KR100813376B1

KR100813376B1 - 탄화수소의 흡열 전환 방법과, 이 방법을 실행하기 위한 장치 및 탄화수소의 탈수소화 방법

Info

Publication number: KR100813376B1
Application number: KR1020010066999A
Authority: KR
Inventors: 렝글렛에릭; 호프만프레데릭; 보데니콜라스
Original assignee: 아이에프피
Priority date: 2000-10-31
Filing date: 2001-10-30
Publication date: 2008-03-12
Also published as: CA2360896C; FR2815955B1; EP1201629B1; US6875338B2; TW553928B; CN1227331C; EP1201629A1; JP2002206091A; DE60124489T2; US20020052534A1; MXPA01010997A; BR0104903B1; MX230379B; CN1351109A; BR0104903A; DE60124489D1; CA2360896A1; KR20020034911A; AR031167A1; FR2815955A1

Abstract

본 발명은 적어도 하나의 전역 흡열 화학 반응을 이용하여 탄화수소를 전환시키는 방법에 관한 것으로, 이 방법에서, 탄화수소 원료는 적어도 1개의 고체 촉매를 각각 함유하는 적어도 2개의 반응 영역을 연속적으로 횡단하며, 상기 방법은 제2 반응 영역으로 도입되기 전에 2개의 반응 영역 중 제1 반응 영역으로부터의 흐름을 재가열하기 위하여 반응 영역들 사이의 비촉매 영역에서의 중간 재가열 단계를 포함하고, 상기 재가열 단계는 흐름보다 코킹 감도 지수 CS가 작은 열 유체를 이용하여 본질적으로 대류에 의해 열이 전달되는 열 교환기에서 실행되며, 상기 열 유체는 열 교환기의 상류에 있는 노 내에서 가열되고, 열 교환기 입구에서 유체의 온도와 열 교환기 출구에서 흐름의 온도간에 온도차 △T는 250℃ 미만이다. 본 발명은 또한 탄화수소를 전환시키는 상기 방법의 이용과 그 방법을 실행하기 위한 장치에 관한 것이다.

Description

탄화수소의 흡열 전환 방법과, 이 방법을 실행하기 위한 장치 및 탄화수소의 탈수소화 방법{PROCESS FOR ENDOTHERMIC CONVERSION OF HYDROCARBONS, ITS USES, AND A UNIT FOR CARRYING OUT THE PROCESS}

석유 및 석유화학 분야에서는 흡열 화학 반응에 의해 탄화수소를 전환시키는 많은 방법들을 이용하고 있다. 특정 반응들로는 분해 반응, 탈수소 반응 및 탄화수소 개질 반응이 있다

그러한 반응들은 반응에 필요한 에너지를 공급하기 위해 원료를 고온으로 가열하는 수단을 필요로 한다. 여러 경우에, 원료의 가열은 원하는 온도에 도달하여 반응에 필요한 에너지를 제공하는 데 충분하다.

기타의 경우에, 흡열 반응에 의해 야기된 냉각으로 인해 단일 반응기에서 화학 반응을 실행하는 것이 불가능하다. 촉매에 의한 탄화수소 개질 공정의 경우나 고옥탄가의 가솔린을 생성하는 경우에 특히 그러하다.

수소가 첨가된 원료, 통상 나프타는, 반응의 흡열로 인한 촉매 베드에서의 온도 강하를 보상하기 위해 각 베드 사이에서 재가열되면서 다수의 촉매 베드를 연속적으로 횡단시킨다. 통상 여러 개의 반응기가 사용되고, 각 반응기는 적어도 하나의 고체 촉매 베드, 또는 동등한 방식으로 촉매 영역의 고체면의 적어도 일부에 증착된 촉매의 촉매 영역을 포함한다.

원료는 복사 관노에서 재가열되는데, 이 복사 관노에서 원료는 버너에 의해 제공된 복사 영역에서 가열되는 코일을 순환한다. 경량의 파라핀, 예컨대 프로판의 탈수소 공정이 프로필렌의 생성을 위해 공지되어 있으며, 이 공정에서 원료는 복사관노의 각 반응기 사이에서 중간 재가열되면서 적어도 하나의 촉매 베드를 각각 포함하는 다수의 반응기를 연속적으로 횡단한다.

