JP6640365B2 - 炭化水素をシクロペンタジエンに転化する方法およびシステム - Google Patents
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Description
関連出願の相互参照
本発明は、２０１５年１１月４日に出願された米国特許出願第６２／２５０，６９７号、および２０１６年２月２日に出願された欧州特許出願第１６１５３７２７．９号の優先権および利益を主張するものである。
本発明は、非環式Ｃ5原料を、環式Ｃ5化合物を含む生成物に転化する方法に有用な反応器に関する。
本発明は、２０１５年１１月４日に出願された米国特許出願第６２／２５０，６９７号、および２０１６年２月２日に出願された欧州特許出願第１６１５３７２７．９号の優先権および利益を主張するものである。
本発明は、非環式Ｃ5原料を、環式Ｃ5化合物を含む生成物に転化する方法に有用な反応器に関する。
シクロペンタジエン（ＣＰＤ）とその二量体であるジシクロペンタジエン（ＤＣＰＤ）は化学産業全体にわたり広範囲に及ぶ生成物、例えばポリマー材料、ポリエステル樹脂、合成ゴム、溶媒、燃料、燃料添加剤などに使用される、非常に望ましい原材料である。シクロペンタジエンは現在、液体供給される水蒸気分解（例えばナフサおよびより重い供給物）における微量の副産物である。既存および新規の水蒸気分解施設がより軽い供給物へと移行するにつれ、ＣＰＤの生成量が減少する一方、ＣＰＤの需要は高まっている。供給制限に起因する高コストは、ポリマーにおけるＣＰＤの潜在的な最終生成物使用に影響を及ぼす。付加的なＣＰＤを、制約を受けない生成率で、好ましくは水蒸気分解からの回収より低コストで生成することができれば、より多くのＣＰＤベースポリマー生成物を生成することができる。他の環式Ｃ5化合物の共生成も望まれる。シクロペンタンとシクロペンテンは溶媒として高い価値を有し得る一方、シクロペンテンはポリマーを生成するためのコモノマーとして、また他の高価値化学物質の出発材料として使用され得る。
軽質の（Ｃ4-）副産物の生成を最小化する一方、ＣＰＤを生成する触媒系を使用して、豊富なＣ5原料からの一次生成物としてのＣＰＤを含め、環式Ｃ5化合物を生成することが可能であれば有利と思われる。より低い水素含有量（例えば環式化合物、アルケン、およびジアルケン）は、反応吸熱が低減され、転化に対する熱力学的制約が改善されることから好適となり得る一方、非飽和状態の原料は飽和状態の原料より高価である。直鎖Ｃ5骨格構造は分岐Ｃ5骨格構造より好適であるが、これは反応化学と、分岐Ｃ5と比較した場合の（オクタン価の違いに起因する）直鎖Ｃ5のオクタン価の低さの両方によるものである。Ｃ5化合物は非在来型ガスおよびシェールオイルから豊富に入手可能であるほか、厳格な環境規制を背景に、自動車燃料での使用も減少している。Ｃ5原料はバイオ原料から抽出することもできる。
現在、様々な接触脱水素技術が、Ｃ3およびＣ4のアルカンからのモノオレフィンおよびジオレフィンの生成に使用されているが、環式モノオレフィンまたは環式ジオレフィンではない。１つの典型的な方法ではアルミナ担持Ｐｔ／Ｓｎを活性触媒として使用する。別の有用な方法ではアルミナ担持クロミアを使用する。B.V.Vora, "Development of Dehydrogenation Catalysts and Processes," Topics in Catalysis, vol.55, pp.1297-1308, 2012、およびJ.C.Bricker, "Advanced Catalytic Dehydrogenation Technologies for Production of Olefins," Topics in Catalysis, vol.55, pp.1309-1314, 2012を参照のこと。
現在、様々な接触脱水素技術が、Ｃ3およびＣ4のアルカンからのモノオレフィンおよびジオレフィンの生成に使用されているが、環式モノオレフィンまたは環式ジオレフィンではない。１つの典型的な方法ではアルミナ担持Ｐｔ／Ｓｎを活性触媒として使用する。別の有用な方法ではアルミナ担持クロミアを使用する。B.V.Vora, "Development of Dehydrogenation Catalysts and Processes," Topics in Catalysis, vol.55, pp.1297-1308, 2012、およびJ.C.Bricker, "Advanced Catalytic Dehydrogenation Technologies for Production of Olefins," Topics in Catalysis, vol.55, pp.1309-1314, 2012を参照のこと。
さらに別の一般的方法では、Ｚｎ担持Ｐｔ／Ｓｎまたはアルミン酸カルシウムを使用してプロパンを脱水素する。これらの方法はアルカンの脱水素に成功する一方、ＣＰＤの生成に欠かせない環化は実行しない。Ｐｔ−Ｓｎ／アルミナおよびＰｔ−Ｓｎ／アルミン酸塩の触媒はｎ−ペンタンの適度な転化を示すが、そのような触媒は環式Ｃ5生成物に対する選択率と収率が悪い。
塩素化アルミナ担持Ｐｔ触媒は、低オクタンナフサをベンゼンやトルエンなど芳香族化合物に改質するために使用される。米国特許第３，９５３，３６８号（Ｓｉｎｆｅｌｔ）、"Polymetallic Cluster Compositions Useful as Hydrocarbon Conversion Catalysts"を参照のこと。これらの触媒はＣ6以上のアルカンを脱水素および環化してＣ6芳香環を形成する場合に効果的である一方、非環式Ｃ5化合物を環式Ｃ5化合物に転化する場合にはさほど効果的でない。これらの塩素化アルミナ担持Ｐｔ触媒は、流れに乗った最初の２時間以内は低い環式Ｃ5化合物の収率および失活を示す。Ｃ6およびＣ7のアルカンの環化は、Ｃ5化合物の環化では発生しない芳香環の形成によって補助される。この効果は部分的に、Ｃ5環式化合物の一種であるＣＰＤ形成時の熱が、環式Ｃ6化合物の一種であるベンゼンや環式Ｃ7化合物の一種であるトルエンと比べかなり高いことに起因すると考えられる。これは塩素化アルミナ上に担持されたＰｔ／ＩｒおよびＰｔ／Ｓｎによっても示される。これらのアルミナ触媒は、Ｃ6芳香環を形成するためのＣ6+種の脱水素および環化の両方を実行するが、非環式Ｃ5化合物を環式Ｃ5化合物に転化するには異なる触媒が必要となる。
塩素化アルミナ担持Ｐｔ触媒は、低オクタンナフサをベンゼンやトルエンなど芳香族化合物に改質するために使用される。米国特許第３，９５３，３６８号（Ｓｉｎｆｅｌｔ）、"Polymetallic Cluster Compositions Useful as Hydrocarbon Conversion Catalysts"を参照のこと。これらの触媒はＣ6以上のアルカンを脱水素および環化してＣ6芳香環を形成する場合に効果的である一方、非環式Ｃ5化合物を環式Ｃ5化合物に転化する場合にはさほど効果的でない。これらの塩素化アルミナ担持Ｐｔ触媒は、流れに乗った最初の２時間以内は低い環式Ｃ5化合物の収率および失活を示す。Ｃ6およびＣ7のアルカンの環化は、Ｃ5化合物の環化では発生しない芳香環の形成によって補助される。この効果は部分的に、Ｃ5環式化合物の一種であるＣＰＤ形成時の熱が、環式Ｃ6化合物の一種であるベンゼンや環式Ｃ7化合物の一種であるトルエンと比べかなり高いことに起因すると考えられる。これは塩素化アルミナ上に担持されたＰｔ／ＩｒおよびＰｔ／Ｓｎによっても示される。これらのアルミナ触媒は、Ｃ6芳香環を形成するためのＣ6+種の脱水素および環化の両方を実行するが、非環式Ｃ5化合物を環式Ｃ5化合物に転化するには異なる触媒が必要となる。
Ｇａ含有ＺＳＭ−５触媒は、軽質パラフィンから芳香族化合物を製造する方法に使用される。Ｋａｎａｚｉｒｅｖらによる研究は、ｎ−ペンタンがＧａ2Ｏ3／Ｈ−ＺＳＭ−５上で容易に転化されることを示した。Kanazirev et al., "Conversion of C8 aromatics and n-pentane over Ga2O3/H-ZSM-5 mechanically mixed catalysts," Catalysis Letters, vol.9, pp.35-42, 1991を参照のこと。環式Ｃ5化合物の生成は報告されなかった一方、６質量％以上の芳香族化合物が４４０℃および１．８ｈｒ-1のＷＨＳＶの条件で生成された。Ｍｏ／ＺＳＭ−５触媒も、パラフィン、特にメタンを脱水素および／または環化することが示されている。Y.Xu, S.Liu, X.Guo, L.Wang, and M.Xie, "Methane activation without using oxidants over Mo/HZSM-5 zeolite catalysts," Catalysis Letters, vol.30, pp.135-149, 1994を参照のこと。Ｍｏ／ＺＳＭ−５を使用してのｎ−ペンタンの高転化は、環式Ｃ5化合物が生成されず、分解生成物の収率が高いことが実証された。これは、ＺＳＭ−５ベース触媒はパラフィンをＣ6環に転化し得るが、必ずしもＣ5環を生成するわけではないことを示す。
米国特許第５，２５４，７８７号（Ｄｅｓｓａｕ）は、パラフィンの脱水素に使用されるＮＵ−８７触媒を紹介した。この触媒は、Ｃ2−Ｃ6+の化合物を脱水素してそれらの不飽和類似体を生成することが示された。Ｃ2-5のアルカンとＣ6+以上のアルカンの区別がこの特許では明示的に為されており、すなわちＣ2-5アルカンを脱水素すると直鎖または分岐モノオレフィンまたはジオレフィンが生成される一方、Ｃ6+アルカンを脱水素すると芳香族化合物が生成される。米国特許第５，１９２，７２８号（Ｄｅｓｓａｕ）は同様の化学反応が関係するが、スズ含有結晶質細孔性材料を使用する。ＮＵ−８７触媒の場合と同様に、Ｃ5化合物を脱水素すると直鎖または分岐モノオレフィンまたはジオレフィンのみ生成し、ＣＰＤは生成しないことが示された。
米国特許第５，２８４，９８６号（Ｄｅｓｓａｕ）は、ｎ−ペンタンからシクロペンタンおよびシクロペンテンを製造する二段階方法を紹介した。一例が実施され、第１段階ではＰｔ／Ｓｎ−ＺＳＭ−５触媒上でのｎ−ペンタンの脱水素および脱水素環化によるパラフィン、モノオレフィンおよびジオレフィン、およびナフテンの混合物の生成が関係した。この混合物は次いでＰｄ／Ｓｎ−ＺＳＭ−５触媒からなる第２段階の反応器に導入され、この反応器でジエン、特にＣＰＤがオレフィンおよび飽和化合物に転化された。この方法ではシクロペンテンが所望の生成物であった一方、ＣＰＤは望まれない副産物であった。
米国特許第２，４３８，３９８号、；米国特許第２，４３８，３９９号、米国特許第２，４３８，４００号、米国特許第２，４３８，４０１号、米国特許第２，４３８，４０２号、米国特許第２，４３８，４０３号、および米国特許第２，４３８，４０４号（Ｋｅｎｎｅｄｙ）は、様々な触媒上での１，３−ペンタジエンからのＣＰＤ製造を開示した。低い作動圧力、低い単流転化率（ｐｅｒ ｐａｓｓ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）、および低い選択率が、この方法を望ましくないものにしてしまう。加えて、１，３−ペンタジエンはｎ−ペンタンと異なり、容易に入手可能な原料ではない。Kennedy et al., "Formation of Cyclopentadiene from 1,3-Pentadiene," Industrial & Engineering Chemistry, vol.42, pp.547-552, 1950も参照のこと。
米国特許第２，４３８，３９８号、；米国特許第２，４３８，３９９号、米国特許第２，４３８，４００号、米国特許第２，４３８，４０１号、米国特許第２，４３８，４０２号、米国特許第２，４３８，４０３号、および米国特許第２，４３８，４０４号（Ｋｅｎｎｅｄｙ）は、様々な触媒上での１，３−ペンタジエンからのＣＰＤ製造を開示した。低い作動圧力、低い単流転化率（ｐｅｒ ｐａｓｓ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）、および低い選択率が、この方法を望ましくないものにしてしまう。加えて、１，３−ペンタジエンはｎ−ペンタンと異なり、容易に入手可能な原料ではない。Kennedy et al., "Formation of Cyclopentadiene from 1,3-Pentadiene," Industrial & Engineering Chemistry, vol.42, pp.547-552, 1950も参照のこと。
Ｆｅｌ’ｄｂｌｙｕｍｒらは、"Cyclization and dehydrocyclization of C5 hydrocarbons over platinum nanocatalysts and in the presence of hydrogen sulfide," Doklady Chemistry, vol.424, pp.27-30, 2009において、１，３−ペンタジエン、ｎ−ペンテン、およびｎ−ペンタンからのＣＰＤ生成について報告した。６００℃にて２％のＰｔ／ＳｉＯ2上で１，３−ペンタジエン、ｎ−ペンテン、およびｎ−ペンタンを転化した場合のＣＰＤ収率はそれぞれ５３％、３５％、および２１％と高かった。最初はＣＰＤの生成が観察された一方、反応後数分以内に劇的な触媒失活が観察された。Ｐｔ含有シリカ上で実施された実験は、Ｐｔ−Ｓｎ／ＳｉＯ2上でのｎ−ペンタンの適度な転化を示しているが、環式Ｃ5生成物に対する選択率と収率が悪い。１，３−ペンタジエンの環化促進剤としてのＨ2Ｓの使用はＦｅｌ’ｄｂｌｙｕｍによって提示されたほか、Marcinkowski, "Isomerization and Dehydrogenation of 1,3-Pentadiene," M.S., University of Central Florida, 1977にも記載されている。Ｍａｒｃｉｎｋｏｗｓｋｉは、７００℃のＨ2Ｓを使用して、ＣＰＤに対する選択率が８０％の条件で１，３−ペンタジエンの８０％転化という結果を示した。高温、限られた原料、および硫黄含有生成物のスクラブ処理が後で必要になる潜在性が、この方法を望ましくないものにしてしまう。
Ｌｏｐｅｚらは、"n-Pentane Hydroisomerization on Pt Containing HZSM-5, HBEA and SAPO-11," Catalysis Letters, vol.122, pp.267-273, 2008において、Ｈ−ＺＳＭ−５を含むＰｔ含有ゼオライト上でのｎ−ペンタンの反応を研究した。中間温度帯（２５０〜４００℃）で、彼らはＰｔ−ゼオライト上でのｎ−ペンタンの効率的な水素化異性化を報告したが、シクロペンテン形成については全く論じなかった。この有害な化学反応を回避するのが望ましいが、何故なら前述のとおり、分岐Ｃ5化合物は直鎖Ｃ5化合物ほど効率的に環式Ｃ5化合物を生成しないからである。
Ｌｉらは、"Catalytic dehydroisomerization of n-alkanes to isoalkenes," Journal of Catalysis, vol.255, pp.134-137, 2008において、Ａｌが既にＦｅに同形置換されている状態でのＰｔ含有ゼオライト上でのｎ−ペンタンの脱水素も研究した。これらのＰｔ／［Ｆｅ］ＺＳＭ−５触媒はｎ−ペンタンの脱水素および異性化に効率的であったが、使用された反応条件下では環式Ｃ5化合物が全く生成されず、望ましくない骨格異性化が発生した。
米国特許第５，６３３，４２１号では、Ｃ2−Ｃ5パラフィンを脱水素して相応のオレフィンを取得する方法を開示している。同様に、米国特許第２，９８２，７９８号では、３個〜６個（３個および６個を含む）の炭素原子を含有する脂肪族炭化水素を脱水素する方法を開示している。しかし、米国特許第５，６３３，４２１号と米国特許第２，９８２，７９８号はいずれも、豊富かつ低コストであることから原料として望ましい非環式Ｃ5炭化水素からのＣＰＤ生成を開示していない。
Ｌｉらは、"Catalytic dehydroisomerization of n-alkanes to isoalkenes," Journal of Catalysis, vol.255, pp.134-137, 2008において、Ａｌが既にＦｅに同形置換されている状態でのＰｔ含有ゼオライト上でのｎ−ペンタンの脱水素も研究した。これらのＰｔ／［Ｆｅ］ＺＳＭ−５触媒はｎ−ペンタンの脱水素および異性化に効率的であったが、使用された反応条件下では環式Ｃ5化合物が全く生成されず、望ましくない骨格異性化が発生した。
米国特許第５，６３３，４２１号では、Ｃ2−Ｃ5パラフィンを脱水素して相応のオレフィンを取得する方法を開示している。同様に、米国特許第２，９８２，７９８号では、３個〜６個（３個および６個を含む）の炭素原子を含有する脂肪族炭化水素を脱水素する方法を開示している。しかし、米国特許第５，６３３，４２１号と米国特許第２，９８２，７９８号はいずれも、豊富かつ低コストであることから原料として望ましい非環式Ｃ5炭化水素からのＣＰＤ生成を開示していない。
さらに、目的に応じたＣＰＤ製造方法の設計には多数の課題が存在する。例えば、Ｃ5炭化水素をＣＰＤに転化する反応は極度に吸熱性であり、低圧と高温によって支えられるが、ｎ−ペンタンおよび他のＣ5炭化水素の著しい分解が比較的低温（例えば４５０℃〜５００℃）で発生し得る。さらなる課題の例として、方法の途中でのコークス化に起因する触媒活性喪失、触媒からコークスを除去するために必要なさらなる処理、および触媒を損傷させることなく反応器に熱注入を直接提供するために酸素含有ガスを使用できないことが挙げられる。
このように、依然、非環式Ｃ5原料を非芳香族の環式Ｃ5炭化水素、すなわちシクロペンタジエンに、好ましくは商業的な割合と条件で転化する方法が必要とされている。さらに、Ｃ4-分解生成物を過剰に生成せず、触媒劣化性が許容可能な、豊富なＣ5原料から高い収率でシクロペンタジエンを生成するシクロペンタジエン製造を目標とする触媒方法も必要とされている。加えて、上述の課題に対処する、非環式Ｃ5炭化水素から目的に応じたＣＰＤを製造する方法およびシステムも必要とされている。
本発明は、反応器システム内で非環式Ｃ5炭化水素をシクロペンタジエンに転化する方法であって、触媒材料を含む第１の粒状材料を含む少なくとも１つの断熱反応ゾーンに、非環式Ｃ5炭化水素を含む原料を温度Ｔ1にて供給するステップと、原料と第１の粒状材料とを反応条件下で少なくとも１つの断熱反応ゾーンにて接触させて、非環式Ｃ5炭化水素の少なくとも一部を、シクロペンタジエン中間体と、未転化の非環式Ｃ5炭化水素を含み、シクロペンタジエンを含んでもよい第１の溶出物に転化するステップと、第１の溶出物を温度Ｔ2に加熱するステップと、第１の溶出物を少なくとも１つの非断熱反応ゾーンに供給するステップと、第１の溶出物と、触媒材料を含む第２の粒状材料とを反応条件下で少なくとも１つの非断熱反応ゾーンにて接触させて、シクロペンタジエン中間体および未転化の非環式Ｃ5炭化水素の少なくとも一部を、シクロペンタジエンを含む第２の溶出物に転化するステップとを含む方法に関する。
Ｉ 定義
本発明の理解を促すため、いくつかの用語および表現を以下に定義する。
本開示および特許請求の範囲で使用する単数形「１つ（ａ）」「１つ（ａｎ）」「その（ｔｈｅ）」の表記は、文脈が別段に明示的に決定付ける場合を除き、複数形を含む。
本明細書における「Ａおよび／またはＢ」などの表現で使用する「および／または」という用語は、「ＡおよびＢ」、「ＡまたはＢ」、「Ａ」および「Ｂ」を含むよう意図される。
本明細書で使用されるとき、「約」という用語は、指定される値の±１０％値の範囲を指す。例えば、「約２００」という表現は２００の±１０％、すなわち１８０〜２２０を含む。
「飽和化合物」という用語は、アルカンおよびシクロアルカンを含むがこれらに限定されない。
「不飽和化合物」という用語は、アルケン、ジアルケン、アルキン、シクロアルケンおよびシクロジアルケンを含むがこれらに限定されない。
本発明の理解を促すため、いくつかの用語および表現を以下に定義する。
本開示および特許請求の範囲で使用する単数形「１つ（ａ）」「１つ（ａｎ）」「その（ｔｈｅ）」の表記は、文脈が別段に明示的に決定付ける場合を除き、複数形を含む。
本明細書における「Ａおよび／またはＢ」などの表現で使用する「および／または」という用語は、「ＡおよびＢ」、「ＡまたはＢ」、「Ａ」および「Ｂ」を含むよう意図される。
本明細書で使用されるとき、「約」という用語は、指定される値の±１０％値の範囲を指す。例えば、「約２００」という表現は２００の±１０％、すなわち１８０〜２２０を含む。
「飽和化合物」という用語は、アルカンおよびシクロアルカンを含むがこれらに限定されない。
「不飽和化合物」という用語は、アルケン、ジアルケン、アルキン、シクロアルケンおよびシクロジアルケンを含むがこれらに限定されない。
「環式Ｃ5化合物」または「ｃＣ5」という用語は、シクロペンタン、シクロペンテン、シクロペタジエン、およびこれらのうち２つ以上の混合物を含むがこれらに限定されない。「環式Ｃ5化合物」または「ｃＣ5」という用語は、前記のいずれかのアルキル化類似体、例えばメチルシクロペンタン、メチルシクロペンテン、およびメチルシクロペンタジエンをも含む。本発明の目的上、シクロペンタジエンは周囲の温度および圧力を含む一定範囲の条件にわたり、ディールスアルダー縮合を介して時間の経過と共に自然と二量化してジシクロペンタジエンを形成するという点が認識されるべきである。
「非環式化合物」という用語は直鎖および分岐飽和化合物および不飽和化合物を含むがこれらに限定されない。
「非環式化合物」という用語は直鎖および分岐飽和化合物および不飽和化合物を含むがこれらに限定されない。
「芳香族」という用語は、ベンゼンなど、共役二重結合を有する面状環式ヒドロカルビルを意味する。本明細書で使用されるとき、芳香族という用語は１つまたは複数の芳香環を含有する化合物を含み、例としてベンゼン、トルエンおよびキシレン、ならびにナフタレン、アントラセン、クリセンおよびそれらのアルキル化物を含む多核芳香族化合物（ＰＮＡ）が挙げられるがこれらに限定されない。「Ｃ6+芳香族」という用語は、６つ以上の環原子を有する芳香環に基づく化合物を含み、例としてベンゼン、トルエンおよびキシレン、ならびにナフタレン、アントラセン、クリセンおよびそれらのアルキル化物を含む多核芳香族化合物（ＰＮＡ）が挙げられるがこれらに限定されない。
「ＢＴＸ」という用語は、ベンゼン、トルエン、およびキシレンからなる混合物（オルトおよび／またはメタおよび／またはパラ）を含むがこれらに限定されない。
「コークス」という用語は、触媒組成物の表面に吸着される低水素含有率炭化水素を含むがこれらに限定されない。
「Ｃn」という用語は、１分子当たりｎ個の炭素原子を有する炭化水素を意味し、ただしｎは正の整数である。
「Ｃn+」という用語は、１分子当たりｎ個以上の炭素原子を有する炭化水素を意味する。
「Ｃn-」という用語は、１分子当たりｎ個以下の炭素原子を有する炭化水素を意味する。
「ＢＴＸ」という用語は、ベンゼン、トルエン、およびキシレンからなる混合物（オルトおよび／またはメタおよび／またはパラ）を含むがこれらに限定されない。
「コークス」という用語は、触媒組成物の表面に吸着される低水素含有率炭化水素を含むがこれらに限定されない。
「Ｃn」という用語は、１分子当たりｎ個の炭素原子を有する炭化水素を意味し、ただしｎは正の整数である。
「Ｃn+」という用語は、１分子当たりｎ個以上の炭素原子を有する炭化水素を意味する。
「Ｃn-」という用語は、１分子当たりｎ個以下の炭素原子を有する炭化水素を意味する。
「炭化水素」という用語は、炭素に結合した水素を含有する化合物のクラスを意味し、（ｉ）飽和炭化水素化合物、（ｉｉ）不飽和炭化水素化合物、および（ｉｉｉ）複数種の炭化水素化合物（飽和および／または不飽和）の混合物（ｎの値が異なる複数種の炭化水素化合物の混合物を含む）を含む。
「Ｃ5原料」という用語は、圧倒的にノルマルペンタンおよびイソペンタン（メチルブタンとも呼ばれる）が多く、より少ない割合でシクロペンタンおよびネオペンタン（２，２−ジメチルプロパンとも呼ばれる）を含有する原料など、原料を含有するｎ−ペンタンを含む。
数字および元素周期表への言及はすべて、別段に指定される場合を除き、Chemical and Engineering News, 63(5), 27, (1985)に記載されているとおりの新規表記法に基づく。
「第１０族金属」という用語は、周期表の第１０族に該当する元素を意味し、例としてＮｉ、Ｐｄ、およびＰｔが挙げられるがこれらに限定されない。
「第１１族金属」という用語は、周期表の第１１族に該当する元素を意味し、例としてＣｕ、Ａｇ、Ａｕ、およびこれらのうち２つ以上の混合物が挙げられるがこれらに限定されない。
「第１族アルカリ金属」という用語は、周期表の第１族に該当する元素を意味し、例としてＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、およびこれらのうち２つ以上の混合物が挙げられるがこれらに限定されず、また水素は含まれない。
「第２族アルカリ土類金属」という用語は、周期表の第２族に該当する元素を意味し、例としてＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、およびこれらのうち２つ以上の混合物が挙げられるがこれらに限定されない。
「Ｃ5原料」という用語は、圧倒的にノルマルペンタンおよびイソペンタン（メチルブタンとも呼ばれる）が多く、より少ない割合でシクロペンタンおよびネオペンタン（２，２−ジメチルプロパンとも呼ばれる）を含有する原料など、原料を含有するｎ−ペンタンを含む。
数字および元素周期表への言及はすべて、別段に指定される場合を除き、Chemical and Engineering News, 63(5), 27, (1985)に記載されているとおりの新規表記法に基づく。
「第１０族金属」という用語は、周期表の第１０族に該当する元素を意味し、例としてＮｉ、Ｐｄ、およびＰｔが挙げられるがこれらに限定されない。
「第１１族金属」という用語は、周期表の第１１族に該当する元素を意味し、例としてＣｕ、Ａｇ、Ａｕ、およびこれらのうち２つ以上の混合物が挙げられるがこれらに限定されない。
「第１族アルカリ金属」という用語は、周期表の第１族に該当する元素を意味し、例としてＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、およびこれらのうち２つ以上の混合物が挙げられるがこれらに限定されず、また水素は含まれない。
「第２族アルカリ土類金属」という用語は、周期表の第２族に該当する元素を意味し、例としてＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、およびこれらのうち２つ以上の混合物が挙げられるがこれらに限定されない。
本明細書で使用されるとき、「酸素含有」または「酸素含有化合物」という用語は、酸素および酸素を含有する化合物を意味し、例としてＯ2、ＣＯ2、ＣＯ、Ｈ2Ｏ、およびアルコール、エステル、エーテルなど酸素含有炭化水素が挙げられるがこれらに限定されない。
「拘束指数」という用語は米国特許第３，９７２，８３２号および米国特許第４，０１６，２１８号において定義されており、これらの文献はいずれも参照によって本明細書に組み込まれる。
「拘束指数」という用語は米国特許第３，９７２，８３２号および米国特許第４，０１６，２１８号において定義されており、これらの文献はいずれも参照によって本明細書に組み込まれる。
本明細書で使用されるとき、「ＭＣＭ−２２ファミリーの分子篩」（または「ＭＣＭ−２２ファミリーの材料」または「ＭＣＭ−２２ファミリー材料」または「ＭＣＭ−２２ファミリーゼオライト」）という用語は、
一般的な第一級結晶質成分単位セルから作られる分子篩（この単位セルはＭＷＷフレームワークトポロジーを有する（単位セルとは、三次元空間内でタイル表示される場合に結晶構造を表わす原子の空間配置である。そのような結晶構造は"Atlas of Zeolite Framework Types," Fifth edition, 2001において論じられており、この文献の全内容が参照によって本明細書に組み込まれる））、
そのようなＭＷＷフレームワークトポロジー単位セルの二次元タイル表示であり、単位セル１つ分の厚さ、好ましくはｃ単位セル１個分の厚さの単層を形成する、一般的な第二級成分から作られる分子篩、
単位セル１つ分または２つ分以上の厚さの層であり、単位セル２つ分以上の厚さの層が単位セル１つ分の厚さの単層を２つ以上積層するか、圧縮するか、または結合することによって作られる、一般的な第二級成分から作られる分子篩（そのような第二級成分の積層は、規則的な形であるか、不規則な形であるか、無作為な形であるか、またはそれらの任意の組み合わせであってもよい）、および
ＭＷＷフレームワークトポロジーを有する単位セルの任意の規則的または無作為な二次元または三次元の組み合わせによって作られる分子篩、
のうち１つまたは複数を含む。
一般的な第一級結晶質成分単位セルから作られる分子篩（この単位セルはＭＷＷフレームワークトポロジーを有する（単位セルとは、三次元空間内でタイル表示される場合に結晶構造を表わす原子の空間配置である。そのような結晶構造は"Atlas of Zeolite Framework Types," Fifth edition, 2001において論じられており、この文献の全内容が参照によって本明細書に組み込まれる））、
そのようなＭＷＷフレームワークトポロジー単位セルの二次元タイル表示であり、単位セル１つ分の厚さ、好ましくはｃ単位セル１個分の厚さの単層を形成する、一般的な第二級成分から作られる分子篩、
単位セル１つ分または２つ分以上の厚さの層であり、単位セル２つ分以上の厚さの層が単位セル１つ分の厚さの単層を２つ以上積層するか、圧縮するか、または結合することによって作られる、一般的な第二級成分から作られる分子篩（そのような第二級成分の積層は、規則的な形であるか、不規則な形であるか、無作為な形であるか、またはそれらの任意の組み合わせであってもよい）、および
ＭＷＷフレームワークトポロジーを有する単位セルの任意の規則的または無作為な二次元または三次元の組み合わせによって作られる分子篩、
のうち１つまたは複数を含む。
ＭＣＭ−２２ファミリーは、１２．４±０．２５、６．９±０．１５、３．５７±０．０７、および３．４２±０．０７オングストロームの最大面間隔を含むＸ線回折パターンを有する分子篩を含む。材料の特性評価に使用されるＸ線回折データは、入射放射線としての銅のＫ−アルファ二重線と、シンチレーションカウンターおよび付随するコンピューターを収集システムとして備える回折計を使用する標準的な技法によって得られる。
本明細書で使用されるとき、「分子篩」という用語は、「細孔性結晶質材料」または「ゼオライト」という用語と同義に使用される。
本明細書で使用されるとき、「炭素選択率」という用語は、形成された環式Ｃ5、ＣＰＤ、Ｃ1およびＣ2-4化合物それぞれにおける炭素のモル数を、転化後のペンタン中における炭素の総モル数で割った値を意味する。「環式Ｃ5化合物に対する３０％以上の炭素選択率」という表現は、転化後のペンタン中の炭素１００モルにつき、環式Ｃ5化合物中で３０モルの炭素が形成されることを意味する。
本明細書で使用されるとき、「転化」という用語は、非環式Ｃ5原料中における、１つの生成物に転化される炭素のモル数を意味する。「前記非環式Ｃ5原料のうち７０％以上の前記生成物への転化」という表現は、前記非環式Ｃ5原料のモル数の７０％以上が１つの生成物に転化されたことを意味する。
本明細書で使用される「反応器システム」という用語は、シクロペンタジエンの生成に使用される１つまたは複数の反応器ならびにすべての必要な機器および任意の機器を含むシステムを指す。
本明細書で使用されるとき、「分子篩」という用語は、「細孔性結晶質材料」または「ゼオライト」という用語と同義に使用される。
本明細書で使用されるとき、「炭素選択率」という用語は、形成された環式Ｃ5、ＣＰＤ、Ｃ1およびＣ2-4化合物それぞれにおける炭素のモル数を、転化後のペンタン中における炭素の総モル数で割った値を意味する。「環式Ｃ5化合物に対する３０％以上の炭素選択率」という表現は、転化後のペンタン中の炭素１００モルにつき、環式Ｃ5化合物中で３０モルの炭素が形成されることを意味する。
本明細書で使用されるとき、「転化」という用語は、非環式Ｃ5原料中における、１つの生成物に転化される炭素のモル数を意味する。「前記非環式Ｃ5原料のうち７０％以上の前記生成物への転化」という表現は、前記非環式Ｃ5原料のモル数の７０％以上が１つの生成物に転化されたことを意味する。
本明細書で使用される「反応器システム」という用語は、シクロペンタジエンの生成に使用される１つまたは複数の反応器ならびにすべての必要な機器および任意の機器を含むシステムを指す。
本明細書で使用されるとき、「反応器」という用語は、内部で化学反応が発生する任意の容器を指す。反応器は、明確に区別できる反応器のほか、単一の反応器内の反応ゾーンと、該当する場合は複数の反応器にまたがる反応ゾーンの両方を含む。言い換えれば、また一般的にそうであるように、単一の反応器が複数の反応ゾーンを有し得る。記述が第１および第２の反応器を指す場合、当業者であれば容易に、そのような言及は２つの反応器のほか、第１および第２の反応ゾーンを有する単一の反応容器も含むことを認識することになる。同様に、第１の反応器溶出物および第２の反応器溶出物はそれぞれ、単一の反応器における第１の反応ゾーンおよび第２の反応ゾーンからの溶出物を含むと認識されることになる。
反応器／反応ゾーンは断熱反応器／反応ゾーンであるか、または非断熱反応器／反応ゾーンであってもよい。本明細書で使用されるとき、「断熱性」という用語は、システムへの熱注入が方法流体の流動によるものを除き本質的に全く存在しない反応ゾーンを指す。伝導および／または放射に起因する不可避な損失を有する反応ゾーンも、本発明の目的上、断熱性と捉えることができる。本明細書で使用されるとき、「非断熱性」という用語は、方法流体の流動によって提供される熱に加え、１つの手段によって熱が意図的に供給される反応器／反応ゾーンを指す。
本明細書で使用されるとき、「移動床」反応器という用語は、固体床を空隙率９５％未満の状態に維持するよう、表面気体速度（Ｕ）が固体粒子の希薄相空気運搬に必要な速度未満となるような固体（例えば触媒粒子）と気体流の接触が発生するゾーンまたは容器を指す。移動床反応器内では、固体（例えば触媒材料）は反応器を通ってゆっくり移動し、反応器の底から除去され、反応器の頂部に添加され得る。移動床反応器は様々な流動様式の下で動作し得、例として沈降型または移動型の充填床様式（Ｕ＜Ｕmf）、気泡様式（Ｕmf＜Ｕ＜Ｕmb）、スラッギング様式（Ｕmb＜Ｕ＜Ｕc）、移行／乱流流動化様式（Ｕc＜Ｕ＜Ｕtr）、および高速流動化様式（Ｕ＞Ｕtr）が挙げられ、式中、Ｕmfは最小流動化速度、Ｕmbは最小気泡発生速度、Ｕcは圧力変動がピークに達する速度、Ｕtrは輸送速度を指す。これらの様々な流動化様式は例えばKunii, D., Levenspiel, O., Chapter 3 of Fluidization Engineering, 2nd Edition, Butterworth-Heinemann, Boston, 1991およびWalas, S.M., Chapter 6 of Chemical Process Equipment, Revised 2nd Edition, Butterworth-Heinemann, Boston, 2010に記載されており、これらの文献は参照によって本明細書に組み込まれる。
本明細書で使用されるとき、「移動床」反応器という用語は、固体床を空隙率９５％未満の状態に維持するよう、表面気体速度（Ｕ）が固体粒子の希薄相空気運搬に必要な速度未満となるような固体（例えば触媒粒子）と気体流の接触が発生するゾーンまたは容器を指す。移動床反応器内では、固体（例えば触媒材料）は反応器を通ってゆっくり移動し、反応器の底から除去され、反応器の頂部に添加され得る。移動床反応器は様々な流動様式の下で動作し得、例として沈降型または移動型の充填床様式（Ｕ＜Ｕmf）、気泡様式（Ｕmf＜Ｕ＜Ｕmb）、スラッギング様式（Ｕmb＜Ｕ＜Ｕc）、移行／乱流流動化様式（Ｕc＜Ｕ＜Ｕtr）、および高速流動化様式（Ｕ＞Ｕtr）が挙げられ、式中、Ｕmfは最小流動化速度、Ｕmbは最小気泡発生速度、Ｕcは圧力変動がピークに達する速度、Ｕtrは輸送速度を指す。これらの様々な流動化様式は例えばKunii, D., Levenspiel, O., Chapter 3 of Fluidization Engineering, 2nd Edition, Butterworth-Heinemann, Boston, 1991およびWalas, S.M., Chapter 6 of Chemical Process Equipment, Revised 2nd Edition, Butterworth-Heinemann, Boston, 2010に記載されており、これらの文献は参照によって本明細書に組み込まれる。
本明細書で使用されるとき、「沈降床」反応器という用語は、反応ゾーンの少なくとも一部において表面気体速度（Ｕ）が固体粒子（例えば触媒粒子）の流動化に必要な最小速度、すなわち最小流動化速度（Ｕmf）より低い状態（Ｕ＜Ｕmf）となるように粒子が気体流と接触する、および／または気固逆混合を最小限に抑えるため反応器内部を使用することによって気体および／または固体の特性（温度、気体または固体の組成など）を反応器の軸方向に沿って上り勾配に維持しながら最小流動化速度より高速で動作するゾーンまたは容器を指す。最小流動化速度の説明は例えばKunii, D., Levenspiel, O., Chapter 3 of Fluidization Engineering, 2nd Edition, Butterworth-Heinemann, Boston, 1991およびWalas, S.M., Chapter 6 of Chemical Process Equipment, Revised 2nd Edition, Butterworth-Heinemann, Boston, 2010に記載されている。沈降床反応器は「循環沈降床反応器」であってもよく、これは反応器を通る固体（例えば触媒材料）の移動および固体（例えば触媒材料）の少なくとも一部の再循環がある沈降床を指す。例えば、固体（例えば触媒材料）は反応器から除去され、再生、再加熱および／または生成物の流れから分離され、その後、反応器に戻され得る。
