KR101929371B1 - 알칼리 금속염의 기화 및 수송 방법 - Google Patents

알칼리 금속염의 기화 및 수송 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101929371B1
KR101929371B1 KR1020127018138A KR20127018138A KR101929371B1 KR 101929371 B1 KR101929371 B1 KR 101929371B1 KR 1020127018138 A KR1020127018138 A KR 1020127018138A KR 20127018138 A KR20127018138 A KR 20127018138A KR 101929371 B1 KR101929371 B1 KR 101929371B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
alkali metal
stream
metal salt
line
vapor
Prior art date
Application number
KR1020127018138A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20120112543A (ko
Inventor
조셉 이. 펠라티
제임스 알. 버틀러
홀리 크레이그
Original Assignee
피나 테크놀러지, 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 피나 테크놀러지, 인코포레이티드 filed Critical 피나 테크놀러지, 인코포레이티드
Publication of KR20120112543A publication Critical patent/KR20120112543A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101929371B1 publication Critical patent/KR101929371B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01B—BOILING; BOILING APPARATUS ; EVAPORATION; EVAPORATION APPARATUS
    • B01B1/00—Boiling; Boiling apparatus for physical or chemical purposes ; Evaporation in general
    • B01B1/005—Evaporation for physical or chemical purposes; Evaporation apparatus therefor, e.g. evaporation of liquids for gas phase reactions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D7/00—Sublimation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/30—Injector mixers
    • B01F25/31—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/30—Injector mixers
    • B01F25/31—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows
    • B01F25/313—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced in the centre of the conduit
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J38/00—Regeneration or reactivation of catalysts, in general
    • B01J38/04—Gas or vapour treating; Treating by using liquids vaporisable upon contacting spent catalyst
    • B01J38/06—Gas or vapour treating; Treating by using liquids vaporisable upon contacting spent catalyst using steam
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J38/00—Regeneration or reactivation of catalysts, in general
    • B01J38/48—Liquid treating or treating in liquid phase, e.g. dissolved or suspended
    • B01J38/64—Liquid treating or treating in liquid phase, e.g. dissolved or suspended using alkaline material; using salts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J4/00—Feed or outlet devices; Feed or outlet control devices
    • B01J4/001—Feed or outlet devices as such, e.g. feeding tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C5/00—Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms
    • C07C5/32—Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms by dehydrogenation with formation of free hydrogen

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Accessories For Mixers (AREA)
  • Feeding, Discharge, Calcimining, Fusing, And Gas-Generation Devices (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Abstract

알칼리 금속염을 기화 및 수송하기 위한 장치와 방법이 나타나 있다. 상기 장치는, 알칼리 금속염 용액을 수송할 수 있는 알칼리 금속염 라인과 상기 알칼리 금속염 라인과 유체가 통하는 증기 라인을 갖고, 상기 증기 라인은 증기를 수송할 수 있어서, 알칼리 금속염은 원격 반응 영역으로 수송될 수 있는 용액을 형성하는 증기로 방산된다. 상기 용액은 제1 가열원에 의해 가열될 수 있는 수송 라인을 통해 수송될 수 있다. 상기 방법은 탈수소화 반응 동안 촉진제를 탈수소화 촉매에 첨가하기 위해 사용될 수 있다.

