JP6704941B2 - プロピレンを生成するためのシステム及び方法 - Google Patents
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Description
背景
実施例1
図1のシステムは、Aspen Plus(登録商標)(AspenTechから市販)を使用してコンピュータモデル化された。後続の表(表1〜4)は、選択された流れの流れ組成ならびに熱特性を示す。同時係属のSaudi Aramcoの「Dual Catalyst System for Propylene Production」 (弁理士整理番号SA 6019 MA)という表題の米国仮特許出願第62/188,178号の実施例1、3及び6に記載されるように、シミュレーションのために提供された反応速度は、メタセシス触媒W−SBA−15及び分解触媒MFI−2000の実験反応速度の代表値である。35重量%のシス−2−ブテン、35重量%のトランス−2−ブテン、及び30重量%のn−ブタンのシステム入口流をモデルに使用した。表の流れ番号は、図1に示す流れまたは流れセグメントに対応する。シミュレーションは100%効率と80%効率について実行された。シミュレーション用のデータは、各シミュレーションの重量基準及びモル基準で提供される。特に、表1は、100%効率を有する図1のシステムのシミュレーション用のデータを示し、重量基準で構成要素を示す。表2は、100%効率を有する図1のシステムのシミュレーション用のデータを示し、モル基準で構成要素を示す。表3は、80%効率を有する図1のシステムのシミュレーション用のデータを示し、質量基準で構成要素を示す。表4は、80%効率を有する図1のシステムのシミュレーション用のデータを示し、モル基準で構成要素を示す。更に、図6は、表1に示すように、図1のシステムの生成物分布を表示する棒グラフを示し、ここで、棒グラフでは、「プロピレン」は移送ライン207の流れに対応し、「エチレン」は、移送ライン205の流れに対応し、「軽質パージ」は、移送ライン204の流れに対応し、「C4/C5+重質」は、移送ライン208の流れに対応する。図7は、メタセシス及び分解反応に続くブテン変換生成物を表示する棒グラフを示す。図6の生成物分布及び図7のブテン変換生成物は、表1のAspenシミュレーションに基づく。
図2のシステムもまた、Aspen Plus(登録商標)を使用してコンピュータモデル化された。後続の表(表5〜8)は、選択された流れの流れ組成ならびに熱特性を示す。モデルに使用されたシステム入口流組成及び触媒反応速度は、実施例2のものと同じであった。流れ番号は、図2に示す流れまたは流れセグメントに対応する。シミュレーションは100%効率と80%効率について実行された。更に、データは、各シミュレーションの重量基準及びモル基準で提供される。表5は、100%効率を有する図2のシステムのシミュレーション用のデータを示し、質量基準で構成要素を示す。表6は、100%効率を有する図2のシステムのシミュレーション用のデータを示し、モル基準で構成要素を示す。表7は、80%効率を有する図2のシステムのシミュレーション用のデータを示し、質量基準で構成要素を示す。表8は、80%効率を有する図2のシステムのシミュレーション用のデータを示し、モル基準で構成要素を示す。更に、図8は、表5に示すように、図2のシステムの生成物分布を表示する棒グラフを示し、ここで、棒グラフでは、「プロピレン」は移送ライン307の流れに対応し、「エチレン」は、移送ライン305の流れに対応し、「軽質パージ」は、移送ライン304の流れに対応し、「C4パージ」は、移送ライン316の流れに対応し、「C5+重質」は、移送ライン314の流れに対応する。図8の生成物分布は、表5のAspenシミュレーションに基づく。
