylnaphthalene, etc.) ), Ethyl naphthalene, hi Linden, methyl hydrate Linden, and dimethyl hydrate Linden. May be generated by the single ring and / or more ring aromatics some embodiments. Aromatic compound, for example, C 5 ~C 14, C 6 ~ C 8 , C 6 -C 12 , C 8 -C 12 , C 10 -C 14 may have carbon numbers.

ある態様では、リアクターに供給される固形炭化水素系材料の正規化質量空間速度が約3時間−1まで(又は以下)、約2時間−1まで、約1.5時間−1まで、約0.9時間−1まで、又は約0.01時間−1〜約3時間−1、約0.01時間−1〜約2時間−1、約0.01時間−1〜約1.5時間−1、約0.01時間−1〜約0.9時間−1、約0.01時間−1〜約0.5時間−1、約0.1時間−1〜約0.9時間−1、又は約0.1時間−1〜約0.5時間−1である場合に、芳香族化合物(特に、p−キシレン)が選択的に生成されてよい。ある例では、リアクターが約400℃〜約600℃、(約425℃〜約500℃、又は約440℃〜約460℃)の温度で操作される際に、芳香族化合物(特に、p−キシレン)が選択的に生成されてよい。更に、特定の加熱速度(例えば、少なくとも約50℃/秒、又は少なくとも約400℃/秒)、触媒の供給原料に対する高い質量比(例えば、少なくとも約5:1)、および/または触媒中のシリカのアルミナに対する高いモル比(例えば、少なくとも約30:1)が芳香族化合物(特に、p−キシレン)の選択的な生成を容易にするために用いられ得る。いくつかのそのようなおよび他のプロセス条件が、芳香族および/またはオレフィン化合物を選択的に生成するために、流動床リアクター(例えば、循環流動床リアクター)等の特定のリアクターのタイプと組み合わされてよい。 In certain embodiments, the normalized mass space velocity of the solid hydrocarbonaceous material fed to the reactor is up to about 3 hours −1 (or less), up to about 2 hours −1, up to about 1.5 hours −1 , about 0. until .9 hr -1, or about 0.01 hr -1 to about 3 hours -1, about 0.01 hr -1 to about 2 hr -1, about 0.01 hr -1 to about 1.5 hr - 1 , about 0.01 hour −1 to about 0.9 hour −1 , about 0.01 hour −1 to about 0.5 hour −1 , about 0.1 hour −1 to about 0.9 hour −1 , Alternatively, aromatic compounds (particularly p-xylene) may be selectively produced when from about 0.1 hour- 1 to about 0.5 hour- 1 . In one example, when the reactor is operated at a temperature of about 400 ° C. to about 600 ° C. (about 425 ° C. to about 500 ° C., or about 440 ° C. to about 460 ° C.), aromatic compounds (particularly p-xylene) ) May be selectively generated. Further, certain heating rates (eg, at least about 50 ° C./second, or at least about 400 ° C./second), high mass ratios of catalyst to feedstock (eg, at least about 5: 1), and / or silica in the catalyst A high molar ratio of to alumina (eg, at least about 30: 1) can be used to facilitate the selective production of aromatics (particularly p-xylene). Several such and other process conditions are combined with specific reactor types such as fluidized bed reactors (eg, circulating fluidized bed reactors) to selectively produce aromatic and / or olefinic compounds. It's okay.

更に、ある態様では、触媒は芳香族生成物(特に、p−キシレン)の選択的な生成を容易にするように選択され得る。例えば、ある場合では、ZSM−5は相対的の多くの量の芳香族化合物を優先的に生成してよい。ある場合では、ブレンステッド酸部位を含んで成る触媒が芳香族化合物の選択的な生成を容易にし得る。更に、整列された細孔構造を有する触媒が芳香族化合物の選択的生成を容易にし得る。例えば、ある態様では、約5.9オングストローム〜約6.3オングストロームの平均細孔径を有する触媒が芳香族化合物の生成に特に有益であり得る。更に、約7オングストローム〜約8オングストロームの平均細孔径を有する触媒がオレフィンを生成するのに有益であり得る。ある態様では、上記の1つ以上のプロセスパラメータの組合せが、芳香族および/またはオレフィン化合物の選択的な生成を容易にするために使用され得る。生成される芳香族とオレフィンとの比は、例えば、約0.1:1〜約10:1、約0.2:1〜約5:1、約0.5:1〜約2:1、約0.1:1〜約0.5:1、約0.5:1〜約1:1、約1:1〜約5:1、又は約5:1〜約10:1であってよい。   Further, in certain embodiments, the catalyst can be selected to facilitate the selective production of aromatic products, particularly p-xylene. For example, in some cases, ZSM-5 may preferentially produce a relatively large amount of aromatic compound. In some cases, a catalyst comprising a Bronsted acid moiety can facilitate the selective production of aromatic compounds. Further, a catalyst having an ordered pore structure can facilitate the selective production of aromatic compounds. For example, in certain embodiments, a catalyst having an average pore size of about 5.9 angstroms to about 6.3 angstroms may be particularly beneficial for the production of aromatic compounds. In addition, a catalyst having an average pore size of about 7 angstroms to about 8 angstroms can be beneficial in producing olefins. In certain embodiments, a combination of one or more of the above process parameters can be used to facilitate the selective production of aromatic and / or olefinic compounds. The ratio of aromatic to olefin produced is, for example, from about 0.1: 1 to about 10: 1, from about 0.2: 1 to about 5: 1, from about 0.5: 1 to about 2: 1, It may be about 0.1: 1 to about 0.5: 1, about 0.5: 1 to about 1: 1, about 1: 1 to about 5: 1, or about 5: 1 to about 10: 1. .

ある態様では、供給原料中の触媒の炭化水素系材料に対する質量比は、所望の生成物および/または良好な収率を生成するように調整される。触媒と炭化水素系材料との質量比は、例えば、ある態様では、少なくとも約0.5:1、少なくとも約1:1、少なくとも約2:1、少なくとも約5:1、少なくとも約10:1、少なくとも約15:1、少なくとも約20:1、又はそれ以上であってよく、又は他の態様では、約0.5:1未満、約1:1未満、約2:1未満、約5:1未満、約10:1未満、約15:1未満、又は約20:1未満であってよい。   In some embodiments, the mass ratio of catalyst to hydrocarbonaceous material in the feed is adjusted to produce the desired product and / or good yield. The weight ratio of catalyst to hydrocarbonaceous material can be, for example, in some embodiments, at least about 0.5: 1, at least about 1: 1, at least about 2: 1, at least about 5: 1, at least about 10: 1, It may be at least about 15: 1, at least about 20: 1, or more, or in other embodiments, less than about 0.5: 1, less than about 1: 1, less than about 2: 1, about 5: 1. Less than about 10: 1, less than about 15: 1, or less than about 20: 1.