Description

알칼리 금속염의 기화 및 수송 방법{VAPORIZATION AND TRANSPORTATION OF ALKALI METAL SALTS}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 발명은, 2008년 4월 22일자로 출원된 US 특허 출원 제12/107748호에 관한 것이다.
기술 분야
본 발명은, 일반적으로 촉매 탈수소화 반응에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은, 비닐 방향족 화합물을 제조하기 위한 알킬 방향족 화합물의 탈수소화에 관한 것이다.
촉매 탈수소화 공정은 해당 분야에 널리 공지되어 있다. 이러한 공정에는 대응 알케닐 방향족 화합물을 산출하기 위한 알킬 방향족 화합물의 탈수소화, 및 대응 공액 디-올레핀을 산출하기 위한 모노-올레핀의 탈수소화가 포함된다. 촉매 탈수소화의 특정한 예로는 에틸벤젠의 촉매 탈수소화에 의해 비닐 방향족 화합물인 스티렌을 제조하는데 통용되는 공정이 있다.
공지된 많은 탈수소화 촉매 및 공정 매개변수는 각각 독특한 장점 및 단점을 갖는다. 예를 들어, 탈수소화 촉매 및 이들의 특정 작동에 대해, 예컨대 변환도 및 유용한 촉매 수명 간에 고려해야 할 여러 요인이 존재한다. 촉매 수명은 탈수소화 반응에서 중요한 고려 사항이다. 촉매 자체에 관련된 비용, 예컨대 촉매의 단위 비용, 촉매의 유용 수명, 사용 촉매의 재생 능력, 및 사용 촉매의 폐기 비용이 존재한다. 촉매를 교체하고/교체하거나 촉매층을 재생하기 위한 탈수소화 반응기의 셧다운에 관련된 비용도 존재하며, 여기에는 노동력, 물질, 및 생산성 손실이 포함된다.
보통의 촉매 탈활성화는 변환 수준, 선택성 수준 또는 둘 다를 감소시키는 경향을 나타낼 수 있으며, 그 각각은 바람직하지 못한 공정 효율 손실을 일으킬 수 있다. 탈수소화 촉매의 탈활성화에 대해서는 다양한 이유가 존재할 수 있다. 여기에는, 예컨대 코크스 또는 타르에 의한 촉매 표면의 막힘(탄화로 부를 수 있음); 촉매 구조의 물리적 분해; 및 촉진제의 손실, 예컨대 촉매로부터 알칼리 금속 화합물의 물리적 손실이 포함될 수 있다. 사용하는 촉매 및 다양한 공정 매개변수에 따라, 이들 기전의 하나 이상이 적용될 수 있다.
일반적으로는 유용한 촉매 수명을 최대화하는 것이 바람직하며, 공지된 여러 기법 또는 방법이 있다. 때때로 채용되는 하나의 기법은 반응 온도를 높이는 것이다. 이는, 예를 들어, 반응물 스트림의 온도를 증가시키거나 반응기 챔버에 열을 가함으로써 수행될 수 있다. 이러한 반응 온도 증가는 일반적으로 반응 속도를 증가시킬 것이며, 이는 촉매의 탈활성화를 상쇄할 수 있지만, 효율성 또는 선택성에 해를 가하는 것과 같은 바람직하지 못한 결과도 가질 수 있다. 이러한 승온 기법의 유용성에 대해 좁은 제한이 있을 수도 있다. 촉매 또는 장비의 기계적 온도 제한도 있을 수 있으며, 이 온도를 넘어서는 추가 온도 증가는 촉매의 물리적 구조 및/또는 장비의 완결성을 손상시킬 수 있다. 이러한 제한에 도달하게 되면, 촉매는 통상적 방식으로 교체 또는 재생되어야 할 것이다. 통상적 실시에는 일반적으로 반응기를 셧다운시키고 교체용 촉매를 물리적으로 제거하는 것이 관여된다.
공정 차단 없이 안정된 상태의 공정 조건 동안 이용될 수 있고, 허용 가능한 수준의 변환 및 선택성을 유지할 촉매 재생 방법을 갖는 것이 바람직할 것이다. 또한, 안정된 상태의 공정 조건 동안 공정에 대한 촉매 수명 연장제의 첨가를 촉진하는 장치를 갖는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 동시에, 다중 공정에 촉매 수명 연장제의 첨가를 촉진하는 장치를 갖는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 원격 위치에서 촉매 수명 연장제를 수송하는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 알칼리 금속염 용액을 수송할 수 있는 알칼리 금속염 라인을 갖는, 알칼리 금속염을 증기로 기화시키기 위한 장치이며, 알칼리 금속염 라인은 용액이 알칼리 금속염 라인을 빠져나갈 수 있는 적어도 하나의 개구를 갖는다. 증기 라인은 알칼리 금속염 라인과 유체가 통한다. 증기 라인은 증기를 포함하는 스트림을 수송할 수 있다. 알칼리 금속염 용액은 증기 중 알칼리 금속염의 용액을 형성하는 증기 내로 동시에 주입된다. 이후 증기 중 알칼리 금속염의 용액은 증기 라인과 유체가 통하는 수송 라인에서 수송되며, 수송 라인은 제1 가열원, 예컨대 증기 재킷, 에 의해 가열될 수 있다.
일 실시예에서, 장치는 알칼리 금속염 라인의 개구에 인접 위치하여 알칼리 금속염 용액을 증기 내로 방산하는 적어도 하나의 확산기를 갖는다. 수송 라인은 탈수소화 공정 내에서 증기 중 기화된 알칼리 금속염을 스트림으로 수송하기 위한 탈수소화 공정에 연결될 수 있다. 탈수소화 공정 내에 위치하는 스트림은 또한 알킬 방향족 탄화수소의 탈수소화 반응을 위한 반응물을 함유할 수 있다. 장치는 추가로 탈수소화 공정에 대한 연결부에 인접 위치하여 증기로 방산되지 않은 알칼리 금속의 임의의 흐름이 수송 라인으로 들어가는 것을 제한하는 보를 가질 수 있다. 알칼리 금속염 라인의 개구를 포함하는 증기 라인 부분은 알칼리 금속 스트림이 증기로 방산하여 제3 스트림이 수송 라인으로 들어가기 전에 제3 스트림을 형성할 수 있는 혼합 챔버를 형성할 수 있다. 증기 라인의 혼합 챔버 부분은 제2 가열원, 예컨대 증기 재킷에 의해 가열될 수 있다. 알칼리 금속염 라인 부분은 실질적으로 동심원 배열로 증기 라인 내에 배치될 수 있다. 알칼리 금속염은 고체, 액체, 또는 증기, 또는 이들의 조합으로 첨가될 수 있다.
다른 실시예는 촉매 탈수소화 반응 동안 알칼리 금속염으로 촉진된 탈수소화 촉매의 활성을 증가시키는 방법에 관한 것이다. 상기 방법에는 알칼리 금속염을 증기 내로 첨가하기 위한 장치를 이용하여 알칼리 금속염을 증기로 첨가하여 제1 용액을 형성하는 단계가 포함된다. 상기 장치는 알칼리 금속염의 제1 스트림을 수송할 수 있는 알칼리 금속염 라인을 가지며, 알칼리 금속염 라인은 제1 스트림이 알칼리 금속염 라인을 빠져나갈 수 있는 적어도 하나의 개구를 갖는다. 증기 라인은 알칼리 금속염 라인과 유체가 통하며, 여기서 증기 라인은 증기를 포함할 수 있는 제2 스트림을 수송할 수 있다. 제1 스트림은 알칼리 금속염 라인에서 배출되며, 증기 라인에서는 제1 가열원에 노출되는 동시에 제2 스트림의 증기와 함께 용액 중 제1 스트림의 기화된 알칼리 금속염을 함유하는 제1 용액을 형성하는 제2 스트림으로 방산된다. 제1 용액은 증기 라인에서 배출되고 증기 라인과 유체가 통하는 수송 라인에 들어간다. 수송 라인에서, 제1 용액은 추가 가열되어 탈수소화 공정으로 수송된다. 탈수소화 공정에서, 제1 용액은 탈수소화 촉매와 접촉된다.