통상, 그러한 전환 공정들은 코크스 형성을 촉진시키는 불포화 화합물을 생성하고 특히 촉매 코킹에 참여한다. 촉매 코킹은 특히 관노에서 발생하고, 통상 약 500℃ 또는 600℃의 온도의 노 내에서 순환하는 원료는 버너로부터 복사열을 받으며, 연소 가스는 통상 1100℃ 내지 1600℃의 온도로 되어 예컨대, 50kW/m² 정도 또는 그 이상의 고열 흐름을 전달한다.

재가열노에서의 이러한 바람직하지 못한 코킹 반응은 또한 바람직하지 못한 열분해 반응과 연계된다. 그 결과로 반응 수율이 감소하게 되어 노를 코킹하지 못하도록 장치를 정지해야 한다.

흡열 반응용 화학 반응기가 또한 공지되어 있고 특히, 미국특허 제US-A-5 600 053호에 기술되어 있으며, 이 특허에서는 열의 공급이 노 내보다 덜 강렬하도록 촉매 베드의 반응기에서 행해진다. 이러한 반응기들 또는 반응기-교환기들은 열 운반 유체에 의해 가열되는 촉매 베드에 침지된 교환면에 의해 촉매 베드 자체를 가열한다. 두 번째 타입의 화학 반응기에서는, 가열이 노 내에서보다 덜 강렬하지만 가열면과 접촉하게 되는 촉매에서 "과열점"을 발생시킨다. 여러 경우에, 이는 촉매의 국부적인 활성저하에 이르게 되어 서비스 온도 범위가 비교적 좁게 된다.

따라서, 두 번째 타입의 반응기와 전환은 촉매 사용과 관련한 단점을 갖는다.

본 발명의 목적은 코크스 촉진 반응물의 경우에 발생하는 촉매 코킹을 방지하거나 실질적으로 제한하는, 흡열 반응에 의해 탄화수소를 전환시키는 방법 및 장치를 제공하는 것으로, 본 발명은 촉매의 사용과 관련한 문제점을 보이지 않으며 특히 촉매에 과열점을 유발하지 않는다.

본 발명의 목적은 또한 흡열 반응에 의해 탄화수소를 전환시키는 방법으로서, 일체화 및 고에너지 효율을 갖는 방법을 제공하는 것이다.

특히, 본 발명의 목적은 올레핀을 생성하기 위해 높은 전환 수율로 탄화수소를 탈수소하는 방법을 제공하는 것이다. 형성된 올레핀 원료의 중요한 용도는 방향족 화합물의 알킬화와 연관되며, 특히 (세정 기재의 생산을 위한 출발 물질로 대개 사용되는) 알킬벤젠의 생성과 연관된다.

본 발명의 방법은 적어도 하나의 전역 흡열 화학 반응을 이용하여 탄화수소를 전환시키는 방법으로 정의될 수 있으며, 이 방법에서 탄화수소 원료는 적어도 2개의 반응 영역을 연속적으로 횡단하는데, 이 반응 영역은 적어도 1개의 고체 촉매를 각각 함유하며, 제2 반응 영역으로 도입되기 전에 2개의 반응 영역 중 제1 반응 영역으로부터 방출된 흐름을 재가열하기 위하여 반응 영역 사이의 비촉매 영역에 중간 재가열 단계를 포함하고, 상기 재가열 단계는 흐름보다 코킹 감도 지수 CS가 작은 열 유체를 이용하여 본질적으로 대류에 의해 열이 전달되는 열 교환기에서 실행되며, 열 교환기 입구에서 유체의 온도와 열 교환기 출구에서 흐름의 온도간에 온도차 △T는 250℃ 미만, 바람직하게는 200℃ 미만이다.