更に、本明細書に記載されたプロセスは、特定の既存の方法よりも低いコークスの形成をもたらし得る。例えば、ある態様では、熱分解生成物の約30重量%未満、約25重量%未満、約20重量%未満、約15重量%未満、又は約10重量%未満がコークスとなった、熱分解生成物が形成される。形成されたコークスの量は、システム内に形成されたコークスの重量を、熱分解生成物を形成するのに使用される炭化水素系材料の重量で割ったものとして測定される。   Furthermore, the processes described herein can result in lower coke formation than certain existing methods. For example, in some embodiments, pyrolysis products wherein less than about 30%, less than about 25%, less than about 20%, less than about 15%, or less than about 10% by weight of the pyrolysis product are coke. Things are formed. The amount of coke formed is measured as the weight of coke formed in the system divided by the weight of the hydrocarbonaceous material used to form the pyrolysis product.

下記の非限定的な実施例は、本発明の様々な態様および特徴を示すことを意図している。   The following non-limiting examples are intended to illustrate various aspects and features of the present invention.

一連のゼオライト触媒を調製して、フラン、2−メチルフラン(2MF)及び松材を流動性炭化水素生成物に転化するためのCFPプロセスで使用した。   A series of zeolite catalysts were prepared and used in the CFP process to convert furan, 2-methylfuran (2MF) and pinewood into a fluid hydrocarbon product.

(触媒)
ZSM、GaZSM、SD及びGASDとして同定された4つの触媒を使用した。ZSMはZSM-5,(Si/Al=15)である。GaZSMはZSM1gを12時間70℃でGa(NO(0.01M)の水溶液100mLに還流させるイオン交換を使用して行った。イオン交換後、溶液を110℃で乾燥させて乾燥粉末を形成した。乾燥粉末を550℃の空気下で焼成した。SDは噴霧乾燥したHZSM−5である。Ga(NO溶液(0.43M)を使用してSDの初期湿潤含浸によりGaSDを作成した。含浸させたGaSDを110℃で乾燥し、550℃の空気中で焼成した。GaZSMとGaSDのGa含有量を誘導結合プラズマ(ICP)分析により決定した。
(catalyst)
Four catalysts identified as ZSM, GaZSM, SD and GASD were used. ZSM is ZSM-5, (Si / Al = 15). GaZSM was performed using ion exchange in which 1 g of ZSM was refluxed to 100 mL of an aqueous solution of Ga (NO 3 ) 3 (0.01 M) at 70 ° C. for 12 hours. After ion exchange, the solution was dried at 110 ° C. to form a dry powder. The dried powder was fired under air at 550 ° C. SD is spray dried HZSM-5. GaSD was made by initial wet impregnation of SD using Ga (NO 3 ) 3 solution (0.43M). The impregnated GaSD was dried at 110 ° C. and fired in air at 550 ° C. The Ga content of GaZSM and GaSD was determined by inductively coupled plasma (ICP) analysis.

テトラエチルオルトシリケート(TEOS)を用いる化学液相堆積(CLD)を、触媒を修正し、それにより触媒の細孔開口のサイズを減じるために使用した。触媒1gをヘキサン25mLに分散させた。その後、TEOS0.15mLを追加した。混合物を撹拌しながら1時間90℃で還流させた。触媒を遠心分離により回収した。触媒を2時間100℃で乾燥させ、乾燥空気中で4時間500℃にて焼成させた。細孔口修正プロセスを2回以上繰り返した。細孔口が変更された触媒を“シリル化”触媒と称してよく、“※”で特定し、例えば、ZSM、GaZSMおよびGASDと以下に特定した。修正プロセスをTEOSCLDのシリル化プロセスと称され得る。 Chemical liquid deposition (CLD) using tetraethylorthosilicate (TEOS) was used to modify the catalyst and thereby reduce the pore opening size of the catalyst. 1 g of the catalyst was dispersed in 25 mL of hexane. Thereafter, 0.15 mL of TEOS was added. The mixture was refluxed at 90 ° C. for 1 hour with stirring. The catalyst was recovered by centrifugation. The catalyst was dried for 2 hours at 100 ° C. and calcined in dry air for 4 hours at 500 ° C. The pore opening correction process was repeated two more times. A catalyst with a modified pore opening may be referred to as a “silylation” catalyst, and is identified by “*”, for example, ZSM * , GaZSM *, and GASD * . The modification process may be referred to as a TEOSCLD silylation process.

触媒試料をイソプロピルアミン(IPA)または2,4,6−コリジン(2,4,6−トリメチルピリジン)の昇温脱離によって分析した。吸着前に、サンプルを823Kで2時間脱気した。393Kまで試料を冷却した後、アミンを含んで成るバブラーを通じて純Heを流すことにより室温でイソプロピルアミンまたは2,4,6−コリジンで飽和されたHeに1時間試料を曝露させた。試料を2時間Heフローで393Kに保持し、物理吸着IPAまたは2,4,6−コリジンを除去した。試料を10K/分で973Kまで加熱した。脱着させたアミンの総量を用いて酸部位の合計数を計算し、約580K〜650Kで脱着するアミンの量を用いて、各触媒のブレンステッド酸部位の数を計算した。2,4,6−コリジンの大きさにより、2,4,6−コリジンはZSM-5の細孔に進入しない。したがって、2,4,6−コリジンの脱着は触媒の外表面または細孔開口の近くの細孔内でのみ酸部位を検出した。IPA脱着は、ゼオライト細孔内の酸部位および触媒の外表面の酸部位または細孔開口部付近の細孔内の酸部位を検出した。シリル化処理で生じる2,4,6−コリジン吸着の減少は、触媒の外表面及び細孔開口内または細孔開口近くの酸部位の数の減少を示した。これら外部部位の減少は、m−キシレンおよびo−キシレンの生成および細孔内に形成されたp−キシレンのm−キシレンo−キシレンへの再平衡を低減し、それによってp−キシレンへの選択性を改善する要因になると考えられている。   Catalyst samples were analyzed by temperature programmed desorption of isopropylamine (IPA) or 2,4,6-collidine (2,4,6-trimethylpyridine). Prior to adsorption, the sample was degassed at 823K for 2 hours. After cooling the sample to 393 K, the sample was exposed to He saturated with isopropylamine or 2,4,6-collidine at room temperature for 1 hour by flowing pure He through a bubbler comprising amine. Samples were held at 393 K with He flow for 2 hours to remove physisorbed IPA or 2,4,6-collidine. The sample was heated to 973K at 10K / min. The total number of acid sites was calculated using the total amount of desorbed amine, and the number of Bronsted acid sites for each catalyst was calculated using the amount of amine desorbed between about 580K and 650K. Due to the size of 2,4,6-collidine, 2,4,6-collidine does not enter the pores of ZSM-5. Thus, 2,4,6-collidine desorption detected acid sites only on the outer surface of the catalyst or in the pores near the pore openings. IPA desorption detected acid sites in the zeolite pores and acid sites on the outer surface of the catalyst or in the pores near the pore openings. The decrease in 2,4,6-collidine adsorption that occurs during the silylation treatment showed a decrease in the number of acid sites in the outer surface of the catalyst and in or near the pore openings. These reductions in external sites reduce the formation of m-xylene and o-xylene and the re-equilibration of p-xylene formed in the pores to m-xylene o-xylene, thereby selecting p-xylene. It is thought to be a factor that improves sex.