수송 라인은 제1 용액이 탈수소화 공정으로 수송됨에 따라 열을 공급하는 제1 가열원에 노출된다. 수송 라인은 150 내지 500℃의 온도에서 제1 용액을 유지하는데 충분한 열량에 노출될 수 있다. 하나의 측면에서, 수송 라인은 원격 위치에 위치하여 제1 용액을 증기 라인에서 탈수소화 공정으로 수송하는 역할을 한다. 수송 라인은 또한 펌프 가능한 상태로 제1 용액을 유지하는데 충분한 열량에 노출된다.
알칼리 금속염은 촉매 활성을 실질적으로 일정한 수준으로 유지하는데 충분한 양으로 첨가될 수 있으며, 하나의 측면에서 칼륨 염 화합물이다. 촉매 탈수소화 반응은 알케닐 방향족 탄화수소를 수득하기 위한 알킬 방향족 탄화수소 반응물 스트림의 탈수소화일 수 있다. 알칼리 금속염은 증기 스트림으로 고체, 액체, 또는 증기, 또는 이들의 조합으로 첨가될 수 있다. 일 실시예에서, 촉매는 40 ~ 80 중량%의 철 산화물과 5 ~ 30 중량%의 알칼리 금속 화합물을 함유한다. 알칼리 금속염은 전체 반응물 스트림의 중량에 대해 알칼리 금속 중량 0.01 내지 1000ppm의 연속 첨가와 대응하게 첨가될 수 있다. 일 실시예에서, 알킬 방향족 탄화수소는 에틸벤젠이고 알케닐 방향족 탄화수소는 스티렌이다.
또 다른 실시예는 알칼리 금속염의 기화 및 수송 방법이다. 상기 방법에는 알칼리 금속염을 포함하는 제1 스트림을 알칼리 금속염을 수송할 수 있는 알칼리 금속염 라인 내로 제공하는 단계가 관여되며, 알칼리 금속염 라인은 알칼리 금속염이 알칼리 금속염 라인을 빠져나갈 수 있는 적어도 하나의 개구를 갖는다. 증기를 포함하는 제2 스트림은 알칼리 금속염 라인과 유체가 통하고 증기 입력 스트림을 수송할 수 있는 증기 라인으로 제공된다. 알칼리 금속염은 알칼리 금속염 라인에서 배출됨에 따라 가열되고 동시에 증기와 함께 용액에 기화된 기화된 알칼리 금속염을 함유하는 제3 스트림을 형성하는 증기 입력 스트림으로 방산된다. 개구를 포함하는 알칼리 금속염 라인 부분은 증기 라인 내에 실질적으로 동심원 배열로 배치될 수 있다. 알칼리 금속염 라인의 개구에 인접 위치하여 제1 스트림을 제2 스트림으로 방산하는 적어도 하나의 확산기가 있을 수 있다. 제3 스트림은 증기 라인과 유체가 통하는 수송 라인으로 송부된다. 수송 라인은 제1 가열원에 노출된다. 수송 라인은 탈수소화 공정 내에서 제3 스트림을 제4 스트림과 접촉하도록 수송하기 위해 탈수소화 공정에 연결될 수 있으며, 수송 라인의 탈수소화 공정에 대한 연결부에 인접 위치하여 제2 스트림으로 방산되지 않은 알칼리 금속염의 임의의 흐름이 탈수소화 공정으로 들어가는 것을 제한하는 보를 더 포함할 수 있다.
또 다른 실시예는 알킬 방향족 탄화수소를 포함하는 공급물 스트림으로부터 비닐 방향족 탄화수소를 제조하기 위해 사용되는 산화철계 알칼리 금속 촉진된 탈수소화 촉매가 로딩된 반응 챔버에 칼륨 카르복실레이트 촉매 수명 연장제를 공급하기 위한 장치이다. 상기 장치는 칼륨 카르복실레이트의 제1 스트림을 수송할 수 있는 알칼리 금속염 라인을 가지며, 알칼리 금속염 라인은 제1 스트림이 알칼리 금속염 라인을 빠져나갈 수 있는 적어도 하나의 개구를 갖는다. 적어도 하나의 개구를 포함하는 알칼리 금속염 라인의 적어도 일부는 증기를 포함할 수 있는 제2 스트림을 수송할 수 있는 증기 라인 내에 배치된다. 제1 스트림은 알칼리 금속염 라인에서 배출됨에 따라 가열되며 동시에 제2 스트림의 증기와 함께 용액 중 제1 스트림의 기화된 칼륨 카르복실레이트를 함유하는 제3 스트림을 형성하는 제2 스트림으로 방산된다. 이후 증기와 함께 용액 중 기화된 칼륨 카르복실레이트를 함유하는 제3 스트림은 증기 라인에 연결된 수송 라인으로 수송되며, 수송 라인은 제1 가열원에 연결된다.
본 발명은, 알칼리 금속염을 기화 및 수송하는 방법을 제공하는 효과를 갖는다.
도 1은, 알칼리 금속염을 증기로 기화시키기 위한 본 발명의 장치의 실시예를 예시하는 도면.
도 2는, 실험실 원형 칼륨 아세테이트 기화기를 예시하는 도면.
도 3은, 증기에 대해 2mL/분의 물 및 2mL/분의 10% 칼륨 아세테이트를 이용한 칼륨 아세테이트 회수 대 기화기 온도의 도식.
도 4는, 도 3의 10% 칼륨 아세테이트의 데이터에 대비하여 증기에 대해 2mL/분의 물 및 2mL/분의 25% 칼륨 아세테이트를 이용한 칼륨 아세테이트 회수 대 기화기 온도의 도식.
도 5는, 3mL/분의 물을 1mL/분의 칼륨 아세테이트 용액과 함께 이용한 연장된 하한 온도 제한의 도식.
촉진된 철 산화물 촉매는 알킬 방향족 탄화수소의 알케닐 방향족 탄화수소로 탈수소화하는데 특히 유용하다. 예를 들어, 에틸벤젠의 탈수소화에 의한 스티렌의 제조는 에틸벤젠을 증기와 함께 혼합하고, 혼합물을 탈수소화 촉매-충전 층을 통해 통과시킴으로써 수행될 수 있다. 여러 경우에 있어서, 알칼리 금속, 예컨대 칼륨의 화합물은 탈수소화 촉매 중에 존재할 것이다. 칼륨은 탈수소화 동안 촉매 상 코크스 침적을 감소시켜서 촉매의 유용 수명을 증가시키는 경향을 가질 수 있다. 하나의 측면에서, 칼륨은 전형적으로 철 산화물 1몰 당 0.01몰 이상 내지 철 산화물 1몰 당 최대 1몰의 양으로 존재할 수 있다. 탈수소화 촉매의 한 실시예에는 30 중량% 내지 95 중량%의 철 산화물 및 1 중량% 내지 30 중량%의 칼륨이 함유된다. 탈수소화 촉매의 또 다른 실시예에는 40 중량% 내지 80 중량%의 철 산화물 및 5 중량% 내지 20 중량%의 칼륨이 함유된다. 다른 성분도 탈수소화 촉매에 첨가되어 추가 촉진, 활성화, 또는 안정화 특징을 제공할 수 있다.
에틸벤젠의 탈수소화는 통상 증기:에틸벤젠 0.5:1 내지 4:1, 또는 대안적으로 0.8:1 내지 2:1의 중량비로 증기의 존재 하에 수행된다. 증기는 열 전달 매질로 작용할 수 있으며, 또한 촉매의 중간 산화 단계를 안정화하고 촉매 상 임의 유기물 침적의 가스화를 보조하여 촉매의 탄화에 역행할 수 있다. 유기물 침적 부분은 일산화탄소 및/또는 이산화탄소로 산화될 수 있다.
촉매의 새로운 로딩 또는 기존 촉매의 재생 후에는 전형적으로 높은 촉매 활성 및 선택성을 갖는 초기 기간에 촉매 탈활성화가 이어진다. 촉매 활성의 점차적 열화에 대해서는 여러 설명이 가능하며, 특정 공정에 하나 이상의 기전이 적용될 수 있다. 알칼리 금속 촉진 철계 촉매를 탈활성화시킬 수 있는 하나의 기전은 알칼리 금속 손실이며, 여기서 알칼리 금속은 촉매로부터 물리적으로 방출되어 반응물 스트림에 포획된다. 알칼리 금속 촉진 철계 촉매를 탈활성화시킬 수 있는 또 다른 기전은 알칼리 금속 부위 오염이다, 즉 촉매 상 알칼리 금속의 물리적 위치가 덮이거나 또는 다른 방식으로, 예컨대 탄화에 의해 방해받는 것이다. 촉매 탈활성화가 진행됨에 따라, 결과적으로 변환 또는 선택성 수준, 또는 둘 다는 탈수소화 공정이 더 이상 경제적으로 존립할 수 없도록 충분히 낮게 떨어진다. 이 시점에서, 상기 공정은 전형적으로 셧다운되어야 하며, 촉매는 통상적 방법에 의해 교체 또는 재생되어야 한다.