図3のシステムもまた、Aspen Plus(登録商標)を使用してコンピュータモデル化された。後続の表(表9〜12)は、選択された流れの流れ組成ならびに熱特性を示す。モデルに使用されたシステム入口流組成及び触媒反応速度は、実施例1のものと同じであった。流れ番号は、図3に示す流れまたは流れセグメントに対応する。シミュレーションは100%効率と80%効率について実行された。更に、データは、各シミュレーションの重量基準及びモル基準で提供される。表9は、100%効率を有する図3のシステムのシミュレーション用のデータを示し、質量基準で構成要素を示す。表10は、100%効率を有する図3のシステムのシミュレーション用のデータを示し、モル基準で構成要素を示す。表11は、80%効率を有する図3のシステムのシミュレーション用のデータを示し、質量基準で構成要素を示す。表12は、80%効率を有する図3のシステムのシミュレーション用のデータを示し、モル基準で構成要素を示す。更に、図9は、表9に示すように、図3のシステムの生成物分布を表示する棒グラフを示し、ここで、棒グラフでは、「プロピレン」は移送ライン407の流れに対応し、「エチレン」は、移送ライン405の流れに対応し、「軽質パージ」は、移送ライン404の流れに対応し、「C4/C5+重質」は、移送ライン408の流れに対応する。図9の生成物分布は、表9のAspenシミュレーションに基づく。
図4のシステムもまた、Aspen Plus(登録商標)を使用してコンピュータモデル化された。後続の表(表13〜16)は、選択された流れの流れ組成ならびに熱特性を示す。モデルに使用されたシステム入口流組成及び触媒反応速度は、実施例1のものと同じであった。流れ番号は、図4に示す流れまたは流れセグメントに対応する。シミュレーションは100%効率と80%効率について実行された。更に、データは、各シミュレーションの重量基準及びモル基準で提供される。表13は、100%効率を有する図4のシステムのシミュレーション用のデータを示し、質量基準で構成要素を示す。表14は、100%効率を有する図4のシステムのシミュレーション用のデータを示し、モル基準で構成要素を示す。表15は、80%効率を有する図4のシステムのシミュレーション用のデータを示し、質量基準で構成要素を示す。表16は、80%効率を有する図4のシステムのシミュレーション用のデータを示し、モル基準で構成要素を示す。更に、図10は、表13に示すように、図4のシステムの生成物分布を表示する棒グラフを示し、ここで、棒グラフでは、「プロピレン」は移送ライン507の流れに対応し、「エチレン」は、移送ライン505の流れに対応し、「軽質パージ」は、移送ライン504の流れに対応し、「C4パージ」は、移送ライン516の流れに対応し、「C5+重質」は、移送ライン514の流れに対応する。図10の生成物分布は、表13のAspenシミュレーションに基づく。
表17は、図1〜4の実施形態のブテン変換、プロピレン選択性、及びプロピレン収率を示す。データは、Aspen Plus(登録商標)を用いて、表1、5、9、及び13に示された条件と同じ条件で決定した。
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
実施形態1
プロピレンを生成する方法であって、
少なくとも10重量%のブテンを含む第1の組成物を少なくとも部分的にメタセシスして、メタセシス反応生成物を形成することであって、前記第1の組成物が、金属酸化物を含浸させたメソポーラスシリカ触媒を含むメタセシス触媒でメタセシスされ、前記メソポーラスシリカ触媒が、約2.5nm〜約40nmの細孔径分布及び少なくとも約0.600cm 3 /gの全細孔体積を含む、メタセシス反応生成物を形成することと、
前記メタセシス反応生成物を少なくとも部分的に分解して、プロピレンを含む分解反応生成物を形成することであって、前記メタセシス反応生成物が、モルデナイト骨格反転(MFI)構造のシリカ触媒を含む分解触媒で分解され、前記MFI構造のシリカ触媒が、0.001mmol/g〜0.1mmol/gの総酸度を含む、分解反応生成物を形成することと、
前記分解反応生成物からプロピレンを少なくとも部分的に分離して、少なくとも80重量%のプロピレンを含む生成組成物を形成することと、