表1 2,4,6−コリジン(動力学径=7.4オングストローム)およびイソプロピルアミン(IPA、動力学径=5.2オングストローム)より得られた酸濃度の昇温脱離分析

Figure 2015519377
Table 1 Thermal desorption analysis of acid concentration obtained from 2,4,6-collidine (kinetic diameter = 7.4 angstrom) and isopropylamine (IPA, kinetic diameter = 5.2 angstrom)
Figure 2015519377

(フランと2MFの触媒転換)
触媒反応を0.5インチ(1.27cm)O.Dの固定床石英リアクター中で実施した。固形粒子の固定床の形状である触媒を石英フリットによりリアクター内で保持した。触媒床を60mL/分の速度で流れる空気で600℃の温度で焼成した。焼成後、5分間408mL/分でヘリウムによりリアクターをパージした。フランをシリンジポンプを用いてヘリウムストリーム中に圧送した。テスト実施前に、フランは30分間リアクターをバイパスした。フランを含んで成るヘリウムストリームをリアクターを通過するように切り換えた。空気浴コンデンサを重い生成物をトラップするために使用した。ガス相生成物をエアバッグによって回収した。すべての実験を大気圧で実施した。圧力降下は触媒床を通じて検出されなかった。反応プロセスが完了した後、リアクターを反応温度で45秒間、408mL/分の流量でヘリウムによってパージした。流出物をエアバッグを使用して回収した。各反応の完了後、使用した触媒を60mL/分の流速で空気を用いて600℃の温度で再生した。再生中に形成されたCOを240℃の温度で銅コンバータ(酸化銅)によりC0に変換した。COをCOトラップによりトラップした。コークスの収率をCOトラップの重量変化を測定することにより決定した。ガス生成物をGC−MS(島津製作所−2010)により同定し、GC-FID/TCD(ガス試料について島津2014、および液体試料についてHP−7890)により定量した。ガス相生成物のすべての炭化水素はGC−FIDにより定量した。ガス相生成物中のCO及びC0はGC−TCDにより定量した。C〜C標準オレフィンスタンダード(スコット特殊ガス、各オレフィンにつき1000ppm)、フラン、ベンゼン、トルエン、キシレン(ガス相スタンダードを室温で蒸発することができるこれら芳香族化合物のために調製する)、エチルベンゼン、スチレン、インデン、ナフタレン、およびベンゾフランによりGC−FIDを校正(又はは調整;calibrate)した。炭化水素の感度は、同様の構造を有する炭素分子の数に比例するとする(例えば、スチレン対メチルスチレン、インデン対メチルインデン)。COとCOスタンダード(ヘリウムにより平衡に保たれた空気ガス、エアガス、6%C0及び14%CO)によりGC−TCDを校正した。0.05%未満の炭素又は生成物を凝縮器で集めた。生成物の大部分は、ガス相又は触媒に堆積したコークスのいずれかにあった。炭素バランスは全ランの90%よりも大きいものに近かった。
(Catalytic conversion of furan and 2MF)
The catalytic reaction was 0.5 inch (1.27 cm) O.D. Performed in D fixed bed quartz reactor. A catalyst in the form of a fixed bed of solid particles was held in the reactor by a quartz frit. The catalyst bed was calcined at a temperature of 600 ° C. with air flowing at a rate of 60 mL / min. After calcination, the reactor was purged with helium at 408 mL / min for 5 minutes. The furan was pumped into the helium stream using a syringe pump. Prior to testing, the furan bypassed the reactor for 30 minutes. A helium stream comprising furan was switched to pass through the reactor. An air bath condenser was used to trap heavy product. The gas phase product was collected by an airbag. All experiments were performed at atmospheric pressure. No pressure drop was detected through the catalyst bed. After the reaction process was complete, the reactor was purged with helium at a flow rate of 408 mL / min for 45 seconds at the reaction temperature. The effluent was collected using an airbag. After completion of each reaction, the catalyst used was regenerated at a temperature of 600 ° C. with air at a flow rate of 60 mL / min. It was converted to C0 2 by copper converter (copper oxide) at a temperature of 240 ° C. The formed CO during playback. CO 2 was trapped by a CO 2 trap. Coke yield was determined by measuring the change in weight of the CO 2 trap. Gas products were identified by GC-MS (Shimadzu Corporation-2010) and quantified by GC-FID / TCD (Shimadzu 2014 for gas samples and HP-7890 for liquid samples). All hydrocarbons in the gas phase product were quantified by GC-FID. CO and C0 2 in the gas phase product was quantified by GC-TCD. C 2 -C 6 standard olefin standards (Scott special gas, 1000 ppm for each olefin), furan, benzene, toluene, xylene (gas phase standards are prepared for these aromatics that can be evaporated at room temperature), ethylbenzene GC-FID was calibrated (or calibrated) with styrene, indene, naphthalene, and benzofuran. The sensitivity of the hydrocarbon is assumed to be proportional to the number of carbon molecules having a similar structure (eg, styrene vs. methylstyrene, indene vs. methylindene). The GC-TCD was calibrated with CO and CO 2 standards (air gas, air gas, 6% CO 2 and 14% CO kept in equilibrium with helium). Less than 0.05% carbon or product was collected in the condenser. Most of the product was either in the gas phase or in the coke deposited on the catalyst. The carbon balance was close to greater than 90% of the total run.