본 발명의 실시예에는 탈수소화 촉매의 활성을 재생, 안정화 또는 증강시키기 충분한 양의 알칼리 금속 화합물을 공정에 첨가하여 변환 및 선택성의 경제적 수준을 유지하고 촉매 교체 필요성을 감소시키거나 지연시키는 것이 관여된다. 알칼리 금속 화합물은 공정에 들어가기 전에 증기 입력 스트림에 첨가된다. 알칼리 금속 화합물은 필요에 따라 연속적 또는 간헐적으로 첨가될 수 있으며, 다른 작동 기법, 예컨대 앞에서 언급된 반응 온도의 상승과 함께 이용될 수 있다. 일 실시예에서, 알칼리 금속 화합물은 칼륨 화합물이다. 일 실시예에서, 알칼리 금속 화합물은 증기와 함께 용액에 들어갈 수 있는 칼륨 염 화합물이다. 대안적 실시예에서, 알칼리 금속 화합물은 리튬 화합물, 나트륨 화합물, 루비듐 화합물, 세슘 화합물, 프란슘 화합물, 이들의 혼합물, 및 이들의 염이다.
본 발명의 다양한 실시예 및 측면을 본원에 제공한다. 다양한 측면은 일반적으로는 서로 배타적인 것이 아니며, 서로 조합되어 이용될 수 있다.
일 실시예에서, 첨가되는 알칼리 금속 화합물은 유기 칼륨 염이다. 가용성 유기 칼륨 염은 탈수소화 공정에 첨가되기 전에 증기와 함께 용액 내로 투입된다. 칼륨 염은 증기 스트림으로 분무되거나 또는 다른 방식으로, 예를 들어, 높게 가열된 증기로 분배될 수 있으며, 이는 염을 용해시키고/용해시키거나 증기화하여 탈수소화 공정에 첨가될 수 있는 칼륨 함유 증기 용액을 생성할 수 있다. 유기 칼륨 염은 비유기 칼륨 화합물보다 낮은 온도에서 증기화하여 칼륨의 탈수소화 공정에 첨가되는 증기 흐름 내로의 분배를 촉진할 수 있다. 염 화합물을 액체 또는 증기 스트림과 함께 용액 내로 투입하는 다양한 방식은 당분야에 널리 공지되어 있으며, 그 전체가 본 발명의 범위 내인 것으로 간주된다. 적합한 유기 칼륨 염의 비제한적 예에는 칼륨 아세테이트, 칼륨 벤조에이트, 칼륨 시트레이트, 칼륨 푸마레이트, 칼륨 글루코네이트, 칼륨 락테이트, 칼륨 말레에이트, 칼륨 파모에이트, 칼륨 숙시네이트, 칼륨 타르트레이트, 및 이들의 혼합물이 포함된다. 칼륨 염 화합물은 일반적으로 K+ 이온의 높은 수화 에너지로 인해 뛰어난 물 용해도를 갖는다.
첨가된 알칼리 금속 화합물의 양은 여러 요인, 예컨대 반응물 스트림의 양 및 순도, 촉매 전하의 양, 촉매 로드의 주행 길이, 탈수소화 공정 조건, 및 처리되는 특정 촉매에 근거한다. 알칼리 금속 화합물은 실질적으로 연속적 방식으로, 예컨대 전체 반응물 스트림의 중량에 대한 알칼리 금속 중량이 0.01 내지 1000 ppm이 되도록 연속하여 첨가될 수 있다. 대안적 실시예에서, 알칼리 금속 화합물은 전체 반응물 스트림의 중량에 대한 알칼리 금속 중량이 0.01 내지 750; 0.10 내지 500; 또는 0.1 내지 250 ppm이 되도록 연속하여 첨가된다. 일부 실시예에서, 알칼리 금속 화합물은 전체 반응물 스트림의 중량에 대한 알칼리 금속 중량이 0.1 내지 100 ppm이 되도록 연속하여 첨가된다. 본원에 참조로 도입되는 Butler의 US 특허 6,936,743에는 반응기에 대한 전체 알킬 방향족 탄화수소 중량의 0.01 내지 100 ppm이 되도록 연속하여 촉매 수명 연장제가 첨가되는 것이 개시되어 있다.
알칼리 금속 화합물은 또한 간헐적 방식으로 첨가될 수 있으며, 첨가되는 양이 너무 적어서 연속 첨가가 문제가 될 수 있는 경우 간헐적 첨가가 바람직할 수 있다. 일부 경우에서, 다량의 알칼리 금속 화합물의 간헐적 첨가는 더 작은 양의 연속 첨가보다 우수한 결과를 제공할 수 있다. 대안적 실시예에서, 알칼리 금속 화합물은 반응물 스트림의 중량에 대해 알칼리 금속 중량의 0.1 내지 10,000 이상; 1.0 내지 5000; 또는 100 내지 1000ppm의 양으로 간헐적 기준으로 첨가된다. 알칼리 금속 화합물이 첨가되는 양 및 방식의 변화는 본 발명의 범위 내인 것으로 간주된다.
본 발명의 하나의 측면에는 알칼리 금속 용액의 플랜트 내 하나 이상의 공정/장치로의 수송이 관여된다. 알칼리 금속 용액은 원격 위치에서 제조된다. 제1 및 증기 라인 및 혼합 챔버는 플랜트에서 탈수소화 공정 및 다른 장치/공정으로부터 떨어져 있다. 수송 라인은 알칼리 금속 용액을 원격 위치에서 탈수소화 공정 및 선택적으로 다른 장치/공정으로 수송하는 역할을 한다. 제5, 및 선택적으로 제 6 도관은 적어도 일부 알칼리 용액을 다른 장치/공정으로 변환할 수 있다. 하나의 측면에서, 10 내지 90퍼센트의 알칼리 용액이 다른 장치/공정으로 변환된다. 또 다른 측면에서, 25 내지 75퍼센트의 알칼리 용액이 다른 장치/공정으로 변환된다. 일 실시예에서, 알칼리 용액은 동시에 탈수소화 공정 및 다른 장치/공정으로 전달된다.
알칼리 금속 용액은 1 중량% 내지 95 중량%의 알칼리 금속염을 함유할 수 있다. 또 다른 측면에서, 알칼리 금속 용액은 5 중량% 내지 80 중량%, 대안적으로 5 중량% 내지 55 중량% 또는 5 중량% 내지 40 중량%의 알칼리 금속염, 또는 대안적으로 10 중량% 내지 30 중량%의 알칼리 금속염을 함유할 수 있다. 특정 측면에서, 알칼리 금속염에는 칼륨 아세테이트 용액이 침적되지 않고 펌핑될 수 있도록 하는 물, 메탄올 또는 다른 물질과 용액을 이룰 수 있는 칼륨 아세테이트가 포함된다. 일 실시예에서, 알칼리 금속 용액은 1 중량% 내지 95 중량% 칼륨 아세테이트, 대안적으로 5 중량% 내지 80 중량%, 5 중량% 내지 55 중량%, 5 중량% 내지 40 중량% 칼륨 아세테이트, 또는 대안적으로 10 중량% 내지 25 중량% 칼륨 아세테이트를 갖는 칼륨 아세테이트 용액이다.
일 실시예에서, 알칼리 금속 용액은 먼저 증기와 혼합된 후 혼합물은 기화기로 공급된다. 또 다른 실시예에서, 알칼리 금속 용액 및 증기는 개별적으로 그리고 독립적으로 기화기로 공급된다. 기화기는 증기 공급물 자체 및 선택적으로 추가적인 가열원으로부터, 예컨대 증기 재킷 또는 열 교환기에 의해 가열될 수 있다. 기화기는 150℃ 내지 480℃ 범위의 온도에서 작동할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 기화기는 200℃ 내지 400℃ 범위의 온도에서 작동할 수 있다. 기화기로 공급되는 염 용액 대 기화기로 공급되는 증기의 부피비는 1:3의 염 용액 대 증기 내지 3:1의 염 용액 대 증기일 수 있다.