본 발명에 따르면, 예컨대 제1 촉매 베드 반응기로부터 방출되는 부분적으로 전환된 원료 흐름은 원칙적으로 복사에 의해서가 아니라 본질적으로 대류에 의해, 즉 복사 재가열노에 사용된 가열 수단보다 훨씬 덜 강렬한 가열 수단을 이용하여 재가열되고, 열 교환기 입구의 고온의 열 유체와 열 교환기 출구의 흐름간에 온도차 △T는 250℃ 미만, 바람직하게는 200℃ 미만이고, 일반적으로는 10℃ 내지 150℃(상하한 포함), 바람직하게는 10℃ 내지 120℃(상하한 포함)이다.

이러한 유체간에 온도차는, 연소 가스의 온도가 통상 1100℃ 이상이어서 노에서 가열된 공정으로부터의 흐름의 온도보다 일반적으로 500℃ 이상 높은 경우의 노에서보다 훨씬 낮은 것이다.

본 발명에 따르면, 코킹의 위험 및 반응물의 품질 저하가 상당히 제한된다. 또한, 이러한 반응물의 "심하지 않은" 재가열은 촉매가 없는 상태로 한 반응 영역을 떠나는 유체에 대해서만 수행된다. 따라서, 촉매 반응기-교환기에서 일어나던 촉매의 과열점 발생 위험이 배제된다.

본 발명에서, 열 유체는 노에서 쉽게 가열될 수 있는 비교적 낮은 코크스 촉진자로서 통상 선택된다. 따라서, 비교적 강렬한 가열 효과가 반응 원료로 더 이상 전가되지 않고 열 유체로 전가된다.

코킹 감도 지수 CS는 종래부터 다음의 수학식 1로 유체와 흐름에 대해 정의되었다.

CS = i + 3 ×j

여기서, i는 유체 내에서 모노 올레핀 화합물의 중량%이고 j는 유체 내에서 다중 불포화 화합물의 중량%이며, 상기 다중 불포화 화합물은 적어도 2개의 올레핀 결합을 포함한다.

일예로서, 모노 올레핀 화합물을 10중량% 함유하고, 적어도 2개의 올레핀 결합을 포함하는 다중 불포화 화합물을 함유하지 않는 유체의 경우, CS는 10이다.

본 발명을 실시하기 위하여, 증기, 용융염 및 용융 금속으로 이루어진 군으로부터 선택된 유체(이 경우, 지수 CS는 0임), 또는 이들 유체 중 적어도 2개의 혼합물과 같이 비코킹 열 유체를 통상 사용한다.

본 발명의 방법에 있어서, 열 유체는 현열(顯熱)에 의해서만 열을 전달할 수 있는, 기상의 열 유체로 이루어진 군으로부터 통상 선택되는 유체이다.

일반적으로, 열 유체는 증기의 부분적인 액화조차 없는 조건하에서 과열되고 압력을 받는 증기이다. 이러한 증기의 온도는 입구에서 약 400℃ 이상이므로, 증기는 열 교환기의 출구에서 잠열이 아닌 현열을 위한 기상 유체 벡터로서 이용된다. 그 압력은 통상 약 0.1 내지 약 15 MPa이다.

또한, 가능하게는 예컨대 촉매 수단에 의해 흐름이 함유하는 불포화 화합물의 수소 첨가 후에, 수소가 농후한 흐름, 통상 수소가 농후하고 제한량의 경탄화수소를 포함하는 재순환 가스의 흐름을 이용할 수 있다. 본 발명의 범위는 또한 제1 반응 영역의 상류를 순환하며 가능하게는 재순환 가스를 첨가한 상태의 전환되지 않은 열 유체로서 모든 또는 일부의 원료 자체를 이용하는 것을 포함한다.

상당량의 올레핀, 디올레핀 및 약간의 방향족 화합물을 함유하는 열 유체는 이들 화합물이 당업자에게 코크스 촉진자인 것으로 알려졌으므로 배제될 수 있다.

일반적으로, 열 유체는 100 이하의 CS 지수, 통상 50 이하의 CS 지수, 바람직하게는 10 이하의 CS 지수를 갖도록 선택된다.

열 유체는 통상 용융 금속 및 용융염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 무기질 액체 흐름이다. 일반적인 실시에서, 온도차 △T의 범위는 10℃ 내지 150℃(상하한 포함), 바람직하게는 10℃ 내지 120℃(상하한 포함)이다.