フラン転化のための反応条件は、550℃の温度、10.2h-1の空間速度(WHSV)、および6トルの分圧であった。フランをポンプ速度0.58mL/hで圧送し、キャリアガスを408mL/分に維持した。リアクターに充填する触媒の量を53mgとした。 The reaction conditions for furan conversion were a temperature of 550 ° C., a space velocity (WHSV) of 10.2 h −1 , and a partial pressure of 6 Torr. The furan was pumped at a pump speed of 0.58 mL / h and the carrier gas was maintained at 408 mL / min. The amount of catalyst charged in the reactor was 53 mg.

2MFの反応プロセスは、2%プロピレン(ヘリウムにより平衡に保たれた1.986%のプロピレン)ではなく、純ヘリウムをキャリアガスとして使用したことを除いて、フランのプロセスと同じであった。2MF転化のための反応条件は、600℃、5.7h-1のWHSV、および4.9トルの分圧であった。2MFをポンプ速度0.57mL/分で圧送し、キャリアガスの流量を408mL/分に維持した。リアクターに充填する触媒の量を92mgとした。 The 2MF reaction process was the same as the furan process except that pure helium was used as the carrier gas instead of 2% propylene (1.986% propylene equilibrated with helium). Reaction conditions for 2MF conversion were 600 ° C., WHSV of 5.7 h −1 , and partial pressure of 4.9 torr. 2MF was pumped at a pump speed of 0.57 mL / min and the carrier gas flow rate was maintained at 408 mL / min. The amount of catalyst charged into the reactor was 92 mg.

結果を表2に示す。   The results are shown in Table 2.

Figure 2015519377
Figure 2015519377

図A及びBは、2MFとフランの転化から得られた全p−キシレンの選択性とキシレン分布とをそれぞれ示している。図Aでは、ZSMから得られる全p−キシレンの炭素選択率は5%であった。この値はZSMを使用することで15%まで増加した。シリル化は32%から92%までパラ選択性を著しく増加させた。同様に、シリル化されたGaZSMは58%から96%までパラ選択性を著しく増加させた。しかしながら、GaZSMの全p−キシレンの選択性はGaZSMより低かった。表2は、GaZSMの2MFの転化率(74%)がGaZSMの2MFの転化率(98%)よりも低いことを示している。ZSMの2MFの転化率(89%)がZSMの2MFの転化率(99%)よりも低かった。活性の減少は、外表面および細孔開口近くの表面のいくつかの活性部位がシリカの堆積により取り除かれていることによるものだと考えられる。ZSMに堆積させたGaにより、全芳香族の選択性を増やすことができ得る。又、これは、芳香族選択性がZSMの場合60%であり、GaZSMの場合69%である表2(2MF+プロピレン)に示されている。しかしながら、GaZSMを用いたシリル化により生じる非活性化は、2MFの転化によりZSMを用いたものよりも激しく、いくつかの活性Ga種がこれら表面に位置付けられ、当該活性Ga種がシリル化により失活されたことを示している。これらGa種はパラ選択性の増加(図A、GaZSMの場合58%、ZSMの場合32%)を引き起こすスペース閉じ込めを供する。GaZSMのシリル化は多くのスペース閉じ込めを更に供し、それによって、より良いパラ選択性(96%)が供される。 Figures A and B show the selectivity and xylene distribution of total p-xylene obtained from the conversion of 2MF and furan, respectively. In FIG. A, the carbon selectivity of all p-xylene obtained from ZSM was 5%. This value was increased to 15% using ZSM * . Silylation significantly increased paraselectivity from 32% to 92%. Similarly, silylated GaZSM * significantly increased para selectivity from 58% to 96%. However, the selectivity of GaZSM * for total p-xylene was lower than GaZSM. Table 2 shows that the 2MF conversion of GaZSM * (74%) is lower than the 2MF conversion of GaZSM (98%). The ZSM * 2MF conversion (89%) was lower than the ZSM 2MF conversion (99%). The decrease in activity is believed to be due to the removal of some active sites on the outer surface and the surface near the pore opening by silica deposition. Ga deposited on ZSM can increase total aromatic selectivity. This is also shown in Table 2 (2MF + propylene) where the aromatic selectivity is 60% for ZSM and 69% for GaZSM. However, the deactivation caused by silylation using GaZSM * is more severe than that using ZSM * due to 2MF conversion, and some active Ga species are located on these surfaces and the active Ga species is silylated. Indicates that it was deactivated. These Ga species provide space confinement that causes an increase in paraselectivity (Figure A, 58% for GaZSM, 32% for ZSM). The silylation of GaZSM further provides a lot of space confinement, thereby providing better paraselectivity (96%).

フランの転化(図B)の場合、全p−キシレン選択性およびキシレン種間でのパラに対する増加はシリル化触媒から観察された。パラ選択はZSMの場合の53%からZSMの場合の89%に増加し、GaZSMの場合の57%からGaZSMの場合の96%に増加した。フラン転化率がシリル化触媒で低くなっている表1に示すように、シリル化は活性を減少させる。ZSM(33%)と比べてGaZSM(41%)の活性の増加はGa種によるものである。しかしながら、シリカ堆積により失活した触媒部位により、GaZSMで観察されるフラン転化率は最も低かった(24%)。2MF+プロピレン反応での全キシレン選択性の著しい減少は、フラン自体がキシレン生成のための良好なディールス・アルダー反応剤ではないことによるものであると考えられる。GaSDを使用したフラン転化の結果を表2に示す。この表は、この触媒のパラ選択性が87%であることを示しており、シリル化が流動床リアクターでのバイオマス転化からのp−キシレンの収率を増加させるためFCC触媒に使用され得ることを示している。これは、GaSDがバブリング流動床リアクター内のマツ材の転化のために使用される下記に示されている。表3は、パラ選択性がGaSDの場合の40%からGaSDの場合の72%に増加したことを示している。 In the case of furan conversion (Figure B), an increase in total p-xylene selectivity and para to xylene species was observed from the silylation catalyst. Para-selection increased from 53% for ZSM to 89% for ZSM * and from 57% for GaZSM to 96% for GaZSM * . Silylation reduces activity, as shown in Table 1, where furan conversion is low with silylation catalysts. The increase in activity of GaZSM (41%) compared to ZSM (33%) is due to Ga species. However, the furan conversion observed with GaZSM * was the lowest (24%) due to the catalytic sites deactivated by silica deposition. The significant decrease in total xylene selectivity in the 2MF + propylene reaction is believed to be due to the fact that furan itself is not a good Diels-Alder reagent for xylene production. The results of furan conversion using GaSD * are shown in Table 2. This table shows that the para-selectivity of this catalyst is 87% and that silylation can be used for FCC catalysts to increase the yield of p-xylene from biomass conversion in a fluidized bed reactor. Is shown. This is shown below where GaSD * is used for the conversion of pine wood in a bubbling fluidized bed reactor. Table 3 shows that the para-selectivity increased from 40% for GaSD to 72% for GaSD * .

