KR102481706B1 - 당의 열분해 단편화 - Google Patents

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Abstract

당으로부터 옥시게네이트의 대규모이며 에너지 효율적인 생산을 위한 과정이 개시되며, 여기서 당 공급원료는 열 보유 입자의 유동화된 스트림을 포함하는 열분해 단편화 반응기에 도입된다. 열 보유 입자는 단편화 생성물을 냉각하기 전에 유동화된 스트림으로부터 분리될 수 있고, 입자를 재가열하고 가열된 입자를 단편화 반응기로 재순환시키기 위해 재가열장치로 보내질 수 있다.

Description

당의 열분해 단편화
본 발명은 당 공급원료를 C1-C3 옥시게네이트 생성물로 전환하는 과정 및 이 과정을 수행하기에 적합한 시스템에 관한 것이다. 이 과정 및 시스템은 산업 용도에 적합하며, 과정은 대규모, 연속 공정으로 수행될 수 있다.
바이오매스는 상업용 화학물질의 제조를 위한 공급원료로서 석유를 보강하고 아마도 대체할 수 있는 가능성으로 인해 원료로서 특히 관심을 받고 있다. 최근, 바이오매스를 활용하기 위한 다양한 기술이 조사되었다. 탄수화물이 바이오매스의 큰 부분을 차지하며, 상업용 화학물질의 제조를 위한 공급원료로서 이들의 효과적인 사용을 위한 다양한 전략이 확립되고 있는 중이다. 이들 전략은 다양한 발효-기반 과정, 열분해, 및 수소화분해 또는 하이드로포밀화 또는 산 촉매화된 탈수와 같은 상이한 과정들을 포함한다.
바이오매스로부터 생산된 화학물질의 예들은 대체 천연가스, 바이오연료, 예컨대 에탄올 및 바이오디젤, 식품 갈변 물질, 및 상업용 화학물질, 예컨대 디올류(에틸렌글리콜 및 프로필렌글리콜), 산류(락트산, 아크릴산 및 레불린산) 및 광범위한 다른 중요한 화학 중간체(에피클로로하이드린, 이소프렌, 푸르푸랄 및 합성가스)를 포함한다.
열분해 분야에서는 상기 화학물질들의 생산을 위해 고체 바이오매스 및 다른 셀룰로오스계 물질에 기초한 공급원료를 사용하는 것에 노력이 집중되었다.
식품 갈변 물질을 생산하기 위한 공급원료로서 당을 사용하려는 노력이 일부 있었는데, 이것은 핵심 갈변제로서 다량의 글리콜알데하이드(하이드록시아세트알데하이드라고도 한다)를 포함한다.
US 5,397,582와 상응하는 WO 92/17076(Underwood)은 두 다른 타입의 기체-고체 접촉 반응기에 당 및/또는 녹말을 분사(inject)함으로써 식품을 갈변시키기 위한 '훈연액'(liquid smoke)을 제조하는 방법을 설명한다. 한 반응기 타입은 '다우너'(downer) 타입이며, 여기서 당이 열 담체(예를 들어 모래)와 접촉됨으로써 열분해 생성물이 생성되고, 다른 타입은 업-플로우(up-flow) 타입 유동층 반응기이다. 후자의 반응기에서 공급원료가 모래 형태의 열 담체 입자에 분사된다. 열분해 단편화 동안 생성물 증기가 형성된다. 생성물 증기의 스트림과 소비된 열 담체 입자는 2개의 연속한 외부 사이클론(cyclone)으로 수송되고, 결과의 증기 스트림은 응축된다. 숯 잔류물을 포함하는 열 담체 입자는 제1 단계 사이클론으로부터 단편화 반응기의 바닥으로 재순환된다. 생성물 증기의 체류 시간은 0.03-2초, 단편화 온도는 400-1000℃, 300℃ 미만으로 열분해 증기의 퀸칭(quenching)은 0.6s 미만 내에 일어난다. 소비된 열 담체 입자를 재가열하기 위한 열이 제공되는 방식은 불분명하다. 550℃에서 이 장치에서 일어나는 분말화된 녹말의 열분해는 열분해 액체를 제공하며, 회수된 유기물의 절반은 글리콜알데하이드였다.
US 7,094,932(Majerski)는 고 농도의 글리콜알데하이드를 가진 열분해 생성물로의 당, 및 특히 글루코오스의 수성 용액의 열분해 단편화에 의해 식품 갈변 성분을 생산하는 방법을 설명한다. 이 방법은 모래 입자의 치밀 유동층을 사용한다(기포층(bubbling bed)이라고도 한다). 25-99%의 물을 포함하는 글루코오스 용액이 반응기 층에 도입되고 500-600℃의 온도에서 반응된다. 반응기 내의 체류 시간은 0.1-5초인 것으로 제안된다. 열은 전기적 가열에 의해 제공된다. 기체상 반응 생성물이 표면 응축기에서 응축된다. 응축된 액체 단편화 생성물에서 글리콜알데하이드의 수율은 질량 기준으로 반응기에 공급된 당의 적어도 50 중량%이다. 액체 단편화 생성물은 폼알데하이드, 글리콜알데하이드, 글리옥살, 피루브알데하이드 및 아세톨을 포함하는 C1-C3 옥시게네이트 화합물을 포함한다. 이 반응의 주 생성물은 글리콜알데하이드이고, 응축물에서 당 원료의 최대 85-89%의 탄소 회수가 달성되었다. US 7,094,932의 실시예 6에서, 이 방법은 상기와 동일한 종류의 대형 장치에 50% 덱스트로오스 일수화물(글루코오스)를 함유하는 원료를 7.3 kg/hr로 공급함으로써 스케일업되었으며, 이것은 66%의 글리콜알데하이드 수율을 제공한다. 이 시스템에서 체류 시간은 2-3초였고, 온도는 530-560℃의 범위였다. 열은 역시 전기에 의해 제공되었다.
WO 2014/131764는 최대 600 ㎡/g의 표면적을 가진 유동층 물질의 존재하에서 700℃ 미만의 온도에서 당 용액을 열분해함으로써 당 용액으로부터 케텐을 생산하는 방법을 설명한다. 유동층 물질은 실리카이고 체류 시간은 50-150ms이다.
Underwood와 Majerski는 둘 다 당의 글리콜알데하이드로의 높은 전환율을 제공하기 위해 열 담체로서 모래 입자를 사용하고 짧은 체류 시간을 가진 반응기에서 당을 열분해하는 것에 의해 글리콜알데하이드 부화 생성물을 생산하는 시스템을 제안했다. 그러나, 제안된 시스템은 열분해 단편화에 의해 산업적 규모로 당을 글리콜알데하이드 부화 C1-C3 옥시게네이트 혼합물로 전환하기에는 적합하지 않다.
유동층 반응기는 여러 공급원료를 가공하기 위해 사용된다. 이들은 다수의 상이한 유동화 방식으로 작동될 수 있다. 바람직한 방식은 해당 공급원료 및 얻어져야 하는 원하는 화학에 따라 선택되며, 이것은 유동층 반응기에 대해 상당한 수의 상이한 반응기 구성형태를 낳는다.
열분해에 의한 바이오매스의 바이오-오일로의 전환을 위해 몇몇 반응기 구성형태가 조사되었는데, 예컨대 예를 들어 치밀상(즉, 기포유동층) 및 희석상(즉, 수직관(riser)) 반응기뿐만 아니라 근본적으로 상이한 반응기 타입, 예컨대 융제 열분해(ablative pyrolysis) 반응기가 조사되었다.
WO 2012/115754는 고체 바이오매스, 예컨대 목재 또는 다른 식물 유래 물질과 고체 열 담체, 예컨대 모래가 수직관 반응기의 바닥에서 혼합되고 열분해 조건에 노출됨으로써 열분해 유출물이 제공되는 열분해 방법을 설명한다. 열분해 유출물은 사이클론 분리기로 보내지고, 여기서 (1) 고체 숯과 고체 열 담체의 재순환된 부분을 모두 포함하는 고체-부화된 분획 및 (2) 열분해 생성물을 포함하는 고체-고갈된 분획으로 분리된다. 열분해 생성물은 미정제 열분해 오일 및 카복실산, 페놀 및 케톤과 같은 다른 가치있는 화학물질을 포함한다. 고체-부화된 분획은 열 담체 입자의 유동층을 포함하는 재가열장치 반응기로 보내지며, 여기서 고체 숯 부산물이 산소 함유 가스의 존재하에서 연소되고 재가열장치 반응기의 온도를 감소시키기 위해 퀀치(quench) 매체가 첨가된다. 재가열된 고체 열 담체는 열분해 수직관 반응기로 재순환되며, 여기서 열 담체 입자는 차례로 열을 열분해 반응 혼합물로 전달하여 열분해 반응을 추진한다. 증기상 열분해 생성물은 냉각되고 회수된다.
유동층의 다른 용도는 촉매 또는 열 방식의 탄화수소의 크래킹(cracking)을 위한 것이다. 촉매 크래킹은 유체 촉매 크래킹(FCC) 과정에 의해 수행될 수 있으며, 여기서 고-비등 석유 분획이 가솔린과 같은 비교적 가벼운 생성물로 전환된다. 열 크래킹의 예는 중유 분획, 즉 역청이 가스 오일로 전환되는 유체 코킹(coking) 과정, 또는 나프타가 에틸렌 및 프로필렌으로 전환되는 열 크래킹 과정이다. 이들 크래킹 과정은 주로 순환식 유동층 시스템에서 수행된다.
