KR102425630B1 - 열을 제거하는 방법 - Google Patents

열을 제거하는 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102425630B1
KR102425630B1 KR1020177013399A KR20177013399A KR102425630B1 KR 102425630 B1 KR102425630 B1 KR 102425630B1 KR 1020177013399 A KR1020177013399 A KR 1020177013399A KR 20177013399 A KR20177013399 A KR 20177013399A KR 102425630 B1 KR102425630 B1 KR 102425630B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
coolant
reaction
reactor
train
reservoir
Prior art date
Application number
KR1020177013399A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20170078702A (ko
Inventor
스티븐 클로드 레빈니스
로저 알렌 해리스
안드레 피터 스테인베르그
이반 필립 그레이저
자스미어 자히란드 라미알
존 돌란
데니스 파커
Original Assignee
벨로시스 테크놀로지스 리미티드
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 벨로시스 테크놀로지스 리미티드 filed Critical 벨로시스 테크놀로지스 리미티드
Publication of KR20170078702A publication Critical patent/KR20170078702A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102425630B1 publication Critical patent/KR102425630B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C29/00—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring
    • C07C29/15—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of oxides of carbon exclusively
    • C07C29/151—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of oxides of carbon exclusively with hydrogen or hydrogen-containing gases
    • C07C29/1512—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of oxides of carbon exclusively with hydrogen or hydrogen-containing gases characterised by reaction conditions
    • 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
    • B01J8/001—Controlling catalytic processes
    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G2/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon
    • C10G2/30—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon from carbon monoxide with hydrogen
    • C10G2/32—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon from carbon monoxide with hydrogen with the use of catalysts
    • 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
    • B01J19/0006—Controlling or regulating processes
    • B01J19/0013—Controlling the temperature of the process
    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C1/00—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon
    • C07C1/02—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon from oxides of a carbon
    • C07C1/04—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon from oxides of a carbon from carbon monoxide with hydrogen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C1/00—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon
    • C07C1/02—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon from oxides of a carbon
    • C07C1/04—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon from oxides of a carbon from carbon monoxide with hydrogen
    • C07C1/0455—Reaction conditions
    • C07C1/047—Processes in which one or more parameters are changed during the process; Starting-up of the process
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C1/00—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon
    • C07C1/02—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon from oxides of a carbon
    • C07C1/04—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon from oxides of a carbon from carbon monoxide with hydrogen
    • C07C1/0455—Reaction conditions
    • C07C1/048—Temperature controlling measures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C31/00—Saturated compounds having hydroxy or O-metal groups bound to acyclic carbon atoms
    • C07C31/02—Monohydroxylic acyclic alcohols
    • C07C31/04—Methanol
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G2/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G2/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon
    • C10G2/30—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon from carbon monoxide with hydrogen
    • C10G2/32—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon from carbon monoxide with hydrogen with the use of catalysts
    • C10G2/34—Apparatus, reactors
    • 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
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
    • 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
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00539—Pressure
    • 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
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00548—Flow
    • 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
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00628—Controlling the composition of the reactive mixture
    • 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
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00628—Controlling the composition of the reactive mixture
    • B01J2208/00637—Means for stopping or slowing down the reaction
    • 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
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00002—Chemical plants
    • B01J2219/00018—Construction aspects
    • B01J2219/0002—Plants assembled from modules joined together
    • 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
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00002—Chemical plants
    • B01J2219/00027—Process aspects
    • B01J2219/00038—Processes in parallel
    • 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
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00002—Chemical plants
    • B01J2219/00027—Process aspects
    • B01J2219/0004—Processes in series
    • 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
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/00074—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids
    • 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
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00162—Controlling or regulating processes controlling the pressure
    • 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
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00164—Controlling or regulating processes controlling the flow
    • 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
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00186—Controlling or regulating processes controlling the composition of the reactive mixture
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/582—Recycling of unreacted starting or intermediate materials

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Yarns And Mechanical Finishing Of Yarns Or Ropes (AREA)
  • Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
  • Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)
  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)

Abstract

본 발명은 발열반응으로부터 열을 제거하기 위한 개선된 공정을 제공한다. 특히, 본 발명은 공통의 냉각제 시스템을 사용하여 다중 반응 트레인들로부터 열이 제거될 수 있는 공정을 제공한다.