(流動床リアクター内のマツ材の触媒転化)
マツ材のCFPを流動床リアクター内で行った。流動床リアクターは2インチ(5.08cm)の径、10インチ(25.4cm)の高さを有し、316ステンレス鋼から作成される。リアクター内で、積層316ステンレスメッシュ(300メッシュ)から成る分配プレートより触媒床を支持した。密封供給ホッパーからリアクター内に固形マツ材を導入した。GaSDおよびGaSDを使用して試運転を行った。試運転の前に、マツ材を粉砕し、0.25〜1mmの範囲にある大きさの粒子にふるいをかけた。反応の間、800標準立方センチメートル(sccm)で流れるヘリウムガスにより触媒を流動化させ、リアクターがバブリングフロー式で操作できるようにした。ホッパーおよび供給チャンバーを200sccmでヘリウムで連続的にパージさせ、不活性環境を維持した。リアクターを通じて流れる全ガス流れは1000sccmのヘリウムであった。リアクターおよび流入ガスストリームの両方を反応温度(550℃)まで加熱した。リアクターは、反応開始前にこの温度に到達するために2時間要した。リアクターを出る流出ガスをサイクロンを通じて流して、同伴粒子を除去した。次いで、流出物を直列に7つの凝縮器に流して、液体およびガス相生成物を分離した。溶媒として各凝縮器内にエタノールを有した最初の3つの凝縮器を氷水浴内に設け、凝縮器の内側にいずれの溶媒を有しない他の4つの凝縮器をドライアイスおよびアセトン浴(−55℃)により取り囲んだ。バイオマスがリアクターに最初に入った後、凝縮されていないガス相生成物を5、10、20および30分でエアバッグ内に集めた。反応時間は30分であった。30分後、30分間1000sccmの流速でヘリウムを用いてリアクターをパージし、触媒にあるコークス以外の任意のCFP生成物を除去した。エタノールを使用して液体生成物を凝縮器から抽出させた。供給チャンバーのパージからの200sccmのヘリウムに加えて、3時間800sccmで空気を用いて触媒を再生させた。再生中、流出ガスをCOがCOに変わる銅コンバータに通過させ、COをCOトラップによりトラップさせた。ガス相生成物をGC−FID/TCD(島津製作所製2014)より分析した。液体試料をGC−FID(HP7890)により分析した。COトラップの重量変化を分析することにより、コークスの収率を得た。その結果を表3に示す。
(Catalytic conversion of pine wood in fluidized bed reactor)
Pine wood CFP was performed in a fluidized bed reactor. The fluidized bed reactor has a diameter of 2 inches (5.08 cm), a height of 10 inches (25.4 cm) and is made from 316 stainless steel. In the reactor, the catalyst bed was supported by a distribution plate consisting of laminated 316 stainless mesh (300 mesh). Solid pine wood was introduced into the reactor from a sealed feed hopper. Test runs were performed using GaSD and GaSD * . Prior to the trial run, the pine wood was crushed and sieved to particles with a size in the range of 0.25 to 1 mm. During the reaction, the catalyst was fluidized with helium gas flowing at 800 standard cubic centimeters (sccm), allowing the reactor to operate in a bubbling flow mode. The hopper and feed chamber were continuously purged with helium at 200 sccm to maintain an inert environment. The total gas flow flowing through the reactor was 1000 sccm helium. Both the reactor and the incoming gas stream were heated to the reaction temperature (550 ° C.). The reactor took 2 hours to reach this temperature before starting the reaction. The effluent gas exiting the reactor was flushed through a cyclone to remove entrained particles. The effluent was then flowed through 7 condensers in series to separate the liquid and gas phase products. The first three condensers with ethanol as a solvent in each condenser were placed in an ice-water bath, and the other four condensers without any solvent inside the condenser were placed in a dry ice and acetone bath (−55 ° C). After the biomass first entered the reactor, the uncondensed gas phase product was collected in the airbag at 5, 10, 20 and 30 minutes. The reaction time was 30 minutes. After 30 minutes, the reactor was purged with helium at a flow rate of 1000 sccm for 30 minutes to remove any CFP product other than coke in the catalyst. The liquid product was extracted from the condenser using ethanol. In addition to 200 sccm of helium from the feed chamber purge, the catalyst was regenerated with air at 800 sccm for 3 hours. During playback, the effluent gas CO is passed through a copper converter changes to CO 2, and the CO 2 is trapped by CO 2 trap. The gas phase product was analyzed by GC-FID / TCD (Shimadzu 2014). The liquid sample was analyzed by GC-FID (HP7890). The yield of coke was obtained by analyzing the change in weight of the CO 2 trap. The results are shown in Table 3.

Figure 2015519377
Figure 2015519377

本発明を様々な態様に関連させて説明したが、本明細書を読めば種々の変更が当業者にとって明らかとなるであろうことは理解できよう。したがって、本明細書に開示された発明は、添付の特許請求の範囲内に含まれるような任意の変更を含んで成ると理解されよう。   While the invention has been described in connection with various aspects, it will be understood that various modifications will become apparent to those skilled in the art upon reading this specification. Accordingly, the invention disclosed herein is to be understood as comprising any modification as falling within the scope of the appended claims.