本明細書で使用されるとき、「流動床」反応器という用語は、固体床を空隙率９５％未満の状態に維持するよう、表面気体速度（Ｕ）が固体粒子の流動化に十分な速度であり（すなわち最小流動化速度Ｕmfを超える）、固体粒子の希薄相空気運搬に必要な速度未満となるような固体（例えば触媒粒子）と気体流の接触が発生するゾーンまたは容器を指す。本明細書で使用されるとき、「カスケード型流体床」という用語は、固体または気体が１つの流体床から別の流体床にかけてカスケード反応するにつれ、気体および／または固体の特性（温度、気体または固体の組成、圧力など）に勾配が発生し得るような、個々の流体床の連続配列を意味する。最小流動化速度の軌跡は例えばKunii, D., Levenspiel, O., Chapter 3 of Fluidization Engineering, 2nd Edition, Butterworth-Heinemann, Boston, 1991およびWalas, S.M., Chapter 6 of Chemical Process Equipment, Revised 2nd Edition, Butterworth-Heinemann, Boston, 2010に記載されている。流動床反応器は、「循環沈降床反応器」など移動流動床反応器であってもよく、これは反応器を通る固体（例えば触媒材料）の移動および固体（例えば触媒材料）の少なくとも一部の再循環が発生する流動床を指す。例えば、固体（例えば触媒材料）は反応器から除去され、再生、再加熱および／または生成物の流れから分離され、その後、反応器に戻され得る。
本明細書で使用されるとき、「ライザー」反応器（輸送反応器としても知られる）という用語は、高速流動化様式または空気運搬流動化様式において固体（例えば触媒粒子）を実質的に上方へ輸送するために使用されるゾーンまたは容器（縦円筒パイプなど）を指す。高速流動化様式および空気運搬流動化様式は、表面気体速度（Ｕ）が輸送速度（Ｕtr）より高いことが特徴である。高速流動化様式および空気運搬流動化様式もKunii, D., Levenspiel, O., Chapter 3 of Fluidization Engineering, 2nd Edition, Butterworth-Heinemann, Boston, 1991およびWalas, S.M., Chapter 6 of Chemical Process Equipment, Revised 2nd Edition, Butterworth-Heinemann, Boston, 2010に記載されている。循環流動床反応器など流動床反応器は、ライザー反応器として運用され得る。
本明細書で使用されるとき、「燃焼管」反応器という用語は、炉および炉の放射部内に配置される並列反応管を指す。反応管は、反応物と接触して生成物を形成する触媒材料（例えば触媒粒子）を格納する。
本明細書で使用されるとき、「燃焼管」反応器という用語は、炉および炉の放射部内に配置される並列反応管を指す。反応管は、反応物と接触して生成物を形成する触媒材料（例えば触媒粒子）を格納する。
本明細書で使用されるとき、「対流加熱管」反応器という用語は、筐体内に配置され触媒材料を格納する並列反応管を含む転化システムを指す。任意の既知の反応管構成または筐体を使用してもよいが、好ましくは転化システムは対流熱伝達筐体内に複数の並列反応管を含む。好ましくは、反応管は筐体を通る経路がコイル状または湾曲状ではなく直線状である（ただしコイル状または湾曲状の管を使用してもよい）。付加的に、反応管の断面は円形、楕円形、長方形、および／または他の既知の形状であってもよい。反応管は、タービンが酸素を含む圧縮気体と一緒に燃料ガスを燃焼させることによって生じるタービン排気流によって優先的に加熱される。他の態様において、反応管は、燃料電池、炉、ボイラー、または過剰空気燃焼装置の内部での燃焼による高温気体の生成に伴う対流によって加熱される。ただし、他にも利点がある中で特に軸出力が共生成されることから、タービン排気による反応管の加熱が好適となり得る。
本明細書で使用されるとき、「固定床」または「充填床」反応器という用語は、表面気体速度（Ｕ）が固体粒子の流動化に必要な速度未満（すなわち最小流動化速度Ｕmf未満）であり、および／または気体が下方へ移動することによって固体粒子流動化が不可能となるように固体（例えば触媒粒子）が反応器内および気体流内で実質的に不動態化されるゾーンまたは容器（縦方向または横方向の円筒パイプまたは球形容器など）を指し、気体の横断流（直交流としても知られる）、軸流および／または放射流を含み得る。
本明細書で使用されるとき、「循環的」という用語は、１つの周期に従って発生する事象の周期的な再発または反復を指す。例えば、反応器（例えば環式固定床）は反応間隔、再加熱間隔、および／または再生間隔を有するよう循環的に操作され得る。間隔ステップの持続時間および／または順序は時間の経過と共に変化し得る。
本明細書で使用されるとき、「固定床」または「充填床」反応器という用語は、表面気体速度（Ｕ）が固体粒子の流動化に必要な速度未満（すなわち最小流動化速度Ｕmf未満）であり、および／または気体が下方へ移動することによって固体粒子流動化が不可能となるように固体（例えば触媒粒子）が反応器内および気体流内で実質的に不動態化されるゾーンまたは容器（縦方向または横方向の円筒パイプまたは球形容器など）を指し、気体の横断流（直交流としても知られる）、軸流および／または放射流を含み得る。
本明細書で使用されるとき、「循環的」という用語は、１つの周期に従って発生する事象の周期的な再発または反復を指す。例えば、反応器（例えば環式固定床）は反応間隔、再加熱間隔、および／または再生間隔を有するよう循環的に操作され得る。間隔ステップの持続時間および／または順序は時間の経過と共に変化し得る。
本明細書で使用されるとき、「並流」という用語は、実質的に同一方向の２つの流れ（例えば流れ（ａ）、流れ（ｂ））からなる流動を指す。例えば、流れ（ａ）が少なくとも１つの反応ゾーンの頂部から底部へと流れ、流れ（ｂ）が少なくとも１つの反応ゾーンの頂部から底部へと流れる場合、流れ（ａ）の流動は流れ（ｂ）の流動に対し並流と捉えられることになる。反応ゾーン内において比較的小さい規模で、流動が並流でない領域が存在し得る。
本明細書で使用されるとき、「向流」という用語は、実質的に反対方向の２つの流れ（例えば流れ（ａ）、流れ（ｂ））からなる流動を指す。例えば、流れ（ａ）が少なくとも１つの反応ゾーンの頂部から底部へと流れ、流れ（ｂ）が少なくとも１つの反応ゾーンの底部から頂部へと流れる場合、流れ（ａ）の流動は流れ（ｂ）の流動に対し向流と捉えられることになる。反応ゾーン内において比較的小さい規模で、流動が向流でない領域が存在し得る。
本明細書で使用されるとき、「向流」という用語は、実質的に反対方向の２つの流れ（例えば流れ（ａ）、流れ（ｂ））からなる流動を指す。例えば、流れ（ａ）が少なくとも１つの反応ゾーンの頂部から底部へと流れ、流れ（ｂ）が少なくとも１つの反応ゾーンの底部から頂部へと流れる場合、流れ（ａ）の流動は流れ（ｂ）の流動に対し向流と捉えられることになる。反応ゾーン内において比較的小さい規模で、流動が向流でない領域が存在し得る。
１〜３５００μｍの範囲の粒子の「平均直径」は、Ｍａｌｖｅｒｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社（イングランド、ウースターシャー）製のＭａｓｔｅｒｓｉｚｅｒ（商標）３０００を使用して判定される。別途説明のある場合を除き、粒子サイズはＤ５０にて判定される。Ｄ５０は、累積分布内で５０％に相当する粒子直径の値である。例えば、Ｄ５０＝５．８μｍの場合、サンプル中の粒子の５０％が５．８μｍ以上、５０％が５．８μｍ未満である。（対照的に、Ｄ９０＝５．８μｍの場合、サンプル中の粒子の１０％が５．８μｍ超、９０％が５．８μｍ未満である。）３．５ｍｍを超える範囲の粒子の「平均直径」は、粒子１００個からなる代表サンプルを対象にマイクロメーターを使用して判定される。
本発明の目的上、１ｐｓｉは６．８９５ｋＰａに等しい。特に、１ｐｓｉａは絶対圧１ｋＰａ（ｋＰａ−ａ）に等しい。同様に、１ｐｓｉｇはゲージ圧６．８９５ｋＰａ（ｋＰａ−ｇ）に等しい。
本発明の目的上、１ｐｓｉは６．８９５ｋＰａに等しい。特に、１ｐｓｉａは絶対圧１ｋＰａ（ｋＰａ−ａ）に等しい。同様に、１ｐｓｉｇはゲージ圧６．８９５ｋＰａ（ｋＰａ−ｇ）に等しい。
ＩＩ 非環式Ｃ5化合物の転化方法
本発明の第１の態様は、非環式Ｃ5原料を環式Ｃ5化合物（例えばシクロペンタジエン）を含む生成物に転化する方法である。この方法は、本明細書に記載の触媒組成物を含む、ただしそれらに限らず、１つまたは複数の触媒組成物が存在する非環式Ｃ5化合物の転化条件下で前記原料を接触させ、水素を接触させてもよい、前記生成物を形成するステップを含む。
１つまたは複数の実施形態において、非環式Ｃ5原料の転化方法の生成物は環式Ｃ5化合物を含む。環式Ｃ5化合物はシクロペンタン、シクロペンテン、シクロペンタジエンのうち１つまたは複数を含み、またそれらの混合物を含む。１つまたは複数の実施形態において、環式Ｃ5化合物は約２０質量％、または３０質量％、または４０質量％、または７０質量％の、あるいは約１０質量％〜約８０質量％の範囲、代替的に２０質量％〜７０質量％のシクロペンタジエンを含む。
本発明の第１の態様は、非環式Ｃ5原料を環式Ｃ5化合物（例えばシクロペンタジエン）を含む生成物に転化する方法である。この方法は、本明細書に記載の触媒組成物を含む、ただしそれらに限らず、１つまたは複数の触媒組成物が存在する非環式Ｃ5化合物の転化条件下で前記原料を接触させ、水素を接触させてもよい、前記生成物を形成するステップを含む。
１つまたは複数の実施形態において、非環式Ｃ5原料の転化方法の生成物は環式Ｃ5化合物を含む。環式Ｃ5化合物はシクロペンタン、シクロペンテン、シクロペンタジエンのうち１つまたは複数を含み、またそれらの混合物を含む。１つまたは複数の実施形態において、環式Ｃ5化合物は約２０質量％、または３０質量％、または４０質量％、または７０質量％の、あるいは約１０質量％〜約８０質量％の範囲、代替的に２０質量％〜７０質量％のシクロペンタジエンを含む。
１つまたは複数の実施形態において、非環式Ｃ5化合物の転化条件は少なくとも１つの温度、１つのｎ−ペンタン分圧、および１つの重量空間速度（ＷＨＳＶ）を含む。温度は約４００℃〜約７００℃の範囲、または約４５０℃〜約６５０℃の範囲、好ましくは約５００℃〜約６００℃の範囲である。ｎ−ペンタン分圧は約３〜約１００ｐｓｉａの範囲、または約３〜約５０ｐｓｉａの範囲、好ましくは約３ｐｓｉａ〜約２０ｐｓｉａの範囲である。重量空間速度は約１〜約５０ｈｒ-1の範囲、または約１〜約２０ｈｒ-1の範囲である。そのような条件は、非環式Ｃ5原料に対する任意の同時供給水素のモル比を約０〜３の範囲、または約１〜約２の範囲で含む。そのような条件は、Ｃ1-Ｃ4炭化水素と非環式Ｃ5原料の同時供給をも含み得る。好ましくは、同時供給物（存在する場合）は、水素、Ｃ1-Ｃ4炭化水素または両方を含むか否かを問わず、酸素含有化合物を実質的に含まない。この文脈で使用される「実質的に含まない」という表現は、同時供給物がその質量に基づいて約１．０質量％未満、例えば約０．１質量％未満、約０．０１質量％未満、約０．００１質量％未満、約０．０００１質量％未満、約０．００００１質量％未満の酸素含有化合物を含むことを意味する。
１つまたは複数の実施形態において、本発明は、ｎ−ペンタンをシクロペンタジエンに転化する方法であって、本明細書に記載の触媒組成物を含む、ただしそれらに限らず、１つまたは複数の触媒組成物にｎ−ペンタンを接触させ、水素（存在する場合、典型的にＨ2はｎ−ペンタンに対して０．０１〜３．０の範囲の比率で存在する）を接触させてもよい、４００℃〜７００℃の温度、３〜約１００ｐｓｉａの分圧、および１〜約５０ｈｒ-1の重量空間速度の条件でシクロペンタジエンを形成するステップを含む方法に関する。
１つまたは複数の実施形態において、本発明は、ｎ−ペンタンをシクロペンタジエンに転化する方法であって、本明細書に記載の触媒組成物を含む、ただしそれらに限らず、１つまたは複数の触媒組成物にｎ−ペンタンを接触させ、水素（存在する場合、典型的にＨ2はｎ−ペンタンに対して０．０１〜３．０の範囲の比率で存在する）を接触させてもよい、４００℃〜７００℃の温度、３〜約１００ｐｓｉａの分圧、および１〜約５０ｈｒ-1の重量空間速度の条件でシクロペンタジエンを形成するステップを含む方法に関する。
１つまたは複数の実施形態において、本発明は、反応器システム内で非環式Ｃ5炭化水素をシクロペンタジエンに転化する方法であって、触媒材料を含む第１の粒状材料を含む少なくとも１つの断熱反応ゾーンに、非環式Ｃ5炭化水素を含む原料を温度Ｔｉにて供給するステップと、原料と第１の粒状材料とを反応条件下で少なくとも１つの断熱反応ゾーンにて接触させて、非環式Ｃ5炭化水素の少なくとも一部を、シクロペンタジエン中間体と、未転化の非環式Ｃ5炭化水素を含み、シクロペンタジエンを含んでもよい第１の溶出物に転化するステップと、第１の溶出物を温度Ｔ2に加熱するステップと、第１の溶出物を少なくとも１つの断熱反応ゾーンに供給するステップと、第１の溶出物と、触媒材料を含む第２の粒状材料とを反応条件下で少なくとも１つの断熱反応ゾーンにて接触させて、シクロペンタジエン中間体および未転化の非環式Ｃ5炭化水素の少なくとも一部を、シクロペンタジエンを含む第２の溶出物に転化するステップとを含む方法に関する。
Ａ 原料
該方法において、Ｃ5炭化水素を含む原料、好ましくは非環式Ｃ5原料が、触媒材料を含む粒状材料と一緒に反応システムに提供される。本発明において有用な非環式Ｃ5原料は原油または天然ガス凝縮物から取得可能であり、例として精製方法および化学方法、例えば流体接触分解（ＦＣＣ）、改質、水素化分解、水素処理、コークス化、および水蒸気分解によって生成される分解Ｃ5化合物（様々な不飽和度：アルケン、ジアルケン、アルキン）が挙げられる。
Ａ 原料
該方法において、Ｃ5炭化水素を含む原料、好ましくは非環式Ｃ5原料が、触媒材料を含む粒状材料と一緒に反応システムに提供される。本発明において有用な非環式Ｃ5原料は原油または天然ガス凝縮物から取得可能であり、例として精製方法および化学方法、例えば流体接触分解（ＦＣＣ）、改質、水素化分解、水素処理、コークス化、および水蒸気分解によって生成される分解Ｃ5化合物（様々な不飽和度：アルケン、ジアルケン、アルキン）が挙げられる。
１つまたは複数の実施形態において、本発明の方法に有用な非環式Ｃ5原料はペンタン、ペンテン、ペンタジエン、およびこれらのうち２つ以上の混合物を含む。好ましくは、１つまたは複数の実施形態において、非環式Ｃ5原料は少なくとも約５０質量％、または６０質量％、または７５質量％、または９０質量％の、あるいは約５０質量％〜約１００質量％の範囲のｎ−ペンタンを含む。
非環式Ｃ5原料は、ベンゼンなどＣ6芳香族化合物を含まなくてもよく、好ましくはＣ6芳香族化合物が５質量％未満、好ましくは１質量％未満、好ましくは０．０１質量％未満、好ましくは０質量％で存在する。
非環式Ｃ5原料は、ベンゼン、トルエン、またはキシレン（オルト、メタ、またはパラ）を含まなくてもよく、好ましくはベンゼン、トルエン、またはキシレン（オルト、メタ、またはパラ）化合物が５質量％未満、好ましくは１質量％未満、好ましくは０．０１質量％未満、好ましくは０質量％で存在する。
非環式Ｃ5原料は、Ｃ6+芳香族化合物を含まなくてもよく、好ましくはＣ6+芳香族化合物が５質量％未満、好ましくは１質量％未満、好ましくは０．０１質量％未満、好ましくは０質量％で存在する。
非環式Ｃ5原料は、Ｃ6+化合物を含まなくてもよく、好ましくはＣ6+化合物が５質量％未満、好ましくは１質量％未満、好ましくは０．０１質量％未満、好ましくは０質量％で存在する。
Ｃ5原料は酸素含有化合物を実質的に含まない状態であってもよい。この文脈で使用される「実質的に含まない」という表現は、原料が供給物の質量に基づいて約１．０質量％未満、例えば約０．１質量％未満、約０．０１質量％未満、約０．００１質量％未満、約０．０００１質量％未満、約０．００００１質量％未満の酸素含有化合物を含むことを意味する。
非環式Ｃ5原料は、ベンゼンなどＣ6芳香族化合物を含まなくてもよく、好ましくはＣ6芳香族化合物が５質量％未満、好ましくは１質量％未満、好ましくは０．０１質量％未満、好ましくは０質量％で存在する。
非環式Ｃ5原料は、ベンゼン、トルエン、またはキシレン（オルト、メタ、またはパラ）を含まなくてもよく、好ましくはベンゼン、トルエン、またはキシレン（オルト、メタ、またはパラ）化合物が５質量％未満、好ましくは１質量％未満、好ましくは０．０１質量％未満、好ましくは０質量％で存在する。
非環式Ｃ5原料は、Ｃ6+芳香族化合物を含まなくてもよく、好ましくはＣ6+芳香族化合物が５質量％未満、好ましくは１質量％未満、好ましくは０．０１質量％未満、好ましくは０質量％で存在する。
非環式Ｃ5原料は、Ｃ6+化合物を含まなくてもよく、好ましくはＣ6+化合物が５質量％未満、好ましくは１質量％未満、好ましくは０．０１質量％未満、好ましくは０質量％で存在する。
Ｃ5原料は酸素含有化合物を実質的に含まない状態であってもよい。この文脈で使用される「実質的に含まない」という表現は、原料が供給物の質量に基づいて約１．０質量％未満、例えば約０．１質量％未満、約０．０１質量％未満、約０．００１質量％未満、約０．０００１質量％未満、約０．００００１質量％未満の酸素含有化合物を含むことを意味する。
好ましくは、原料中のＣ5炭化水素（例えば非環式Ｃ5炭化水素）のうちシクロペンタジエンに転化される量は約５．０質量％以上、約１０．０質量％以上、約２０．０質量％以上、約３０．０質量％以上、約４０．０質量％以上、約５０．０質量％以上、約６０．０質量％以上、約７０．０質量％以上、約８０．０質量％以上、または約９０．０質量％以上である。好ましくは、Ｃ5炭化水素（例えば非環式Ｃ5炭化水素）のうち少なくとも約３０．０質量％または少なくとも約６０．０質量％がシクロペンタジエンに転化される。明示的に開示される範囲は上に挙げた値のいずれかの組み合わせ、例えば約５．０質量％〜約９０．０質量％、約１０．０質量％〜約８０．０質量％、約２０．０質量％〜約７０．０質量％、約２０．０質量％〜約６０．０質量％などを含む。好ましくは、Ｃ5炭化水素（例えば非環式Ｃ5炭化水素）のうち２０．０質量％〜約９０．０質量％、より好ましくは約３０．０質量％〜約８５．０質量％、より好ましくは約４０．０質量％〜約８０．０質量％、約４５．０質量％〜約７５．０質量％、または約５０．０質量％〜約７０．０質量％がシクロペンタジエンに転化される。
好ましくは、水素を含み、軽質炭化水素、例えばＣ1-Ｃ4炭化水素を含んでもよい、水素同時供給原料も第１の反応器に供給される。好ましくは、水素同時供給原料の少なくとも一部が、第１の反応器に供給される前にＣ5原料と混ぜ合わされる。供給物が最初に触媒と接触する入口部分で供給混合物中に水素が存在していれば、触媒粒子表面でのコークスの形成が防止または低減される。Ｃ1-Ｃ4炭化水素をＣ5炭化水素と同時供給してもよい。
Ｂ 断熱反応ゾーン
原料は、温度Ｔ1の条件で少なくとも１つの断熱反応ゾーンに提供され、次いでＣ5炭化水素（例えば非環式Ｃ5炭化水素）の少なくとも一部をＨ2、シクロペンタジエン中間体、未転化の非環式Ｃ5炭化水素を含み、よりシクロペンタジエンを含んでもよい第１の溶出物に転化する反応条件下にある少なくとも１つの断熱反応ゾーン内で触媒材料を含む第１の粒状材料と接触される。少なくとも１つの断熱反応ゾーンは固定床反応器または流動床反応器であってもよい。固定床反応器は縦型固定床または横型固定床であってもよい。好ましくは、縦型固定床は軸流縦型固定床または放射流固定床である。好ましくは、横型固定床は横断流横型固定床である。
Ｂ 断熱反応ゾーン
原料は、温度Ｔ1の条件で少なくとも１つの断熱反応ゾーンに提供され、次いでＣ5炭化水素（例えば非環式Ｃ5炭化水素）の少なくとも一部をＨ2、シクロペンタジエン中間体、未転化の非環式Ｃ5炭化水素を含み、よりシクロペンタジエンを含んでもよい第１の溶出物に転化する反応条件下にある少なくとも１つの断熱反応ゾーン内で触媒材料を含む第１の粒状材料と接触される。少なくとも１つの断熱反応ゾーンは固定床反応器または流動床反応器であってもよい。固定床反応器は縦型固定床または横型固定床であってもよい。好ましくは、縦型固定床は軸流縦型固定床または放射流固定床である。好ましくは、横型固定床は横断流横型固定床である。
付加的にまたは代替的に、少なくとも１つの断熱反応ゾーンは少なくとも１つの第１の断熱反応ゾーン、１つの第２の断熱反応ゾーン、１つの第３の断熱反応ゾーン、１つの第４の断熱反応ゾーン、１つの第５の断熱反応ゾーン、１つの第６の断熱反応ゾーン、１つの第７の断熱反応ゾーン、および／または１つの第８の断熱反応ゾーンなどを含み得る。本明細書において理解されるとおり、各断熱反応ゾーンが個別の反応器であるか、または１つの断熱反応器が１つまたは複数の断熱反応ゾーンを含み得る。好ましくは、反応器システムは１〜２０の断熱反応ゾーン、より好ましくは１〜１５の断熱反応ゾーン、より好ましくは２〜１０の断熱反応ゾーン、より好ましくは２〜８の断熱反応ゾーンを含む。複数の断熱反応ゾーンが存在する場合、これらの断熱反応ゾーンは任意の適切な構成、例えば直列または並列に配列され得る。各断熱反応ゾーンが独立的に固定床または流動床であってもよい。
断熱反応ゾーンは、第１の粒状材料を支持し、原料を均一に分配し、炭化水素生成物を収集し、および／または反応ゾーン内の圧力低下を低減するための、少なくとも１つの内部構造を含み得る。例えば、断熱反応ゾーンが縦型固定床である場合、１つまたは複数の内部構造、例えば粒状材料を格納および支持するための透過性同心シェルが反応ゾーン内に含まれてもよく、原料は、実質的に開放状態の、反応ゾーンの中心軸部分に供給され、粒状材料の上方で放射状に流れ得る。付加的にまたは代替的に、断熱反応ゾーンは少なくとも１つの内部構造、好ましくは複数（例えば２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１５、２０、３０、４０、５０など）の内部構造を含み得る。適切な内部構造の例として複数の支持格子、保持格子、バッフル、シェッド、トレイ、チューブ、ロッド、および／または分配装置が挙げられる。
原料は断熱反応ゾーンへ、約７００℃以下、約６７５℃以下、約６５０℃以下、約６２５℃以下、約６００℃以下、約５７５℃以下、約５５０℃以下、約５２５℃以下、約５００℃以下、約４７５℃以下、約４５０℃以下、約４２５℃以下、約４００℃以下、約３７５℃以下、約３５０℃以下、約３２５℃以下、約３００℃以下、約２７５℃以下、約２５０℃以下、約２２５℃以下、または約２００℃以下の温度、Ｔ1の条件で提供され得る。好ましくは、原料（例えば非環式Ｃ5炭化水素）が断熱反応ゾーンに進入する際の温度は約５００℃以下、より好ましくは約５２５℃以下、より好ましくは約５５０℃以下、より好ましくは約５７５℃以下である。明示的に開示される温度範囲は上に挙げた値のいずれかの組み合わせ、例えば約２００℃〜約７００℃、約２５０℃〜約６００℃、約３５０℃〜約６５０℃、約３７５℃〜約５００℃などを含む。好ましくは、原料（例えば非環式Ｃ5炭化水素）が断熱反応ゾーンに進入する際の温度は約２００℃〜約７００℃、より好ましくは約３００℃〜約６５０℃、より好ましくは約４００℃〜約６００℃、より好ましくは約４７５℃〜約５７５℃である。原料（例えば非環式Ｃ5炭化水素）を上述の温度で提供すれば、有利にはＣ5炭化水素（例えば非環式Ｃ5炭化水素）が触媒材料の存在下で反応し得る前にＣ5炭化水素の望ましくない分解を最小限に抑えることができる。
原料は断熱反応ゾーンへ、約７００℃以下、約６７５℃以下、約６５０℃以下、約６２５℃以下、約６００℃以下、約５７５℃以下、約５５０℃以下、約５２５℃以下、約５００℃以下、約４７５℃以下、約４５０℃以下、約４２５℃以下、約４００℃以下、約３７５℃以下、約３５０℃以下、約３２５℃以下、約３００℃以下、約２７５℃以下、約２５０℃以下、約２２５℃以下、または約２００℃以下の温度、Ｔ1の条件で提供され得る。好ましくは、原料（例えば非環式Ｃ5炭化水素）が断熱反応ゾーンに進入する際の温度は約５００℃以下、より好ましくは約５２５℃以下、より好ましくは約５５０℃以下、より好ましくは約５７５℃以下である。明示的に開示される温度範囲は上に挙げた値のいずれかの組み合わせ、例えば約２００℃〜約７００℃、約２５０℃〜約６００℃、約３５０℃〜約６５０℃、約３７５℃〜約５００℃などを含む。好ましくは、原料（例えば非環式Ｃ5炭化水素）が断熱反応ゾーンに進入する際の温度は約２００℃〜約７００℃、より好ましくは約３００℃〜約６５０℃、より好ましくは約４００℃〜約６００℃、より好ましくは約４７５℃〜約５７５℃である。原料（例えば非環式Ｃ5炭化水素）を上述の温度で提供すれば、有利にはＣ5炭化水素（例えば非環式Ｃ5炭化水素）が触媒材料の存在下で反応し得る前にＣ5炭化水素の望ましくない分解を最小限に抑えることができる。
付加的にまたは代替的に、断熱反応ゾーンに進入する前に、原料は、炉の対流ゾーン内での加熱を含め、１つまたは複数の熱交換器など加熱装置によって、上述の温度にまで加熱され得る。
少なくとも１つの断熱反応ゾーンは、原料（例えば非環式Ｃ5炭化水素）の少なくとも一部をシクロペンタジエン中間体、未転化の非環式Ｃ5炭化水素に転化し、シクロペンタジエンに転化してもよい、十分な反応条件下で操作される。本明細書で使用されるとき、「シクロペンタジエン中間体」はペンテン、ペンタジエン、シクロペンタン、およびシクロペンテンを指す。様々な態様において、シクロペンタジエンへの転化は少なくとも１つの断熱反応ゾーン内で発生する。好ましくは非環式Ｃ5炭化水素のうち少なくとも約５％、少なくとも約１０％、少なくとも約１５％、少なくとも約２０％、少なくとも約３０％、または少なくとも約４０％がシクロペンタジエン中間体に転化される。好ましくは、原料（例えば非環式Ｃ5炭化水素）は約１．０〜約１０００．０ｈｒ-1の範囲の重量空間速度（ＷＨＳＶ、非環式Ｃ5炭化水素の質量／触媒の質量／毎時）にて、断熱反応ゾーンに供給され得る。ＷＨＳＶの範囲は、約１．０〜約９００．０ｈｒ-1、約１．０〜約８００．０ｈｒ-1、約１．０〜約７００．０ｈｒ-1、約１．０〜約６００．０ｈｒ-1、約１．０〜約５００．０ｈｒ-1、約１．０〜約４００．０ｈｒ-1、約１．０〜約３００．０ｈｒ-1、約１．０〜約２００．０ｈｒ-1、約１．０〜約１００．０ｈｒ-1、約１．０〜約９０．０ｈｒ-1、約１．０〜約８０．０ｈｒ-1、約１．０〜約７０．０ｈｒ-1、約１．０〜約６０．０ｈｒ-1、約１．０〜約５０．０ｈｒ-1、約１．０〜約４０．０ｈｒ-1、約１．０〜約３０．０ｈｒ-1、約１．０〜約２０．０ｈｒ-1、約１．０〜約１０．０ｈｒ-1、約１．０〜約５．０ｈｒ-1、約２．０〜約１０００．０ｈｒ-1、約２．０〜約９００．０ｈｒ-1、約２．０〜約８００．０ｈｒ-1、約２．０〜約７００．０ｈｒ-1、約２．０〜約６００．０ｈｒ-1、約２．０〜約５００．０ｈｒ-1、約２．０〜約４００．０ｈｒ-1、約２．０〜約３００．０ｈｒ-1、約２．０〜約２００．０ｈｒ-1、約２．０〜約１００．０ｈｒ-1、約２．０〜約９０．０ｈｒ-1、約２．０〜約８０．０ｈｒ-1、約２．０〜約７０．０ｈｒ-1、約２．０〜約６０．０ｈｒ-1、約２．０〜約５０．０ｈｒ-1、約２．０〜約４０．０ｈｒ-1、約２．０〜約３０．０ｈｒ-1、約２．０〜約２０．０ｈｒ-1、約２．０〜約１０．０ｈｒ-1、および約２．０〜約５．０ｈｒ-1であってもよい。好ましくは、ＷＨＳＶの範囲は約１．０〜約１００．０ｈｒ-1、より好ましくは約１．０〜約６０．０ｈｒ-1、より好ましくは約２．０〜約４０．０ｈｒ-1、より好ましくは約２．０〜約２０．０ｈｒ-1である。
第１の溶出物（例えばシクロペンタジエン、未転化の非環式Ｃ5炭化水素）が断熱反応ゾーンの溶出物出口から出る際の温度は、約６００℃以下、約５７５℃以下、約５５０℃以下、約５２５℃以下、約５００℃以下、約４７５℃以下、約４５０℃以下、約４２５℃以下、約４００℃以下、約３７５℃以下、約３５０℃以下、約３２５℃以下、約３００℃以下、約２７５℃以下、約２５０℃以下、約２２５℃以下、または約２００℃以下であってもよい。好ましくは、第１の溶出物（例えばシクロペンタジエン、未転化の非環式Ｃ5炭化水素）が断熱反応ゾーンの溶出物出口から出る際の温度は約５２５℃以下、より好ましくは約５００℃以下、より好ましくは約４７５℃以下、より好ましくは約４５０℃以下である。明示的に開示される温度範囲は上に挙げた値のいずれかの組み合わせ、例えば約２００℃〜約６００℃、約２５０℃〜約５７５℃、約３５０℃〜約５５０℃、約３７５℃〜約４５０℃などを含む。好ましくは、第１の溶出物（例えばシクロペンタジエン、未転化の非環式Ｃ5炭化水素）が断熱反応ゾーンの溶出物出口から出る際の温度範囲は約２００℃〜約６００℃、より好ましくは約２５０℃〜約５７５℃、より好ましくは約３５０℃〜約５５０℃、より好ましくは約３７５℃〜約５００℃である。
付加的にまたは代替的に、断熱反応ゾーン内での反応条件は、約３００℃以上、約３２５℃以上、約３５０℃以上、約３７５℃以上、約４００℃以上、約４２５℃以上、約４５０℃以上、約４７５℃以上、約５００℃以上、約５２５℃以上、約５５０℃以上、約５７５℃以上、約６００℃以上、約６２５℃以上、約６５０℃以上、または約６７５℃以上の温度を含み得る。付加的にまたは代替的に、温度は約３００℃以下、約３２５℃以下、約３５０℃以下、約３７５℃以下、約４００℃以下、約４２５℃以下、約４５０℃以下、約４７５℃以下、約５００℃以下、約５２５℃以下、約５５０℃以下、約５７５℃以下、約６００℃以下、約６２５℃以下、約６５０℃以下、約６７５℃以下、または約７００℃以下であってもよい。明示的に開示される温度範囲は上に挙げた値のいずれかの組み合わせ、例えば約３００℃〜約７００℃、約３２５℃〜約６５０℃、および約４５０℃〜約６００℃などを含む。好ましくは、温度範囲は約３００℃〜約６５０℃、より好ましくは約３２５℃〜約６００℃、より好ましくは約４５０℃〜約５７５℃であってもよい。
付加的にまたは代替的に、断熱反応ゾーン内での反応条件は、約１．０ｐｓｉａ以下、約２．０ｐｓｉａ以下、約３．０ｐｓｉａ以下、約４．０ｐｓｉａ以下、約５．０ｐｓｉａ以下、約１０．０ｐｓｉａ以下、約１５．０ｐｓｉａ以下、約２０．０ｐｓｉａ以下、約２５．０ｐｓｉａ以下、約３０．０ｐｓｉａ以下、約３５．０ｐｓｉａ以下、約４０．０ｐｓｉａ以下、約４５．０ｐｓｉａ以下、約５０．０ｐｓｉａ以下、約５５．０ｐｓｉａ以下、約６０．０ｐｓｉａ以下、約６５．０ｐｓｉａ以下、約７０．０ｐｓｉａ以下、約７５．０ｐｓｉａ以下、約８０．０ｐｓｉａ以下、約８５．０ｐｓｉａ以下、約９０．０ｐｓｉａ以下、約９５．０ｐｓｉａ以下、約１００．０ｐｓｉａ以下、約１２５．０ｐｓｉａ以下、約１５０．０ｐｓｉａ以下、約１７５．０ｐｓｉａ以下、または約２００．０ｐｓｉａ以下の圧力を含み得る。付加的にまたは代替的に、圧力は約１．０ｐｓｉａ以上、約２．０ｐｓｉａ以上、約３．０ｐｓｉａ以上、約４．０ｐｓｉａ以上、約５．０ｐｓｉａ以上、約１０．０ｐｓｉａ以上、約１５．０ｐｓｉａ以上、約２０．０ｐｓｉａ以上、約２５．０ｐｓｉａ以上、約３０．０ｐｓｉａ以上、約３５．０ｐｓｉａ以上、約４０．０ｐｓｉａ以上、約４５．０ｐｓｉａ以上、約５０．０ｐｓｉａ以上、約５５．０ｐｓｉａ以上、約６０．０ｐｓｉａ以上、約６５．０ｐｓｉａ以上、約７０．０ｐｓｉａ以上、約７５．０ｐｓｉａ以上、約８０．０ｐｓｉａ以上、約８５．０ｐｓｉａ以上、約９０．０ｐｓｉａ以上、約９５．０ｐｓｉａ以上、約１００．０ｐｓｉａ以上、約１２５．０ｐｓｉａ以上、約１５０．０ｐｓｉａ以上、または約１７５．０ｐｓｉａ以上であってもよい。明示的に開示される温度および圧力の範囲と組み合わせは上に挙げた値のいずれかの組み合わせ、例えば約１．０ｐｓｉａ〜約２００．０ｐｓｉａ、約２．０ｐｓｉａ〜約１７５．０ｐｓｉａ、約３．０ｐｓｉａ〜約１５０．０ｐｓｉａなどを含む。好ましくは、圧力範囲は約１．０ｐｓｉａ〜約２００．０ｐｓｉａ、より好ましくは約２．０ｐｓｉａ〜約１７５．０ｐｓｉａ、例えば約２．０ｐｓｉａ〜約１００．０ｐｓｉａ、より好ましくは約３．０ｐｓｉａ〜約１５０．０ｐｓｉａ、例えば約３．０ｐｓｉａ〜約５０．０ｐｓｉａであってもよい。
付加的にまたは代替的に、断熱反応ゾーン全体にわたるデルタ圧力（原料入口部分の圧力から溶出物出口部分の圧力を引いた圧力）は約０．５ｐｓｉａ以上、約１．０ｐｓｉａ以上、約２．０ｐｓｉａ以上、約３．０ｐｓｉａ以上、約４．０ｐｓｉａ以上、約５．０ｐｓｉａ以上、約１０．０ｐｓｉａ以上、約１４．０ｐｓｉａ以上、約１５．０ｐｓｉａ以上、約２０．０ｐｓｉａ以上、約２４．０ｐｓｉａ以上、約２５．０ｐｓｉａ以上、約３０．０ｐｓｉａ以上、約３５．０ｐｓｉａ以上、約４０．０ｐｓｉａ以上、約４５．０ｐｓｉａ以上、約５０．０ｐｓｉａ以上、約５５．０ｐｓｉａ以上、約６０．０ｐｓｉａ以上、約６５．０ｐｓｉａ以上、約７０．０ｐｓｉａ以上、約７５．０ｐｓｉａ以上、約８０．０ｐｓｉａ以上、約８５．０ｐｓｉａ以上、約９０．０ｐｓｉａ以上、約９５．０ｐｓｉａ以上、約１００．０ｐｓｉａ以上、約１２５．０ｐｓｉａ以上、または約１５０．０ｐｓｉａ以上であってもよい。本明細書において理解されるとおり、「原料入口部分」、「入口部分」、「溶出物出口部分」および「出口部分」は入口および／または出口の内部および実質的に周囲の空間を含む。付加的にまたは代替的に、断熱反応ゾーン全体にわたるデルタ圧力（または圧力低下）（原料入口部分の圧力から溶出物出口部分の圧力を引いた圧力）は約２．０ｐｓｉａ以下、約３．０ｐｓｉａ以下、約４．０ｐｓｉａ以下、約５．０ｐｓｉａ以下、約１０．０ｐｓｉａ以下、約１４．０ｐｓｉａ以下、約１５．０ｐｓｉａ以下、約２０．０ｐｓｉａ以下、約２４．０ｐｓｉａ以下、約２５．０ｐｓｉａ以下、約３０．０ｐｓｉａ以下、約３５．０ｐｓｉａ以下、約４０．０ｐｓｉａ以下、約４５．０ｐｓｉａ以下、約５０．０ｐｓｉａ以下、約５５．０ｐｓｉａ以下、約６０．０ｐｓｉａ以下、約６５．０ｐｓｉａ以下、約７０．０ｐｓｉａ以下、約７５．０ｐｓｉａ以下、約８０．０ｐｓｉａ以下、約８５．０ｐｓｉａ以下、約９０．０ｐｓｉａ以下、約９５．０ｐｓｉａ以下、約１００．０ｐｓｉａ以下、約１２５．０ｐｓｉａ以下、約１５０．０ｐｓｉａ以下、約１７５．０ｐｓｉａ以下、または約２００．０ｐｓｉａ以下であってもよい。明示的に開示されるデルタ圧力範囲は上に挙げた値のいずれかの組み合わせ、例えば約１０．０ｐｓｉａ〜約７０．０ｐｓｉａ、約２０．０ｐｓｉａ〜約６０．０ｐｓｉａ、約３０．０ｐｓｉａ〜約５０．０ｐｓｉａなどを含む。
付加的にまたは代替的に、Ｃ1、Ｃ2、Ｃ3、および／またはＣ4の炭化水素を含む軽質炭化水素の流れが断熱反応ゾーンに供給され得る。軽質炭化水素の流れは飽和状態および／または不飽和状態の炭化水素を含み得る。好ましくは、軽質炭化水素の流れは非断熱反応器の溶出物の流れから回収される。
Ｃ 非断熱反応ゾーン
少なくとも１つの断熱反応ゾーンを出た後、第１の溶出物が少なくとも１つの非断熱反応ゾーンに提供され、次いでシクロペンタジエン中間体および／または未転化の非環式Ｃ5炭化水素の少なくとも一部をシクロペンタジエンを含む第２の溶出物に転化する反応条件下にある少なくとも１つの非断熱反応ゾーン内で触媒材料を含む第２の粒状材料と接触され得る。少なくとも１つの非断熱反応ゾーンは、循環流動床反応器、循環沈降床反応器、固定床反応器、環式固定床反応器、流動床反応器、燃焼管反応器（２０１５年１１月４日に出願された、参照によって本明細書に組み込まれる米国特許出願第６２／２５０，６９３号に記載のとおり）または対流加熱管反応器（２０１５年１１月４日に出願された、参照によって本明細書に組み込まれる米国特許出願第６２／２５０，６７４号に記載のとおり）であってもよい。固定床反応器は縦型固定床または横型固定床であってもよい。好ましくは、縦型固定床は軸流縦型固定床または放射流固定床である。好ましくは、横型固定床は横断流横型固定床である。さらに、循環流動床反応器は、Kunii, D., Levenspiel, O., Chapter 3 of Fluidization Engineering, 2nd Edition, Butterworth-Heinemann, Boston, 1991およびWalas, S.M., Chapter 6 of Chemical Process Equipment, Revised 2nd Edition, Butterworth-Heinemann, Boston, 2010に記載されているような気泡様式または乱流流動化様式にて運用され得る。
特に、少なくとも１つの非断熱反応ゾーンは燃焼管反応器または対流加熱管反応器であってもよい。
少なくとも１つの断熱反応ゾーンを出た後、第１の溶出物が少なくとも１つの非断熱反応ゾーンに提供され、次いでシクロペンタジエン中間体および／または未転化の非環式Ｃ5炭化水素の少なくとも一部をシクロペンタジエンを含む第２の溶出物に転化する反応条件下にある少なくとも１つの非断熱反応ゾーン内で触媒材料を含む第２の粒状材料と接触され得る。少なくとも１つの非断熱反応ゾーンは、循環流動床反応器、循環沈降床反応器、固定床反応器、環式固定床反応器、流動床反応器、燃焼管反応器（２０１５年１１月４日に出願された、参照によって本明細書に組み込まれる米国特許出願第６２／２５０，６９３号に記載のとおり）または対流加熱管反応器（２０１５年１１月４日に出願された、参照によって本明細書に組み込まれる米国特許出願第６２／２５０，６７４号に記載のとおり）であってもよい。固定床反応器は縦型固定床または横型固定床であってもよい。好ましくは、縦型固定床は軸流縦型固定床または放射流固定床である。好ましくは、横型固定床は横断流横型固定床である。さらに、循環流動床反応器は、Kunii, D., Levenspiel, O., Chapter 3 of Fluidization Engineering, 2nd Edition, Butterworth-Heinemann, Boston, 1991およびWalas, S.M., Chapter 6 of Chemical Process Equipment, Revised 2nd Edition, Butterworth-Heinemann, Boston, 2010に記載されているような気泡様式または乱流流動化様式にて運用され得る。