통상, 열 유체는 약 0.7 MPa 이상의 절대 압력의 증기 흐름이며, 열 교환기의 출구에서 상기 흐름의 적어도 일부는 터빈 내에서 감압되어 동력, 특히 전력을 발생시킨다. 특정 실시에 있어서, 상기 터빈은 수소가 농후한 가스를 재순환시키기 위해 압축기를 구동하고, 이 가스는 탄화수소에 첨가되어 수소 압력하에 화학 반응을 수행할 수 있다.

본 발명의 방법은 에탄, 프로판, 노말 부탄, 이소부탄, 분자당 5 내지 20개의 탄소 원자를 함유하는 파라핀, 분자당 4 내지 20개의 탄소 원자를 함유하는 모노 올레핀 화합물 및 에틸 벤젠으로 이루어진 군으로부터 선택된 탄화수소를 탈수소할 수 있도록 이용될 수 있다.

특히, 이러한 방법은 분자당 10 내지 14개(상하한 포함)의 탄소 원자를 주성분으로 함유하는 장쇄 파라핀 원료를 탈수소시켜 벤젠 알킬화 원료를 생성하는 데 이용되며, 이 방법에 있어서 파라핀 원료는 열 교환기에서 중간에 재가열되면서 탈수소 촉매가 존재하는 적어도 2개의 반응 영역을 횡단하여 약 15중량% 내지 50중량% 의 파라핀 치환을 달성한다. 벤젠 알킬화 원료의 생성을 위한 이러한 방법의 이용과 관련하여, 반응 영역의 수는 2 내지 6개이며, 이들 영역의 온도는 거의 440℃ 내지 520℃이고 이 영역에서 탄화수소에 대한 수소의 몰비는 일반적으로 1:1 내지 15:1이다.

본 발명 방법의 추가 효용은 탄화수소를 수소하에서 개질하는 것이다.

본 발명 방법의 특정 실시에 있어서, 열 유체의 흐름은 약 1.5 MPa 내지 약 13 MPa의 절대 압력의 증기로 구성되며, 이 증기의 적어도 일부는 액화 상태로 열 교환기 출구에서 분류 증류탑을 리보일링하는 데 이용된다.

과잉 벤젠 상태에서, 벤젠을 이용하여 파라핀 탈수소화에 의해 생성된 올레핀의 알킬화를 위한 반응에 본 발명의 방법을 이용할 때, 증류탑의 알킬화 단계로부터의 유출물을 분류하여 변형되지 않은 파라핀과 알킬벤젠을 포함하는 휘발성이 적은 화합물로부터 과잉 벤젠을 분리시키는 단계가 제공되며, 이 단계에서 열 교환기의 출구로부터의 흐름의 적어도 일부는 상기 증류탑을 리보일링하는 데 이용된다.

본 발명은 또한 전술한 방법을 실행하기 위한 장치에 관한 것이며, 이 장치에 사용된 열 교환기는 판형 열 교환기, 특히 스테인레스강제의 판을 구비한 판형 열 교환기이다.

특정 실시에 있어서, 본 발명의 방법은 압력 P1의 증기의 흐름인 열 유체를 이용하며, 그 일부는 P1보다 높은 압력 P2의 증기의 흐름을 공급하는 증기 이젝터에 의해 열 교환기의 하류에서 재압축되어 열 교환기의 상류에서 적어도 부분적으로 재순환될 수 있다.