Claims (40)

炭化水素系材料からp−キシレンを含んで成る流動性炭化水素生成物を生成するための方法であって、
炭化水素系材料をリアクターに供給する工程;
熱分解生成物を生成するために十分な反応条件下で炭化水素系材料の少なくとも一部をリアクター内で熱分解させる工程;および
ゼオライト触媒が存在した反応条件下で熱分解生成物の少なくとも一部を触媒的に反応させて、流動性炭化水素生成物を生成する工程
を含んで成り、
ゼオライト触媒が、細孔開口を有した細孔、触媒の外表面上の触媒サイト、および処理層を含んで成り、
処理層が、細孔開口のサイズを減じ、触媒の外表面上の触媒サイトの少なくともいくつかを熱分解生成物にアクセスできなくするためのシリコーン化合物に由来する有効量の処理層である、方法。
A method for producing a flowable hydrocarbon product comprising p-xylene from a hydrocarbon-based material comprising:
Supplying a hydrocarbon-based material to the reactor;
Pyrolyzing at least a portion of the hydrocarbonaceous material in the reactor under reaction conditions sufficient to produce a pyrolysis product; and at least a portion of the pyrolysis product under reaction conditions in which a zeolite catalyst was present Catalytically reacting to produce a fluid hydrocarbon product,
The zeolite catalyst comprises pores having pore openings, catalyst sites on the outer surface of the catalyst, and a treatment layer;
The method wherein the treatment layer is an effective amount of treatment layer derived from a silicone compound to reduce the size of the pore openings and render at least some of the catalyst sites on the outer surface of the catalyst inaccessible to pyrolysis products .
触媒サイトが細孔開口近くの細孔に位置付けられ、処理層が細孔開口近くの細孔の触媒サイトの少なくともいくつかを熱分解生成物にアクセスできなくする、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the catalyst sites are located in pores near the pore openings and the treatment layer renders at least some of the catalyst sites in the pores near the pore openings inaccessible to pyrolysis products. キシレンのうちのp−キシレンの選択性が少なくとも約40%、少なくとも約45%、少なくとも約50%、少なくとも約55%、少なくとも約60%、少なくとも約65%、少なくとも約70%、少なくとも約75%、少なくとも約80%、少なくとも約85%、又は少なくとも約90%であるキシレンを流動性炭化水素生成物が含んで成る、請求項1又は2に記載の方法。   The selectivity for p-xylene of xylene is at least about 40%, at least about 45%, at least about 50%, at least about 55%, at least about 60%, at least about 65%, at least about 70%, at least about 75%. 3. The process of claim 1 or 2, wherein the flowable hydrocarbon product comprises xylene that is at least about 80%, at least about 85%, or at least about 90%. 触媒の外表面上の触媒サイトの少なくとも約15%、少なくとも約25%、少なくとも約35%、少なくとも約45%、少なくとも約55%、少なくとも約65%、少なくとも約75%、少なくとも約85%、少なくとも約90%、少なくとも約95%、少なくとも約98%、又は少なくとも約99%が熱分解生成物にアクセスできない、請求項1〜3のいずれかに記載の方法。   At least about 15%, at least about 25%, at least about 35%, at least about 45%, at least about 55%, at least about 65%, at least about 75%, at least about 85%, at least of the catalyst sites on the outer surface of the catalyst 4. The method of any of claims 1-3, wherein about 90%, at least about 95%, at least about 98%, or at least about 99% are inaccessible to pyrolysis products. 細孔開口近くの細孔の触媒サイトの少なくとも20%、少なくとも約25%、少なくとも約30%、少なくとも約33%、少なくとも約35%、少なくとも約40%、少なくとも約45%、少なくとも約49%、少なくとも約50%、少なくとも約55%、少なくとも約60%、少なくとも約65%、少なくとも約70%、少なくとも約75%、少なくとも約80%、少なくとも約85%、少なくとも約90%、少なくとも約95%、又は少なくとも約99%が熱分解生成物にアクセスできない、請求項2に記載の方法。   At least 20%, at least about 25%, at least about 30%, at least about 33%, at least about 35%, at least about 40%, at least about 45%, at least about 49% of the catalytic sites of the pores near the pore openings, At least about 50%, at least about 55%, at least about 60%, at least about 65%, at least about 70%, at least about 75%, at least about 80%, at least about 85%, at least about 90%, at least about 95%, 3. The method of claim 2, wherein at least about 99% is inaccessible to pyrolysis products. ゼオライト触媒がシリカおよびアルミナを含んで成り、シリカとアルミナとのモル比が、約10:1〜約50:1、約10:1〜約40:1、約10:1〜約20:1、又は約15:1である、請求項1〜5のいずれかに記載の方法。   The zeolite catalyst comprises silica and alumina, wherein the molar ratio of silica to alumina is about 10: 1 to about 50: 1, about 10: 1 to about 40: 1, about 10: 1 to about 20: 1, Or a method according to any one of claims 1 to 5, which is about 15: 1. ゼオライト触媒が、ニッケル、白金、バナジウム、パラジウム、マンガン、コバルト、亜鉛、銅、クロム、ガリウム、これらのうちの1つ以上の酸化物、又はこれらのうちの2つ以上の混合物を更に含んで成る、請求項6に記載の方法。   The zeolite catalyst further comprises nickel, platinum, vanadium, palladium, manganese, cobalt, zinc, copper, chromium, gallium, one or more oxides thereof, or a mixture of two or more thereof. The method according to claim 6. シリコーン化合物が、下記の式によって示される基を少なくとも1つ含んで成る、請求項1〜7のいずれかに記載の方法。
Figure 2015519377
8. A method according to any one of the preceding claims, wherein the silicone compound comprises at least one group represented by the following formula:
Figure 2015519377
シリコーン化合物が、下記の式によって示される、請求項1〜8のいずれかに記載の方法。
Figure 2015519377
(RおよびRは水素、ハロゲン、ヒドロキシル、アルキル、アルコキシル、ハロゲン化アルキル、アリール、ハロゲン化アリール、アラルキル、ハロゲン化アラルキル、アルカリル又はハロゲン化アルカリルを独立して含んで成り、nは少なくとも2である数である。)
The method according to claim 1, wherein the silicone compound is represented by the following formula:
Figure 2015519377
(R 1 and R 2 independently comprise hydrogen, halogen, hydroxyl, alkyl, alkoxyl, halogenated alkyl, aryl, aryl halide, aralkyl, halogenated aralkyl, alkaryl or alkaryl, and n is at least 2 Is a number.)