Description

열을 제거하는 방법{PROCESS OF REMOVING HEAT}
본 발명은 발열반응으로부터 열을 제거하기 위한 개선된 방법을 제공한다. 특히, 본 발명은 공통의 냉각제 시스템을 사용하여 다중 반응 트레인들로부터 열이 제거될 수 있는 방법을 제공한다.
다수의 상업적으로 유용한 반응들은 본래 발열반응이며, 제거될 필요가 있는 다량의 열을 발생시킨다. 산업적 규모로, 많은 반응들에 있어서, 다른 목적, 예를 들어 전력을 발전시키기 위해 사용될 수 있는 증기를 위해 상승하는 물과 같은 순환유체의 형태로 반응열을 제거할 수 있다.
그러한 반응과 같은 예는 합성가스를 선형 탄화수소로 변환시키는 피셔 트롭쉬(Fischer Tropsch; FT)이다. 반응열은 발열 FT 반응 용기, 튜브 또는 채널들(FT 촉매가 포함되고 합성가스와의 반응이 일어남)에 의해 방출되는 열과 접촉하도록 도입되어 열을 수용하는 보일러 급수(BFW)를 부분적으로 증발시키는 것에 의해서 제거될 수 있다. 온도는 FT 반응의 가장 임계적인 작동 매개변수들 중 하나이고, 합성된 탄화수소 사슬의 길이에 더하여(선택성), 합성가스에 존재하는 일산화탄소 변환을 제어한다(통과 CO 변환 당).
냉각제의 온도는 반응을 위한 원하는 냉각 용량을 제공하기 위해 선택된다. 반응을 냉각시키기 위해서 물의 증발이 사용되는 경우에 있어서, 냉각제의 온도는 증기가 발생되는 압력에 의해서 조절된다. 발열반응의 결과로서 부분적으로 증발되는 냉각제는 반응기로부터 저장소, 필수적으로 증기와 액체가 분리되어 있는 스팀 드럼(steam drum)으로 이동한다. 증기(스팀)는 난방 또는 발전을 위해서 사용된다. 액체는 프로세스에서 사용되거나 처리되거나 및/또는 프로세스에서 냉각제로서 순환된다. 스팀 드럼이 작동되는 압력은 냉각제로서 반응기 내로 재순환되는 액체의 포화 온도에 영향을 끼친다.
산업 공정에 있어서, 생산단가를 최소화하도록 규모의 경제를 활용하기 위해서 반응 트레인(reaction train)의 생산능력을 극대화하려는 노력이 항상 있었다. 단일 반응 트레인의 생산능력의 실질적인 한계는 주요 장비의 최대 크기 또는 다른 요소들에 의해서 좌우될 수 있다. 그러므로, 공장의 전체 원하는 생산능력을 충족시키기 위해서, 다중 반응 트레인들이 필요하다. 다중 반응 트레인들이 사용되는 경우, 독립적인 작동을 위한 장비의 관련된 복제와 함께 사용되는 각각의 반응 트레인의 출력을 최적화하고 작동상 용이성을 최대화하는 것이 공통적으로 필요하다.
종래의 발열 촉매 공정의 경우에 있어서, 특히, 촉매의 활동이 시간이 지남에 따라 쇠퇴하는 경우, 반응 촉매 활동이 시간이 지남에 따라 쇠퇴하고 반응속도를 증가시킴에 의해서 보상됨에 따라, 다른 트레인에서 다른 반응기 온도에 대한 작동 기법으로 각각의 반응 트레인은 최대 생산능력하에서 독립적으로 작동하도록 설계된다. 이 경우에 있어서, 냉각제 온도 프로파일은 생성을 최적화하기 위해서 다중 트레인들 사이에서 다를 것이다. 피셔_트롭쉬(Fischer-Tropsch; FT) 공정과 같이 물의 증발에 의해서 냉각되는 공정의 경우에 있어서, 반응 온도는 결과로서 생성되고 별도의 용기("스팀 드럼")로 통상적으로 보내지는 증기의 압력에 의해서 제어되며, 여기에서 증기의 압력이 조절된다. 이 경우에 있어서, 스팀 드럼의 온도와 압력은 각각의 반응 트레인에 대하여 어느 시간 때에 다를 것이다. 지금까지, FT 공정은 반응 트레인 당 단일 스팀 드럼을 이용하기 위해서 설계되어 왔다. 이것은 각각의 반응 트레인의 반응 온도는 연관된 단일 스팀 드럼의 작동압력에 의해서 조절될 수 있다는 것을 의미한다. 유사한 접근이 다른 발열 산업공정들에서 채택되어 왔는데, 여기에서는 반응의 열은 물로부터 증기의 발생과 같이 냉각제를 순환시키는 것에 의해서 조절될 수 있다.
산업공정에 있어서, 경제적인 관점에서 상기 공정을 최적화하기 위한 노력이 항상 있어왔다. 수용 가능한 생산량, 전환율 및/또는 선택성을 유지하면서 비용을 줄이기 위해 할 수 있는 모든 변화는 이 분야에서 매우 긍정적이다.
본 발명자들은 놀랍게도, 반응 온도가 재순환 냉각제로의 열 전달에 의해 제어될 수 있는 발열 공정을 작동시킬 때 상당한 경제적 이점을 얻는 방법을 발견하였음을 유념해야 한다. 보다 구체적으로, 본 발명자들은 다중 반응 트레인들이 존재하는 경우에도 각각의 반응 트레인마다 별도의 냉각제 저장소를 사용하지 않고 단일의 공통 냉각제 저장소를 사용하여 반응 열을 제거할 수 있음을 발견하였다. 이렇게 하면 필요한 장비의 양이 크게 줄어들어 비용이 크게 절감된다.
그러나, 이러한 변화를 통해 다른 반응 트레인들의 별도의 온도 제어와 관련된 출력 감소를 능가하는 경제적인 이익을 줄 수 있다는 것은 직관적이지 못하다. 본 발명 이전에, 이 분야에서 인지된 지혜는 각각의 반응 트레인에 대해 별도의 냉각제 저장소를 포함할 필요가 있다는 것이었다. 보다 구체적으로, 추진력은 각 반응 트레인에서 반응온도를 개별적으로 제어함으로써 각 반응 트레인의 생산능력을 최적화하는데, 이는 촉매 비활성화, 계획되거나 계획되지 않은 유지 보수, 반응기 트레인들이 독립적으로 작동될 수 있도록 보장함으로써 온-스트림 인자들(on-stream factors)의 최적화와 같은 요인들을 포함한 작동 이력의 차이로 인해 트레인들 사이에서 다양할 수 있다.
온도가 중요한 작동 매개변수인 FT 반응과 같은 발열 반응의 경우, 특히 단일의 냉각제 저장소에 의해 지시되는 같은 온도와 압력하에서 모든 반응 트레인들이 작동되어야만 한다는 것을 의미하므로, 단일의 냉각제 저장소를 사용하는 경우 수용 가능한 전환 및 선택성을 얻는 것이 여전히 가능하다는 것은 놀랍다.
그러나, 본 발명자들은 각각의 반응 트레인에서의 발열 반응의 성능이 온도와 압력의 공통의 냉각제 저장소 조건을 유지하면서 상기 반응 트레인을 통한 반응물들의 유량을 변경시킴에 의해서 대안적으로 제어할 수 있다는 것을 발견하였다. 그러므로, 종래의 방법들을 사용하여 가능한 것과 같이, 각각의 반응 트레인을 개별적으로 제어하는 것이 가능하다.
여기에서 사용되는 바와 같이, 용어 "같은 온도와 압력"은 압력에서 ±10psi 또는 그 이하의 편차 및 온도에서 ±10℃ 또는 그 이하를 의미한다.
따라서, 본 발명은, 발열반응으로부터 열을 제거하기 위한 방법으로서,
(a) 반응물 공급 스트림을 적어도 2개의 별도의 반응물 하위 스트림으로 분할하는 단계;
(b) 반응기를 포함하는 별도의 반응 트레인 내로 각각의 반응물 하위 스트림을 공급하는 단계;
(c) 공통의 냉각제 저장소로부터 배출되는 냉각제 스트림을 각각의 반응기 내로 공급하는 단계;
(d) 반응물 및 열이 전달되는 냉각제를 생성하기 위해서 상기 반응기에서 발열반응을 수행하는 단계;
(e) 각각의 반응 트레인으로부터 냉각제로부터 열이 제거되는 단일의 공통 저장소로 전달되는 열에 대한 냉각제를 공급하는 단계;
(f) 상기 단계 (e)에서 제거되어 상기 단계 (c)로 다시 제공되는 열에 대한 냉각제를 공급하는 단계;를 포함하며,
상기 단계 (b)에서 상기 반응기들의 각각은 같은 온도와 압력하에서 작동하고, 각각의 반응기에서 발열반응의 진행은, 상기 반응기가 일부분을 형성하는 상기 반응 트레인을 통과하는 반응물 하위 스트림의 유량을 조절함으로써, 및/또는 각각의 반응 트레인 내로 공급되는 반응물 하위 스트림의 조성을 조정함으로써 제어되는 방법을 제공한다.
그러므로, 비록 상기 방법은 다중의 반응 트레인들의 사용을 채택하고 있을지라도, 각각의 반응 트레인으로부터 전달되는 열에 대한 냉각제가 단일의 공통 냉각제 저장소로 이동한다는 것이 분명하다. 핵심 제어로서 온도를 사용하는 대신에, 각각의 반응기에서 발열반응의 진행은 상기 반응 트레인의 유량을 조정하는 것 또는 각각의 반응기로 공급되는 반응물 하위 스트림의 조성을 조정하는 것에 의해서 제어된다. 바람직하게는, 본 발명의 방법은 필요한 장비의 양을 줄이고 그러므로 관련된 비용들을 줄이게 된다.
본 발명의 방법의 또 다른 이점은, 적어도 3개의 반응 트레인들이 존재하는 경우, 상기 방법으로부터 상기 반응 트레인들 중 하나를 분리하고 재도입할 수 있으며, 동시에 남아있는 반응 트레인들의 작동조건에 최소한의 영향을 미칠 수 있다는 것이다.
이것은 전체 공정을 멈추지 않고 촉매 재생이나 재장입을 위해 반응 트레인을 격리시킬 수 있다는 것을 의미한다. 다시, 이것은 상당한 경제적인 이점을 갖는다.
단계들 (a)∼(f)
단계 (a)
본 발명의 방법의 제 1 단계(단계 (a))에 있어서, 반응물 공급스트림은 적어도 2개의 반응물 하위 스트림으로 분할되고, 각각의 하위 스트림은 별도의 반응 트레인으로 공급된다. 이러한 방식으로 반응물 공급스트림을 분리하는 것은 발생하는 반응의 범위를 최대화하는 것을 보장한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 반응물 공급스트림은 적어도 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 등의 공급스트림으로 분할된다. 이와 관련하여, 반응물 공급스트림이 분할되는 하위 스트림의 수에 대한 유일한 제한은 결과로 생기는 장치의 복잡성 (및 비용)이다. 반응 하위 스트림, 그러므로 반응 트레인들의 수가 많을수록 반응 트레인들 중 하나를 격리시키는 것은 단순하며 작동중에 있는 반응 트레인들에 미치는 영향은 최소화된다. 통상적으로, 반응물 공급스트림은 2 내지 8개의 공급스트림으로 분할된다.
반응물 공급 스트림의 성질은 발열반응의 성질에 달려있다. 용어 "발열 반응"은 열을 생성하는 화학 반응을 설명하는 데 사용된다. 특히, 본 발명의 방법은 냉각제로의 열 전달에 의해서 반응 열을 제어할 수 있는 임의의 발열 반응에 대해 유용하다. 적합한 발열 반응들의 예들은, 피셔-트롭시 공정, 메탄올 제조, 에틸렌 옥사이드 제조, 디메틸 에테르(DME) 제조, 비닐 아세테이트(VAM) 제조, 수소처리를 포함한 수소첨가처리, 수소첨가분해, 부분적 산화를 포함한 산화, 산화 결합, 알칸 산화, 알킬화, 이성체 화, 암모니아 합성, 수성 가스 전환 및 수소화를 포함한다. 본 발명이 관련된 발열 반응은 당업자가 적합한 반응물 및 반응 조건을 잘 알고 있도록 잘 알려져 있고 제대로 문서화되어있다.
본 발명의 방법은 촉매의 활동이 시간에 따라 감소하는 경우에 이종 촉매 반응에 특히 적용 가능하다. 그러한 반응에 대하여, 통상적으로, 출력을 유지하기 위해서 온도를 증가시키는 것이 필요하지만, 본 발명의 방법은 이것을 회피할 수 있는 방식을 제공한다.
발열반응이 피셔-트롭쉬 반응인 경우, 반응물 공급스트림은 CO와 H2를 함유하는 기체상 혼합물을 포함할 것이다. 이 혼합물은 "합성 기체" 또는 "합성 가스"로서 자주 언급된다. 반응물 공급스트림은 약 1:1 내지 약 4:1, 보다 바람직하게는 1.4:1 내지 약 2.1:1, 또는 약 1.5:1 내지 약 2.1:1, 또는 약 1.6:1 내지 약 2:1, 또는 약 1.6:1 내지 약 1.9:1 범위의 CO 내지 H2의 몰비를 갖는 H2와 CO를 포함할 것이다. 반응물 공급스트림은 깨끗한 합성가스를 전체적으로 포함하거나 또는 깨끗한 합성가스와 재순환된 테일 가스의 혼합물(CO와 H2를 또한 포함)을 대안적으로 포함할 것이다. 일 실시 예에 있어서, 반응물 공급스트림은 불활성 성분(즉, CO 또는 H2 가 아닌 성분들)의 0 내지 50 중량%, 대안적으로 4 내지 15 중량%를 포함한다.
유사하게, 발열반응이 메탄올 제조인 경우, 반응물 공급스트림은 합성 가스를 포함할 것이다. 이 경우에 있어서, 반응물 공급스트림은 0.5 내지 4, 대안적으로는 1 내지 2.5 범위의 H2 대 CO의 몰비를 갖는 H2와 CO를 포함할 것이다. 반응물 공급스트림은 깨끗한 합성가스를 전체적으로 포함하거나 또는 깨끗한 합성가스와 재순환된 테일 가스의 혼합물(CO와 H2를 또한 포함)을 대안적으로 포함할 것이다. 일 실시 예에 있어서, 반응물 공급스트림은 불활성 성분(즉, CO 또는 H2 가 아닌 성분들, 예를 들어 N2, CO2 등)의 0 내지 50 중량%, 대안적으로 4 내지 15 중량%를 포함한다.
여기에서 사용된 바와 같이, 용어 "테일 가스(tail gas)"는 발열반응 후에 반응기를 떠나는 가스 흐름을 의미한다. 예를 들면, 발열반응이 피셔-트롭쉬 반응인 경우, 테일 가스는 변환되지 않은 합성가스, 피셔-트롭쉬 반응의 증기상 부산물 및 불활성 성분들을 포함한다.
발열반응이 산화에틸렌 제조인 경우, 산소를 사용하여 촉매(통상적으로 은 촉매)에 대한 에틸렌 산화에 의해서 일반적으로 제조되고, 반응물 공급스트림은 에틸렌과 산소의 혼합물을 포함할 것이다. 반응물 공급스트림은 약 4:1, 일 실시 예에 있어서 약 3:1 이하의 에틸렌 대 산소의 몰비로 에틸렌과 산소를 포함할 것이다. 에틸렌 대 산소의 몰비는 0.2:1 내지 약 4:1 또는 약 0.5:1 내지 약 3:1 또는 약 1:1 내지 약 3:1의 범위일 것이다.
일 실시 예에 있어서, 발열반응이 디메틸 에테르 DME 제조인 경우, DME가 합성가스 대 DME의 직접 반응에 의해서 또는 탈수 촉매에 걸쳐서 메탄올의 탈수에 의해서 제조되고, 반응물 공급스트림은 메탄올을 포함한다. 이와는 달리, DME는 단일 반응기 내로 메탄올 합성과 탈수를 통합하는 공정에 의해서 제조되는데, 이 경우 반응물 공급 스트림은 합성가스를 포함한다.
일 실시 예에 있어서, 발열 반응은 수소 첨가 분해 반응이다. 수소 첨가 분해에는 수소와 하나 이상의 탄화수소 반응물 사이의 반응을 필요로 한다. 탄화수소는 포화 지방족 화합물(예를 들어, 알칸), 불포화 지방족 화합물(예를 들어, 알켄, 알킨), 하이드로카빌(예를 들어, 알킬) 치환된 방향족 화합물, 하이드로카빌렌(예 를 들어, 알킬렌) 치환 방향족 화합물 등을 포함하는 수소첨가분해될 수 있는 임의의 탄화수소를 포함할 수 있다. 이 경우, 반응물 공급 스트림은 나프타 내지 중금속 원유 잔류 분획물과 다를 수 있는 하나 이상의 탄화수소 반응물을 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 공급 조성물은 약 175℃ 이상 및 일 실시 예에 있어서 약 205℃ 이상의 끓는점에서 5부피%를 갖는다. 일 실시 예에 있어서, 공급 조성물의 적어도 약 90부피%는 약 150℃ 내지 약 570℃의 끓는점 범위, 일 실시 예에 있어서는 약 320℃ 내지 약 540℃ 내에 있게 된다. 공급 조성물은 대기압 및 진공 가스 오일 (AGO 및 VGO)과 같은 하나 이상의 석유 분획물을 포함할 수 있다. 공급 조성물은 하나 이상의 미네랄 또는 합성 오일, 또는 이들의 하나 이상의 분획물의 혼합물을 포함할 수 있다. 공급 조성물은 하나 이상의 직류 경유, 진공 가스 오일, 탈금속화 오일, 탈 아스팔트 진공 잔류물, 코커 증류물, 고양이 크랙커 증류액, 셰일 오일, 타르 샌드 오일, 석탄 액체 또는 이들의 2 이상의 혼합물 등을 포함할 것이다. 반응 트레인으로 공급되는 반응물 하위 스트림에서의 수소 대 탄화수소 반응물의 비율은 탄화수소 반응물의 입방 센티미터(ccm) 당 수소의 약 10 표준 약 1000 표준 입방 센티미터 (sccm) 범위에 있거나, 또는 약 100 내지 약 500 sccm/cm 범위에 있을 것이다.
발열반응이 VAM 제조인 경우, 반응물 공급스트림은 에틸렌, 아세트산 및 이산소를 포함할 것이다. 일 실시 예에 있어서, 반응물 공급스트림에서 에틸렌 대 아세트산 대 이산소의 비율은 약 6:3:1 내지 약 2:2:1 범위일 것이다.
발열 반응이 산소화물 또는 니트릴에 대한 탄화수소 반응물의 산화인 경우, 반응물 공급 스트림은 탄화수소 반응물, 산소 또는 산소 공급원을 포함하고 선택적으로 암모니아를 포함할 수 있다. "탄화수소 반응물"이란 용어는 산화 또는 암모니아 산화 반응이 일어날 수 있는 탄화수소 화합물을 의미하며, 반응기가 작동되는 온도와 압력에서 유체이다. 예들은 포화 지방족 화합물(예를 들어, 알칸), 불포화 지방족 화합물(예를 들어, 모노엔, 폴리엔), 알데히드, 알킬 치환 방향족 화합물, 알킬렌 치환 방향족 화합물을 포함한다. 용어 "옥시게네이트(oxygenate)"는 적어도 하나의 산소원자를 함유하는 탄화수소 생성물을 의미한다(CO 및 CO2는 제외됨). 예들은 알콜(예를 들어, 메탄올, 에틸 알콜), 에폭사이드(예를 들어, 산화에틸렌), 알데히드(예를 들어, 포름알데히드, 아크롤레인), 카르복실산(예를 들어, 아세트산, 아크릴산), 카르복실산 무수물(예를 들어, 말레산 무수물), 에스테르(예를 들어, 비닐 아세테이트)를 포함한다. 탄화수소 반응물 대 산소의 몰비는 약 0.2:1 또는 약 8:1 또는 약 0.5:1 내지 약 4:1 또는 약 1:1 내지 약 3:1의 범위 일 수 있다. 암모니아 모든 출처에서 얻을 수 있다. 존재하는 경우, 탄화수소 반응물 대 암모니아의 몰비는 약 0.5:1 내지 약 5:1 또는 약 0.5:1 내지 약 2:1 일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 발열반응은 메탄올 내지 포름알데히드의 산화이다. 이 실시 예에 있어서, 반응물 공급스트림은 메탄올과 산소를 포함한다.