경질 및 중질 FCC 공급원료를 크래킹하기 위한 적합한 한 이러한 장치가 US 5,302,280(Lomas)에 설명된다. 설명된 시스템은 촉매를 사용하여 공급원료를 크래킹하는 수직관 반응기를 포함한다. 크래킹 후, 촉매 입자는 증기로부터 분리되고 재생장치 반응기로 수송되며 증기는 퀀치된다. 촉매 입자는 치밀 유동층에서 산소 함유 스트림과 접촉되며, 그 결과 잔류 코크스의 연소가 일어나 촉매에 열이 제공되고 촉매 입자로부터 코크스가 제거된다.
따라서, C1-C3 옥시게네이트 생성물의 신규 사용이 개발되고 있는 중이며 이들 생성물에 대한 수요 증가가 예상된다. 이러한 옥시게네이트 생성물은, 예를 들어 옥시게네이트 생성물의 수소화에 의해 에틸렌글리콜 및 프로필렌글리콜을 생산하거나(예를 들어 WO 2016/001169 참조), 또는 WO 2017/064267에 설명된 대로 황화수소를 스캐빈징하는데 사용될 수 있다. 그러나, 많은 다른 사용도 고안될 수 있다. 우리가 아는 한 실제로 높은 수율로 당을 글리콜알데하이드 부화 혼합물로 대규모 열분해 전환하는데 적합한 시스템 및 과정은 존재하지 않는다.
따라서, 대규모 생산에 적합한 당으로부터 C1-C3 옥시게네이트의 제조를 위한 높은 수율을 제공하는 개선된 과정뿐만 아니라 이러한 과정에서 사용하기 위한 시스템에 대한 필요성이 여전히 있다.
고 수율 및 효능으로 고 순도의 지속가능한 공급원으로부터 C1-C3 옥시게네이트를 생산하고자 한 본 발명자들은 지속가능한 공급원의 열분해 단편화(열분해)를 수행하기 위해 이용가능한 과정 및 시스템이 산업적 규모에서 이들을 이러한 사용에 부적합하게 하는 다양한 단점을 가진다는 것을 알았다.
발명자들은 이제 산업적 규모로 고 순도 C1-C3 옥시게네이트를 생산하기 위한 과정을 발견했다. 이 과정은 단편화 반응기에서 당 용액의 열분해 단편화를 수행하는 단계를 수반하며, 여기서 열 보유 입자의 유동층이 당 용액을 수용하고 수직관 타입 반응기로 전달하며, 입자의 주요 분획이 생성물 스트림으로부터 제거된 후에 생성물 스트림의 퀀치가 수행되며, 제거된 입자는 가열 및 가열된 입자의 단편화 반응기로의 재순환을 위해 재가열장치 반응기로 전달된다. 이러한 과정은 매우 에너지 효율적인 과정을 가져오며 또한 C1-C3 옥시게네이트의 매우 높은 수율을 제공한다. 발명자들은 또한 당이 공급원료일 때 열 보유 입자를 재가열하는 것은 외부 공급원으로부터 열의 공급을 필요로 하며 별도의 반응기에서 재가열을 수행하는 것이 유익하다는 것을 발견했다.
본 발명의 한 양태에 따라서, C1-C3 옥시게네이트로 당의 열분해 단편화를 위한 방법이 제공되며, 상기 방법은
a) 열을 보유하며 유동화에 적합한 입자를 제공하는 단계;
b) 수직관을 포함하며 열분해 단편화를 수행하는데 적합하고 입자의 스트림의 유동화에 적합한 유동층 단편화 반응기를 제공하는 단계;
c) 당을 포함하는 공급원료 용액을 제공하는 단계;
d) 열분해 단편화가 일어난 후 적어도 250℃, 예컨대 적어도 300, 350, 400 또는 450℃의 온도를 유지하기에 충분한 속도로 단편화 반응기에 입자를 도입하는 단계;
e) 입자의 유동화된 스트림에 공급원료를 도입하여 당의 열분해 단편화를 획득함으로써 입자 치밀 단편화 생성물을 생성하는 단계; 다음에
f) 입자 치밀 단편화 생성물로부터 입자의 분획을 분리하여 입자 희박 단편화 생성물을 생성하는 단계;
g) 적어도 50℃로 입자 희박 단편화 생성물을 퀀칭하는 단계로서, 입자 함유 유동화 스트림에 공급원료를 도입하는 단계에서 퀀치가 수행될 때까지 가스의 평균 체류 시간이 최대 5초, 예컨대 최대 3초, 예컨대 최대 2, 1, 0.8, 또는 0.6초인 단계; 및
h) 미정제 단편화 생성물을 회수하는 단계;
i) 단계 f)에서 분리된 입자를 가열을 위해 재가열장치로 전달하는 단계; 및
j) 가열된 입자를 단편화 반응기로 재순환시키는 단계
를 포함한다.
이러한 방법은 C1-C3 옥시게네이트의 고 수율 및 원치않는 부산물의 낮은 함량을 갖는 미정제 단편화 생성물을 생성하는 에너지 효율적인 과정을 제공하는 이점을 가진다. 이것은 본 발명의 특징들의 조합을 통해서 획득되며, 이들은 공급원료로서 당 용액의 사용, 높은 열 전달률, 짧은 단편화 생성물 증기 체류 시간, 단편화 생성물 증기의 퀀칭 전에 제1 입자 제거, 일차 분리 후 빠르게 단편화 생성물 증기 퀀칭, 및 외부 재가열장치에서 입자 재가열을 포함한다. 이 방법은 높은 에너지 효율을 보장하고, 예를 들어 에틸렌글리콜 및 프로필렌글리콜로의 추가의 가공을 위해, C1-C3 옥시게네이트의 대규모 생산에서 사용하기에 적합하다. 이 방법은 C1-C3 옥시게네이트의 연속 생산을 위해 적합하다.
열 보유 입자는, 예를 들어 다른 반응기에서 고온 가스와의 직접 접촉에 의해, 단편화 반응기의 바깥쪽 가열장치에서 가열되고 이어서 단편화 반응기에 도입된다. 입자는, 당의 열분해 단편화가 일어날 만큼 충분히 당 용액으로 열의 전달을 제공하고 C1-C3 옥시게네이트의 상당한 분획을 포함하는 단편화 생성물 스트림이 얻어질 수 있도록 입자 가열장치로부터 단편화 반응기까지 열을 보유하기에 충분한 온도로 가열된다. 유동층 내에서 입자의 유량(flow)은 공급원료에 원하는 열의 양을 제공하도록 공급원료 유량에 맞춰 조정될 수 있다. 높은 열 용량을 가진 물질의 입자는 더 낮은 열 용량을 가진 물질의 입자보다 더 낮은 질량 유속(mass flow rate)을 필요로 한다. 본 발명에 따른 구체예에서, 단계 a)의 입자는 적어도 10 kg/s의 질량 유속으로, 바람직하게 10 - 1000 kg/s의 질량 유속으로 단편화 반응기에 도입된다.
본 발명의 맥락에서, 단편화 생성물은 당의 열분해 단편화로부터 얻어진 증기상 스트림을 말한다. 입자 치밀 단편화 생성물은 제1 입자 분리 전 더 높은 입자 로드를 포함하는 단편화 생성물을 말하고, 입자 희박 단편화 생성물은 제1 입자 분리 후 더 적은 입자를 포함하는 단편화 생성물을 말한다. 미정제 단편화 생성물은 입자의 분획이 제거된 단편화 반응기로부터 회수된 스트림을 말한다.
입자는 바람직하게 모래, 실리카, 유리, 알루미나, 스틸, 및 탄화규소로 구성되는 군으로부터 선택된다.
바람직하게, 입자의 평균 입자 크기는 20-400μm, 예컨대 20-300, 20-200 또는 20-100μm이다.
유동층 반응기는 일반적으로 반응기의 바닥으로 도입되는 유동화 가스 스트림에 의해 유동화될 수 있는 입자의 층을 제공하는 반응기이다. 유동화 가스 스트림의 속도 및 물성은 입자의 물성과 조합되어 층 내의 입자의 유동화 상태를 조절한다. 치밀층/난류층/기포층은 일반적으로 반응기 내에서 0.1-2 m/s의 유동화 가스 스트림의 겉보기 속도를 갖는 것으로 간주된다. 쾌속층(또는 수직관/수송 반응기)은 일반적으로 반응기 내에서 3-22 m/s의 유동화 스트림의 겉보기 속도를 갖는 것으로 간주된다. 그러나, 정확한 속도 범위는 입자 및 유동화 가스의 물성에 의존하며, 당업자에 의해 실험적으로 결정되거나 계산될 수 있다.
본 발명에서, 열분해 단편화는 쾌속 유동화 방식으로 작동하는 유동층 반응기에서, 즉 수직관 타입 반응기에서 수행된다. 일반적으로, 수직관은 수직으로 연장된 반응기이며, 하부 부분에 유동화 스트림 입구, 입자 입구 및 공급원료 입구를 포함하고, 입자 입구는 유동화 입구 하류에 제공되며, 공급원료 입구는 입자 입구 하류에 제공된다. 본 발명의 목적을 위해, 입자는 입자 입구와 공급원료 입구 사이의 구역에서 치밀상 유동층을 형성할 수 있다. 유동화 스트림과 유동화 스트림 입구는 같이 생략될 수 있다. 예를 들어, 공급원료가 열 보유 입자 직후에 도입될 수 있고 따라서 유동화 스트림으로 작용할 수 있다.