および/またはRはメチル、エチル、又はフェニルを含んで成る、請求項9に記載の方法。 R 1 and / or R 2 comprises methyl, ethyl, or phenyl, A method according to claim 9. nは約3〜約1000の数である、請求項9又は10に記載の方法。   11. The method of claim 9 or 10, wherein n is a number from about 3 to about 1000. シリコーン化合物は、約80〜約20,000又は約150〜10,000の数平均分子量を有している、請求項1〜11のいずれかに記載の方法。   12. The method of any one of claims 1-11, wherein the silicone compound has a number average molecular weight of about 80 to about 20,000 or about 150 to 10,000. シリコーン化合物は、ジメチルシリコーン、ジエチルシリコーン、フェニルメチルシリコーン、メチルハイドロゲンシリコーン、エチルハイドロゲンシリコーン、フェニルハイドロゲンシリコーン、メチルエチルシリコーン、フェニルエチルシリコーン、ジフェニルシリコーン、メチルトリフルオロプロピルシリコーン、エチルトリフルオロプロピルシリコーン、ポリジメチルシリコーン、テトラクロロフェニルメチルシリコーン、テトラクロロフェニルエチルシリコーン、テトラクロロフェニルハイドロゲンシリコーン、テトラクロロフェニルフェニルシリコーン、メチルビニルシリコーン、ヘキサメチルシクロトリシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、ヘキサフェニルシクロトリシロキサン、オクタフェニルシクロテトラシロキサン、またはこれらのうちの2つ以上の混合物を含んで成る、請求項1〜12のいずれかに記載の方法。   Silicone compounds are dimethyl silicone, diethyl silicone, phenyl methyl silicone, methyl hydrogen silicone, ethyl hydrogen silicone, phenyl hydrogen silicone, methyl ethyl silicone, phenyl ethyl silicone, diphenyl silicone, methyl trifluoropropyl silicone, ethyl trifluoropropyl silicone, poly Dimethyl silicone, tetrachlorophenyl methyl silicone, tetrachlorophenyl ethyl silicone, tetrachlorophenyl hydrogen silicone, tetrachlorophenyl phenyl silicone, methyl vinyl silicone, hexamethylcyclotrisiloxane, octamethylcyclotetrasiloxane, hexaphenylcyclotrisiloxane, octaphenylcyclotetra Rokisan or comprising mixtures of two or more of these A method according to any one of claims 1 to 12,. シリコーン化合物はテトラオルトシリケートを含んで成る、請求項1〜8のいずれかに記載の方法。   9. A method according to any one of claims 1 to 8, wherein the silicone compound comprises tetraorthosilicate. シリコーン化合物はテトラメチルオルトシリケート、テトラエチルオルトシリケート、又はこれらの混合物を含んで成る、請求項14に記載の方法。   15. The method of claim 14, wherein the silicone compound comprises tetramethylorthosilicate, tetraethylorthosilicate, or a mixture thereof. リアクターは、連続攪拌槽型リアクター、回分式リアクター、半回分式リアクター、固定床リアクター、又は流動床リアクターを有して成る、請求項1〜15のいずれかに記載の方法。   The method according to any of claims 1 to 15, wherein the reactor comprises a continuous stirred tank reactor, a batch reactor, a semi-batch reactor, a fixed bed reactor, or a fluidized bed reactor. リアクターが流動床リアクターを有して成る、請求項1〜15のいずれかに記載の方法。   The process according to any of the preceding claims, wherein the reactor comprises a fluidized bed reactor. 炭化水素系材料が、固形炭化水素系材料、半固形炭化水素系材料、液体状炭化水素系材料、又はこれらのうち2つ以上の混合物を含んで成る、請求項1〜17のいずれかに記載の方法。   18. The hydrocarbon-based material comprises a solid hydrocarbon-based material, a semi-solid hydrocarbon-based material, a liquid hydrocarbon-based material, or a mixture of two or more thereof. the method of. 炭化水素系材料がバイオマスを含んで成る、請求項1〜18のいずれかに記載の方法。   The method according to any of claims 1 to 18, wherein the hydrocarbonaceous material comprises biomass. 炭化水素系材料は、プラスチック廃棄物、再生プラスチック、農業固形廃棄物、都市固形廃棄物、食品廃棄物、動物の廃棄物、炭水化物、リグノセルロース材、キシリトール、グルコース、セロビオース、ヘミセルロース、リグニン、サトウキビバガス、グルコース、木材、トウモロコシ茎葉、又はこれらのうちの2つ以上の混合物を含んで成る、請求項1〜19のいずれかに記載の方法。   Hydrocarbon materials include plastic waste, recycled plastic, agricultural solid waste, municipal solid waste, food waste, animal waste, carbohydrates, lignocellulosic material, xylitol, glucose, cellobiose, hemicellulose, lignin, sugarcane bagasse 20. A method according to any of claims 1 to 19, comprising glucose, wood, corn stover, or a mixture of two or more thereof. 炭化水素系材料は、バイオマスに由来する熱分解オイル、バイオマスに由来する炭水化物、バイオマスに由来するアルコール、バイオマス抽出物、前処理されたバイオマス、消化バイオマス生成物、又はこれらのうちの2つ以上の混合物を含んで成る、請求項1〜20のいずれかに記載の方法。   The hydrocarbon-based material may be a pyrolysis oil derived from biomass, a carbohydrate derived from biomass, an alcohol derived from biomass, a biomass extract, a pretreated biomass, a digested biomass product, or two or more of these 21. A method according to any of claims 1 to 20, comprising a mixture. 炭化水素系材料は、フランおよび/または2−メチルフランを含んで成る、請求項1〜18のいずれかに記載の方法。   The method according to any of claims 1 to 18, wherein the hydrocarbonaceous material comprises furan and / or 2-methylfuran. 炭化水素系材料がマツ材を含んで成る、請求項1〜18のいずれかに記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the hydrocarbonaceous material comprises pine wood. リアクターが約400℃〜約600℃、約425℃〜約500℃、又は約440℃〜約460℃の温度である、請求項1〜23のいずれかに記載の方法。   24. The method of any one of claims 1-23, wherein the reactor is at a temperature of about 400C to about 600C, about 425C to about 500C, or about 440C to about 460C. 炭化水素系材料が約3時間−1、約2時間−1、約1.5時間−1、又は約0.9時間−1までの正規化質量空間速度でリアクターに供給され、又は炭化水素系材料が約0.01時間−1〜約3時間−1、約0.01時間−1〜約2時間−1、約0.01時間−1〜約1.5時間−1、約0.01時間−1〜約0.9時間−1、約0.01時間−1〜約0.5時間−1、約0.1時間−1〜約0.9時間−1、又は約0.1時間−1〜約0.5時間−1の正規化質量空間速度でリアクターに供給される、請求項1〜24のいずれかに記載の方法。 A hydrocarbon-based material is fed to the reactor at a normalized mass space velocity of up to about 3 hours −1 , about 2 hours −1 , about 1.5 hours −1 , or about 0.9 hours −1 , or hydrocarbon based The material is about 0.01 hours- 1 to about 3 hours- 1 , about 0.01 hours- 1 to about 2 hours- 1 , about 0.01 hours- 1 to about 1.5 hours- 1 , about 0.01. Time- 1 to about 0.9 hours- 1 , about 0.01 hours- 1 to about 0.5 hours- 1 , about 0.1 hours- 1 to about 0.9 hours- 1 , or about 0.1 hours 25. The method of any of claims 1-24, wherein the reactor is fed to the reactor at a normalized mass space velocity of -1 to about 0.5 hours- 1 . 