이제 도 1을 참조하면, 라인(1)을 순환하고 탄화수소 원료를 함유하는 예열된 흐름은 반응기(3)의 제1 촉매 베드를 횡단하는데, 이 반응기는 라인(72)을 통해 열 교환기(4)로 급송되는 부분적으로 전환된 원료를 함유하는 흐름을 생성한다. 반응은 흡열 반응이므로, 반응기(3)의 출구에서 라인(72)을 순환하는 흐름의 온도는 라인(1)을 통해 반응기(3)로 진입하는 흐름의 온도보다 낮다. 이 흐름은 열 교환기(4)에서 간접적인 열 교환에 의해, 본질적으로는 대류에 의해 가열되어 그 온도가 충분한 수준으로 상승된다. 재가열된 흐름은 라인(73)을 통해 촉매 베드를 포함하는 반응기(5)로 급송되어 반응기(3)로부터의 원료의 추가 전환을 달성한다. 반응기(5)로부터의 부산물은 라인(74)을 통해 회수된다. 비교적 낮은 코킹 또는 비코킹 화합물을 주성분으로 갖는 흐름이 라인(8)을 통해 급송된 다음 관노(9)에서 가열된다. 다음에 라인(90)을 통해 열 유체로서 열 교환기(4)에 공급되고 라인(81)을 통해 이 열 교환기에서 방출된다. 열 교환기(4)에 대한 입구의 라인(90)내에 있는 유체의 온도와 열 교환기(4)의 출구의 라인(73)을 순환하는 유체의 온도간에 온도차 △T는 비교적 낮게 되도록, 예컨대 10℃ 내지 100℃가 되도록, 그리고 열 교환기(4) 내에서 코킹의 위험을 실질적으로 제거할 수 있도록 선택된다.

도 2를 참조하면, 도 2는 도 1에 사용한 것과 동일한 참조 번호를 이용한다.

이러한 본 발명의 변형예에 있어서, 라인(1)에서 순환하고 탄화수소 원료를 함유하며 수소가 농후한 재순환 가스가 첨가된 흐름은 노(9)에서 가열된 후에 고온 열 유체를 구성한다. 흐름은 라인(90)을 통해 열 교환기로 급송된다. 다음에, 열 교환기(4)의 출구에서 라인(92)을 통해 제1 반응기(3)로 급송된다. 장치의 나머지는 도 1과 관련하여 설명한 것과 동일하다.

도 1과 2는 단 2개의 가열 스테이지를 도시하고 있다. 실제로, 중간에 재가열되면서 다수의 반응기 또는 촉매 영역, 예컨대 3 내지 10개의 촉매 영역을 이용하는 것이 가능하다. 이러한 재가열 단계의 적어도 일부는 본 발명에 따라 수행된다.

촉매 베드는 고체 촉매 타입이다. 촉매 입자의 크기와 촉매 베드의 형상(방사상, 축형 등)은 본 발명을 제한하지 않으며, 모든 타입의 촉매 베드, 즉 고정 베드, 가동 베드, 유체 베드, 또는 고형체(얇은 층) 표면상에 증착된 촉매 예컨대, 일체식 반응기가 사용될 수 있다.

이제, 도 1에 사용된 것과 동일한 참조 번호를 이용하는 도 3을 참조하기로 한다.

도 3의 장치의 일부는 도 1과 동일하다. 도 3에서, 열 유체는 증기 예컨대, 중간 압력의 증기 P1(예컨대, 1 내지 2.5 MPa)에 의해 구성된다. 열 교환기(4)로부터의 출구에서 열 유체의 일부는 라인(28)을 통해 방출된다(다른 가열 요구에 이용되거나 기계 또는 전기 동력을 발생시키며, 이러한 수단은 도시 생략함). 흐름의 다른 부분은 라인(27)을 통해 급송된 다음 라인(25)을 통해 증기 이젝터(26)로 진입하는 고압의 증기, 예컨대 10 내지 13 MPa 절대 압력의 압력 P2의 증기에 의해 공급되는 증기 이젝터(26)에서 재압축된다.

이젝터(200)로부터의 출구(26)에서, 증기 흐름은 라인(8)을 통해 급송되고 노(9)에서 가열되어 라인(90)을 통해 열 교환기(4)로 급송되는 고온의 열 유체를 구성한다.

이제, 도 4를 참조한다. 이 도면은 특히, 선형 알킬 벤젠 연구소로서 공지된 알킬벤젠의 생산을 위한 석유 화학 단지의 일부를 도시한다.