特に、少なくとも１つの非断熱反応ゾーンは燃焼管反応器または対流加熱管反応器であってもよい。
燃焼管反応器は、炉および炉の放射部内に配置される並列反応管を含み得る。任意の既知の放射炉反応管構成を使用してもよいが、好ましくは炉は複数の並列反応管を含む。適切な炉反応管構成の例として、米国特許第５，８１１，０６５号、米国特許第５，２４３，１２２号、米国特許第４，９７３，７７８号、米国特許第２０１２／００６０８２４号、および米国特許第２０１２／０１９７０５４号に記載の構成が挙げられ、これらの文献は参照によって本明細書に組み込まれる。
反応管は炉内で任意の構成で配置され得る。好ましくは、反応管は縦方向に配置される結果、原料が反応管の頂部から進入し、生成物は反応器溶出物と一緒に反応管の底から出る。好ましくは、反応管は放射炉を通る経路がコイル状または湾曲状ではなく直線状である（ただしコイル状または湾曲状の管を使用してもよい）。付加的に、反応管の断面は例えば円形、楕円形、長方形、および／または他の既知の形状であってもよいがこれらに限定されない。反応管は、炉の放射部内に配置される少なくとも１つのバーナーから提供される放射熱で加熱され得る。当該技術分野で既知の、天井、壁、および床装着型のバーナーなど、任意の種類のバーナーが使用され得る。好ましくは、バーナーは、より高い熱流束を反応管の入口付近に提供し、より低い熱流束を反応管の出口付近に提供するよう配置され得る。反応管が縦方向に配置される場合、バーナーは好ましくは反応管の頂部入口付近に配置され、火炎を管の長さに沿って下向きに燃焼させる。バーナーを縦方向反応管の頂部付近に向け、下向きに燃焼させると、例えば反応熱を提供するために、より高い加熱が望ましい、反応管入口（頂部）付近の熱流束が高くなることに加え、原料を所望の反応温度にまで加熱するために必要な顕熱ももたらされる。
炉は、所望の温度より高い温度、例えば所与の触媒、作動圧力および滞留時間について望ましい転化条件温度範囲を超えると発生する望ましくないコークス化および／または分解を促進する温度を避けるために、より低い熱流束が望ましい場合、反応管の出口部分からのバーナー火炎の放射の少なくとも一部を阻止するよう配置される、１つまたは複数の遮蔽物を含んでもよい。反応管が縦方向に配置され、バーナーが下向きに燃焼する場合、反応管の底部からの火炎放射の少なくとも一部を阻止するよう、少なくとも１つの遮蔽物を配置してもよい。好ましくは、遮蔽物はバーナーによって生じる排煙を炉の放射部から遠ざける方向に誘導する役割を果たす排煙ダクトであってもよい。
炉は、所望の温度より高い温度、例えば所与の触媒、作動圧力および滞留時間について望ましい転化条件温度範囲を超えると発生する望ましくないコークス化および／または分解を促進する温度を避けるために、より低い熱流束が望ましい場合、反応管の出口部分からのバーナー火炎の放射の少なくとも一部を阻止するよう配置される、１つまたは複数の遮蔽物を含んでもよい。反応管が縦方向に配置され、バーナーが下向きに燃焼する場合、反応管の底部からの火炎放射の少なくとも一部を阻止するよう、少なくとも１つの遮蔽物を配置してもよい。好ましくは、遮蔽物はバーナーによって生じる排煙を炉の放射部から遠ざける方向に誘導する役割を果たす排煙ダクトであってもよい。
付加的に、反応管は触媒材料を含む粒状材料を含む。粒状材料は反応管の内側表面にコーティングされるか、または反応管内の粒状材料の固定床の一部であってもよい。好ましくは、反応管は粒状材料の固定床を含む。反応管の固定床の適切な充填方法または設計方法の例として米国特許第８，１７８，０７５号および国際公開第２０１４／０５３５５３号が挙げられ、これらの文献は参照によって全体が本明細書に組み込まれる。反応管は、粒状材料を支持し、および／または反応管内の圧力低下を低減するための、同心シェルなど少なくとも１つの内部構造を含み得る。付加的にまたは代替的に、反応管は、反応管内に配置され放射方向の混合を提供する混合用内部構造を含み得る。混合用内部構造は、粒状材料の床内に配置されるか、あるいは反応管において２つ以上の粒状材料ゾーンを分離する部分に配置され得る。付加的にまたは代替的に、反応管は内側または外側の表面に、管の壁から触媒組成物への伝熱を促進するフィンまたは輪郭を含み得る。フィンまたは輪郭は、より高い熱流束を反応管の入口付近に提供し、より低い熱流束を反応管の出口付近に提供するよう配置され得る。適切な内部構造の例として複数のバッフル、シェッド、トレイ、チューブ、ロッド、フィン、輪郭および／または分配装置が挙げられる。これらの内部構造を触媒でコーティングしてもよい。適切な内部構造は金属製またはセラミック製であってもよい。好適なセラミックは熱伝導率が高いもの、例えば炭化ケイ素、窒化アルミニウム、炭化ホウ素、および窒化ケイ素である。好ましくは、反応管は原料が触媒組成物と接触している間、反応器の入口から出口にかけて測定される圧力低下が２０ｐｓｉ未満、より好ましくは５ｐｓｉ未満である。
付加的にまたは代替的に、炉は放射部、対流部、および排煙煙突を含み得る。高温の排煙が炉の放射部内で少なくとも１つのバーナーによって生じ、対流部を通って大気に向かって誘導され、排煙煙突から出てもよい。排煙からの熱は、排煙からの対流によって伝達され、交換器または対流部を横断する管束を通過しながら、様々な流れ、例えば原料、水蒸気、活性化ガス、再生ガス、蒸気燃料再加熱、および／または燃焼用空気予熱などに熱を加え得る。炉の対流部は、排煙の熱を対流によって原料および／または水蒸気に伝達する、少なくとも１つの交換器または管束を格納し得る。
付加的にまたは代替的に、２つ以上の炉が存在し得る（各炉は、触媒材料を含む粒状材料を格納する並列反応管を含む放射部を含み得る）。炉の複数の放射部と流体連通する単一の対流部および排煙煙突が存在してもよい。１つまたは複数の炉が存在する場合、再加熱ガスまたは再生ガスが１つまたは複数の炉に提供され得ると同時に、非環式Ｃ5炭化水素を含む原料は異なる１つまたは複数の炉に提供され得る。
付加的にまたは代替的に、２つ以上の炉が存在し得る（各炉は、触媒材料を含む粒状材料を格納する並列反応管を含む放射部を含み得る）。炉の複数の放射部と流体連通する単一の対流部および排煙煙突が存在してもよい。１つまたは複数の炉が存在する場合、再加熱ガスまたは再生ガスが１つまたは複数の炉に提供され得ると同時に、非環式Ｃ5炭化水素を含む原料は異なる１つまたは複数の炉に提供され得る。
対流加熱管は、対流熱伝達筐体内に複数の並列反応管を含み得る。好ましくは、反応管は筐体を通る経路がコイル状または湾曲状ではなく直線状である（ただしコイル状または湾曲状の管を使用してもよい）。付加的に、反応管の断面は円形、楕円形、長方形、および／または他の既知の形状であってもよい。有利には、反応管は断面温度勾配が最小限で済むよう、断面サイズが小さい。しかし、管の断面サイズを小さくすると、所与の生成率について必要な管の数が増える。したがって、最適な管サイズ選定は好ましくは断面温度勾配の最小化と施工費用の最小化を基準に最適化される。適切な断面サイズ（すなわち円筒管の場合は直径）は１ｃｍ〜２０ｃｍ、より好ましくは２ｃｍ〜１５ｃｍ、最も好ましくは３ｃｍ〜１０ｃｍの範囲であってもよい。
対流加熱管反応器において、反応管は、タービンが酸素を含む圧縮気体と一緒に燃料ガスを燃焼させることによって生じるタービン排気流によって加熱され得る。他の態様において、反応管は、燃料電池、炉、ボイラー、または過剰空気燃焼装置の内部での燃焼による高温気体の生成に伴う対流によって加熱され得る。ただし、他にも利点がある中で特に力が共生成されることから、タービン排気による反応管の加熱が好適である。
対流加熱管反応器において、反応管は、タービンが酸素を含む圧縮気体と一緒に燃料ガスを燃焼させることによって生じるタービン排気流によって加熱され得る。他の態様において、反応管は、燃料電池、炉、ボイラー、または過剰空気燃焼装置の内部での燃焼による高温気体の生成に伴う対流によって加熱され得る。ただし、他にも利点がある中で特に力が共生成されることから、タービン排気による反応管の加熱が好適である。
酸素を含む圧縮気体は少なくとも１つのコンプレッサー内で圧縮され得る。好ましくは、圧縮気体は圧縮空気である。圧縮気体は、窒素の部分的分離によって酸素含有率を高めた空気を含んでもよい。当該技術分野で既知の任意のコンプレッサーおよび／またはタービンを使用してもよい。本明細書に記載の方法およびシステムでの使用に適するコンプレッサーおよびタービンの例が米国特許第７，５３６，８６３号に記載されており、この文献は参照によって本明細書に組み込まれる。好ましくは、タービンは付加的に力を生成する。タービンの力を使用して、酸素を含む圧縮気体を圧縮するコンプレッサーを駆動することができる。タービンによって生成される力で駆動され得る発電機および／または付加的なコンプレッサーが存在してもよい。発電機は電力も生成し得る。
熱はタービン排気流からの対流によって、反応管壁の外側表面に伝達され得る。反応管は筐体内で任意の構成で配置され得る。好ましくは、反応管は筐体内で原料とタービン排気の並流を提供するよう配置される。原料とタービン排気の流れは、反応管入口付近の熱流束が反応管出口付近の熱流束より高くなるよう、同一方向に流れ得る。例えば反応熱を提供するために、反応管入口付近でより高い加熱が望まれるのに加え、原料を所望の反応温度にまで加熱する熱も必要である。反応管の出口部分付近では、所望の温度より高い温度、例えば例えば所与の触媒、作動圧力、および／または滞留時間について望ましい転化条件温度範囲を超えると発生する望ましくないコークス化および／または分解を促進する温度を避けるために、熱流束が（入口部分の熱流束量と比べ）低い状態が望ましい。
タービン排気流への付加的な熱注入を可能にする、少なくとも１つの燃焼装置が存在してもよい。付加的な熱は燃焼装置により、反応管の上流または下流のタービン排気流に提供され得る。タービン排気流からの対流による熱を反応管壁に伝達する前または伝達後にタービン排気流の温度を上昇させるため、タービン排気流内の未反応酸素と一緒に付加的な燃料ガスを燃焼させてもよい。付加的な熱注入は、当該技術分野で既知の任意の燃焼装置により、タービン排気流に提供され得る。適切な燃焼装置の例として、ダクトバーナー、補助バーナーまたは他の、排煙の補助加熱用として周知の装置が挙げられる。
熱はタービン排気流からの対流によって、反応管壁の外側表面に伝達され得る。反応管は筐体内で任意の構成で配置され得る。好ましくは、反応管は筐体内で原料とタービン排気の並流を提供するよう配置される。原料とタービン排気の流れは、反応管入口付近の熱流束が反応管出口付近の熱流束より高くなるよう、同一方向に流れ得る。例えば反応熱を提供するために、反応管入口付近でより高い加熱が望まれるのに加え、原料を所望の反応温度にまで加熱する熱も必要である。反応管の出口部分付近では、所望の温度より高い温度、例えば例えば所与の触媒、作動圧力、および／または滞留時間について望ましい転化条件温度範囲を超えると発生する望ましくないコークス化および／または分解を促進する温度を避けるために、熱流束が（入口部分の熱流束量と比べ）低い状態が望ましい。
タービン排気流への付加的な熱注入を可能にする、少なくとも１つの燃焼装置が存在してもよい。付加的な熱は燃焼装置により、反応管の上流または下流のタービン排気流に提供され得る。タービン排気流からの対流による熱を反応管壁に伝達する前または伝達後にタービン排気流の温度を上昇させるため、タービン排気流内の未反応酸素と一緒に付加的な燃料ガスを燃焼させてもよい。付加的な熱注入は、当該技術分野で既知の任意の燃焼装置により、タービン排気流に提供され得る。適切な燃焼装置の例として、ダクトバーナー、補助バーナーまたは他の、排煙の補助加熱用として周知の装置が挙げられる。
対流加熱反応管は触媒材料を含む粒状材料を含む。粒状材料は反応管の内側表面にコーティングされるか、または反応管内の粒状材料の固定床の一部であってもよい。好ましくは、反応管は粒状材料の固定床を含む。反応管の固定床の適切な充填方法または設計方法の例として米国特許第８，１７８，０７５号が挙げられ、この文献は参照によって全体が本明細書に組み込まれる。反応管は、粒状材料を支持し、および／または反応管内の圧力低下を低減するための、同心シェルなど少なくとも１つの内部構造を含み得る。反応管は、反応管内に配置され放射方向の混合を提供する混合用内部構造を含み得る。混合用内部構造は、粒状材料の床内に配置されるか、あるいは反応管において２つ以上の粒状材料ゾーンを分離する部分に配置され得る。反応管は内側または外側の表面に、管の壁から粒状材料への伝熱を促進するフィンまたは輪郭を含み得る。フィンまたは輪郭は、反応管出口付近の熱流束より高い熱流束を入口付近に提供するよう配置され得る。適切な内部構造の例として複数のバッフル、シェッド、トレイ、チューブ、ロッド、フィン、輪郭および／または分配装置が挙げられる。これらの内部構造を触媒でコーティングしてもよい。適切な内部構造は金属製またはセラミック製であってもよい。好適なセラミックは熱伝導率が高いもの、例えば炭化ケイ素、窒化アルミニウム、炭化ホウ素、および窒化ケイ素である。好ましくは、反応管は原料が触媒組成物と接触している間、反応器の入口から出口にかけて測定される圧力低下が２０ｐｓｉ未満、より好ましくは５ｐｓｉ未満である。
付加的にまたは代替的に、タービン排気からの対流による付加的な熱量を他の流れ、例えば活性化ガス、再生ガス、（反応管に進入する前の）原料、燃料ガス、酸素を含む気体の流れ（例えば圧縮気体の流れ）、および／または水蒸気に伝達するための伝熱手段が存在し得る。付加的な伝熱手段は、当該技術分野で既知の適切な任意の伝熱手段であってもよい。適切な伝熱手段の例として熱交換器管束が挙げられる。伝熱手段は反応管筐体内において、タービン排気からの熱が反応管に伝わる前または伝達後にタービン排気から付加的な熱が伝達されるよう配置され得る。
付加的にまたは代替的に、対流伝熱筐体内に複数の並列反応管が存在し得る。例えば、複数の筐体が存在し、粒状材料を格納する複数の並列反応管を各筐体が含み得る。複数の反応管それぞれへのタービン排気の流動を制御する手段も存在し得る。適切な流動制御手段の例として、制御弁、バッフル、ルーバー、ダンパー、および／または導管が挙げられる。タービン排気の少なくとも一部を反応管から遠ざけるか、または反応管の周囲に迂回させ、タービン排気を他の熱回収装置または排気煙突へと誘導する能力も存在し得る。排ガスの消音器および洗浄器など補助機器も存在し得る。
付加的にまたは代替的に、対流伝熱筐体内に複数の並列反応管が存在し得る。例えば、複数の筐体が存在し、粒状材料を格納する複数の並列反応管を各筐体が含み得る。複数の反応管それぞれへのタービン排気の流動を制御する手段も存在し得る。適切な流動制御手段の例として、制御弁、バッフル、ルーバー、ダンパー、および／または導管が挙げられる。タービン排気の少なくとも一部を反応管から遠ざけるか、または反応管の周囲に迂回させ、タービン排気を他の熱回収装置または排気煙突へと誘導する能力も存在し得る。排ガスの消音器および洗浄器など補助機器も存在し得る。
付加的にまたは代替的に、少なくとも１つの非断熱反応ゾーンは少なくとも１つの第１の非断熱反応ゾーン、１つの第２の非断熱反応ゾーン、１つの第３の非断熱反応ゾーン、１つの第４の非断熱反応ゾーン、１つの第５の非断熱反応ゾーン、１つの第６の非断熱反応ゾーン、１つの第７の非断熱反応ゾーン、および／または１つの第８の非断熱反応ゾーンなどを含み得る。本明細書において理解されるとおり、非断熱反応ゾーンはそれぞれ個別の反応器であるか、または１つの非断熱反応器が１つまたは複数の非断熱反応ゾーンを含み得る。好ましくは、反応器システムは１〜２０の非断熱反応ゾーン、より好ましくは１〜１５の非断熱反応ゾーン、より好ましくは１〜１０の非断熱反応ゾーン、より好ましくは１〜８の非断熱反応ゾーンを含む。複数の非断熱反応ゾーンが存在する場合、これらの非断熱反応ゾーンは任意の適切な構成、例えば直列または並列に配列され、併せて上述のような１つまたは複数の断熱反応ゾーンが存在し得る。個々の非断熱反応ゾーンは独立的に、循環流動床反応器、循環沈降床反応器、固定床反応器、環式固定床反応器、流動床反応器、燃焼管反応器、または対流加熱管反応器であってもよい。付加的にまたは代替的に、本明細書に記載の方法はさらに、部分的に転化された原料の大部分を第１の非断熱反応ゾーンから第２の非断熱反応ゾーンへと移動させるステップ、および／または粒状材料の大部分を第２の非断熱反応ゾーンから第１の非断熱反応ゾーンへと移動させるステップをも含み得る。本明細書で使用されるとき、「大部分」は、部分的に転化された原料および粒状材料の過半数、例えば少なくとも約５０．０質量％、少なくとも約６０．０質量％、少なくとも約７０．０質量％、少なくとも約８０．０質量％、少なくとも約９０．０質量％、少なくとも約９５．０質量％、少なくとも約９９．０質量％、および少なくとも約１００．０質量％の部分を指す。
非断熱反応ゾーンは、第１の粒状材料を支持し、原料を均一に分配し、炭化水素生成物を収集し、および／または反応ゾーン内の圧力低下を低減するための、少なくとも１つの内部構造を含み得る。例えば、非断熱反応ゾーンが縦型固定床である場合、１つまたは複数の内部構造、例えば粒状材料を格納および支持するための透過性同心シェルが反応ゾーン内に含まれてもよく、原料は、実質的に開放状態の、反応ゾーンの中心軸部分に供給され、粒状材料の上方で放射状に流れ得る。付加的にまたは代替的に、非断熱反応ゾーンは少なくとも１つの内部構造、好ましくは複数（例えば２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１５、２０、３０、４０、５０など）の内部構造を含み得る。適切な内部構造の例として複数の支持格子、保持格子、バッフル、シェッド、トレイ、チューブ、ロッド、および／または分配装置が挙げられる。
第１の溶出物（例えばシクロペンタジエン中間体、未転化の非環式Ｃ5炭化水素、またシクロペンタジエンであってもよい）が非断熱反応ゾーンに提供される際の温度、Ｔ2は、約７００℃以下、約６７５℃以下、約６５０℃以下、約６２５℃以下、約６００℃以下、約５７５℃以下、約５５０℃以下、約５２５℃以下、約５００℃以下、約４７５℃以下、約４５０℃以下、約４２５℃以下、約４００℃以下、約３７５℃以下、約３５０℃以下、約３２５℃以下、約３００℃以下、約２７５℃以下、約２５０℃以下、約２２５℃以下、または約２００℃以下であってもよい。好ましくは、第１の溶出物（例えばシクロペンタジエン中間体、未転化の非環式Ｃ5炭化水素、またシクロペンタジエンであってもよい）が非断熱反応ゾーンに進入する際の温度は約５７５℃以下、より好ましくは約５５０℃以下、より好ましくは約５２５℃以下、より好ましくは約５００℃以下である。明示的に開示される温度範囲は上に挙げた値のいずれかの組み合わせ、例えば約２００℃〜約７００℃、約２５０℃〜約６００℃、約３５０℃〜約６５０℃、約３７５℃〜約５００℃などを含む。好ましくは、第１の溶出物（例えばシクロペンタジエン中間体、未転化の非環式Ｃ5炭化水素、またシクロペンタジエンであってもよい）が非断熱反応ゾーンに進入する際の温度は約２００℃〜約７００℃、より好ましくは約３００℃〜約６００℃、より好ましくは約４００℃〜約５５０℃、より好ましくは約４７５℃〜約５２５℃である。第１の溶出物（例えばシクロペンタジエン中間体、未転化の非環式Ｃ5炭化水素、またシクロペンタジエンであってもよい）を上述の温度で提供すれば、有利にはＣ5炭化水素（例えば非環式Ｃ5炭化水素）が非断熱反応ゾーン内で触媒材料の存在下で反応し得る前にＣ5炭化水素の望ましくない分解を最小限に抑えることができる。
付加的にまたは代替的に、非断熱反応ゾーンに進入する前に、第１の溶出物（例えばシクロペンタジエン中間体、未転化の非環式Ｃ5炭化水素、またシクロペンタジエンであってもよい）は、炉の対流ゾーン内での加熱を含め、１つまたは複数の加熱装置（例えば熱交換器）によって、上述の温度にまで加熱され得る。
少なくとも１つの非断熱反応ゾーンは、第１の溶出物の少なくとも一部をシクロペンタジエンに転化する十分な反応条件下で操作される。好ましくは、第１の溶出物は約１．０〜約１０００．０ｈｒ-1の範囲の重量空間速度（ＷＨＳＶ、非環式Ｃ5炭化水素の質量／触媒の質量／毎時）にて、非断熱反応ゾーンに供給され得る。ＷＨＳＶの範囲は、約１．０〜約９００．０ｈｒ-1、約１．０〜約８００．０ｈｒ-1、約１．０〜約７００．０ｈｒ-1、約１．０〜約６００．０ｈｒ-1、約１．０〜約５００．０ｈｒ-1、約１．０〜約４００．０ｈｒ-1、約１．０〜約３００．０ｈｒ-1、約１．０〜約２００．０ｈｒ-1、約１．０〜約１００．０ｈｒ-1、約１．０〜約９０．０ｈｒ-1、約１．０〜約８０．０ｈｒ-1、約１．０〜約７０．０ｈｒ-1、約１．０〜約６０．０ｈｒ-1、約１．０〜約５０．０ｈｒ-1、約１．０〜約４０．０ｈｒ-1、約１．０〜約３０．０ｈｒ-1、約１．０〜約２０．０ｈｒ-1、約１．０〜約１０．０ｈｒ-1、約１．０〜約５．０ｈｒ-1、約２．０〜約１０００．０ｈｒ-1、約２．０〜約９００．０ｈｒ-1、約２．０〜約８００．０ｈｒ-1、約２．０〜約７００．０ｈｒ-1、約２．０〜約６００．０ｈｒ-1、約２．０〜約５００．０ｈｒ-1、約２．０〜約４００．０ｈｒ-1、約２．０〜約３００．０ｈｒ-1、約２．０〜約２００．０ｈｒ-1、約２．０〜約１００．０ｈｒ-1、約２．０〜約９０．０ｈｒ-1、約２．０〜約８０．０ｈｒ-1、約２．０〜約７０．０ｈｒ-1、約２．０〜約６０．０ｈｒ-1、約２．０〜約５０．０ｈｒ-1、約２．０〜約４０．０ｈｒ-1、約２．０〜約３０．０ｈｒ-1、約２．０〜約２０．０ｈｒ-1、約２．０〜約１０．０ｈｒ-1、および約２．０〜約５．０ｈｒ-1であってもよい。好ましくは、ＷＨＳＶの範囲は約１．０〜約１００．０ｈｒ-1、より好ましくは約１．０〜約６０．０ｈｒ-1、より好ましくは約２．０〜約４０．０ｈｒ-1、より好ましくは約２．０〜約２０．０ｈｒ-1である。
少なくとも１つの非断熱反応ゾーンは、第１の溶出物の少なくとも一部をシクロペンタジエンに転化する十分な反応条件下で操作される。好ましくは、第１の溶出物は約１．０〜約１０００．０ｈｒ-1の範囲の重量空間速度（ＷＨＳＶ、非環式Ｃ5炭化水素の質量／触媒の質量／毎時）にて、非断熱反応ゾーンに供給され得る。ＷＨＳＶの範囲は、約１．０〜約９００．０ｈｒ-1、約１．０〜約８００．０ｈｒ-1、約１．０〜約７００．０ｈｒ-1、約１．０〜約６００．０ｈｒ-1、約１．０〜約５００．０ｈｒ-1、約１．０〜約４００．０ｈｒ-1、約１．０〜約３００．０ｈｒ-1、約１．０〜約２００．０ｈｒ-1、約１．０〜約１００．０ｈｒ-1、約１．０〜約９０．０ｈｒ-1、約１．０〜約８０．０ｈｒ-1、約１．０〜約７０．０ｈｒ-1、約１．０〜約６０．０ｈｒ-1、約１．０〜約５０．０ｈｒ-1、約１．０〜約４０．０ｈｒ-1、約１．０〜約３０．０ｈｒ-1、約１．０〜約２０．０ｈｒ-1、約１．０〜約１０．０ｈｒ-1、約１．０〜約５．０ｈｒ-1、約２．０〜約１０００．０ｈｒ-1、約２．０〜約９００．０ｈｒ-1、約２．０〜約８００．０ｈｒ-1、約２．０〜約７００．０ｈｒ-1、約２．０〜約６００．０ｈｒ-1、約２．０〜約５００．０ｈｒ-1、約２．０〜約４００．０ｈｒ-1、約２．０〜約３００．０ｈｒ-1、約２．０〜約２００．０ｈｒ-1、約２．０〜約１００．０ｈｒ-1、約２．０〜約９０．０ｈｒ-1、約２．０〜約８０．０ｈｒ-1、約２．０〜約７０．０ｈｒ-1、約２．０〜約６０．０ｈｒ-1、約２．０〜約５０．０ｈｒ-1、約２．０〜約４０．０ｈｒ-1、約２．０〜約３０．０ｈｒ-1、約２．０〜約２０．０ｈｒ-1、約２．０〜約１０．０ｈｒ-1、および約２．０〜約５．０ｈｒ-1であってもよい。好ましくは、ＷＨＳＶの範囲は約１．０〜約１００．０ｈｒ-1、より好ましくは約１．０〜約６０．０ｈｒ-1、より好ましくは約２．０〜約４０．０ｈｒ-1、より好ましくは約２．０〜約２０．０ｈｒ-1である。
付加的に、少なくとも１つの非断熱反応ゾーン内で実質的に等温の温度プロファイルまたは逆の温度プロファイルが維持されることが好ましい。本明細書で使用されるとき、少なくとも１つの非断熱反応ゾーンにおける「等温の温度プロファイル」は、少なくとも１つの非断熱反応ゾーンの温度が本質的に一定、例えば同じ温度または同じ狭い温度範囲に維持され、温度の上限と下限の差が約４０℃以下、より好ましくは２０℃以下であることを意味する。実質的に等温の温度プロファイルを維持することの利点は、非環式Ｃ5炭化水素のより軽質な炭化水素（Ｃ4-）副産物への分解の低減による、生成物収率の増加と考えられる。
本明細書で使用されるとき、少なくとも１つの非断熱反応ゾーンにおける「逆の温度プロファイル」は、非断熱反応ゾーン入口の温度が非断熱反応ゾーン出口の温度より低いことを意味する。「逆の温度プロファイル」は、少なくとも１つの非断熱反応ゾーンにおいて、入口の温度が出口の温度より低い状態の範囲内で、非断熱反応ゾーン内のどこかの温度が入口の温度より低いことを意味する。言い換えれば、第１の溶出物（例えばシクロペンタジエン、未転化の非環式Ｃ5炭化水素）が上方へ流れている場合、少なくとも１つの非断熱反応ゾーンの温度はこの少なくとも１つの非断熱反応ゾーンの底部から頂部にかけて上昇し得る。逆に、少なくとも１つの非断熱反応ゾーンの温度は少なくとも１つの非断熱反応ゾーンの頂部から底部にかけて低下し得る。少なくとも１つの非断熱反応ゾーン内で逆の温度プロファイルを維持すれば、有利には、触媒材料のコークス化の原因となり得る、入口部分での炭素質材料の形成を最小限に抑えることができる。逆の温度プロファイルは、少なくとも１つの非断熱反応ゾーンにおいて出口温度より低い作動温度で十分な量のＨ2を生成するための十分な反応時間と長さも提供する結果、生成物出口部分での炭素質材料の形成を最小限に抑え得る。
特に、燃焼管反応器および／または対流加熱管反応器の場合、反応管入口付近のより高い熱流束およびより低い熱流束または反応管出口付近の遮蔽物の提供に関わりなく、反応管の中心線に沿って測定した場合に実質的に等温の温度プロファイルが提供され得る。しかし、反応管内で実質的に逆の温度プロファイルを維持できるように反応管の設計を最適化することが好ましい場合もある。実質的に等温の温度プロファイルは、触媒の有効活用率の最大化および望ましくないＣ4-副産物生成の最小化という利点を有する。
好ましくは、等温の温度プロファイルは、反応器入口温度が反応器出口温度と比べ約４０℃以内、または約２０℃以内、または約１０℃以内、または約５℃以内、または同一の温度プロファイルである。代替的に、等温の温度プロファイルは、反応器入口温度が反応管出口温度の約２０％以内、または約１０％以内、または約５％以内、または約１％以内の温度プロファイルである。
好ましくは、等温の温度プロファイルは、反応器入口温度が反応器出口温度と比べ約４０℃以内、または約２０℃以内、または約１０℃以内、または約５℃以内、または同一の温度プロファイルである。代替的に、等温の温度プロファイルは、反応器入口温度が反応管出口温度の約２０％以内、または約１０％以内、または約５％以内、または約１％以内の温度プロファイルである。
好ましくは、等温の温度プロファイルは、反応器内の反応ゾーンの長さに沿った温度が反応器入口温度と比べ、差が約４０℃以内、または約２０℃以内、または約１０℃以内、または約５℃以内の温度プロファイルである。代替的に、等温の温度プロファイルは、反応器内の反応ゾーンの長さに沿った温度が反応器入口温度と比べ、差が約２０％以内、または約１０％以内、または約５％以内、または約１％以内の温度プロファイルである。
しかし、触媒失活率を最小限に抑えるため、反応管内で実質的に逆の温度プロファイルを維持できるように反応管の設計を最適化することが好ましい場合もある。
しかし、触媒失活率を最小限に抑えるため、反応管内で実質的に逆の温度プロファイルを維持できるように反応管の設計を最適化することが好ましい場合もある。
燃焼管反応器、対流加熱管反応器、および／または環式固定床反応器の場合、「逆の温度プロファイル」は、反応管入口または環式固定床反応器入口の温度が反応管出口または環式固定床反応器出口の温度より低い状態の範囲内で反応管または固定床反応器の内部温度が変動するシステムを含む。「逆の温度プロファイル」はさらに、中心温度Ｔaを有する反応管または環式固定床反応器をも含み、反応管または環式固定床反応器に沿った任意の長さで中心線温度が温度Ｔbまで低下し、反応管または環式固定床反応器に沿ったさらなる長さで中心線温度が温度Ｔcまで上昇し、最後に反応管出口または環式固定床反応器出口の中心線温度が温度Ｔdまで低下し、Ｔc＞Ｔd＞Ｔa＞Ｔbとなる。反応管入口付近で原料が最初に粒状材料と接触する部分で測定される温度が、反応管出口付近で溶出物が粒状材料との接触を脱する部分で測定される温度より低い差の範囲は、約０℃〜約２００℃、好ましくは約２５℃〜約１５０℃、より好ましくは約５０℃〜約１００℃であってもよい。好ましくは、管入口付近で原料が最初に粒状材料と接触する部分で測定される管中心線温度が、反応管出口付近で溶出物が粒状材料との接触を脱する部分で測定される温度より低い差の範囲は、約０℃〜約２００℃、好ましくは約２５℃〜約１５０℃、より好ましくは約５０℃〜約１００℃であってもよい。
第２の溶出物（例えばシクロペンタジエン）が非断熱反応ゾーンの溶出物出口から出る際の温度は、約６００℃以下、約５７５℃以下、約５５０℃以下、約５２５℃以下、約５００℃以下、約４７５℃以下、約４５０℃以下、約４２５℃以下、約４００℃以下、約３７５℃以下、約３５０℃以下、約３２５℃以下、約３００℃以下、約２７５℃以下、約２５０℃以下、約２２５℃以下、または約２００℃以下であってもよい。好ましくは、第２の溶出物（例えばシクロペンタジエン）が非断熱反応ゾーンの溶出物出口から出る際の温度は約５５０℃以下、より好ましくは約５７５℃以下、より好ましくは約６００℃以下である。明示的に開示される温度範囲は上に挙げた値のいずれかの組み合わせ、例えば約２００℃〜約６００℃、約２５０℃〜約５７５℃、約３５０℃〜約５５０℃、約３７５℃〜約４５０℃などを含む。好ましくは、第１の溶出物（例えばシクロペンタジエン、未転化の非環式Ｃ5炭化水素）が非断熱反応ゾーンの溶出物出口から出る際の温度範囲は約２００℃〜約６００℃、より好ましくは約２５０℃〜約５７５℃、より好ましくは約３５０℃〜約５５０℃、より好ましくは約３７５℃〜約４５０℃である。
付加的にまたは代替的に、非断熱反応ゾーン内での反応条件は、約３００℃以上、約３２５℃以上、約３５０℃以上、約３７５℃以上、約４００℃以上、約４２５℃以上、約４５０℃以上、約４７５℃以上、約５００℃以上、約５２５℃以上、約５５０℃以上、約５７５℃以上、約６００℃以上、約６２５℃以上、約６５０℃以上、約６７５℃以上、約７００℃以上、約７２５℃以上、約７５０℃以上、約７７５℃以上、約８００℃以上、約８２５℃以上、約８５０℃以上、約８７５℃以上、約９００℃以上、約９２５℃以上、約９５０℃以上、約９７５℃以上、または約１０００℃以上の温度を含み得る。付加的にまたは代替的に、温度は約３００℃以下、約３２５℃以下、約３５０℃以下、約３７５℃以下、約４００℃以下、約４２５℃以下、約４５０℃以下、約４７５℃以下、約５００℃以下、約５２５℃以下、約５５０℃以下、約５７５℃以下、約６００℃以下、約６２５℃以下、約６５０℃以下、約６７５℃以下、約７００℃以下、約７２５℃以下、約７５０℃以下、約７７５℃以下、約８００℃以下、約８２５℃以下、約８５０℃以下、約８７５℃以下、約９００℃以下、約９２５℃以下、約９５０℃以下、約９７５℃以下、または約１０００℃以下であってもよい。明示的に開示される温度範囲は上に挙げた値のいずれかの組み合わせ、例えば約３００℃〜約９００℃、約３５０℃〜約８５０℃、および約４００℃〜約８００℃などを含む。好ましくは、温度範囲は約３００℃〜約９００℃、より好ましくは約３５０℃〜約８５０℃、より好ましくは約４００℃〜約８００℃であってもよい。少なくとも１つの非断熱反応ゾーンは、内部温度を維持するための１つまたは複数の加熱装置を含んでもよい。当該技術分野で既知の適切な加熱装置の例として、燃焼管、高温伝熱流体で加熱されるコイル、電気加熱器、および／またはマイクロ波放射器が挙げられるがこれらに限定されない。本明細書で使用されるとき、「コイル」は、容器の内容物に熱を伝達するために伝熱流体が流れる経路となる、容器内に配置される構造物を指す。コイルは任意の適切な断面形状を有し、直線状、Ｕ字型、ループ状などであってもよい。
付加的にまたは代替的に、非断熱反応ゾーン内での反応条件は、約３００℃以上、約３２５℃以上、約３５０℃以上、約３７５℃以上、約４００℃以上、約４２５℃以上、約４５０℃以上、約４７５℃以上、約５００℃以上、約５２５℃以上、約５５０℃以上、約５７５℃以上、約６００℃以上、約６２５℃以上、約６５０℃以上、約６７５℃以上、約７００℃以上、約７２５℃以上、約７５０℃以上、約７７５℃以上、約８００℃以上、約８２５℃以上、約８５０℃以上、約８７５℃以上、約９００℃以上、約９２５℃以上、約９５０℃以上、約９７５℃以上、または約１０００℃以上の温度を含み得る。付加的にまたは代替的に、温度は約３００℃以下、約３２５℃以下、約３５０℃以下、約３７５℃以下、約４００℃以下、約４２５℃以下、約４５０℃以下、約４７５℃以下、約５００℃以下、約５２５℃以下、約５５０℃以下、約５７５℃以下、約６００℃以下、約６２５℃以下、約６５０℃以下、約６７５℃以下、約７００℃以下、約７２５℃以下、約７５０℃以下、約７７５℃以下、約８００℃以下、約８２５℃以下、約８５０℃以下、約８７５℃以下、約９００℃以下、約９２５℃以下、約９５０℃以下、約９７５℃以下、または約１０００℃以下であってもよい。明示的に開示される温度範囲は上に挙げた値のいずれかの組み合わせ、例えば約３００℃〜約９００℃、約３５０℃〜約８５０℃、および約４００℃〜約８００℃などを含む。好ましくは、温度範囲は約３００℃〜約９００℃、より好ましくは約３５０℃〜約８５０℃、より好ましくは約４００℃〜約８００℃であってもよい。少なくとも１つの非断熱反応ゾーンは、内部温度を維持するための１つまたは複数の加熱装置を含んでもよい。当該技術分野で既知の適切な加熱装置の例として、燃焼管、高温伝熱流体で加熱されるコイル、電気加熱器、および／またはマイクロ波放射器が挙げられるがこれらに限定されない。本明細書で使用されるとき、「コイル」は、容器の内容物に熱を伝達するために伝熱流体が流れる経路となる、容器内に配置される構造物を指す。コイルは任意の適切な断面形状を有し、直線状、Ｕ字型、ループ状などであってもよい。
付加的にまたは代替的に、非断熱反応ゾーン内での反応条件は、約１．０ｐｓｉａ以下、約２．０ｐｓｉａ以下、約３．０ｐｓｉａ以下、約４．０ｐｓｉａ以下、約５．０ｐｓｉａ以下、約１０．０ｐｓｉａ以下、約１５．０ｐｓｉａ以下、約２０．０ｐｓｉａ以下、約２５．０ｐｓｉａ以下、約３０．０ｐｓｉａ以下、約３５．０ｐｓｉａ以下、約４０．０ｐｓｉａ以下、約４５．０ｐｓｉａ以下、約５０．０ｐｓｉａ以下、約５５．０ｐｓｉａ以下、約６０．０ｐｓｉａ以下、約６５．０ｐｓｉａ以下、約７０．０ｐｓｉａ以下、約７５．０ｐｓｉａ以下、約８０．０ｐｓｉａ以下、約８５．０ｐｓｉａ以下、約９０．０ｐｓｉａ以下、約９５．０ｐｓｉａ以下、約１００．０ｐｓｉａ以下、約１２５．０ｐｓｉａ以下、約１５０．０ｐｓｉａ以下、約１７５．０ｐｓｉａ以下、または約２００．０ｐｓｉａ以下の圧力を含み得る。付加的にまたは代替的に、圧力は約１．０ｐｓｉａ以上、約２．０ｐｓｉａ以上、約３．０ｐｓｉａ以上、約４．０ｐｓｉａ以上、約５．０ｐｓｉａ以上、約１０．０ｐｓｉａ以上、約１５．０ｐｓｉａ以上、約２０．０ｐｓｉａ以上、約２５．０ｐｓｉａ以上、約３０．０ｐｓｉａ以上、約３５．０ｐｓｉａ以上、約４０．０ｐｓｉａ以上、約４５．０ｐｓｉａ以上、約５０．０ｐｓｉａ以上、約５５．０ｐｓｉａ以上、約６０．０ｐｓｉａ以上、約６５．０ｐｓｉａ以上、約７０．０ｐｓｉａ以上、約７５．０ｐｓｉａ以上、約８０．０ｐｓｉａ以上、約８５．０ｐｓｉａ以上、約９０．０ｐｓｉａ以上、約９５．０ｐｓｉａ以上、約１００．０ｐｓｉａ以上、約１２５．０ｐｓｉａ以上、約１５０．０ｐｓｉａ以上、または約１７５．０ｐｓｉａ以上であってもよい。明示的に開示される温度および圧力の範囲と組み合わせは上に挙げた値のいずれかの組み合わせ、例えば約１．０ｐｓｉａ〜約２００．０ｐｓｉａ、約２．０ｐｓｉａ〜約１７５．０ｐｓｉａ、約３．０ｐｓｉａ〜約１５０．０ｐｓｉａなどを含む。好ましくは、圧力範囲は約１．０ｐｓｉａ〜約２００．０ｐｓｉａ、より好ましくは約２．０ｐｓｉａ〜約１７５．０ｐｓｉａ、例えば約２．０ｐｓｉａ〜約１００．０ｐｓｉａ、より好ましくは約３．０ｐｓｉａ〜約１５０．０ｐｓｉａ、例えば約３．０ｐｓｉａ〜約５０ｐｓｉａであってもよい。