단계 (b)
본 발명의 방법의 단계 (b)에서, 각각의 반응물 하위 스트림은 별도의 반응 트레인내로 공급된다. 각각의 반응 트레인은 적어도 하나의 반응기를 포함한다. 반응의 범위를 최대화하기 위해서, 각각의 반응물 트레인이 다중 반응기들을 포함하게 하는 것이 바람직하다. 다중 반응기들이 존재하는 경우, 이들은 직렬로 또는 병렬로 배열될 것이다. 바람직하게는, 다중 반응기들은 병렬로 배열된다. 몇몇 실시 예들에 있어서, 예를 들어 발열반응이 FT 반응인 경우, 다중 반응기들은 병렬로 배열된다.
반응기들의 특성은 제한되지 않는다. 일 실시 예에 있어서, 반응기는 종래의 고정층 반응기, 유동층 반응기, 슬러리상 반응기 및 마이크로반응기로 이루어진 그룹으로부터 선택될 것이다.
해당 기술분야의 숙련된 당업자는 적당한 종래의 고정층 반응기들에 익숙할 것이다. 상업적인 종래의 고정층 반응기들은 다중의, 몇몇 경우에 있어서는 수백 또는 수천의 길이(10미터에 이르기까지)이고 "튜브 플레이트들" 위로 용접되고 촉매를 포함하는 패킹 재료로 채워지는 좁은 반응기 튜브들로 구성되며, 그러므로 반응물 하위 스트림 유동을 통해 촉매의 층을 형성하게 된다. 튜브들은 20 내지 50mm 범위의 직경을 가질 것이다. 촉매는 1 내지 5mm 범위의 직경을 갖는 펠렛들의 형태가 될 것이다. 촉매 입자들은 반응기 튜브들 내에서 그들의 패킹 효율을 줄이기 위해서 그리고 과도한 압력 강하를 방지하기 위해서 평평하지 않은 형상으로 설계될 것이다. 반응물 하위 스트림은 증가된 시간 동안에 촉매와 접촉하기 때문에 반응기 튜브들의 길이는 발열반응이 최대화되는 것을 의미한다.
해당 기술분야의 숙련된 당업자는 유동층 반응기들에 또한 익숙할 것이다. 2가지 타입의 유동층 반응기가 존재한다. 고정된 유동층 반응기(FFB)에 있어서, 촉매 층은 반응기 용기 내에 포함된다. 순환하는 유동층(CFB)에 있어서, 촉매는 가스 흐름에 비말동반되고 루프 주위로 운반된다.
고정된 유동층 반응기들에 있어서, 반응물 하위 스트림은 상기 층의 유동화를 유발하기에 충분한 속도로 촉매층(촉매 입자들로 구성됨)을 통과한다. 촉매 입자들은 합리적인 가스 속도로 그것들을 유동화할 수 있도록 하기 위하여 고정된 층 반응기에서 사용되는 것보다 통상적으로 훨씬 작다. 반응기의 상부 내에서, 사이클론은 촉매 입자들을 분리시키고, 생성물 흐름이 응축 트레인을 통해서 유동하는 동안에 이들을 상기 층으로 복귀시킨다. 열을 제거하기 위해서 냉각 코일들이 반응기와 함께 배열된다. 부유된 입자들이 가스 흐름 및 냉각 코일과 친밀하게 접촉한다. 고정된 유동층 반응기에 있어서, 촉매 입자들은 고속으로 이동하고 규칙적인 충돌을 경험하게 되는데, 이것은 촉매 입자들을 물리적으로 파쇄하여 분말화되게 한다. 이것은 촉매 입자들이 연속적인 기초로서 대체되게 하는 것을 의미한다.
해당 기술분야의 숙련된 당업자가 잘 알 수 있는 바와 같이, 슬러리 상 반응기에 있어서, 반응물 하위 스트림은 분말화 지지되는 촉매로 구성된 슬러리를 통과한다. 촉매는 0.05 내지 0.3mm 범위의 직경을 갖는 고체 촉매 입자들을 통상적으로 포함한다. 반응물 증기가 상기 반응기의 바닥에서 도입되어 슬러리를 통해 상승하는 가스인 경우, 상기 반응기는 버블 컬럼 반응기로서 알려져 있다. 슬러리 상 반응기들은 훌륭한 온도 제어를 제공하고 온도 구배없이 등온 작동을 제공하기 때문에 바람직하다. 그러나, 반응기에 형성된 액체 생성물들은 촉매 입자들의 모두가 제거되는 것을 보장하기 위해 슬러리 층으로부터 제거된 후에 여과되어야만 한다.
일 실시 예에 있어서, 반응기는 마이크로채널 반응기이다. 용어 "마이크로채널 반응기"는 반응 프로세스가 유도되는 하나 또는 그 이상의 프로세스 마이크로채널을 포함하는 장치를 언급한다. 특히, 마이크로채널 반응기는 적어도 하나, 바람직하게는 다수의 열교환 채널들과 열적으로 접촉하는 적어도 하나, 바람직하게는 다수의 프로세스 마이크로채널들을 포함할 것이다. 촉매가 존재하는 경우, 프로세스 마이크로채널들 내에 포함된다. 적당한 마이크로채널 반응기들의 예가 WO2014/026204에 개시되어 있는데, 이것은 여기에서는 참고로 인용되었다.
특히, 마이크로채널 반응기는 하나 또는 그 이상의 촉매 삽입물(예를 들면, 하나 또는 그 이상의 핀들 또는 핀 어셈블리들, 하나 또는 그 이상의 골이 진 삽입물 등)을 수용하기 위한 하나 또는 그 이상의 슬롯들을 포함할 것이며, 여기에서 프로세스 마이크로채널들은 촉매 삽입물에 위치된 슬롯들을 포함하고, 및/또는 슬롯들과 삽입물들의 벽들에 의해서 형성된 개구부들을 포함한다. 둘 또는 그 이상의 프로세스 마이크로채널들이 사용되는 경우, 프로세스 마이크로채널들은 병렬로 작동될 것이다. 마이크로채널 반응기는 유체의 유동을 하나 또는 그 이상의 프로세스 마이크로채널들 내로 제공하기 위한 헤더 또는 매니폴드 어셈블리, 및 하나 또는 그 이상의 프로세스 마이크로채널들 외부로 유체를 유동하기 위한 푸터(footer) 또는 매니폴드 어셈블리를 포함할 것이다. 마이크로채널 반응기는 하나 또는 그 이상의 프로세스 마이크로채널에 인접하고 및/또는 열적 접촉하는 하나 또는 그 이상의 열 교환 채널을 포함한다. 열 교환 채널들은 프로세스 마이크로채널들에서 유체를 위한 냉각을 제공할 것이다. 열 교환 채널들은 마이크로채널들일 것이다. 마이크로채널 반응기는 열교환 유체의 유동을 열 교환 채널들 내로 제공하기 위한 헤더 또는 매니폴드 어셈블리, 및 열 교환 채널들 외부로 열교환 유체의 유동을 제공하기 위한 푸터(footer) 또는 매니폴드 어셈블리를 포함할 것이다.
용어 "마이크로채널"은 약 10mm, 일 실시 예에 있어서는 약 5mm, 일 실시 예에 있어서는 약 2mm, 일 실시 예에 있어서는 약 1mm에 달하는 높이 또는 폭의 적어도 하나의 내부 치수를 갖는 채널을 언급한다. 마이크로채널은 적어도 하나의 유입구와 적어도 하나의 배출구를 포함하며, 여기에서 적어도 하나의 유입구는 적어도 하나의 배출구와 떨어져 있다. 마이크로채널은 단순히 오리피스가 아닐 것이다. 마이크로채널은 제올라이트 또는 다공성 물질을 통과시키는 채널은 아닐 것이다. 마이크로채널의 길이는 높이와 폭에 대하여 적어도 약 2배, 일 실시 예에 있어서는 높이와 폭에 대하여 적어도 약 5배, 일 실시 예에 있어서는 높이와 폭에 대하여 적어도 약 10배가 될 것이다. 마이크로채널의 내부 높이 또는 폭은 약 0.05 내지 약 10mm, 또는 약 0.05 내지 약 5mm, 또는 약 0.05 내지 약 2mm, 또는 약 0.05 내지 약 1.5mm, 또는 약 0.05 내지 약 1mm, 또는 약 0.05 내지 약 0.75mm, 또는 약 0.05 내지 약 0.5mm, 또는 약 1 내지 약 10mm, 또는 약 2 내지 약 8mm, 또는 약 3 내지 약 7mm 범위가 될 것이다. 높이 또는 폭의 다른 내부 치수는 예를 들어 약 3미터, 또는 약 0.01 내지 약 3미터, 일 실시 예에 있어서는 약 0.1 내지 약 3미터, 또는 약 1 내지 약 10 mm, 또는 약 2 내지 약 8mm, 또는 약 3 내지 약 7mm의 어느 치수가 될 것이다. 마이크로 채널의 길이는 예를 들어 약 10미터, 및 일 실시 예에 있어서 약 0.1 내지 약 10미터, 및 일 실시 예에 있어서 약 0.2 내지 약 10미터, 및 일 실시 예에 있어서 약 0.2 내지 약 6미터, 및 일 실시 예에 있어서 0.2 내지 약 3미터의 어느 치수가 될 것이다. 마이크로채널은 예를 들어 정사각형, 직사각형, 원형, 반원형, 사다리꼴 등의 어느 형상의 단면을 가질 것이다. 마이크로채널의 형상 및/또는 크기는 그것의 길이에 걸쳐서 변할 것이다. 예를 들면, 마이크로채널의 길이에 걸쳐서 높이 또는 폭은 비교적 큰 치수에서 비교적 작은 치수로 작아지거나 또는 그 역이 될 것이다.
다른 채널의 위치에 대한 한 채널의 위치를 언급하는 용어 "인접한"은, 벽이나 벽들이 2개의 채널들을 분리하도록 직접적으로 인접한 것을 의미한다. 일 실시 예에 있어서, 2개의 채널들은 공통의 벽을 가질 것이다. 공통의 벽은 두께가 다양할 것이다. 그러나, "인접한" 채널들은 채널들 사이에서 열전달을 간섭하게 될 중간에 끼인 채널에 의해서 분리되지는 않을 것이다. 한 채널은 다른 채널의 치수의 단지 일부에 걸쳐서 다른 채널에 인접할 것이다. 예를 들면, 프로세스 마이크로채널은 하나 또는 그 이상의 인접한 열 교환 채널들보다 길고 이것을 지나서 연장될 것이다.
용어 "열적 접촉"은 2개의 본체들, 예를 들면, 서로 물리적으로 접촉하거나 접촉하지 않거나 또는 서로 인접하지만 여전히 서로 열을 교환하는 2개의 채널들을 언급한다.
용어 "유체"는 가스, 액체, 기체와 액체의 혼합물, 분산된 고체들을 포함하는 가스 또는 액체, 액적들 및/또는 기포들을 언급한다. 액적들 및/또는 기포들은 불규칙적으로 또는 규칙적으로 형상화되고, 유사하거나 다른 크기를 가질 것이다.
촉매
반응기는 촉매를 포함할 것이다. 바람직하게는, 촉매는 이종의 촉매이다. 일 실시 예에 있어서, 촉매는 미립자 고형물의 형태가 될 것이다.
반응기가 앞서 설명한 바와 같이 마이크로채널 반응기인 경우, 촉매는 프로세스 채널들 내로 장입되거나 또는 프로세스 마이크로채널들의 내벽에 피복되거나또는 프로세스 마이크로채널들의 내벽에서 성장한 미립자 고형물로서 사용될 것이다. 촉매는 플로우-바이 배열, 플로-스루 배열 또는 구불구불한 배열을 갖는 지지체 상에서 지지될 것이다. 촉매는 발포체, 펠트, 뭉치, 핀 또는 이들의 둘 또는 그 이상의 조합의 배열을 갖는 지지체 상에서 지지될 것이다. 이와는 달리, 촉매는 반응기 내에서 적당한 슬롯 내에 끼워 맞추어질 삽입물 형태가 될 것이다.
해당 기술분야의 숙련된 당업자는 다른 발열반응을 수행하기에 적합한 촉매에 익숙해질 것이다.
특히, 발열반응이 피셔-트롭쉬 프로세스인 경우, 바람직하게는 촉매는 코발트를 포함한 촉매 전구체, Pd, Pt, Rh, Ru, Re, Ir, Au, Ag 및/또는 Os와 같은 촉진제, 및 표면 변형된 지지체로부터 파생될 것이며, 이때 상기 지지체의 표면은 실리카, 티타니아, 지르코니아, 마그네시아, 크로미아, 알루미나 또는 이들의 둘 또는 그 이상의 혼합물로 처리됨으로써 변형된다. 일 실시 예에 있어서, 촉매 전구체는 산화코발트, 특히 Co3O4를 포함할 것이다. 적당한 지지 물질은 내화 산화금속, 탄화물, 탄소, 질화물 또는 이들의 둘 또는 그 이상의 혼합물을 포함한다. 상기 지지체는 알루미나, 지르코니아, 실리카, 티타니아, 또는 이들의 둘 또는 그 이상의 혼합물을 포함할 것이다. 일 실시 예에 있어서, 상기 지지체는 TiO2 변형된 실리카 지지체로 이루어질 것이며, 이때 상기 지지체는 적어도 약 11중량%의 TiO2, 또는 약 11 내지 약 30중량%의 TiO2, 또는 약 15 내지 약 17중량%의 TiO2, 일 실시 예에 있어서는, 약 16중량%의 TiO2를 포함한다. 표변-변형된 지지체의 표면은 비정질일 것이다.
일 실시 예에 있어서, 발열반응이 메탄올 제조인 경우, 바람직하게는 촉매는 구리-기지 촉매, 예를 들면 Cu/ZnO/Al2O3이다.
일 실시 예에 있어서, 발열반응이 산화에틸렌 제조인 경우, 바람직하게는 촉매는 금속, 산화금속 또는 Mo, W, V, Nb, Sb, Sn, Pt, Pd, Cs, Zr, Cr, Mg, Mn, Ni, Co, Ce 또는 이들의 둘 또는 그 이상의 혼합물로부터 선택된 금속의 혼합된 산화금속을 포함할 것이다. 이 촉매들은 하나 또는 그 이상의 알칼리 금속 또는 알칼리토 금속 또는 다른 천이 금속, 희토류 금속 또는 란탄계열 원소를 또한 포함할 것이다. P 및 Bi와 같은 원소들이 존재할 것이다. 촉매는 지지될 것이며, 만약 그렇다면, 유용한 지지 물질들은 산화금속들(예를 들어, 알루미나, 티타니아, 지르코니아), 실리카, 메조포러스 물질들, 제올라이트, 내화물질들 또는 이들의 둘 또는 그 이상의 조합을 포함할 것이다. 특히, 촉매는 US 5,597,773, US 5,703,253, US 5,705,661, US6,762,311 및 EP0266015에 개시된 촉매들 중 어느 하나가 될 것이며, 상기 특허문헌들은 전체가 여기에서는 참고로 인용되었다.
일 실시 예에 있어서, 발열반응이 DME 제조인 경우, 촉매는 메탄올 합성 촉매, 예를 들면 Cu/ZnO/Al2O3 및 탈수 촉매, 예를 들어 Cu/ZnO/Al2O3의 혼합물이 될 것이다.
일 실시 예에 있어서, 발열 반응이 수소 첨가 분해인 경우, 촉매는 베타 제올라이트, 오메가 제올라이트, L-제올라이트, ZSM-5 제올라이트 및 Y-타입 제올라이트를 포함하는 제올라이트 촉매를 포함할 수 있다. 수소 첨가 분해 촉매는 하나 또는 그 이상의 기둥꼴 점토, MCM-41, MCM-48, HMS 또는 이들의 둘 또는 그 이상의 조합을 포함할 수 있다. 수소 첨가 분해 촉매는 Pt, Pd, Ni, Co, Mo, W 또는 이들의 둘 또는 그 이상의 조합을 포함할 수있다. 수소 첨가 분해 촉매는 알루미나, 마그네시아, 실리카, 틸라니아, 지르코니아 및 실리카-알루미나와 같은 내화성 무기 산화물을 포함할 수 있다. 수소 첨가 분해 촉매는 수소화 성분을 포함할 수 있다. 적합한 수소화 성분의 예는 주기율표의 IVB 족 및 VIII 족 금속 및 이러한 금속의 화합물을 포함한다. 몰리브덴, 텅스텐, 크롬, 철, 코발트, 니켈, 백금, 팔라듐, 이리듐, 오스뮴, 로듀움 및 루테늄이 수소화 성분으로서 사용될 수 있다. 이들 촉매는 미국 특허 제 6,312,586 B1 호에 기재되어 있으며, 이는 본원에 참고로 인용되어있다.
일 실시 예에 있어서, 발열 반응이 수소 처리인 경우, 수소 처리 촉매는 임의의 수소 처리 촉매일 수 있다. 수소화 처리 촉매는 Ni, Mo, Co, W 또는 알루미나 상에서 지지되는 이들의 둘 또는 그 이상의 조합을 포함할 수 있다. 촉매는 M0-W/Al2O3를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 발열 반응이 VAM의 제조인 경우, 촉매는 Pd, Au를 포함할 수 있고 몇몇 실시 예들에 있어서는 아세트산 칼륨(KOAc)을 포함할 수 있다. 적절한 촉매의 예는 미국 특허 제 3,743,607 호, 제 3,775,342 호, 제 5,557,014 호, 제 5,990,334 호, 제 5,998,659 호, 제 6,022,823 호, 제 6,057,260 호 및 제 6,472,556 호에 기재되어있으며, 이들 모두는 여기에서는 참고로 인용되었다. 사용된 촉매들은 바람직하게는 내화성 지지체, 바람직하게는 실리카, 실리카-알루미나, 티타니아 또는 지르코니아와 같은 금속 산화물을 포함한다. 일 실시 예에 있어서, 상기 촉매는 2중량% 이상의 Pd, 4중량% 이상의 Pd, 10중량% 이상의 Pd 및 몇몇 실시 예에서는 적어도 12 중량%의 Pd를 포함한다.
일 실시 예에 있어서, 발열반응이 탄화수소 산화인 경우, 촉매는 Mo, W, V, Nb, Sb, Sn, Pt, Pd, Cs, Zr, Cr, Mg, Mn, Ni, Co, Ce 또는 이들의 둘 또는 그 이상의 혼합물로부터 선택된 금속, 금속 산화물 또는 혼합 금속 산화물을 포함할 수 있다. 이 촉매들은 하나 또는 그 이상의 알칼리 금속 또는 알칼리토 금속 또는 다른 천이 금속, 희토류 금속 또는 란탄계열 원소를 또한 포함할 수 있다. P 및 Bi와 같은 원소들이 존재할 것이다. 촉매는 지지될 것이며, 만약 그렇다면, 유용한 지지 물질들은 산화금속들(예를 들어, 알루미나, 티타니아, 지르코니아), 실리카, 메조포러스 물질들, 제올라이트, 내화물질들 또는 이들의 둘 또는 그 이상의 조합을 포함할 것이다.