流動性炭化水素生成物は芳香族化合物を含んで成り、芳香族炭素モル収率が少なくとも約22%である、請求項1〜25のいずれかに記載の方法。   26. A process according to any of claims 1 to 25, wherein the flowable hydrocarbon product comprises an aromatic compound and the aromatic carbon molar yield is at least about 22%. 流動性炭化水素生成物はオレフィン化合物を含んで成り、オレフィン炭素モル収率が少なくとも約3%、少なくとも約6%、少なくとも約9%、又は少なくとも約12%である、請求項1〜26のいずれかに記載の方法。   27. The flowable hydrocarbon product comprises an olefin compound and has an olefin carbon molar yield of at least about 3%, at least about 6%, at least about 9%, or at least about 12%. The method of crab. 流動性炭化水素生成物を回収する工程を更に含んで成る、請求項1〜27のいずれかに記載の方法。   28. A method according to any preceding claim, further comprising the step of recovering the flowable hydrocarbon product. 流動性炭化水素生成物が、芳香族化合物および/またはオレフィン化合物を更に含んで成る、請求項1〜28のいずれかに記載の方法。   29. A process according to any of claims 1 to 28, wherein the flowable hydrocarbon product further comprises an aromatic compound and / or an olefinic compound. 流動性炭化水素生成物が、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、メチルエチルベンゼン、トリメチルベンゼン、o−キシレン、m−キシレン、インダン、ナフタレン、メチルナフタレン、ジメチルナフタレン、エチルナフタレン、ヒドリンデン、メチルヒドリンデン、ジメチルヒドリンデン、又はこれらのうちの2つ以上の混合物を更に含んで成る、請求項1〜29のいずれかに記載の方法。   Fluid hydrocarbon products are benzene, toluene, ethylbenzene, methylethylbenzene, trimethylbenzene, o-xylene, m-xylene, indane, naphthalene, methylnaphthalene, dimethylnaphthalene, ethylnaphthalene, hydrindene, methylhydrinden, dimethylhydrindene. 30. A method according to any of claims 1 to 29, further comprising a mixture of two or more thereof. 流動性炭化水素生成物中のp−キシレンの質量収率が、少なくとも約1.5重量%、少なくとも約2重量%、少なくとも約2.5重量%、又は少なくとも約3重量%である、請求項1〜30のいずれかに記載の方法。   The mass yield of p-xylene in the flowable hydrocarbon product is at least about 1.5 wt%, at least about 2 wt%, at least about 2.5 wt%, or at least about 3 wt%. The method in any one of 1-30. リアクターが、少なくとも約100kPa、少なくとも約200kPa、少なくとも約300kPa、又は少なくとも約400kPaの圧力で操作される、請求項1〜31のいずれかに記載の方法。   32. The method of any of claims 1-31, wherein the reactor is operated at a pressure of at least about 100 kPa, at least about 200 kPa, at least about 300 kPa, or at least about 400 kPa. リアクターが、約600kPa未満、約400kPa未満、又は約200kPa未満の圧力で操作される、請求項1〜31のいずれかに記載の方法。   32. The method of any of claims 1-31, wherein the reactor is operated at a pressure of less than about 600 kPa, less than about 400 kPa, or less than about 200 kPa. リアクターが、約100〜約600kPa、約100〜約400kPa、又は約100〜約200kPaの圧力で操作される、請求項1〜31のいずれかに記載の方法。   32. The method of any of claims 1-31, wherein the reactor is operated at a pressure of about 100 to about 600 kPa, about 100 to about 400 kPa, or about 100 to about 200 kPa. 触媒反応工程の間、脱水、脱カルボニル化、脱カルボキシル化、異性化、オリゴマー化、および/または脱水素化反応が行われる、請求項1〜34のいずれかに記載の方法。   35. A process according to any of claims 1 to 34, wherein dehydration, decarbonylation, decarboxylation, isomerization, oligomerization and / or dehydrogenation reactions are carried out during the catalytic reaction step. 熱分解生成物の約30重量%未満、約25重量%未満、約20重量%未満、約15重量%未満、又は約10%未満がコークスとなった、熱分解生成物が形成される、請求項1〜35のいずれかに記載の方法。   A pyrolysis product is formed wherein less than about 30%, less than about 25%, less than about 20%, less than about 15%, or less than about 10% of the pyrolysis product is coke. Item 34. The method according to any one of Items 1 to 35. 熱分解工程および触媒反応工程を単一のベッセルで行う、請求項1〜36のいずれかに記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 36, wherein the pyrolysis step and the catalytic reaction step are performed in a single vessel. 熱分解工程および触媒反応工程を別個のベッセルで行う、請求項1〜36のいずれかに記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 36, wherein the pyrolysis step and the catalytic reaction step are performed in separate vessels. リアクター内の炭化水素系材料の滞留時間が、少なくとも約1秒、少なくとも約2秒、少なくとも約5秒、少なくとも約7秒、少なくとも約10秒、少なくとも約15秒、少なくとも約20秒、少なくとも約25秒、少なくとも約30秒、少なくとも約60秒、少なくとも約120秒、少なくとも約240秒、又は少なくとも約480秒である、請求項1〜38のいずれかに記載の方法。   The residence time of the hydrocarbonaceous material in the reactor is at least about 1 second, at least about 2 seconds, at least about 5 seconds, at least about 7 seconds, at least about 10 seconds, at least about 15 seconds, at least about 20 seconds, at least about 25 39. The method of any of claims 1-38, wherein the method is seconds, at least about 30 seconds, at least about 60 seconds, at least about 120 seconds, at least about 240 seconds, or at least about 480 seconds. 熱分解生成物と触媒との接触時間が、少なくとも約1秒、少なくとも約2秒、少なくとも約5秒、少なくとも約7秒、少なくとも約10秒、少なくとも約15秒、少なくとも約20秒、少なくとも約25秒、少なくとも約30秒、少なくとも約60秒、少なくとも約120秒、少なくとも約240秒、又は少なくとも約480秒である、請求項1〜39のいずれかに記載の方法。   The contact time between the pyrolysis product and the catalyst is at least about 1 second, at least about 2 seconds, at least about 5 seconds, at least about 7 seconds, at least about 10 seconds, at least about 15 seconds, at least about 20 seconds, at least about 25 40. The method of any of claims 1-39, wherein the method is seconds, at least about 30 seconds, at least about 60 seconds, at least about 120 seconds, at least about 240 seconds, or at least about 480 seconds.
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