단편화 반응기의 입자 입구에서 입자의 온도는 바람직하게 적어도 300℃, 예컨대 적어도 400, 450, 500, 550, 600 또는 650℃이다. 바람직하게, 입자 입구에서 입자의 온도는 300-800℃의 범위 내, 예컨대 400-800 또는 450-650℃의 범위 내이다.
공급원료는 열 보유 입자의 도입 후에 임의의 지점에서 도입될 수 있다. 공급원료가 열 보유 입자와 만날 때 증발 구역이 형성되며, 여기서 용매가 증발하고 당 단편화로부터 기체상 생성물이 생성되기 시작한다. 이것은 가스의 겉보기 속도의 증가를 가져오며, 이로써 열 보유 입자가 부유 수송된다. 따라서, 공급원료 입구의 하류에서 열 보유 입자와 공급원료는 증발 구역 위에 쾌속층을 형성하고, 이것이 수직관으로서 언급될 수 있다. 본 발명의 구체예에 따라서, 공급원료 입구는 수직관의 하부 부분에 제공된다.
본 발명에 따른 구체예에서, 단편화 반응기는 수직관의 하류에 입자 치밀 단편화 생성물로부터 입자의 분획을 분리하기 위한 제1 입자 분리장치를 포함한다. 제1 입자 분리장치는 그것이 수직관 바로 뒤에 위치되는 경우 수직관 종료점으로서 언급될 수 있다. 제1 입자 분리장치가 단편화 생성물 스트림의 냉각 또는 퀀칭에 앞서 포함되는 경우, 단편화 생성물 스트림의 냉각 동안 열 보유 입자의 분획의 냉각이 방지될 수 있고, 그 결과 과정 중에 불필요한 열 손실이 방지된다는 이점이 있다.
본 발명의 구체예에서, 열 보유 입자의 주요 분획이 제1 입자 분리장치에서 분리된다. 따라서, 열 보유 입자의 50 중량% 초과분, 예컨대 적어도 60, 70, 80, 90, 95 또는 심지어 99 중량%가 제1 입자 분리장치에 의해 입자 치밀 단편화 생성물로부터 분리된다. 제1 입자 분리장치는 바람직하게 방향 변화 분리장치이다. 이 타입의 분리장치는 입자로부터 단편화 생성물을 빠르게 분리하고, 이것은 퀀칭이 더욱 신속히 수행되는 것을 허용하며, 따라서 열에 단편화 생성물의 노출을 최소화함으로써 변성 정도 및 단편화 생성물 내의 옥시게네이트 혼합물의 추가의 반응을 감소시킨다. 공급원료의 신속한 가열과 이로써 달성되는 단편화 생성물의 신속한 냉각은 매우 유익한데, 단편화 생성물 내의 옥시게네이트들이 열 및 열 변성에 노출되는 평균 시간 기간은 매우 짧지만, 반응기에 도입된 당의 대부분은 열분해 단편화가 진행되기에 충분한 열에 노출되기 때문이다.
따라서, 공급원료 입구로부터 퀀칭까지 가스의 평균 체류 시간은 0.01 내지 5초의 범위, 예컨대 0.01 내지 3, 0.1 내지 1 또는 0.3 내지 0.8초의 범위 내이다. 반응기에 도입된 당의 주요 부분이 열분해 단편화가 진행될 만큼의 충분한 열에 노출되는데 필요한 수직관 내의 평균 체류 시간은 입자로부터의 열 전달률에 의존한다. 이 열 전달률은 입구에서의 입자 온도, 입자의 열 용량, 당 용액의 용매 등과 같은 요인들에 의존한다. 입자의 속도 및 반응기 디자인은 열분해 단편화를 위해 충분하지만 과도하지 않은 열을 공급하도록 구성될 수 있다. 이 장치로 달성될 수 있는 공급원료의 가열 속도는 매우 높으며 초당 1000℃를 상회한다. 퀀칭 전에 입자 치밀 단편화 생성물로부터 열 보유 입자를 분리하는 것의 이점은 열 보유 입자의 잔열이 회수될 수 있다는 점이다.
본 발명에 따른 구체예에서, 단편화 반응기로부터의 생성물 가스는 입자들이 재가열장치로 전달되기 전에 입자로부터 제거된다. 이것은 생성물 수율을 더 증진시킬 수 있다.
본 발명에 따른 구체예에서, 반응기는 제1 입자 분리장치 하류에 퀀치를 포함한다. 열 보유 입자의 분획의 분리 후에 퀀칭을 수행하는 것의 이점은 더 적은 에너지가 손실된다는 점이다. 이것은 이 과정의 에너지 효율을 개선한다. 추가하여, 단편화 생성물 스트림의 퀀칭이 더 빨리 진행되며, 더 적은 열 보유 입자가 존재할 때는 더 적은 에너지의 전달을 필요로 한다. 바람직하게, 퀀칭은 물 또는 단편화 반응기의 하류 공정으로부터의 재순환 스트림과 같은 액체를 입자 희박 단편화 생성물에 도입함으로써 수행된다. 액체는 열분해 단편화의 하류에서 회수된 중간 또는 최종 생성물일 수 있다. 이것은 에너지 효율을 더 개선한다. 대안으로, 퀀칭은 간접 열 교환에 의해 또는 더 차가운 입자를 입자 희박 단편화 생성물에 들여보냄으로써 수행될 수 있다. 바람직하게, 입자는 단지 더 차가운, 열 보유 입자로서 사용된 입자와 동일한 종류의 입자이다. 이것의 이점은 입자가 입자의 재순환 스트림으로 들어가고 그것의 일부를 형성할 수 있다는 점이다. 액체는, 예컨대 단편화 반응기 내의 노즐을 통해서, 입자 희박 단편화 생성물에 분사되거나 분무될 수 있다.
본 발명에 따른 구체예에서, 입자 희박 단편화 생성물은 450℃ 아래, 예컨대 400, 350 또는 300℃ 아래의 온도로 퀀치된다.
당의 열분해 단편화는 주로 공급원료의 증발로 인해 흡열 반응이 된다. 따라서, 추가의 열이 제공되지 않는다면 열 보유 입자는 이 과정 동안 일부 열을 상실할 것이다. 본 발명의 구체예에 따라서, 단편화 반응기의 입자 입구와 입자 출구 사이에 입자의 온도 차이는 10-600℃, 예컨대 50-250℃의 범위 내이다. 본 발명의 다른 구체예에 따라서, 단편화 반응기의 입자 출구에서 열 보유 입자의 온도는 250-700℃, 예컨대 300-600 또는 350-550℃의 범위 내이다.
입자 치밀 단편화 생성물로부터 제1 입자 분리장치에서 분리된 열 보유 입자는 재가열장치로 전달되며, 여기서 열 보유 입자가 가열되고 이어서 단편화 반응기로 재순환된다. 열 보유 입자의 이러한 외부 가열은 열의 공급원이 열분해 단편화 반응에 영향을 미치지 않는다는 이점을 가진다. 따라서, 산소가 당의 과-산화에 영향을 미치는 않는 상태에서 흡열 반응을 추진하기 위한 열을 제공하도록 과잉 산소의 존재하에서 연소를 수반하는 가열 공정을 허용한다.
본 발명에 따른 구체예에서, 재가열장치는 열 보유 입자를 가열하기 위한 가열 챔버 및 가열을 위한 공급원을 포함한다. 본 발명의 구체예에 따라서, 재가열장치는 수직관을 포함하는 유동층 반응기이다.
바람직하게, 열 보유 입자는 300-800℃, 예컨대 400-800, 400-700 또는 500-700℃의 범위 내의 재가열장치 배출구 온도를 가진다.
단편화 반응기는 퀀치의 하류에 제2 입자 분리장치를 포함할 수 있다. 이것은 임의의 잔류한 열 보유 입자를 제거함으로써 더욱 순수한 단편화 생성물을 얻기 위한 것이다. 가능한 많은 입자를 제거하는 것이 마모 및 하류 공정의 장애물을 감소시킨다. 본 발명의 맥락에서, "제거한다"는 "...의 양을 감소시킨다"는 것을 의미한다. 추가하여, 분리된 열 보유 입자는 재가열장치로 전달될 수 있다. 대안으로, 냉각에 노출된, 제2 입자 분리장치에서 제거된 열 보유 입자는 더 냉각되고 단편화 반응기에서 퀀치 입자로서 사용될 수 있다.
열분해 단편화에 열을 제공하기 위해 열 보유 입자를 사용하는 것의 이점은 단편화 반응기가 반응기의 내부나 표면을 가열하기 위한 수단을 포함할 필요가 없다는 점이다. 그러나, 이것은 단편화 반응기가 이러한 가열 설비를 포함할 수 없다는 것을 의미하지는 않는다. 당의 열분해 단편화에 열을 제공할 수 있는 입자의 사용은 몇 가지 이유 때문에 유익하다. 예를 들어, 입자는 다량의 당에 열 전달을 제공할 수 있는 큰 표면적을 가진다. 이 과정의 규모가 커지는 경우에도 이들 이점이 여전히 적용된다. 실제로, 충분한 열 전달은 본 발명에 따른 과정의 생산성을 아마도 제한하지 않을 것이다.