원료 탄화수소, 본질적으로 파라핀 특히, 10 내지 14개의 탄소 원자를 함유하는 선형 파라핀이 농후하고, 라인(24)을 통해 도달하는 수소가 농후한 재순환 가스의 흐름에 의해 보충되는 라인(1)을 순환하는 흐름은, 열 교환기(20)에서 예열되어 라인(70)을 통해 도달하는 노(2)에서 반응 온도보다 높은 온도 예컨대 485℃로 가열된 후에, 라인(71)을 통해 제1 촉매 탈수소 반응기(3)로 급송된다. 반응기(3)의 출구에서, 부분적으로 전환된 원료를 함유하는 흐름은 라인(72)을 통해 급송된 다음 본 발명에 따라 열 교환기(4)에서 재가열된다. 이어서, 라인(73)을 통해 제2 촉매 탈수소 반응기(5)로 급송된다. 반응기(5)의 출구에서, 형성된 반응 유체는 라인(74)을 통해 급송되어 (또한 본 발명에 따라) 열 교환기(6)에서 재가열된 후에 라인(75)을 통해 제3 촉매 베드 탈수소 반응기(7)로 급송된다.

반응기(7)의 출구에서, 촉매 탈수소 섹션으로부터의 유출물은 라인(76)을 통해 열 교환기(20)로 급송된 다음, 이 열 교환기의 출구로부터 라인(77)을 통해 가스/액체 드럼 분리기(21)로 급송된다. 드럼(21)에서 생성된 가스는 라인(100)을 통해 드럼을 떠난 다음 라인(22)을 통해 소개되는 과잉의 수소가 농후한 가스와, 라인(23)을 통해 급송되는 재순환 가스의 흐름으로 분리된 후에, 압축기(14)에 의해 재압축되어 전술한 원료 재순환 가스를 형성하도록 원료의 도착을 위해 라인(24)을 통해 라인(1)으로 급송되는 흐름을 조성한다.

열 유체 회로는 라인(8)을 통해 (예컨대, 본 발명의 열 교환기에서 40 바아의 절대 압력으로) 도착하는 증기의 흐름에 의해 조성된다. 이러한 증기의 흐름은 복사 관노(9)에서 가열되어 라인(80과 83)을 통해 열 교환기(4와 6)로 각각 공급될 수 있는 열 유체를 조성한다.

열 교환기(4와 6)의 하류에서, 부분적으로 냉각된 열 유체(중간 압력의 증기)는 3개의 별개 네트워크로 공급된다.

ㆍ라인(81과 54)을 통해 각각 제1 네트워크로 급송된 유체는 라인(10)을 통해 공급되어 전기 에너지의 생산을 위해 터빈(12)에서 감압된다.

ㆍ라인(11)을 통해 제2 네트워크로 급송된 유체는 터빈(13)에서 감압되어 재순환 가스 압축기(14)를 구동한다.

ㆍ라인(54)을 통해 제3 네트워크로 급송된 유체는 공급되어 증류탑(50)의 액화 리보일러(53)을 위한 열 유체로서 작용한다. 이 증류탑(50)에는 라인(78)을 통해 드럼 분리기(21)의 탈수소 섹션으로부터의 액체 유출물 흐름이 공급된다. 이 드럼(21)으로부터의 액체 흐름은 (디올레핀을 위한) 선택적 탈수소 장치(30)를 연속적으로 횡단한 다음 라인(79)을 통해 벤젠 알킬화 장치(40)를 횡단한다. 이 장치에는 라인(56)을 통해 벤젠이 공급되고 라인(52)을 통해 재순환된 벤젠이 보충된다. 증류탑(50)은 알킬화 장치(40)로부터 라인(51)을 통해 공급된 유출물에 대한 제1 분류탑이다. 이 증류탑(50)은 특히 변형되지 않은 파라핀과 라인(84)을 통해 소개된 알킬벤젠을 함유하는 휘발성이 적은 부산물 중 과잉 벤젠[라인(52)을 통해 재순환된 흐름]의 분류를 수행한다. 이 증류탑(50)은 라인(85)을 통해 공급되는 리보일러(53)를 구비하며 이 리보일러에서 재가열된 유출물은 라인(86)을 통해 증류탑(50)으로 복귀된다.

이러한 구성은, 탈수소 섹션의 중간 재가열에 사용되는 열 유체가 전기 에너지 및/또는 기계 에너지 및/또는 열 에너지의 생성을 위해 이들 열 교환기의 하류의 석유화학 단지에서 일체식으로 또한 이용될 때 효과적으로 수행한다.