付加的にまたは代替的に、非断熱反応ゾーン全体にわたるデルタ圧力（第１の溶出物入口部分の圧力から第２の溶出物出口部分の圧力を引いた圧力）は約０．５ｐｓｉａ以上、約１．０ｐｓｉａ以上、約２．０ｐｓｉａ以上、約３．０ｐｓｉａ以上、約４．０ｐｓｉａ以上、約５．０ｐｓｉａ以上、約１０．０ｐｓｉａ以上、約１４．０ｐｓｉａ以上、約１５．０ｐｓｉａ以上、約２０．０ｐｓｉａ以上、約２４．０ｐｓｉａ以上、約２５．０ｐｓｉａ以上、約３０．０ｐｓｉａ以上、約３５．０ｐｓｉａ以上、約４０．０ｐｓｉａ以上、約４５．０ｐｓｉａ以上、約５０．０ｐｓｉａ以上、約５５．０ｐｓｉａ以上、約６０．０ｐｓｉａ以上、約６５．０ｐｓｉａ以上、約７０．０ｐｓｉａ以上、約７５．０ｐｓｉａ以上、約８０．０ｐｓｉａ以上、約８５．０ｐｓｉａ以上、約９０．０ｐｓｉａ以上、約９５．０ｐｓｉａ以上、約１００．０ｐｓｉａ以上、約１２５．０ｐｓｉａ以上、または約１５０．０ｐｓｉａ以上であってもよい。本明細書において理解されるとおり、「第１の溶出物入口部分」および「第２の溶出物出口部分」は入口および／または出口の内部および実質的に周囲の空間を含む。付加的にまたは代替的に、非断熱反応ゾーン全体にわたるデルタ圧力（または圧力低下）（第１の溶出物入口部分の圧力から第２の溶出物出口部分の圧力を引いた圧力）は約２．０ｐｓｉａ以下、約３．０ｐｓｉａ以下、約４．０ｐｓｉａ以下、約５．０ｐｓｉａ以下、約１０．０ｐｓｉａ以下、約１４．０ｐｓｉａ以下、約１５．０ｐｓｉａ以下、約２０．０ｐｓｉａ以下、約２４．０ｐｓｉａ以下、約２５．０ｐｓｉａ以下、約３０．０ｐｓｉａ以下、約３５．０ｐｓｉａ以下、約４０．０ｐｓｉａ以下、約４５．０ｐｓｉａ以下、約５０．０ｐｓｉａ以下、約５５．０ｐｓｉａ以下、約６０．０ｐｓｉａ以下、約６５．０ｐｓｉａ以下、約７０．０ｐｓｉａ以下、約７５．０ｐｓｉａ以下、約８０．０ｐｓｉａ以下、約８５．０ｐｓｉａ以下、約９０．０ｐｓｉａ以下、約９５．０ｐｓｉａ以下、約１００．０ｐｓｉａ以下、約１２５．０ｐｓｉａ以下、約１５０．０ｐｓｉａ以下、約１７５．０ｐｓｉａ以下、または約２００．０ｐｓｉａ以下であってもよい。明示的に開示されるデルタ圧力範囲は上に挙げた値のいずれかの組み合わせ、例えば約１０．０ｐｓｉａ〜約７０．０ｐｓｉａ、約２０．０ｐｓｉａ〜約６０．０ｐｓｉａ、約３０．０ｐｓｉａ〜約５０．０ｐｓｉａなどを含む。
有利には、少なくとも１つの非断熱反応ゾーンの熱負荷は、断熱反応ゾーンが存在しない方法と比較して、生成されるシクロペンタジエン１単位につき約２．０％、約３．０％、約４．０％、約５．０％、約６．０％、約７．０％、約８．０％、約９．０％、約１０．０％、約１５．０％、約２０％、または約２５．０％低減され得る。本明細書において理解されるとおり、「熱負荷」は、非断熱反応ゾーンの入口と出口との間で反応のΔＨおよび顕熱温度変化のΔＨの両方を提供するために原料および溶出物（すなわち反応物および生成物）に伝達される熱エネルギーの正味数量を指す。好ましくは、少なくとも１つの非断熱反応ゾーンの熱負荷は、断熱反応ゾーンが存在しない方法と比較して、生成されるシクロペンタジエン１単位につき約３．０％、約１０．０％、約１５．０％、約２０％、または約２５．０％低減され得る。好ましくは、少なくとも１つの非断熱反応ゾーンの熱負荷は、断熱反応ゾーンが存在しない方法と比較して、生成されるシクロペンタジエン１単位につき約２．０％〜約２５．０％、約４．０％〜約１５．０％、または約６．０％〜約１０．０％低減され得る。
付加的にまたは代替的に、水素（Ｈ2）を含む流れが断熱反応ゾーンおよび／または非断熱反応ゾーンに供給され得る。そのような流れは、反応システムにおける従前領域で生成される水素に加わる形で供給される補助的な水素を含み得る。水素の流れは、断熱反応ゾーンおよび／または非断熱反応ゾーンにおける粒状材料表面でのコークス材料生成の最小化および／または粒状材料の流動化のために、断熱反応ゾーンおよび／または非断熱反応ゾーンに導入され得る。水素を含むそのような流れは、軽質炭化水素（例えばＣ1−Ｃ4）を含有し得る。好ましくは、水素を含む流れは酸素を実質的に含まない、例えば含有率が約１．０質量％未満、約０．１質量％未満、約０．０１質量％未満、約０．００１質量％未満、約０．０００１質量％未満、約０．００００１質量％未満などである。
付加的にまたは代替的に、Ｃ1、Ｃ2、Ｃ3および／またはＣ4の炭化水素を含む軽質炭化水素の流れが断熱反応ゾーンおよび／または非断熱反応ゾーンに供給され得る。軽質炭化水素の流れは飽和状態および／または不飽和状態のＣ1−Ｃ4炭化水素を含み得る。そのような流れは、反応システムにおける従前領域で生成される軽質炭化水素に加わる形で供給される補助的な軽質炭化水素を含み得る。軽質炭化水素の流れは、総圧力が大気圧より高い状態を維持しながら、Ｃ5炭化水素分圧と水素分圧が組み合わさる第２の溶出物の流れの総圧力が大気圧より低くなるよう、断熱反応ゾーンおよび／または非断熱反応ゾーンに導入され得る。好ましくは、軽質炭化水素の流れは、付加的な熱容量を提供し、断熱反応ゾーン内のＣ5炭化水素分圧を低減するよう、断熱反応ゾーンに供給される。付加的にまたは代替的に、軽質炭化水素の流れは水素を含有し得る。好ましくは、軽質炭化水素は非断熱反応器の溶出物の流れから回収される。
Ｄ 粒状材料
触媒材料（例えば触媒組成物）を含む粒状材料（例えば第１の粒状材料、第２の粒状材料）が、Ｃ5炭化水素（例えば非環式Ｃ5炭化水素）のシクロペンタジエンおよび／またはシクロペンタジエン中間体への転化を促進するために、断熱反応ゾーンおよび非断熱反応ゾーンに提供される。一態様において、第１の溶出物は、非断熱反応ゾーン内で第２の粒状材料の流動方向に対して向流方向に流れ得る。付加的にまたは代替的に、第１の溶出物は、非断熱反応ゾーン内で第２の粒状材料の流動方向に対して並流方向に流れ得る。第１の粒状材料と第２の粒状材料は同一であるか、または異なってもよい。
第１および／または第２の粒状材料において有用な触媒組成物の例として、細孔性結晶質メタロシリケート、例えば結晶質アルミノシリケート、結晶質フェロシリケート、または他の金属含有結晶質シリケート（金属または金属含有化合物が結晶質シリケート構造内で分散し、結晶質フレームワークの一部を構成する場合もあれば構成しない場合もあるものなど）が挙げられる。本発明における触媒組成物として有用な細孔性結晶質メタロシリケートのフレームワーク種別の例として、ＭＷＷ、ＭＦＩ、ＬＴＬ、ＭＯＲ、ＢＥＡ、ＴＯＮ、ＭＴＷ、ＭＴＴ、ＦＥＲ、ＭＲＥ、ＭＦＳ、ＭＥＬ、ＤＤＲ、ＥＵＯ、およびＦＡＵが挙げられるがこれらに限定されない。
触媒材料（例えば触媒組成物）を含む粒状材料（例えば第１の粒状材料、第２の粒状材料）が、Ｃ5炭化水素（例えば非環式Ｃ5炭化水素）のシクロペンタジエンおよび／またはシクロペンタジエン中間体への転化を促進するために、断熱反応ゾーンおよび非断熱反応ゾーンに提供される。一態様において、第１の溶出物は、非断熱反応ゾーン内で第２の粒状材料の流動方向に対して向流方向に流れ得る。付加的にまたは代替的に、第１の溶出物は、非断熱反応ゾーン内で第２の粒状材料の流動方向に対して並流方向に流れ得る。第１の粒状材料と第２の粒状材料は同一であるか、または異なってもよい。
第１および／または第２の粒状材料において有用な触媒組成物の例として、細孔性結晶質メタロシリケート、例えば結晶質アルミノシリケート、結晶質フェロシリケート、または他の金属含有結晶質シリケート（金属または金属含有化合物が結晶質シリケート構造内で分散し、結晶質フレームワークの一部を構成する場合もあれば構成しない場合もあるものなど）が挙げられる。本発明における触媒組成物として有用な細孔性結晶質メタロシリケートのフレームワーク種別の例として、ＭＷＷ、ＭＦＩ、ＬＴＬ、ＭＯＲ、ＢＥＡ、ＴＯＮ、ＭＴＷ、ＭＴＴ、ＦＥＲ、ＭＲＥ、ＭＦＳ、ＭＥＬ、ＤＤＲ、ＥＵＯ、およびＦＡＵが挙げられるがこれらに限定されない。
本発明での使用に特に適する細孔性メタロシリケートの例として、ＭＷＷ、ＭＦＩ、ＬＴＬ、ＭＯＲ、ＢＥＡ、ＴＯＮ、ＭＴＷ、ＭＴＴ、ＦＥＲ、ＭＲＥ、ＭＦＳ、ＭＥＬ、ＤＤＲ、ＥＵＯ、およびＦＡＵのフレームワーク種別に該当し、元素周期表の第８族、第１１族および第１３族に属する金属のうち１つまたは複数（好ましくはＦｅ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、および／またはＩｎのうち１つまたは複数）が合成段階で結晶構造に組み込まれるか、または結晶化後に含浸されるものが挙げられる（例えばゼオライトベータ、モルデナイト、フォージャサイト、Ｚｅｏｌｉｔｅ Ｌ、ＺＳＭ−５、ＺＳＭ−１１、ＺＳＭ−２２、ＺＳＭ−２３、ＺＳＭ−３５、ＺＳＭ−４８、ＺＳＭ−５０、ＺＳＭ−５７、ＺＳＭ−５８、およびＭＣＭ−２２ファミリー材料）。メタロシリケートは１つまたは複数の金属を含有していてもよく、例えばある材料がフェロシリケートと呼ばれる場合もあるが、大抵は少量のアルミニウムも含有することが理解される。
細孔性結晶質メタロシリケートは好ましくは１２未満、または１〜１２、または３〜１２の拘束指数を有する。本発明において有用なアルミノシリケートは、１２未満、例えば１〜１２、または３〜１２の拘束指数を有し、例としてゼオライトベータ、モルデナイト、フォージャサイト、Ｚｅｏｌｉｔｅ Ｌ、ＺＳＭ−５、ＺＳＭ−１１、ＺＳＭ−２２、ＺＳＭ−２３、ＺＳＭ−３５、ＺＳＭ−４８、ＺＳＭ−５０、ＺＳＭ−５７、ＺＳＭ−５８、ＭＣＭ−２２ファミリー材料、およびこれらのうち２つ以上の混合物が挙げられるがこれらに限定されない。好適な一実施形態において、結晶質アルミノシリケートは約３〜１２の拘束指数を有し、ＺＳＭ−５である。
細孔性結晶質メタロシリケートは好ましくは１２未満、または１〜１２、または３〜１２の拘束指数を有する。本発明において有用なアルミノシリケートは、１２未満、例えば１〜１２、または３〜１２の拘束指数を有し、例としてゼオライトベータ、モルデナイト、フォージャサイト、Ｚｅｏｌｉｔｅ Ｌ、ＺＳＭ−５、ＺＳＭ−１１、ＺＳＭ−２２、ＺＳＭ−２３、ＺＳＭ−３５、ＺＳＭ−４８、ＺＳＭ−５０、ＺＳＭ−５７、ＺＳＭ−５８、ＭＣＭ−２２ファミリー材料、およびこれらのうち２つ以上の混合物が挙げられるがこれらに限定されない。好適な一実施形態において、結晶質アルミノシリケートは約３〜１２の拘束指数を有し、ＺＳＭ−５である。
ＺＳＭ−５は米国特許第３，７０２，８８６号に記載されている。ＺＳＭ−１１は米国特許第３，７０９，９７９号に記載されている。ＺＳＭ−２２は米国特許第５，３３６，４７８号に記載されている。ＺＳＭ−２３は米国特許第４，０７６，８４２号に記載されている。ＺＳＭ−３５は米国特許第４，０１６，２４５号に記載されている。ＺＳＭ−４８は米国特許第４，３７５，５７３号に記載されている。ＺＳＭ−５０は米国特許第４，６４０，８２９号に記載されている。ＺＳＭ−５７は米国特許第４，８７３，０６７号に記載されている。ＺＳＭ−５８は米国特許第４，６９８，２１７号に記載されている。拘束指数およびその判定方法は米国特許第４，０１６，２１８号に記載されている。上述の特許それぞれの全内容が参照によって本明細書に組み込まれる。
ＭＣＭ−２２ファミリー材料は、ＭＣＭ−２２、ＰＳＨ−３、ＳＳＺ−２５、ＭＣＭ−３６、ＭＣＭ−４９、ＭＣＭ−５６、ＥＲＢ−１、ＥＭＭ−１０、ＥＭＭ−１０−Ｐ、ＥＭＭ−１２、ＥＭＭ−１３、ＵＺＭ−８、ＵＺＭ−８ＨＳ、ＩＴＱ−１、ＩＴＱ−２、ＩＴＱ−３０、およびこれらのうち２つ以上の混合物からなる群から選択される。
ＭＣＭ−２２ファミリー材料は、ＭＣＭ−２２、ＰＳＨ−３、ＳＳＺ−２５、ＭＣＭ−３６、ＭＣＭ−４９、ＭＣＭ−５６、ＥＲＢ−１、ＥＭＭ−１０、ＥＭＭ−１０−Ｐ、ＥＭＭ−１２、ＥＭＭ−１３、ＵＺＭ−８、ＵＺＭ−８ＨＳ、ＩＴＱ−１、ＩＴＱ−２、ＩＴＱ−３０、およびこれらのうち２つ以上の混合物からなる群から選択される。
ＭＣＭ−２２ファミリー材料として、ＭＣＭ−２２（米国特許第４，９５４，３２５号に記載）、ＰＳＨ−３（米国特許第４，４３９，４０９号に記載）、ＳＳＺ−２５（米国特許第４，８２６，６６７）号に記載、ＥＲＢ−１（欧州特許第０２９３０３２号に記載）、ＩＴＱ−１（米国特許第６，０７７，４９８号に記載）、ＩＴＱ−２（国際公開第９７／１７２９０号に記載）、ＭＣＭ−３６（米国特許第５，２５０，２７７号に記載）、ＭＣＭ−４９（米国特許第５，２３６，５７５号に記載）、ＭＣＭ−５６（米国特許第５，３６２，６９７号に記載）、およびこれらのうち２つ以上の混合物が挙げられる。ＭＣＭ−２２ファミリーに含まれる関連ゼオライトはＵＺＭ−８（米国特許第６，７５６，０３０号に記載）およびＵＺＭ−８ＨＳ（米国特許第７，７１３，５１３号に記載）であり、これらはいずれもＭＣＭ−２２ファミリーの分子篩としての使用にも適する。
１つまたは複数の実施形態において、結晶質メタロシリケートのＳｉ／Ｍモル比（Ｍは第８族、第１１族、または第１３族の金属である）は約３超、または約２５超、または約５０超、または約１００超、または約４００超、あるいは約１００〜約２，０００の、または約１００〜約１，５００、または約５０〜約２，０００、または約５０〜１，２００の範囲である。
１つまたは複数の実施形態において、結晶質アルミノシリケートのＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比は約３超、または約２５超、または約５０超、または約１００超、または約４００超、あるいは約１００〜約４００、または約１００〜約５００、または約２５〜２，０００、または約５０〜約１，５００、または約１００〜約１，２００、または約１００〜１，０００の範囲である。
本発明の別の一実施形態において、細孔性結晶質メタロシリケート（アルミノシリケートなど）は第１０族の金属または金属化合物と組み合わされるか、あるいは１つ、２つ、３つ、または４つ以上の第１族、第２族、または第１１族の金属または金属化合物と組み合わされてもよい。
１つまたは複数の実施形態において、第１０族金属はＮｉ、Ｐｄ、およびＰｔを含むか、またはこれらからなる群から選択され、好ましくはＰｔである。前記触媒組成物における第１０族金属含有率は、触媒組成物の質量に基づき、少なくとも０．００５質量％である。１つまたは複数の実施形態において、第１０族金属含有率は、触媒組成物の質量に基づき、約０．００５質量％〜約１０質量％、または約０．００５質量％〜約１．５質量％の範囲である。
１つまたは複数の実施形態において、結晶質アルミノシリケートのＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比は約３超、または約２５超、または約５０超、または約１００超、または約４００超、あるいは約１００〜約４００、または約１００〜約５００、または約２５〜２，０００、または約５０〜約１，５００、または約１００〜約１，２００、または約１００〜１，０００の範囲である。
本発明の別の一実施形態において、細孔性結晶質メタロシリケート（アルミノシリケートなど）は第１０族の金属または金属化合物と組み合わされるか、あるいは１つ、２つ、３つ、または４つ以上の第１族、第２族、または第１１族の金属または金属化合物と組み合わされてもよい。
１つまたは複数の実施形態において、第１０族金属はＮｉ、Ｐｄ、およびＰｔを含むか、またはこれらからなる群から選択され、好ましくはＰｔである。前記触媒組成物における第１０族金属含有率は、触媒組成物の質量に基づき、少なくとも０．００５質量％である。１つまたは複数の実施形態において、第１０族金属含有率は、触媒組成物の質量に基づき、約０．００５質量％〜約１０質量％、または約０．００５質量％〜約１．５質量％の範囲である。
１つまたは複数の実施形態において、第１族アルカリ金属はＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、およびこれらのうち２つ以上の混合物を含むか、またはこれらからなる群から選択され、好ましくはＮａである。
１つまたは複数の実施形態において、第２族アルカリ土類金属はＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、およびこれらのうち２つ以上の混合物からなる群から選択される。
１つまたは複数の実施形態において、第１族アルカリ金属が酸化物として存在し、金属はＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、およびこれらのうち２つ以上の混合物からなる群から選択される。１つまたは複数の実施形態において、第２族アルカリ土類金属が酸化物として存在し、金属はＢｅ、マグネシウム、カルシウム、Ｓｒ、Ｂａ、およびこれらのうち２つ以上の混合物からなる群から選択される。１つまたは複数の実施形態において、第１族アルカリ金属が酸化物として存在し、金属はＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、およびこれらのうち２つ以上の混合物からなる群から選択され、また第２族アルカリ土類金属が酸化物として存在し、金属はＢｅ、マグネシウム、カルシウム、Ｓｒ、Ｂａ、およびこれらのうち２つ以上の混合物からなる群から選択される。
１つまたは複数の実施形態において、第２族アルカリ土類金属はＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、およびこれらのうち２つ以上の混合物からなる群から選択される。
１つまたは複数の実施形態において、第１族アルカリ金属が酸化物として存在し、金属はＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、およびこれらのうち２つ以上の混合物からなる群から選択される。１つまたは複数の実施形態において、第２族アルカリ土類金属が酸化物として存在し、金属はＢｅ、マグネシウム、カルシウム、Ｓｒ、Ｂａ、およびこれらのうち２つ以上の混合物からなる群から選択される。１つまたは複数の実施形態において、第１族アルカリ金属が酸化物として存在し、金属はＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、およびこれらのうち２つ以上の混合物からなる群から選択され、また第２族アルカリ土類金属が酸化物として存在し、金属はＢｅ、マグネシウム、カルシウム、Ｓｒ、Ｂａ、およびこれらのうち２つ以上の混合物からなる群から選択される。
１つまたは複数の実施形態において、第１１族金属は銀、金、銅、好ましくは銀または銅を含むか、またはこれらからなる群から選択される。前記触媒組成物における第１１族金属含有率は、触媒組成物の質量に基づき、少なくとも０．００５質量％である。１つまたは複数の実施形態において、第１１族金属含有率は、触媒組成物の質量に基づき、約０．００５質量％〜約１０質量％、または約０．００５質量％〜約１．５質量％の範囲である。
１つまたは複数の実施形態において、触媒組成物のアルファ値（第１０族金属、好ましくは白金を添加する前に測定）は２５未満、または１５未満、あるいは１〜２５、または１．１〜１５の範囲である。アルファ値は米国特許第３，３５４，０７８号、The Journal of Catalysis, v.4, p.527 (1965); v.6, p.278 (1966); and v.61, p.395 (1980)に記載のとおり、５３８℃の定温と、The Journal of Catalysis, v.61 , p.395, (1980)に詳しく記載されている可変流速を使用して判定される。
１つまたは複数の実施形態において、触媒組成物のアルファ値（第１０族金属、好ましくは白金を添加する前に測定）は２５未満、または１５未満、あるいは１〜２５、または１．１〜１５の範囲である。アルファ値は米国特許第３，３５４，０７８号、The Journal of Catalysis, v.4, p.527 (1965); v.6, p.278 (1966); and v.61, p.395 (1980)に記載のとおり、５３８℃の定温と、The Journal of Catalysis, v.61 , p.395, (1980)に詳しく記載されている可変流速を使用して判定される。
アルミノシリケートの１つまたは複数の実施形態において、前記第１族アルカリ金属対Ａｌのモル比は少なくとも約０．５、または約０．５〜約３の範囲、好ましくは少なくとも約１、より好ましくは少なくとも約２である。
アルミノシリケートの１つまたは複数の実施形態において、前記第２族アルカリ土類金属対Ａｌのモル比は少なくとも約０．５、または約０．５〜約３の範囲、好ましくは少なくとも約１、より好ましくは少なくとも約２である。
１つまたは複数の実施形態において、前記第１１族金属対第１０族金属のモル比は少なくとも約０．１、または約０．１〜約１０の範囲、好ましくは少なくとも約０．５、より好ましくは少なくとも約１である。１つまたは複数の実施形態において、第１１族アルカリ土類金属が酸化物として存在し、金属は金、銀、銅、およびこれらのうち２つ以上の混合物からなる群から選択される。
１つまたは複数の実施形態において、本発明の触媒組成物を使用すると、ｎ−ペンタン含有原料に等モルのＨ2を添加し、温度が約５５０℃〜約６００℃の範囲、ｎ−ペンタン分圧が３〜１０ｐｓｉａの範囲、およびｎ−ペンタンの重量空間速度が１０〜２０ｈｒ-1である非環式Ｃ5化合物の転化条件下にて、少なくとも約７０％、または少なくとも約７５％、または少なくとも約８０％、または約６０％〜約８０％の範囲の前記非環式Ｃ5原料の転化が可能となる。
１つまたは複数の実施形態において、本発明の触媒組成物のうちいずれか１つを使用すると、ｎ−ペンタン含有原料に等モルのＨ2を添加したもの、約５５０℃〜約６００℃の温度範囲、３〜１０ｐｓｉａの範囲のｎ−ペンタン分圧、および１０〜２０ｈｒ-1の範囲のｎ−ペンタンの重量空間速度を含む非環式Ｃ5化合物の転化条件下にて、環式Ｃ5化合物に対する炭素選択率は少なくとも約３０％、または少なくとも約４０％、または少なくとも約５０％、または約３０％〜約８０％の範囲となる。
アルミノシリケートの１つまたは複数の実施形態において、前記第２族アルカリ土類金属対Ａｌのモル比は少なくとも約０．５、または約０．５〜約３の範囲、好ましくは少なくとも約１、より好ましくは少なくとも約２である。
１つまたは複数の実施形態において、前記第１１族金属対第１０族金属のモル比は少なくとも約０．１、または約０．１〜約１０の範囲、好ましくは少なくとも約０．５、より好ましくは少なくとも約１である。１つまたは複数の実施形態において、第１１族アルカリ土類金属が酸化物として存在し、金属は金、銀、銅、およびこれらのうち２つ以上の混合物からなる群から選択される。
１つまたは複数の実施形態において、本発明の触媒組成物を使用すると、ｎ−ペンタン含有原料に等モルのＨ2を添加し、温度が約５５０℃〜約６００℃の範囲、ｎ−ペンタン分圧が３〜１０ｐｓｉａの範囲、およびｎ−ペンタンの重量空間速度が１０〜２０ｈｒ-1である非環式Ｃ5化合物の転化条件下にて、少なくとも約７０％、または少なくとも約７５％、または少なくとも約８０％、または約６０％〜約８０％の範囲の前記非環式Ｃ5原料の転化が可能となる。
１つまたは複数の実施形態において、本発明の触媒組成物のうちいずれか１つを使用すると、ｎ−ペンタン含有原料に等モルのＨ2を添加したもの、約５５０℃〜約６００℃の温度範囲、３〜１０ｐｓｉａの範囲のｎ−ペンタン分圧、および１０〜２０ｈｒ-1の範囲のｎ−ペンタンの重量空間速度を含む非環式Ｃ5化合物の転化条件下にて、環式Ｃ5化合物に対する炭素選択率は少なくとも約３０％、または少なくとも約４０％、または少なくとも約５０％、または約３０％〜約８０％の範囲となる。
１つまたは複数の実施形態において、本発明の触媒組成物のうちいずれか１つを使用すると、ｎ−ペンタン含有原料に等モルのＨ2を添加したもの、約５５０℃〜約６００℃の温度範囲、３〜１０ｐｓｉａの範囲のｎ−ペンタン分圧、および１０〜２０ｈｒ-1の範囲のｎ−ペンタンの重量空間速度を含む非環式Ｃ5化合物の転化条件下にて、シクロペンタジエンに対する炭素選択率は少なくとも約３０％、または少なくとも約４０％、または少なくとも約５０％、または約３０％〜約８０％の範囲となる。
本発明の触媒組成物は、耐摩耗性を持たせ、また炭化水素転化用途での使用中に曝露されることになる条件の苛酷度に対する耐性を高めるために、マトリクス材料またはバインダー材料と組み合わされ得る。複合組成物は、マトリクス（バインダー）と本発明の材料の合計質量に基づき、本発明の材料を１〜９９質量％含有し得る。微結晶材料とマトリクスの相対比率は幅広く変動し得、結晶含有率は複合材料の約１〜約９０質量％、より普通には、特に複合材料がビード、押し出し成形物、錠剤、油滴形成粒子、吹き付け乾燥粒子などの形態で調製される場合は約２〜約８０質量％である。
本発明の方法において触媒組成物を使用中、触媒組成物の表面にコークスが堆積する結果、触媒組成物が触媒活性の一部を失い、失活状態となり得る。失活状態の触媒組成物は、触媒組成物表面のコークスに対する酸素含有ガスによる高圧水素処理および燃焼を含む従来の技法によって再生され得る。
本発明の触媒組成物は、耐摩耗性を持たせ、また炭化水素転化用途での使用中に曝露されることになる条件の苛酷度に対する耐性を高めるために、マトリクス材料またはバインダー材料と組み合わされ得る。複合組成物は、マトリクス（バインダー）と本発明の材料の合計質量に基づき、本発明の材料を１〜９９質量％含有し得る。微結晶材料とマトリクスの相対比率は幅広く変動し得、結晶含有率は複合材料の約１〜約９０質量％、より普通には、特に複合材料がビード、押し出し成形物、錠剤、油滴形成粒子、吹き付け乾燥粒子などの形態で調製される場合は約２〜約８０質量％である。
本発明の方法において触媒組成物を使用中、触媒組成物の表面にコークスが堆積する結果、触媒組成物が触媒活性の一部を失い、失活状態となり得る。失活状態の触媒組成物は、触媒組成物表面のコークスに対する酸素含有ガスによる高圧水素処理および燃焼を含む従来の技法によって再生され得る。
付加的な適切な触媒組成物は第６族金属、第９族または第１０族金属のうち１つまたは複数を無機担体上に含み、また第１族アルカリ金属、第２族アルカリ土類金属、および／または第１１族金属のうち１つまたは複数を含んでもよい。第６族金属はＣｒ、Ｍｏ、およびＷを含むか、またはこれらからなる群から選択される。第９族金属はＣｏ、Ｒｈ、およびＩｒを含むか、またはこれらからなる群から選択される。第１０族金属はＮｉ、Ｐｄ、およびＰｔを含むか、またはこれらからなる群から選択され、好ましくはＰｔである。無機担体は本明細書に記載のゼオライト、シリコアルミノリン酸塩（すなわちＳＡＰＯ）、アルミノリン酸塩（すなわちＡＬＰＯ）、金属アルミノリン酸塩（すなわちＭｅＡＰＯ）、シリカ、ジルコニア、チタニア、アルミナ、マグネシア、セリア、イットリア、粘土、マグネシウムハイドロタルサイト、アルミン酸カルシウム、アルミン酸亜鉛、およびこれらの組み合わせからなる群から選択され得る。ＭｅＡＰＯにおける金属（Ｍｅ）の例としてＣｏ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｍｎ、およびＺｎが挙げられるがこれらに限定されない。１つまたは複数の実施形態において、第１族アルカリ金属はＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、およびこれらのうち２つ以上の混合物を含むか、またはこれらからなる群から選択され、好ましくはＮａである。１つまたは複数の実施形態において、第２族アルカリ土類金属はＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、およびこれらのうち２つ以上の混合物からなる群から選択される。１つまたは複数の実施形態において、第１１族金属は銀、金、銅、好ましくは銀または銅を含むか、またはこれらからなる群から選択される。
有用な触媒組成物は結晶質アルミノシリケートまたはフェロシリケートを含み、これを１つ、２つ、または３つ以上の付加的な金属または金属化合物と組み合わせてもよい。好適な組み合わせの例として、
１）結晶質アルミノシリケート（ＺＳＭ−５またはＺｅｏｌｉｔｅ Ｌ）と第１０族金属（Ｐｔなど）、第１族アルカリ金属（ナトリウムまたはカリウムなど）、および／または第２族アルカリ土類金属の組み合わせ、
２）結晶質アルミノシリケート（ＺＳＭ−５またはＺｅｏｌｉｔｅ Ｌ）と第１０族金属（Ｐｔなど）、第１族アルカリ金属（ナトリウムまたはカリウムなど）の組み合わせ、
３）結晶質アルミノシリケート（フェロシリケートまたは鉄処理されたＺＳＭ−５）と第１０族金属（Ｐｔなど）、第１族アルカリ金属（ナトリウムまたはカリウムなど）の組み合わせ、
４）結晶質メタロシリケート（Ｚｅｏｌｉｔｅ Ｌ）と第１０族金属（Ｐｔなど）および第１族アルカリ金属（カリウムなど）の組み合わせ、および
５）結晶質アルミノシリケート（ＺＳＭ−５など）と第１０族金属（Ｐｔなど）、第１族アルカリ金属（ナトリウムなど）、および第１１族金属（銀または銅など）
が挙げられる。
１）結晶質アルミノシリケート（ＺＳＭ−５またはＺｅｏｌｉｔｅ Ｌ）と第１０族金属（Ｐｔなど）、第１族アルカリ金属（ナトリウムまたはカリウムなど）、および／または第２族アルカリ土類金属の組み合わせ、
２）結晶質アルミノシリケート（ＺＳＭ−５またはＺｅｏｌｉｔｅ Ｌ）と第１０族金属（Ｐｔなど）、第１族アルカリ金属（ナトリウムまたはカリウムなど）の組み合わせ、
３）結晶質アルミノシリケート（フェロシリケートまたは鉄処理されたＺＳＭ−５）と第１０族金属（Ｐｔなど）、第１族アルカリ金属（ナトリウムまたはカリウムなど）の組み合わせ、
４）結晶質メタロシリケート（Ｚｅｏｌｉｔｅ Ｌ）と第１０族金属（Ｐｔなど）および第１族アルカリ金属（カリウムなど）の組み合わせ、および
５）結晶質アルミノシリケート（ＺＳＭ−５など）と第１０族金属（Ｐｔなど）、第１族アルカリ金属（ナトリウムなど）、および第１１族金属（銀または銅など）
が挙げられる。
別の有用な触媒組成物は第１０族金属（Ｎｉ、Ｐｄ、およびＰｔ、好ましくはＰｔ）をシリカ（例えば二酸化ケイ素）上に担持させ、これを第１族アルカリ金属ケイ酸塩（Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、および／またはＣｓのケイ酸塩など）および／または第２族アルカリ土類金属ケイ酸塩（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、および／またはＢａのケイ酸塩など）、好ましくはケイ酸カリウム、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カルシウム、および／またはケイ酸マグネシウム、好ましくはケイ酸カリウムおよび／またはケイ酸ナトリウムで修飾したものである。触媒組成物における第１０族金属含有率は、触媒組成物の質量に基づき、少なくとも０．００５質量％、好ましくは約０．００５質量％〜約１０質量％、または約０．００５質量％〜約１．５質量％である。シリカ（ＳｉＯ2）は、典型的に触媒担体として使用されている任意のシリカ、例えばＤＡＶＩＳＩＬ ６４６（Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈ社製）、Ｄａｖｉｓｏｎ ９５２、ＤＡＶＩＳＯＮ ９４８またはＤａｖｉｓｏｎ ９５５（Ｗ．Ｒ．Ｇｒａｃｅ ａｎｄ ＣｏｍｐａｎｙのＤａｖｉｓｏｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ製）の商標名で市販されているものなどであってもよい。
付加的にまたは代替的に、第１の触媒材料は、非環式Ｃ5供給物の脱水素を実行する能力を有するが環化を実行する能力をほとんどまたは全く有しない触媒であってもよい。そのような第１の触媒材料の例として、還元状態、酸化状態、炭化状態、窒化状態、および／または硫化状態にある１つまたは複数の第６族〜第１２族の金属を、難溶性の無機担体、例えばシリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、セリア、アルミノシリケート（非晶質および細孔性の両方）、他のメタロシリケート（非晶質および細孔性の両方）、アルミン酸塩（例えばアルミニウムハイドロタルサイト）、ペロブスカイト、ＳＡＰＯ、ＡＬＰＯおよびＭＡＰＯなどに担持させたものが挙げられる。好ましくは、前記第１の触媒は、Ｃ5からＣ4-への分解を最小限に抑えるよう、酸性部位分解または金属部位分解を促進する傾向が低い。
触媒組成物の形状および設計は、好ましくは圧力低下を最小限に抑え、伝熱を増やし、使用中の質量輸送現象を最小限に抑えるよう構成される。触媒組成物は、反応器に無作為に装填される粒子状に形成されるか、または反応器内部の構造化触媒形状であってもよい。
触媒組成物の形状および設計は、好ましくは圧力低下を最小限に抑え、伝熱を増やし、使用中の質量輸送現象を最小限に抑えるよう構成される。触媒組成物は、反応器に無作為に装填される粒子状に形成されるか、または反応器内部の構造化触媒形状であってもよい。
適切な触媒粒子の形状および設計は国際公開第２０１４／０５３５５３号に記載されており、この文献は参照によって全体が本明細書に組み込まれる。触媒組成物は直径２ｍｍ〜２０ｍｍの押し出し成形物であってもよい。触媒組成物の断面は１つまたは複数の凸部および／または凹部を有する形状であってもよい。付加的に、触媒組成物の凸部および／または凹部は螺旋状であってもよい。触媒組成物は直径２ｍｍ〜２０ｍｍの押し出し成形物であってもよく、触媒組成物の断面は１つまたは複数の凸部および／または凹部を有する形状であってもよく、触媒組成物の凸部および／または凹部は螺旋状であってもよい。形状には空隙率を増やし質量伝達を改善するよう、穴または穿孔があってもよい。
構造化触媒形状の例として、反応器の内壁表面および／または他の成形無機担体構造の表面への触媒コーティングが挙げられる。適切な成形無機担体構造は金属製またはセラミック製であってもよい。好適なセラミックは熱伝導率が高いもの、例えば炭化ケイ素、窒化アルミニウム、炭化ホウ素、および窒化ケイ素である。適切な成形無機担体構造は、押し出し成形セラミックモノリスおよび押し出し成形または圧延の金属モノリスなど、秩序構造であってもよい。多くの場合、適切な成形無機担体構造はセラミックまたは金属の発泡体および３Ｄ印刷構造をも含み得る。活性触媒のコーティングを、ウォッシュコーティングまたは他の当該技術分野で既知の手段を介して担体構造に塗布してもよい。好ましくは、コーティング厚さは１，０００μｍ未満、より好ましくは５００μｍ未満、最も好ましくは１００〜３００μｍである。
構造化触媒形状の例として、反応器の内壁表面および／または他の成形無機担体構造の表面への触媒コーティングが挙げられる。適切な成形無機担体構造は金属製またはセラミック製であってもよい。好適なセラミックは熱伝導率が高いもの、例えば炭化ケイ素、窒化アルミニウム、炭化ホウ素、および窒化ケイ素である。適切な成形無機担体構造は、押し出し成形セラミックモノリスおよび押し出し成形または圧延の金属モノリスなど、秩序構造であってもよい。多くの場合、適切な成形無機担体構造はセラミックまたは金属の発泡体および３Ｄ印刷構造をも含み得る。活性触媒のコーティングを、ウォッシュコーティングまたは他の当該技術分野で既知の手段を介して担体構造に塗布してもよい。好ましくは、コーティング厚さは１，０００μｍ未満、より好ましくは５００μｍ未満、最も好ましくは１００〜３００μｍである。
固定床反応器（燃焼管、対流管、および循環）の場合、凸型、凹型、螺旋状などの粒子形状が特に有用であり、流体床反応器の場合は球形粒子が特に有用である。固定床反応器（燃焼管、対流管、および循環）の場合、凸型、凹型、螺旋状などの粒子形状が特に有用であり、流体床反応器の場合は球形粒子が特に有用である。好ましくは、固定床（例えば環式固定床反応器、燃焼管反応器、対流加熱管反応器など）の粒子は典型的に直径２ｍｍ〜２０ｍｍの押し出し成形物であり、触媒組成物の断面は１つまたは複数の凸部および／または凹部を有する形状であってもよく、触媒組成物の凸部および／または凹部は螺旋状であってもよい。
有用な触媒組成物について詳しくは
１）米国特許出願第６２／２５０，６７５号（２０１５年１１月４日出願）、
２）米国特許出願第６２／２５０，６８１号（２０１５年１１月４日出願）、
３）米国特許出願第６２／２５０，６８８号（２０１５年１１月４日出願）、
４）米国特許出願第６２／２５０，６９５号（２０１５年１１月４日出願）、および
５）米国特許出願第６２／２５０，６８９号（２０１５年１１月４日出願）
の出願を参照されたい（これらは参照によって本明細書に組み込まれる）。
好ましくは、粒状材料はＺＳＭ−５担持白金、Ｚｅｏｌｉｔｅ Ｌ担持白金、および／またはケイ酸塩修飾シリカ担持白金を含む。様々な態様において、第２の粒状材料はＺＳＭ−５担持白金、Ｚｅｏｌｉｔｅ Ｌ担持白金、および／またはシリカ担持白金を含み得、第１の粒状材料は第６族、第９族、および／または第１０族の金属を無機担体上に担持させたものを少なくとも１つ含み得る。無機担体は、ゼオライト、ＳＡＰＯ、ＡＬＰＯ、ＭｅＡＰＯ、シリカ、ジルコニア、チタニア、アルミナ、マグネシア、セリア、イットリア、粘土、マグネシウムハイドロタルサイト、アルミン酸カルシウム、アルミン酸亜鉛、およびこれらの組み合わせ（物理的および／または化学的組み合わせ）からなる群から選択され得る。
１）米国特許出願第６２／２５０，６７５号（２０１５年１１月４日出願）、
２）米国特許出願第６２／２５０，６８１号（２０１５年１１月４日出願）、
３）米国特許出願第６２／２５０，６８８号（２０１５年１１月４日出願）、
４）米国特許出願第６２／２５０，６９５号（２０１５年１１月４日出願）、および
５）米国特許出願第６２／２５０，６８９号（２０１５年１１月４日出願）
の出願を参照されたい（これらは参照によって本明細書に組み込まれる）。
好ましくは、粒状材料はＺＳＭ−５担持白金、Ｚｅｏｌｉｔｅ Ｌ担持白金、および／またはケイ酸塩修飾シリカ担持白金を含む。様々な態様において、第２の粒状材料はＺＳＭ−５担持白金、Ｚｅｏｌｉｔｅ Ｌ担持白金、および／またはシリカ担持白金を含み得、第１の粒状材料は第６族、第９族、および／または第１０族の金属を無機担体上に担持させたものを少なくとも１つ含み得る。無機担体は、ゼオライト、ＳＡＰＯ、ＡＬＰＯ、ＭｅＡＰＯ、シリカ、ジルコニア、チタニア、アルミナ、マグネシア、セリア、イットリア、粘土、マグネシウムハイドロタルサイト、アルミン酸カルシウム、アルミン酸亜鉛、およびこれらの組み合わせ（物理的および／または化学的組み合わせ）からなる群から選択され得る。