단계 c)의 공급원료 용액은 당을 포함한다. 본 발명의 구체예에서, 공급원료 용액은 당의 수성 용액이다. 본 발명의 맥락에서, "당"은 주로 단당류 및/또는 이당류(들)의 형태로 하나 이상의 C6 및/또는 C5 당류(saccharide) 단위를 포함하는 탄수화물을 말한다. 본 발명에 따른 구체예에서, 당은 수크로오스, 락토오스, 자일로오스, 아라비노오스, 리보오스, 만노오스, 타가토오스, 갈락토오스, 글루코오스 및 프럭토오스; 또는 이들의 혼합물로 구성되는 군으로부터 선택된다. 당은 또한 당 시럽의 형태일 수 있다. 글루코오스의 열분해 단편화는 글리콜알데하이드를 높은 수율로 제공한다. 따라서, 글루코오스 단위를 포함하는 당은 높은 수율로 글리콜알데하이드를 생산하는 것을 원할 때 바람직하다.
본 발명의 추가의 구체예에 따라서, 공급원료 용액은 최대 90 중량%의 당을 포함하는 수성 용액의 형태로 유동층 반응 챔버에 도입된다. 또 다른 구체예에 따라서, 공급원료 용액은 10 중량% 내지 90 중량%의 당, 예컨대 30 중량% 내지 80 중량%, 또는 40 중량% 내지 70 중량%의 당을 포함하는 수성 용액의 형태로 유동층 반응 챔버에 도입된다.
본 발명에 따른 방법에서 생산된 C1-C3 옥시게네이트는 폼알데하이드(C1), 글리콜알데하이드(C2), 글리옥살(C2), 피루브알데하이드(C3)및 아세톨(C3)로 주로 구성된다. 그러나, 대부분의 경우, C2- 및 C3 옥시게네이트가 가장 가치있는 생성물이다. 본 발명에 따른 방법으로부터 회수된 미정제 단편화 생성물은 이들 C1-C3 옥시게네이트의 혼합물을 포함한다. 이것은 C1-C3 옥시게네이트 혼합물, C1-C3 옥시게네이트 생성물, 및 C1-C3 옥시게네이트와 상호 교환하여 언급될 수 있다. 본 발명의 구체예에서, 단편화 생성물은 글리콜알데하이드가 풍부하며, 이는 C1-C3 옥시게네이트 혼합물의 적어도 50 중량%, 예컨대 적어도 60 중량% 또는 70 중량%가 글리콜알데하이드인 것을 의미한다. 본 발명의 다른 구체예에서, C1-C3 옥시게네이트 혼합물의 적어도 50 중량%, 예컨대 적어도 60 중량%, 70 중량% 또는 80 중량%가 글리콜알데하이드 또는 글리옥살이다. 본 발명의 또 다른 구체예에서, C1-C3 옥시게네이트 혼합물의 적어도 3 중량%, 예컨대 적어도 5 중량% 또는 7 중량는 피루브알데하이드이다. 본 발명의 또 다른 구체예에서, C1-C3 옥시게네이트 혼합물의 적어도 3 중량%, 예컨대 적어도 5 중량% 또는 7 중량는 피루브알데하이드 또는 아세톨이다.
본 발명에 따른 방법은 C1-C3 옥시게네이트의 대규모 생산에 적합하다. 따라서, 그것은 반응기 당 매년 1,000 톤을 초과하는 당의 가공량에 적합하며, 예컨대 건조 당의 중량을 기준으로 하여, 단편화 반응기 당 매년 5,000, 10,000, 50,000, 100,000 또는 1000,000 톤을 초과하는 양에 적합하다.
본 발명에 따른 방법 및 장치는 60 몰%를 상회하는, 예컨대 70, 75 또는 80 몰%를 상회하는 C1-C3 옥시게네이트의 조합된 탄소 수율을 보장한다는 이점을 가진다. C2 및 C3 옥시게네이트가 C1 옥시게네이트보다 일반적으로 더 가치있기 때문에 C2-C3 옥시게네이트를 높은 수율로 획득하는 것이 바람직하다. 본 발명의 구체예에 따라서, C2-C3 옥시게네이트의 조합된 탄소 수율은 60 몰%를 상회하며, 예컨대 70, 75 또는 80 몰%를 상회한다. 본 발명의 다른 구체예에 따라서, C2 옥시게네이트의 조합된 탄소 수율은 50 몰%를 상회하며, 예컨대 60, 70, 75 또는 80 몰%를 상회한다. 본 발명의 또 다른 구체예에 따라서, 글리콜알데하이드의 탄소 수율은 50 몰%를 상회하며, 예컨대 60, 70, 75 또는 80 몰%를 상회한다.
본 발명의 한 양태에 따라서, 재가열장치는 수직관 타입 반응기("수직관"이라고도 한다)이다. 이 타입의 재가열장치를 사용하는 것의 이점은 다량의 입자가 신속하게 재가열될 수 있고 열 보유 입자의 가열로부터 연소 반응을 분리하는 것이 가능하다는 점이다. 열 보유 입자는 입자 입구를 통해서 도입되고 재가열장치 수직관 내에서 가열된다. 가열된 입자는 재가열장치 입자 출구를 통해서 재가열장치 수직관을 빠져나간다. 바람직하게, 입자는 400-800℃, 예컨대 500-700℃의 범위의 재가열장치 배출구 온도를 가진다. 가열된, 열 보유 입자는 재가열장치 입자 출구로부터 단편화 반응기 입자 입구로 순환된다. 열 보유 입자는 단편화 반응기의 입자 출구로부터 도관을 통해서 재가열장치의 입자 입구로 전달된다. 본 발명의 구체예에서, 단편화 반응기의 입자 출구는 재가열장치의 입자 입구보다 높고, 이로써 입자를 수송하는데 있어서 중력의 도움을 받을 수 있다. 유사하게, 가열된 입자는 재가열장치의 입자 출구로부터 도관을 통해서 단편화 반응기의 입자 입구로 전달된다. 본 발명의 구체예에서, 재가열장치의 입자 출구는 단편화 반응기의 입자 입구보다 높고, 이로써 입자를 수송하는데 있어서 중력의 도움을 받을 수 있다. 단편화 반응기와 재가열장치 양쪽에 수직관 반응기를 사용하는 것의 이점은 순환 유동층 시스템이 사용될 수 있다는 점이며, 여기서 입자는 수직관 내에서 부상되며, 그 다음 중력의 도움을 받아 두 수직관 시스템 사이를 입자가 순환하게 된다. 이것은 산업적 규모로 당으로부터 C1-C3 옥시게네이트 혼합물을 생산할 때 큰 이점이다.
높은 탄소 수율을 얻기 위해, 이 방법은 숯이나 코크스를 가능한 거의 생성하지 않는 것이 바람직하다. 그러나, 숯과 코크스의 낮은 수준은 이러한 부산물의 연소로부터 제한된 열 발생을 가져온다. 본 발명에 따른 방법에서는 숯과 코크스의 적은 생산이 얻어진다. 이것은 외부 공급원으로부터 열의 공급을 필요로 한다. 본 발명의 구체예에 따라서, 재가열장치는 연료 및 연소 공기 입구, 버너, 재가열장치 입자 입구, 재가열장치 수직관, 재가열장치 입자 분리장치, 재가열장치 가스 출구 및 재가열장치 입자 출구를 포함한다. 연소 공기는, 예를 들어 대기의 공기 또는 다른 산소 함유 가스일 수 있다.
열은 재가열장치 내에 배열된 버너에 의해 그리고 연고 공기의 존재하에 연료를 연소시킴으로써 공급될 수 있다. 버너의 연소 가스는 재가열장치 수직관의 바닥으로 인도될 수 있고, 열 보유 입자와 혼합되어 재가열장치 수직관 내에 유동화 스트림을 형성할 수 있다.
본 발명의 구체예에 따라서, 공기와 연료의 연소는 별도의 버너 챔버에서 착수된다. 다음에, 고온 연소 가스가 재가열장치 수직관 내의 입자와 접촉될 수 있고, 이로써 입자가 연소 가스로부터 열을 흡수한다. 재가열장치 입자 입구로부터 떨어져 있는 별도의 버너 챔버는 더 높은 열 효율 및 미연소 탄화수소의 적은 배출물이 달성될 수 있다는 이점을 가진다.
연료 및 공기 스테이징(staging) 버너는 당업자에게 NOx 배출물의 감소를 위한 공지된 기술이다. 이러한 버너는 또한 본 발명을 실시하는 데도 적합하다. NOx 배출물을 감소시킬 수 있는 다른 방법은, 예를 들어 재가열장치 가스 출구의 연도 가스의 일부를 버너 영역으로 재순환시킴으로써 화염 구역에서 산소 함량을 저하시키거나, 또는 재가열장치 수직관으로 연료와 입자의 스테이징에 의해 온도 및 산소 함량이 저하되는 구역을 만들어 NOx 형성을 감소시키는 것을 포함한다.