촉매 베드는, (본 발명을 제한하지는 않지만) 예컨대 비드 형태로 알루미나상에 플라티늄/주석 지지형 탈수소 촉매를 함유한 방사상 촉매 베드이다. 촉매 베드 입구의 온도는 통상 420℃ 내지 550℃ 정도, 바람직하게는 450℃ 내지 500℃ 정도일 수 있다.

탄화수소에 대한 수소의 몰비는 통상 1 내지 15, 바람직하게는 2 내지 10이고, 마지막 반응기 출구의 압력은 통상 0.10 MPa(메가파스칼) 내지 5 MPa(상하한 포함), 바람직하게는 0.15 MPa 내지 0.5 MPa(상하한 포함)의 절대 압력이다.

공간 속도(HSV, 시공간 속도)는 각 촉매 베드의 경우에 통상 10h^-1 내지 250h^-1일 수 있다.

장치는 도 4에 도시된 바와 같이 3개의 촉매 영역 뿐만 아니라 예컨대, 중간 재가열 단계를 갖는 4 또는 5개의 촉매 영역, 또는 필요에 따라 그 이상을 임의로 구비할 수 있다.

사용된 온도에 따라, 그러한 장치는 상당한 코킹의 위험이 없이, 그리고 촉매에 과열점이 생기지 않으면서 예컨대, 사용된 파라핀 원료의 15 중량% 내지 50 중량%, 특히 18 중량% 내지 25 중량%의 매우 높은 전환도를 달성할 수 있다.

도 1은 본 발명의 방법을 실행하기 위해 탄화수소를 전환시키는 장치의 일부를 도시하는 도면.

도 2는 본 발명의 방법의 제1 변형예를 실행하기 위해 탄화수소를 전환시키는 장치의 일부를 도시하는 도면.

도 3은 본 발명의 방법의 제2 변형예를 실행하기 위해 탄화수소를 전환시키는 장치의 일부를 도시하는 도면.

도 4는 본 발명의 방법에 따른 장쇄 파라핀의 탈수소 단계를 이용하여, 알킬벤젠을 생성하기 위한 화학 단지의 일부를 도시하는 도면.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