粒状材料（例えば第１の粒状材料、第２の粒状材料）における触媒材料の適切な量は、約１．０質量％以下、約５．０質量％以下、約１０．０質量％以下、約１５．０質量％以下、約２０．０質量％以下、約２５．０質量％以下、約３０．０質量％以下、約３５．０質量％以下、約４０．０質量％以下、約４５．０質量％以下、約５０．０質量％以下、約５５．０質量％以下、約６０．０質量％以下、約６５．０質量％以下、約７０．０質量％以下、約７５．０質量％以下、約８０．０質量％以下、約８５．０質量％以下、約９０．０質量％以下、約９５．０質量％以下、約９９．０質量％以下、または約１００．０質量％以下であってもよい。付加的にまたは代替的に、粒状材料（例えば第１の粒状材料、第２の粒状材料）における触媒材料の量は、約１．０質量％以上、約５．０質量％以上、約１０．０質量％以上、約１５．０質量％以上、約２０．０質量％以上、約２５．０質量％以上、約３０．０質量％以上、約３５．０質量％以上、約４０．０質量％以上、約４５．０質量％以上、約５０．０質量％以上、約５５．０質量％以上、約６０．０質量％以上、約６５．０質量％以上、約７０．０質量％以上、約７５．０質量％以上、約８０．０質量％以上、約８５．０質量％以上、約９０．０質量％以上、または約９５．０質量％以上であってもよい。明示的に開示される範囲は上に挙げた値のいずれかの組み合わせ、例えば約１．０質量％〜約１００．０質量％、約５．０質量％〜約１００．０質量％、約１０．０質量％〜約９０．０質量％、約２０．０質量％〜約８０．０質量％などを含む。粒状材料（例えば第１の粒状材料、第２の粒状材料）における触媒材料の量は、約１．０質量％〜約１００．０質量％、より好ましくは約５．０質量％〜約１００．０質量％、より好ましくは約２５．０質量％〜約１００．０質量％、より好ましくは約５．０質量％〜約９０．０質量％、より好ましくは約１０．０質量％〜約８０．０質量％、より好ましくは約１０．０質量％〜約７５．０質量％、より好ましくは約２０．０質量％〜約７０．０質量％、より好ましくは約２５．０質量％〜約６０．０質量％、より好ましくは約３０．０質量％〜約５０．０質量％の範囲であってもよい。
様々な態様において、粒状材料（例えば第１の粒状材料、第２の粒状材料）はさらに、１つまたは複数の不活性物質をも含み得る。本明細書において言及されるとき、不活性物質は、本明細書に記載の反応条件下における無視して構わない量（例えば約３％以下、約２％以下、約１％以下など）の原料、中間生成物または最終生成物の転化を促進する材料を含むと理解される。触媒材料と不活性物質は、それぞれ同じ粒子の一部として組み合わされるか、および／または別々の粒子であってもよい。付加的に、触媒材料および／または不活性物質は本質的に球形（すなわち直径収差が約２０％未満、約３０％未満、約４０％未満、約５０％未満）、円筒形または凸型であってもよい。付加的に、粒状材料（例えば第１の粒状材料、第２の粒状材料）は押し出し成形物であってもよく、その場合、断面は１つまたは複数の凸部および／または凹部を有する形状であってもよく、凸部および／または凹部は螺旋状であってもよい。好ましくは、流動床反応器、循環流動床反応器、および循環沈降床反応器における粒状材料は本質的に球形である。付加的に、粒状材料（例えば第１の粒状材料、第２の粒状材料）は、粒子間拡散制限を最小限に抑えながら圧力低下を低減するよう、内部穿孔を有する形状または他の形状であってもよい。
粒状材料（例えば第１の粒状材料、第２の粒状材料）における不活性物質の適切な量は、約０．０質量％、約１．０質量％以上、約５．０質量％以上、約１０．０質量％以上、約１５．０質量％以上、約２０．０質量％以上、約２５．０質量％以上、約３０．０質量％以上、約３５．０質量％以上、約４０．０質量％以上、約４５．０質量％以上、約５０．０質量％以上、約５５．０質量％以上、約６０．０質量％以上、約６５．０質量％以上、約７０．０質量％以上、約７５．０質量％以上、約８０．０質量％以上、約８５．０質量％以上、約９０．０質量％以上、約９５質量％以上、または約９９．０質量％以上であってもよい。付加的にまたは代替的に、粒状材料（例えば第１の粒状材料、第２の粒状材料）における不活性物質の量は、約１．０質量％以下、約５．０質量％以下、約１０．０質量％以下、約１５．０質量％以下、約２０．０質量％以下、約２５．０質量％以下、約３０．０質量％以下、約３５．０質量％以下、約４０．０質量％以下、約４５．０質量％以下、約５０．０質量％以下、約５５．０質量％以下、約６０．０質量％以下、約６５．０質量％以下、約７０．０質量％以下、約７５．０質量％以下、約８０．０質量％以下、約８５．０質量％以下、約９０．０質量％以下、約９５．０質量％以下、または約９９．０質量％以下であってもよい。明示的に開示される範囲は上に挙げた値のいずれかの組み合わせ、例えば約０．０質量％〜約９９．０質量％、約０．０質量％〜約９５．０質量％、約１０．０質量％〜約９０．０質量％、約２０．０質量％〜約８０．０質量％などを含む。好ましくは、粒状材料（例えば第１の粒状材料、第２の粒状材料）における不活性物質の量は、約０．０質量％〜約９５．０質量％、より好ましくは約０．０質量％〜約９０．０質量％、より好ましくは約２５．０質量％〜約９０．０質量％、より好ましくは約３０．０質量％〜約８５．０質量％、より好ましくは約３０．０質量％〜約８０．０質量％の範囲であってもよい。
様々な態様において、触媒材料および／または不活性物質（別々の粒子として、またはそれぞれ同じ粒子の一部の組み合わせとして）の平均直径は、約５μｍ以上、約１０μｍ以上、約２０μｍ以上、約３０μｍ以上、約４０μｍ以上、約５０μｍ以上、約１００μｍ以上、約２００μｍ以上、約３００μｍ以上、約４００μｍ以上、約５００μｍ以上、約６００μｍ以上、約７００μｍ以上、約８００μｍ以上、約９００μｍ以上、約１０００μｍ以上、約１１００μｍ以上、約１２００μｍ以上、約１３００μｍ以上、約１４００μｍ以上、約１５００μｍ以上、約１６００μｍ以上、約１７００μｍ以上、約１８００μｍ以上、約１９００μｍ以上、約２０００μｍ以上、約２１００μｍ以上、約２２００μｍ以上、約２３００μｍ以上、約２４００μｍ以上、約２５００μｍ以上、約２６００μｍ以上、約２７００μｍ以上、約２８００μｍ以上、約２９００μｍ以上、約３０００μｍ以上、約３１００μｍ以上、約３２００μｍ以上、約３３００μｍ以上、約３４００μｍ以上、約３５００μｍ以上、約３６００μｍ以上、約３７００μｍ以上、約３８００μｍ以上、約３９００μｍ以上、約４０００μｍ以上、約４１００μｍ以上、約４２００μｍ以上、約４３００μｍ以上、約４４００μｍ以上、約４５００μｍ以上、約５０００μｍ以上、約５５００μｍ以上、約６０００μｍ以上、約６５００μｍ以上、約７０００μｍ以上、約７５００μｍ以上、約８０００μｍ以上、約８５００μｍ以上、約９０００μｍ以上、約９５００μｍ以上、または約１００００μｍ以上であってもよい。付加的にまたは代替的に、触媒材料および／または不活性物質（別々の粒子として、またはそれぞれ同じ粒子の一部の組み合わせとして）の平均直径は、約５μｍ以下、約１０μｍ以下、約２０μｍ以下、約３０μｍ以下、約４０μｍ以下、約５０μｍ以下、約１００μｍ以下、約２００μｍ以下、約３００μｍ以下、約４００μｍ以下、約５００μｍ以下、約６００μｍ以下、約７００μｍ以下、約８００μｍ以下、約９００μｍ以下、約１０００μｍ以下、約１１００μｍ以下、約１２００μｍ以下、約１３００μｍ以下、約１４００μｍ以下、約１５００μｍ以下、約１６００μｍ以下、約１７００μｍ以下、約１８００μｍ以下、約１９００μｍ以下、約２０００μｍ以下、約２１００μｍ以下、約２２００μｍ以下、約２３００μｍ以下、約２４００μｍ以下、約２５００μｍ以下、約２６００μｍ以下、約２７００μｍ以下、約２８００μｍ以下、約２９００μｍ以下、約３０００μｍ以下、約３１００μｍ以下、約３２００μｍ以下、約３３００μｍ以下、約３４００μｍ以下、約３５００μｍ以下、約３６００μｍ以下、約３７００μｍ以下、約３８００μｍ以下、約３９００μｍ以下、約４０００μｍ以下、約４１００μｍ以下、約４２００μｍ以下、約４３００μｍ以下、約４４００μｍ以下、約４５００μｍ以下、約５０００μｍ以下、約５５００μｍ以下、約６０００μｍ以下、約６５００μｍ以下、約７０００μｍ以下、約７５００μｍ以下、約８０００μｍ以下、約８５００μｍ以下、約９０００μｍ以下、約９５００μｍ以下、または約１００００μｍ以下であってもよい。明示的に開示される範囲は上に挙げた値のいずれかの組み合わせ、例えば約１０μｍ〜約１００００μｍ、約５０μｍ〜約１００００μｍ、約１００μｍ〜約９０００μｍ、約２００μｍ〜約７５００μｍ、約２００μｍ〜約５５００μｍ、約１００μｍ〜約４０００μｍ、約１００μｍ〜約７００μｍなどを含む。触媒材料および／または不活性物質（別々の粒子として、またはそれぞれ同じ粒子の一部の組み合わせとして）の平均直径は、約２５μｍ〜約１２００μｍ、より好ましくは約５０μｍ〜約１０００μｍ、より好ましくは約１０μｍ〜約５００μｍ、より好ましくは約３０μｍ〜約４００μｍ、より好ましくは約４０μｍ〜約３００μｍの範囲であってもよい。
好ましくは、循環流動床において、触媒材料および／または不活性物質（別々の粒子として、またはそれぞれ同じ粒子の一部の組み合わせとして）の平均直径は、約１００μｍ〜約４０００μｍ、より好ましくは約１００μｍ〜約７００μｍ、より好ましくは約１００μｍ〜約６００μｍ、より好ましくは約１００μｍ〜約５００μｍの範囲であってもよい。好ましくは、循環沈降床において、触媒材料および／または不活性物質（別々の粒子として、またはそれぞれ同じ粒子の一部の組み合わせとして）の平均直径は、約１０００μｍ〜約１００００μｍ、より好ましくは約２０００μｍ〜約８０００μｍ、より好ましくは約３０００μｍ〜約６０００μｍ、より好ましくは約３５００μｍ〜約４５００μｍの範囲であってもよい。
好ましくは、高速流動床において、触媒材料および／または不活性物質（別々の粒子として、またはそれぞれ同じ粒子の一部の組み合わせとして）の平均直径は、約１００μｍ〜約４０００μｍ、より好ましくは約１００μｍ〜約７００μｍ、より好ましくは約１００μｍ〜約６００μｍ、より好ましくは約１００μｍ〜約５００μｍの範囲であってもよい。好ましくは、沸騰流動床において、触媒材料および／または不活性物質（別々の粒子として、またはそれぞれ同じ粒子の一部の組み合わせとして）の平均直径は、約１０００μｍ〜約１００００μｍ、より好ましくは約２０００μｍ〜約８０００μｍ、より好ましくは約３０００μｍ〜約６０００μｍ、より好ましくは約３５００μｍ〜約４５００μｍの範囲であってもよい。
様々な態様において、固定床操作の場合、触媒材料および／または不活性物質（別々の粒子として、またはそれぞれ同じ粒子の一部の組み合わせとして）の平均直径は、約０．１ｍｍ以上、約０．５ｍｍ以上、約１ｍｍ以上、約２ｍｍ以上、約３ｍｍ以上、約４ｍｍ以上、約５ｍｍ以上、約６ｍｍ以上、約７ｍｍ以上、約８ｍｍ以上、約９ｍｍ以上、約１０ｍｍ以上、約１２ｍｍ以上、約１４ｍｍ以上、約１６ｍｍ以上、約１８ｍｍ以上、約２０ｍｍ以上、約２２ｍｍ以上、約２４ｍｍ以上、約２６ｍｍ以上、約２８ｍｍ以上、約３０ｍｍ以上、約３５ｍｍ以上、約４０ｍｍ以上、約４５ｍｍ以上、または約５０ｍｍ以上であってもよい。付加的にまたは代替的に、触媒材料および／または不活性物質（別々の粒子として、またはそれぞれ同じ粒子の一部の組み合わせとして）の平均直径は、約０．１ｍｍ以下、約０．５ｍｍ以下、約１ｍｍ以下、約２ｍｍ以下、約３ｍｍ以下、約４ｍｍ以下、約５ｍｍ以下、約６ｍｍ以下、約７ｍｍ以下、約８ｍｍ以下、約９ｍｍ以下、約１０ｍｍ以下、約１２ｍｍ以下、約１４ｍｍ以下、約１６ｍｍ以下、約１８ｍｍ以下、約２０ｍｍ以下、約２２ｍｍ以下、約２４ｍｍ以下、約２６ｍｍ以下、約２８ｍｍ以下、約３０ｍｍ以下、約３５ｍｍ以下、約４０ｍｍ以下、約４５ｍｍ以下、または約５０ｍｍ以下であってもよい。明示的に開示される温度範囲は上に挙げた値のいずれかの組み合わせ、例えば約０．１ｍｍ〜約５０ｍｍ、約１ｍｍ〜約３５ｍｍ、約２ｍｍ〜約３０ｍｍ、約３ｍｍ〜約４０ｍｍなどを含む。好ましくは、触媒材料および／または不活性物質（別々の粒子として、またはそれぞれ同じ粒子の一部の組み合わせとして）の平均直径は、約０．５ｍｍ〜約３０ｍｍ、より好ましくは約１ｍｍ〜約２０ｍｍ、より好ましくは約２ｍｍ〜約１０ｍｍ、より好ましくは約３ｍｍ〜約８ｍｍの範囲であってもよい。
好ましくは、第２の粒状材料は、第１の溶出物の顕熱を上昇させるために、および／または非環式Ｃ5炭化水素の少なくとも一部をシクロペンタジエンを含む第１の溶出物に転化するために必要な熱の少なくとも一部を、特に環式固定床および／または流動床向けに提供する。例えば、第２の粒状材料は必要な熱の約３０％以上、約３５％以上、約４０％以上、約４５％以上、約５０％以上、約５５％以上、約６０％以上、約６５％以上、約７０％以上、約７５％以上、約８０％以上、約８５％以上、約９０％以上、約９５％以上、または１００％を提供し得る。明示的に開示される範囲は上に挙げた値のいずれかの組み合わせ、例えば約３０％〜約１００％、約４０％〜約９５％、および約５０％〜約９０％などを含む。好ましくは、第２の粒状材料は必要な熱の約３０％〜約１００％、より好ましくは約５０％〜約１００％、より好ましくは約７０％〜約１００％を提供し得る。
Ｅ 溶出物
断熱反応ゾーンから出てくる溶出物（例えば第１の溶出物）は、断熱反応ゾーン内でのＣ5炭化水素（例えば非環式Ｃ5炭化水素）の反応から生成される様々な炭化水素組成物を含み得る。炭化水素組成物は典型的に、１〜３０個の炭素原子（Ｃ1−Ｃ30炭化水素）、１〜２４個の炭素原子（Ｃ1−Ｃ24炭化水素）、１〜１８個の炭素原子（Ｃ1−Ｃ18炭化水素）、１〜１０個の炭素原子（Ｃ1−Ｃ10炭化水素）、１〜８個の炭素原子（Ｃ1−Ｃ8炭化水素）、および１〜６個の炭素原子（Ｃ1−Ｃ6炭化水素）を有する炭化水素化合物の混合物を有する。特に、溶出物（例えば第１の溶出物）はシクロペンタジエン中間体（例えばペンテン、ペンタジエン、シクロペンタン、および／またはシクロペンテン）を含む。シクロペンタジエン中間体は溶出物（例えば第１の溶出物）の炭化水素部分において約３．０質量％以上、約５．０質量％以上、約１０．０質量％以上、約１５．０質量％以上、約２０．０％質量以上、約２５．０質量％以上、約３０．０質量％以上、約３５．０％質量以上、または約４０．０質量％以上の量で存在し得る。付加的にまたは代替的に、シクロペンタジエン中間体は溶出物（例えば第１の溶出物）の炭化水素部分において、約５．０質量％以下、約１０．０％質量以下、約１５．０質量％以下、約２０．０質量％以下、約２５．０質量％以下、約３０．０質量％以下、約３５．０質量％以下、約４０．０質量％以下、または約４５．０質量％以下の量で存在し得る。明示的に開示される範囲は上に挙げた値のいずれかの組み合わせ、例えば約５．０質量％〜約４０．０質量％、約１０．０質量％〜約３５．０質量％、約１５．０質量％〜約３０．０質量％、約５．０質量％〜約２５．０質量％などを含む。第１の溶出物はシクロペンタジエンを含んでいてもよい。
断熱反応ゾーンから出てくる溶出物（例えば第１の溶出物）は、断熱反応ゾーン内でのＣ5炭化水素（例えば非環式Ｃ5炭化水素）の反応から生成される様々な炭化水素組成物を含み得る。炭化水素組成物は典型的に、１〜３０個の炭素原子（Ｃ1−Ｃ30炭化水素）、１〜２４個の炭素原子（Ｃ1−Ｃ24炭化水素）、１〜１８個の炭素原子（Ｃ1−Ｃ18炭化水素）、１〜１０個の炭素原子（Ｃ1−Ｃ10炭化水素）、１〜８個の炭素原子（Ｃ1−Ｃ8炭化水素）、および１〜６個の炭素原子（Ｃ1−Ｃ6炭化水素）を有する炭化水素化合物の混合物を有する。特に、溶出物（例えば第１の溶出物）はシクロペンタジエン中間体（例えばペンテン、ペンタジエン、シクロペンタン、および／またはシクロペンテン）を含む。シクロペンタジエン中間体は溶出物（例えば第１の溶出物）の炭化水素部分において約３．０質量％以上、約５．０質量％以上、約１０．０質量％以上、約１５．０質量％以上、約２０．０％質量以上、約２５．０質量％以上、約３０．０質量％以上、約３５．０％質量以上、または約４０．０質量％以上の量で存在し得る。付加的にまたは代替的に、シクロペンタジエン中間体は溶出物（例えば第１の溶出物）の炭化水素部分において、約５．０質量％以下、約１０．０％質量以下、約１５．０質量％以下、約２０．０質量％以下、約２５．０質量％以下、約３０．０質量％以下、約３５．０質量％以下、約４０．０質量％以下、または約４５．０質量％以下の量で存在し得る。明示的に開示される範囲は上に挙げた値のいずれかの組み合わせ、例えば約５．０質量％〜約４０．０質量％、約１０．０質量％〜約３５．０質量％、約１５．０質量％〜約３０．０質量％、約５．０質量％〜約２５．０質量％などを含む。第１の溶出物はシクロペンタジエンを含んでいてもよい。
非断熱反応ゾーンから出てくる溶出物（例えば第２の溶出物）は、断熱反応ゾーンおよび／または非断熱反応ゾーン内でのＣ5炭化水素（例えば非環式Ｃ5炭化水素）の反応から生成される様々な炭化水素組成物を含み得る。炭化水素組成物は典型的に、１〜３０個の炭素原子（Ｃ1−Ｃ30炭化水素）、１〜２４個の炭素原子（Ｃ1−Ｃ24炭化水素）、１〜１８個の炭素原子（1−Ｃ18炭化水素）、１〜１０個の炭素原子（Ｃ1−Ｃ10炭化水素）、１〜８個の炭素原子（Ｃ1−Ｃ8炭化水素）、および１〜６個の炭素原子（Ｃ1−Ｃ6炭化水素）を有する炭化水素化合物の混合物を有する。特に、溶出物（例えば第２の溶出物）はシクロペンタジエンを含む。シクロペンタジエンは溶出物（例えば第２の溶出物）の炭化水素部分において約２０．０質量％以上、約２５．０質量％以上、約３０．０質量％以上、約３５．０質量％以上、または約４０．０質量％以上、約４５．０質量％以上、約５０．０質量％以上、約５５．０質量％以上、約６０．０質量％以上、約６５．０質量％以上、約７０．０質量％以上、約７５．０質量％以上、または約８０．０％質量以上の量で存在し得る。付加的にまたは代替的に、シクロペンタジエンは溶出物（例えば第２の溶出物）の炭化水素部分において約２０．０質量％以下、約２５．０質量％以下、約３０．０質量％以下、約３５．０質量％以下、または約４０．０質量％以下、約４５．０質量％以下、約５０．０質量％以下、約５５．０質量％以下、約６０．０質量％以下、約６５．０質量％以下、約７０．０質量％以下、約７５．０質量％以下、約８０．０％質量以下、または約８５．０質量％以下の量で存在し得る。明示的に開示される範囲は上に挙げた値のいずれかの組み合わせ、例えば約２０．０質量％〜約８５．０質量％、約３０．０質量％〜約７５．０質量％、約４０．０質量％〜約８５．０質量％、約５０．０質量％〜約８５．０質量％などを含む。好ましくは、シクロペンタジエンは第２の溶出物の炭化水素部分において約１０．０質量％〜約８５．０質量％、より好ましくは約２５．０質量％〜約８０．０質量％、より好ましくは約４０．０質量％〜約７５．０質量％の量で存在し得る。
他の態様において、溶出物（例えば第２の溶出物）は、シクロペンタジエンの他に１つまたは複数の他のＣ5炭化水素を含み得る。他のＣ5炭化水素の例としてシクロペンタンおよびシクロペンテン以下が挙げられるが、これらに限定されない。他の１つまたは複数のＣ5炭化水素は溶出物（例えば第２の溶出物）の炭化水素部分において約１０．０質量％以上、約１５．０質量％以上、約２０．０質量％以上、約２５．０質量％以上、または約３０．０質量％以上、約３５．０質量％以上、約４０．０質量％以上、約４５．０質量％以上、約５０．０質量％以上、約５５．０質量％以上、約６０．０質量％以上、約６５．０質量％以上、または約７０．０質量％以上の量で存在し得る。付加的にまたは代替的に、他の１つまたは複数のＣ5炭化水素は溶出物（例えば第２の溶出物）の炭化水素部分において、約１５．０質量％以下、約２０．０質量％以下、約２５．０質量％以下、または約３０．０質量％以下、約３５．０質量％以下、約４０．０質量％以下、約４５．０質量％以下、約５０．０質量％以下、約５５．０質量％以下、約６０．０質量％以下、約６５．０質量％以下、または約７０．０質量％以下の量で存在し得る。明示的に開示される範囲は上に挙げた値のいずれかの組み合わせ、例えば約１０．０質量％〜約７０．０質量％、約１０．０質量％〜約５５．０質量％、約１５．０質量％〜約６０．０質量％、約２５．０質量％〜約６５．０質量％などを含む。好ましくは、他の１つまたは複数のＣ5炭化水素は第２の溶出物の炭化水素部分において約３０．０質量％〜約６５．０質量％、より好ましくは約２０．０質量％〜約４０．０質量％、より好ましくは約１０．０質量％〜約２５．０質量％の量で存在し得る。
他の態様において、溶出物（例えば第１の溶出物、第２の溶出物）は１つまたは複数の芳香族、例えば６〜３０個の炭素原子、特に６〜１８個の炭素原子を有する芳香族をも含み得る。１つまたは複数の芳香族は溶出物（例えば第１の溶出物、第２の溶出物）の炭化水素部分において約１．０質量％以上、約５．０質量％以上、約１０．０質量％以上、約１５．０質量％以上、約２０．０質量％以上、約２５．０質量％以上、または約３０．０質量％以上、約３５．０質量％以上、約４０．０質量％以上、約４５．０質量％以上、約５０．０質量％以上、約５５．０質量％以上、約６０．０質量％以上、または約６５．０質量％以上の量で存在し得る。付加的にまたは代替的に、１つまたは複数の芳香族は溶出物（例えば第１の溶出物、第２の溶出物）の炭化水素部分において約１．０質量％以下、約５．０質量％以下、約１０．０質量％以下、約１５．０質量％以下、約２０．０質量％以下、約２５．０質量％以下、または約３０．０質量％以下、約３５．０質量％以下、約４０．０質量％以下、約４５．０質量％以下、約５０．０質量％以下、約５５．０質量％以下、約６０．０質量％以下、または約６５．０質量％以下の量で存在し得る。明示的に開示される範囲は上に挙げた値のいずれかの組み合わせ、例えば約１．０質量％〜約６５．０質量％、約１０．０質量％〜約５０．０質量％、約１５．０質量％〜約６０．０質量％、約２５．０質量％〜約４０．０質量％などを含む。好ましくは、１つまたは複数の芳香族は第１の溶出物の炭化水素部分において約５質量％未満、好ましくは約２質量％未満、より好ましくは約１質量％未満の量で存在し得る。好ましくは、他の１つまたは複数の芳香族は第２の溶出物の炭化水素部分において約１．０質量％〜約１５．０質量％、より好ましくは約１．０質量％〜約１０．０質量％、より好ましくは約１．０質量％〜約５．０質量％の量で存在し得る。可能性のある溶出物処理方について詳しくは
１）米国特許出願第６２／２５０，６７８号（２０１５年１１月４日出願）、
２）米国特許出願第６２／２５０，６９２号（２０１５年１１月４日出願）、
３）米国特許出願第６２／２５０，７０２号（２０１５年１１月４日出願）、および
４）米国特許出願第６２／２５０，７０８号（２０１５年１１月４日出願）
の出願を参照されたい（これらは参照によって本明細書に組み込まれる）。
１）米国特許出願第６２／２５０，６７８号（２０１５年１１月４日出願）、
２）米国特許出願第６２／２５０，６９２号（２０１５年１１月４日出願）、
３）米国特許出願第６２／２５０，７０２号（２０１５年１１月４日出願）、および
４）米国特許出願第６２／２５０，７０８号（２０１５年１１月４日出願）
の出願を参照されたい（これらは参照によって本明細書に組み込まれる）。
Ｆ 溶出物の剥離／分離
様々な態様において、粒状材料（例えば第１の粒状材料、第２の粒状材料）は溶出物（例えば第１の溶出物、第２の溶出物）中において、溶出物が断熱反応ゾーンおよび／または非断熱反応ゾーンを通過および／または出る段階で、炭化水素（例えばシクロペンタジエンおよび／またはシクロペンタジエン中間体）が同伴する状態となり得る。このように、該方法はさらに、溶出物（例えば第１の溶出物、第２の溶出物）中において炭化水素（例えばシクロペンタジエンおよび／またはシクロペンタジエン中間体）が同伴する状態となり得る粒状材料を分離するステップも含み得る。この分離は、サイクロン、フィルター、静電沈降分離装置、重液接触、および／または他の気固分離機器など、ただしこれらに限らず、少なくとも１つの反応ゾーンの内部および／または外部に存在し得る任意の適切な手段による、炭化水素（例えばシクロペンタジエンおよび／またはシクロペンタジエン中間体）からの粒状材料（例えば第１の粒状材料、第２の粒状材料）の除去を含み得る。その後、粒状材料を含まない溶出物は生成物回収システムへと移動し得る。付加的に、既知の方法を使用して、除去された粒状材料を断熱性および／または非断熱反応ゾーン、例えば断熱性および／または非断熱反応ゾーンの実質的な頂部へ戻すこともできる。
様々な態様において、粒状材料（例えば第１の粒状材料、第２の粒状材料）は溶出物（例えば第１の溶出物、第２の溶出物）中において、溶出物が断熱反応ゾーンおよび／または非断熱反応ゾーンを通過および／または出る段階で、炭化水素（例えばシクロペンタジエンおよび／またはシクロペンタジエン中間体）が同伴する状態となり得る。このように、該方法はさらに、溶出物（例えば第１の溶出物、第２の溶出物）中において炭化水素（例えばシクロペンタジエンおよび／またはシクロペンタジエン中間体）が同伴する状態となり得る粒状材料を分離するステップも含み得る。この分離は、サイクロン、フィルター、静電沈降分離装置、重液接触、および／または他の気固分離機器など、ただしこれらに限らず、少なくとも１つの反応ゾーンの内部および／または外部に存在し得る任意の適切な手段による、炭化水素（例えばシクロペンタジエンおよび／またはシクロペンタジエン中間体）からの粒状材料（例えば第１の粒状材料、第２の粒状材料）の除去を含み得る。その後、粒状材料を含まない溶出物は生成物回収システムへと移動し得る。付加的に、既知の方法を使用して、除去された粒状材料を断熱性および／または非断熱反応ゾーン、例えば断熱性および／または非断熱反応ゾーンの実質的な頂部へ戻すこともできる。
様々な態様において、炭化水素（例えばシクロペンタジエンおよび／またはシクロペンタジエン中間体）は、粒状材料が少なくとも１つの反応ゾーンを通過および／または出る段階で、粒状材料が同伴する状態となり得る。炭化水素は粒子の表面および／または内部のほか、粒子間の間質領域にも吸着され得る。このように、該方法は溶出物中の粒状材料から炭化水素を剥離および／または分離するステップをも含み得る。この剥離および／または分離は、Ｈ2またはメタンなどの気体による剥離、および／または他の気固分離機器など、ただしこれらに限らず、少なくとも１つの反応ゾーンの内部および／または外部に存在し得る任意の適切な手段による、粒状材料からの炭化水素（例えばシクロペンタジエンおよび／または非環式Ｃ5炭化水素）の除去を含み得る。炭化水素レベルが低下した状態の粒状材料はその後、再加熱ゾーン、活性化ゾーン、および／または再生ゾーンへと移動し得、粒状材料から剥離された炭化水素は生成物回収システムまたは反応システムへと仕向けられ得る。
Ｇ 活性化および再加熱
断熱反応ゾーンおよび／または非断熱反応ゾーンで反応が発生すると、コークス材料が粒状材料（例えば第１の粒状材料、第２の粒状材料）の表面、特に触媒材料の表面に形成し、これが触媒材料の活性を低減させ得る。付加的にまたは代替的に、粒状材料（例えば第１の粒状材料、第２の粒状材料）は反応発生時に冷却し得る。
ｉ 活性化ゾーン
様々な態様において、粒状材料は反応ゾーン（例えば断熱反応ゾーン、非断熱反応ゾーン）を通過および出てもよい。反応ゾーン（例えば断熱反応ゾーン、非断熱反応ゾーン）を出る触媒材料は「使用済み触媒材料」と呼ばれる。この使用済み触媒材料は、個々の粒子がシステム内での総老化、最後の再生からの経過時間、および／または活性化ゾーン内での時間と相対的な反応ゾーン内での滞留時間の比率が異なる可能性があることから、粒子の混合が必ずしも均一であるとは限らない。
このように、第１の粒状材料（例えば使用済み触媒材料）の少なくとも一部が断熱反応ゾーンから活性化ゾーンに移送され得、および／または第２の粒状材料（例えば使用済み触媒材料）の少なくとも一部が非断熱反応ゾーンから活性化ゾーンに移送され得る。好ましくは、活性化ゾーン内で、使用済み触媒材料は触媒材料の偶発的加熱によってのみ活性化される（すなわち堆積したコークス材料が使用済み触媒材料から増加的に除去される）。活性化ゾーン内で、使用済み触媒材料は活性化および再加熱されてもよい。好ましくは、非断熱反応ゾーンが流動床反応器、循環流動床反応器、または循環沈降床反応器である場合、第２の粒状材料は、活性化と再加熱が発生し得る活性化ゾーンに移送される。
断熱反応ゾーンおよび／または非断熱反応ゾーンで反応が発生すると、コークス材料が粒状材料（例えば第１の粒状材料、第２の粒状材料）の表面、特に触媒材料の表面に形成し、これが触媒材料の活性を低減させ得る。付加的にまたは代替的に、粒状材料（例えば第１の粒状材料、第２の粒状材料）は反応発生時に冷却し得る。
ｉ 活性化ゾーン
様々な態様において、粒状材料は反応ゾーン（例えば断熱反応ゾーン、非断熱反応ゾーン）を通過および出てもよい。反応ゾーン（例えば断熱反応ゾーン、非断熱反応ゾーン）を出る触媒材料は「使用済み触媒材料」と呼ばれる。この使用済み触媒材料は、個々の粒子がシステム内での総老化、最後の再生からの経過時間、および／または活性化ゾーン内での時間と相対的な反応ゾーン内での滞留時間の比率が異なる可能性があることから、粒子の混合が必ずしも均一であるとは限らない。
このように、第１の粒状材料（例えば使用済み触媒材料）の少なくとも一部が断熱反応ゾーンから活性化ゾーンに移送され得、および／または第２の粒状材料（例えば使用済み触媒材料）の少なくとも一部が非断熱反応ゾーンから活性化ゾーンに移送され得る。好ましくは、活性化ゾーン内で、使用済み触媒材料は触媒材料の偶発的加熱によってのみ活性化される（すなわち堆積したコークス材料が使用済み触媒材料から増加的に除去される）。活性化ゾーン内で、使用済み触媒材料は活性化および再加熱されてもよい。好ましくは、非断熱反応ゾーンが流動床反応器、循環流動床反応器、または循環沈降床反応器である場合、第２の粒状材料は、活性化と再加熱が発生し得る活性化ゾーンに移送される。
第１および／または第２の粒状材料（例えば使用済み触媒材料）の活性化ゾーンへの移送は、第１および／または第２の粒状材料が断熱反応ゾーンおよび／または非断熱反応ゾーンを出た後で炭化水素を剥離および／または分離された後に発生し得る。活性化ゾーンは１つまたは複数の加熱装置を含み得、例として直接接触、加熱コイル、および／または燃焼管が挙げられるがこれらに限定されない。付加的にまたは代替的に、複数の活性化ゾーン（例えば２つの活性化ゾーン、３つの活性化ゾーン、４つの活性化ゾーンなど）が存在し得る。
様々な態様において、活性化ゾーン内で、第１および／または第２の粒状材料（例えば使用済み触媒材料）は水素の流れと接触して触媒材料表面に増加的に堆積したコークス材料の少なくとも一部を除去する結果、活性化された触媒材料および揮発性炭化水素（例としてメタンが挙げられるがこれに限定されない）を形成し得る。本明細書で使用されるとき、「増加的に堆積した」コークス材料は、触媒材料が断熱反応ゾーンおよび／または非断熱反応ゾーンを通過する都度、触媒材料表面に堆積するコークス材料の量を指し、これは触媒材料が断熱反応ゾーンおよび／または非断熱反応ゾーンを複数回通過する過程で触媒材料表面に堆積するコークス材料の累積量とは対照的である。好ましくは、水素の流れは、触媒材料を損傷および／または活性を低減させ得る酸素を実質的に含まない。活性化された触媒材料はその後、少なくとも１つの断熱反応ゾーンおよび／または少なくとも１つの非断熱反応ゾーンに戻され得る。
様々な態様において、活性化ゾーン内で、第１および／または第２の粒状材料（例えば使用済み触媒材料）は水素の流れと接触して触媒材料表面に増加的に堆積したコークス材料の少なくとも一部を除去する結果、活性化された触媒材料および揮発性炭化水素（例としてメタンが挙げられるがこれに限定されない）を形成し得る。本明細書で使用されるとき、「増加的に堆積した」コークス材料は、触媒材料が断熱反応ゾーンおよび／または非断熱反応ゾーンを通過する都度、触媒材料表面に堆積するコークス材料の量を指し、これは触媒材料が断熱反応ゾーンおよび／または非断熱反応ゾーンを複数回通過する過程で触媒材料表面に堆積するコークス材料の累積量とは対照的である。好ましくは、水素の流れは、触媒材料を損傷および／または活性を低減させ得る酸素を実質的に含まない。活性化された触媒材料はその後、少なくとも１つの断熱反応ゾーンおよび／または少なくとも１つの非断熱反応ゾーンに戻され得る。
活性化ゾーン（すなわち粒状材料が曝露される温度）は、約４００℃以上、約４５０℃以上、約５００℃以上、約５５０℃以上、約６００℃以上、６５０℃以上、約７００℃以上、７５０℃以上、または約８００℃以上の温度で操作され得る。付加的にまたは代替的に、活性化ゾーンは、約４００℃以下、約４５０℃以下、約５００℃以下、約５５０℃以下、約６００℃以下、６５０℃以下、約７００℃以下、７５０℃以下、約８００℃以下、または８５０℃以下の温度で操作され得る。明示的に開示される温度範囲は上に挙げた値のいずれかの組み合わせ、例えば約４００℃〜約６００℃、約４５０℃〜約８５０℃、約５００℃〜約８００℃などを含む。好ましくは、活性化ゾーンは、約４００℃〜約８００℃、より好ましくは約６００℃〜約７５０℃、より好ましくは約５５０℃〜約８００℃、より好ましくは約５５０℃〜約７００℃の温度範囲で操作され得る。
付加的にまたは代替的に、活性化ゾーンは、約１．０ｐｓｉａ以上、約５．０ｐｓｉａ以上、約２５．０ｐｓｉａ以上、約５０．０ｐｓｉａ以上、約７５．０ｐｓｉａ以上、約１００．０ｐｓｉａ以上、約１２５．０ｐｓｉａ以上、約１５０．０ｐｓｉａ以上、約１７５．０ｐｓｉａ以上、約２００．０ｐｓｉａ以上、約２２５．０ｐｓｉａ以上、約２５０．０ｐｓｉａ以上、約２７５．０ｐｓｉａ以上、または約３００．０ｐｓｉａ以上の圧力で操作され得る。付加的にまたは代替的に、活性化ゾーンは、約１．０ｐｓｉａ以下、約５．０ｐｓｉａ以下、約２５．０ｐｓｉａ以下、約５０．０ｐｓｉａ以下、約７５．０ｐｓｉａ以下、約１００．０ｐｓｉａ以下、約１２５．０ｐｓｉａ以下、約１５０．０ｐｓｉａ以下、約１７５．０ｐｓｉａ以下、約２００．０ｐｓｉａ以下、約２２５．０ｐｓｉａ以下、約２５０．０ｐｓｉａ以下、約２７５．０ｐｓｉａ以下、または約３００．０ｐｓｉａ以下の圧力で操作され得る。明示的に開示される圧力範囲は上に挙げた値のいずれかの組み合わせ、例えば約１．０ｐｓｉａ〜約３００．０ｐｓｉａ、約５．０ｐｓｉａ〜約２７５．０ｐｓｉａ、約２５．０ｐｓｉａ〜約２５０．０ｐｓｉａなどを含む。特に、活性化ゾーンは約１ｐｓｉａ〜約３００ｐｓｉａ、より好ましくは約５ｐｓｉａ〜約２５０ｐｓｉａ、より好ましくは約２５ｐｓｉａ〜約２５０ｐｓｉａの範囲の圧力で操作され得る。
好ましくは、増加的に堆積したコークス材料が活性化ゾーン内で触媒材料から除去される量は、約１．０質量％以上、約５．０質量％以上、約１０．０質量％以上、約１５．０質量％以上、約２０．０質量％以上、約２５．０質量％以上、約３０．０質量％以上、約３５．０質量％以上、約４０．０質量％以上、約４５．０質量％以上、約５０．０質量％以上、約５５．０質量％以上、約６０．０質量％以上、約６５．０質量％以上、約７０．０質量％以上、約７５．０質量％以上、約８０．０質量％以上、約８５．０質量％以上、約９０．０質量％以上、約９５．０質量％以上、または約１００．０質量％であってもよい。好ましくは、増加的に堆積したコークス材料のうち少なくとも約１０質量％、少なくとも約２０質量％、少なくとも約５０質量％、少なくとも約７０質量％、または少なくとも約９０質量％が触媒材料から除去される。付加的にまたは代替的に、増加的に堆積したコークス材料が触媒材料から除去される量は、約１．０質量％以下、約５．０質量％以下、約１０．０質量％以下、約１５．０質量％以下、約２０．０質量％以下、約２５．０質量％以下、約３０．０質量％以下、約３５．０質量％以下、約４０．０質量％以下、約４５．０質量％以下、約５０．０質量％以下、約５５．０質量％以下、約６０．０質量％以下、約６５．０質量％以下、約７０．０質量％以下、約７５．０質量％以下、約８０．０質量％以下、約８５．０質量％以下、約９０．０質量％以下、約９５．０質量％以下、または約１００．０質量％であってもよい。明示的に開示される範囲は上に挙げた値のいずれかの組み合わせ、例えば約１．０質量％〜約１００．０質量％、約５．０質量％〜約９５．０質量％、約１０．０質量％〜約９０．０質量％、約３０．０質量％〜約９０．０質量％などを含む。好ましくは、増加的に堆積したコークス材料のうち約１．０質量％〜約１００．０質量％、より好ましくは約１０．０質量％〜約１００．０質量％、より好ましくは約６０．０質量％〜約１００．０質量％、より好ましくは約９０．０質量％〜約１００．０質量％の量が触媒材料から除去される。
様々な態様において、活性化後の触媒材料の温度は、約４００℃以上、約４５０℃以上、約５００℃以上、約５５０℃以上、約６００℃以上、６５０℃以上、約７００℃以上、７５０℃以上、または約８００℃以上であってもよい。付加的にまたは代替的に、活性化後の触媒材料の温度は、約４００℃以下、約４５０℃以下、約５００℃以下、約５５０℃以下、約６００℃以下、６５０℃以下、約７００℃以下、７５０℃以下、約８００℃以下、または約８５０℃以下であってもよい。明示的に開示される温度範囲は上に挙げた値のいずれかの組み合わせ、例えば約４００℃〜約８００℃、約４５０℃〜約８５０℃、約５００℃〜約８００℃などを含む。好ましくは、活性化後の触媒材料の温度は、約４００℃〜約７００℃、より好ましくは約５００℃〜約７５０℃、より好ましくは約５５０℃〜約７００℃の範囲であってもよい。
一実施形態において、活性化ゾーンは、燃焼箱（または炉）内に配置された複数の流体床管を含み得る。燃焼箱は放射部、遮蔽物、および対流部を含み得る。Ｈ2、ＣＯ、軽質炭化水素（Ｃ1−Ｃ4）、液体炭化水素（Ｃ5−Ｃ25）および／または重液炭化水素（Ｃ25+）および空気を含み得る燃料は、１つまたは複数のバーナーに導入され、燃焼され得る。燃焼箱内で生成された放射熱はその後、管の壁に伝達される結果、循環中の粒状材料（例えば使用済み触媒材料）の加熱に必要な熱を提供し得る。対流部は気体の予熱および／または水蒸気の発生に使用され得る。燃焼箱は頂部または底部のいずれかから燃焼され得る。排煙は、複数の流体床管内を循環する粒状材料（例えば使用済み触媒材料）の流動方向に対して並流または向流いずれかの方向に流れ得る。付加的に、複数の流体床管内を循環する粒状材料（例えば使用済み触媒材料）の浮揚および流動化のために水素ガスが使用され得る。水素ガスは、粒状材料（例えば使用済み触媒材料）の流動方向に対して並流または向流いずれかの方向に流れ得る。
別の一実施形態において、活性化ゾーンは、筐体内に配置された複数の流体床管を含み得、管は、炉、ガスタービン、または触媒燃焼からの燃焼生成物である高温ガスによって対流加熱されるよう、高温の燃焼ガスと接触され得る。対流加熱を使用すると、粒状材料が曝露される先の膜温度が低下する結果、過熱に起因する触媒損傷の潜在性を低減し得る。高温燃焼ガスは、複数の流体床管内を循環する粒状材料（例えば使用済み触媒材料）の流動方向に対して並流または向流いずれかの方向に流れ得る。付加的に、複数の流体床管内を循環する粒状材料（例えば使用済み触媒材料）の浮揚および流動化のために水素ガスが使用され得る。水素ガスは、粒状材料（例えば使用済み触媒材料）の流動方向に対して並流または向流いずれかの方向に流れ得る。