하나의 측면 단독으로 또는 다른 측면과 조합되어, 제1 가열원은 증기 라인의 혼합 챔버 및 수송 라인으로 연결되며, 제2 가열원은 증기 재킷, 전기 가열 요소, 및 방사 제1 가열원으로 구성된 하나 이상의 군으로부터 선택된다.
또 다른 실시예는 칼륨 촉진 철계 촉매를 사용하여 스티렌을 제조하기 위해 에틸벤젠의 탈수소화에 사용되는 기존 설비의 개편 방법이다. 상기 방법에는 알칼리 금속염의 증기 입력 스트림으로 기화시키기 위한 장치를 증기 입력 스트림에 추가하는 것이 관여된다. 상기 장치는 알칼리 금속염을 수송할 수 있는 알칼리 금속염 라인을 가지며, 알칼리 금속염 라인은 알칼리 금속염이 알칼리 금속염 라인을 빠져나갈 수 있는 적어도 하나의 개구를 갖는다. 증기 라인은 알칼리 금속염 라인과 유체가 통하며, 증기 라인은 증기 입력 스트림을 수송할 수 있다. 알칼리 금속염은 알칼리 금속염 라인에서 배출됨에 따라 가열되며 동시에 증기와 함께 용액 중 기화된 기화된 알칼리 금속염을 함유하는 제3 스트림을 형성하는 증기 입력 스트림으로 방산된다. 개구를 포함하는 알칼리 금속염 라인의 일부는 증기 라인 내에서 실질적으로 동심원 배열로 배치될 수 있다. 장치는 알칼리 금속염 라인의 개구에 인접 위치하여 제1 스트림을 제2 스트림으로 방산하는 적어도 하나의 확산기를 가질 수 있다. 제3 스트림은 증기 라인과 유체가 통하는 수송 라인으로 송부된다. 수송 라인은 제1 가열원에 노출된다. 장치의 수송 라인은 탈수소화 공정 내에서 제4 스트림과 접촉하는 제3 스트림의 수송을 위해 탈수소화 공정에 연결될 수 있으며 수송 라인에서 탈수소화 공정에 대한 연결부에 인접 위치하여 제2 스트림으로 방산되지 않는 알칼리 금속의 임의의 흐름이 탈수소화 공정으로 들어가는 것을 제한하는 보를 더 포함할 수 있다.
이제, 도 1을 참조하면, 하나의 예시적 실시예 100에서 알칼리 금속염은 라인(110)을 통해 공급되며 라인(120)을 통해 증기의 입력 스트림에 첨가되고, 여기서 혼합물이 라인(170)을 따라 수송된 후 탈수소화 공정/장치(140)로 첨가되기 전에 혼합 챔버(130)에서 조합된다. 본원에 나타낸 탈수소화 공정(140)은 탈수소화 공정에 대한 입력 스트림일 수 있거나 탈수소화 장치의 일부, 예컨대 탈수소화 반응 영역일 수 있다. 알칼리 금속염은 액체 용액으로서, 고체로서, 또는 증기 상으로, 또는 이들의 조합으로 첨가될 수 있다. 하나의 측면에서, 증기는 높게 가열될 수 있다. 혼합 챔버 130 내에 채용되어 알칼리 금속염의 증기 내로의 용해를 촉진하는 다양한 혼합 또는 진탕 장비도 존재할 수 있다. 하나의 측면에서, 혼합 챔버(130)는 증기 라인(120) 내 알칼리 금속염 라인(110)과 염 라인의 스트림 및 도 1에 나타낸 바와 같은 동일방향 흐름 패턴으로 접촉하는 증기 라인과 실질적으로 동심원 배열을 가질 수 있다. 대안적 실시예에서, 혼합 챔버(130)는 증기 라인(120) 내 알칼리 금속염 라인(110)과 염 라인의 스트림 및 역방향 흐름 패턴으로 접촉하는 증기 라인과 또는 혼합 챔버(130) 내에 분무되거나 다른 방식으로 분배된 알칼리 금속염과 동심원 배열을 가질 수 있다. 알칼리 금속염 라인(110)은 대안적으로 혼합 챔버(130)에 대해 임의 각도, 예컨대 동일방향 흐름 배열을 갖는 일 실시예에서의 0도 내지 반대방향 흐름 배열을 갖는 일 실시예에서의 180도, 또는 대안적으로 30도 내지 45도 각도로 부착될 수 있거나, 또는 주입기 헤드를 통해 분무되거나 또는 다른 방식으로 분배되는 알칼리 금속염을 갖는 혼합 챔버(130)에 수직일 수 있다. 하나의 측면에서, 혼합 챔버(130)는 제1 가열원(180)에 노출된다. 제1 가열원(180)에는 증기 재킷 또는 전기적 가열 요소가 포함될 수 있다.
도 1에 나타낸 실시예에서, 혼합 챔버(130)에서 증기 스트림 내 알칼리 금속염을 방산하는데 이용될 수 있는 선택적 확산기(150)를 나타낸다. 본원에서 사용되는 "확산기"라는 용어는, 알칼리 금속염의 유로를 변경하는 작용을 하여 증기 내 그 방산을 보조하는 임의 장치를 의미한다. 확산기는 유속을 감속하거나, 흐름 내 와류를 생성하고/하거나 흐름 방향에 변경을 부여하거나 또는 이들의 조합을 일으킬 수 있다. 선택적 확산기(150)는 증기 스트림 내에서 알칼리 금속염의 방산을 보조하기 위한 임의 형태일 수 있다. 확산기는 도 1에 나타낸 바와 같은 다각형 또는 원뿔형을 가져서 알칼리 금속염을 증기 스트림 내에서 방사 방향으로 굴절 및 분배할 수 있다.
하나의 측면에서, 라인(170)은 제1 가열원(182)에 노출된다. 제1 가열원(182)에는 증기 재킷 또는 전기적 가열 요소가 포함될 수 있다. 일 실시예에서, 이 수송 라인인 라인(170)은 200℃ 내지 400℃ 범위 온도로 가열된다. 선택적 실시예에서, 라인 190(a,b)를 이용하여 라인(170) 중 적어도 일부 혼합물을 플랜트 내의 또 다른 공정/장치로 수송한다. 또한 증기와 함께 용액에 있지 않은 알칼리 금속염의 임의의 흐름이 탈수소화 공정/장치(140)에 들어가는 것을 제한하는데 사용될 수 있는 선택적 보(160)도 나타낸다. 본원에서 사용되는 "보"라는 용어는, 증기와 함께 용액에 있지 않은 알칼리 금속염의 임의의 흐름이 탈수소화 공정으로 들어가는 것을 제한하는 임의 장치를 의미한다. 상기 보는 완전히 용액에 있지 않은 알칼리 금속염을 함유할 수 있는 흐름 부분, 예컨대 일 실시예에서 용액에 있지 않은 더 무거운 물질, 예컨대 알칼리 금속염이 침강할 수 있는 흐름 스트림의 저부의 유속을 저해할 수 있다. 알칼리 금속염 및 증기의 혼합물은 직접 탈수소화 반응기 또는 탈수소화 공정의 입력 스트림에 첨가될 수 있다. 알칼리 금속을 증기에 첨가하는 다른 방식에는 알칼리 금속염의 증기 스트림으로 가열 및 기화시키는 것이 포함될 수 있다.
철 산화물 및 알칼리 금속 화합물을 함유하는 탈수소화 촉매는 당분야에 널리 공지되어 있으며 다양한 공급처, 예컨대 BASF Corporation; Criterion Catalyst Company, L.P.; 및 Sud Chemie, Inc에서 시판된다. 이들 및 유사한 촉매는 본 발명의 범위 내인 것으로 간주된다.
예
일반적으로 기재된 실시예, 하기 예는 본 개시의 특정 실시예로서 그리고 이들의 실시 및 이들의 장점을 설명하기 위해 제공된다. 예는 예로서 주어지며, 명세서 또는 특허청구범위를 어떠한 방식이든 제한하지 않는 것임이 이해된다.