を含む、方法。
実施形態2
前記MFI構造のシリカ触媒が、少なくとも1.5nm〜3nmの細孔径分布を有する、実施形態1に記載の方法。
実施形態3
前記MFI構造のシリカ触媒が、希少土類調整剤、リン調整剤、カリウム調整剤、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される酸度調整剤を含まない、実施形態1に記載の方法。
実施形態4
前記メタセシス触媒が、前記分解触媒のほぼ上流に位置付けられる、実施形態1に記載の方法。
実施形態5
前記メソポーラスシリカ触媒の前記金属酸化物が、モリブデン、レニウム、タングステンの1つ以上の酸化物、またはそれらの組み合わせを含む、実施形態1に記載の方法。
実施形態6
前記メソポーラスシリカ触媒の前記金属酸化物が、タングステン酸化物(WO 3 )である、実施形態1に記載の方法。
実施形態7
前記メソポーラスシリカ触媒が、5〜60のシリカ/タングステン酸化物のモル比を有する、実施形態6に記載の方法。
実施形態8
前記メソポーラスシリカ触媒が、250m 2 /g〜600m 2 /gの表面積を含む、実施形態1に記載の方法。
実施形態9
前記メソポーラスシリカ触媒が、20nm〜200nmの粒径、及び1〜100μmの範囲の個々の結晶径を有する、実施形態1に記載の方法。
実施形態10
前記MFI構造のシリカ触媒が、アルミナを含まない、実施形態1に記載の方法。
実施形態11
前記MFI構造のシリカ触媒が、アルミナを含む、実施形態1に記載の方法。
実施形態12
前記MFI構造のシリカ触媒が、200〜3000のシリカ対アルミナのモル比を有する、実施形態11に記載の方法。
実施形態13
前記MFI構造のシリカ触媒が、300m 2 /g〜425m 2 /gの表面積、及び10μm〜40μmの結晶径を有する、実施形態1に記載の方法。
実施形態14
前記メタセシス及び分解が、同じ反応器内で起こる、実施形態1に記載の方法。
実施形態15
前記分解反応生成物が、少なくとも4重量%のプロピレンを含む、実施形態1に記載の方法。
実施形態16
前記メタセシスが、第1の反応器内で起こり、前記分解が、第2の反応器内で起こり、前記第1の反応器及び第2の反応器が、直列に配置される、実施形態1に記載の方法。
実施形態17
実施形態1の方法に記載されるプロピレンを生成するためのシステム。
実施形態18
プロピレンを生成する方法であって、
少なくとも10重量%のブテンを含む第1の組成物を少なくとも部分的にメタセシスして、メタセシス反応生成物を形成することであって、前記第1の組成物が、金属酸化物を含浸させた非晶質メソポーラスシリカ発泡体を含むメタセシス触媒でメタセシスされ、前記メタセシス触媒が、少なくとも3nm〜40nmの細孔径分布及び少なくとも0.700cm 3 /gの全細孔体積を有する、メタセシス反応生成物を形成することと、
前記メタセシス反応生成物を少なくとも部分的に分解して、プロピレンを含む分解反応生成物を形成することであって、前記メタセシス反応生成物が、分解触媒で分解される、分解反応生成物を形成することと、
前記分解反応生成物からプロピレンを少なくとも部分的に分離して、少なくとも80重量%のプロピレンを含む生成組成物を形成することと、
を含む、方法。
実施形態19
前記メタセシス触媒が、トリブロックコポリマー構造化剤を更に含み、前記トリブロックコポリマー構造化剤が、ポリ(エチレングリコール)−ブロック−ポリ(プロピレングリコール)−ブロック−ポリ(エチレングリコール)構造である、実施形態18に記載の方法。
実施形態20
前記細孔径分布が、少なくとも4nm〜10nmであり、前記全細孔体積が、少なくとも0.800cm 3 /g〜1.5cm 3 /gである、実施形態18に記載の方法。
実施形態21
前記メタセシス触媒が、0.125mmol/g〜0.500mmol/gの総酸度、及び400〜500m 2 /gの表面積を有する、実施形態18に記載の方法。
実施形態22
前記金属酸化物が、モリブデン、レニウム、タングステンの酸化物、またはそれらの組み合わせである、実施形態18に記載の方法。