2, 9: 노

3, 5, 7: 반응기

4, 6, 20: 열 교환기

14: 압축기

Claims

적어도 하나의 전역 흡열 화학 반응을 이용하여 탄화수소를 전환시키는 방법으로서,

탄화수소 원료는 적어도 1개의 고체 촉매를 각각 포함하는 적어도 2개의 반응 영역을 연속적으로 횡단하며, 상기 방법은 제2 반응 영역으로 도입되기 전에 2개의 반응 영역 중 제1 반응 영역으로부터의 흐름을 재가열하기 위하여 반응 영역들 사이의 비촉매 영역에서의 중간 재가열 단계를 포함하고, 상기 재가열 단계는 흐름보다 코킹 감도 지수 CS가 작은 열 유체를 이용하여 실질적으로 대류에 의해 열이 전달되는 열 교환기에서 실행되며, 상기 열 유체는 열 교환기의 상류에 있는 노 내에서 가열되고, 열 교환기 입구에서 유체의 온도와 열 교환기 출구에서 흐름의 온도 간에 온도차 △T는 250℃ 미만인 것인 탄화수소의 흡열 전환 방법.
제1항에 있어서, 상기 열 유체는 현열에 의해서만 열 전달이 가능한 기상의 열 유체로 이루어진 군으로부터 선택된 유체인 것인 탄화수소의 흡열 전환 방법.
제1항 또는 2항에 있어서, 상기 열 유체는 약 0.1 내지 약 15 MPa의 압력과 약 400℃를 초과하는 온도의 증기를 주성분으로 포함하는 기상 유체인 것인 탄화수소의 흡열 전환 방법.
제1항 또는 2항에 있어서, 상기 열 유체는 수소가 농후한 기상 흐름, 재순환 가스의 흐름 및 제1 반응 영역의 상류에서 순환하는 원료로부터 탄화수소를 함유하는 기상 흐름으로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 탄화수소의 흡열 전환 방법.
제1항에 있어서, 상기 열 유체는 용융 금속과 용융염으로 이루어진 군으로부터 선택된 무기 액체 흐름인 것인 탄화수소의 흡열 전환 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 온도차 △T의 범위는 10℃ 내지 150℃(상하한 포함)인 것인 탄화수소의 흡열 전환 방법.
제2항에 있어서, 상기 열 유체는 0.7 MPa 이상 절대 압력의 증기 흐름이며, 열 교환기 출구에서의 상기 흐름의 적어도 일부는 터빈에서 감압되어 동력을 발생시키는 것인 탄화수소의 흡열 전환 방법.
제7항에 있어서, 상기 터빈은 수소가 농후한 가스를 재순환시키도록 압축기를 구동하며, 이러한 가스는 탄화수소에 첨가되어 수소 압력하에 화학 반응을 수행하는 것인 탄화수소의 흡열 전환 방법.
제7항 또는 제8항에 따른 방법을 이용하여, 에탄, 프로판, 노말 부탄, 이소부탄, 분자당 5 내지 20개의 탄소 원자를 함유한 파라핀, 분자당 4 내지 20개의 탄소 원자를 함유한 모노 올레핀 화합물, 에틸벤젠 및 이들 탄화수소 중 적어도 2종의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 탄화수소를 탈수소하기 위한 탄화수소의 탈수소화 방법.
제9항에 있어서, 약 15 중량% 내지 50 중량%의 파라핀 전환을 달성하도록 분자당 10 내지 14개(상하한 포함)의 탄소 원자를 주성분으로 함유하는 장쇄 파라핀 원료를 탈수소하여, 벤젠 알킬화 원료를 생성하는데, 파라핀 원료는 중간에 열 교환기에서 재가열되면서 탈수소 촉매가 존재하는 적어도 2개의 반응 영역을 횡단하는 것인 탄화수소의 탈수소화 방법.
제10항에 있어서, 반응 영역의 수는 2 내지 6개이고, 이들 영역의 온도는 440℃ 내지 520℃이며, 이들 영역에서 탄화수소에 대한 수소의 몰비는 1:1 내지 15:1인 것인 탄화수소의 탈수소화 방법.
제2항에 있어서, 열 유체의 흐름은 약 1.5 MPa 내지 약 13 MPa 절대 압력의 증기로 구성되고, 이 열 흐름의 적어도 일부는 열 교환기 출구에서 액화 상태로 분류탑을 리보일링하는 데 이용되는 것인 탄화수소의 흡열 전환 방법.
제1항 또는 제2항에 따른 방법을 이용하여, 수소하에서 탄화수소를 개질하기 위한 탄화수소의 개질 방법.
제10항에 있어서, 과잉 벤젠이 존재하는 상태로 파라핀 탈수소에 의해 생성된 올레핀을 벤젠을 이용하여 알킬화하는 단계와, 상기 알킬화 단계로부터의 유출물을 증류탑에서 분류하여 비전환 파라핀과 알킬벤젠을 포함한 휘발성이 작은 화합물로부터 과잉 벤젠을 분리하는 단계를 포함하고, 열 교환기 출구로부터의 흐름의 적어도 일부는 상기 증류탑을 리보일링하는 데 이용되는 것인 탄화수소의 탈수소화 방법.
제1항 또는 제2항에 따른 탄화수소의 흡열 전환 방법을 실행하기 위한 장치로서, 사용된 열 교환기는 판형 열 교환기인 것인 탄화수소의 흡열 전환 방법을 실행하기 위한 장치.
제1항 또는 제2항에 따른 탄화수소의 흡열 전환 방법을 실행하기 위한 장치에 있어서, 열 유체는 압력 P1의 증기의 흐름이고, 이 흐름의 일부는 P1보다 높은 압력 P2의 증기의 흐름이 공급되는 증기 이젝터에 의해 열 교환기의 하류에서 재압축되어 상기 열 교환기의 상류에서 적어도 부분적으로 재순환되는 것인 탄화수소의 흡열 전환 방법을 실행하기 위한 장치.