別の一実施形態において、活性化ゾーンは、筐体内に配置された複数の流体床管を含み得、管は、炉、ガスタービン、または触媒燃焼からの燃焼生成物である高温ガスによって対流加熱されるよう、高温の燃焼ガスと接触され得る。対流加熱を使用すると、粒状材料が曝露される先の膜温度が低下する結果、過熱に起因する触媒損傷の潜在性を低減し得る。高温燃焼ガスは、複数の流体床管内を循環する粒状材料（例えば使用済み触媒材料）の流動方向に対して並流または向流いずれかの方向に流れ得る。付加的に、複数の流体床管内を循環する粒状材料（例えば使用済み触媒材料）の浮揚および流動化のために水素ガスが使用され得る。水素ガスは、粒状材料（例えば使用済み触媒材料）の流動方向に対して並流または向流いずれかの方向に流れ得る。
別の一実施形態において、活性化ゾーンは、複数の燃焼管またはコイルを備える流体床を含み得る。個々のコイルまたは燃焼管は個別にまたは共通に燃料および空気と一緒に燃焼されて放射熱を提供し得、放射熱は壁経由で流体床に伝達され得る。このように、流体床内を循環する粒状材料（例えば使用済み触媒材料）は、流体床の伝熱特性によって再加熱され得る。流体床内を循環する循環する粒状材料（例えば使用済み触媒材料）は、燃焼管内の気体の流動方向に対して並流または向流いずれかの方向に流れ得る。付加的に、各燃焼管内の排煙は再加熱ゾーンを出て、対流箱に配管接続され得る共通の加熱器に接続され、その後、原料の加熱、再加熱ゾーン内での予熱（例えば水素の流れの予熱）、および水蒸気の発生に使用され得る。コイルは、炉、ガスタービン、または触媒燃焼からの燃焼生成物である高温ガスによって管が対流加熱されるように高温の燃焼ガスを含有し得、代替的にコイルは炉など別の場所で既に加熱された伝熱媒体（例えば溶融または蒸発した金属または塩）を含有し得る。
活性化ゾーン内の様式は、
１ 気泡様式（表面気体速度が最小気泡発生速度より高いが、最小スラッギング速度より未満である）、
２ スラッギング様式（表面気体速度が最小スラッギング速度より高いが、スチュワート基準などスラッギング発生基準内の管の直径および長さでの乱流流動化移行速度未満である（Kunii, D., Levenspiel, O., Chapter 3 of Fluidization Engineering, 2nd Edition, Butterworth-Heinemann, Boston, 1991およびWalas, S.M., Chapter 6 of Chemical Process Equipment, Revised 2nd Edition, Butterworth-Heinemann, Boston, 2010に記載のとおり））、
３ 乱流流動化移行様式（表面気体速度が乱流流動化移行速度より高いが、高速流動化速度未満である）、または
４ 高速流動化様式（表面気体速度が高速流動化速度より高い）
であってもよい。
好ましくは、活性化ゾーンは様式１または２で操作される結果、流体床内での水素の使用を最小化し、コークス除去のための触媒材料滞留時間を最大化し、および／または伝熱特性を改善し得る。
１ 気泡様式（表面気体速度が最小気泡発生速度より高いが、最小スラッギング速度より未満である）、
２ スラッギング様式（表面気体速度が最小スラッギング速度より高いが、スチュワート基準などスラッギング発生基準内の管の直径および長さでの乱流流動化移行速度未満である（Kunii, D., Levenspiel, O., Chapter 3 of Fluidization Engineering, 2nd Edition, Butterworth-Heinemann, Boston, 1991およびWalas, S.M., Chapter 6 of Chemical Process Equipment, Revised 2nd Edition, Butterworth-Heinemann, Boston, 2010に記載のとおり））、
３ 乱流流動化移行様式（表面気体速度が乱流流動化移行速度より高いが、高速流動化速度未満である）、または
４ 高速流動化様式（表面気体速度が高速流動化速度より高い）
であってもよい。
好ましくは、活性化ゾーンは様式１または２で操作される結果、流体床内での水素の使用を最小化し、コークス除去のための触媒材料滞留時間を最大化し、および／または伝熱特性を改善し得る。
別の一実施形態において、活性化ゾーン内で、粒状材料（例えば使用済み触媒材料）は、流体床管内での加熱または燃焼管またはコイルによる加熱とは対照的に、炉など別の装置内で既に加熱され、コークス除去に効果的となり得る高温ガス（すなわちＨ2）または少なくとも付加的なコークス堆積という結果に至らない高温ガス（例えばメタン）の流れと直接接触によって再加熱され得る。
付加的にまたは代替的に、活性化後の触媒材料は、サイクロンなど、ただしこれに限らず、任意の適切な手段によって、活性化ゾーンの内部または外部で１回または複数の分離ステップにおいて水素ガスおよび／または揮発性炭化水素から分離され得る。
付加的にまたは代替的に、少なくとも１つの断熱反応ゾーンおよび／または少なくとも１つの非断熱反応ゾーンに進入する前に、少なくとも１つの断熱反応ゾーン、少なくとも１つの非断熱反応ゾーン、および／または活性化ゾーンに、新しい粒状材料が直接提供され得る。
ｉｉ 再加熱間隔
様々な態様において、粒状材料が反応ゾーン（例えば断熱反応ゾーン、非断熱反応ゾーン）を通過しない場合、粒状材料は反応ゾーン内に残留し得る。特に、第２の粒状材料は非断熱反応ゾーン（例えば環式固定床反応器）内に残留し、冷却、すなわち温度が低下し得る。
付加的にまたは代替的に、活性化後の触媒材料は、サイクロンなど、ただしこれに限らず、任意の適切な手段によって、活性化ゾーンの内部または外部で１回または複数の分離ステップにおいて水素ガスおよび／または揮発性炭化水素から分離され得る。
付加的にまたは代替的に、少なくとも１つの断熱反応ゾーンおよび／または少なくとも１つの非断熱反応ゾーンに進入する前に、少なくとも１つの断熱反応ゾーン、少なくとも１つの非断熱反応ゾーン、および／または活性化ゾーンに、新しい粒状材料が直接提供され得る。
ｉｉ 再加熱間隔
様々な態様において、粒状材料が反応ゾーン（例えば断熱反応ゾーン、非断熱反応ゾーン）を通過しない場合、粒状材料は反応ゾーン内に残留し得る。特に、第２の粒状材料は非断熱反応ゾーン（例えば環式固定床反応器）内に残留し、冷却、すなわち温度が低下し得る。
好ましくは、第１の溶出物は、非断熱反応ゾーン内の温度が約３００℃以下、約３２５℃以下、約３５０℃以下、約３７５℃以下、約４００℃以下、約４２５℃以下、約４５０℃以下、約４７５℃以下、約５００℃以下、約５２５℃以下、約５５０℃以下、約５７５℃以下、約６００℃以下、約６５０℃以下、または約６７５℃以下になるまで、非断熱反応ゾーン内で第２の粒状材料と接触する。明示的に開示される温度範囲は上に挙げた値のいずれかの組み合わせ、例えば約３００℃〜約６７５℃、約４００℃〜約６００℃、約４２５℃〜約５７５℃などを含む。好ましくは、反応は、非断熱反応ゾーン内の温度が約４００℃未満、約４５０℃未満、約４７５℃未満、約５００℃未満、約５５０℃未満、約５７５℃未満、または約６００℃未満に低下するまで実行され得る。
付加的にまたは代替的に、第１の溶出物は非断熱反応ゾーン内で第２の粒状材料と約１分以上、約２分以上、約３分以上、約４分以上、約５分以上、約６分以上、約７分以上、約８分以上、約９分以上、約１０分以上、約１５分以上、約２０分以上、約２５分以上、約３０分以上、約３５分以上、約４０分以上、約４５分以上、約５０分以上、約５５分以上、約６０分以上、約６５分以上、約７０分以上、約７５分以上、約８０分以上、約８５分以上、約９０分以上、約９５分以上、約１００分以上、約１１０分以上、または約１２０分以上接触する。付加的にまたは代替的に、反応間隔の持続時間は約１分以下、約２分以下、約３分以下、約４分以下、約５分以下、約６分以下、約７分以下、約８分以下、約９分以下、約１０分以下、約１５分以下、約２０分以下、約２５分以下、約３０分以下、約３５分以下、約４０分以下、約４５分以下、約５０分以下、約５５分以下、約６０分以下、約６５分以下、約７０分以下、約７５分以下、約８０分以下、約８５分以下、約９０分以下、約９５分以下、約１００分以下、約１１０分以下、または約１２０分以下であってもよい。明示的に開示される範囲は上に挙げた値のいずれかの組み合わせ、例えば約１分〜約１２０分、約１分〜約９０分、約４分〜約８０分、約１０分〜約７５分などを含む。好ましくは、第１の溶出物が非断熱反応ゾーン内で第２の粒状材料と接触する持続時間の範囲は約１分〜約１２０分、より好ましくは約１分〜約９０分、より好ましくは約１分〜約６０分、より好ましくは約１分〜約４０分、より好ましくは約１分〜約１５分、より好ましくは約１分〜約１０分、より好ましくは約２分〜約８分である。特に、第１の溶出物は非断熱反応ゾーン内で（ｉ）非断熱反応ゾーン内の温度が約５５０℃未満に低下するまで、および／または（ｉｉ）約１分〜約９０分にわたり、第２の粒状材料と接触する。
このように、該方法はさらに、少なくとも１つの非断熱反応ゾーン（例えば環式固定床反応器）に至る第１の溶出物が循環的に遮断され、再加熱ガスが少なくとも１つの非断熱反応ゾーンに提供されて第２の粒状材料を再加熱する再加熱間隔をも含み得る。再加熱ガスは不活性物質（例えばＮ2、ＣＯなど）および／またはメタンを含み得る。様々な態様において、再加熱ガスは不活性物質を含み、非断熱反応ゾーン（例えば環式固定床反応器）に供給されて第２の粒状材料を再加熱し得る。適切な持続時間経過後、再加熱ガスは非断熱反応ゾーンの出口から出てもよい。
様々な態様において、再加熱ガスは第１の溶出物の流動方向に対して並流または向流いずれかの方向に流れ得る。例えば、第１の溶出物が反応間隔中に非断熱反応ゾーンの頂部に進入する場合、再加熱間隔中に再加熱ガスも非断熱反応ゾーンの頂部に進入する結果、第１の溶出物の流動方向に対して並流方向に流れ得る。付加的にまたは代替的に、第１の溶出物が非断熱反応ゾーンの頂部に進入する場合、再加熱間隔中に再加熱ガスが非断熱反応ゾーンの底部に進入する結果、第１の溶出物の流動方向に対して向流方向に流れ得る。好ましくは、非断熱反応ゾーンが環式固定床である場合、再加熱ガスは第１の溶出物の流動方向に対して向流方向に流れ、および／または非断熱反応ゾーン内で逆の温度プロファイルが達成され得る。
様々な態様において、再加熱ガスは第１の溶出物の流動方向に対して並流または向流いずれかの方向に流れ得る。例えば、第１の溶出物が反応間隔中に非断熱反応ゾーンの頂部に進入する場合、再加熱間隔中に再加熱ガスも非断熱反応ゾーンの頂部に進入する結果、第１の溶出物の流動方向に対して並流方向に流れ得る。付加的にまたは代替的に、第１の溶出物が非断熱反応ゾーンの頂部に進入する場合、再加熱間隔中に再加熱ガスが非断熱反応ゾーンの底部に進入する結果、第１の溶出物の流動方向に対して向流方向に流れ得る。好ましくは、非断熱反応ゾーンが環式固定床である場合、再加熱ガスは第１の溶出物の流動方向に対して向流方向に流れ、および／または非断熱反応ゾーン内で逆の温度プロファイルが達成され得る。
好ましくは、再加熱間隔の持続時間は約１分以上、約５分以上、約１０分以上、約１５分以上、約２０分以上、約２５分以上、約３０分以上、約３５分以上、約４０分以上、約４５分以上、約５０分以上、約５５分以上、約６０分以上、約６５分以上、約７０分以上、約７５分以上、約８０分以上、約８５分以上、約９０分以上、約９５分以上、約１００分以上、約１１０分以上、または約１２０分以上であってもよい。付加的にまたは代替的に、再加熱間隔の持続時間は約１分以下、約５分以下、約１０分以下、約１５分以下、約２０分以下、約２５分以下、約３０分以下、約３５分以下、約４０分以下、約４５分以下、約５０分以下、約５５分以下、約６０分以下、約６５分以下、約７０分以下、約７５分以下、約８０分以下、約８５分以下、約９０分以下、約９５分以下、約１００分以下、約１１０分以下、または約１２０分以下であってもよい。明示的に開示される範囲は上に挙げた値のいずれかの組み合わせ、例えば約１分〜約１２０分、約１分〜約９０分、約４分〜約８０分、約１０分〜約７５分などを含む。好ましくは、反応間隔の持続時間の範囲は約１分〜約１２０分、より好ましくは約１分〜約９０分、より好ましくは約１分〜約６０分、より好ましくは約５分〜約４０分であってもよい。好ましくは、再加熱間隔の持続時間は反応間隔の持続時間より短く、より好ましくは再加熱間隔の持続時間は反応間隔の持続時間の半分未満である。
ｉｉｉ 活性化間隔
さらに、コークス材料が粒状材料（例えば第１の粒状材料、第２の粒状材料）の表面、特に触媒材料の表面に形成し、これが触媒材料の活性を低減させ得る。反応間隔終盤においてこの触媒材料がコークス形成を伴う状態および／または温度が低下した状態は「使用済み触媒材料」と呼ばれる。
このように、該方法はさらに、少なくとも１つの断熱反応ゾーンに至る原料が循環的に遮断され、および／または少なくとも１つの非断熱反応ゾーン（例えば環式固定床、燃焼管反応器、対流加熱管反応器）に至る第１の溶出物が循環的に遮断され、活性化ガスが少なくとも１つの断熱反応ゾーンおよび／または少なくとも１つの非断熱反応ゾーンに提供されて粒状材料（例えば第１の粒状材料、第２の粒状材料）を活性化し得る活性化間隔をも含み得る。活性化ガスは水素を含み得、また活性化ガスは第１および／または第２の粒状材料（例えば使用済み触媒材料）と接触して触媒材料表面に増加的に堆積したコークス材料の少なくとも一部を除去する結果、活性化された触媒材料および揮発性炭化水素（例としてメタンが挙げられるがこれに限定されない）を形成し得る。好ましくは、水素を含む活性化ガスは、触媒材料を損傷および／または活性を低減させ得る酸素を実質的に含まない。適切な持続時間経過後、活性化ガスは、揮発性炭化水素を伴ってもよく、断熱反応ゾーンおよび／または非断熱反応ゾーンの出口から出てもよい。
さらに、コークス材料が粒状材料（例えば第１の粒状材料、第２の粒状材料）の表面、特に触媒材料の表面に形成し、これが触媒材料の活性を低減させ得る。反応間隔終盤においてこの触媒材料がコークス形成を伴う状態および／または温度が低下した状態は「使用済み触媒材料」と呼ばれる。
このように、該方法はさらに、少なくとも１つの断熱反応ゾーンに至る原料が循環的に遮断され、および／または少なくとも１つの非断熱反応ゾーン（例えば環式固定床、燃焼管反応器、対流加熱管反応器）に至る第１の溶出物が循環的に遮断され、活性化ガスが少なくとも１つの断熱反応ゾーンおよび／または少なくとも１つの非断熱反応ゾーンに提供されて粒状材料（例えば第１の粒状材料、第２の粒状材料）を活性化し得る活性化間隔をも含み得る。活性化ガスは水素を含み得、また活性化ガスは第１および／または第２の粒状材料（例えば使用済み触媒材料）と接触して触媒材料表面に増加的に堆積したコークス材料の少なくとも一部を除去する結果、活性化された触媒材料および揮発性炭化水素（例としてメタンが挙げられるがこれに限定されない）を形成し得る。好ましくは、水素を含む活性化ガスは、触媒材料を損傷および／または活性を低減させ得る酸素を実質的に含まない。適切な持続時間経過後、活性化ガスは、揮発性炭化水素を伴ってもよく、断熱反応ゾーンおよび／または非断熱反応ゾーンの出口から出てもよい。
特に、少なくとも１つの断熱反応ゾーンに至る原料が循環的に遮断され、および／または少なくとも１つの非断熱反応ゾーンに至る第１の溶出物が循環的に遮断され、水素を含む活性化ガスが少なくとも１つの断熱反応ゾーンおよび／または少なくとも１つの非断熱反応ゾーンに提供され得る。水素を含む活性化ガスは粒状材料（例えば第１の粒状材料、第２の粒状材料）と接触して触媒材料表面に増加的に堆積したコークス材料の少なくとも一部を除去する結果、活性化された触媒材料および揮発性炭化水素を形成し得る。
様々な態様において、活性化ガスは原料および／または第１の溶出物の流動方向に対して並流または向流いずれかの方向に流れ得る。例えば、原料が反応間隔中に断熱反応ゾーンの頂部に進入する場合、活性化間隔中に活性化ガスも断熱反応ゾーンの頂部に進入する結果、原料の流動方向に対して並流方向に流れ得る。付加的にまたは代替的に、原料が断熱反応ゾーンの頂部に進入する場合、活性化間隔中に活性化ガスが断熱反応ゾーンの底部に進入する結果、原料の流動方向に対して向流方向に流れ得る。好ましくは、非断熱反応ゾーンが環式固定床である場合、活性化ガスは第１の溶出物の流動方向に対して向流方向に流れる。好ましくは、非断熱反応ゾーンが燃焼管反応器または対流加熱管反応器である場合、活性化ガスは原料および／または第１の溶出物の流動方向に対して並流方向に流れる。好ましくは、断熱反応ゾーン内で逆の温度プロファイルが達成され得る。
好ましくは、増加的に堆積したコークス材料が活性化間隔中に触媒材料から除去される量は、約１．０質量％以上、約５．０質量％以上、約１０．０質量％以上、約１５．０質量％以上、約２０．０質量％以上、約２５．０質量％以上、約３０．０質量％以上、約３５．０質量％以上、約４０．０質量％以上、約４５．０質量％以上、約５０．０質量％以上、約５５．０質量％以上、約６０．０質量％以上、約６５．０質量％以上、約７０．０質量％以上、約７５．０質量％以上、約８０．０質量％以上、約８５．０質量％以上、約９０．０質量％以上、約９５．０質量％以上、約９９．０質量％以上、または約１００．０質量％であってもよい。好ましくは、増加的に堆積したコークス材料のうち少なくとも約１０．０質量％、より好ましくは少なくとも約９０．０質量％、より好ましくは少なくとも約９５．０質量、より好ましくは少なくとも約９９．０質量％が触媒材料から除去される。付加的にまたは代替的に、増加的に堆積したコークス材料が触媒材料から除去される量は、約１．０質量％以下、約５．０質量％以下、約１０．０質量％以下、約１５．０質量％以下、約２０．０質量％以下、約２５．０質量％以下、約３０．０質量％以下、約３５．０質量％以下、約４０．０質量％以下、約４５．０質量％以下、約５０．０質量％以下、約５５．０質量％以下、約６０．０質量％以下、約６５．０質量％以下、約７０．０質量％以下、約７５．０質量％以下、約８０．０質量％以下、約８５．０質量％以下、約９０．０質量％以下、約９５．０質量％以下、約９９．０質量％以下、または約１００．０質量％であってもよい。明示的に開示される範囲は上に挙げた値のいずれかの組み合わせ、例えば約１．０質量％〜約１００．０質量％、約５．０質量％〜約９５．０質量％、約１０．０質量％〜約９０．０質量％、約３０．０質量％〜約９０．０質量％などを含む。好ましくは、増加的に堆積したコークス材料のうち約１．０質量％〜約１００．０質量％、より好ましくは約１０．０質量％〜約１００．０質量％、より好ましくは約９０．０質量％〜約１００．０質量％、より好ましくは約９５．０質量％〜約１００．０質量％が触媒材料から除去される。
活性化間隔の持続時間は、９０分以下、６０分以下、３０分以下、１０分以下、５分以下、１分以下、または１０秒以下であってもよい。活性化は有利には、指定される転化方法の開始後、１０分以上、例えば３０分以上、２時間以上、５時間以上、２４時間以上、２日以上、５日以上、２０日以上経過後に実行され得る。
約４００℃以上、約４５０℃以上、約５００℃以上、約５５０℃以上、約６００℃以上、６５０℃以上、約７００℃以上、７５０℃以上、約８００℃以上、８５０℃以上、または約９００℃以上の温度にて、再加熱ガスが非断熱反応ゾーンに進入し得、および／または活性化ガスが断熱反応ゾーンおよび／または非断熱反応ゾーンに進入し得る。付加的にまたは代替的に、再加熱間隔および／または活性化間隔は上述の温度条件で運用され得る。好ましくは、約６００℃以上の温度にて、再加熱ガスが非断熱反応ゾーンに進入し得、および／または活性化ガスが断熱反応ゾーンおよび／または非断熱反応ゾーンに進入し得る。付加的にまたは代替的に、約４００℃以下、約４５０℃以下、約５００℃以下、約５５０℃以下、約６００℃以下、６５０℃以下、約７００℃以下、７５０℃以下、約８００℃以下、８５０℃以下、または約９００℃以下の温度にて、再加熱ガスが非断熱反応ゾーンに進入し得、および／または活性化ガスが断熱反応ゾーンおよび／または非断熱反応ゾーンに進入し得る。明示的に開示される温度範囲は上に挙げた値のいずれかの組み合わせ、例えば約４００℃〜約９００℃、約４５０℃〜約８５０℃、約５００℃〜約８００℃などを含む。好ましくは、約４００℃〜約８００℃、より好ましくは約６００℃〜約８００℃、より好ましくは約６２５℃〜約７００℃、より好ましくは約５５０℃〜約７５０℃の温度範囲にて、再加熱ガスが非断熱反応ゾーンに進入し得、および／または活性化ガスが断熱反応ゾーンおよび／または非断熱反応ゾーンに進入し得る。
付加的にまたは代替的に、約１．０ｐｓｉａ以上、約５．０ｐｓｉａ以上、約２５．０ｐｓｉａ以上、約５０．０ｐｓｉａ以上、約７５．０ｐｓｉａ以上、約１００．０ｐｓｉａ以上、約１２５．０ｐｓｉａ以上、約１５０．０ｐｓｉａ以上、約１７５．０ｐｓｉａ以上、約２００．０ｐｓｉａ以上、約２２５．０ｐｓｉａ以上、約２５０．０ｐｓｉａ以上、約２７５．０ｐｓｉａ以上、約３００．０ｐｓｉａ以上、約３２５．０ｐｓｉａ以上、または約３５０．０ｐｓｉａ以上の圧力にて、再加熱ガスが非断熱反応ゾーンに進入し得、および／または活性化ガスが断熱反応ゾーンおよび／または非断熱反応ゾーンに進入し得る。付加的にまたは代替的に、再加熱間隔および／または活性化間隔は上述の圧力条件で運用され得る。好ましくは、約１００．０ｐｓｉａ以上の圧力にて、再加熱ガスが非断熱反応ゾーンに進入し得、および／または活性化ガスが断熱反応ゾーンおよび／または非断熱反応ゾーンに進入し得る。付加的にまたは代替的に、約１．０ｐｓｉａ以下、約５．０ｐｓｉａ以下、約２５．０ｐｓｉａ以下、約５０．０ｐｓｉａ以下、約７５．０ｐｓｉａ以下、約１００．０ｐｓｉａ以下、約１２５．０ｐｓｉａ以下、約１５０．０ｐｓｉａ以下、約１７５．０ｐｓｉａ以下、約２００．０ｐｓｉａ以下、約２２５．０ｐｓｉａ以下、約２５０．０ｐｓｉａ以下、約２７５．０ｐｓｉａ以下、約３００．０ｐｓｉａ以下、約３２５．０ｐｓｉａ以下、または約３５０．０ｐｓｉａ以下の圧力にて、再加熱ガスが非断熱反応ゾーンに進入し得、および／または活性化ガスが断熱反応ゾーンおよび／または非断熱反応ゾーンに進入し得る。明示的に開示される圧力範囲は上に挙げた値のいずれかの組み合わせ、例えば約１．０ｐｓｉａ〜約３５０．０ｐｓｉａ、約５．０ｐｓｉａ〜約２７５．０ｐｓｉａ、約２５．０ｐｓｉａ〜約２５０．０ｐｓｉａなどを含む。特に、約１ｐｓｉａ〜約３００ｐｓｉａ、より好ましくは約５ｐｓｉａ〜約２５０ｐｓｉａ、より好ましくは約２５ｐｓｉａ〜約２５０ｐｓｉａの圧力範囲にて、再加熱ガスが非断熱反応ゾーンに進入し得、および／または活性化ガスが断熱反応ゾーンおよび／または非断熱反応ゾーンに進入し得る。
様々な態様において、再加熱後および／または活性化後の触媒材料の温度は、約４００℃以上、約４５０℃以上、約５００℃以上、約５５０℃以上、約６００℃以上、６５０℃以上、約７００℃以上、７５０℃以上、約８００℃以上、８５０℃以上、または約９００℃以上であってもよい。付加的にまたは代替的に、活性化後の触媒材料の温度は、約４００℃以下、約４５０℃以下、約５００℃以下、約５５０℃以下、約６００℃以下、６５０℃以下、約７００℃以下、７５０℃以下、約８００℃以下、８５０℃以下、または約９００℃以下であってもよい。明示的に開示される温度範囲は上に挙げた値のいずれかの組み合わせ、例えば約４００℃〜約９００℃、約４５０℃〜約８５０℃、約５００℃〜約８００℃などを含む。好ましくは、活性化後の触媒材料の温度は、約４００℃〜約８００℃、より好ましくは約６００℃〜約８００℃、より好ましくは約５５０℃〜約７５０℃の範囲であってもよい。
様々な態様において、再加熱ガスおよび／または活性化ガスは、燃焼加熱器など、ただしこれに限らず、適切な装置（例えば活性化装置）によって提供される。例えば、装置内で、再加熱ガスは反応ゾーンに再加熱ガスを提供する前に、上述の適切な温度まで加熱され得る。付加的にまたは代替的に、非断熱反応ゾーンを出る再加熱ガスは装置に戻され、上述の適切な温度まで再加熱された後、非断熱反応に提供されてもよい。装置は断熱反応ゾーンに原料が進入する前に、水蒸気を発生および／または原料を加熱してもよい。
付加的にまたは代替的に、活性化後の触媒材料は、サイクロンなど、ただしこれに限らず、任意の適切な手段によって、活性化ゾーンの内部または外部で１回または複数の分離ステップにおいて再加熱ガスおよび／または揮発性炭化水素から分離され得る。付加的に、水素ガスを分離ステップで使用してもよい。
様々な態様において、再加熱ガスおよび／または活性化ガスは、燃焼加熱器など、ただしこれに限らず、適切な装置（例えば活性化装置）によって提供される。例えば、装置内で、再加熱ガスは反応ゾーンに再加熱ガスを提供する前に、上述の適切な温度まで加熱され得る。付加的にまたは代替的に、非断熱反応ゾーンを出る再加熱ガスは装置に戻され、上述の適切な温度まで再加熱された後、非断熱反応に提供されてもよい。装置は断熱反応ゾーンに原料が進入する前に、水蒸気を発生および／または原料を加熱してもよい。
付加的にまたは代替的に、活性化後の触媒材料は、サイクロンなど、ただしこれに限らず、任意の適切な手段によって、活性化ゾーンの内部または外部で１回または複数の分離ステップにおいて再加熱ガスおよび／または揮発性炭化水素から分離され得る。付加的に、水素ガスを分離ステップで使用してもよい。
Ｈ 再生
該方法はさらに、反応中の触媒材料の表面におけるコークス材料の蓄積および／または金属の凝集が原因で失われた触媒活性を取り戻すための再生ステップをも含み得る。この再生ステップは、活性化ゾーン内で粒状材料（例えば使用済み触媒材料）からコークス材料が十分に除去されていない場合に実行され得る。有利には、再生ステップは粒状材料の実質的に一定の除去および／または少なくとも１つの反応ゾーンへの添加を可能にする結果、高い触媒活性での連続操作を維持する。例えば、少なくとも１つの反応ゾーン内での触媒活性は新しい触媒活性の約１０％超、好ましくは新しい触媒活性の約３０％超、最も好ましくは新しい触媒活性の約６０％超、約９９．９％未満を維持し得る。
ｉ 再生ゾーン
様々な態様において、再生ステップにおいて、少なくとも１つの断熱反応ゾーンからの第１の粒状材料の少なくとも一部および／または少なくとも１つの非断熱反応ゾーンまたは活性化ゾーンからの第２の粒状材料の少なくとも一部が再生ゾーンに移送され、当該技術分野で既知の方法によって再生触媒材料を生成し得る。再生触媒材料の少なくとも一部は、少なくとも１つの断熱反応ゾーン、少なくとも１つの非断熱反応ゾーン、および／または活性化ゾーンに再循環され得る。
該方法はさらに、反応中の触媒材料の表面におけるコークス材料の蓄積および／または金属の凝集が原因で失われた触媒活性を取り戻すための再生ステップをも含み得る。この再生ステップは、活性化ゾーン内で粒状材料（例えば使用済み触媒材料）からコークス材料が十分に除去されていない場合に実行され得る。有利には、再生ステップは粒状材料の実質的に一定の除去および／または少なくとも１つの反応ゾーンへの添加を可能にする結果、高い触媒活性での連続操作を維持する。例えば、少なくとも１つの反応ゾーン内での触媒活性は新しい触媒活性の約１０％超、好ましくは新しい触媒活性の約３０％超、最も好ましくは新しい触媒活性の約６０％超、約９９．９％未満を維持し得る。
ｉ 再生ゾーン
様々な態様において、再生ステップにおいて、少なくとも１つの断熱反応ゾーンからの第１の粒状材料の少なくとも一部および／または少なくとも１つの非断熱反応ゾーンまたは活性化ゾーンからの第２の粒状材料の少なくとも一部が再生ゾーンに移送され、当該技術分野で既知の方法によって再生触媒材料を生成し得る。再生触媒材料の少なくとも一部は、少なくとも１つの断熱反応ゾーン、少なくとも１つの非断熱反応ゾーン、および／または活性化ゾーンに再循環され得る。
触媒材料は断熱反応ゾーン、非断熱反応ゾーン、および／または活性化ゾーンから連続的に引き出され、これらのゾーンに戻され得るか、または非断熱反応ゾーン、および／または活性化ゾーンから周期的に引き出され、これらのゾーンに戻され得る。周期的方法の場合、典型的に、コークス燃焼向けに抽出が行われ、パージ、還元が発生するまでの再生時間は、約２４時間（約１日）〜約２４０時間（約１０日）、好ましくは約３６時間（約１日半）〜約１２０時間（約５日）の範囲である。代替的に連続モードの場合、粒状材料の除去／添加率は、粒状材料のバランスの取れた添加／除去が存在する状況において、粒状材料存在量のうち１日当たり約０．０質量％〜約１００質量％、好ましくは粒状材料存在量のうち１日当たり約０．２５質量％〜約３０．０質量％の範囲で変動し得る。触媒材料の再生は連続的方法として発生し得るか、またはバッチ式で実行され得、いずれの場合も存在量蓄積および／または存在量放出のための中間容器が必要となり得る。
粒状材料（例えば使用済み触媒、新しい粒状材料、再生触媒材料）の除去および添加は、反応器システム内の同一の場所または異なる場所で発生し得る。粒状材料（例えば、新しい粒状材料、再生触媒材料）は活性化ゾーンの後または前で添加され得る一方、粒状材料（例えば使用済み触媒材料）の除去は粒状材料（例えば使用済み触媒材料）が活性化ゾーンを通過する前または後に実行され得る。再生触媒材料の少なくとも一部は、少なくとも１つの断熱反応ゾーン、少なくとも１つの非断熱反応ゾーン、または少なくとも１つの活性化ゾーンに再循環され得る。好ましくは、再生触媒材料および／または新しい粒状材料が活性化ゾーンに提供され、熱注入損失を最小限に抑え、また再生触媒材料によって運搬され得る残留種を再生ゾーンから除去する。付加的にまたは代替的に、再生ゾーンの内部または外部の分離器を使用して、再生前に不活性物質を触媒材料から分離し、触媒材料だけを再生するようにしてもよい。この分離は、不活性物質と再生触媒材料との間におけるサイズ、磁性、および／または密度特性の相違に基づき、任意の適切な手段を使用して実行され得る。
上述の方法向けに、上述の粒子サイズおよび操作条件を有する、当業者にとって周知のスタンドパイプを使用して、少なくとも１つの反応ゾーン、活性化ゾーン、および／または再生ゾーンの間での粒状材料輸送手段を提供してもよい。当業者にとって公知のスライドバルブおよび浮揚ガスを使用して、再生ゾーン内での粒状材料の循環および／または必要な圧力プロファイルの構築に役立ててもよい。浮揚ガスは再生ゾーン内で使用される流動化ガス、例えば反応システム内での水素使用量の最小化に貢献する一方でコークス材料形成も低減し得る水素の流れと同じであってもよい。
ａ 再生間隔
様々な態様において、粒状材料（例えば第１の粒状材料、第２の粒状材料）が断熱反応ゾーンおよび／または非断熱反応ゾーンを通過しない場合、粒状材料（例えば第１の粒状材料、第２の粒状材料）の再生を達成するための再生間隔が実行され得る。
特に、断熱反応ゾーンに至る原料が循環的に遮断され得、非断熱反応ゾーンに至る第１の溶出物が循環的に遮断され得る。原料および／または第１の溶出物の遮断後、任意の可燃性ガスを爆発限度未満まで引き下げるパージが実行され得る。例えば、原料および／または反応器生成物（例えばシクロペンタジエン）はパージにより爆発限度未満まで引き下げられ得る。本明細書で使用されるとき、「爆発限度未満」という用語は、任意の可燃性ガスの十分なパージが発生する結果、気体流が次の組成物（例えば再生ガス）へと変化する場合に爆発の原因となり得る危険有害な混合物が形成されないことを意味する。例えば、非断熱反応ゾーン内に可燃性ガスが存在し、酸化剤の導入が望まれる場合、システムをまず不活性ガスでパージして可燃性ガス濃度を低減し、その結果、酸化剤含有ガスの導入によって爆発性混合物が生じ得ないようにしなければならない。
様々な態様において、粒状材料（例えば第１の粒状材料、第２の粒状材料）が断熱反応ゾーンおよび／または非断熱反応ゾーンを通過しない場合、粒状材料（例えば第１の粒状材料、第２の粒状材料）の再生を達成するための再生間隔が実行され得る。
特に、断熱反応ゾーンに至る原料が循環的に遮断され得、非断熱反応ゾーンに至る第１の溶出物が循環的に遮断され得る。原料および／または第１の溶出物の遮断後、任意の可燃性ガスを爆発限度未満まで引き下げるパージが実行され得る。例えば、原料および／または反応器生成物（例えばシクロペンタジエン）はパージにより爆発限度未満まで引き下げられ得る。本明細書で使用されるとき、「爆発限度未満」という用語は、任意の可燃性ガスの十分なパージが発生する結果、気体流が次の組成物（例えば再生ガス）へと変化する場合に爆発の原因となり得る危険有害な混合物が形成されないことを意味する。例えば、非断熱反応ゾーン内に可燃性ガスが存在し、酸化剤の導入が望まれる場合、システムをまず不活性ガスでパージして可燃性ガス濃度を低減し、その結果、酸化剤含有ガスの導入によって爆発性混合物が生じ得ないようにしなければならない。
再生ガスはその後、断熱反応ゾーンおよび／または非断熱反応ゾーンに供給され、そこで粒状材料（例えば第１の粒状材料、第２の粒状材料）が再生条件下で再生ガスと接触して、触媒材料表面に累積的に堆積したコークス材料の少なくとも一部を酸化的に除去する結果、再生触媒材料を形成し得る。適切な再生ガスの例として酸素ガスおよび空気が挙げられるがこれらに限定されない。再加熱ガスに関する上記の説明同様、再生ガスは原料および／または第１の溶出物の流動方向に対して向流または並流いずれかの方向に流れ得る。再生ガスはさらに、不活性物質（例えばＮ2）をも含み得る。反応ゾーン内での再生ガスとの接触に続き、再生ガスのパージによる爆発限度未満への引き下げが実行され得る。再生ガスのパージ完了後、原料が断熱反応ゾーンに提供され得、および／または第２の溶出物が次いで非断熱反応ゾーンに提供され得る。
好ましくは、再生間隔の持続時間は約０．５日以上、約１日以上、約１．５日以上、約２日以上、約３日以上、約４日以上、約５日以上、約６日以上、約７日以上、約８日以上、約９日以上、約１０日以上、約１１日以上、約１２日以上、約１３日以上、約１４日以上、または約１５日以上であってもよい。本明細書で使用されるとき、「日」という用語は約２４時間の期間を指す、「０．５」日は約１２時間の期間を指す。付加的にまたは代替的に、再生間隔の持続時間は約０．５日以下、約１日以下、約１．５日以下、約２日以下、約３日以下、約４日以下、約５日以下、約６日以下、約７日以下、約８日以下、約９日以下、約１０日以下、約１１日以下、約１２日以下、約１３日以下、約１４日以下、または約１５日以下であってもよい。明示的に開示される範囲は上に挙げた値のいずれかの組み合わせ、例えば約０．５日〜約１５日、約１日〜約１２日、約２日〜約１１日などを含む。好ましくは、再生間隔の持続時間は約１日〜約１５日、より好ましくは約１日〜約１０日、より好ましくは約１，５日〜約５日の範囲であってもよい
様々な態様において、再生間隔は約１日おき、約２日おき、約４日おき、約６日おき、約８日おき、約１０日おき、約１２日おき、約１４日おき、約１６日おき、約１８日おき、約２０日おき、約２２日おき、約２４日おき、約２６日おき、約２８日おき、約３０日おき、約３５日おき、約４０日おき、約４５日おき、約５０日おき、約７５日おき、約１００日おき、約１２５日おき、約１５０日おき、約１７０日おき、約１８０日おき、または約２００日おきの頻度で実行され得る。明示的に開示される範囲は上に挙げた値のいずれかの組み合わせ、例えば約１日〜約２００日、約１日〜約１８０日、約２日〜約３５日などを含む。好ましくは、再生間隔は１日〜５０日おき、より好ましくは１０日〜４５日おき、より好ましくは２０日〜４０日おき、より好ましくは３０日〜３５日おきの頻度で実行され得る。好ましくは、再生間隔は１日〜５０日おき、より好ましくは１０日〜４５日おき、より好ましくは２０日〜４０日おき、より好ましくは３０日〜３５日おきの頻度で実行され得る。
ＩＩＩ 非環式Ｃ5化合物を転化する反応システム
別の一実施形態において、図１に記載のとおり、Ｃ5炭化水素（例えば非環式炭Ｃ5化水素）をシクロペンタジエンに転化する反応システムが提供される。反応システム１は上述のようなＣ5炭化水素（例えば非環式Ｃ5炭化水素）を含む原料の流れ２、シクロペンタジエン中間体、未転化の非環式Ｃ5炭化水素を含み、シクロペンタジエンを含んでもよい溶出物の流れ３、および上述のような少なくとも１つの断熱反応器４を含み得る。少なくとも１つの断熱反応器４は上述のような触媒材料を含む第１の粒状材料（図示せず）、原料の流れ２を反応システム１に提供するための原料入口（図示せず）、および第１の溶出物の流れ３を除去するための溶出物出口（図示せず）を含み得る。上述のとおり、原料の流れ２が少なくとも１つの断熱反応器４に進入する前にそれを温度Ｔ1（例えば約５７５℃以上）まで加熱する加熱器５（例えば熱交換器）が存在し得る。Ｈ2および／またはＣ1、Ｃ2、Ｃ3および／またはＣ4の炭化水素を含む軽質炭化水素（図示せず）が少なくとも１つの断熱反応器４に供給されてもよい。
少なくとも１つの断熱反応器４は、上述のような固定床反応器（例えば横型または縦型の固定床反応器）または流動床反応器であってもよい、好ましくは、少なくとも１つの断熱反応器４は上述のような少なくとも１つの内部構造（図示せず）を含み得る。
少なくとも１つの断熱反応器４は、上述のような反応条件下でＣ5炭化水素（例えば非環式Ｃ5炭化水素）の少なくとも一部をシクロペンタジエン中間体に転化するよう操作され得る。付加的に、反応条件は約４５０℃〜約９００℃の温度、および／または約３ｐｓｉａ〜約１５０ｐｓｉａの圧力を含み得る。好ましくは、非環式Ｃ5炭化水素のうち少なくとも約２０質量％がシクロペンタジエン中間体に転化される。
別の一実施形態において、図１に記載のとおり、Ｃ5炭化水素（例えば非環式炭Ｃ5化水素）をシクロペンタジエンに転化する反応システムが提供される。反応システム１は上述のようなＣ5炭化水素（例えば非環式Ｃ5炭化水素）を含む原料の流れ２、シクロペンタジエン中間体、未転化の非環式Ｃ5炭化水素を含み、シクロペンタジエンを含んでもよい溶出物の流れ３、および上述のような少なくとも１つの断熱反応器４を含み得る。少なくとも１つの断熱反応器４は上述のような触媒材料を含む第１の粒状材料（図示せず）、原料の流れ２を反応システム１に提供するための原料入口（図示せず）、および第１の溶出物の流れ３を除去するための溶出物出口（図示せず）を含み得る。上述のとおり、原料の流れ２が少なくとも１つの断熱反応器４に進入する前にそれを温度Ｔ1（例えば約５７５℃以上）まで加熱する加熱器５（例えば熱交換器）が存在し得る。Ｈ2および／またはＣ1、Ｃ2、Ｃ3および／またはＣ4の炭化水素を含む軽質炭化水素（図示せず）が少なくとも１つの断熱反応器４に供給されてもよい。