実施形態23
前記メタセシス触媒が、1〜50のシリカ対タングステン酸化物のモル比を有する、実施形態22に記載の方法。
実施形態24
前記金属酸化物が、タングステン酸化物である、実施形態18に記載の方法。
実施形態25
前記メタセシス触媒が、5〜15重量%のタングステン酸化物を含む、実施形態24に記載の方法。
実施形態26
実施形態18の方法に記載されるプロピレンを生成するためのシステム。
実施形態27
プロピレンを生成する方法であって、
ブテンを含む第1の流れを反応器に導入することであって、前記反応器が、メタセシス触媒及び分解触媒を含み、前記メタセシス触媒が、前記分解触媒のほぼ上流に位置付けられる、導入することと、
前記第1の流れを前記メタセシス触媒で少なくとも部分的にメタセシスして、メタセシス反応生成物を形成することと、
前記メタセシス反応生成物を前記分解触媒で少なくとも部分的に分解して、ブテンを含む分解反応生成物を形成することと、
前記分解反応生成物を、分解反応生成物流中の前記反応器から抜き出すことと、
前記分解反応生成物流からプロピレンを少なくとも部分的に分離して、プロピレンを含む生成物流を形成することと、
を含み、ここで、
前記分解反応生成物流中の前記ブテンの少なくとも一部分が、前記分解反応生成物流中のブテンを少なくとも部分的に分離することによって再循環されて、ブテンを含む再循環流を形成し、
前記第1の流れが、前記再循環流及びシステム入口流の混合である、方法。
実施形態28
前記第1の流れが、少なくとも20重量%のブテンを含む、実施形態27に記載の方法。
実施形態29
前記システム入口流が、少なくとも50重量%のブテンを含む、実施形態27に記載の方法。
実施形態30
前記再循環流が、少なくとも80重量%のブタン及びブテンを含む、実施形態27に記載の方法。
実施形態31
前記分解反応生成物が、少なくとも4重量%のプロピレンを含む、実施形態27に記載の方法。
実施形態32
前記生成物流が、少なくとも90重量%のプロピレンを含む、実施形態27に記載の方法。
実施形態33
前記メタセシス触媒が、金属酸化物を含浸させたメソポーラスシリカ触媒を含み、前記メソポーラスシリカ触媒が、約2.5nm〜約40nmの細孔径分布及び少なくとも約0.600cm 3 /gの全細孔体積を含み、
前記分解触媒が、前記メソポーラスシリカ触媒の下流にモルデナイト骨格反転(MFI)構造のシリカ触媒を含み、前記MFI構造のシリカ触媒が、0.001mmol/g〜0.1mmol/gの総酸度を含む、実施形態27に記載の方法。
実施形態34
前記メタセシス触媒が、金属酸化物を含浸させた非晶質メソポーラスシリカ発泡体を含み、前記メタセシス触媒が、少なくとも3nm〜40nmの細孔径分布及び少なくとも0.700cm 3 /gの全細孔体積を有する、実施形態27に記載の方法。
実施形態35
実施形態27に記載されるプロピレンを生成するためのシステム。
実施形態36
プロピレンを生成する方法であって、
ブテンを含む第1の流れを第1の反応器に導入することであって、前記第1の反応器が、メタセシス触媒を含む、導入することと、
前記第1の反応器中の前記第1の流れを少なくとも部分的にメタセシスして、メタセシス反応生成物を形成することと、
前記メタセシス反応生成物を、メタセシス反応生成物流中の前記第1の反応器から第2の反応器に渡すことであって、前記第2の反応器が、分解触媒を含む、渡すことと、
前記第2の反応器中の前記メタセシス反応生成物流を少なくとも部分的に分解して、分解反応生成物を形成することと、
前記分解反応生成物を、ブテンを含む分解反応生成物流中の前記第2の反応器から抜き出すことと、
前記分解反応生成物流からプロピレンを少なくとも部分的に分離して、プロピレンを含む生成物流を形成することと、
を含み、ここで、
前記分解反応生成物流中の前記ブテンの少なくとも一部分が、前記分解反応生成物流からブテンを少なくとも部分的に分離することによって再循環されて、ブテンを含む再循環流を形成し、