일 실시 예에 있어서, 발열반응이 포름알데히드를 형성하기 위한 메탄올의 산화인 경우, 촉매는 Fe-Mo-Ox 촉매일 것이다.
단계 (c)
본 발명의 방법의 단계 (c)에서, 냉각제는 각각의 반응 트레인에 있는 반응기들 내로 공급된다. 각각의 반응 트레인 내로 공급된 냉각제는 공통의 냉각제 저장소로부터 유도된다. 이와 관련하여, 모든 반응 트레인들 내로 공급하는 단일 냉각제 순환 네트워크가 존재한다. 냉각제는 깨끗한 냉각제 및 단계 (e)에서 스팀 드럼으로부터 재활용된 냉각제로 구성된다.
이와는 달리, 3개 또는 그 이상의 반응 트레인들이 존재하는 경우, 반응 트레인들중 적어도 2개는 단계 (c)에서 단일 냉각제 순환 네트워크로부터 냉각제를 공급받을 수 있고, 반면에 남은 반응 트레인들은 하나 또는 그 이상의 다른 냉각제 순환 네트워크들로부터 냉각제를 공급받는다. 그러한 실시 예들에 있어서, 다중 냉각제 저장소들이 존재할 것이다. 그러나, 냉각제 저장소들의 전체 개수는 반응 트레인들의 전체 개수보다 항상 작을 것이다.
냉각제는 반응기 및 핫 코일에서 발생하는 발열반응으로부터 열 전달의 결과로서 적어도 부분적으로 증발하는 유체로 구성되는 그룹으로부터 선택될 수 있다. 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 알 수 있는 바와 같이, 냉각제의 선택은 발열반응에 의존할 것이며, 특히 발열반응이 일어나는 반응기에서 도달하는 온도에 의존할 것이다.
부분적으로 기화되는 유체는 물, 프로판, 부탄, 펜탄, 헥산, 암모니아, 알코올 또는 보다 높은 탄화수소와 같은 단일 성분의 냉각제 유체일 수 있다. 이와는 달리, 부분적으로 기화된 유체는 하나 또는 그 이상의 단일 성분 유체를 포함하는 냉각제 혼합물 일 수 있다. 냉각제 혼합물의 예들은 암모니아-물 또는 혼합된 용매를 포함한다.
일 실시 예에 있어서, 냉각제는 반응기에서 일어나는 발열 반응으로부터 열 전달의 결과로서 적어도 부분적으로 증발하는 유체이다. 이 경우, 냉각제는 반응기에서 도달한 온도보다 낮은 끓는점을 갖는 유체이다. 냉각수가 물인 경우, 발열 반응으로부터 전달된 열은 물을 부분적으로 증발시켜 증기를 발생시킨다. 이 증기는 프로세스의 다른 곳에서 회수되어 사용될 수 있으며 심지어는 전기를 생성한다. 발열 반응의 온도가 80 ℃ 내지 450℃, 또는 100℃ 내지 300℃의 범위인 경우에 냉각제로서 물을 사용하는 것이 특히 바람직하다. 이 그룹 내에 속하는, 즉 프로세스 중에 적어도 부분적으로 증발하는 적합한 냉각제의 또 다른 예가 WO2013/055864에 기술된 것과 같은 유기 용매이며, 그 내용은 본원에 참고로 인용되었다.
반응기들로 공급된 냉각제는 약 40℃ 내지 약 400℃, 바람직하게는 약 100℃ 내지 약 250℃ 범위의 온도하에서 있게될 것이다.
냉각제는 일정한 유량으로 반응기들에 공급되거나 또는 반응물 공급 스트림이 반응기들에 공급되는 속도에 따라 달라지는 열의 방출에 따라 그 유량을 조절할 수 있다.
냉각제는 원하는 CO 변환율 또는 제품 선택성을 유지하기 위해서 직접적인(혼합) 또는 간접적인 열교환에 의해서 과냉각될 것이다.
반응기가 앞서 설명한 바와 같이 마이크로채널 반응기인 경우, 냉각제는 프로세스 채널들과 열적으로 접촉하는 열 교환 채널들 내로 공급된다.
단계 (d)
반응물 하위 스트림이 반응 트레인을 따라서 그리고 하나 또는 그 이상의 반응기들을 통해서 유동함에 따라서, 이것은 촉매와 접촉하고 발열 반응이 일어난다 (단계 (d)). 발열 반응에 의해 생성된 열은 냉각제로 전달되고, 그러므로 반응으로부터 열이 제거된다. 그러므로, 단계 (d)는 반응 생성물 및 열이 전달되는 냉각제를 생성한다. 냉각제가 핫 오일인 경우, 증발보다는 팽창에 의해 열을 흡수하게 된다. 냉각제가 발열 반응에 의해 생성된 열보다 낮은 비등점을 갖는 유체인 경우, 부분 상 변화를 겪는 반응에 의해서 열을 제거한다. 예를 들어, 물이 냉각제인 경우, 증기가 발생된다.
반응 생성물
발열 반응이 피셔-트롭쉬 프로세스인 경우, 반응 생성물은 탄화수소 (주로 지방족) 및 물을 포함한다. 용어 "지방족 탄화수소"는 2개 또는 그 이상의 탄소 원자 또는 3개 또는 그 이상의 탄소 원자 또는 4개 또는 그 이상의 탄소 원자 또는 5 개 또는 그 이상의 탄소 원자 또는 6개 또는 그 이상의 탄소 원자를 갖는 지방족 탄화수소를 나타내도록 사용된다. 고 분자량의 지방족 탄화수소는 최대 약 200개의 탄소 원자, 최대 약 150개의 탄소 원자, 최대 약 100개의 탄소 원자, 최대 약 90개의 탄소 원자, 최대 약 80개의 탄소 원자, 최대 약 70개의 탄소 원자, 최대 약 60개의 탄소 원자, 최대 약 50개의 탄소 원자, 최대 약 40개의 탄소 원자 또는 최대 30개의 탄소 원자를 가질 수 있다. 예들은 에탄, 프로판, 부탄, 펜탄, 헥산, 옥탄, 데칸, 도데칸 등을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 발열반응이 메탄올 제조인 경우, 반응 생성물은 메탄올, 수소 및 물을 포함한다.
일 실시 예에 있어서, 발열반응이 산화에틸렌 제조인 경우, 반응 생성물은 산화에틸렌, 이산화탄소 및 물을 포함한다.
일 실시 예에 있어서, 발열반응이 DME 제조인 경우, 반응 생성물은 DME 및 이산화탄소를 포함한다.
일 실시 예에 있어서, 발열반응이 수소 첨가 분해인 경우, 반응 생성물은 탄화수소 반응물보다 낮은 분자량을 갖는 둘 또는 그 이상의 탄화수소 생성물을 포함한다.
일 실시 예에 있어서, 발열반응이 VAM의 제조인 경우, 반응 생성물은 비닐 아세테이트 단량체와 물을 포함한다.
일 실시 예에 있어서, 발열반응이 탄화수소 산화인 경우, 반응 생성물은 옥시게네이트 생성물(oxygenate product)을 포함한다.
일 실시 예에 있어서, 발열반응이 포름알데히드 제조인 경우, 반응 생성물은 포름알데히드를 포함한다.
단계 (e)
단계 (e)에서, 반응 트레인들의 각각으로부터 전달된 열을 갖는 냉각제는 공통의 단일 냉각제 저장소로 공급된다. 상기 저장소에서, 발열반응으로부터 흡수된 열은 제거되고 냉각제는 원래의 상태로 되돌아간다. 그런 다음, 냉각제는 단계 (c)로 다시 재활용될 수 있다.
해당 기술분야의 숙련된 당업자는 적당한 저장소들에 익숙할 것이다. 특히, 냉각제의 특성에 따라, 상기 저장소는 예를 들면 냉각제가 핫 오일인 열교환기가 될 수 있다. 이와는 달리, 냉각제가 적어도 부분적으로 증발되는 것인 경우, 상기 저장소는 증기의 형태로 열을 제거하기 위한 상 분리기를 포함할 수 있다. 그러한 저장소의 예가 스팀 드럼이다.
발열 반응의 열이 단계 (d)에서 냉각제의 부분적인 증발에 의해서 제거되는 경우, 증기 및 액체 상들은 저장소 내에서 분리되고, 증기는 제거되고 액체는 단계 (c)로 재순환된다. 이 경우, 증기로 손실된 냉매를 보완하기 위해서 단계 (c)로 다시 공급하는 증기에 깨끗한 냉각제를 추가할 필요가 있다. 예를 들어, 냉각수가 물인 경우, 저장소는 증기와 물이 분리된 스팀 드럼이다. 회수된 물은 냉각제로서 다시 단계 (c)로 재순환되고, 증기의 형태로 손실된 물을 보충하기 위해서 깨끗한 물이 제공된다. 증기는 응축되어 응축수 시스템으로 복귀될 수 있다.
조건, 특히 압력은, 단일의 공통 냉각제 저장소가 작동되는 하에서는, 액체의 포화 온도를 지시하며, 그러므로 반응 트레인들의 각각의 온도와 압력이 결정된다. 발열 반응으로부터 배출되는 열의 전달에 반응하여 증발하기보다는 팽창하는 핫 오일이 냉각제인 경우, 단일의 공통 냉각제 저장소가 작동되는 하에서 그 온도는 반응 트레인들의 각각의 작동온도를 지시한다. 그러므로, 본 발명의 방법에서 모든 반응기들은 같은 온도와 압력하에서 작동된다.
일 실시 예에 있어서, 냉각제는 발열반응으로부터 배출되는 열 전달의 결과로서 부분적으로 증발되는 유체이다. 바람직하게는 물이고, 저장소는 스팀 드럼이다.
공통의 단일 냉각제 저장소는 약 25 내지 약 300℃, 약 100 내지 약 300℃, 또는 약 200 내지 약 225℃, 또는 약 200 내지 약 220℃, 또는 약 205℃의 온도로 작동될 수 있다. 공통의 단일 냉각제 저장소는 약 100 내지 약 15,000kPa, 또는 약 100 내지 약 8600kPa, 또는 약 450 내지 약 4100kPa, 또는 약 450 내지 약 3400kPa, 또는 약 1200 내지 약 2600kPa, 또는 약 1200 내지 2100kPa, 또는 약 1200 내지 약 1900kPa 범위의 압력하에서 작동될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 공통의 단일 스팀 드럼은 100 내지 300℃, 일 실시 예에 있어서 (예를 들면 발열반응이 FT 프로세스인 경우) 200 내지 225℃, 또는 200 내지 220℃, 또는 약 205℃의 온도 및 약 100 내지 약 8600kPa, 약 100 내지 약 3400kPa, 일 실시 예에 있어서, 약 1200 내지 약 2600kPa, 또는 약 1200 내지 약 2100kPa, 또는 약 1200 내지 약 1900kPa, 또는 약 1700 내지 약 1900kPa의 압력하에서 작동될 수 있다.
발열반응의 진행을 제어
공통의 단일 냉각제 저장소를 사용한다는 것은 개별적인 반응 트레인들의 온도(사용 된 일반적인 변수)가 반응기의 입력에서 발생하는 발열 반응의 성능을 제어할 수 없다는 것을 의미한다. 이러한 경우에, 본 발명자들은 놀랍게도, 각각의 반응 트레인들을 통과하는 반응물 하위 스트림의 유량(또는 가스 시간당 공간 속도(Gas Hourly Space Velocity; GHSV))을 조절함으로써 다른 반응 트레인들에 걸쳐서 수용가능한 정도의 제어를 얻는 것이 가능하다는 것을 발견하였다.
반응물 하위 스트림의 GHSV는 통상적으로 정상적인 압력 및 온도에서의 반응물의 체적 유량을 유체가 통과하는 촉매의 벌크 체적으로 나눈 값으로 정의된다. 반응물 하위 스트림의 GHSV는 통상적인 기술들, 특히 반응기에 대한 반응물 하위 스트림의 유량을 측정하고 이 값을 촉매의 부피로 나누어 측정할 수 있다.
반응 하위 스트림의 유량을 조정하는 수단이 반응 트레인들 중 적어도 하나에에 제공될 수 있다. 바람직하게는, 반응물 하위 스트림의 유량을 제어하는 별도의 수단이 반응 트레인들의 각각에 제공되어 각각의 반응물 하위 스트림의 유량이 독립적으로 조정될 수 있게 된다. 유량을 조정하는 수단은 밸브, 예를 들어 자동화된 제어 밸브, 바람직하게는 자동화된 유동 제어밸브가 될 수 있다.
반응물 하위 스트림의 유량은 반응 트레인에서 존재하는 반응기에서의 촉매의 비활성화와 같은 요소들을 고려하도록 조정될 수 있다. 촉매 비활성화는 시간이 지남에 따라 촉매 활성에서의 감소를 초래한다. 각각의 반응 트레인이 원하는 CO 전환율 또는 제품 선택성을 만족시키도록 보장하기 위해서, 촉매 비활성화를 보상하도록 변환을 상향으로 조정하기 위해 촉매의 비활성화와 일치하는 특정 반응기로 반응물들의 유량을 줄이기 위해 본 발명의 방법이 사용될 수 있다. 다른 반응 트레인들에서 촉매들은 비활성화의 다른 단계들에 놓일 것이다. 각각의 반응 트레인에서 반응물 하위 스트림의 유량을 독립적으로 조절하는 능력은, 촉매들의 비활성화의 단계에서 존재하는 어떤 차이에 관계없이, 각각의 반응 트레인이 원하는 CO 전환율 또는 제품 선택성으로 작동하는 것을 보장하기 위한 수단을 제공한다.
반응물 하위 스트림의 유량은 반응물과 촉매와의 원하는 접촉시간을 참조하여 결정될 수 있다. 용어 "접촉 시간"은 발열반응이 일어나는 반응 영역, 즉 반응기 내의 공간의 체적을 언급하는데, 이것은 0℃의 온도와 1기압의 압력하에서 반응물 하위 스트림의 용적 유량에 의해서 분할된다.
반응기, 특히 마이크로 채널 반응기 내에서 일정한 반응을 유지하기 위해서는 특별한 반응물 하위 스트림에 대한 어느 유량 조정은 약 10 내지 약 2000 밀리 초(ms), 또는 약 10ms 내지 약 1000ms, 또는 약 20ms 내지 약 500ms, 또는 약 200ms 내지 약 400ms, 또는 약 240ms 내지 약 350ms 범위의 반응물과 촉매의 접촉시간을 보장하여야 한다.
이와는 달리 또는 추가적으로, 본 발명자들은 발열 반응의 정도가 반응물 하위 스트림의 조성을 각각의 반응 트레인에 대하여 변경함으로써 조절될 수 있음을 또한 발견하였다. 몇몇 실시 예들에 있어서, 반응물 하위 스트림은 다른 공급원으로부터 얻어진 반응물로 구성될 수 있다. 예를 들면, 일 실시 예에 있어서, 반응물 하위 스트림은 깨끗한 반응물 및 재활용된 반응물을 포함할 수 있다. 반응물 하위 스트림의 재활용 부분은 특히 존재하는 불활성 물질의 양과 관련하여 신선한 원료에 대한 다른 조성을 가질 수 있다. 그러므로, 반응물 하위 스트림의 조성을 변경할 수 있는 방법은 재활용된 반응물로부터 구성된 반응물 하위 스트림의 비율을 변경하는 것이다. 다른 실시 예에서, 반응물 하위 스트림은 상류 프로세스로부터 얻어진 새로운 반응물 및 반응물로 구성될 수 있다. 예를 들면, 발열 반응이 FT 공정인 경우, 반응물 하위 스트림은 신선한 합성 가스 및 상류 합성 가스 변환으로부터 제공되는 공급물을 포함 할 수 있으며, 상류 프로세스로부터 제공되는 공급물은 다른 비율의 비활성 성분을 포함할 것이다.
반응물 하위 스트림의 조성을 조정하는 수단은 반응 트레인들의 적어도 하나에 제공될 수 있다. 바람직하게는, 반응물 하위 스트림의 조성을 조정하는 별도의 수단이 반응 트레인들의 각각에 제공되는데, 이것은 반응물 하위 스트림의 조성이 독립적으로 조정될 수 있게 한다. 반응물 하위 스트림의 조성을 조정하는 수단은 재활용된 반응물들을 반응물 하위 스트림 내로 도입하는 단계를 포함할 수 있다. 재활용된 반응물들로부터 구성되는 반응물 하위 스트림의 부분은 재활용된 반응물들의 유동을 예를 들어 밸브, 바람직하게는 자동화된 제어 밸브, 예를 들어 자동화된 유동 제어밸브의 사용에 의해서 반응물 하위 스트림 내로 조정함으로써 제어될 수 있다. 이와는 달리 또는 추가적으로, 재활용된 반응물들을 추가하기 전에 반응물 하위 스트림의 유량은 밸브, 바람직하게는 자동화된 제어 밸브, 예를 들어 자동화된 유동 제어밸브의 사용에 의해서 조정될 수 있다. (i) 재활용된 반응물들을 추가하기 전의 반응물 하위 스트림 및 (ii) 재활용된 반응물들의 추가 후 반응물 하위 스트림 중 적어도 하나의 유량과 재활용된 반응물들의 유량을 제어함으로써, 반응기를 통한 반응물들의 유량을 제어하는 것이 가능하고, 이에 의해 각각의 반응 트레인이 원하는 CO 변환율 또는 제품 선택도를 충족시킬 수 있게 된다.
일 실시 예에 있어서, 반응기에서 발열반응의 진행은 반응기가 일부분을 형성하는 반응 트레인을 통한 반응물 하위 스트림의 유량을 조정함으로써 그리고 동일한 반응 트레인 내로 공급되는 반응물 하위 스트림의 조성을 조정함으로써 제어될 수 있다.
다른 실시 예에 있어서, 적어도 하나의 반응기가 일부분을 형성하는 적어도 하나의 반응기에서 발열반응의 진행은 반응 트레인을 통한 반응물 하위 스트림의 유량을 조정함으로써 제어되고, 반면에 적어도 하나의 다른 반응기에서 발열반응의 진행은 적어도 하나의 다른 반응기가 일부분을 형성하는 반응 트레인을 통한 반응물 하위 스트림의 조성을 조정함으로써 제어된다.
바람직하게는, 본 발명의 방법은 현행 프로세스들의 성능과 적어도 동등한 성능을 제공한다. 보다 구체적으로, 발열 반응이 피셔-트롭쉬 프로세스인 경우, 반응물 공급스트림에서 합성 가스로부터의 CO의 변환은 약 70% 또는 그 이상, 바람직하게는 약 75% 또는 그 이상, 바람직하게는 약 80% 또는 그 이상, 바람직하게는 대략 85% 또는 그 이상, 바람직하게는 약 90% 또는 그 이상, 바람직하게는 91% 또는 그 이상, 바람직하게는 92% 또는 그 이상이 될 수 있다. 몇몇 실시 예들에 있어서, 변환은 약 88% 내지 약 95% 범위, 이와는 달리 약 90% 내지 약 94% 범위, 이와는 달리 약 91 % 내지 약 93% 범위가 될 수 있다. 반응 생성물에서 메탄에 대한 선택성은 약 0.01% 내지 약 15%, 이와는 달리 약 0.01% 내지 약 10%, 이와는 달리 약 1% 내지 약 5%, 이와는 달리 약 3% 내지 약 9%, 이와는 달리 약 4% 내지 약 8%가 될 수 있다.
개별적인 반응 트레인의 격리