少なくとも１つの断熱反応器４は、上述のような固定床反応器（例えば横型または縦型の固定床反応器）または流動床反応器であってもよい、好ましくは、少なくとも１つの断熱反応器４は上述のような少なくとも１つの内部構造（図示せず）を含み得る。
少なくとも１つの断熱反応器４は、上述のような反応条件下でＣ5炭化水素（例えば非環式Ｃ5炭化水素）の少なくとも一部をシクロペンタジエン中間体に転化するよう操作され得る。付加的に、反応条件は約４５０℃〜約９００℃の温度、および／または約３ｐｓｉａ〜約１５０ｐｓｉａの圧力を含み得る。好ましくは、非環式Ｃ5炭化水素のうち少なくとも約２０質量％がシクロペンタジエン中間体に転化される。
付加的に、反応システムはさらに、少なくとも１つの非断熱反応器６（例えば循環流動床反応器、循環沈降床反応器、固定床反応器、環式固定床反応器、流動床反応器、燃焼管反応器、または対流加熱管反応器）をも含み得る。好ましくは、少なくとも１つの非断熱反応器６は上述のような、炉および炉の放射部内に配置される並列反応管７を含む燃焼管反応器であり、炉の放射部は反応管７を加熱するバーナー８を含み得る。少なくとも１つの非断熱反応器６は上述のような触媒材料を含む第２の粒状材料（図示せず）、第１の溶出物の流れ３を少なくとも１つの非断熱反応器６に提供するための原料入口（図示せず）、および第２の溶出物の流れ９を除去するための溶出物出口（図示せず）を含み得る。さらに、少なくとも１つの非断熱反応器６は上述のような反応条件下で第１の溶出物の流れ３中のシクロペンタジエン中間体および／または未転化の非環式Ｃ5炭化水素の少なくとも一部を、シクロペンタジエンを含む第２の溶出物の流れ９に転化するよう操作され得る。少なくとも１つの非断熱反応器６は上述のような実質的に逆または等温の温度プロファイルを有することが好ましい。第１の溶出物の流れ３は、温度Ｔ2（例えば約５００℃以下）にて、少なくとも１つの非断熱反応器６に提供され得る。第１の溶出物の流れ３を少なくとも１つの非断熱反応器６に進入する前に加熱する加熱器１０（例えば熱交換器）が存在し得る。少なくとも１つの非断熱反応器６は、内部温度を維持するための１つまたは複数の加熱装置（例えば燃焼管、加熱コイル）を含んでもよい。
付加的に、補助Ｈ2が少なくとも１つの断熱反応器４および／または少なくとも１つの非断熱反応器６に供給され得る（図示せず）。
付加的に、反応システム１はさらに、第１の溶出物の流れ３および／または第２の溶出物の流れ９において炭化水素（例えばシクロペンタジエン）が同伴する状態となり得る第１の粒状材料および／または第２の粒状材料を分離するための少なくとも１つのサイクロン（図示せず）をも含み得る。その後、粒状材料を実質的に含まない別の溶出物の流れ（図示せず）が生成物回収システムへと移動し得る。
付加的に、反応システム１はさらに、第１の溶出物の流れ３および／または第２の溶出物の流れ９において炭化水素（例えばシクロペンタジエン）が同伴する状態となり得る第１の粒状材料および／または第２の粒状材料を分離するための少なくとも１つのサイクロン（図示せず）をも含み得る。その後、粒状材料を実質的に含まない別の溶出物の流れ（図示せず）が生成物回収システムへと移動し得る。
別の一実施形態において、反応システム１はさらに、図２に記載のとおり、第１の粒状材料を活性化するための活性化ガスの流れ１１をも含み得る。活性化ガスの流れ１１は原料入口経由または別の入口（図示せず）経由で進入し得る。活性化ガスの流れ１１は水素を含み得、また使用済み触媒材料の表面に増加的に堆積したコークス材料の少なくとも一部を除去するための不活性物質（例えばＮ2、ＣＯ）を含んでもよく、その結果、活性化された触媒材料および揮発性炭化水素を形成し得る。さらに、活性化された触媒材料が含む増加的に堆積したコークス材料は上述のとおり使用済み触媒材料より少なく、好ましくは増加的に堆積したコークス材料の含有率が使用済み触媒材料と比べ少なくとも約１０質量％少ない。上述のとおり適切な持続時間経過後、活性化ガスは揮発性炭化水素を伴ってもよく、少なくとも１つの断熱反応器４を溶出物出口または別の出口（図示せず）経由で第１の溶出物活性化ガスの流れ（図示せず）として出てもよい。第１の溶出物活性化ガスの流れは、非断熱反応器６へと直接移動するか、または最初に加熱器（図示せず）経由で移動し得る。活性化された触媒材料が含む増加的に堆積したコークス材料は上述のとおり使用済み触媒材料より少なく、好ましくは増加的に堆積したコークス材料の含有率が使用済み触媒材料と比べ少なくとも約１０質量％少ない。活性化ガスの流れ１１は、原料の流れ２の流動方向に対して並流または向流の方向に流れ得る。
付加的にまたは代替的に、活性化ガスの流れ１１は、第２の粒状材料を活性化するための少なくとも１つの非断熱反応器６に進入し得る（図示せず）。上述のとおり適切な持続時間経過後、活性化ガスは揮発性炭化水素を伴ってもよく、少なくとも１つの非断熱反応器６を溶出物出口または別の出口（図示せず）経由で第２の溶出物活性化ガスの流れ（図示せず）として出てもよい。活性化された触媒材料が含む増加的に堆積したコークス材料は上述のとおり使用済み触媒材料より少なく、好ましくは増加的に堆積したコークス材料の含有率が使用済み触媒材料と比べ少なくとも約１０質量％少ない。活性化ガスの流れ１１は、第１の溶出物の流れ３の流動方向に対して並流または向流の方向に流れ得る。
さらに、活性化ガスの流れ１１は上述のとおり、少なくとも１つの断熱反応器４および／または少なくとも１つの非断熱反応器６と流体連通する活性化装置１３によって提供され得る。第１の溶出物活性化ガスの流れ（図示せず）および第２の溶出物活性化ガスの流れ１２は圧縮装置１４に送られた後、分離装置１５に送られ、分離装置１５において軽質炭化水素濃縮ガスの流れ１６および軽質炭化水素減損ガスの流れ１７が生成され得る。軽質炭化水素濃縮ガスの流れ１６は燃料として使用され得る。軽質炭化水素減損ガスの流れ１７は補給水素の流れ１８と組み合わされ、加熱器１９（例えば熱交換器または他の加熱装置）内で加熱されて活性化ガスの流れ１１を生成し得る。活性化装置１３は、上述のような１つまたは複数の加熱装置、軽質炭化水素減損ガスの流れ１７の活性化入口、および活性化ガスの流れ１１を少なくとも１つの断熱反応器４および／または少なくとも１つの非断熱反応器６に戻すための活性化出口（図示せず）を含み得る。分離装置１５は、膜システム、吸着システム（例えば圧力スイング、温度スイング）、またはその他、Ｈ2を軽質炭化水素から分離するための既知のシステムであってもよい。
特に、活性化装置１３は上述のような条件下で動作し、好ましくは活性化装置１３は約５５０℃〜８００℃の温度範囲を有する。付加的に、活性化装置１３は水蒸気の流れ２０を生成し得る。また活性化装置１３は、原料の流れ２が少なくとも１つの断熱反応器４（図示せず）に進入する前、非断熱反応器が活性化または再生されていない状態のときに原料の流れ２を加熱し得る。
特に、活性化装置１３は上述のような条件下で動作し、好ましくは活性化装置１３は約５５０℃〜８００℃の温度範囲を有する。付加的に、活性化装置１３は水蒸気の流れ２０を生成し得る。また活性化装置１３は、原料の流れ２が少なくとも１つの断熱反応器４（図示せず）に進入する前、非断熱反応器が活性化または再生されていない状態のときに原料の流れ２を加熱し得る。
別の一実施形態において、反応システム１はさらに、図３に記載のとおり、再生ガスの流れ２１をも含み得る。再生ガスの流れ２１は、上述のような再生条件下にて少なくとも１つの断熱反応器４および／または少なくとも１つの非断熱反応器６（図示せず）に、触媒材料（例えば使用済み触媒材料）の表面に堆積したコークス材料の少なくとも一部を除去するために進入する結果、再生触媒材料を形成し得る。上述のとおり適切な持続時間経過後、再生ガスは少なくとも１つの非断熱反応器６から第１の再循環後の再生ガスの流れ２２として、および／または少なくとも１つの断熱反応器４から第２の再循環後の再生ガスの流れ（図示せず）として出てもよい。第２の再循環後の再生ガスの流れは少なくとも１つの非断熱反応器６に進入し得る。再生ガスの流れ２１は上述のとおり、少なくとも１つの断熱反応器４および／または少なくとも１つの非断熱反応器６と流体連通する再生装置２３によって提供され得る。
付加的にまたは代替的に、反応システム１はさらに、少なくとも１つの反応器６（図示せず）と流体連通する新しい粒状材料の流れ（図示せず）をも含み得る。
付加的にまたは代替的に、反応システム１はさらに、少なくとも１つの反応器６（図示せず）と流体連通する新しい粒状材料の流れ（図示せず）をも含み得る。
付加的にまたは代替的に、少なくとも１つの断熱反応器４および／または少なくとも１つの非断熱反応器６は複数の反応器、例えば少なくとも１つの第１の反応器、第２の反応器、第３の反応器、第４の反応器、第５の反応器、第６の反応器、第７の反応器、第８の反応器などを含み得る。好ましくは、反応システムは１〜２０の反応器、より好ましくは３〜１５の反応器、より好ましくは５〜１０の反応器を含む。少なくとも１つの断熱反応器４および／または少なくとも１つの非断熱反応器６が第１、第２、および第３の反応器などを含む場合、これらの反応器は並列に操作され、粒状材料がコークス材料除去のために活性化を要する状態になったら必要に応じて循環的に活性化間隔と再生間隔の状態となり得る。
図１、２、および３は特定の時点での流動を示す図である。反応器は周期的にオイル担持原料転化、活性化および／または再生のサイクルに周期的に曝され得ることから、他の時点の流動は図１、２、および３に記載の流動と異なり得るという点が認識されるべきである。
ＩＶ さらなる実施形態
本発明はさらに、以下にも関する。
図１、２、および３は特定の時点での流動を示す図である。反応器は周期的にオイル担持原料転化、活性化および／または再生のサイクルに周期的に曝され得ることから、他の時点の流動は図１、２、および３に記載の流動と異なり得るという点が認識されるべきである。
ＩＶ さらなる実施形態
本発明はさらに、以下にも関する。
実施形態１。非環式Ｃ5炭化水素を反応システム内でシクロペンタジエンに転化する方法であって、少なくとも１つの断熱反応ゾーン（例えば固定床、流動床）に非環式Ｃ5炭化水素を含む原料を温度Ｔ1にて供給するステップであり、少なくとも１つの断熱反応ゾーンが触媒材料を含む第１の粒状材料（例えばＺＳＭ−５担持白金、Ｚｅｏｌｉｔｅ Ｌ担持白金、ケイ酸塩修飾シリカ担持白金、第６族、第９族、または第１０族の金属を無機担体、例えば、ゼオライト、ＳＡＰＯ、ＡＬＰＯ、ＭｅＡＰＯ、シリカ、ジルコニア、チタニア、アルミナ、マグネシア、粘土、セリア、ジルコニア、イットリア、マグネシウムハイドロタルサイト、アルミン酸カルシウム、アルミン酸亜鉛、およびこれらの組み合わせなど上に担持させたもの、また第１族アルカリ金属、第２族アルカリ土類金属、および／または第１１族金属であってもよい）を含む、ステップと、反応条件下で少なくとも１つの断熱反応ゾーンにて原料および第１の粒状材料と接触させて、非環式Ｃ5炭化水素の少なくとも一部を、シクロペンタジエン中間体、未転化の非環式Ｃ5炭化水素を含み、シクロペンタジエンを含んでもよい第１の溶出物に転化するステップと、第１の溶出物を温度Ｔ2に加熱するステップと、第１の溶出物を少なくとも１つの非断熱反応ゾーン（例えば循環流動床反応器、循環沈降床反応器、固定床反応器、環式固定床反応器、流動床反応器、燃焼管反応器、または対流加熱管反応器）に供給するステップと、第１の溶出物と、触媒材料（例えばＺＳＭ−５担持白金、Ｚｅｏｌｉｔｅ Ｌ担持白金、および／またはケイ酸塩修飾シリカ担持白金）を含む第２の粒状材料とを反応条件下で少なくとも１つの非断熱反応ゾーンにて接触させて、シクロペンタジエン中間体および／または未転化の非環式Ｃ5炭化水素の少なくとも一部をシクロペンタジエンを含む第２の溶出物に転化するステップとを含み、Ｃ1、Ｃ2、Ｃ3および／またはＣ4炭化水素を含む軽質炭化水素を少なくとも１つの断熱反応ゾーンに供給するステップを含み、補助的なＨ2を少なくとも１つの断熱反応ゾーンおよび／または少なくとも１つの非断熱反応ゾーンに供給するステップを含んでもよい方法。
実施形態２。少なくとも１つの非断熱反応ゾーンの熱負荷が、断熱反応ゾーンが存在しない方法と比較して、生成されるシクロペンタジエン１単位につき少なくとも約３．０％低減される実施形態１に記載の方法。
実施形態３。少なくとも１つの非断熱反応ゾーン内で逆の温度プロファイルまたは等温の温度プロファイルが維持される実施形態１または２に記載の方法。
実施形態４。Ｔ1および／またはＴ2が約５００℃以下である実施形態１から３のいずれか１つに記載の方法。
実施形態５。少なくとも１つの非断熱反応ゾーンを出る第２の溶出物の温度が少なくとも約５５０℃である実施形態１から４のいずれか１つに記載の方法。
実施形態６。少なくとも１つの非断熱反応ゾーンが少なくとも１つの加熱装置を含む実施形態１から５のいずれか１つに記載の方法。
実施形態３。少なくとも１つの非断熱反応ゾーン内で逆の温度プロファイルまたは等温の温度プロファイルが維持される実施形態１または２に記載の方法。
実施形態４。Ｔ1および／またはＴ2が約５００℃以下である実施形態１から３のいずれか１つに記載の方法。
実施形態５。少なくとも１つの非断熱反応ゾーンを出る第２の溶出物の温度が少なくとも約５５０℃である実施形態１から４のいずれか１つに記載の方法。
実施形態６。少なくとも１つの非断熱反応ゾーンが少なくとも１つの加熱装置を含む実施形態１から５のいずれか１つに記載の方法。
実施形態７。（ｉ）少なくとも１つの非断熱反応ゾーン内の反応条件が約４００℃〜約８００℃の範囲の温度および／または約３ｐｓｉａ〜約１５０ｐｓｉａの範囲の圧力を含み、および／または（ｉｉ）少なくとも１つの断熱反応ゾーン内の反応条件が約４５０℃〜約９００℃の範囲の温度および／または約３ｐｓｉａ〜約１５０ｐｓｉａの範囲の圧力を含む実施形態１から６のいずれか１つに記載の方法。
実施形態８。非環式Ｃ5炭化水素のうち少なくとも約３０質量％がシクロペンタジエンに転化される実施形態１から７のいずれか１つに記載の方法。
実施形態９。第１の溶出物が少なくとも１つの非断熱反応ゾーン内で第２の粒状材料の流動方向に対して並流または向流の方向に流れる実施形態１から８のいずれか１つに記載の方法。
実施形態１０。少なくとも１つの断熱反応ゾーンからの第１の粒状材料の少なくとも一部の活性化ゾーンへの移送および／または少なくとも１つの非断熱反応ゾーンからの第２の粒状材料の少なくとも一部の活性化ゾーンへの移送をもさらに含む実施形態１から９のいずれか１つに記載の方法。
実施形態８。非環式Ｃ5炭化水素のうち少なくとも約３０質量％がシクロペンタジエンに転化される実施形態１から７のいずれか１つに記載の方法。
実施形態９。第１の溶出物が少なくとも１つの非断熱反応ゾーン内で第２の粒状材料の流動方向に対して並流または向流の方向に流れる実施形態１から８のいずれか１つに記載の方法。
実施形態１０。少なくとも１つの断熱反応ゾーンからの第１の粒状材料の少なくとも一部の活性化ゾーンへの移送および／または少なくとも１つの非断熱反応ゾーンからの第２の粒状材料の少なくとも一部の活性化ゾーンへの移送をもさらに含む実施形態１から９のいずれか１つに記載の方法。
実施形態１１。第１の粒状材料および／または第２の粒状材料を水素と接触させて、触媒材料の表面に増加的に堆積したコークス材料の少なくとも一部を除去する結果、活性化された触媒材料および揮発性炭化水素を形成するステップと、活性化された触媒材料を少なくとも１つの断熱反応ゾーンおよび／または少なくとも１つの非断熱反応ゾーンに戻すステップをもさらに含む実施形態１０に記載の方法。
実施形態１２。活性化ゾーンが約５５０℃〜約８００℃の範囲の温度で操作され、および／または増加的に堆積したコークス材料のうち少なくとも１０質量％が触媒材料から除去される実施形態１０または１１に記載の方法。
実施形態１２。活性化ゾーンが約５５０℃〜約８００℃の範囲の温度で操作され、および／または増加的に堆積したコークス材料のうち少なくとも１０質量％が触媒材料から除去される実施形態１０または１１に記載の方法。
実施形態１３。第１の粒状材料の少なくとも一部を少なくとも１つの断熱反応ゾーンから再生ゾーンに移送し、および／または第２の粒状材料の少なくとも一部を少なくとも１つの非断熱反応ゾーンから再生ゾーンに移送するステップと、第１の粒状材料および／または第２の粒状材料を再生条件下で再生ガスと接触させて、触媒材料の表面に堆積したコークス材料の少なくとも一部を酸化的に除去する結果、再生触媒材料を形成するステップと、再生触媒材料の少なくとも一部を少なくとも１つの断熱反応ゾーン、少なくとも１つの非断熱反応ゾーン、および／または活性化ゾーンに再循環させるステップをもさらに含む実施形態１から１２のいずれか１つに記載の方法。
実施形態１４。少なくとも１つの断熱反応ゾーンに至る原料および／または少なくとも１つの非断熱反応ゾーンに至る第１の溶出物を循環的に遮断するステップと、活性化ガスを少なくとも１つの断熱反応ゾーンおよび／または少なくとも１つの非断熱反応ゾーンに供給し、原料および／または第１の溶出物が活性化ガスの流動方向に対して並流または向流の方向に流れてもよいステップをもさらに含む実施形態１、２、３、４、５、６、７または８に記載の方法。
実施形態１５。活性化ガスが水素を含み、活性化ガスが第１の粒状材料および／または第２の粒状材料と接触して触媒材料表面に増加的に堆積したコークス材料の少なくとも一部を除去する結果、活性化された触媒材料および揮発性炭化水素を形成する実施形態１４に記載の方法。
実施形態１６。少なくとも１つの断熱反応ゾーンに至る原料および／または少なくとも１つの非断熱反応ゾーンに至る第１の溶出物を循環的に遮断するステップと、水素を含む活性化ガスを供給するステップと、第１の粒状材料および／または第２の粒状材料を活性化ガスと接触させて触媒材料表面に増加的に堆積したコークス材料の少なくとも一部を除去する結果、活性化された触媒材料および揮発性炭化水素を形成するステップをもさらに含む実施形態１、２、３、４、５、６、７または８のいずれか１つに記載の方法。
実施形態１７。増加的に堆積したコークス材料のうち少なくとも約１０．０質量％が触媒材料から除去される実施形態１４、１５または１６のいずれか１つに記載の方法。
実施形態１５。活性化ガスが水素を含み、活性化ガスが第１の粒状材料および／または第２の粒状材料と接触して触媒材料表面に増加的に堆積したコークス材料の少なくとも一部を除去する結果、活性化された触媒材料および揮発性炭化水素を形成する実施形態１４に記載の方法。
実施形態１６。少なくとも１つの断熱反応ゾーンに至る原料および／または少なくとも１つの非断熱反応ゾーンに至る第１の溶出物を循環的に遮断するステップと、水素を含む活性化ガスを供給するステップと、第１の粒状材料および／または第２の粒状材料を活性化ガスと接触させて触媒材料表面に増加的に堆積したコークス材料の少なくとも一部を除去する結果、活性化された触媒材料および揮発性炭化水素を形成するステップをもさらに含む実施形態１、２、３、４、５、６、７または８のいずれか１つに記載の方法。
実施形態１７。増加的に堆積したコークス材料のうち少なくとも約１０．０質量％が触媒材料から除去される実施形態１４、１５または１６のいずれか１つに記載の方法。
実施形態１８。少なくとも１つの断熱反応ゾーンに至る原料および／または少なくとも１つの非断熱反応ゾーンに至る第１の溶出物を循環的に遮断するステップと、再生ガスを少なくとも１つの断熱反応ゾーンおよび／または少なくとも１つの非断熱反応ゾーンに供給するステップと、第１の粒状材料および／または第２の粒状材料を再生ガスと再生条件下で接触させて、触媒材料表面に堆積したコークス材料の少なくとも一部を酸化的に除去する結果、再生触媒材料を形成するステップとを含み、再生ガスが約１日おき〜約１８０日おきの間隔で第１の粒状材料および／または第２の粒状材料と接触してもよい、実施形態１４、１５、１６または１７のいずれか１つに記載の方法。
実施形態１９。第１の粒状材料と第２の粒状材料が同一または異なる実施形態１から１８のいずれか１つに記載の方法。
実施形態２０。第１の粒状材料が不活性物質をもさら含み、および／または第２の粒状材料が不活性物質をもさらに含む実施形態１から１９のいずれか１つに記載の方法。
本発明はさらに実施形態２１から２６にも関する。
実施形態１９。第１の粒状材料と第２の粒状材料が同一または異なる実施形態１から１８のいずれか１つに記載の方法。
実施形態２０。第１の粒状材料が不活性物質をもさら含み、および／または第２の粒状材料が不活性物質をもさらに含む実施形態１から１９のいずれか１つに記載の方法。
本発明はさらに実施形態２１から２６にも関する。
実施形態２１。反応器システム内で非環式Ｃ5炭化水素をシクロペンタジエンに転化する方法であって、
触媒材料を含む第１の粒状材料を含む少なくとも１つの断熱反応ゾーンに、非環式Ｃ5炭化水素を含む原料を温度Ｔ1にて供給するステップと、
原料と第１の粒状材料とを反応条件下で少なくとも１つの断熱反応ゾーンにて接触させて、非環式Ｃ5炭化水素の少なくとも一部を、シクロペンタジエン中間体と、未転化の非環式Ｃ5炭化水素を含み、シクロペンタジエンを含んでもよい第１の溶出物に転化するステップと、
第１の溶出物を温度Ｔ2に加熱するステップと、
第１の溶出物を少なくとも１つの非断熱反応ゾーンに供給するステップと、
第１の溶出物と、第２の粒状材料とを反応条件下で少なくとも１つの非断熱反応ゾーンにて接触させて、シクロペンタジエン中間体および未転化の非環式Ｃ5炭化水素の少なくとも一部を、シクロペンタジエンを含む第２の溶出物に転化するするステップと
を含む方法。
実施形態２２。第１の粒状材料が不活性物質をもさら含み、および／または第２の粒状材料が不活性物質をもさらに含む実施形態２１に記載の方法。
実施形態２３。触媒材料がＺＳＭ−５担持白金、Ｚｅｏｌｉｔｅ Ｌ担持白金、および／またはシリカ担持白金を含む実施形態２１に記載の方法。
実施形態２４。第１の粒状材料と第２の粒状材料が異なる実施形態２１に記載の方法。
触媒材料を含む第１の粒状材料を含む少なくとも１つの断熱反応ゾーンに、非環式Ｃ5炭化水素を含む原料を温度Ｔ1にて供給するステップと、
原料と第１の粒状材料とを反応条件下で少なくとも１つの断熱反応ゾーンにて接触させて、非環式Ｃ5炭化水素の少なくとも一部を、シクロペンタジエン中間体と、未転化の非環式Ｃ5炭化水素を含み、シクロペンタジエンを含んでもよい第１の溶出物に転化するステップと、
第１の溶出物を温度Ｔ2に加熱するステップと、
第１の溶出物を少なくとも１つの非断熱反応ゾーンに供給するステップと、
第１の溶出物と、第２の粒状材料とを反応条件下で少なくとも１つの非断熱反応ゾーンにて接触させて、シクロペンタジエン中間体および未転化の非環式Ｃ5炭化水素の少なくとも一部を、シクロペンタジエンを含む第２の溶出物に転化するするステップと
を含む方法。
実施形態２２。第１の粒状材料が不活性物質をもさら含み、および／または第２の粒状材料が不活性物質をもさらに含む実施形態２１に記載の方法。
実施形態２３。触媒材料がＺＳＭ−５担持白金、Ｚｅｏｌｉｔｅ Ｌ担持白金、および／またはシリカ担持白金を含む実施形態２１に記載の方法。
実施形態２４。第１の粒状材料と第２の粒状材料が異なる実施形態２１に記載の方法。
実施形態２５。第２の粒状材料がＺＳＭ−５担持白金、Ｚｅｏｌｉｔｅ Ｌ担持白金、および／またはケイ酸塩修飾シリカ担持白金を含み、第１の粒状材料が第６族、第９族、または第１０族の金属を無機担体に担持させたもののうち少なくとも１つを含み、また第１族アルカリ金属、第２族アルカリ土類金属、および／または第１１族金属のうち１つまたは複数を含んでもよい実施形態２４に記載の方法。
実施形態２６。無機担体がゼオライト、ＳＡＰＯ、ＡＬＰＯ、ＭｅＡＰＯ、シリカ、ジルコニア、チタニア、アルミナ、マグネシア、粘土、セリア、イットリア、ジルコニア、マグネシウムハイドロタルサイト、アルミン酸カルシウム、アルミン酸亜鉛、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される実施形態２５に記載の方法。
実施形態２６。無機担体がゼオライト、ＳＡＰＯ、ＡＬＰＯ、ＭｅＡＰＯ、シリカ、ジルコニア、チタニア、アルミナ、マグネシア、粘土、セリア、イットリア、ジルコニア、マグネシウムハイドロタルサイト、アルミン酸カルシウム、アルミン酸亜鉛、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される実施形態２５に記載の方法。
環式、分岐および直鎖Ｃ5炭化水素を含有し、また水素、Ｃ4以下の副産物またはＣ6以上の副産物の任意の組み合わせを含有してもよい、非環式Ｃ5化合物転化方法の過程で得られる第１の炭化水素反応器溶出物は、それ自体が貴重な生成物である。好ましくは、高価値な様々な生成物の生成に有用な精製生成物の流れを得るため、ＣＰＤおよび／またはＤＣＰＤは反応器溶出物から分離され得る。
例えば、５０質量％以上、または好ましくは６０質量％以上のＤＣＰＤを含有する精製生成物の流れは、炭化水素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、およびエポキシ樹脂の生成に有用である。８０質量％以上、または好ましくは９０質量％以上のＣＰＤを含有する精製生成物の流れは、下記の反応スキーム（Ｉ）に従って形成されるディールスアルダー反応生成物の生成に有用である：
（式中、Ｒはヘテロ原子または置換ヘテロ原子、置換または未置換のＣ1−Ｃ50ヒドロカルビルラジカル（大抵は二重結合を含有するヒドロカルビルラジカル）、芳香族ラジカル、またはこれらの任意の組み合わせである）。好ましくは、置換されているラジカルまたは基は１つまたは複数の、第１３族〜第１７族、好ましくは第１５族または第１６族に属する元素、より好ましくは窒素、酸素、または硫黄を含有する。スキーム（Ｉ）に記載のモノオレフィンディールスアルダー反応生成物に加え、８０質量％以上、または好ましくは９０質量％以上のＣＰＤを含有する精製生成物の流れも、ＣＰＤと以下のうち１つまたは複数とのディールスアルダー反応生成物の形成に使用され得る：別のＣＰＤ分子、共役ジエン、アセチレン、アレン、二置換オレフィン、三置換オレフィン、環式オレフィンおよびこれらの置換版。好適なディールスアルダー反応生成物の例として、以下に構造図を示すとおり、ノルボルネン、エチリデンノルボルネン、置換ノルボルネン（酸素含有ノルボルネンを含む）、ノルボルナジエン、およびテトラシクロドデセンが挙げられる。
９９質量％以上のＤＣＰＤを含有する精製生成物の流れは、例えば開環メタセシス重合（ＲＯＭＰ）触媒を使用してＤＣＰＤポリマーを生成する場合に有用である。ＤＣＰＤポリマー生成物は、特に風力タービンブレードや自動車部品などの物品、特に成形品の形成に有用である。
反応器溶出物から付加的な成分を分離され、高価値生成物の形成にも使用され得る。例えば、分離後のシクロペンテンは下記のスキーム（ＩＩ）に記載のとおり、ポリペンテナマーとしても知られるポリシクロペンテンの生成に有用である。
反応器溶出物から付加的な成分を分離され、高価値生成物の形成にも使用され得る。例えば、分離後のシクロペンテンは下記のスキーム（ＩＩ）に記載のとおり、ポリペンテナマーとしても知られるポリシクロペンテンの生成に有用である。
以下の実施例は本発明を例示するものである。多数の修正および変形が可能であり、添付の特許請求の範囲の範囲内で本発明は本明細書における具体的記述以外の形でも実践され得ることが理解されるべきである。別段に指示のない限り室温は２３℃である。
（例１）
ＺＳＭ−５触媒組成物合成
約２０．３％の固体との合成混合物を、１０，０００ｇの脱イオン（ＤＩ）水、６００ｇの５０％ＮａＯＨ溶液、２５ｇの４５％アルミン酸ナトリウム溶液、７３０ｇのｎ−プロピルアミン１００％溶液、８０ｇのＺＳＭ−５種晶から調製し、３，１９０ｇのＵｌｔｒａｓｉｌ ＰＭ（商標）修飾シリカを５ガロンの容器内で混合した後、５ガロンのオートクレーブに投入した。合成混合物のモル組成は以下のとおりであった。
ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3〜４７０
Ｈ2Ｏ／ＳｉＯ2〜１２．１
ＯＨ／ＳｉＯ2〜０．１６
Ｎａ／ＳｉＯ2〜０．１６
ｎ−ＰＡ／Ｓｉ〜０．２５
ＺＳＭ−５触媒組成物合成
約２０．３％の固体との合成混合物を、１０，０００ｇの脱イオン（ＤＩ）水、６００ｇの５０％ＮａＯＨ溶液、２５ｇの４５％アルミン酸ナトリウム溶液、７３０ｇのｎ−プロピルアミン１００％溶液、８０ｇのＺＳＭ−５種晶から調製し、３，１９０ｇのＵｌｔｒａｓｉｌ ＰＭ（商標）修飾シリカを５ガロンの容器内で混合した後、５ガロンのオートクレーブに投入した。合成混合物のモル組成は以下のとおりであった。
ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3〜４７０
Ｈ2Ｏ／ＳｉＯ2〜１２．１
ＯＨ／ＳｉＯ2〜０．１６
Ｎａ／ＳｉＯ2〜０．１６
ｎ−ＰＡ／Ｓｉ〜０．２５
合成混合物を混合し、２３０°Ｆ（１１０℃）、２５０ｒｐｍにて７２時間にわたり反応させた。反応後の生成物を濾過し、ＤＩ水で洗浄した後、オーブンに入れ、約２５０°Ｆ（１２１℃）で終夜乾燥させた。合成直後の材料のＸＲＤパターン（図示せず）は、ＺＳＭ−５トポロジーの典型的な純粋な相を示し、材料が約２μｍの大型結晶の混合物で構成されることが分かった。合成直後の結晶の一部を（特性評価のため）室温にて硝酸アンモニウム溶液との３イオン交換による水素形態に転化し、続いて２５０°Ｆ（１２１℃）で乾燥させ、１０００°Ｆ（５４０℃）で６時間にわたり焼成した。結果的なＺＳＭ−５結晶はＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比が約４１４、総表面積（ＳＡ）／（微小孔ＳＡ＋メソ細孔ＳＡ）が４９０（４４０＋５１）ｍ2／ｇ、ヘキサン吸収が１１７ｍｇ／ｇ、アルファ値が３１であった。材料の第２の部分を、合成されたままの状態でＰｔ含浸に使用した。
ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比４１４およびナトリウム含有率０．３８質量％のＺＳＭ−５を、９００°Ｆ（４８２℃）の窒素中で６時間にわたり焼成した。冷却後、サンプルを窒素中で９００°Ｆ（４８２℃）まで再加熱し、３時間保持した。次いで雰囲気を４段階に分けて酸素含有率１．１％、２．１％、４．２％および８．４％へと段階的に変化させた。各ステップを３０分間ずつ保持した。温度を１０００°Ｆ（５４０℃）まで上げ、酸素含有率を１６．８％まで上げ、材料を１０００°Ｆ（５４０℃）の状態で６時間保持した。冷却後、テトラアミン水酸化白金水溶液を使用して、初期湿潤含浸法を介して０．５質量％のＰｔを添加した。触媒組成物を室温で２時間、次いで２５０°Ｆ（１２１℃）で４時間にわたり空気中で乾燥させ、最後に６００°Ｆ（３４９℃）の空気中で３時間にわたり焼成した。触媒組成物粉末を圧迫（１５トン）、破砕し、篩に掛けて２０〜４０メッシュの粒子サイズを得た。
ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3モル比４１４およびナトリウム含有率０．３８質量％のＺＳＭ−５を、９００°Ｆ（４８２℃）の窒素中で６時間にわたり焼成した。冷却後、サンプルを窒素中で９００°Ｆ（４８２℃）まで再加熱し、３時間保持した。次いで雰囲気を４段階に分けて酸素含有率１．１％、２．１％、４．２％および８．４％へと段階的に変化させた。各ステップを３０分間ずつ保持した。温度を１０００°Ｆ（５４０℃）まで上げ、酸素含有率を１６．８％まで上げ、材料を１０００°Ｆ（５４０℃）の状態で６時間保持した。冷却後、テトラアミン水酸化白金水溶液を使用して、初期湿潤含浸法を介して０．５質量％のＰｔを添加した。触媒組成物を室温で２時間、次いで２５０°Ｆ（１２１℃）で４時間にわたり空気中で乾燥させ、最後に６００°Ｆ（３４９℃）の空気中で３時間にわたり焼成した。触媒組成物粉末を圧迫（１５トン）、破砕し、篩に掛けて２０〜４０メッシュの粒子サイズを得た。
（例２）
触媒組成物性能評価
例１の触媒組成物（０．５ｇ）を物理的に石英（１．５ｇ、６０〜８０メッシュ）と混合し、反応器に装填した。触媒組成物をＨｅ雰囲気（１００ｍＬ／分、３０ｐｓｉｇ（２０７ｋＰａ）、２５０℃）で１時間乾燥させ、Ｈ2雰囲気（２００ｍＬ／分、３０ｐｓｉｇ（２０７ｋＰａ）、５００℃）で１時間にわたり還元させた。次いで触媒組成物の試験を、ｎ−ペンタン、Ｈ2、および平衡Ｈｅを供給しながら、典型的に５５０〜６００℃、５．０ｐｓｉａ（３５ｋＰａ−ａ）のＣ5Ｈ12、１．０モルのＨ2：Ｃ5Ｈ12、１４．７ｈ-1のＷＨＳＶ、および合計３０ｐｓｉｇ（２０７ｋＰａ）の条件で行った。触媒組成物の安定性と再生可能性の試験を、５５０〜６００℃での初期試験後、Ｈ2（２００ｍＬ／分、３０ｐｓｉｇ（２０７ｋＰａ）、６５０℃）での５時間にわたる処理によって行った後、６００℃にて性能を再試験した。
触媒組成物性能評価
例１の触媒組成物（０．５ｇ）を物理的に石英（１．５ｇ、６０〜８０メッシュ）と混合し、反応器に装填した。触媒組成物をＨｅ雰囲気（１００ｍＬ／分、３０ｐｓｉｇ（２０７ｋＰａ）、２５０℃）で１時間乾燥させ、Ｈ2雰囲気（２００ｍＬ／分、３０ｐｓｉｇ（２０７ｋＰａ）、５００℃）で１時間にわたり還元させた。次いで触媒組成物の試験を、ｎ−ペンタン、Ｈ2、および平衡Ｈｅを供給しながら、典型的に５５０〜６００℃、５．０ｐｓｉａ（３５ｋＰａ−ａ）のＣ5Ｈ12、１．０モルのＨ2：Ｃ5Ｈ12、１４．７ｈ-1のＷＨＳＶ、および合計３０ｐｓｉｇ（２０７ｋＰａ）の条件で行った。触媒組成物の安定性と再生可能性の試験を、５５０〜６００℃での初期試験後、Ｈ2（２００ｍＬ／分、３０ｐｓｉｇ（２０７ｋＰａ）、６５０℃）での５時間にわたる処理によって行った後、６００℃にて性能を再試験した。
シクロペンタジエン、および３等量の水素が、ｎ−ペンタンの脱水素および環化によって生成される（式１）。これは固体状態のＰｔ含有触媒組成物の上方にｎ−ペンタンを高温で流動させることによって達成される。例１のＺＳＭ−５（４１４：１）／０．５％のＰｔの性能を、ｎ−ペンタン転化、環式Ｃ5化合物の生成、分解収率および安定性に基づいて評価した。これらの結果が表２Ａ、表２Ｂ、図３Ａおよび図３Ｂに要約されている。
表２Ａおよび表２Ｂでは、０．５ｇのＺＳＭ−５（４１４：１）／０．５質量％のＰｔの触媒組成物に関する、５．０ｐｓｉａ（３５ｋＰａ−ａ）のＣ5Ｈ12、１：１のモル比のＨ2：Ｃ5、１４．７ＷＨＳＶ、４５ｐｓｉａ（３１０ｋＰａ−ａ）（合計）の条件における種々の温度（各温度における８時間にわたる平均値）での、ｎ−ペンタン転化ならびに環式Ｃ5、ＣＰＤ、Ｃ1、およびＣ2-4分解生成物の選択率および収率を示している。表２Ａでは、選択率と収率が、形成された炭化水素の環式Ｃ5、ＣＰＤ、Ｃ1、およびＣ2-4それぞれのモル比率で表わされており、すなわちモル選択率は形成された環式Ｃ5、ＣＰＤ、Ｃ1、およびＣ2-4それぞれのモル数を転化後のペンタンの総モル数で割った値である。表２Ｂでは、選択率と収率が、形成された環式Ｃ5、ＣＰＤ、Ｃ1、およびＣ2-4それぞれの炭素比率で表わされており、すなわち炭素選択率は形成された環式Ｃ5、ＣＰＤ、Ｃ1、およびＣ2-4それぞれの炭素のモル数を転化後のペンタン中の炭素の総モル数で割った値である。
表２Ａおよび２Ｂを見ると分かるとおり、ペンタン転化率はＷＨＳＶが高いと８０％を超え、５９５℃では環式Ｃ5種に対する選択率が４０％である。特異的最終生成物ではないが、シクロペンタンとシクロペンテンを再循環させてＣＰＤを生成することができる。活性は各温度にて、また６５０℃での５時間にわたるＨ2処理後、８時間にわたり維持される。
表２Ａおよび２Ｂを見ると分かるとおり、ペンタン転化率はＷＨＳＶが高いと８０％を超え、５９５℃では環式Ｃ5種に対する選択率が４０％である。特異的最終生成物ではないが、シクロペンタンとシクロペンテンを再循環させてＣＰＤを生成することができる。活性は各温度にて、また６５０℃での５時間にわたるＨ2処理後、８時間にわたり維持される。
（例３）
反応器性能モデリング
上記のデータセットおよび同様の実験データを、Ｉｎｖｅｎｓｙｓ Ｓｙｓｔｅｍｓ社製のＰＲＯ／ＩＩ ９．１．４（例３Ａ〜３Ｈ向け）およびＰＲＯ／ＩＩ ９．３．４（例３Ｉ〜３Ｎ向け）におけるモデル構築の指針として使用し、目的は商業的に関連のある操作条件および様々な反応器構成における性能推定であった。モデリングの詳細事項に応じて結果の変動が発生するが、モデルはそれでもなお、本発明の相対的便益を実証するものである。多数の修正および変形が可能であり、添付の特許請求の範囲の範囲内で本発明は本明細書における具体的記述以外の形でも実践され得ることが理解されるべきである。
反応器性能モデリング
上記のデータセットおよび同様の実験データを、Ｉｎｖｅｎｓｙｓ Ｓｙｓｔｅｍｓ社製のＰＲＯ／ＩＩ ９．１．４（例３Ａ〜３Ｈ向け）およびＰＲＯ／ＩＩ ９．３．４（例３Ｉ〜３Ｎ向け）におけるモデル構築の指針として使用し、目的は商業的に関連のある操作条件および様々な反応器構成における性能推定であった。モデリングの詳細事項に応じて結果の変動が発生するが、モデルはそれでもなお、本発明の相対的便益を実証するものである。多数の修正および変形が可能であり、添付の特許請求の範囲の範囲内で本発明は本明細書における具体的記述以外の形でも実践され得ることが理解されるべきである。
（例３Ａ）
出口圧力８ｐｓｉａ、Ｈ2同時供給、燃焼管反応器
比較例として、出口圧力８ｐｓｉａ、入口温度５００℃、出口温度５７５℃、燃焼管反応器使用のシミュレーションを、モル比０．５：１．０の水素：ｎ−ペンタン供給を想定して行い、ＣＰＤ濃度が反応器出口条件での熱力学的濃度に達するよう、十分な滞留時間を設けた。燃焼管反応器溶出物中に１ポンドモルのＣＰＤを生成するには、１．６０９ポンドモルのｎ−ペンタン、０．８０４５ポンドモルの水素および０．１７７５ＭＭ ＢＴＵの燃焼管反応器熱負荷が必要であった。