前記再循環流が、前記メタセシス反応生成物流と混合される、方法。
実施形態37
前記第1の流れが、少なくとも50重量%のブテンを含むシステム入口流である、実施形態36に記載の方法。
実施形態38
前記分解反応生成物が、少なくとも4重量%のプロピレンを含む、実施形態36に記載の方法。
実施形態39
前記生成物流が、少なくとも90重量%のプロピレンを含む、実施形態36に記載の方法。
実施形態40
前記再循環流が、少なくとも90重量%のブタン及びブテンを含む、実施形態36に記載の方法。
実施形態41
前記メタセシス触媒が、金属酸化物を含浸させたメソポーラスシリカ触媒を含み、前記メソポーラスシリカ触媒が、約2.5nm〜約40nmの細孔径分布及び少なくとも約0.600cm 3 /gの全細孔体積を含み、
前記分解触媒が、前記メソポーラスシリカ触媒の下流にモルデナイト骨格反転(MFI)構造のシリカ触媒を含み、前記MFI構造のシリカ触媒が、0.001mmol/g〜0.1mmol/gの総酸度を含む、実施形態36に記載の方法。
実施形態42
前記メタセシス触媒が、金属酸化物を含浸させた非晶質メソポーラスシリカ発泡体を含み、前記メタセシス触媒が、少なくとも3nm〜40nmの細孔径分布及び少なくとも0.700cm 3 /gの全細孔体積を有する、実施形態36に記載の方法。
実施形態43
実施形態36の方法に記載されるプロピレンを生成するためのシステム。
Claims (15)
- プロピレンを生成する方法であって、
少なくとも10重量%のブテンを含む第1の組成物を少なくとも部分的にメタセシスして、メタセシス反応生成物を形成することであって、前記第1の組成物が、金属酸化物を含浸させたメソポーラスシリカ触媒を含むメタセシス触媒でメタセシスされ、前記メソポーラスシリカ触媒が、2.5nm〜40nmの細孔径分布及び少なくとも0.600cm3/gの全細孔体積を含む、メタセシス反応生成物を形成することと、
前記メタセシス反応生成物を少なくとも部分的に分解して、プロピレンを含む分解反応生成物を形成することであって、前記メタセシス反応生成物が、モルデナイト骨格反転(MFI)構造のシリカ触媒を含む分解触媒で分解され、前記MFI構造のシリカ触媒が、0.001mmol/g〜0.1mmol/gの総酸度を含む、分解反応生成物を形成することと、
前記分解反応生成物からプロピレンを少なくとも部分的に分離して、少なくとも80重量%のプロピレンを含む生成組成物を形成することと、
を含む、方法。 - 前記MFI構造のシリカ触媒が、少なくとも1.5nm〜3nmの細孔径分布を有する、請求項1に記載の方法。
- 前記メソポーラスシリカ触媒の前記金属酸化物が、モリブデン、レニウム、タングステンの1つ以上の酸化物、またはそれらの組み合わせを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記メタセシス及び分解が、同じ反応器内で起こる、請求項1に記載の方法。
- 前記メタセシスが、第1の反応器内で起こり、前記分解が、第2の反応器内で起こり、前記第1の反応器及び第2の反応器が、直列に配置される、請求項1に記載の方法。
- プロピレンを生成する方法であって、
少なくとも10重量%のブテンを含む第1の組成物を少なくとも部分的にメタセシスして、メタセシス反応生成物を形成することであって、前記第1の組成物が、金属酸化物を含浸させた非晶質メソポーラスシリカ発泡体を含むメタセシス触媒でメタセシスされ、前記メタセシス触媒が、少なくとも3nm〜40nmの細孔径分布及び少なくとも0.700cm3/gの全細孔体積を有する、メタセシス反応生成物を形成することと、
前記メタセシス反応生成物を少なくとも部分的に分解して、プロピレンを含む分解反応生成物を形成することであって、前記メタセシス反応生成物が、分解触媒で分解される、分解反応生成物を形成することと、
前記分解反応生成物からプロピレンを少なくとも部分的に分離して、少なくとも80重量%のプロピレンを含む生成組成物を形成することと、