적합한 연료는, 예를 들어 천연가스, 오일, 석탄, 열분해 가스, 가스화 가스, 수소 및 일산화탄소 함유 가스, 폐기물 및 바이오매스이다. 기체상 연료는 애시(ash)의 함량을 갖지 않고, 따라서 예를 들어 고체 바이오매스 연료를 사용하는 유동층에서 주로 보이는, 층 응집과 같은 애시와 관련된 문제의 위험이 없다는 이점을 가진다. 본 발명의 구체예에서, 천연가스가 바람직한 연료이다. 그것은 쉽게 이용할 수 있고 다른 연료에 비해 연소가 환경 친화적이다. 연소 온도는 아주 높다. 따라서, 재가열장치 수직관과 분리된 연소 챔버에서 연소를 수행하고 가열된 입자의 원하는 배출구 온도가 얻어지도록 재가열장치 수직관으로의 연소 가스의 공급을 조정하는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명에 따른 구체예에서, 재가열장치로부터의 과잉 산소는 입자가 단편화 반응기로 전달되기 전에 입자로부터 제거된다. 이것은 단편화 반응기에서 옥시게네이트와 O2의 부반응을 최소화함으로써 생성물 수율 및 생성물 순도를 더 증진시킬 수 있다. 제거 챔버는 바람직하게 재가열장치 입자 분리장치의 하류이고 단편화 반응기 입자 입구의 상류인 곳에 배열된다.
본 발명의 구체예에 따라서, 열분해 단편화 과정은 연속 공정으로서 작동된다. 이것은 산업적 용도에 대해 이점이다.
본 발명의 또 다른 구체예에 따라서, 열분해 단편화 과정은 비활성 분위기, 예를 들어 질소 또는 스팀의 분위기에서 수행된다.
본 발명의 한 양태에 따라서, 당으로부터 C1-C3 하이드록시 화합물의 제조를 위한 방법이 제공되며, 이 방법은
본 발명에 따른 열분해 단편화 과정을 수행하여 C1-C3 옥시게네이트를 포함하는 미정제 단편화 생성물을 형성하는 단계;
및 다음에 미정제 단편화 생성물에 수소화를 행하여 상응하는 C1-C3 하이드록시 화합물을 획득하는 단계
를 포함한다. C1-C3 하이드록시 화합물은, 예를 들어 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜 및 메탄올을 포함한다.
본 발명에 따른 방법은 유동층에서 열 보유 입자의 사용을 제공하고 열분해 단편화 후 효과적인 입자 분리 및 열 보유 입자의 효과적인 재가열을 제공하는 단편화 반응기에서 수행될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따라서, C1-C3 옥시게네이트로 당 조성물의 단편화를 위한 시스템이 제공되며, 이 시스템은 단편화 반응기를 포함하고, 상기 반응기는 반응기 내에
·수직관
·제1 입자 분리장치
·유동화 스트립 입구
·입자 입구
·공급원료 입구
·입자 출구
·생성물 출구
를 포함하며,
여기서 수직관은 단편화 반응기의 내부에 하부 부분에 배열되고;
유동화 스트림 입구 및 입자 입구는 수직관의 하부 부분에 배열되고;
공급원료 입구는 입자 입구 위의 수직관의 하부 부분에 배열되고;
수직관은 수직관에서 입자를 유동화하도록 구성되며;
제1 입자 분리장치는 수직관의 상부 부분에 배열되고 유동화 스트림으로부터 입자의 적어도 분획을 분리하도록 구성되며,
여기서 반응기는 가스 스트림과 관련하여 제1 입자 분리장치의 하류에 배열된 냉각 구간을 더 포함하고, 상기 냉각 구간은 제1 입자 분리장치를 빠져나오는 유동화 스트림을 냉각하도록 구성되며, 시스템은 단편화 반응기를 빠져나오는 입자를 재가열하기 위한 재가열장치를 더 포함하고, 재가열장치는 연료 및 연소 공기 입구, 버너, 재가열장치 입자 입구, 재가열장치 수직관, 재가열장치 입자 분리장치, 재가열장치 가스 출구 및 재가열장치 입자 출구를 포함한다.
이러한 장치는 단편화 생성물 중 높은 수율의 C1-C3 옥시게네이트 및 높은 탄소 회수율을 가진 미정제 단편화 생성물을 생산하는 에너지 효율적인 과정을 제공하는 본 발명에 따른 방법을 제공한다는 이점을 가지며, 상기 장치는 따라서 예를 들어 당으로부터 에틸렌글리콜 및 프로필렌글리콜의 대규모 생산을 위한 적합한 과정을 제공한다. 이 장치는 C1-C3 옥시게네이트의 연속 생산에 적합하다.
본 발명의 구체예에 따라서, 시스템은 반응기 내에 제2 입자 분리장치를 더 포함할 수 있으며, 상기 제2 입자 분리장치는 단편화 반응기의 상부 부분에 배열되고 유동화 스트림으로부터 입자의 추가의 분획을 분리하도록 구성된다.
본 발명의 구체예에 따라서, 냉각 구간은 단편화 반응기에 액체를 분사함으로써 퀀치하도록 구성된다.
본 발명의 구체예에 따라서, 냉각 구간은 단편화 반응기에 더 차가운 입자 스트림을 들여보냄으로써 퀀치하도록 구성된다.
본 발명의 구체예에 따라서, 냉각 구간은 간접 열 교환기를 포함한다.
본 발명의 구체예에 따라서, 제1 입자 분리장치는 저 용적 분리장치이다.
본 발명의 구체예에 따라서, 제1 입자 분리장치는 적어도 하나의 방향 변화 분리장치를 포함한다.
본 발명의 구체예에 따라서, 제1 입자 분리장치는 수직관의 상부 부분에 제1 단부가 있도록 배열되고 수직관과 유체 연통되는 적어도 하나의 관을 포함하며, 관의 제2 단부는 아래쪽을 향해 있고 단편화 반응기 내부와 수직관 바깥쪽에서 유체 연통된다.
본 발명의 구체예에 따라서, 제2 입자 분리장치는 적어도 하나의 사이클론이다.
본 발명의 구체예에 따라서, 버너 및 연료 및 연소 공기 입구는 재가열장치 수직관의 상류에 배열되고; 재가열장치 입자 입구는 버너의 하류에서 상기 재가열장치 수직관의 하부 부분에 배열되고; 재가열장치 입자 입구는 단편화 반응기 입자 출구와 유체 연통되며; 재가열장치 수직관은 버너에서 가열된 가스에 의해 단편화 반응기를 빠져나오는 입자를 재가열하도록 구성된다.
본 발명의 구체예에 따라서, 재가열장치 입자 분리장치는 재가열장치 수직관의 하류에 배열되고, 재가열장치 입자 출구는 단편화 반응기 입자 입구와 유체 연통된다.
본 발명의 구체예에 따라서, 버너는 버너 챔버에 배열된다. 그것은 협소부(constriction)에 의해 수직관과 분리될 수 있다. 예를 들어, 협소부의 단면 표면적은 상기 수직관의 단면적보다 적어도 25% 더 작고, 좁아진 구간의 길이는 적어도 0.5 미터이다.
본 발명의 구체예가 첨부한 도면을 참조하여 예시를 들어 설명된다. 첨부된 도면은 본 발명의 구체예의 예를 나타낼 뿐이며, 따라서 이들은 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 생각되어서는 안 되고, 본 발명은 다른 대안의 구체예들도 인정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 구체예에 따른 단편화 반응기의 단면 측면도를 도시한다.
도 2는 도 1에 도시된 단편화 반응기의 상부도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 구체예에 따른 재가열장치의 단면 측면도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 구체예에 따른 재가열장치와 유체 연통된 단편화 반응기를 포함하는 시스템의 단면 측면도를 도시한다.
위치 번호
1. 단편화 반응기
2. 단편화 수직관
3. 제1 입자 분리장치
4. 제2 입자 분리장치
5. 냉각 구간
6. 유동화 입구
7. 입자 입구
8. 공급원료 입구
9. 생성물 출구
10. 입자 출구
11. 재가열장치
12. 연료 및 연소 공기 입구
13. 버너 챔버
14. 재가열장치 입자 입구
15. 재가열장치 수직관
16. 재가열장치 입자 분리장치
17. 재가열장치 입자 출구
18. 재가열장치 가스 출구
19. 제2 재가열장치 입자 분리장치
20. 제거장치
21. 재가열장치 유동화 가스 입구
22. 제2 재가열장치 유동화 및 제거 가스 입구
도 1 및 도 4에 도시된 대로, 본 발명의 단편화 반응기는 수직 방향으로 길쭉하다. 단편화 반응기 내에 수직관(02)이 제공되며, 이것은 길쭉하고 높이에 비해 작은 단면적을 가진다. 이것은 수직관 내부에서 입자의 짧은 체류 시간의 가능성을 용이하게 한다. 수직관의 하부 구간에, 수직관에 유동화 매체를 제공하도록 구성된 유동화 가스 입구(06) 및 입자 입구(07)가 제공된다. 유동화 매체는 입자 입구로부터 공급원료 입구로 수직관의 상부를 향해서 입자의 이동을 용이하게 하는 것을 돕는다. 추가하여, 유동화 스트림은 입자가 공급원료와 접촉되기 전에 입자를 미리 컨디셔닝하기 위해 사용될 수 있다. 입자 및 유동화 입구 위의 공급원료 입구(08)는 수직관에 공급원료의 공급을 가능하게 한다. 도시된 구체예에서, 공급원료 입구는 수직관의 하부 구간에 배열되지만, 그 위치는 공정 요구에 따라서 변할 수 있다.