出口圧力８ｐｓｉａ、Ｈ2同時供給、燃焼管反応器
比較例として、出口圧力８ｐｓｉａ、入口温度５００℃、出口温度５７５℃、燃焼管反応器使用のシミュレーションを、モル比０．５：１．０の水素：ｎ−ペンタン供給を想定して行い、ＣＰＤ濃度が反応器出口条件での熱力学的濃度に達するよう、十分な滞留時間を設けた。燃焼管反応器溶出物中に１ポンドモルのＣＰＤを生成するには、１．６０９ポンドモルのｎ−ペンタン、０．８０４５ポンドモルの水素および０．１７７５ＭＭ ＢＴＵの燃焼管反応器熱負荷が必要であった。
（例３Ｂ）
出口圧力８ｐｓｉａ、燃焼管反応器
比較例として、出口圧力８ｐｓｉａ、入口温度５００℃、出口温度５７５℃、燃焼管反応器使用のシミュレーションを、モル比０．０：１．０の水素：ｎ−ペンタン供給を想定して行い、ＣＰＤ濃度が反応器出口条件での熱力学的濃度に達するよう、十分な滞留時間を設けた。燃焼管反応器溶出物中に１ポンドモルのＣＰＤを生成するには、１．５６３８ポンドモルのｎ−ペンタン、０．０ポンドモルのＨ2および０．１７４１ＭＭ ＢＴＵの燃焼管反応器熱負荷が必要であった。これは例３Ａと比べ、はるかに魅力的なＣＰＤ収率であり、熱負荷が低減されるが、Ｈ2を同時供給しないと、ｎ−ペンタンをＣＰＤに転化するための触媒にコークスが急速に付着する。
出口圧力８ｐｓｉａ、燃焼管反応器
比較例として、出口圧力８ｐｓｉａ、入口温度５００℃、出口温度５７５℃、燃焼管反応器使用のシミュレーションを、モル比０．０：１．０の水素：ｎ−ペンタン供給を想定して行い、ＣＰＤ濃度が反応器出口条件での熱力学的濃度に達するよう、十分な滞留時間を設けた。燃焼管反応器溶出物中に１ポンドモルのＣＰＤを生成するには、１．５６３８ポンドモルのｎ−ペンタン、０．０ポンドモルのＨ2および０．１７４１ＭＭ ＢＴＵの燃焼管反応器熱負荷が必要であった。これは例３Ａと比べ、はるかに魅力的なＣＰＤ収率であり、熱負荷が低減されるが、Ｈ2を同時供給しないと、ｎ−ペンタンをＣＰＤに転化するための触媒にコークスが急速に付着する。
（例３Ｃ）
出口圧力８ｐｓｉａ、Ｈ2同時供給、ＣＨ4同時供給、燃焼管反応器
比較例として、出口圧力８ｐｓｉａ、入口温度５００℃、出口温度５７５℃、燃焼管反応器使用のシミュレーションを、モル比０．５：１．０：３．８８５４の水素：ｎ−ペンタン：ＣＨ4供給を想定して行い、ＣＰＤ濃度が反応器出口条件での熱力学的濃度に達するよう、十分な滞留時間を設けた。燃焼管反応器溶出物中に１ポンドモルのＣＰＤを生成するには、１．２４１２ポンドモルのｎ−ペンタン、０．６２０７ポンドモルの水素および０．１６４７ＭＭ ＢＴＵの燃焼管反応器熱負荷が必要であった。これは例３Ａおよび３Ｂと比べ、はるかに魅力的なＣＰＤ収率であり、熱負荷が低減される。
出口圧力８ｐｓｉａ、Ｈ2同時供給、ＣＨ4同時供給、燃焼管反応器
比較例として、出口圧力８ｐｓｉａ、入口温度５００℃、出口温度５７５℃、燃焼管反応器使用のシミュレーションを、モル比０．５：１．０：３．８８５４の水素：ｎ−ペンタン：ＣＨ4供給を想定して行い、ＣＰＤ濃度が反応器出口条件での熱力学的濃度に達するよう、十分な滞留時間を設けた。燃焼管反応器溶出物中に１ポンドモルのＣＰＤを生成するには、１．２４１２ポンドモルのｎ−ペンタン、０．６２０７ポンドモルの水素および０．１６４７ＭＭ ＢＴＵの燃焼管反応器熱負荷が必要であった。これは例３Ａおよび３Ｂと比べ、はるかに魅力的なＣＰＤ収率であり、熱負荷が低減される。
（例３Ｄ）
出口圧力８ｐｓｉａ、Ｈ2同時供給、ＣＨ4同時供給、断熱先導反応器、燃焼管後続反応器
本発明の一例として、入口温度５００℃、出口圧力７２．０ｐｓｉａ、断熱反応器に続いて出口圧力８ｐｓｉａ、入口温度５００℃、出口温度５７５℃、燃焼管反応器使用のシミュレーションを、モル比０．５：１．０：３．８８５４のＨ2：ｎ−ペンタン：ＣＨ4供給を想定して行い、ＣＰＤ濃度が反応器出口条件での熱力学的濃度に達するよう、十分な滞留時間を設けた。燃焼管反応器溶出物中に１ポンドモルのＣＰＤを生成するには、１．２４１２ポンドモルのｎ−ペンタン、０．６２０７ポンドモルのＨ2および０．１５４２ＭＭ ＢＴＵの燃焼管反応器熱負荷が必要であった。これはＣＰＤ収率が例３Ｃと同じで、熱負荷は例３Ａ、３Ｂおよび３Ｃと比べ低減され、熱負荷は３Ｃと比べ６．４％低減される。
出口圧力８ｐｓｉａ、Ｈ2同時供給、ＣＨ4同時供給、断熱先導反応器、燃焼管後続反応器
本発明の一例として、入口温度５００℃、出口圧力７２．０ｐｓｉａ、断熱反応器に続いて出口圧力８ｐｓｉａ、入口温度５００℃、出口温度５７５℃、燃焼管反応器使用のシミュレーションを、モル比０．５：１．０：３．８８５４のＨ2：ｎ−ペンタン：ＣＨ4供給を想定して行い、ＣＰＤ濃度が反応器出口条件での熱力学的濃度に達するよう、十分な滞留時間を設けた。燃焼管反応器溶出物中に１ポンドモルのＣＰＤを生成するには、１．２４１２ポンドモルのｎ−ペンタン、０．６２０７ポンドモルのＨ2および０．１５４２ＭＭ ＢＴＵの燃焼管反応器熱負荷が必要であった。これはＣＰＤ収率が例３Ｃと同じで、熱負荷は例３Ａ、３Ｂおよび３Ｃと比べ低減され、熱負荷は３Ｃと比べ６．４％低減される。
（例３Ｅ）
出口圧力１６ｐｓｉａ、Ｈ2同時供給、燃焼管反応器
３Ａとの比較類似例のシミュレーションを、超大気圧の条件で行った。出口圧力１６ｐｓｉａ、入口温度５００℃、出口温度５７５℃、燃焼管反応器使用のシミュレーションを、モル比０．５：１．０のＨ2：ｎ−ペンタン供給を想定して行い、ＣＰＤ濃度が反応器出口条件での熱力学的濃度に達するよう、十分な滞留時間を設けた。燃焼管反応器溶出物中に１ポンドモルのＣＰＤを生成するには、２．８４６ポンドモルのｎ−ペンタン、１．４２３ポンドモルのＨ2および０．２３５８ＭＭ ＢＴＵの燃焼管反応器熱負荷が必要であった。これはＯ2侵入の潜在的問題を排除したが、必要な供給量と熱負荷が、上記の例と比べ増える。
出口圧力１６ｐｓｉａ、Ｈ2同時供給、燃焼管反応器
３Ａとの比較類似例のシミュレーションを、超大気圧の条件で行った。出口圧力１６ｐｓｉａ、入口温度５００℃、出口温度５７５℃、燃焼管反応器使用のシミュレーションを、モル比０．５：１．０のＨ2：ｎ−ペンタン供給を想定して行い、ＣＰＤ濃度が反応器出口条件での熱力学的濃度に達するよう、十分な滞留時間を設けた。燃焼管反応器溶出物中に１ポンドモルのＣＰＤを生成するには、２．８４６ポンドモルのｎ−ペンタン、１．４２３ポンドモルのＨ2および０．２３５８ＭＭ ＢＴＵの燃焼管反応器熱負荷が必要であった。これはＯ2侵入の潜在的問題を排除したが、必要な供給量と熱負荷が、上記の例と比べ増える。
（例３Ｆ）
出口圧力１６ｐｓｉａ、Ｈ2同時供給、ＣＨ4同時供給、燃焼管反応器
例３Ｅの性能を探究するため、出口圧力１６ｐｓｉａ、入口温度５００℃、出口温度５７５℃、燃焼管反応器使用のシミュレーションを、モル比０．５：１．０：３．８８５４のＨ2：ｎ−ペンタン：ＣＨ4供給を想定して行い、ＣＰＤ濃度が反応器出口条件での熱力学的濃度に達するよう、十分な滞留時間を設けた。燃焼管反応器溶出物中に１ポンドモルのＣＰＤを生成するには、１．６０９ポンドモルのｎ−ペンタン、０．８０４５ポンドモルのＨ2および０．１９０３ＭＭ ＢＴＵの燃焼管反応器熱負荷が必要であった。これは例３Ｅと比べ、はるかに魅力的なＣＰＤ収率であり、熱負荷が低減される一方、本発明の応用による改善の潜在性もまだある。
出口圧力１６ｐｓｉａ、Ｈ2同時供給、ＣＨ4同時供給、燃焼管反応器
例３Ｅの性能を探究するため、出口圧力１６ｐｓｉａ、入口温度５００℃、出口温度５７５℃、燃焼管反応器使用のシミュレーションを、モル比０．５：１．０：３．８８５４のＨ2：ｎ−ペンタン：ＣＨ4供給を想定して行い、ＣＰＤ濃度が反応器出口条件での熱力学的濃度に達するよう、十分な滞留時間を設けた。燃焼管反応器溶出物中に１ポンドモルのＣＰＤを生成するには、１．６０９ポンドモルのｎ−ペンタン、０．８０４５ポンドモルのＨ2および０．１９０３ＭＭ ＢＴＵの燃焼管反応器熱負荷が必要であった。これは例３Ｅと比べ、はるかに魅力的なＣＰＤ収率であり、熱負荷が低減される一方、本発明の応用による改善の潜在性もまだある。
（例３Ｇ）
出口圧力８ｐｓｉａ、Ｈ2同時供給、ＣＨ4同時供給、断熱先導反応器、燃焼管後続反応器
本発明の一例として、入口温度５００℃、出口圧力７２．０ｐｓｉａ、断熱反応器に続いて出口圧力８ｐｓｉａ、入口温度５００℃、出口温度５７５℃、燃焼管反応器使用のシミュレーションを、モル比０．５：１．０：３．８８５４のＨ2：ｎ−ペンタン：ＣＨ4供給を想定して行い、ＣＰＤ濃度が反応器出口条件での熱力学的濃度に達するよう、十分な滞留時間を設けた。燃焼管反応器溶出物中に１ポンドモルのＣＰＤを生成するには、１．６０９ポンドモルのｎ−ペンタン、０．８０４５ポンドモルのＨ2および０．１７６７ＭＭ ＢＴＵの燃焼管反応器熱負荷が必要であった。これは例３ＦとＣＰＤ収率が同じである一方、３Ｆと比べ熱負荷が７．５％低減される。
出口圧力８ｐｓｉａ、Ｈ2同時供給、ＣＨ4同時供給、断熱先導反応器、燃焼管後続反応器
本発明の一例として、入口温度５００℃、出口圧力７２．０ｐｓｉａ、断熱反応器に続いて出口圧力８ｐｓｉａ、入口温度５００℃、出口温度５７５℃、燃焼管反応器使用のシミュレーションを、モル比０．５：１．０：３．８８５４のＨ2：ｎ−ペンタン：ＣＨ4供給を想定して行い、ＣＰＤ濃度が反応器出口条件での熱力学的濃度に達するよう、十分な滞留時間を設けた。燃焼管反応器溶出物中に１ポンドモルのＣＰＤを生成するには、１．６０９ポンドモルのｎ−ペンタン、０．８０４５ポンドモルのＨ2および０．１７６７ＭＭ ＢＴＵの燃焼管反応器熱負荷が必要であった。これは例３ＦとＣＰＤ収率が同じである一方、３Ｆと比べ熱負荷が７．５％低減される。
（例３Ｈ）
出口圧力８ｐｓｉａ、ＣＨ4同時供給、断熱先導反応器、燃焼管後続反応器
本発明の一例として、入口温度５００℃、出口圧力７２．０ｐｓｉａ、断熱反応器に続いて出口圧力８ｐｓｉａ、入口温度５００℃、出口温度５７５℃、燃焼管反応器使用のシミュレーションを、モル比０．０：１．０：３．８８５４のＨ2：ｎ−ペンタン：ＣＨ4供給を想定して行い、ＣＰＤ濃度が反応器出口条件での熱力学的濃度に達するよう、十分な滞留時間を設けた。燃焼管反応器溶出物中に１ポンドモルのＣＰＤを生成するには、１．５１７ポンドモルのｎ−ペンタン、０．０ポンドモルのＨ2および０．１６５２ＭＭ ＢＴＵの燃焼管反応器熱負荷が必要であった。本発明を使用すると、コークス形成に対する脆弱性がより高い非断熱反応器にプロセスの流れが進入する前に断熱反応器がＨ2を生成することから、Ｈ2同時供給の必要性が低減または排除される。したがって、例３Ｆと比べＣＰＤ収率が改善され（すなわち同量のＣＰＤの生成に必要なｎ−ペンタンが少なく済む）、熱負荷は１３．２％低減される。
出口圧力８ｐｓｉａ、ＣＨ4同時供給、断熱先導反応器、燃焼管後続反応器
本発明の一例として、入口温度５００℃、出口圧力７２．０ｐｓｉａ、断熱反応器に続いて出口圧力８ｐｓｉａ、入口温度５００℃、出口温度５７５℃、燃焼管反応器使用のシミュレーションを、モル比０．０：１．０：３．８８５４のＨ2：ｎ−ペンタン：ＣＨ4供給を想定して行い、ＣＰＤ濃度が反応器出口条件での熱力学的濃度に達するよう、十分な滞留時間を設けた。燃焼管反応器溶出物中に１ポンドモルのＣＰＤを生成するには、１．５１７ポンドモルのｎ−ペンタン、０．０ポンドモルのＨ2および０．１６５２ＭＭ ＢＴＵの燃焼管反応器熱負荷が必要であった。本発明を使用すると、コークス形成に対する脆弱性がより高い非断熱反応器にプロセスの流れが進入する前に断熱反応器がＨ2を生成することから、Ｈ2同時供給の必要性が低減または排除される。したがって、例３Ｆと比べＣＰＤ収率が改善され（すなわち同量のＣＰＤの生成に必要なｎ−ペンタンが少なく済む）、熱負荷は１３．２％低減される。
（例３Ｉ）
出口圧力８ｐｓｉａ、Ｈ2同時供給、燃焼管反応器
比較例として、出口圧力８ｐｓｉａ、入口温度５００℃、出口温度５７５℃、燃焼管反応器使用のシミュレーションを、モル比１．０：１．０の水素：ｎ−ペンタン供給を想定して行い、ＣＰＤ濃度が反応器出口条件での熱力学的濃度に達するよう、十分な滞留時間を設けた。燃焼管反応器溶出物中に１ポンドモルのＣＰＤを生成するには、１．６４７ポンドモルのｎ−ペンタン、１．６４７ポンドモルの水素および０．１８０２ＭＭ ＢＴＵの燃焼管反応器熱負荷が必要であった。
出口圧力８ｐｓｉａ、Ｈ2同時供給、燃焼管反応器
比較例として、出口圧力８ｐｓｉａ、入口温度５００℃、出口温度５７５℃、燃焼管反応器使用のシミュレーションを、モル比１．０：１．０の水素：ｎ−ペンタン供給を想定して行い、ＣＰＤ濃度が反応器出口条件での熱力学的濃度に達するよう、十分な滞留時間を設けた。燃焼管反応器溶出物中に１ポンドモルのＣＰＤを生成するには、１．６４７ポンドモルのｎ−ペンタン、１．６４７ポンドモルの水素および０．１８０２ＭＭ ＢＴＵの燃焼管反応器熱負荷が必要であった。
（例３Ｊ）
出口圧力８ｐｓｉａ、Ｈ2同時供給、断熱先導反応器、燃焼管後続反応器
本発明の一例として、入口温度５００℃、出口圧力１３ｐｓｉａ、断熱反応器に続いて出口圧力８ｐｓｉａ、入口温度５００℃、出口温度５７５℃、燃焼管反応器使用のシミュレーションを、モル比１．０：１．０のＨ2：ｎ−ペンタン供給を想定して行い、ＣＰＤ濃度が反応器出口条件での熱力学的濃度に達するよう、十分な滞留時間を設けた。燃焼管反応器溶出物中に１ポンドモルのＣＰＤを生成するには、１．６４７ポンドモルのｎ−ペンタン、１．６４７ポンドモルのＨ2および０．１６８８ＭＭ ＢＴＵの燃焼管反応器熱負荷が必要であった。これは例３ＩとＣＰＤ収率が同じである一方、熱負荷が６．３％低減される。
出口圧力８ｐｓｉａ、Ｈ2同時供給、断熱先導反応器、燃焼管後続反応器
本発明の一例として、入口温度５００℃、出口圧力１３ｐｓｉａ、断熱反応器に続いて出口圧力８ｐｓｉａ、入口温度５００℃、出口温度５７５℃、燃焼管反応器使用のシミュレーションを、モル比１．０：１．０のＨ2：ｎ−ペンタン供給を想定して行い、ＣＰＤ濃度が反応器出口条件での熱力学的濃度に達するよう、十分な滞留時間を設けた。燃焼管反応器溶出物中に１ポンドモルのＣＰＤを生成するには、１．６４７ポンドモルのｎ−ペンタン、１．６４７ポンドモルのＨ2および０．１６８８ＭＭ ＢＴＵの燃焼管反応器熱負荷が必要であった。これは例３ＩとＣＰＤ収率が同じである一方、熱負荷が６．３％低減される。
（例３Ｋ）
出口圧力８ｐｓｉａ、Ｈ2同時供給、断熱先導反応器、燃焼管後続反応器
本発明のさらなる一例として、入口温度５７５℃、出口圧力１３ｐｓｉａ、断熱反応器に続いて出口圧力８ｐｓｉａ、入口温度５００℃、出口温度５７５℃、燃焼管反応器使用のシミュレーションを、モル比１．０：１．０のＨ2：ｎ−ペンタン供給を想定して行い、ＣＰＤ濃度が反応器出口条件での熱力学的濃度に達するよう、十分な滞留時間を設けた。燃焼管反応器溶出物中に１ポンドモルのＣＰＤを生成するには、１．６４７ポンドモルのｎ−ペンタン、１．６４７ポンドモルのＨ2および０．１５８９ＭＭ ＢＴＵの燃焼管反応器熱負荷が必要であった。これは例３ＩとＣＰＤ収率が同じである一方、熱負荷が１１．８％低減され、この熱負荷低減は例３Ｊで達成された低減よりも大きいが、これは断熱先導反応器の入口温度が高かったことによる。
出口圧力８ｐｓｉａ、Ｈ2同時供給、断熱先導反応器、燃焼管後続反応器
本発明のさらなる一例として、入口温度５７５℃、出口圧力１３ｐｓｉａ、断熱反応器に続いて出口圧力８ｐｓｉａ、入口温度５００℃、出口温度５７５℃、燃焼管反応器使用のシミュレーションを、モル比１．０：１．０のＨ2：ｎ−ペンタン供給を想定して行い、ＣＰＤ濃度が反応器出口条件での熱力学的濃度に達するよう、十分な滞留時間を設けた。燃焼管反応器溶出物中に１ポンドモルのＣＰＤを生成するには、１．６４７ポンドモルのｎ−ペンタン、１．６４７ポンドモルのＨ2および０．１５８９ＭＭ ＢＴＵの燃焼管反応器熱負荷が必要であった。これは例３ＩとＣＰＤ収率が同じである一方、熱負荷が１１．８％低減され、この熱負荷低減は例３Ｊで達成された低減よりも大きいが、これは断熱先導反応器の入口温度が高かったことによる。
（例３Ｌ）
出口圧力１６ｐｓｉａ、Ｈ2同時供給、ＣＨ4同時供給、燃焼管反応器
比較例として、出口圧力１６ｐｓｉａ、入口温度５００℃、出口温度５７５℃、燃焼管反応器使用のシミュレーションを、モル比１．０：１．０：４．３５の水素：ｎ−ペンタン：メタン供給を想定して行い、ＣＰＤ濃度が反応器出口条件での熱力学的濃度に達するよう、十分な滞留時間を設けた。燃焼管反応器溶出物中に１ポンドモルのＣＰＤを生成するには、１．６４７ポンドモルのｎ−ペンタン、１．６４７ポンドモルの水素および０．１９５１ＭＭ ＢＴＵの燃焼管反応器熱負荷が必要であった。
出口圧力１６ｐｓｉａ、Ｈ2同時供給、ＣＨ4同時供給、燃焼管反応器
比較例として、出口圧力１６ｐｓｉａ、入口温度５００℃、出口温度５７５℃、燃焼管反応器使用のシミュレーションを、モル比１．０：１．０：４．３５の水素：ｎ−ペンタン：メタン供給を想定して行い、ＣＰＤ濃度が反応器出口条件での熱力学的濃度に達するよう、十分な滞留時間を設けた。燃焼管反応器溶出物中に１ポンドモルのＣＰＤを生成するには、１．６４７ポンドモルのｎ−ペンタン、１．６４７ポンドモルの水素および０．１９５１ＭＭ ＢＴＵの燃焼管反応器熱負荷が必要であった。
（例３Ｍ）
出口圧力１６ｐｓｉａ、Ｈ2同時供給、ＣＨ4同時供給、断熱先導反応器、燃焼管後続反応器
本発明の一例として、入口温度５００℃、出口圧力２１ｐｓｉａ、断熱反応器に続いて出口圧力１６ｐｓｉａ、入口温度５００℃、出口温度５７５℃、燃焼管反応器使用のシミュレーションを、モル比１．０：１．０：４．３５のＨ2：ｎ−ペンタン：メタン供給を想定して行い、ＣＰＤ濃度が反応器出口条件での熱力学的濃度に達するよう、十分な滞留時間を設けた。燃焼管反応器溶出物中に１ポンドモルのＣＰＤを生成するには、１．６４７ポンドモルのｎ−ペンタン、１．６４７ポンドモルのＨ2および０．１７３５ＭＭ ＢＴＵの燃焼管反応器熱負荷が必要であった。これは例３ＬとＣＰＤ収率が同じである一方、熱負荷が１１．１％低減される。
出口圧力１６ｐｓｉａ、Ｈ2同時供給、ＣＨ4同時供給、断熱先導反応器、燃焼管後続反応器
本発明の一例として、入口温度５００℃、出口圧力２１ｐｓｉａ、断熱反応器に続いて出口圧力１６ｐｓｉａ、入口温度５００℃、出口温度５７５℃、燃焼管反応器使用のシミュレーションを、モル比１．０：１．０：４．３５のＨ2：ｎ−ペンタン：メタン供給を想定して行い、ＣＰＤ濃度が反応器出口条件での熱力学的濃度に達するよう、十分な滞留時間を設けた。燃焼管反応器溶出物中に１ポンドモルのＣＰＤを生成するには、１．６４７ポンドモルのｎ−ペンタン、１．６４７ポンドモルのＨ2および０．１７３５ＭＭ ＢＴＵの燃焼管反応器熱負荷が必要であった。これは例３ＬとＣＰＤ収率が同じである一方、熱負荷が１１．１％低減される。
（例３Ｍ）
出口圧力１６ｐｓｉａ、Ｈ2同時供給、ＣＨ4同時供給、断熱先導反応器、燃焼管後続反応器
本発明の一例として、入口温度５７５℃、出口圧力２１ｐｓｉａ、断熱反応器に続いて出口圧力１６ｐｓｉａ、入口温度５００℃、出口温度５７５℃、燃焼管反応器使用のシミュレーションを、モル比１．０：１．０：４．３５のＨ2：ｎ−ペンタン：メタン供給を想定して行い、ＣＰＤ濃度が反応器出口条件での熱力学的濃度に達するよう、十分な滞留時間を設けた。燃焼管反応器溶出物中に１ポンドモルのＣＰＤを生成するには、１．６４７ポンドモルのｎ−ペンタン、１．６４７ポンドモルのＨ2および０．１７３５ＭＭ ＢＴＵの燃焼管反応器熱負荷が必要であった。これは例３ＬとＣＰＤ収率が同じである一方、熱負荷が２０．６％低減され、この熱負荷低減は例３Ｍで達成された低減よりも大きいが、これは断熱先導反応器の入口温度が高かったことによる。
出口圧力１６ｐｓｉａ、Ｈ2同時供給、ＣＨ4同時供給、断熱先導反応器、燃焼管後続反応器
本発明の一例として、入口温度５７５℃、出口圧力２１ｐｓｉａ、断熱反応器に続いて出口圧力１６ｐｓｉａ、入口温度５００℃、出口温度５７５℃、燃焼管反応器使用のシミュレーションを、モル比１．０：１．０：４．３５のＨ2：ｎ−ペンタン：メタン供給を想定して行い、ＣＰＤ濃度が反応器出口条件での熱力学的濃度に達するよう、十分な滞留時間を設けた。燃焼管反応器溶出物中に１ポンドモルのＣＰＤを生成するには、１．６４７ポンドモルのｎ−ペンタン、１．６４７ポンドモルのＨ2および０．１７３５ＭＭ ＢＴＵの燃焼管反応器熱負荷が必要であった。これは例３ＬとＣＰＤ収率が同じである一方、熱負荷が２０．６％低減され、この熱負荷低減は例３Ｍで達成された低減よりも大きいが、これは断熱先導反応器の入口温度が高かったことによる。
これらの例は、所与の供給物組成および非断熱反応器操作条件について、本発明の応用（すなわち非断熱反応器の上流への断熱反応器の追加）によってＣＰＤ収率が改善され（すなわち同量のＣＰＤの生成に必要なｎ−ペンタンが少なく済む）、熱負荷が低減されることを例証するものである。
本明細書に記載の文書はすべて、本文と不整合でない限り、如何なる優先文書および／または試験手順も含め、参照によって本明細書に組み込まれる。前記の全般的記述および特異的実施形態から明らかであるとおり、本発明の形態が例示および記載されている一方、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、様々な修正を加えることができる。相応に、本発明は本明細書によって制限されることを意図しない。同様に、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」と同義と見なされる。同様に、１つの組成物、元素または元素群に「含む」という遷移的文言が付帯する場合、我々は同じ組成物または元素群への言及について「本質的に〜からなる」、「〜からなる」、「〜からなる群から選択される」、または「〜である」が付帯することも想定していると理解される。
次に、本発明の好ましい態様を示す。
１． 反応器システム内で非環式Ｃ 5 炭化水素をシクロペンタジエンに転化する方法であって、
触媒材料を含む第１の粒状材料を含む少なくとも１つの断熱反応ゾーンに、非環式Ｃ 5 炭化水素を含む原料を温度Ｔ 1 にて供給するステップと、
原料と第１の粒状材料とを反応条件下で少なくとも１つの断熱反応ゾーンにて接触させて、非環式Ｃ 5 炭化水素の少なくとも一部を、シクロペンタジエン中間体と、未転化の非環式Ｃ 5 炭化水素を含み、シクロペンタジエンを含んでもよい第１の溶出物に転化するステップと、
第１の溶出物を温度Ｔ 2 に加熱するステップと、
第１の溶出物を少なくとも１つの非断熱反応ゾーンに供給するステップと、
第１の溶出物と、第２の粒状材料とを反応条件下で少なくとも１つの非断熱反応ゾーンにて接触させて、シクロペンタジエン中間体および未転化の非環式Ｃ 5 炭化水素の少なくとも一部を、シクロペンタジエンを含む第２の溶出物に転化するステップと
を含む方法。
２． 少なくとも１つの非断熱反応ゾーンの熱負荷が、断熱反応ゾーンが存在しない方法と比較して、生成されるシクロペンタジエン１単位につき少なくとも３．０％低減される、上記１に記載の方法。
３． 少なくとも１つの非断熱反応ゾーン内で逆の温度プロファイルまたは等温の温度プロファイルが維持される、上記１または２に記載の方法。
４． 少なくとも１つの断熱反応ゾーンが固定床反応器または流動床反応器である、上記１から３のいずれか１項に記載の方法。
５． Ｔ 1 および／またはＴ 2 が約５００℃以下である、上記１から４のいずれか１項に記載の方法。
６． 少なくとも１つの非断熱反応ゾーンを出る第２の溶出物の温度が少なくとも約５５０℃である、上記１から５のいずれか１項に記載の方法。
７． 少なくとも１つの断熱反応ゾーンへ、Ｃ 1 、Ｃ 2 、Ｃ 3 および／またはＣ 4 炭化水素を含む軽質炭化水素の同時供給原料を供給するステップをさらに含む、上記１から６のいずれか１項に記載の方法。
８． 少なくとも１つの断熱反応ゾーンおよび／または少なくとも１つの非断熱反応ゾーンへＨ 2 を供給するステップをさらに含む、上記１から７のいずれか１項に記載の方法。
９． 少なくとも１つの非断熱反応ゾーンが少なくとも１つの加熱装置を含む、上記１から８のいずれか１項に記載の方法。
１０． 少なくとも１つの非断熱反応ゾーン内の反応条件が約４００℃〜約８００℃の範囲の温度および約３ｐｓｉａ〜約１５０ｐｓｉａの範囲の圧力を含む、上記１から９のいずれか１項に記載の方法。
１１． 少なくとも１つの断熱反応ゾーン内の反応条件が約４５０℃〜約９００℃の範囲の温度および約３ｐｓｉａ〜約１５０ｐｓｉａの範囲の圧力を含む、上記１から１０のいずれか１項に記載の方法。
１２． 非環式Ｃ 5 炭化水素のうち少なくとも約３０質量％がシクロペンタジエンに転化される、上記１から１１のいずれか１項に記載の方法。
１３． 少なくとも１つの非断熱反応ゾーンが循環流動床反応器、循環沈降床反応器、固定床反応器、環式固定床反応器、流動床反応器、燃焼管反応器、または対流加熱管反応器である、上記１から１２のいずれか１項に記載の方法。
１４． 第２の粒状材料が、ＺＳＭ−５担持白金、Ｚｅｏｌｉｔｅ Ｌ担持白金、および／または白金を含む触媒組成物であり、触媒組成物がケイ酸塩修飾シリカ表面の構造化触媒形状に形成される、上記１３に記載の方法。
１５． 少なくとも非断熱反応ゾーンが、並列反応管を含む反応器を含み、反応管の、第１の溶出物および第２の粒状材料の接触中に反応器入口から反応器出口にかけて測定される圧力低下が２０ｐｓｉ未満である、上記１３または１４に記載の方法。
１６． 第１の溶出物が少なくとも１つの非断熱反応ゾーン内で第２の粒状材料の流動方向に対して並流または向流の方向に流れる、上記１から１５のいずれか１項に記載の方法。
１７． 少なくとも１つの断熱反応ゾーンに至る原料および／または少なくとも１つの非断熱反応ゾーンに至る第１の溶出物を循環的に遮断するステップと、少なくとも１つの断熱反応ゾーンおよび／または少なくとも１つの非断熱反応ゾーンへ活性化ガスを供給するステップをさらに含む、上記１から１２のいずれか１項に記載の方法。
１８． 原料および／または第１の溶出物が活性化ガスの流動方向に対して並流または向流の方向に流れる、上記１７に記載の方法。
１９． 活性化ガスが水素を含み、活性化ガスが第１の粒状材料および／または第２の粒状材料と接触して触媒材料表面に増加的に堆積したコークス材料の少なくとも一部を除去する結果、活性化された触媒材料および揮発性炭化水素を形成する、上記１７または１８に記載の方法。
２０． 増加的に堆積したコークス材料のうち少なくとも１０．０質量％が触媒材料から除去される、上記１７から１９のいずれか１項に記載の方法。
２１． 少なくとも１つの断熱反応ゾーンに至る原料および／または少なくとも１つの非断熱反応ゾーンに至る第１の溶出物を循環的に遮断するステップと、再生ガスを少なくとも１つの断熱反応ゾーンおよび／または少なくとも１つの非断熱反応ゾーンに供給するステップと、第１の粒状材料および／または第２の粒状材料を再生ガスと再生条件下で接触させて触媒材料表面に堆積したコークス材料の少なくとも一部を酸化的に除去する結果、再生触媒材料を形成するステップとをさらに含む、上記１から１２のいずれか１項に記載の方法。
２２． 再生ガスが第１の粒状材料および／または第２の粒状材料と約１日〜約１８０日おきの間隔で接触する、上記２１に記載の方法。
２３． 第１の粒状材料と第２の粒状材料が同一である、上記１から２２のいずれか１項に記載の方法。
２４． 第１の粒状材料と第２の粒状材料が異なる、上記１から２２のいずれか１項に記載の方法。
２５． 上記１から２４のいずれか１項に記載の方法によって製造される生成物から得られる物品。
２６． 生成物と二重結合を含有する基質とのディールスアルダー反応に由来する材料から得られる、上記２５に記載の物品。
２７． 生成物がシクロペンタジエン、ジシクロペンタジエン、シクロペンテン、シクロペンタン、ペンテン、ペンタジエン、ノルボルネン、テトラシクロドデセン、置換ノルボルネン、シクロペンタジエンのディールスアルダー反応誘導体、環式オレフィンコポリマー、環式オレフィンポリマー、ポリシクロペンテン、不飽和ポリエステル樹脂、炭化水素樹脂粘着付与剤、配合エポキシ樹脂、ポリジシクロペンタジエン、ノルボルネンもしくは置換ノルボルネンもしくはジシクロペンタジエンまたはそれらの任意の組み合わせのメタセシスポリマー、風力タービンブレード、ガラスまたは炭素繊維を含有する複合材料、配合接着剤、エチリデンノルボルネン、ＥＰＤＭゴム、アルコール、可塑剤、発泡剤、溶媒、オクタン価向上剤、ガソリン、およびこれらの混合物からなる群から選択される、上記２５に記載の物品。
次に、本発明の好ましい態様を示す。
１． 反応器システム内で非環式Ｃ 5 炭化水素をシクロペンタジエンに転化する方法であって、
触媒材料を含む第１の粒状材料を含む少なくとも１つの断熱反応ゾーンに、非環式Ｃ 5 炭化水素を含む原料を温度Ｔ 1 にて供給するステップと、
原料と第１の粒状材料とを反応条件下で少なくとも１つの断熱反応ゾーンにて接触させて、非環式Ｃ 5 炭化水素の少なくとも一部を、シクロペンタジエン中間体と、未転化の非環式Ｃ 5 炭化水素を含み、シクロペンタジエンを含んでもよい第１の溶出物に転化するステップと、
第１の溶出物を温度Ｔ 2 に加熱するステップと、
第１の溶出物を少なくとも１つの非断熱反応ゾーンに供給するステップと、
第１の溶出物と、第２の粒状材料とを反応条件下で少なくとも１つの非断熱反応ゾーンにて接触させて、シクロペンタジエン中間体および未転化の非環式Ｃ 5 炭化水素の少なくとも一部を、シクロペンタジエンを含む第２の溶出物に転化するステップと
を含む方法。
２． 少なくとも１つの非断熱反応ゾーンの熱負荷が、断熱反応ゾーンが存在しない方法と比較して、生成されるシクロペンタジエン１単位につき少なくとも３．０％低減される、上記１に記載の方法。
３． 少なくとも１つの非断熱反応ゾーン内で逆の温度プロファイルまたは等温の温度プロファイルが維持される、上記１または２に記載の方法。
４． 少なくとも１つの断熱反応ゾーンが固定床反応器または流動床反応器である、上記１から３のいずれか１項に記載の方法。
５． Ｔ 1 および／またはＴ 2 が約５００℃以下である、上記１から４のいずれか１項に記載の方法。
６． 少なくとも１つの非断熱反応ゾーンを出る第２の溶出物の温度が少なくとも約５５０℃である、上記１から５のいずれか１項に記載の方法。
７． 少なくとも１つの断熱反応ゾーンへ、Ｃ 1 、Ｃ 2 、Ｃ 3 および／またはＣ 4 炭化水素を含む軽質炭化水素の同時供給原料を供給するステップをさらに含む、上記１から６のいずれか１項に記載の方法。
８． 少なくとも１つの断熱反応ゾーンおよび／または少なくとも１つの非断熱反応ゾーンへＨ 2 を供給するステップをさらに含む、上記１から７のいずれか１項に記載の方法。
９． 少なくとも１つの非断熱反応ゾーンが少なくとも１つの加熱装置を含む、上記１から８のいずれか１項に記載の方法。
１０． 少なくとも１つの非断熱反応ゾーン内の反応条件が約４００℃〜約８００℃の範囲の温度および約３ｐｓｉａ〜約１５０ｐｓｉａの範囲の圧力を含む、上記１から９のいずれか１項に記載の方法。
１１． 少なくとも１つの断熱反応ゾーン内の反応条件が約４５０℃〜約９００℃の範囲の温度および約３ｐｓｉａ〜約１５０ｐｓｉａの範囲の圧力を含む、上記１から１０のいずれか１項に記載の方法。
１２． 非環式Ｃ 5 炭化水素のうち少なくとも約３０質量％がシクロペンタジエンに転化される、上記１から１１のいずれか１項に記載の方法。
１３． 少なくとも１つの非断熱反応ゾーンが循環流動床反応器、循環沈降床反応器、固定床反応器、環式固定床反応器、流動床反応器、燃焼管反応器、または対流加熱管反応器である、上記１から１２のいずれか１項に記載の方法。
１４． 第２の粒状材料が、ＺＳＭ−５担持白金、Ｚｅｏｌｉｔｅ Ｌ担持白金、および／または白金を含む触媒組成物であり、触媒組成物がケイ酸塩修飾シリカ表面の構造化触媒形状に形成される、上記１３に記載の方法。
１５． 少なくとも非断熱反応ゾーンが、並列反応管を含む反応器を含み、反応管の、第１の溶出物および第２の粒状材料の接触中に反応器入口から反応器出口にかけて測定される圧力低下が２０ｐｓｉ未満である、上記１３または１４に記載の方法。
１６． 第１の溶出物が少なくとも１つの非断熱反応ゾーン内で第２の粒状材料の流動方向に対して並流または向流の方向に流れる、上記１から１５のいずれか１項に記載の方法。
１７． 少なくとも１つの断熱反応ゾーンに至る原料および／または少なくとも１つの非断熱反応ゾーンに至る第１の溶出物を循環的に遮断するステップと、少なくとも１つの断熱反応ゾーンおよび／または少なくとも１つの非断熱反応ゾーンへ活性化ガスを供給するステップをさらに含む、上記１から１２のいずれか１項に記載の方法。
１８． 原料および／または第１の溶出物が活性化ガスの流動方向に対して並流または向流の方向に流れる、上記１７に記載の方法。
１９． 活性化ガスが水素を含み、活性化ガスが第１の粒状材料および／または第２の粒状材料と接触して触媒材料表面に増加的に堆積したコークス材料の少なくとも一部を除去する結果、活性化された触媒材料および揮発性炭化水素を形成する、上記１７または１８に記載の方法。
２０． 増加的に堆積したコークス材料のうち少なくとも１０．０質量％が触媒材料から除去される、上記１７から１９のいずれか１項に記載の方法。
２１． 少なくとも１つの断熱反応ゾーンに至る原料および／または少なくとも１つの非断熱反応ゾーンに至る第１の溶出物を循環的に遮断するステップと、再生ガスを少なくとも１つの断熱反応ゾーンおよび／または少なくとも１つの非断熱反応ゾーンに供給するステップと、第１の粒状材料および／または第２の粒状材料を再生ガスと再生条件下で接触させて触媒材料表面に堆積したコークス材料の少なくとも一部を酸化的に除去する結果、再生触媒材料を形成するステップとをさらに含む、上記１から１２のいずれか１項に記載の方法。
２２． 再生ガスが第１の粒状材料および／または第２の粒状材料と約１日〜約１８０日おきの間隔で接触する、上記２１に記載の方法。
２３． 第１の粒状材料と第２の粒状材料が同一である、上記１から２２のいずれか１項に記載の方法。
２４． 第１の粒状材料と第２の粒状材料が異なる、上記１から２２のいずれか１項に記載の方法。
２５． 上記１から２４のいずれか１項に記載の方法によって製造される生成物から得られる物品。
２６． 生成物と二重結合を含有する基質とのディールスアルダー反応に由来する材料から得られる、上記２５に記載の物品。
２７． 生成物がシクロペンタジエン、ジシクロペンタジエン、シクロペンテン、シクロペンタン、ペンテン、ペンタジエン、ノルボルネン、テトラシクロドデセン、置換ノルボルネン、シクロペンタジエンのディールスアルダー反応誘導体、環式オレフィンコポリマー、環式オレフィンポリマー、ポリシクロペンテン、不飽和ポリエステル樹脂、炭化水素樹脂粘着付与剤、配合エポキシ樹脂、ポリジシクロペンタジエン、ノルボルネンもしくは置換ノルボルネンもしくはジシクロペンタジエンまたはそれらの任意の組み合わせのメタセシスポリマー、風力タービンブレード、ガラスまたは炭素繊維を含有する複合材料、配合接着剤、エチリデンノルボルネン、ＥＰＤＭゴム、アルコール、可塑剤、発泡剤、溶媒、オクタン価向上剤、ガソリン、およびこれらの混合物からなる群から選択される、上記２５に記載の物品。
Claims (10)
- 反応器システム内で非環式Ｃ5炭化水素をシクロペンタジエンに転化する方法であって、
触媒材料を含む第１の粒状材料を含む少なくとも１つの断熱反応ゾーンに、非環式Ｃ5炭化水素を含む原料を温度Ｔ1にて供給するステップと、
原料と第１の粒状材料とを反応条件下で少なくとも１つの断熱反応ゾーンにて接触させて、非環式Ｃ5炭化水素の少なくとも一部を、シクロペンタジエン中間体と、未転化の非環式Ｃ5炭化水素を含み、シクロペンタジエンを含んでもよい第１の溶出物に転化するステップと、
第１の溶出物を温度Ｔ2に加熱するステップと、
第１の溶出物を少なくとも１つの非断熱反応ゾーンに供給するステップと、
第１の溶出物と、触媒材料を含む第２の粒状材料とを反応条件下で少なくとも１つの非断熱反応ゾーンにて接触させて、シクロペンタジエン中間体および未転化の非環式Ｃ5炭化水素の少なくとも一部を、シクロペンタジエンを含む第２の溶出物に転化するステップと
を含む方法。 - 少なくとも１つの非断熱反応ゾーンの熱負荷が、断熱反応ゾーンが存在しない方法と比較して、生成されるシクロペンタジエン１単位につき少なくとも３．０％低減される、請求項１に記載の方法。
- 少なくとも１つの非断熱反応ゾーン内で逆の温度プロファイルまたは等温の温度プロファイルが維持され、ここで、逆の温度プロファイルは、非断熱反応ゾーン入口の温度が非断熱反応ゾーン出口の温度より低いことを意味する、請求項１または２に記載の方法。
- 少なくとも１つの断熱反応ゾーンが固定床反応器または流動床反応器である、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
- Ｔ1および／またはＴ2が５００℃以下である、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
- 少なくとも１つの非断熱反応ゾーンを出る第２の溶出物の温度が少なくとも５５０℃である、請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
- 少なくとも１つの断熱反応ゾーンへ、Ｃ1、Ｃ2、Ｃ3および／またはＣ4炭化水素を含む
軽質炭化水素の同時供給原料を供給するステップをさらに含む、請求項１から６のいずれ
か１項に記載の方法。 - 少なくとも１つの断熱反応ゾーンおよび／または少なくとも１つの非断熱反応ゾーンへ
Ｈ2を供給するステップをさらに含む、請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。 - 少なくとも１つの非断熱反応ゾーンが少なくとも１つの加熱装置を含む、請求項１から
８のいずれか１項に記載の方法。 - 少なくとも１つの非断熱反応ゾーン内の反応条件が４００℃〜８００℃の範囲の温度お
よび３ｐｓｉａ〜１５０ｐｓｉａの範囲の圧力を含む、請求項１から９のいずれか１項に
記載の方法。
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