칼륨 아세테이트를 스티렌 촉매 공급물 내로 주입하기 위해 사용되는 칼륨 아세테이트 기화기의 실험실 원형을 구축 및 사용하여 공정 조건을 평가하였다. 상기 원형 설계에는 비교적 큰 용기 입구에서 증기의 동일방향 흐름 내로의 액체 칼륨 염 용액의 주입이 포함된다. 기화된 칼륨 염 스트림의 수송은 가열 튜브 길이를 기화기의 출구로 부착하여 시뮬레이션되었다. 유출액을 수거하고 염 회수에 대해 중량 측정에 의해 평가하였다. 10 및 25% 칼륨 아세테이트 용액 모두에 대해 기화기(vaporizer)와 수송관(transport tube)에 대해 적합한 온도 범위를 밝혔다.
도 2에 실험실 원형 칼륨 아세테이트 기화기 시스템(200)의 실시예를 나타낸다. 물(210)과 칼륨 아세테이트 용액(212)을 연속-흐름 이중 시린지 펌프를 이용하여 시스템(200)에 첨가하였다. 본체(216)는 각 말단에 1/4인치 LPT 조립부를 갖는 75 mL 압력 표본 용기였다. 칼륨 아세테이트 용액의 첨가를 위해 본체(216) 내부 조립부의 테두리를 통해 삽입된 1/16-인치 튜브를 갖는 "T" 조립부(214)를 통해 입구에 구멍을 뚫었다. 물을 노(furnace) 내부에 있는 나선형 튜브(218) 내로 펌핑하여 칼륨 아세테이트 도입 후 "T" 조립부(214)로 도입되는 희석제 스트림을 생성하였다. 기화기 유출액을 소용돌이 나선형(222)인 3피트 길이의 1/4인치 튜브인 수송관(220)을 통해 송부하였다. 기화기(216) 및 수송관(220, 222)은 4-영역 노 내부에 위치하였다. 제1 영역(1)에는 기화기 용기가 내장되어 있는 반면에, 다른 세 개의 영역(2, 3, 4)에는 수송관(220, 221)이 포함되었다. 영역(1)은 삽입 플러그로 영역(2~4)과 구분되었다. 노 내에 남아 있는 수송관(224)을 냉각수 응축기(226)에 연결하였다. 수거 병(228)을 응축기(226)로 연결하여 액체 생성물을 수거하였다.
기화기와 수송관을 원하는 온도로 가열한 후 증기를 위해 물을 도입하여 기화기 실험을 시작하였다. 일단 일정한 온도에 도달하면, 칼륨 아세테이트 첨가를 시작하였다; 이것이 실험을 위한 시작 시간이었다. 실험은 측량한 병 내로 액체 유출액을 전체 수거하면서 2-4시간 동안 지속되었다. 액체를 화학적 분석을 위해 표본 수거하였다. 이어서 용액을 건조 오븐에서 증발시켜 칼륨 아세테이트의 양을 수득하였다. 유도 결합 플라즈마(ICP) 분석을 이용하여 염의 양을 확인하였다. 실험 데이터를 하기 표 1에 나타낸다.
Figure 112012055747050-pct00001
예 1
다양한 기화기 온도를 이용하여 칼륨 아세테이트의 기화를 위한 효과적 공정 범위를 결정하였다. 대부분의 실험은 캐리어 증기를 위해 물은 2mL/분 흐름으로, 칼륨 아세테이트 용액은 2mL/분 흐름으로 수행하였다. 칼륨 아세테이트 용액을 기화기 입구에서 캐리어 증기 내로 주입하고, 스트림을 응축하여 출구에서 수거하였다. 수거된 유출액 용액은 건조 오븐에서 증발시켰다. 회수된 염을 칭량하고 이론적 예측량과 비교하였다.
도 3은 10% 칼륨 아세테이트 용액에 대해 이용 가능한 기화기 공정 온도의 조사 결과를 나타낸다. 칼륨 아세테이트 회수물을 임계 측정으로 사용하였다. 성공적인 실험은 100% 칼륨 아세테이트 회수를 나타낼 것이다. 더 낮은 회수 비율은 칼륨 아세테이트가 장치 내에 침적되어 증기 상에 완전 트랩핑되지 않았음을 시사한다. 10% 칼륨 아세테이트를 사용한 안전한 공정 범위는 200 ~ 480℃이다. 480℃를 초과하면, 칼륨 아세테이트가 열적으로 안정하지 않으므로 KOH 및 K2CO3의 형성과 침적을 일으킨다. 200℃ 미만에서는 칼륨 아세테이트의 증기 압력이 너무 낮을 수 있거나 기화를 위한 열이 충분하지 않다.
수송관을 기화기에 의해 이용되는 것과 다른 노 영역으로 가열하였다. 더 앞선 버전의 기화기 시스템의 평가는 400℃의 수송관 온도에서 최초로 수행되었다. 수송관 온도를 200℃로 낮추는 것은 염 회수 결과를 변경시키지 않았다. 표 1에 나타낸 바와 같이 나머지 모든 평가에서 200℃ 수송관 온도를 채용하였다.
고농도 칼륨 아세테이트 용액의 사용은 기화기의 자본 및 작동 비용에 이득이 될 수 있다. 이러한 이유로, 25% 칼륨 아세테이트 용액을 기화기에 사용하였다. 도 4는 10% 용액의 결과가 오버레이된 25% 칼륨 아세테이트 용액의 결과를 나타낸다. 25% 칼륨 아세테이트를 10% 용액과 마찬가지로 상기 동일한 작동 범위에 걸쳐 사용할 수 있다.
중량 기준에서는 2mL/분의 물 및 2mL/분의 10% 칼륨 아세테이트의 실험의 유출액에 5 중량% 칼륨 아세테이트만이 존재하였다. 이는 아세테이트 이온에 대해 보정하면 단지 약 2% K의 양이다. 몰 기준에서는 유출액은 분자량 차이로 인해 1몰% 미만의 K를 함유하였다. 대응하는 25% 칼륨 아세테이트 실험에서는 유출액에서의 대응하는 결과가 12.5 중량% 칼륨 아세테이트 또는 5 중량% K였다. K 몰 백분율은 또한 약 2.5%였다. 기상 중 칼륨 아세테이트의 몰 백분율은 분압과 직접 연관되므로 기화기는 매우 낮은 칼륨 아세테이트 분압을 나타낼 것이어서 기화 공정을 돕게 된다.
예 2
예 1보다 높은 물 흐름 및 낮은 칼륨 아세테이트 흐름으로 다른 실험을 수행하였다. 이들 실험을 10% 및 25% 칼륨 아세테이트 모두에 대해 수행하였다. 물은 3mL/분으로 증가시키고 칼륨 아세테이트 용액은 1mL/분으로 감소시켰다. 이는 기화기에 대한 전체 흐름은 유지하였지만 상이한 공급물 비를 가졌다. 이 데이터를 도 5에 나타낸다. 더 높은 증기 대 칼륨 아세테이트 용액의 비로 10% 및 25% 칼륨 아세테이트 모두에 대해 150℃에서 성공적인 기화가 가능했다.
본원에서 사용되는 "변환"이라는 용어는, 변환된 반응물의 분획을 %몰의 정량적 개념으로 의미한다.
"선택성"이라는 용어는, 촉매가 더 높은 수준의 원하는 생성물 및 더 낮은 수준의 원하지 않는 생성물을 선택적으로 제조하는 능력, 예를 들어, 에틸벤젠을 선택적으로 탈수소화하여 톨루엔 또는 벤젠 대신 스티렌을 제조하는 능력을 의미한다.
"활성"이라는 용어는, 촉매가 각 공급물의 촉매에 걸친 통과를 위한 반응물의 특정 백분율을 변환하는, 예를 들어, 각 공급물의 촉매에 걸친 통과를 위한 에틸벤젠 대 방향족의 특정 백분율을 변환하는 능력을 의미한다.
문맥에 따라 "발명"에 대한 본원의 모든 언급은 때때로 특정 실시예만을 나타낼 수 있다. 다른 경우에는 반드시 청구항의 전체는 아닐지라도 하나 이상에서 언급되는 요지 대상을 나타낼 수 있다. 상기 내용은 본 발명의 실시예, 변형예, 및 예에 대한 것이지만, 이는 본 특허의 정보를 이용 가능한 정보 및 기술과 조합할 때 당업자가 본 발명을 제조 및 이용할 수 있도록 포함되는 것이며, 본 발명이 이들 특정 실시예, 변형예, 또는 예에만 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 기타 및 추가 실시예, 변형예, 및 예는 그 기본 범위에서 벗어나지 않고 고안될 수 있으며, 그 범위는 하기 특허청구범위에 의해 결정된다.