を含む、方法。 - 前記メタセシス触媒が、トリブロックコポリマー構造化剤を更に含み、前記トリブロックコポリマー構造化剤が、ポリ(エチレングリコール)−ブロック−ポリ(プロピレングリコール)−ブロック−ポリ(エチレングリコール)構造である、請求項6に記載の方法。
- 前記細孔径分布が、少なくとも4nm〜10nmであり、前記全細孔体積が、少なくとも0.800cm3/g〜1.5cm3/gである、請求項6に記載の方法。
- 前記メタセシス触媒が、0.125mmol/g〜0.500mmol/gの総酸度、及び400〜500m2/gの表面積を有する、請求項6に記載の方法。
- プロピレンを生成する方法であって、
ブテンを含む第1の流れを反応器に導入することであって、前記反応器が、メタセシス触媒及び分解触媒を含み、前記メタセシス触媒が、前記分解触媒のほぼ上流に位置付けられる、導入することと、
前記第1の流れを前記メタセシス触媒で少なくとも部分的にメタセシスして、メタセシス反応生成物を形成することと、
前記メタセシス反応生成物を前記分解触媒で少なくとも部分的に分解して、ブテンを含む分解反応生成物を形成することと、
前記分解反応生成物を、分解反応生成物流中の前記反応器から抜き出すことと、
前記分解反応生成物流からプロピレンを少なくとも部分的に分離して、プロピレンを含む生成物流を形成することと、
を含み、ここで、
前記分解反応生成物流中の前記ブテンの少なくとも一部分が、前記分解反応生成物流中のブテンを少なくとも部分的に分離することによって再循環されて、ブテンを含む再循環流を形成し、
前記第1の流れが、前記再循環流及びシステム入口流の混合である、方法。 - 前記システム入口流が、少なくとも50重量%のブテンを含む、請求項10に記載の方法。
- 前記生成物流が、少なくとも90重量%のプロピレンを含む、請求項10に記載の方法。
- 前記メタセシス触媒が、金属酸化物を含浸させたメソポーラスシリカ触媒を含み、前記メソポーラスシリカ触媒が、2.5nm〜40nmの細孔径分布及び少なくとも0.600cm3/gの全細孔体積を含み、
前記分解触媒が、前記メソポーラスシリカ触媒の下流にモルデナイト骨格反転(MFI)構造のシリカ触媒を含み、前記MFI構造のシリカ触媒が、0.001mmol/g〜0.1mmol/gの総酸度を含む、請求項10に記載の方法。 - プロピレンを生成する方法であって、
ブテンを含む第1の流れを第1の反応器に導入することであって、前記第1の反応器が、メタセシス触媒を含む、導入することと、
前記第1の反応器中の前記第1の流れを少なくとも部分的にメタセシスして、メタセシス反応生成物を形成することと、
前記メタセシス反応生成物を、メタセシス反応生成物流中の前記第1の反応器から第2の反応器に渡すことであって、前記第2の反応器が、分解触媒を含む、渡すことと、
前記第2の反応器中の前記メタセシス反応生成物流を少なくとも部分的に分解して、分解反応生成物を形成することと、
前記分解反応生成物を、ブテンを含む分解反応生成物流中の前記第2の反応器から抜き出すことと、
前記分解反応生成物流からプロピレンを少なくとも部分的に分離して、プロピレンを含む生成物流を形成することと、
を含み、ここで、
前記分解反応生成物流中の前記ブテンの少なくとも一部分が、前記分解反応生成物流からブテンを少なくとも部分的に分離することによって再循環されて、ブテンを含む再循環流を形成し、
前記再循環流が、前記メタセシス反応生成物流と混合される、方法。 - 前記メタセシス触媒が、金属酸化物を含浸させたメソポーラスシリカ触媒を含み、前記メソポーラスシリカ触媒が、2.5nm〜40nmの細孔径分布及び少なくとも0.600cm3/gの全細孔体積を含み、
前記分解触媒が、前記メソポーラスシリカ触媒の下流にモルデナイト骨格反転(MFI)構造のシリカ触媒を含み、前記MFI構造のシリカ触媒が、0.001mmol/g〜0.1mmol/gの総酸度を含む、請求項14に記載の方法。
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