위에서 언급한 바와 같이, 특히 반응물 하위 스트림이 적어도 3개의 반응물 하위 스트림으로 분할되는 경우, 본 발명의 방법의 장점은, 남은 반응 트레인들을 작동상태에서 유지하고 그들의 작동중에 최소 충격을 갖는 동안에 개별적인 반응 트레인을 장치로부터 격리시킬 수 있다는 것이다. 이것은 발열 프로세스가 이종 촉매의 사용을 채택하고 시간에 따라 성능이 감소하고 어떤 지점에서는 재생이 필요한 경우에 특히 바람직하다. 촉매의 재장입이 필요한 경우에 또한 유용한 것으로 판명될 것이다.
특히, 반응 트레인은 (i) 제 2 냉각제 저장소와 연관된 제 2 냉각제 순환 시스템을 제공하는 단계; (ii) 격리될 상기 반응 트레인으로부터 전달되는 열에 대한 냉각제를 상기 제 2 냉각제 저장소로 다시 보내는 단계; 그리고 (iii) 상기 제 2 냉각제 저장소로부터 배출되는 제 2 냉각제를 격리될 상기 반응 트레인으로 공급 개시함과 동시에, 상기 단계 (c)에서 격리될 상기 반응 트레인으로의 냉각제의 공급을 중단시키는 단계;에 의해서 격리될 수 있다.
단계 (iii) 후에, 프로세스로부터 격리되는 반응 트레인에 대한 작동 조건들은 촉매의 재생을 가능하게 하도록 변경될 수 있다. 이와는 달리 또는 추가적으로, 촉매는 반응 트레인이 격리되는 동안에 재장입될 수 있다.
촉매의 재생(또는 재장입)이 완결되고 독립 반응 트레인이 다시 온라인에 놓이면, 반응 트레인을 격리하는데 있어서 수행되는 단계들이 역으로 수행되는 것을 보장하는 것이 중요하다. 이와 관련하여, 독립 반응 트레인은 (iv) 상기 제 2 저장소로부터 상기 독립 반응 트레인으로의 제 2 냉각제의 공급을 중단함과 동시에 단계 (c)에서 냉각제 스트림을 상기 독립 반응 트레인으로 재도입하는 단계; (v) 상기 독립 반응 트레인에서 상기 반응기의 작동조건이 격리되지 않은 반응기들의 작동조건과 부합할 때까지 상기 프로세스를 진행하는 단계; 그리고 (vi) 상기 독립 반응 트레인으로부터 전달되는 열에 대한 냉각제를 상기 단일의 공통 저장소로 다시 보내는 단계;에 의해서 재도입될 수 있다.
상기 단계들을 이러한 순서로 수행함으로써, 프로세스를 통해 온라인 상태를 유지하고 있는 반응 트레인들의 작동에 최소한의 영향을 미치면서 독립 반응 트레인을 온라인 상태로 되돌릴 수 있음을 보장할 수 있다.
제 2 냉각제는 단계 (c)에서 반응 트레인들로 공급되는 냉각제와 동일하거나 다를 수 있다.
따라서, 한가지 양태에 있어서, 본 발명은, 제 1 냉각제가 공통의 제 1 냉각제 저장소로부터 공급되는 다중 반응 트레인들을 포함하며 각각의 반응 트레인은 반응물 하위 스트림이 공급되는 반응기를 포함하는 발열반응 프로세스 회로로부터 반응 트레인을 격리하는 방법으로서,
열이 전달되는 제 1 냉각제와 반응 생성물을 생성하기 위해서 상기 반응기에서 발열반응을 수행하는 단계;
제 2 냉각제 저장소와 연관된 제 2 냉각제 순환 시스템을 제공하는 단계;
격리될 상기 반응 트레인으로부터 제 2 냉각제 저장소로 전달되는 열에 대하여 상기 제 1 냉각제 방향을 바꾸는 단계; 그리고
상기 제 2 냉각제 저장소로부터 격리될 상기 반응 트레인으로 제 2 냉각제의 공급을 개시함과 동시에 격리될 상기 반응 트레인으로 제 1 냉각제의 공급을 중단하는 단계;를 포함하는 방법을 제공한다.
다른 시기에 전체 프로세스로부터 다른 반응을 격리시킬 수 있고 따라서 특히 촉매의 재생과 관련하여 다른 "히스토리(histories)"를 갖는 반응 트레인을 구비할 수 있는 능력은 본 발명의 방법에서 독특하다.
다른 양태에 있어서, 본 발명은, 제 1 냉각제가 공통의 제 1 냉각제 저장소로부터 공급되는 다중 반응 트레인들을 포함하며 각각의 반응 트레인은 반응물 하위 스트림이 공급되는 반응기를 포함하는 발열반응 프로세스 회로로부터 격리되는 반응 트레인을 재도입하는 방법으로서,
열이 전달되는 제 1 냉각제와 반응 생성물을 생성하기 위해서 각각의 반응 트레인의 상기 반응기에서 발열반응이 수행되고,
독립 반응 트레인이 제 2 냉각제 저장소로부터 제 2 냉각제를 공급하며,
상기 방법은,
상기 독립 반응 트레인으로 제 1 냉각제의 공급을 개시함과 동시에 상기 독립 상기 반응 트레인으로 제 2 냉각제의 공급을 중단하는 단계;
상기 독립 반응 트레인에서 상기 반응기의 작동조건이 격리되지 않은 반응기들의 작동조건과 부합할 때까지 상기 프로세스를 진행하는 단계; 그리고
독립 상기 반응 트레인으로부터 상기 공통의 냉각제 저장소로 전달되는 열에 대하여 상기 제 1 냉각제 방향을 바꾸는 단계;를 포함하는 방법을 제공한다.
다중 반응 트레인들과 협력하여 단일의 공통 냉각제 순환 시스템은 발열 프로세스를 효율적이고 당당하게 시작하도록 만들 수 있다.
발열반응 개시
그러므로, 한 양태에 있어서, 본 발명은 발열반응을 개시하는 방법을 제공하는 방법으로서,
(a) 적어도 하나의 반응기를 각각 포함하는 적어도 2개의 별도의 반응 트레인들을 제공하는 단계;
(b) 각각의 반응 트레인 내로 공급되는 냉각제를 함유하는 단일의 공통 저장소를 포함하는 공통의 냉각제 순환 시스템을 제공하는 단계;
(c) 각각의 반응 트레인으로 냉각제의 순환을 시작하는 단계;
(d) 상기 반응기의 압력을 원하는 반응 압력으로 증가시키는 단계;
(e) 반응물 공급스트림을 각각의 반응 트레인으로 공급하는 단계;
(f) 원하는 범위의 발열반응을 얻기 위해서 각각의 반응 트레인을 통해서 상기 반응물 공급스트림의 GHSV를 조정하는 동안에 상기 단일의 공통 저장소의 온도를 증가시키는 단계;를 포함하는 방법을 제공한다.
제 1 및 제 2 냉각제들은 같거나 또는 다를 수 있다.
대안적인 양태에 있어서, 본 발명은, 반응 트레인에 포함된 시동 반응기에서 발열반응을 시작하는 방법으로서,
a) 적어도 하나의 반응기를 각각 포함하는 다중 반응 트레인들을 제공하는 단계;
b) 상기 반응 트레인이 발열반응이 시작되는 시동 반응기를 포함하는 것을 제외하고 각각의 반응 트레인 내로 공급되는 제 1 냉각제를 함유하는 단일의 공통 저장소를 포함하는 공통의 냉각제 순환 시스템을 제공하는 단계;
c) 상기 시동 반응기를 포함하는 상기 반응 트레인 내로 공급되는 제 2 냉각제를 함유하는 제 2 냉각제 저장소와 연관된 제 2 냉각제 순환 시스템을 제공하는 단계;
d) 상기 시동 반응기에서의 압력을 원하는 반응 압력으로 증가시키는 단계;
e) 상기 시동 반응기를 포함하는 상기 반응 트레인 내로 반응물 공급스트림을 공급하는 단계;
f) 상기 시동 반응기를 빠져나가는 냉각제가 상기 공통의 냉각제 순환 시스템으로 재도입되도록 상기 시동 반응기의 작동조건이 설정될 때까지 상기 프로세스를 진행하는 단계;
g) 상기 시동 반응기를 포함하는 상기 반응 트레인으로 제 1 냉각제의 공급을 개시함과 동시에 상기 시동 반응기를 포함하는 상기 반응 트레인으로 제 2 냉각제의 공급을 중단하는 단계; 그리고
h) 시동 반응기를 포함하는 상기 반응 트레인으로부터 배출된 제 1 냉각제를 단일의 공통 저장소로 다시 향하게 하는 단계;를 포함하는 방법을 제공한다.
몇몇 발열반응들은 다량의 열을 방출하는 매우 높은 비율로 초기에 진행될 수 있다. 그러한 발열반응들은 발열반응의 시동 및 그 후에 개별적인 독립 제어하에서 반응기들에서 수행되는 것으로부터 이득이 될 수 있다. 이러한 개별적인 독립 제어는 공통의 냉각제 순환 시스템으로부터 분리된 제 2 냉각제 순환 시스템의 사용에 의해서 제공될 수 있다. 시동 반응기에 대한 개별적인 독립 제어를 제공하는 방법의 사용은, 발열반응의 초기 단계 동안에 열적인 폭주를 방지하는 것을 도울 수 있는 시동 반응기 작동 조건의 독립 제어를 허용한다.
시동 반응기와 반응기들에서 공통의 냉각제 순환 시스템에 의해 공급된 발열 반응으로부터 생성 손실을 피하기 위해, 시동 반응기의 개별적인 독립 제어를 제공하는 방법은, 시동 반응기의 작동 조건 또는 발열 열 방출이 시동 루프에 있지 않은 반응기들의 그것들과 더 가깝게 일치하고 공통의 냉각제 순환 시스템에 의해 대신 공급될 때까지 유지될 수 있다. 일단 이 단계에 도달하면, 시동 반응기는 생성에 미치는 영향을 최소화하면서 공통의 냉각제 순환 시스템으로 재도입될 수 있다.
냉각제가 2상 냉각제인 경우, 시동 반응기의 작동 조건이 시동 반응기를 빠져나가는 냉각제의 압력이 공통의 냉각제 순환 시스템에서의 압력보다 작지 않고 임의적으로는 공통의 냉각제 순환 시스템에서의 압력보다 100psi 이상 크지 않는 경우에 시동 반응기를 빠져나가는 냉각제가 공통의 냉각제 순환 시스템으로 재도입될 수 있다.
이러한 독립 시동 방법은 하기에서 설명하는 바와 같이 도 1에 도시된 장치에서 수행될 수 있다.
여기에서 사용된 바와 같이, 용어 "시동 반응기"는 발열반응이 시작되거나 개시되는 시간 동안에 반응기를 나타내기 위해서 사용된다.
제 1 및 제 2 냉각제는 같거나 다를 수 있다. 사용된 냉각제의 타입은 위에서 열거한 냉각제와 같을 수 있다.
제 2 냉각제 저장소는 약 25 내지 약 300℃, 약 100 내지 약 300℃, 또는 약 200 내지 약 225℃, 또는 약 200 내지 약 220℃, 또는 약 205℃의 온도로 작동될 수 있다. 제 2 냉각제 저장소는 약 100 내지 약 15,000kPa, 또는 약 100 내지 약 8600kPa, 또는 약 450 내지 약 4100kPa, 또는 약 450 내지 약 3400kPa, 또는 약 1200 내지 약 2600kPa, 또는 약 1200 내지 2100kPa, 또는 약 1200 내지 약 1900kPa 범위의 압력하에서 작동될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 냉각제가 물인 경우, 제 2 냉각제 저장소는, 100 내지 300℃, 일 실시 예에 있어서는 (예를 들면, 발열반응이 FT 프로세스) 200 내지 225℃, 또는 200 내지 220℃, 또는 약 205℃의 온도와, 약 100 내지 약 8600kPa, 약 100 내지 약 3400kPa, 일 실시 예에 있어서는 약 1200 내지 약 2600kPa, 또는 약 1200 내지 약 2100kPa, 또는 약 1200 내지 약 1900kPa, 또는 약 1700 내지 약 1900kPa 범위의 압력하에서 작동되는 제 2 스팀 드럼이 될 수 있다.
이러한 독립 시동 방법에 있어서, 제 2 냉각제 저장소는 약 180psia 내지 약 250psia (약 1240kPa - 약 1725kPa)의 압력하에서 작동될 수 있다. 이 압력은 발열반응이 피셔-트롭쉬 반응인 경우에 특히 유용하다.
독립 시동 방법은 시동 반응기로 하여금 반응을 개시하도록 온도 램프(temperature ramp)에 노출될 수 있게 한다. 제 2 냉각제 저장소는 12 내지 24시간 동안에 온도 램프를 제공하도록 사용된다. 온도 램프는 온도를 주위온도로부터 약 170℃ 내지 약 214℃, 예를 들어 약 205℃ 내지 약 214℃로 증가시키는 단계를 채용할 수 있다. 이 온도들은 발열반응이 피셔-트롭쉬 반응인 경우에 특히 유용하다.
냉각제가 발열반응에 의해 생성된 열보다 낮은 비점을 갖는 유체 (예 : 들어, 액체)인 경우, 2상 냉각제를 제공하도록 부분 상 변화를 거침으로써 반응으로부터 열을 제거한다. 온도 램프가 진행되는 동안 2상 냉각제의 온도와 압력은 그것이 반응기를 빠져나감에 따라서 약 205℃와 250psia의 시작온도와 압력으로부터 증가한다. 이 온도와 압력 증가는 발열 반응이 피셔-트롭쉬 반응일 때 자주 나타난다.
반응기 온도의 제어
대안적인 실시 예에 있어서, 본 명세서에 기재된 단일의 공통 냉각제 저장소 방법은 각각의 반응 트레인에서 냉각제 온도를 개별적으로 제어할 수 있는 장치에서 제공될 수 있다. 이 실시 예는 앞서 설명한 단일의 공통 냉각제 저장소 방법과 관련된 모든 장점을 제공하는데, 예를 들어, 생성단가를 최소화하기 위한 규모의 경제성을 이끌어내기 위해 반응 트레인의 생산능력을 최대화하는 능력을 제공한다. 그러나, 또한, 이 실시 예는 반응 트레인들 내의 개별적인 반응기의 개별적인 온도 제어를 허용한다.
따라서, 본 발명은 발열반응으로부터 열을 제거하기 위한 방법으로서,
(a) 반응물 공급 스트림을 적어도 2개의 별도의 반응물 하위 스트림으로 분할하는 단계;
(b) 반응기를 포함하는 별도의 반응 트레인 내로 각각의 반응물 하위 스트림을 공급하는 단계;
(c) 공통의 냉각제 저장소로부터 배출되는 냉각제 스트림을 각각의 반응기 내로 공급하는 단계;
(d) 반응물 및 열이 전달되는 냉각제를 생성하기 위해서 상기 반응기에서 발열반응을 수행하는 단계;
(e) 각각의 반응 트레인으로부터 냉각제로부터 열이 제거되는 단일의 공통 저장소로 전달되는 열에 대한 냉각제를 공급하는 단계;
(f) 상기 단계 (e)에서 제거되어 상기 단계 (c)로 다시 제공되는 열에 대한 냉각제를 공급하는 단계;를 포함하며,
냉각제는 발열반응 온도보다 낮은 끓는점을 갖는 유체이고, 상기 단계들 (d) 및 (e)에서 열이 전달되는 냉각제는 2상 냉각제이고, 각각의 반응기에서 발열반응의 진행은 2상 냉각제의 압력을 조정함으로써 제어되는 방법을 제공한다.
이 실시 예의 단계들 (a)∼(f)는 앞서 설명한 것들과 동일하고 그러한 단계들에 대하여 위에서 제공된 상세내용들은 이 실시 예에서 동등하게 적용된다. 이 실시 예는 각각의 반응기에서 발열반응의 진행을 제어하는 그것의 방법에서만 다르다.
앞서 설명한 바와 같이, 반응물 하위 스트림은 반응 트레인을 따라서 그리고 하나 또는 그 이상의 반응기들을 통과하여 유동하고, 촉매와 접촉하여 발열반응이 일어나게 된다(단계 (d)). 발열반응에 의해서 발생된 열은 냉각제로 전달되고, 그러므로 반응으로부터 열이 제거된다. 그러므로, 단계 (d)는 반응 생성물, 및 열이 전달되는 냉각제를 생성한다.
냉각제는 발열반응보다 낮은 끓는점을 갖는 유체(예를 들어, 액체)이다. 이것은 2상 냉각제를 제공하도록 부분 상 변화를 거침으로써 반응으로부터 열을 제거한다. 결과적으로, 단계들 (d) 및 (e)에서 열이 전달되는 냉각제는 2상 냉각제이다. 물이 냉각제인 경우, 증기가 발생된다.
각각의 반응기에서 발열 반응의 진행은 2상 냉각제의 압력을 조정함으로써 제어될 수 있다. 2상 냉각제의 압력은 조정될 수 있고, 이것은 다시 2상 냉각제의 끓는점을 조정할 수 있다. 이 압력 조정은 2상 냉각제가 여전히 반응 트레인에 있는 동안, 즉 각각의 반응 트레인으로부터 배출되는 2상 냉각제가 단일의 공통 저장소로 공급되는 단계 (e) 이전에 반응기의 하류에서 발생한다. 이러한 방식으로, 압력은 각각의 반응 트레인에서 발열 반응의 진행을 개별적으로 제어하기 위해서 사용될 수 있다. 2상 냉각제에서의 압력 증가는 냉각제의 끓는점을 증가시킨다. 이것은 적당한 냉각을 유지하면서 더 높은 온도에서 발열반응이 수행될 수 있게 한다. 한편으로, 2상 냉각제의 압력 감소는 냉각제의 끓는점을 감소시킨다. 결과적으로, 발열 반응은 낮은 온도에서 수행될 수 있다. 이러한 방식으로, 2상 냉각제의 압력은 발열 반응을 위한 적절한 온도 제어를 제공하기 위해 사용될 수 있다.
2상 냉각제의 압력은 밸브의 사용을 통해서, 예를 들어 역압 2상 유동 제어 또는 전방 유동 제어에 의해서 제어될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 반응기에서 발열반응의 진행은 2상 냉각제의 압력을 조정하고 반응기가 일부분을 형성하는 반응 트레인을 통과하는 반응물 하위 스트림의 유량을 조정함으로써 제어될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 반응기에서 발열반응의 진행은 2상 냉각제의 압력을 조정하고 동일한 반응 트레인 내로 공급되는 반응물 하위 스트림의 조성을 조정함으로써 제어될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 반응기에서 발열반응의 진행은, 2상 냉각제의 압력을 조정하고 반응기가 일부분을 형성하는 반응 트레인을 통과하는 반응물 하위 스트림의 유량을 조정하며 동일한 반응 트레인 내로 공급되는 반응물 하위 스트림의 조성을 조정함으로써 제어될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 적어도 하나의 반응기에서 발열반응의 진행은, 적어도 하나의 반응기와 연관된 2상 냉각제의 압력을 조정함으로써 제어되고, 반면에 적어도 하나의 추가 반응기에서 발열반응의 진행은, 적어도 하나의 추가 반응기가 일부분을 형성하는 반응 트레인을 통과하는 반응물 하위 스트림의 조성을 조정함으로써 제어될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 적어도 하나의 반응기에서 발열반응의 진행은, 적어도 하나의 반응기와 연관된 2상 냉각제의 압력을 조정함으로써 제어되고, 반면에 적어도 하나의 추가 반응기에서 발열반응의 진행은, 적어도 하나의 추가 반응기가 일부분을 형성하는 반응 트레인을 통과하는 반응물 하위 스트림의 유량을 조정함으로써 제어될 수 있고, 적어도 하나의 추가 반응기에서 발열반응의 진행은, 적어도 하나의 추가 반응기가 일부분을 형성하는 반응 트레인을 통과하는 반응물 하위 스트림의 유량을 조정함으로써 제어될 수 있다.
이 실시 예는 개별적인 반응 트레인을 격리시키기 위한 방법(앞서 설명된 바 있으며 도 1에 도시됨)과 협력하여 사용될 수 있다.
본 발명은 특허청구범위에 기초하여 본 발명을 제한하려는 것은 아닌 하기 도면들 및 예들을 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 방법에 따른 발열반응으로부터 열을 제거하기 위한 방법을 개략적으로 나타낸 도면;
도 2는 종래 기술에 따른 발열반응으로부터 열을 제거하기 위한 방법을 개략적으로 나타낸 도면;
도 3은 반응물 하위 스트림의 유량을 조정하는 단계를 포함하는 열을 제거하기 위한 방법을 개략적으로 나타낸 도면;
도 4는 반응물 하위 스트림의 조성을 조정하는 단계를 포함하는 열을 제거하기 위한 방법을 개략적으로 나타낸 도면;
도 5는 2상 냉각제 압력을 조정하는 단계를 포함하는 열을 제거하기 위한 방법을 개략적으로 나타낸 도면.
도 1에 있어서, 반응물 공급스트림(1)은 별도의 반응 트레인들(3a, 3b, 3c, 3d, 3e)로 공급되는 5개의 반응물 하위 스트림으로 분할된다. 각각의 반응 트레인은 각각 적어도 하나의 반응기(5a, 5b, 5c, 5d, 5e)를 포함한다. 냉각제 스트림(7a, 7b, 7c, 7d, 7e)은 공통의 냉각제 저장소(15)로부터 각각의 반응기로 공급된다. 발열반응은 반응 생성물(11) 및 열이 전달되는 냉각제(13a, 13b, 13c, 13d, 13e)를 생성하기 위해서 반응기들의 각각에서 수행된다. 열이 전달되는 냉각제는 단일의 공통 냉각제 저장소(15)로 이동하고, 여기에서 스팀(17)은 반응기들 내로 다시 공급되는 냉각제 스트림(19)으로부터 분리된다. 도면은 또한 냉각제(23)가 여기로부터 공급될 수 있고 열이 전달되는 냉각제가 반응 트레인(25)으로부터 공급될 수 있는 제 2의 작은 냉각제 저장소(21)를 포함하는 제 2 냉각제 시스템을 나타낸다.
도 1에 나타낸 방법은 반응 트레인을 격리시키거나 또는 독립 시동 방법을 수행하기 위해 사용될 수 있으며, 이것들은 위에서 상세하게 설명한 바 있다. 도 1에 도시된 제 2 냉각제 시스템은 반응 트레인(3a)을 격리시키거나 또는 반응 트레인(3a)에서 독립 시동 방법을 대안적으로 제공하기 위해서 사용될 수 있다.
도 2에 있어서, 반응물 공급스트림(30)은 별도의 반응 트레인들(32a, 32b, 32c)로 공급되는 3개의 반응물 하위 스트림으로 분할된다. 각각의 반응 트레인은 적어도 하나의 반응기를 포함한다. 냉각제 스트림(34a, 34b, 34c)은 각각의 반응기로 공급된다. 발열반응은 열이 전달되는 냉각제(36a, 36b, 36c)와 반응 생성물을 생성하기 위해서 반응기들 각각에서 수행된다. 각각의 반응 트레인에 있어서, 열이 전달되는 냉각제는 냉각제 저장소(38a, 38b, 38c)로 이동되고, 여기에서 스팀(40a, 40b, 40c)은 반응기들 내로 다시 공급되는 냉각제 스트림(42a, 42b, 42c)으로부터 분리된다.
도 3에 있어서, 반응물 공급스트림(1)은 별도의 반응 트레인들(3a, 3b, 3c, 3d, 3e)로 공급되는 5개의 반응물 하위 스트림으로 분할된다. 각각의 반응물 하위 스트림의 유량을 조정하기 위한 수단(4a, 4b, 4c, 4d, 4e)이 도시되어 있는데, 이것은 밸브가 될 것이다. 각각의 반응 트레인은 각각 적어도 하나의 반응기(5a, 5b, 5c, 5d, 5e)를 포함한다. 냉각제 스트림(7a, 7b, 7c, 7d, 7e)은 공통의 냉각제 저장소(15)로부터 각각의 반응기로 공급된다. 발열반응은 열이 전달되는 냉각제(13a, 13b, 13c, 13d, 13e)와 반응 생성물(11)을 생성하기 위해서 반응기들의 각각에서 수행된다. 열이 전달되는 냉각제는 단일의 공통 냉각제 저장소(15)로 이동되고, 여기에서 스팀(17)은 반응기들 내로 다시 공급되는 냉각제 스트림(19)으로부터 분리된다.
도 4에 있어서, 반응물 공급스트림(1)은 별도의 반응 트레인들(3a, 3b, 3c, 3d, 3e)로 공급되는 5개의 반응물 하위 스트림으로 분할된다. 반응물 하위 스트림의 조성을 조정하는 수단은 재활용된 반응물들(6a, 6b, 6c, 6d, 6e)을 반응물 하위 스트림으로 도입하는 단계를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 반응물 하위 스트림의 부분은 재활용된 반응물들(8a, 8b, 8c, 8d, 8e)의 유동을 예를 들어 밸브의 사용에 의해서 조정함으로써 조절될 것이다. 각각의 반응 트레인은 각각 적어도 하나의 반응기(5a, 5b, 5c, 5d, 5e)를 포함한다. 냉각제 스트림(7a, 7b, 7c, 7d, 7e)은 공통의 냉각제 저장소(15)로부터 각각의 반응기로 공급된다. 발열반응은 열이 전달되는 냉각제(13a, 13b, 13c, 13d, 13e)와 반응 생성물(11)을 생성하기 위해서 반응기들의 각각에서 수행된다. 열이 전달되는 냉각제는 단일의 공통 냉각제 저장소(15)로 이동하고, 여기에서 스팀 (17)은 반응기들 내로 다시 공급되는 냉각제 스트림(19)으로부터 분리된다.
도 5에 있어서, 반응물 공급스트림(1)은 별도의 반응 트레인들(3a, 3b, 3c, 3d, 3e)로 공급되는 5개의 반응물 하위 스트림으로 분할된다. 각각의 반응 트레인은 각각 적어도 하나의 반응기(5a, 5b, 5c, 5d, 5e)를 포함한다. 냉각제 스트림(7a, 7b, 7c, 7d, 7e)은 공통의 냉각제 저장소(15)로부터 각각의 반응기로 공급된다. 발열반응은 열이 전달되는 2상 냉각제(13a, 13b, 13c, 13d, 13e)와 반응 생성물 (11)을 생성하기 위해서 반응기들의 각각에서 수행된다. 2상 냉각제의 압력을 조정하기 위한 수단(14a, 14b, 14c, 14d, 14e), 예를 들어 밸브들이 제공된다. 열이 전달되는 2상 냉각제는 단일의 공통 냉각제 저장소(15)로 이동하고, 여기에서 여기에서 스팀(17)은 반응기들 내로 다시 공급되는 냉각제 스트림(19)으로부터 분리된다.
예들
예 1 - FT 공정
합성가스(CO 및 H2)를 함유하는 반응물 공급스트림(1)은 5개의 별도의 반응 트레인들(3a, 3b, 3c, 3d, 3e)로 공급되는 5개의 별도의 반응물 하위 스트림으로 분할된다. 각각의 반응 트레인은 병렬로 배열된 5개의 반응기들을 포함하는데, 이들은 각각 약 40중량퍼센트 코발트를 함유하는 피셔-트롭쉬 촉매의 고정층을 포함한다. 반응물 공급스트림에서 CO 대 H2의 비율은 0.5이다. 물을 함유하는 냉각제 순환 시스템이 제공된다. 순환이 개시되어 물은 단일의 공통 스팀 드럼(15)으로부터 별도의 반응 트레인들의 각각에서 반응기들의 냉각측으로 공급된다. 물은 물과 스팀의 혼합물로 부분적으로 증발되고, 단일의 공통 스팀 드럼(15)으로 다시 재순환된다. 단일의 공통 스팀 드럼의 온도와 압력은 200℃의 온도와 14.5bar(g)의 압력으로 상승하며, 이때 5개의 반응물 하위 스트림은 피셔 트롭쉬 반응이 반응기들의 각각에서 개시되도록 그들의 각각의 반응 트레인들로 15,000 hr1의 유량으로 공급된다. 합성 가스는 탄화수소 생성물과 물을 생성하기 위해서 반응기들의 각각에서 반응한다. 반응에 의해서 발생된 열은 반응기를 떠나는 냉각제가 물과 증기의 혼합물을 함유하도록 순환하는 물이 부분적으로 증발되게 한다. 단일의 공통 스팀 드럼으로 전달되면, 물과 증기는 분리된다. 증기는 제거되고 물은 앞서 설명한 바와 같이 반응기 트레인들로 재순환된다. 추가적인 물(9)은 증기의 제거를 보상하기 위해 재순환된 물에 추가된다. 프로세스는 70% CO2의 변환하에서 작동된다. 시간이 지남에 따라, 각각의 반응기에서 촉매의 활동도는 감소하고, 이것을 가능하게 하고 같은 수준의 변환을 유지하기 위해서 반응물 공급스트림의 GHSV를 각각의 반응 트레인들 내로 줄이는 것이 필요하다.
반응 트레인(3a)에서 촉매의 활성이 재생이 필요한 정도까지 감소한 후에, 반응 트레인(3a)은 촉매를 별도로 재생하기 위해 나머지 반응 라인으로부터 분리된다. 이것은 반응 트레인(3a)의 반응기들로부터 얻은 부분적으로 증발된 물을 먼저 제 2의 별도 재생 스팀 드럼(21) 쪽으로 방향을 바꾸는 것에 의해 실행된다. 단일의 공통 스팀 드럼으로부터 반응 트레인(3a)으로의 냉각제(7a)의 공급은 제 2 재생 스팀 드럼(21)으로부터의 물(23)의 공급이 반응 트레인(3a)으로 개시되는 것과 동시에 중단된다. 이 작업은 30분 동안에 걸쳐서 수행된다. 스팀 드럼(15)의 압력과 재생 스팀 드럼(21)의 압력은 반응 트레인(3a)을 격리시키기 위해서 전이 동안에 같은 압력으로 제어된다. 재생 스팀 드럼(21)으로부터의 냉각제 유동이 조성된 후에, 재생 스팀 드럼 (21)과 스팀 드럼(15)은 독립적으로 작동될 수 있다. 반응 트레인(3a)은 나머지 반응 트레인과 분리되어 있고 그래서 촉매의 재생이 수행될 수 있다. 재생 스팀 드럼(21)의 압력은 재생 중에 반응 트레인(3a)을 통과하는 냉각제 흐름에 대해 원하는 온도 설정 포인트를 제공하도록 설정된다.
촉매의 재생 후, 반응 트레인(3a)은 격리 단계를 역으로 수행함으로써 온라인 상태로 돌아간다. 보다 구체적으로는, 제 2 재생 스팀 드럼(23)으로부터 반응 트레인(3a)에 있는 반응기들에 대한 물의 공급을 멈춤과 동시에, 단일의 공통 스팀 드럼(7a)으로부터 제공되는 냉각제 공급은 반응 트레인(3a)에 있는 반응기들로 재도입된다. 이 작업은 30분 동안 수행된다. 이 프로세스는 반응 트레인(3a)에 있는 반응기들의 작동 조건들이 남은 반응기들에서의 작동조건과 부합할 때까지 진행되도록 허용된다. 일단 이것이 달성되면, 반응 트레인(3a)에 있는 반응기들로부터 얻어진 부분적으로 증발된 냉각제(13a)는 단일의 공통 스팀 드럼(15)으로 다시 방향을 바꾸게 된다.
다른 반응 트레인들에서 촉매가 재생이 필요한 경우, 아날로그 프로세스가 반복된다.
예 2 - 메탄올 제조
합성가스(CO 및 H2)를 함유하는 반응물 공급스트림(1)은 5개의 별도의 반응 트레인들(3a, 3b, 3c, 3d, 3e)(도 3 참조)로 공급되는 5개의 별도의 반응물 하위 스트림으로 분할된다. 각각의 반응 트레인은 1개의 마이크로채널 반응기를 포함하며, 각각의 반응 트레인은 Cu/ZnO/Al203 촉매의 고정층을 함유한다. 반응물 공급스트림은 5 mol%의 C02, 26 mol%의 CO, 64 mol%의 H2 및 5 mol%의 N2를 함유한다. 반응물 공급스트림은 1,500 hr1에서 250℃ 및 50bar(g)하에서 반응기로 공급된다. 물을 포함하는 냉각제 순환 시스템이 제공된다. 순환이 개시되어 물은 단일의 공통 스팀 드럼(15)으로부터 별도의 반응 트레인들의 각각에서 반응기들의 냉각측으로 공급된다. 반응기들에서, 물은 물과 스팀의 혼합물로 부분적으로 증발되고, 단일의 공통 스팀 드럼(15)으로 다시 재순환된다. 단일의 공통 스팀 드럼의 온도와 압력은 250℃의 온도와 39bar(g)의 압력으로 상승한다. 반응 트레인에서, 각각의 반응물 하위 스트림의 유량은 반응 트레인에 존재하는 반응기에서 촉매의 비활성화와 같은 요소들을 고려하도록 자동화된 유동 제어밸브들(4a, 4b, 4c, 4d, 4e)을 사용하여 개별적으로 조정될 것이다.
합성가스는 메탄올을 생성하도록 반응기들의 각각에서 반응한다. 반응에 의해서 발생된 열은 반응기를 떠나는 냉각제가 물과 증기의 혼합물을 함유하도록 순환하는 물이 부분적으로 증발되게 한다. 단일의 공통 스팀 드럼으로 전달되면, 물과 증기는 분리된다. 증기는 제거되고 물은 앞서 설명한 바와 같이 반응기 트레인들로 재순환된다. 추가적인 물은 증기의 제거를 보상하기 위해 재순환된 물에 추가된다.
예 3 - 독립된 시동방법
합성가스(CO 및 H2)를 함유하는 반응물 공급스트림(1)은 4개의 별도의 반응 트레인들(3a, 3b, 3c, 3d, 3e)(도 1 참조)로 공급되는 4개의 별도의 반응물 하위 스트림으로 분할된다. 각각의 반응 트레인은 1개의 반응기를 포함하며, 상기 반응기는 약 40중량퍼센트 코발트를 함유하는 피셔-트롭쉬 촉매의 고정층을 함유한다. 반응물 공급스트림에서 CO 대 H2의 비율은 통상적으로 0.5 내지 0.6이다. 물을 함유하는 공통의 냉각제 순환 시스템이 제공된다. 순환하는 동안에, 물은 단일의 공통 스팀 드럼(15)으로부터 별도의 반응 트레인들의 각각에서 반응기들의 냉각제 측으로 공급된다. 물은 물과 스팀의 혼합물로 부분적으로 증발되고, 단일의 공통 스팀 드럼(15)으로 다시 재순환된다. 단일의 공통 스팀 드럼은 약 205℃의 온도에서 작동하고, 반응기 배출구에서 냉각제 온도는 205℃ 내지 214℃의 범위이다. 단일의 공통 스팀 드럼은은 반응기 냉각제 출구에서 19.7bar(g) (300 psia 또는 2068 kPa)의 최대 압력을 제공한다. 피셔-트롭쉬 반응이 반응기들의 각각에서 유사한 CO 변환으로 작동되도록 4개의 반응물 하위 스트림이 12,000 hr1 내지 15,000 hr1의 유량으로 그들의 각각의 반응 트레인들로 공급된다. 합성가스는 탄화수소 생성물과 물을 생성하도록 반응기들의 각각에서 반응한다. 반응에 의해서 발생된 열은 반응기를 떠나는 냉각제가 물과 증기의 혼합물을 함유하도록 순환하는 물이 부분적으로 증발되게 한다. 단일의 공통 스팀 드럼으로 전달되면, 물과 증기는 분리된다. 증기는 제거되고 물은 앞서 설명한 바와 같이 반응기 트레인들로 재순환된다. 추가적인 물(9)은 증기의 제거를 보상하기 위해 재순환된 물에 추가된다. 물은 스팀 드럼과 반응기들 사이에서 임의적으로 가열된다. 프로세서는 좁은 범위, 통상적으로 68% 내지 72%로 CO 변환하에서 작동된다.
반응기 냉각제 배출구와 공통의 스팀 드럼(15) 사이의 압력차 조절은 제한 오리피스들의 사용을 통해서 달성된다. 유동 경로가 선택된 오리피스 또는 선택된 오리피스들까지 제공되어 각각의 반응기와 공통의 스팀 드럼 사이에서 냉각제의 압력차가 조절되므로, 하나 내지 5개의 실리콘 카바이드 제한 오리피스들 사이에서 냉각제 배출구가 위치하고 반응기 배출구(13b, 13c, 13d, 13e)와 공통의 스팀 드럼(15) 사이에서 단계들에서 압력 변화가 10psi에 달할 수 있게 한다. 물은 스팀 드럼 배출구와 냉각제 유입구 사이에서 반응기로 205 내지 214℃ 범위의 원하는 온도로 임의적으로 가열된다.
반응 트레인(3a)은 발열 피셔-트롭쉬 반응이 시작되는 시동 반응기(5a)를 포함한다. 반응 트레인(3a)은 냉각제로서 물을 또한 사용하고 제 2 스팀 드럼(21)과 연관된 제 2 냉각제 순환 시스템에 의해서 공급된다. 피셔-트롭쉬 반응은 시동 반응기 스팀 드럼의 압력을 250psia로 증가시키고 반응 트레인(3a)에서 반응물 하위 스트림을 시작하는 것에 의해서 시동 반응기(5a)에서 개시된다. 제 2 냉각제 순환 시스템은 12시간 내지 24시간 동안에 걸쳐서 주위온도로부터 205℃의 온도로 시동 반응기(5a) 온도를 증가시키도록 사용된다. 이 시간 동안에, 2상 냉각제가 반응기를 빠져 나감에 따라 시동 온도와 압력으로부터 205℃ 및 250psia로 증가된다.
반응기(5a)의 작동 조건이 냉각제 출구 압력이 충분히 높을 때, 반응기(5a)를 빠져나가는 냉각제는 공통의 스팀 드럼으로 재도입되고, 공통의 냉각제 순환 시스템으로부터 배출되는 액각제는 반응기(5a)로 유입된다. 제 2 스팀 드럼(23)으로부터 반응 트레인(3a)에 있는 반응기로의 물의 공급들 중단시킴과 동시에, 단일의 공통 스팀 드럼 (7a)으로부터의 냉각제 공급은 반응 트레인(3a)에 있는 반응기로 재도입된다. 일단 이것이 달성되면, 반응 트레인(3a)에 있는 반응기로부터 얻어진 부분적으로 증발된 냉각제(13a)는 단일의 공통 스팀 드럼(15)으로 다시 방향을 바꾸게 된다.

Claims (28)

  1. 발열반응으로부터 열을 제거하기 위한 방법으로서,
    (a) 반응물 공급 스트림을 적어도 2개의 별도의 반응물 하위 스트림으로 분할하는 단계;
    (b) 반응기를 포함하는 별도의 반응 트레인 내로 각각의 반응물 하위 스트림을 공급하는 단계;
    (c) 공통의 냉각제 저장소로부터 배출되는 냉각제 스트림을 각각의 반응기 내로 공급하는 단계;
    (d) 반응물 및 열이 전달되는 냉각제를 생성하기 위해서 상기 반응기에서 발열반응을 수행하는 단계;
    (e) 각각의 반응 트레인으로부터 냉각제로부터 열이 제거되는 단일의 공통 저장소로 전달되는 열에 대한 냉각제를 공급하는 단계;
    (f) 상기 단계 (e)에서 제거되어 상기 단계 (c)로 다시 제공되는 열에 대한 냉각제를 공급하는 단계;를 포함하며,
    상기 단계 (b)에서 상기 반응기들의 각각은 같은 온도와 압력하에서 작동하고, 각각의 반응기에서 발열반응의 진행은, 상기 반응기가 일부분을 형성하는 상기 반응 트레인을 통과하는 반응물 하위 스트림의 유량을 조절함으로써, 및/또는 각각의 반응 트레인 내로 공급되는 반응물 하위 스트림의 조성을 조정함으로써 제어되는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 단계 (a)에서, 상기 반응물 공급 스트림은 적어도 3개의 별도의 반응물 하위 스트림으로 분할되는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 단계 (a)에서, 상기 반응물 공급 스트림은 3개의 별도의 반응물 하위 스트림으로 분할되는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 단계 (c)에서, 공통의 냉각제 시스템으로부터 배출되는 냉각제가 상기 반응 트레인들 중 2개로 공급되고, 별도의 제 2 냉각제 스트림이 제 3 반응 트레인으로 공급되며, 상기 제 2 냉각제 스트림이 상기 단계 (e)에서 제 2 저장소로 공급되는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응기들이 마이크로채널 반응기들인 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각제는 상기 발열반응으로부터 나오는 열전달의 결과로서 적어도 부분적으로 증발하는 것인 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 냉각제가 물인 방법.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 공통의 냉각제 저장소가 스팀 드럼인 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 스팀 드럼은 100 내지 300℃의 온도와 100 내지 3400kPa의 압력하에서 작동하는 방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 발열반응은 피셔 트롭쉬 공정(Fischer Tropsch 공정)이고, 상기 스팀 드럼은 200 내지 225℃의 온도와 1200 내지 2600kPa의 압력하에서 작동하는 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각제가 핫 오일(hot oil)인 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 공통의 냉각제 저장소는 열교환기를 포함하는 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발열반응은 피셔-트롭쉬 반응, 메탄올 제조 및 산화 에틸렌 제조로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 방법.
  14. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응기들은 고체 촉매를 포함하는 방법.
  15. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발열반응은 피셔-트롭쉬 반응이고, 상기 반응물 공급 스트림은 합성가스를 포함하며, 상기 반응 생성물들은 탄화수소 생성물인 방법.
  16. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 반응 트레인은,
    (i) 제 2 냉각제 저장소와 연관된 제 2 냉각제 순환 시스템을 제공하는 단계;
    (ii) 격리될 상기 반응 트레인으로부터 전달되는 열에 대한 냉각제를 상기 제 2 냉각제 저장소로 다시 보내는 단계; 그리고
    (iii) 상기 제 2 냉각제 저장소로부터 배출되는 제 2 냉각제를 격리될 상기 반응 트레인으로 공급 개시함과 동시에, 상기 단계 (c)에서 격리될 상기 반응 트레인으로의 냉각제의 공급을 중단시키는 단계;
    에 의해서 격리되는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 격리될 상기 반응 트레인에서 상기 반응기 또는 반응기들은 상기 반응 트레인이 격리되는 동안에 재생되는 촉매를 포함하는 방법.
  18. 제 16 항에 있어서, 독립 반응 트레인은
    (iv) 상기 제 2 저장소로부터 상기 독립 반응 트레인으로의 제 2 냉각제의 공급을 중단함과 동시에 단계 (c)에서 냉각제 스트림을 상기 독립 반응 트레인으로 재도입하는 단계;
    (v) 상기 독립 반응 트레인에서 상기 반응기의 작동조건이 격리되지 않은 반응기들의 작동조건과 부합할 때까지 (iv) 단계를 진행하는 단계; 그리고
    (vi) 상기 독립 반응 트레인으로부터 전달되는 열에 대한 냉각제를 상기 단일의 공통 저장소로 다시 보내는 단계;
    에 의해서 재도입되는 방법.
  19. 제 16 항에 있어서, 상기 제 2 냉각제는 상기 단계 (c)에서의 냉각제와 같은 방법.
  20. 제 16 항에 있어서, 상기 제 2 냉각제는 상기 단계 (c)에서의 냉각제와 다른 방법.
  21. 발열반응을 개시하는 방법으로서,
    (a) 적어도 하나의 반응기를 각각 포함하는 적어도 2개의 별도의 반응 트레인들을 제공하는 단계;
    (b) 각각의 반응 트레인 내로 공급되는 냉각제를 함유하는 단일의 공통 저장소를 포함하는 공통의 냉각제 순환 시스템을 제공하는 단계;
    (c) 각각의 반응 트레인으로 냉각제의 순환을 시작하는 단계;
    (d) 상기 반응기의 압력을 원하는 반응 압력으로 증가시키는 단계;
    (e) 반응물 공급스트림을 각각의 반응 트레인으로 공급하는 단계;
    (f) 원하는 범위의 발열반응을 얻기 위해서 각각의 반응 트레인을 통해서 상기 반응물 공급스트림의 GHSV를 조정하는 동안에 상기 단일의 공통 저장소의 온도를 증가시키는 단계;
    를 포함하는 방법.
  22. 제 1 냉각제가 공통의 제 1 냉각제 저장소로부터 공급되는 다중 반응 트레인들을 포함하며 각각의 반응 트레인은 반응물 하위 스트림이 공급되는 반응기를 포함하는 발열반응 프로세스 회로로부터 반응 트레인을 격리하는 방법으로서,
    열이 전달되는 제 1 냉각제와 반응 생성물을 생성하기 위해서 상기 반응기에서 발열반응을 수행하는 단계;
    제 2 냉각제 저장소와 연관된 제 2 냉각제 순환 시스템을 제공하는 단계;
    격리될 상기 반응 트레인으로부터 제 2 냉각제 저장소로 전달되는 열에 대하여 상기 제 1 냉각제 방향을 바꾸는 단계; 그리고
    상기 제 2 냉각제 저장소로부터 격리될 상기 반응 트레인으로 제 2 냉각제의 공급을 개시함과 동시에 격리될 상기 반응 트레인으로 제 1 냉각제의 공급을 중단하는 단계;
    를 포함하는 방법.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 제 1 냉각제와 상기 제 2 냉각제가 같은 방법.
  24. 제 22 항에 있어서, 상기 제 1 냉각제와 상기 제 2 냉각제가 다른 방법.
  25. 제 1 냉각제가 공통의 제 1 냉각제 저장소로부터 공급되는 다중 반응 트레인들을 포함하며 각각의 반응 트레인은 반응물 하위 스트림이 공급되는 반응기를 포함하는 발열반응 프로세스 회로로부터 반응 트레인을 격리하는 방법으로서,
    열이 전달되는 제 1 냉각제와 반응 생성물을 생성하기 위해서 각각의 반응 트레인의 상기 반응기에서 발열반응을 수행하는 단계;를 포함하며,
    독립 반응 트레인은 제 2 냉각제 저장소로부터 제 2 냉각제를 공급하며,
    상기 방법은,
    상기 독립 반응 트레인으로 제 1 냉각제의 공급을 개시함과 동시에 상기 독립 상기 반응 트레인으로 제 2 냉각제의 공급을 중단하는 단계;
    상기 독립 반응 트레인에서 상기 반응기의 작동조건이 격리되지 않은 반응기들의 작동조건과 부합할 때까지 상기 공급을 중단하는 단계를 진행하는 단계; 그리고
    독립 상기 반응 트레인으로부터 상기 공통의 냉각제 저장소로 전달되는 열에 대하여 상기 제 1 냉각제 방향을 바꾸는 단계;
    를 포함하는 방법.
  26. 발열반응으로부터 열을 제거하기 위한 방법으로서,
    (a) 반응물 공급 스트림을 적어도 2개의 별도의 반응물 하위 스트림으로 분할하는 단계;
    (b) 반응기를 포함하는 별도의 반응 트레인 내로 각각의 반응물 하위 스트림을 공급하는 단계;
    (c) 공통의 냉각제 저장소로부터 배출되는 냉각제 스트림을 각각의 반응기 내로 공급하는 단계;
    (d) 반응 생성물 및 전달되는 열에 대한 냉각제를 생성하기 위해서 상기 반응기에서 발열반응을 수행하는 단계;
    (e) 각각의 반응 트레인으로부터 냉각제로부터 열이 제거되는 단일의 공통 저장소로 전달되는 열에 대한 냉각제를 공급하는 단계;
    (f) 상기 단계 (e)에서 제거되어 상기 단계 (c)로 다시 제공되는 열에 대한 냉각제를 공급하는 단계;를 포함하며,
    상기 냉각제는 발열반응 온도보다 낮은 끓는점을 갖는 유체이고,
    상기 단계들 (d) 및 (e)에서 전달되는 열에 대한 냉각제는 2상 냉각제이고; 그리고
    각각의 반응기에서 발열반응의 진행은 상기 2상 냉각제의 압력을 조정함으로써 제어되는 방법.
  27. 반응 트레인에 포함된 시동 반응기에서 발열반응을 시작하는 방법으로서,
    a) 적어도 하나의 반응기를 각각 포함하는 다중 반응 트레인들을 제공하는 단계;
    b) 상기 반응 트레인이 발열반응이 시작되는 시동 반응기를 포함하는 것을 제외하고 각각의 반응 트레인 내로 공급되는 제 1 냉각제를 함유하는 단일의 공통 저장소를 포함하는 공통의 냉각제 순환 시스템을 제공하는 단계;
    c) 상기 시동 반응기를 포함하는 상기 반응 트레인 내로 공급되는 제 2 냉각제를 함유하는 제 2 냉각제 저장소와 연관된 제 2 냉각제 순환 시스템을 제공하는 단계;
    d) 상기 시동 반응기에서의 압력을 원하는 반응 압력으로 증가시키는 단계;
    e) 상기 시동 반응기를 포함하는 상기 반응 트레인 내로 반응물 공급스트림을 공급하는 단계;
    f) 상기 시동 반응기를 빠져나가는 냉각제가 상기 공통의 냉각제 순환 시스템으로 재도입되도록 상기 시동 반응기의 작동조건이 설정될 때까지 e) 단계를 진행하는 단계;
    g) 상기 시동 반응기를 포함하는 상기 반응 트레인으로 제 1 냉각제의 공급을 개시함과 동시에 상기 시동 반응기를 포함하는 상기 반응 트레인으로 제 2 냉각제의 공급을 중단하는 단계; 그리고
    h) 상기 시동 반응기를 포함하는 상기 반응 트레인으로부터 배출되는 제 1 냉각제를 상기 단일의 공통 저장소로 다시 보내는 단계;
    를 포함하는 방법.
  28. 제 8 항에 있어서, 상기 발열반응은 피셔 트롭쉬 공정(Fischer Tropsch 공정)이고, 상기 스팀 드럼은 200 내지 220℃의 온도와 1700 내지 1900kPa의 압력하에서 작동하는 방법.
KR1020177013399A 2014-10-20 2015-10-20 열을 제거하는 방법 KR102425630B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201462066233P 2014-10-20 2014-10-20
US62/066,233 2014-10-20
PCT/GB2015/053131 WO2016063043A2 (en) 2014-10-20 2015-10-20 Process of removing heat

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170078702A KR20170078702A (ko) 2017-07-07
KR102425630B1 true KR102425630B1 (ko) 2022-07-27

Family

ID=54545382

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020177013399A KR102425630B1 (ko) 2014-10-20 2015-10-20 열을 제거하는 방법

Country Status (9)

Country Link
US (4) US9822049B2 (ko)
JP (1) JP6357586B2 (ko)
KR (1) KR102425630B1 (ko)
CN (2) CN113289561A (ko)
AU (1) AU2015334662B2 (ko)
CA (1) CA2964526C (ko)
DE (1) DE112015004756T5 (ko)
GB (1) GB2550677B (ko)
WO (1) WO2016063043A2 (ko)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106478383B (zh) * 2015-08-28 2019-07-09 中国石油化工股份有限公司 甲醇制二甲醚的方法和反应设备及甲醇制烯烃的方法和系统
FR3050123B1 (fr) * 2016-04-15 2021-01-22 Engie Dispositif et procede d'hydrogenation du co2 pour produire du methanol et dispositif et procede de cogeneration de methanol et de methane de synthese
US10258953B2 (en) * 2016-08-05 2019-04-16 Covestro Llc Systems and processes for producing polyether polyols
CN110787755B (zh) * 2019-11-08 2020-10-20 李德祥 一种反应釜汽包与相关管道的布置方法
CN113813989B (zh) * 2020-06-18 2023-05-26 中国石油天然气股份有限公司 丙烯醛的制备方法
GB2609508B (en) * 2021-08-02 2023-10-18 Velocys Tech Ltd Process
CA3227482A1 (en) 2021-08-02 2023-02-09 Velocys Technologies Limited Process for operating a plant facility during catalyst regeneration

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050175519A1 (en) * 2004-02-06 2005-08-11 Rogers William A.Jr. Microchannel compression reactor
JP2009102275A (ja) * 2007-10-24 2009-05-14 Tsukishima Kikai Co Ltd パラジクロロベンゼンの製造方法
JP2012158663A (ja) * 2011-01-31 2012-08-23 Japan Oil Gas & Metals National Corp 温度制御システム

Family Cites Families (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1252662B (ko) 1965-06-25
CH534005A (de) 1968-02-01 1973-02-28 Bayer Ag Verfahren zur Herstellung eines Palladium und Gold enthaltenden Katalysators
IL84232A (en) 1986-10-31 1992-06-21 Shell Int Research Catalyst and process for the catalytic production of ethylene oxide
US5557014A (en) 1990-03-05 1996-09-17 Catalytica, Inc. Catalytic system for olefin oxidation to carbonyl products
US5418202A (en) 1993-12-30 1995-05-23 Shell Oil Company Ethylene oxide catalyst and process
DE19523271A1 (de) 1995-06-27 1997-01-02 Hoechst Ag Katalysator und Verfahren zur Herstellung von Vinylacetat
US5705661A (en) 1995-09-25 1998-01-06 Mitsubishi Chemical Corporation Catalyst for production of ethylene oxide
US6022823A (en) 1995-11-07 2000-02-08 Millennium Petrochemicals, Inc. Process for the production of supported palladium-gold catalysts
DE19651287A1 (de) 1996-12-10 1998-06-18 Wacker Chemie Gmbh Ionische Organosiliciumverbindungen, deren Herstellung und Verwendung
US6072078A (en) 1997-12-12 2000-06-06 Celanese International Corporation Vinyl acetate production using a catalyst comprising palladium, gold, copper and any of certain fourth metals
GB9810928D0 (en) 1998-05-22 1998-07-22 Bp Chem Int Ltd Catalyst and process
US6106695A (en) * 1999-03-22 2000-08-22 Uop Llc Catalytic hydrocracking process
US6312586B1 (en) 1999-09-27 2001-11-06 Uop Llc Multireactor parallel flow hydrocracking process
US6512017B1 (en) * 1999-10-14 2003-01-28 Sasol Technology (Proprietary) Limited Handling of a catalyst
MXPA02010245A (es) 2000-05-01 2003-05-23 Scient Design Co Catalizador de oxido de etileno.
US7012103B2 (en) * 2003-03-24 2006-03-14 Conocophillips Company Commercial fischer-tropsch reactor
US7294734B2 (en) 2003-05-02 2007-11-13 Velocys, Inc. Process for converting a hydrocarbon to an oxygenate or a nitrile
US8747805B2 (en) 2004-02-11 2014-06-10 Velocys, Inc. Process for conducting an equilibrium limited chemical reaction using microchannel technology
WO2006020709A1 (en) 2004-08-12 2006-02-23 Velocys Inc. Process for converting ethylene to ethylene oxide using microchannel process technology
US7468455B2 (en) 2004-11-03 2008-12-23 Velocys, Inc. Process and apparatus for improved methods for making vinyl acetate monomer (VAM)
WO2006055609A1 (en) * 2004-11-16 2006-05-26 Velocys Inc. Multiphase reaction process using microchannel technology
DE102007024934B4 (de) * 2007-05-29 2010-04-29 Man Dwe Gmbh Rohrbündelreaktoren mit Druckflüssigkeitskühlung
CN100523132C (zh) * 2007-06-13 2009-08-05 中国石油天然气集团公司 一种利用固定床装置进行费托合成的方法
CN101480592B (zh) * 2008-01-12 2012-01-11 杭州林达化工技术工程有限公司 一种固定床组合反应设备
US7745667B2 (en) 2008-04-07 2010-06-29 Velocys Microchannel apparatus comprising structured walls, chemical processes, methods of making formaldehyde
US8137476B2 (en) * 2009-04-06 2012-03-20 Synfuels International, Inc. Secondary reaction quench device and method of use
JP5793325B2 (ja) * 2011-03-30 2015-10-14 独立行政法人石油天然ガス・金属鉱物資源機構 温度制御システム、炭化水素合成反応装置、炭化水素合成反応システム
CN103619459B (zh) * 2011-06-23 2016-08-17 陶氏技术投资有限责任公司 氧化烯烃的生产
JP6120015B2 (ja) 2011-07-19 2017-04-26 ヴェロシス インコーポレイテッド マイクロチャネルリアクタ及び製作工程
US8889747B2 (en) 2011-10-11 2014-11-18 Bp Corporation North America Inc. Fischer Tropsch reactor with integrated organic rankine cycle
GB201214122D0 (en) 2012-08-07 2012-09-19 Oxford Catalysts Ltd Treating of catalyst support
KR20140080661A (ko) * 2012-12-13 2014-07-01 재단법인 포항산업과학연구원 고발열량의 합성천연가스 제조장치 및 그 제조방법
BR112016021286B1 (pt) * 2014-03-17 2021-05-11 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. método para a partida e a operação de um reator de fischer-tropsch

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050175519A1 (en) * 2004-02-06 2005-08-11 Rogers William A.Jr. Microchannel compression reactor
JP2009102275A (ja) * 2007-10-24 2009-05-14 Tsukishima Kikai Co Ltd パラジクロロベンゼンの製造方法
JP2012158663A (ja) * 2011-01-31 2012-08-23 Japan Oil Gas & Metals National Corp 温度制御システム

Also Published As

Publication number Publication date
US20160107962A1 (en) 2016-04-21
US20210070681A1 (en) 2021-03-11
US10851035B2 (en) 2020-12-01
CN113289561A (zh) 2021-08-24
CA2964526C (en) 2024-02-13
KR20170078702A (ko) 2017-07-07
US20190016654A1 (en) 2019-01-17
WO2016063043A2 (en) 2016-04-28
JP6357586B2 (ja) 2018-07-11
CA2964526A1 (en) 2016-04-28
GB2550677B (en) 2018-07-25
US10065911B2 (en) 2018-09-04
WO2016063043A3 (en) 2017-03-02
DE112015004756T5 (de) 2017-09-28
US9822049B2 (en) 2017-11-21
CN106999899A (zh) 2017-08-01
AU2015334662A1 (en) 2017-05-04
GB2550677A (en) 2017-11-29
JP2017537773A (ja) 2017-12-21
US20180072643A1 (en) 2018-03-15
US11247953B2 (en) 2022-02-15
GB201706468D0 (en) 2017-06-07
AU2015334662B2 (en) 2018-06-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102425630B1 (ko) 열을 제거하는 방법
JP5051924B2 (ja) メタン転換製造プロセス
JP5305486B2 (ja) メタンからの芳香族炭化水素の製造
US7781636B2 (en) Process for methane conversion
JP5501564B2 (ja) 重質オレフィン再循環ストリームの選択的水素化処理によるオキシジェネートのプロピレンへの転化方法
RU2460581C2 (ru) Получение ароматических углеводородов из метана
US7803332B2 (en) Reactor temperature control
JP5235414B2 (ja) 多帯域を有し、再生または新鮮な触媒の各帯域への追加を伴う移動床反応装置
WO2007123977A2 (en) Production of aromatics from methane
US8796496B2 (en) Process for preparing benzene from methane
US10087124B2 (en) Production of aromatic hydrocarbons
EP2038374A2 (en) Reactor system with interstage product removal
CN107223119A (zh) 将链烷烃升级成馏出物和润滑剂基础油料
JP2016540632A (ja) 反応管内で流動層を形成しながら吸熱反応を実施する方法及び装置
TW200835669A (en) Process and apparatus for alkylation of aromatic compound with aliphatic mono-olefin compound of 8 to 18 carbon atoms
JP2024511665A (ja) 触媒再生を伴う、エタノールとアセトアルデヒドとの混合物から１，３－ブタジエンを生産するための断熱的に実施されるプロセス
Cheng Process Intensified Gas-to-Liquids Technology Enhanced by Microfibrous Entrapped Catalyst Structure
JP2024511854A (ja) エタノールとアセトアルデヒドとの混合物から１，３－ブタジエンを生産するための断熱的に実施されるプロセス

Legal Events

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