Claims (24)

  1. 알칼리 금속염을 증기로 기화시키기 위한 장치에 있어서,
    알칼리 금속염 용액의 제1 스트림을 수송할 수 있는 알칼리 금속염 라인 (alkali metal salt line)으로서, 상기 알칼리 금속염 라인은 상기 제1 스트림이 상기 알칼리 금속염 라인을 빠져나갈 수 있는 적어도 하나의 개구(opening)를 갖는, 알칼리 금속염 라인;
    상기 알칼리 금속염 라인과 유체가 통하는 증기 라인으로서, 상기 증기 라인은 증기를 포함하는 제2 스트림을 수송할 수 있고, 상기 제1 스트림이 상기 알칼리 금속염 라인에서 빠져나감에 따라 상기 제1 스트림은 가열되어 상기 제2 스트림의 증기와 함께 용액에 상기 제1 스트림의 기화된 알칼리 금속염을 포함하는 제3 스트림을 형성하는 제2 스트림으로 방산되는, 증기 라인;
    상기 증기 라인과 유체가 통하는 수송 라인;
    제1 가열원으로서, 상기 수송 라인은 상기 제1 가열원에 의해 200℃ 내지 400℃의 범위의 온도로 가열되고, 상기 수송 라인은 상기 제3 스트림을 수송할 수 있는, 제1 가열원;
    을 포함하는, 알칼리 금속염을 증기로 기화시키기 위한 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 스트림을 상기 제2 스트림으로 방산하기 위해 상기 알칼리 금속염 라인의 상기 적어도 하나의 개구에 인접 위치한 적어도 하나의 확산기(diffuser)를 더 포함하는, 알칼리 금속염을 증기로 기화시키기 위한 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 수송 라인은 탈수소화 공정(dehydrogenation process) 내에서 상기 제3 스트림을 제4 스트림으로 수송하기 위해 탈수소화 공정에 연결되는, 알칼리 금속염을 증기로 기화시키기 위한 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제2 스트림으로 방산되지 않은 알칼리 금속염의 임의의 흐름이 탈수소화 공정으로 들어가는 것을 제한하기 위해 상기 탈수소화 공정에 대한 상기 수송 라인의 연결부에 인접 위치한 보(weir)를 더 포함하는, 알칼리 금속염을 증기로 기화시키기 위한 장치.
  5. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 개구를 포함하는 상기 알칼리 금속염 라인의 부분은 상기 증기 라인 내에 배치되고 혼합 챔버를 형성하며, 상기 제1 스트림은 상기 제2 스트림으로 방산되어 상기 제3 스트림이 상기 수송 라인으로 들어가기 전에 상기 제3 스트림을 형성하는, 알칼리 금속염을 증기로 기화시키기 위한 장치.
  6. 제5항에 있어서, 제2 가열원을 추가로 포함하며, 상기 혼합 챔버는 상기 제2 가열원에 의해 150℃ 내지 480℃의 범위의 온도로 가열되는, 알칼리 금속염을 증기로 기화시키기 위한 장치.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 제2 가열원은 증기 재킷(steam jacket)인, 알칼리 금속염을 증기로 기화시키기 위한 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 개구를 포함하는 상기 알칼리 금속염 라인의 부분은 동심원 배열로 상기 증기 라인 내에 배치되는, 알칼리 금속염을 증기로 기화시키기 위한 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1 가열원은 증기 재킷, 전기적인 가열소자, 또는 방사성 가열원인, 알칼리 금속염을 증기로 기화시키기 위한 장치.
  10. 촉매 탈수소화 반응 동안 알칼리 금속염으로 촉진된 탈수소화 촉매의 활성을 증가시키는 방법에 있어서,
    장치를 이용하여 알칼리 금속염을 증기 내로 첨가하여 제1 용액을 형성하는 단계로서,
    상기 장치는 알칼리 금속염의 제1 스트림을 수송할 수 있는 알칼리 금속염 라인을 갖고, 상기 알칼리 금속염 라인은 상기 제1 스트림이 상기 알칼리 금속염 라인을 빠져나갈 수 있는 적어도 하나의 개구를 갖고,
    상기 장치는 상기 알칼리 금속염 라인과 유체가 통하는 증기 라인을 갖고, 상기 증기 라인은 증기를 포함하는 제2 스트림을 수송할 수 있으며, 상기 제1 스트림이 상기 알칼리 금속염 라인에서 배출됨에 따라 상기 제1 스트림은 가열되어 상기 제2 스트림의 증기와 함께 용액에 상기 제1 스트림의 기화된 알칼리 금속염을 함유하는 상기 제1 용액을 형성하는 상기 제2 스트림으로 방산되며,
    상기 장치는 상기 증기 라인과 유체가 통하는 수송 라인을 갖고, 상기 수송 라인은 상기 제1 용액을 수송할 수 있는, 제1 용액을 형성하는 단계;
    제1 가열원을 사용하여 상기 수송 라인을 200℃ 내지 400℃의 범위의 온도로 가열하는 단계; 및
    상기 제1 용액을 탈수소화 촉매와 접촉시키는 단계;
    를 포함하는, 탈수소화 촉매의 활성을 증가시키는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 알칼리 금속염 용액은 일정한 수준의 촉매 활성을 유지하는 양으로 첨가되며, 증기에 대한 상기 알칼리 금속염 용액의 부피비(比)는 1:3 내지 3:1의 범위인, 탈수소화 촉매의 활성을 증가시키는 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 알칼리 금속염은 칼륨염 화합물인, 탈수소화 촉매의 활성을 증가시키는 방법.
  13. 제10항에 있어서, 상기 촉매 탈수소화 반응은, 알케닐 방향족 탄화수소를 얻기 위한 알킬 방향족 탄화수소 반응물 스트림의 탈수소화인, 탈수소화 촉매의 활성을 증가시키는 방법.
  14. 제10항에 있어서, 상기 알칼리 금속염은 상기 제2 스트림에 고체, 액체, 증기, 또는 그 결합으로 첨가되는, 탈수소화 촉매의 활성을 증가시키는 방법.
  15. 제10항에 있어서, 상기 증기 라인은 제2 가열원에 의해 150℃ 내지 480℃의 범위의 온도로 가열되는, 탈수소화 촉매의 활성을 증가시키는 방법.
  16. 제10항에 있어서, 상기 제1 가열원은 제3 스트림을 펌프 가능한 상태로 유지하기 위한 열량으로 상기 수송 라인을 가열하는, 탈수소화 촉매의 활성을 증가시키는 방법.
  17. 제10항에 있어서, 상기 탈수소화 촉매는 40~80 중량%의 철 산화물과 5~30 중량%의 알칼리 금속 화합물을 포함하는, 탈수소화 촉매의 활성을 증가시키는 방법.
  18. 제10항에 있어서, 첨가된 상기 알칼리 금속염은, 상기 탈수소화 촉매를 접촉하는 전체 반응물 스트림의 중량에 대한 알칼리 금속 중량이 0.01 내지 1000 ppm이 되도록 연속하여 첨가되는, 탈수소화 촉매의 활성을 증가시키는 방법.
  19. 제13항에 있어서, 상기 알킬 방향족 탄화수소는 에틸벤젠이고 상기 알케닐 방향족 탄화수소는 스티렌인, 탈수소화 촉매의 활성을 증가시키는 방법.
  20. 알칼리 금속염을 기화 및 수송하는 방법에 있어서,
    알칼리 금속염을 포함하는 제1 스트림을 알칼리 금속염 라인에 제공하는 단계로서, 상기 알칼리 금속염 라인은 상기 알칼리 금속염을 수송할 수 있고, 상기 알칼리 금속염이 상기 알칼리 금속염 라인을 빠져나갈 수 있는 적어도 하나의 개구를 가지는, 제1 스트림을 알칼리 금속염 라인에 제공하는 단계;
    증기를 포함하는 제2 스트림을 상기 알칼리 금속염 라인과 유체가 통하고 상기 증기를 수송할 수 있는 증기 라인에 제공하는 단계로서, 상기 알칼리 금속염이 상기 알칼리 금속염 라인을 빠져나감에 따라 상기 알칼리 금속염은 가열되어 상기 증기와 함께 용액에 기화된 알칼리 금속염을 함유하는 제3 스트림을 형성하는 상기 제2 스트림으로 방산되는, 제2 스트림을 증기 라인에 제공하는 단계;
    상기 제3 스트림을 상기 증기 라인과 유체가 통하는 수송 라인에 제공하는 단계로서, 상기 수송 라인은 상기 제3 스트림을 수송할 수 있는 제3 스트림을 수송 라인에 제공하는 단계; 및
    제1 가열원을 제공하고, 상기 제1 가열원을 사용하여 상기 수송 라인을 200℃ 내지 400℃의 범위의 온도로 가열하는 단계;
    를 포함하는, 알칼리 금속염을 기화 및 수송하는 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 적어도 하나의 개구를 포함하는 상기 알칼리 금속염 라인의 부분은 상기 증기 라인 내에 동심원 배열로 배치되는, 알칼리 금속염을 기화 및 수송하는 방법.
  22. 제20항에 있어서, 상기 알칼리 금속염 라인의 상기 적어도 하나의 개구에 인접 위치한 적어도 하나의 확산기는 상기 제1 스트림을 상기 제2 스트림으로 방산하기 위해 사용되는, 알칼리 금속염을 기화 및 수송하는 방법.
  23. 제20항에 있어서, 상기 수송 라인은 탈수소화 공정 내에서 제4 스트림과 접촉하도록 상기 제3 스트림을 수송하기 위해 상기 탈수소화 공정에 연결되고, 상기 제2 스트림으로 방산되지 않은 임의의 알칼리 금속의 흐름이 상기 탈수소화 공정으로 들어가는 것을 제한하기 위해 상기 탈수소화 공정에 대한 상기 수송 라인의 연결부에 인접 위치한 보(weir)를 더 포함하며,
    라인은 상기 수송 라인과 유체가 통하고, 상기 라인은 상기 탈수소화 공정으로부터 업스트림(upstream)이며 상기 알칼리 금속염 라인 및 상기 증기 라인으로부터 다운스트림(downstream)인, 알칼리 금속염을 기화 및 수송하는 방법.
  24. 제1항에 있어서, 상기 제1 스트림은 가열되어 150℃ 내지 480℃의 범위의 온도에서 동작되는 확산기에서 상기 제3 스트림을 형성하는 상기 제2 스트림으로 방산되고, 증기에 대한 상기 알칼리 금속염 용액의 부피비(比)는 1:3 내지 3:1의 범위인, 알칼리 금속염을 증기로 기화시키기 위한 장치.
KR1020127018138A 2010-01-12 2011-01-12 알칼리 금속염의 기화 및 수송 방법 KR101929371B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/685,892 US8648007B2 (en) 2008-04-22 2010-01-12 Vaporization and transportation of alkali metal salts
US12/685,892 2010-01-12
PCT/US2011/020965 WO2011088104A1 (en) 2010-01-12 2011-01-12 Vaporization and transportation of alkali metal salts