공급원료와 입자가 수직관에서 상호작용했을 때, 이들은 수직관을 빠져나가면서 제1 입자 분리장치(03)에서 분리된다. 본 발명의 구체예에 따라서, 제1 입자 분리장치는 단편화 생성물로부터 입자의 쾌속 분리를 제공하도록 구성되며, 이러한 쾌속 분리는 이 과정에 매우 유익하다. 따라서, 입자 분리장치는 짧은 체류 시간 타입일 수 있다. 도 2 및 도 3의 구체예에서, 제1 입자 분리장치는 배출 파이프를 포함하고, 이것은 단편화 반응기 내부와 수직관 바깥쪽에서 수직관으로부터 배출구 흐름의 상향 방향을 대략 180도만큼 하향 흐름 방향으로 변화시키며, 이것은 본 발명의 맥락에서 방향 변화 입자 분리장치로서 언급된다. 도 4의 구체예에서, 제1 입자 분리장치는 부재(1)의 용기로의 수직관 기체 및 고체의 배출을, 부재(1)의 벽에 대해 접선방향으로, 강제함으로써 분리를 수행하는 가스 입자 분리를 포함한다. 입자의 일부는 제1 입자 분리장치를 빠져나간 후에 단편화 반응기의 바닥 부분에 가라앉는다. 따라서, 수직관의 설명된 특징, 공급원료 입구의 위치 및 짧은 체류 시간의 제1 입자 분리장치가 입자와 공급원료 사이의 매우 짧은 접촉 시간의 가능성을 제공하며, 이것은 물론 또한 용적 유량 및 특정 치수와 같은 공정 변수에도 의존하는데, 이들은 모두 공정 요구에 맞게 조정되어야 한다.
냉각 구간(05)이 제1 입자 분리장치 위에 인접하여 단편화 반응기 내에 배열된다. 본 구체예에서, 냉각 구간은 퀀치를 포함하며, 여기에 물 또는 재순환 스트림과 같은 냉각 매체가 분사되고, 이것은 냉각 매체의 증발에 의해 생성물을 빠르게 그리고 효과적으로 냉각시킨다.
입자 스트림의 도입 또는 간접 열 교환기에 의한 퀀칭과 같은 다른 구체예가 또한 냉각 구간에서 이용될 수 있으며, 이로써 단편화 반응기 시스템의 총 에너지 소비가 감소될 수 있다. 생성물은 상승된 온도에의 연장된 노출에 민감할 수 있으므로, 생성물의 빠른 냉각은 높은 수율을 유지하기 위해 이 과정에 필수적일 수 있다.
생성물을 냉각한 후에 그것은 생성물 출구(09)를 통해서 단편화 반응기로부터 추출된다. 도 1 및 도 4에 도시된 구체예에서, 그것이 추출되기 전에 생성물 스트림으로부터 입자의 추가의 분획을 분리하기 위한 선택적인 추가의 제2 입자 분리장치(04)가 단편화 반응기에 제공된다. 단편화 반응기의 이 구간에서, 생성물은 이미 냉각되고, 따라서 체류 시간은 덜 중요하다. 예를 들어 사이클론과 같은 제2 입자 분리장치가 제공되며, 상기 제2 입자 분리장치는 방향 변화 분리장치(부재 03)가 단독으로 있는 것보다 더 높은 분리 효율을 제시한다. 사이클론의 가스 출구는 생성물 출구와 연결되고, 사이클론의 입자 출구로부터의 입자는 단편화 반응기(01)의 바닥으로 운반되며, 여기서 이들은 유동화 가스 입구(21)의 사용에 의해 유동화된 상태로 유지된다. 단면 전체에 유동화 가스의 분포는, 예를 들어 스퍼저(sparger)를 사용하여 보장된다. 단편화 반응기의 바닥에 있는 입자 출구(10)는 단편화 반응기의 소비된 입자가 추출되고, 예를 들어 다른 반응기에서 재가열을 위해 운반되는 것을 가능하게 한다.
도 2는 상기 구체예에서 설명된 도 1의 구체예의 단편화 반응기의 상부도이다. 도시된 대로, 수직관은 단편화 반응기의 수평 단면 중앙에 위치된다. 또한, 제1 입자 분리장치를 형성하는 복수의 배출 파이프가 도시되며, 뿐만 아니라 제2 입자 분리장치가 단편화 반응기의 중앙에서 벗어나 위치되어 있다.
도 1 및 도 2에서, 제2 입자 분리장치는 단편화 반응기의 내부에 위치된다. 제2 입자 분리장치는 하나 또는 몇 개의 사이클론을 포함할 수 있다. 다른 구체예에서, 도시되지는 않지만 이들 사이클론은 또한 단편화 반응기의 바깥쪽에 위치될 수 있으며, 예를 들어 단편화 반응기 루프(roof)를 통과해 연장된 딥렉(dipleg)을 사용하여 위에 또는 경사형 딥렉으로 또는 예를 들어 루프 실(loop seal)이나 L-밸브를 사용하여 단편화 반응기의 측면에 위치될 수 있다. 반응기 용기 바깥쪽에 제2 사이클론을 위치시킴으로써 단편화 반응기에서 옥시게네이트 생성물의 체류 시간이 감소될 수 있다. 도 4의 구체예는 단편화 반응기 상의 외부 사이클론을 포함한다.
도 3 및 도 4에 단편화 반응기를 빠져나오는 입자를 재가열하기 위한 재가열장치(11)가 도시된다. 재가열장치 입자 입구(14)는 단편화 반응기 입자 출구(10)와 유체 연통되고, 재가열장치 입자 출구(17)는 단편화 반응기 입자 입구(7)와 유체 연통된다. 재가열장치는 또한 수직관 타입 유동층, 재가열장치 수직관(15)을 포함하며, 버너 챔버(13)가 수직관의 하부 부분과 유체 연통하여 배열된다. 연료 및연소 공기 입구(12)는 연료와 연소 공기가 버너에 제공되는 것을 가능하게 하며, 이것은 작동중일 때 재가열장치 수직관에 열을 제공한다. 재가열장치 입자 입구는 재가열장치 수직관의 하부 부분에 배열되고, 단편화 반응기를 빠져나오는 입자가 재가열장치 수직관으로 들어가는 것을 가능하게 하며, 여기서 이들은 가열되는 동안 버너에 의해 제공된 고온 가스에 의해 상향 흐름으로 유동화된다. 버너와 재가열장치 입자 입구 사이의 연결부는 수직관으로부터 나와 연소 챔버로 들어가는 입자의 전락을 감소/방지하도록 신중하게 설계된다. 이 설계는 많은 상이한 구체예를 취할 수 있다. 도 3 및 도 4에서 이것은 부재(13)과 부재(15) 사이의 협소부에 의해 예시되며, 이로써 기체 속도가 증가되어 입자의 전락이 방지/감소된다. 재가열 후에 입자는 연소 가스로부터 분리되고 단편화 반응기로 다시 인도된다. 도 3의 구체예에서, 재가열장치 입자 분리장치(16)는 사이클론이며, 이것은 재가열장치 가스 출구(18)를 통해서 가스가 재가열장치를 빠져나가는 동시에 재가열장치의 사이클론의 입자 출구와 연결된 재가열장치 입자 출구를 통해서 분리된 입자가 재가열장치를 빠져나가는 것을 가능하게 한다. 입자 분리장치에서의 분리 규모는 당업계에 알려진 대로 분리장치에서의 압력 손실, 유속, 입자 크기 등과 같은 다양한 공정 변수에 의존한다는 것이 이해되어야 한다.
도 4의 구체예에서, 제1 입자 분리장치는 단편화 반응기의 부재(03)과 유사하다. 구체예 4는 또한 제2 사이클론 타입 입자 분리장치(19)가 장착된다. 양 입자 분리장치는 부재(11)의 바닥으로 입자를 이송한다. 도 4의 구체예의 부재(11) 및 부재(20)에서 제2 유동화 및 제거 가스 입구(22)는, 예를 들어 스퍼저 또는 다른 방법을 사용하여 단면 전체에 분포된다. 추가의 유동화 가스 입구가 도 4에서 부재(11)에 존재할 수 있지만 도시되지는 않는다. 도 4에서 위치(10) 직전에 또는 직후에 생성물 가스의 제거가 또한 고안될 수 있다.
실시예
실시예 1: 당 용액의 열분해 단편화에 의한 글리콜알데하이드 부화 C 1 -C 3 옥시게네이트 혼합물의 제조
글루코오스의 수성 용액의 단편화를 수직관 타입 반응기 유닛에서 증명했다. 입자 입구는 원료 입구의 상류에 위치했다. 수직관에서 겉보기 가스 속도는 대략 6 m/s였다. 수직관 반응기 길이는 6.2m였고 내경은 41mm였다. 2개의 사이클론이 수직관 뒤에 위치되었고, 분리된 고체는 재가열을 위해 외부 반응기로 들여 보내졌다. 단편화 생성물의 체류 시간은 원료 입구부터 제1 입자 분리장치까지 대략 1초였다.
기체상 생성물을 수집하기 위해, 제2 사이클론을 빠져나오는 가스 스트림의 일부가 응축 시스템으로 보내졌다. 액체 생성물은 1℃에서의 간접 냉각에 의해 빠르게 응축되었고 영구적 가스로부터 분리되었다. 가변 영역 유량계를 사용하여 영구적 가스의 유량을 측정했다.
액체 생성물에서 옥시게네이트의 농도를 HPLC 분석에 의해 결정했고, 원료의 질량의 8%가 물의 불완전한 응축으로 인해 영구적인 가스로 손실되었다는 가정하에서, 즉 92%의 질량 균형을 사용하여 수율을 계산했다. 이것은 이전의 경험에 기초한 보수적이지만 합리적인 가정이다.
이 보수적인 가정하에서 반응기에 공급된 탄소의 약 60%가 대략 500℃에서 글루코오스의 45 wt% 용액의 열분해 단편화에 의해 글리콜알데하이드로서 회수되었다. 소듐 실리케이트 유리 비드를 층 물질로서 사용했다.
구체예
구체예 1. C1-C3 옥시게네이트로의 당의 열분해 단편화를 위한 방법으로서,
a. 열을 보유하며 유동화에 적합한 입자를 제공하는 단계;
b. 수직관을 포함하며 열분해 단편화를 수행하는데 적합하고 입자의 스트림을 유동화하는데 적합한 유동층 단편화 반응기를 제공하는 단계;
c. 당을 포함하는 공급원료 용액을 제공하는 단계;
d. 열분해 단편화가 일어난 후 적어도 250℃, 예컨대 적어도 300, 350, 400 또는 450℃의 온도를 유지하기에 충분하고 입자의 유동화된 스트림을 얻기에 충분한 속도로 반응기에 입자를 도입하는 단계;
e. 입자의 유동화된 스트림에 공급원료를 도입하여 당의 열분해 단편화를 획득함으로써 입자 치밀 단편화 생성물을 생성하는 단계; 다음에
f. 입자 치밀 단편화 생성물로부터 입자의 분획을 분리하여 입자 희박 단편화 생성물을 생성하는 단계;
g. 적어도 50℃로 입자 희박 단편화 생성물을 퀀칭하는 단계로서, 입자 함유 유동화 스트림에 공급원료를 도입하는 단계에서 퀀치가 수행될 때까지 가스의 평균 체류 시간이 최대 5초, 예컨대 최대 3초, 예컨대 최대 2, 1, 0.8, 또는 0.6초인 단계;
h. 미정제 단편화 생성물을 회수하는 단계;
i. 단계 f)에서 분리된 입자를 가열을 위해 재가열장치로 전달하는 단계; 및
j. 가열된 입자를 단편화 반응기로 재순환시키는 단계
를 포함하는 방법.
구체예 2. 구체예 1에 있어서, 입자 희박 단편화 생성물을 퀀칭하는 단계 g) 후에 및 미정제 단편화 생성물을 회수하는 단계 h) 전에 입자 희박 단편화 생성물에 제2 입자 분리 단계를 행하는 것을 특징으로 하는 방법.
구체예 3. 구체예 1 또는 2에 있어서, 반응기는 하부 부분에 입자 입구 및 공급원료 입구를 포함하며, 공급원료 입구는 입자 입구의 하류에 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
구체예 4. 구체예 3에 있어서, 반응기는 하부 부분에 유동화 스트림 입구를 더 포함하고, 유동화 입구는 입자 입구의 상류에 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
구체예 5. 구체예 3 또는 4에 있어서, 입자는 입자 입구와 공급원료 입구 사이의 구역에 치밀상 유동층을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
구체예 6. 구체예 3-5 중 어느 하나에 있어서, 공급원료 입구는 수직관의 하부 부분에 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
구체예 7. 구체예 1-5 중 어느 하나에 있어서, 반응기는 수직관의 하류에 제1 입자 분리장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
구체예 8. 구체예 7에 있어서, 반응기는 제1 입자 분리장치의 하류에 퀀치를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
구체예 9. 구체예 8에 있어서, 반응기는 퀀치의 하류에 제2 입자 분리장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
구체예 10. 구체예 1-9 중 어느 하나에 있어서, 반응기는 열 보유 입자 이외의 다른 가열 수단을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
구체예 11. 구체예 1-10 중 어느 하나에 있어서, 당은 단당류 및/또는 이당류인 것을 특징으로 하는 방법.
구체예 12. 구체예 1-11 중 어느 하나에 있어서, 공급원료 용액은 수크로오스, 락토오스, 자일로오스, 아라비노오스, 리보오스, 만노오스, 타가토오스, 갈락토오스, 글루코오스 및 프럭토오스로 구성되는 군으로부터 선택된 당; 또는 이들의 혼합물의 수성 용액을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
구체예 13. 구체예 1-12 중 어느 하나에 있어서, 공급원료 용액에서 당의 농도는 10 중량% 내지 90 중량%인 것을 특징으로 하는 방법.
구체예 14. 구체예 1-13 중 어느 하나에 있어서, 단편화 반응기의 입자 입구에서 입자의 온도는 바람직하게 적어도 300℃, 예컨대 적어도 400, 450, 500, 550, 600 또는 650℃인 것을 특징으로 하는 방법.
구체예 15. 구체예 1-14 중 어느 하나에 있어서, 입자 입구에서 입자의 온도는 300-800℃의 범위, 예컨대 400-800 또는 450-650℃의 범위 내인 것을 특징으로 하는 방법.
구체예 16. 구체예 1-15 중 어느 하나에 있어서, 입자는 모래, 실리카, 유리, 알루미나, 스틸, 및 탄화규소로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
구체예 17. 구체예 1-16 중 어느 하나에 있어서, 열 보유 입자의 평균 입자 크기는 20-400μm, 예컨대 20-300, 20-200 또는 20-100μm인 것을 특징으로 하는 방법.
구체예 18. 구체예 1-17 중 어느 하나에 있어서, 단계 a)의 입자는 적어도 10 kg/s의 질량 유속으로 단편화 반응기에 도입되는 것을 특징으로 하는 방법.
구체예 19. 구체예 1-18 중 어느 하나에 있어서, 공급원료 입구 위에서 단편화 수직관의 내부의 속도는 2 m/s를 상회하며, 예컨대 3-22, 또는 5-20 m/s인 것을 특징으로 하는 방법.
구체예 20. 구체예 1-19 중 어느 하나에 있어서, 재가열장치는 연료 및 연소 공기 입구, 버너, 재가열장치 입자 입구, 재가열장치 수직관, 재가열장치 입자 분리장치, 연도 가스를 위한 재가열장치 가스 출구 및 재가열장치 입자 출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
구체예 21. 구체예 1-20 중 어느 하나에 있어서, 재가열장치 입자 출구를 빠져나오는 입자의 온도는 300-800℃의 범위, 예컨대 400-800, 400-700 또는 500-700℃의 범위 내인 것을 특징으로 하는 방법.
구체예 22. 구체예 20 또는 21에 있어서, 버너는 버너 챔버 내에 배열되며, 이것은 재가열장치 수직관과 분리되어 있고, 버너 챔버로부터의 연소 가스는 재가열장치 수직관으로 인도되는 것을 특징으로 하는 방법.
구체예 23. 구체예 20-22 중 어느 하나에 있어서, 미립자 제거 후에 재가열장치로부터 연도 가스의 일부가 버너 챔버로 재순환되는 것을 특징으로 하는 방법.
구체예 24. 구체예 1-23 중 어느 하나에 있어서, 과잉 산소는 입자가 재가열장치로부터 단편화 반응기로 전달되기 전에 입자로부터 제거되는 것을 특징으로 하는 방법.
구체예 25. 구체예 1-24 중 어느 하나에 따른 방법을 수행하는 단계 및 다음에 미정제 단편화 생성물에 수소화를 행하여 상응하는 C1-C3 하이드록시 화합물을 획득하는 단계를 포함하는, 당으로부터 C1-C3 하이드록시 화합물을 제조하는 방법.
구체예 26. 단편화 반응기를 포함하는 C1-C3 옥시게네이트로 당 조성물의 단편화를 위한 시스템으로서, 상기 반응기는 반응기 내에
·수직관
·제1 입자 분리장치
·유동화 스트립 입구
·입자 입구
·공급원료 입구
·입자 출구
·생성물 출구
를 포함하며,
여기서 수직관은 단편화 반응기의 내부에 하부 부분에 배열되고;
유동화 스트림 입구 및 입자 입구는 수직관의 하부 부분에 배열되고;
공급원료 입구는 입자 입구 위의 수직관의 하부 부분에 배열되고;
수직관은 수직관에서 입자를 유동화하도록 구성되며; 그리고
제1 입자 분리장치는 수직관의 상부 부분에 배열되고 유동화 스트림으로부터 입자의 적어도 일부를 분리하도록 구성되며,
여기서 단편화 반응기는 가스 스트림과 관련하여 제1 입자 분리장치의 하류에 배열된 냉각 구간을 더 포함하고, 상기 냉각 구간은 제1 입자 분리장치를 빠져나오는 유동화 스트림을 냉각하도록 구성되며, 시스템은 단편화 반응기를 빠져나오는 입자를 재가열하기 위한 재가열장치를 더 포함하고, 재가열장치는 연료 및 연소 공기 입구, 버너, 재가열장치 입자 입구, 재가열장치 수직관, 재가열장치 입자 분리장치, 재가열장치 가스 출구 및 재가열장치 입자 출구를 포함하는 시스템.
구체예 27. 구체예 26에 있어서, 단편화 반응기는 단편화 반응기 내에 제2 입자 분리장치를 더 포함하며, 상기 제2 입자 분리장치는 단편화 반응기의 상부 부분에 배열되고 유동화 스트림으로부터 입자의 추가의 부분을 분리하도록 구성된 것을 특징으로 하는 시스템.
구체예 28. 구체예 26 또는 27에 있어서, 냉각 구간은 단편화 반응기에 액체를 분사함으로써 퀀치하도록 구성된 것을 특징으로 하는 시스템.
구체예 29. 구체예 26 또는 27에 있어서, 냉각 구간은 단편화 반응기에 더 차가운 입자 스트림을 들여보냄으로써 퀀치하도록 구성된 것을 특징으로 하는 시스템.
구체예 30. 구체예 26 또는 27에 있어서, 냉각 구간은 간접 열 교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
구체예 31. 구체예 26-30 중 어느 하나에 있어서, 제1 입자 분리장치는 저 용적 분리장치인 것을 특징으로 하는 시스템.
구체예 32. 구체예 26-31 중 어느 하나에 있어서, 제1 입자 분리장치는 적어도 하나의 방향 변화 분리장치인 것을 특징으로 하는 시스템.
구체예 33. 구체예 26-32 중 어느 하나에 있어서, 제1 입자 분리장치는 수직관의 상부 부분에 제1 단부가 있도록 배열되고 수직관과 유체 연통되는 적어도 하나의 관을 포함하며, 여기서 관의 제2 단부는 아래쪽을 향해 있고 단편화 반응기와 수직관 바깥쪽에서 유체 연통되는 것을 특징으로 하는 시스템.
구체예 34. 구체예 27-33 중 어느 하나에 있어서, 제2 입자 분리장치는 적어도 하나의 사이클론인 것을 특징으로 하는 시스템.
구체예 35. 구체예 26-34 중 어느 하나에 있어서, 버너 및 재가열장치 연료 및 연소 공기 입구는 재가열장치 수직관의 상류에 배열되고, 재가열장치 입자 입구는 버너의 하류에서 재가열장치 수직관의 하부 부분에 배열되고, 재가열장치 입자 입구는 단편화 반응기 입자 출구와 유체 연통되며, 재가열장치 수직관은 버너로부터의 연소 가스에 의해 단편화 반응기를 빠져나오는 입자를 재가열하도록 구성된 것을 특징으로 하는 시스템.
구체예 36. 구체예 26-35 중 어느 하나에 있어서, 재가열장치 입자 분리장치는 재가열장치 수직관의 하류에 배열되고, 재가열장치 입자 출구는 단편화 반응기 입자 입구와 유체 연통되는 것을 특징으로 하는 시스템.
구체예 37. 구체예 26-36 중 어느 하나에 있어서, 버너는 별도의 버너 챔버에 배열되는 것을 특징으로 하는 시스템.
구체예 38. 구체예 37에 있어서, 버너 챔버는 협소부에 의해 수직관으로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 시스템.
구체예 39. 구체예 26-38 중 어느 하나에 있어서, 제거 챔버가 재가열장치 입자 분리장치의 하류이고 단편화 반응기 입자 입구의 상류인 곳에 배열되는 것을 특징으로 하는 시스템.

Claims (22)

  1. C1-C3 옥시게네이트로의 당의 열분해 단편화를 위한 방법으로서,
    a. 열을 보유하며 유동화에 적합한 입자를 제공하는 단계;
    b. 수직관을 포함하며 열분해 단편화를 수행하는데 적합하고 입자의 스트림을 유동화하는데 적합한 유동층 단편화 반응기를 제공하는 단계;
    c. 당을 포함하는 공급원료 용액을 제공하는 단계;
    d. 열분해 단편화가 일어난 후 적어도 250℃, 300℃, 350℃, 400℃ 또는 450℃의 온도를 유지하기에 충분하고 입자의 유동화된 스트림을 얻기에 충분한 속도로 반응기에 입자를 도입하는 단계;
    e. 입자의 유동화된 스트림에 공급원료를 도입하여 당의 열분해 단편화를 획득함으로써 입자 치밀 단편화 생성물을 생성하는 단계; 다음에
    f. 수직관의 하류에 배열된 제1 입자 분리장치에서 입자 치밀 단편화 생성물로부터 입자의 분획을 분리하여 입자 희박 단편화 생성물을 생성하는 단계;
    g. 적어도 50℃로 입자 희박 단편화 생성물을 퀀칭하는 단계로서, 입자 함유 유동화 스트림에 공급원료를 도입하는 단계에서 퀀치가 수행될 때까지 가스의 평균 체류 시간이 최대 5초, 3초, 2초, 1초, 0.8초, 또는 0.6초인 단계;
    h. 미정제 단편화 생성물을 회수하는 단계;
    i. 단계 f)에서 분리된 입자를 가열을 위해 재가열장치로 전달하는 단계; 및
    j. 가열된 입자를 단편화 반응기로 재순환시키는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 공급원료 입구는 수직관의 하부 부분에 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 반응기는 제1 입자 분리장치의 하류에 퀀치를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 당은 단당류 및/또는 이당류인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 공급원료 용액은 수크로오스, 락토오스, 자일로오스, 아라비노오스, 리보오스, 만노오스, 타가토오스, 갈락토오스, 글루코오스 및 프럭토오스로 구성되는 군으로부터 선택된 당; 또는 이들의 혼합물의 수성 용액을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 공급원료 용액에서 당의 농도는 10 중량% 내지 90 중량%인 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 단편화 반응기의 입자 입구에서 입자의 온도는 적어도 300℃, 400℃, 450℃, 500℃, 550℃, 600℃ 또는 650℃인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 재가열장치는 연료 및 연소 공기 입구, 버너, 재가열장치 입자 입구, 재가열장치 수직관, 재가열장치 입자 분리장치, 연도 가스를 위한 재가열장치 가스 출구 및 재가열장치 입자 출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 재가열장치 입자 출구를 빠져나오는 입자의 온도는 300-800℃, 400-800℃, 400-700℃ 또는 500-700℃의 범위 내인 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 버너는 버너 챔버 내에 배열되며, 이것은 재가열장치 수직관과 분리되어 있고, 버너 챔버로부터의 연소 가스는 재가열장치 수직관으로 인도되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 과잉 산소는 입자가 재가열장치로부터 단편화 반응기로 전달되기 전에 입자로부터 제거되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하는 단계;
    및 다음에
    미정제 단편화 생성물에 수소화를 행하여 상응하는 C1-C3 하이드록시 화합물을 획득하는 단계
    를 포함하는, 당으로부터 C1-C3 하이드록시 화합물을 제조하는 방법.
  13. 단편화 반응기를 포함하는 C1-C3 옥시게네이트로 당 조성물의 단편화를 위한 시스템으로서, 상기 반응기는 반응기 내에
    ·수직관
    ·제1 입자 분리장치
    ·유동화 스트립 입구
    ·입자 입구
    ·공급원료 입구
    ·입자 출구
    ·생성물 출구
    를 포함하며,
    여기서 수직관은 단편화 반응기의 내부에 하부 부분에 배열되고;
    유동화 스트림 입구 및 입자 입구는 수직관의 하부 부분에 배열되고;
    공급원료 입구는 입자 입구 위의 수직관의 하부 부분에 배열되고;
    수직관은 수직관에서 입자를 유동화하도록 구성되며; 그리고
    제1 입자 분리장치는 수직관의 상부 부분에 배열되고 유동화 스트림으로부터 입자의 적어도 일부를 분리하도록 구성되며,
    여기서 단편화 반응기는 가스 스트림과 관련하여 제1 입자 분리장치의 하류에 배열된 냉각 구간을 더 포함하고, 상기 냉각 구간은 제1 입자 분리장치를 빠져나오는 유동화 스트림을 냉각하도록 구성되며, 시스템은 단편화 반응기를 빠져나오는 입자를 재가열하기 위한 재가열장치를 더 포함하고, 재가열장치는 연료 및 연소 공기 입구, 버너, 재가열장치 입자 입구, 재가열장치 수직관, 재가열장치 입자 분리장치, 재가열장치 가스 출구 및 재가열장치 입자 출구를 포함하는 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서, 냉각 구간은 단편화 반응기에 액체를 분사함으로써 퀀치하도록 구성된 것을 특징으로 하는 시스템.
  15. 제 13 항에 있어서, 제1 입자 분리장치는 저 용적 분리장치인 것을 특징으로 하는 시스템.
  16. 제 13 항에 있어서, 제1 입자 분리장치는 적어도 하나의 방향 변화 분리장치인 것을 특징으로 하는 시스템.
  17. 제 13 항에 있어서, 버너 및 재가열장치 연료 및 연소 공기 입구는 재가열장치 수직관의 상류에 배열되고, 재가열장치 입자 입구는 버너의 하류에서 재가열장치 수직관의 하부 부분에 배열되고, 재가열장치 입자 입구는 단편화 반응기 입자 출구와 유체 연통되며, 재가열장치 수직관은 버너로부터의 연소 가스에 의해 단편화 반응기를 빠져나오는 입자를 재가열하도록 구성된 것을 특징으로 하는 시스템.
  18. 제 13 항에 있어서, 재가열장치 입자 분리장치는 재가열장치 수직관의 하류에 배열되고, 재가열장치 입자 출구는 단편화 반응기 입자 입구와 유체 연통되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  19. 제 13 항에 있어서, 버너는 별도의 버너 챔버에 배열되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서, 버너 챔버는 협소부에 의해 수직관으로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  21. 제 13 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 제거 챔버가 재가열장치 입자 분리장치의 하류이고 단편화 반응기 입자 입구의 상류인 곳에 배열되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  22. 삭제
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