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120112543A KR20120112543A (ko) 2012-10-11
KR101929371B1 true KR101929371B1 (ko) 2018-12-14

Family

ID=44259026

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020127018138A KR101929371B1 (ko) 2010-01-12 2011-01-12 알칼리 금속염의 기화 및 수송 방법

Country Status (8)

Country Link
US (2) US8648007B2 (ko)
EP (1) EP2523755B1 (ko)
JP (1) JP5807017B2 (ko)
KR (1) KR101929371B1 (ko)
CN (1) CN102695560B (ko)
BR (1) BR112012017158B1 (ko)
TW (1) TWI485001B (ko)
WO (1) WO2011088104A1 (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107875670B (zh) * 2015-05-05 2019-11-01 江苏宇通干燥工程有限公司 利于物料充分凝华的凝华装置
US10961169B2 (en) 2019-04-18 2021-03-30 Lummus Technology Llc Systems and processes for maintaining ethylbenzene dehydration catalyst activity
JP7416824B2 (ja) 2019-04-18 2024-01-17 ルーマス テクノロジー エルエルシー エチルベンゼン脱水素触媒活性を維持するためのシステム及びプロセス

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040049091A1 (en) 2002-09-05 2004-03-11 Fina Technology, Inc. Method for extending catalyst life in processes for preparing vinyl aromatic hydrocarbons
US20090264278A1 (en) * 2008-04-22 2009-10-22 Fina Technology, Inc. Method and Apparatus for Addition of an Alkali Metal Promoter to a Dehydrogenation Catalyst

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2562439B1 (fr) * 1984-04-06 1989-10-13 Degremont Appareil pour le melange rapide de deux fluides
US4590324A (en) 1985-03-11 1986-05-20 Amoco Corporation Dehydrogenation of alkylaromatics
US5503163A (en) 1991-06-20 1996-04-02 Boyd; Lynn Neurosurgical drape pack
US5461179A (en) * 1993-07-07 1995-10-24 Raytheon Engineers & Constructors, Inc. Regeneration and stabilization of dehydrogenation catalysts
US5739071A (en) 1993-07-07 1998-04-14 Raytheon Engineers & Constructors, Inc. Method and apparatus for regeneratinig and stabilizing dehydrogenation catalysts
US5689027A (en) 1994-11-18 1997-11-18 Mobil Oil Corporation Selective ethylbenzene conversion
DE69508276T2 (de) 1994-12-14 1999-08-12 Shell Int Research Dehydrierungskatalysator mit grossen partikeln und verfahren
IT1293531B1 (it) 1997-08-01 1999-03-01 Sud Chemie Mt S R L Ex Monteca Catalizzatori per la deidrogenazione dell'etilbenzene a stirene
DE19962616A1 (de) * 1999-12-23 2001-06-28 Basf Ag Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines homogenen Gemisches aus einem dampfförmigen aromatischen Kohlenwasserstoff und einem Sauerstoff enthaltenden Gas
US20060183953A1 (en) 2005-02-15 2006-08-17 Fina Technology, Inc. Method and apparatus for addition of aqueous solutions to high temperature processes

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040049091A1 (en) 2002-09-05 2004-03-11 Fina Technology, Inc. Method for extending catalyst life in processes for preparing vinyl aromatic hydrocarbons
JP2006511467A (ja) 2002-09-05 2006-04-06 フイナ・テクノロジー・インコーポレーテツド ビニル芳香族炭化水素の製造法における触媒の延命法
US20090264278A1 (en) * 2008-04-22 2009-10-22 Fina Technology, Inc. Method and Apparatus for Addition of an Alkali Metal Promoter to a Dehydrogenation Catalyst

Also Published As

Publication number Publication date
EP2523755A4 (en) 2013-08-28
CN102695560B (zh) 2016-01-20
CN102695560A (zh) 2012-09-26
TW201138947A (en) 2011-11-16
US20110172480A1 (en) 2011-07-14
US20130165722A9 (en) 2013-06-27
JP2013517223A (ja) 2013-05-16
JP5807017B2 (ja) 2015-11-10
KR20120112543A (ko) 2012-10-11
BR112012017158B1 (pt) 2021-03-02
BR112012017158A2 (pt) 2020-08-25
TWI485001B (zh) 2015-05-21
WO2011088104A1 (en) 2011-07-21
EP2523755A1 (en) 2012-11-21
US10005046B2 (en) 2018-06-26
EP2523755B1 (en) 2021-08-25
US20140154148A1 (en) 2014-06-05
US8648007B2 (en) 2014-02-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102036398B1 (ko) 부타다이엔을 생성하기 위한, 저공해 산화 탈수소화 방법
JP2015519467A (ja) 温度勾配過程による原油の直接接触分解
KR101929371B1 (ko) 알칼리 금속염의 기화 및 수송 방법
Liu et al. Removal of tar derived from biomass gasification via synergy of non-thermal plasma and catalysis
JP2020531603A (ja) 触媒炭化水素分解のための化学ループプロセス
JP5946901B2 (ja) 酸無水物の製造のためのプロセス
JP2010280653A (ja) 共役ジエンの製造方法
JP5121664B2 (ja) 気相発熱反応方法
US10016735B2 (en) Method and apparatus for addition of an alkali metal promoter to a dehydrogenation catalyst
JP5981540B2 (ja) 流動床反応器内での連続触媒再生
BR112013009788B1 (pt) Processo contínuo para produção de acroleína por desidratação catalítica de glicerol ou glicerina na presença de um catalisador ácido e uso dos mesmos
JP7137920B2 (ja) ブタジエンの製造方法
JP2019151604A (ja) １，３−ブタジエンの製造方法
JP7196155B2 (ja) １，３－ブタジエンの製造方法
US20230062963A1 (en) Method of producing 1,3-butadiene
WO2021059834A1 (ja) １，３－ブタジエンの製造方法
RU2154522C1 (ru) Способ ввода соединений щелочных металлов в поток нагреваемой среды в трубчатых печах пиролиза и устройство для его осуществления
JP2021037447A (ja) クエンチ塔およびガスの冷却方法
Li Reaction path of the oxidative coupling of methane over a lithium-doped magnesium oxide catalyst
BE558818A (ko)
KR20010028268A (ko) 스티렌 제조용 촉매의 성능개선방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant