KR20020093115A - 다중 라이저 반응기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 탄화수소 전환 장치에 관한 것이다. 상기 장치는 다음을 포함한다: 촉매가 내부로 공급될 수 있는 제 1 말단 및 촉매가 외부로 배출될 수 있는 제 2 말단을 각각 갖는 다수의 라이저 반응기; 수행되는 반응의 생성물로부터 촉매를 분리하기 위해 제공된 것으로, 그 안으로 라이저 반응기의 상기 제 2 말단이 연장되어 있는 분리 대역; 및 상기 촉매를 상기 분리 대역으로부터 상기 라이저 반응기의 상기 제 1 말단으로 이동시키기 위해 제공된 것으로, 상기 분리 대역 및 상기 라이저 반응기의 상기 제 1 말단과 유체 연통되어 있는 하나 이상의 촉매 회수부.

Description

다중 라이저 반응기{MULTIPLE RISER REACTOR}
산업용 반응기에서 탄화수소를 함유하는 공급원료를 생성물로 전환시킬 때, 목적하는 생성물 또는 생성물들의 생성을 최대화하고 부산물의 생성을 제어, 전형적으로는 최소화하는 것이 바람직하다. 탄화수소 전환 반응을 수행하는데 유용한 반응기의 한 유형은 유동층 반응기로서, 상기 반응기에서는 고체 촉매 입자를 공급원료 및 기타 증기 물질과 접촉하는 동안 유동화 상태로 현탁시킨다. 이러한 유형의 반응기들은 통상적으로 원통형 반응기 기하구조를 갖는다. 유동층 반응기에서 부산물의 생성을 감소시키는 한 방법은, 공탑 기체 속도가 반응기중 촉매의 순 흐름이 공급원료 및 기타 증기의 흐름과 동일한 방향으로 흐르도록 하기에 충분히 높은 속도를 얻도록 하는, 즉, 공급원료와 기타 증기가 필수적으로 그들과 함께 촉매 입자를 운반하도록 하는 유체역학적 흐름 체제에서의 공정을 포함한다. 상기 흐름 체제는 당해 분야에 숙련된 자들에게 고속-유동층 및 라이저(riser) 체제, 보다 일반적으로는 수송 체제로서 알려져 있으며, 보다 플러그 흐름 반응기 유형이 바람직한 반응 시스템에서 바람직하다.
일반적으로, 주어진 반응기 단면적(원통형 반응기 기하구조에서 직경에, 보다 일반적으로는 특성 폭에 비례한다)에 대해, 유동층 반응기에서의 촉매 농도는 기체 공탑 속도를 증가시킴에 따라 감소한다. 일반적으로 기체 공탑 속도가 높을수록 주어진 양의 공급원료를 필요한 양의 촉매와 접촉시키기 위해 보다 긴 반응기 높이가 필요하다. 이러한 보다 높은 기체 공탑 속도는 보다 높은 반응기 종횡비(반응기 높이 대 그의 직경 또는 특성 폭의 비)를 필요로 한다. 또한, 많은 경우에서 유동 반응기가 단일 반응기 설비에서 공급원료를 매우 많이 처리할 수 있게 하기 위해 매우 큰 단면적을 갖도록 하는 것이 바람직하다. 그러나, 특히 수송 체제에서, 유동층 직경을 증가시키는 것은 또한 증가된 반응기 높이를 요한다. 상기 증가된 높이는, 최소 종횡비의 견지에서 플러그 흐름 반응기 양태와 비슷한 완전히 전개된 흐름 패턴을 달성하기 위해 특정 최소 반응기 높이가 필요하기 때문에 필요한 것이다. 출구에서, 및 특히, 수송 체제 유동층 반응기의 입구에서는, 비정상 상태의 운동량 효과가 비슷한 플러그 흐름 양태를 달성하는데 도움이 되지 않는 방식으로 유체역학적 양태(예를 들면, 공급원료 증기가 중력에 대해 고체 촉매를 포착하고 가속화시키는데 필요한 에너지)를 지배한다. 반응기 높이를 따라 진행함으로써 상기 운동량 효과가 완충될 때에야 비로소 양호한 양태를 나타내는, 대략적으로 플러그 흐름의 유체/고체 흐름 패턴이 나타날 것이다. 마지막으로, 수송 체제에서 보다 낮은 활성의 촉매를 사용하는 것이 바람직하다면, 목적하는 보다 높은공급원료 전환율을 제공하기 위해 종횡비도 또한 증가하여야 한다.
유감스럽게도, 높은 종횡비의 수송 유동층 반응기는 구성하고 유지하기가 어렵고 비싸다. 이들 반응기는 유동 촉매 및 반응기 생성물을 포획하고 유지하기 위해, 종종 무거운 장비로 충전되는 매우 크고 무거운 분리 용기를 상부에 가져야하기 때문에 고가이다. 반응기 높이(종횡비)가 증가함에 따라, 보다 고가의 지지 구조체가 필요할 수 있다. 거칠고, 특히 바람부는 기후가 통상적으로 발생하는 세계의 특정 지역에서는, 훨씬 더 구조적인 지지체가 필요하며, 특정 종횡비는 경제적이지 못하다. 독립적인 분리 용기들을 갖는 복수의, 완전하고 독립적인 반응기 시스템이 필요하다. 상기 복수의, 완전하고 독립적인 반응기 시스템에 부수적으로 비용이 증가된다.
따라서, 당해 분야에는 거대한 높이를 필요로 하지 않으면서, 또는 목적하는, 완전히 전개된 흐름 체제가 결코 이루어질 수 없는 폭을 제공하지 않으면서, 또는 복수의 독립적인 반응기 시스템을 야기하지 않으면서 바람직한 종횡비를 제공할 수 있는 반응기에 대한 요구가 존재한다.
발명의 요약
본 발명은 다수의 라이저 반응기를 포함하는 탄화수소 전환 장치를 제공함으로써 당해 분야에서 현재 존재하는 요구에 대해 해결책을 제공한다. 다수의 라이저 반응기를 제공함으로써, 공급원료 전환 반응기의 폭 또는 직경이 감소될 수 있으므로, 감소되고 보다 제어하기 쉬운 반응기 높이에서, 목적하는, 완전히 전개된흐름 체제에 대한 그의 부수적인 보다 근접한 접근에 의해 바람직한 종횡비가 유지될 수 있다. 또한, 본 발명은 복수의 독립적인 반응 시스템이 필요없이 주어진 라이저 반응기에 적절한 종횡비를 제공한다.
본 발명의 한 태양은 탄화수소 전환 장치에 관한 것이다.
탄화수소 전환 장치는 다음을 포함한다:
촉매가 내부로 공급될 수 있는 제 1 말단 및 촉매가 외부로 배출될 수 있는 제 2 말단을 각각 갖는 다수의 라이저 반응기;
상기 라이저 반응기에 공급될 수 있는 촉매를 함유하기 위해 제공된 촉매 보유 대역;
수행되는 반응의 생성물로부터 촉매를 분리하기 위해 제공된 것으로, 그 안으로 라이저 반응기의 제 2 말단이 연장되어 있는 분리 대역;
상기 분리 대역 및 상기 촉매 보유 대역과 유체 연통되어 있는 촉매 회수부; 및
상기 라이저 반응기의 상기 제 1 말단 각각에 인접하여 배치된 하나 이상의 공급 헤드를 포함하는 공급물 분배기.
본 발명의 또 다른 태양은 탄화수소 전환 장치에 관한 것이다.
상기 장치는 다음을 포함한다:
촉매가 내부로 공급될 수 있는 제 1 말단 및 촉매가 외부로 배출될 수 있는 제 2 말단을 각각 갖는 다수의 라이저 반응기;
수행되는 반응의 생성물로부터 촉매를 분리하기 위해 제공된 것으로, 그 안으로 상기 라이저 반응기의 제 2 말단이 연장되어 있는 분리 대역; 및
촉매를 상기 분리 대역으로부터 상기 라이저 반응기의 상기 제 1 말단으로 이동시키기 위해 제공된 것으로, 상기 분리 대역 및 상기 라이저 반응기의 상기 제 1 말단과 유체 연통되어 있는 하나 이상의 촉매 회수부.
본 발명의 또 다른 태양은 탄화수소 전환 방법에 관한 것이다.
상기 방법은 다음 단계들을 포함한다:
(a) 유동성 촉매를 유동 유체와 접촉시켜 유동화시키고;
(b) 상기 촉매 및 공급물을 단일 탄화수소 전환 장치의 일부인 다수의 라이저 반응기에 공급하고;
(c) 상기 다수의 라이저 반응기에서 상기 공급물을 촉매와 반응시켜 생성물을 생성하고;
(d) 상기 다수의 라이저 반응기와 유체 연통되어 있는 분리 대역에서 상기 생성물로부터 상기 촉매를 분리하고;
(e) 상기 촉매를 상기 분리 대역으로부터 상기 다수의 라이저 반응기로 순환시키고;
(f) 단계 (a) 내지 (e)를 반복한다.
본 발명의 상기 이점들 및 기타 이점은 하기의 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면 및 청구의 범위로부터 명백해질 것이다.
본 발명은 탄화수소 전환 공정, 특히 옥시게네이트를 올레핀으로 전환시키는 반응에 유용한 반응기에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 탄화수소 전환 장치의 부분 단면도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 탄화수소 전환 장치의 다른 태양의 부분 단면도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 탄화수소 전환 장치의 또 다른 태양의 부분 단면도를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 탄화수소 전환 장치의 또 다른 태양의 부분 단면도를 나타낸다.
도 5는 라이저 반응기 및 촉매 회수부의 대표적인 배열 및 형태의 단면도를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 탄화수소 전환 장치(10)의 부분 단면도를 나타낸다. 장치(10)은 쉘(12), 다수의 라이저 반응기(20), 공급물 분배기(30) 및 촉매 회수부(50)를 포함한다.
계속 도 1을 참조하여, 쉘(12)은 탄화수소 전환 반응의 생성물이 탄화수소 전환 반응을 촉진하는 촉매로부터 분리되는 분리 대역(14)을 형성한다. 쉘(12)은 제 1 말단(16) 및 제 2 말단(18)을 포함한다. 분리 대역(14)은 촉매로부터 생성물을 분리하기 위해 사용되는 하나 이상의 분리 장치(도시하지 않음)를 추가로 함유할 수 있다. 유용한 분리 장치는 본 발명의 다른 태양의 고찰과 관련하여 하기에서 논의한다. 또한, 분리 장치는 분리 대역(14)의 외부에, 즉, 탄화수소 전환 장치(10)의 쉘(12)의 바깥쪽에 배치되거나, 또는 외부 및 내부에 배치된 분리 장치의조합일 수 있다.
라이저 반응기(20)는 쉘(12) 및 분리 대역(14)으로 연장된다. 라이저 반응기(20)를 쉘(12) 및 분리 대역(14)으로 연장시킴으로써, 주어진 라이저 반응기(20)의 목적하는 종횡비를 얻는데 필요한 높이는 쉘(12), 분리 대역(14) 및 기타 관련된 공간들에 필요한 높이의 적어도 일부분과 일치하여 본 발명의 탄화수소 전환 반응기(10)의 전체 높이를 감소시킨다. 각각의 라이저 반응기(20)는 탄화수소 전환 반응을 수행하기 위해 촉매와 공급물이 공급되는 제 1 말단(22)을 포함한다. 각각의 라이저 반응기(20)는 또한 촉매, 생성물, 및 존재하는 경우 미반응 공급물이 그를 통해 라이저 반응기(20)로부터 배출되는 제 2 말단(24)을 포함한다. 각각의 라이저 반응기(20)의 제 1 말단(22)은 그를 통해 촉매와 공급물이 라이저 반응기(20) 중에 공급되는 입구(26)에서 종료된다. 탄화수소 전환 장치(10)에 사용되는 라이저 반응기(20)의 수는 장치(10)에서 수행될 탄화수소 전환 공정에 따라 달라진다. 장치(10)는 2, 3, 4, 5, 6개 및 그보다 훨씬 더 많은 라이저 반응기(20)를 함유할 수 있다.
라이저 반응기(20)의 크기는 공탑 기체 속도, 고체 유체역학, 압력 및 목적하는 탄화수소 전환 공정의 생성 용량과 같은 파라미터에 따라 달라진다. 본 발명에서, 각각의 라이저 반응기(20)는 10 내지 70 m의 높이 및 1 내지 3 m의 폭(또는 직경)을 갖는 것이 바람직하다. 모든 라이저 반응기(20)는 그들의 제 1 말단(22)으로부터 제 2 말단(24)까지 유사한 높이를 갖는다. 바람직하게는, 라이저 반응기(20)의 높이는 하나의 라이저 반응기(20)에서 또 다른 라이저 반응기(20)까지 20% 이하로 변화된다. 상기 높이는 10% 이하로 변하는 것이 보다 바람직하며, 가장 바람직하게는 상기 높이는 1% 이하로 변한다.
본 발명에서, 각각의 라이저 반응기(20)는 그의 전체 높이를 따라 유사한 단면적을 갖는다. 바람직하게는, 각각의 라이저 반응기(20)는 12 m2이하의 단면적을 갖는다. 보다 바람직하게는, 각각의 라이저 반응기(20)는 7 m2이하의 단면적을 갖는다. 가장 바람직하게, 각각의 라이저 반응기(20)는 3.5 m2이하의 단면적을 갖는다. 라이저 반응기(20)의 단면적은 하나의 라이저 반응기(20)에서 또 다른 라이저 반응기(20)까지 20% 이하로 변하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 라이저 반응기(20)의 단면적은 10% 이하로 변하며, 가장 바람직하게는, 라이저 반응기(20)의 단면적은 1% 이하로 변한다. 하나 이상의 라이저 반응기(20)가 라이저 반응기(20)의 높이를 따라 상이한 지점들에서 최대 및 최소 단면적을 갖는 경우, 라이저 반응기(20)의 최대 단면적은 하나의 라이저 반응기(20)에서 또 다른 라이저 반응기(20)까지 20% 이하로 변화하고, 라이저 반응기(20)의 최소 단면적은 하나의 라이저 반응기(20)에서 다른 라이저 반응기(20)까지 20% 이하로 변하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 한 라이저 반응기(20)의 최대 단면적은 또 다른 라이저 반응기(20)의 최대 단면적으로부터 10% 이하로 달라지고 최소 단면적은 또 다른 라이저 반응기(20)의 최소 단면적으로부터 10% 이하로 달라진다. 가장 바람직하게는, 하나의 라이저 반응기(20)의 최대 단면적은 또 다른 라이저 반응기(20)의 최대 단면적으로부터 1% 이하로 달라지고 최소 단면적은 또 다른 라이저 반응기(20)의최소 단면적으로부터 1% 이하로 달라진다.
바람직하게, 각 라이저 반응기(20)의 단면적은 그 전체 길이를 따라 50% 이하로 변화된다. 보다 바람직하게는, 각 라이저 반응기(20)의 단면적은 그 전체 높이를 따라 30% 이하로 변화되며, 가장 바람직하게는, 각 라이저 반응기(20)의 단면적은 그 전체 높이를 따라 10% 이하로 변한다.
공급물을 라이저 반응기(20)에 제공하기 위해, 라이저 반응기(20)의 제 1 말단(22) 부근에 하나 이상의 공급물 분배기(30)가 배치된다. 다양한 상태의 공급물을 제공하기 위해 라이저 반응기(20)의 제 1 말단(22)에 인접하여 하나보다 많은 공급물 분배기(30)를 사용할 수 있다, 예를 들면, 한 공급물 분배기(30)는 증기 형태의 공급물을 제공할 수 있는 반면 두 번째 공급물 분배기(30)는 액체 형태의 공급물을 제공할 수 있다. 공급물 분배기(30)는 그로부터 다수의 목(34)이 연장되어 있는 몸체(32)를 포함한다. 각각의 라이저 반응기(20)는 하나 이상의 연결된 목(34)을 갖는다. 각각의 목(34)은 헤드(36)에서 끝난다. 각각의 목(34)의 각 헤드(36)는 각 라이저 반응기(20)의 제 1 말단에 인접하여 배치된다. 각각의 헤드(36)는 각 라이저 반응기(20)중에 위쪽으로 연장되는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 각각의 헤드(36)는 각 라이저 반응기(20)의 제 1 말단(22)에서 입구(26)에 또는 입구(26) 위쪽에 배치된다. 공급물 분배기(30)는 각각의 목(34)으로 공급되는 공급물의 양을 제어하기 위해 공급물 분배기(30) 상에 배치된 임의의 흐름 제어 장치(도시하지 않음)를 포함할 수 있거나, 또는 흐름 제어 장치는 각각의 목(34)에 위치할 수 있다. 흐름 제어 장치는 또한 흐름을 측정할 뿐 아니라흐름을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 각각의 라이저 반응기(20)로의 공급물의 분배를 더 제어하기 위해 각각의 헤드(36)상에 노즐(도시하지 않음)이 배치될 수 있다. 또한, 각각의 헤드(36)에는 공급물 분배기(30)의 목(34) 중 어느 하나로 촉매가 역류되고 이어서 공급물 분배기(30)의 몸체(32)로 역류되는 것을 방지하기 위해 차폐 장치(도시하지 않음)를 장착할 수 있다.
하나 이상의 촉매 회수부(50)는 쉘(12)의 분리 대역(14)과 라이저 반응기(20) 사이에 유체 연통을 제공한다. 특히, 각각의 촉매 회수부(50)는 분리 대역(14)과 각 라이저 반응기(20)의 제 1 말단(22) 사이에 유체 연통을 제공한다. 각각의 촉매 회수부(50)는 제 1 말단(52) 및 제 2 말단(54)을 갖는다. 촉매 회수부(50)의 제 1 말단(52)은 쉘(12)의 제 2 말단(18)으로 개방되고, 촉매 회수부(50)의 제 2 말단(54)은 라이저 반응기(20)에 인접하여 개방된다. 각각의 촉매 회수부(50)는 촉매를 쉘(12)의 분리 대역(14)으로부터 라이저 반응기(20)의 제 1 말단(22)으로 수송하기 위해 제공된다. 장치(10)은 1, 2, 3, 4, 5, 6개 또는 그 이상의 촉매 회수부(50)를 포함할 수 있다. 전형적으로, 반드시 그런 것은 아니지만, 촉매 회수부(50)의 수는 라이저 반응기(20)의 수에 상응한다. 도 1에 나타낸 태양에서, 촉매 회수부(50)는 라이저 반응기(20)의 외부에 있다. 그러나, 계속하여 기술되는 태양에서 나타낸 바와 같이, 촉매 회수부(50)는 공통 쉘 내에 함유되거나 또는 라이저 반응기(20)에 대해 내부에 배치될 수 있거나 또는 이들의 일부 조합일 수 있다. 촉매 회수부(들)(50)을 통한 촉매의 흐름은 임의로 각 촉매 회수부(50) 상에 배치된 흐름 제어 장치(56)를 사용하여 제어할 수 있다. 흐름 제어장치(56)는 촉매 이동 라인을 통한 촉매 흐름을 제어하기 위해 당해 분야에서 현재 사용중인 흐름 제어 장치의 임의의 유형일 수 있다. 사용하는 경우, 흐름 제어 장치(56)는 바람직하게는 볼 밸브, 플러그 밸브 또는 슬라이드 밸브이다.
장치(10)은 또한 기부(60)를 포함한다. 도 1에 도시된 태양에서, 기부(60), 촉매 회수부(50) 및 라이저 반응기(20)의 제 1 말단(22)은 촉매 보유 대역(62)을 한정한다. 촉매 보유 대역(62)은 장치(10)에서 수행되는 탄화수소 전환 반응을 촉진하기 위해 사용되는 촉매를 보유하기 위해 제공된다. 촉매 회수부(50)는 분리 대역(14)과 촉매 보유 대역(62) 사이에 유체 연통을 제공한다. 상기 유체 연통을 제공하기 위해, 촉매 회수부(50)의 제 2 말단(54)은 촉매 보유 대역(62) 쪽으로 개방된다. 당해 분야에 기술을 가진 자가 인지하듯이, 촉매 보유 대역(62)과 촉매 회수부(50) 사이의 경계는 유체이며, 적어도 부분적으로 촉매 회수부(50)와 촉매 보유 대역(62)에 함유된 촉매의 수준에 따라 달라진다.
장치(10)의 기부(60)에 또는 그 부근에 유체 분배기(70)가 또한 배치된다. 유체 분배기(70)는 촉매 보유 대역(62)과 촉매 회수부(50)에서 유동성 촉매를 유동화시키기 위해 유동 유체를 촉매 보유 대역(62)으로 공급하는 도관(72)을 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 촉매 회수부(50) 각각에 함유된 유동성 촉매를 유동화시키기 위해 추가의 유체 분배기(70) 또는 대체 유체 분배기(70)가 또한 각각의 촉매 회수부(50) 상에 배치될 수 있다.
탄화수소 전환 장치(10)는 또한 그를 통해 촉매가 장치(10)로부터 제거될 수 있는 유출구(80)를 포함할 수 있다. 유출구(80)는 쉘(12)의 제 2 말단(18) 상에배치되는 것으로 도시되어 있지만, 장치(10) 상의 어떤 위치에도 배치될 수 있다. 장치(10)은 또한 그를 통해 촉매가 장치(10) 중에 유입될 수 있는 유입구(82)를 포함할 수 있다. 유입구(82)는 쉘(12)의 제 1 말단(16) 상에 배치되는 것으로 도시되어 있지만, 유입구(82)는 장치(10)의 어떤 위치에도 배치될 수 있다. 장치(10)으로부터 탄화수소 전환 생성물을 제거하기 위해 라인(84)이 제공될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 탄화수소 전환 장치(10)는 임의로, 연결된 촉매 재생 장치(90)를 포함할 수 있다. 촉매 재생 장치(90)는 탄화수소 전환 장치(10)와 유체 연통되어 있다. 촉매 재생 장치(90)는 탄화수소 전환 장치(10)와 유체 연통되는 촉매 재생기(92), 및 촉매 재생기(92)와 유체 연통되고 탄화수소 전환 장치(10)와 유체 연통될 수 있는 임의의 촉매 스트리퍼(94)를 포함한다. 제 1 라인(96)은 촉매 스트리퍼(94)와 쉘(12)의 유출구(80) 사이에 유체 연통을 제공한다. 제 2 라인(98)은 촉매 스트리퍼(94)와 촉매 재생기(92) 사이에 유체 연통을 제공한다. 제 3 라인(100)은 촉매 재생기(92)와 쉘(12)의 유입구(82) 사이에 유체 연통을 제공한다. 쉘(12)과 촉매 스트리퍼(94) 사이에서의 촉매의 흐름을 제어하기 위해 제 1 라인(96) 상에 흐름 제어 장치(102)가 임의로 배치될 수 있다. 촉매 스트리퍼(94)와 촉매 재생기(92) 사이에서의 촉매 흐름을 제어하기 위해 제 2 라인(98) 상에 흐름 제어 장치(104)가 임의로 배치될 수 있다. 마지막으로, 촉매 재생기(92)와 쉘(12) 사이에서의 촉매 흐름을 제어하기 위해 제 3 라인(100) 상에 흐름 제어 장치(106)가 배치될 수 있다. 흐름 제어 장치(102), (104) 및 (106)은 촉매 이동 라인을 통한 촉매 흐름을 제어하기 위해 당해 분야에서 현재 사용중인흐름 제어 장치의 임의의 유형일 수 있다. 유용한 흐름 제어 장치로는 볼 밸브, 플러그 밸브 및 슬라이드 밸브가 포함된다. 촉매 스트리퍼(94)는 도 1에 촉매 재생기(92)와 별도인 것으로 도시되어 있지만, 당해 분야에 숙련된 자라면 촉매 스트리퍼(94)가 촉매 재생기(92)와 일체형으로 형성될 수 있음을 인지할 것이다. 당해 분야에 숙련된 자라면 또한, 도 1에는 제 3 라인(100)이 촉매를 라인(82)를 통해 분리 대역(14)으로 순환시키는 것으로 도시되어 있지만 촉매는 또한 촉매 회수부(50), 촉매 보유 대역(62), 및 분리 대역(14), 촉매 회수부(50)와 촉매 보유 대역(62)의 조합으로 순환될 수도 있음을 인지할 것이다.
작동중일 때, 도 1에 도시된 바와 같은 탄화수소 전환 장치(10)는 다음의 방식으로 작용한다. 장치(10)에 목적하는 탄화수소 전환 반응을 수행하기에 적합한 적절한 양의 촉매를 충전한다. 촉매는 유동화가능한 유형이어야 한다. 촉매의 적어도 일부분은 촉매 보유 대역(62)에 함유된다. 촉매 보유 대역(62)에서 촉매를 유동화시키기 위해, 유동 유체를 유입구(72)를 통해 유체 분배기(들)(70) 중에 공급한다. 유동 유체는 탄화수소 전환 장치(10)의 촉매 보유 대역(62)과 촉매 회수부(들)(50)에 공급된다. 유용한 유동 유체로는 불활성 기체, 질소, 증기, 이산화탄소, 탄화수소 및 공기가 포함되나 이로 한정되지는 않는다. 유동 유체의 선택은 탄화수소 전환 장치(10)에서 수행되는 전환 반응의 유형에 따라 달라진다. 유동 유체는 탄화수소 전환 장치(10)에서 수행되는 반응에서 비반응성(즉, 불활성)인 것이 바람직하다. 즉, 유동 유체는 유동성 촉매를 유동화시키는 것 이외에 탄화수소 전환 장치(10)에서 수행되는 다른 탄화수소 전환 공정에는 관여하지 않는 것이 바람직하다.
일단 촉매가 허용되는 유동화 상태에 이르면, 공급물 분배기(30)를 통해 공급물을 탄화수소 전환 장치(10)에 공급한다. 공급물은 공급물 분배기(30)의 몸체(32)로 유입되어 공급물 분배기(30)의 목(34)을 통과하고 공급물 분배기(30)의 헤드(36)를 통해 배출된다. 공급물은 라이저 반응기(20)의 제 1 말단(22)을 통해 라이저 반응기(20) 각각으로 분배된다. 바람직하게는, 공급물은 각각의 라이저 반응기(20)에 실질적으로 동등한 스트림으로 제공된다. "실질적으로 동등한"이란 공급물 분배기(30)를 통해 각각의 라이저 반응기(20)로 제공되는 공급물의 흐름이, 한 라이저 반응기(20)에서 다른 라이저 반응기(20)까지, 용적률 기준으로 25% 이하로 변화되며, 공급물 중의 각 성분에 대한 질량% 기준으로 25% 이하로 변함을 의미한다. 보다 바람직하게는, 공급물 분배기(30)를 통해 각각의 라이저 반응기(20)로 제공되는 공급물의 흐름은, 한 라이저 반응기(20)에서 다른 라이저 반응기(20)까지, 용적률 기준으로 10% 이하로 변화되며, 공급물 중의 각 성분에 대한 질량% 기준으로 10% 이하로 변화된다. 가장 바람직하게는, 공급물 분배기(30)를 통해 각각의 라이저 반응기(20)로 제공되는 공급물은, 한 라이저 반응기(20)에서 다른 라이저 반응기(20)까지, 용적률 기준으로 1% 이하로 변화되며, 공급물 중의 각 성분에 대한 질량% 기준으로 1% 이하로 변한다.
라이저 반응기(20)의 제 1 말단(22)에 유입되는 공급물의 속도와 촉매 회수부(들)(50) 및 촉매 보유 대역(62) 중의 유동성 촉매 높이의 압력에 의해 발생되는 압력차는 촉매를 라이저 반응기(20)의 제 1 말단(22)으로 흡인시킨다. 촉매는, 한유체(이 경우에서는 공급물)의 동적 에너지를 이용하여 또 다른 유체(이 경우에서는 유동화 촉매)를 이동시키는 공지된 배출 원리하에 라이저 반응기(20)를 통해 수송된다. 촉매 및 공급물은 라이저 반응기(20)의 제 1 말단(22)으로부터 제 2 말단(24)으로 이동한다. 촉매와 공급물이 라이저 반응기(20)를 통해 이동할 때, 탄화수소 전환 반응이 일어나고 전환 생성물이 생성된다.
상기 특징들을 갖는 탄화수소 전환 장치(10)를 설계함으로써, 각각의 개별적 라이저 반응기(20)는 실질적으로 동일한 방식으로 작동한다. 본 발명에 있어, 반응물 공급률과 촉매 공급률을 모두 각각의 라이저 반응기(20)에 대해 동일한 비율로 유지하는 것이 바람직하다. 이런 식으로, 공급물의 전환율 및 목적 생성물에 대한 선택도는 실질적으로 동일할 것이며 최적의 작업 조건에서 실행될 수 있다.
전환 생성물(들), 미반응 공급물(존재하는 경우) 및 촉매는 라이저 반응기(20)의 제 2 말단(24)을 통해 반응기(20)로부터 배출되어 쉘(12)의 분리 대역(14)으로 유입된다. 쉘(12)의 제 2 말단(16)에서, 전환 생성물 및 미반응 공급물(존재하는 경우)은 분리기(도시하지 않음), 예를 들면, 사이클론 분리기, 필터, 체, 충돌 장치, 플레이트, 콘, 촉매를 전환 반응 생성물로부터 분리하는 기타 장치 및 이들의 조합에 의해 촉매로부터 분리된다. 전환 생성물 및 미반응 공급물(존재하는 경우)은 일련의 사이클론 분리기에 의해 분리하는 것이 바람직하다. 일단 촉매가 전환 생성물 및 미반응 공급물(존재하는 경우)로부터 분리되면, 전환 생성물 및 미반응 공급물(존재하는 경우)은 분리 및 정제와 같은 추가의 공정을 위해 라인(84)를 통해 쉘(12)로부터 제거된다. 생성물 및 미반응 공급물로부터 분리된후 촉매는 쉘(12)로부터 촉매 보유 대역(62)으로 이동한다. 촉매는 촉매 회수부(50)의 제 1 말단(52)을 통해 쉘(12)로부터 배출되어 촉매 회수부(50)를 통해 촉매 회수부(50)의 제 1 말단(54)으로 이동하고 이로부터 촉매가 촉매 보유 대역(62)으로 이동한다. 경우에 따라, 촉매 회수부(50)를 통한 촉매의 흐름은 흐름 제어 장치(56)에 의해 제어될 수 있다. 흐름 제어 장치(56)를 사용하는 경우, 유동성 촉매의 높이는 흐름 제어 장치(56)의 적절한 기능을 허용하도록 촉매 회수부(50)에서의 각각의 흐름 제어 장치(56)보다 높게 유지된다.
필요하거나 바람직한 경우, 촉매의 적어도 일부분을 도 1에 도시된 바와 같은 촉매 재생 장치(90)로 순환시킬 수 있다. 재생될 촉매는 유출구(80)를 통해 쉘(12)로부터 제거되어, 경우에 따라, 제 1 라인(96)을 통해 촉매 스트리퍼(94)로 수송된다. 탄화수소 전환 장치(10)와 촉매 스트리퍼(94) 사이에서의 촉매 흐름은 흐름 제어 장치(102)에 의해 제어될 수 있다. 촉매 스트리퍼(94)에서, 촉매는 용이하게 제거할 수 있는 유기 물질(유기물)의 대부분을 스트리핑시킨다. 개별적인 탄화수소 전환 공정에 대한 스트리핑 절차 및 조건은 당해 분야에 기술을 가진 자의 기술에 속한다. 스트리핑된 촉매는 제 2 라인(98)을 통해 촉매 스트리퍼(94)로부터 촉매 재생기(92)로 이동된다. 제 2 라인(98)을 통한 촉매의 흐름은 임의의 흐름 제어 장치(104)에 의해 임의로 제어될 수 있다. 촉매 재생기(92)에서는, 탄화수소 전환 반응동안 촉매상에 형성된 탄소질 침적물이 탄소로부터 적어도 부분적으로 제거된다. 이어서, 재생된 촉매는 제 3 라인(100)을 통해 탄화수소 전환 장치(10)의 쉘(12)로 이동된다. 제 3 라인(100)을 통한 촉매의 흐름은 임의로 흐름제어 장치(106)에 의해 제어될 수 있다. 전형적으로 촉매 재생기(92)로부터 탄화수소 전환 장치(10)로 촉매의 이동을 촉진하기 위해 제 3 라인(100)에 수송 기체가 제공된다. 촉매는 유입구(82)를 통해 쉘(12)로 순환된다.
본 발명의 탄화수소 전환 장치(110)의 또 다른 태양이 도 2에 부분 단면도로 도시되어 있다. 장치(110)은 쉘(120), 다수의 라이저 반응기(130), 공급물 분배기(140) 및 촉매 회수부(150)를 포함한다.
계속하여 도 2를 참조로, 쉘(120)은 탄화수소 전환 반응의 생성물이 탄화수소 전환 반응을 촉진하는 촉매로부터 분리되는 분리 대역(122)을 형성한다. 쉘(120)은 제 1 말단(124) 및 제 2 말단(126)을 포함한다. 쉘(120)은 탄화수소 전환 장치(110)로부터 촉매를 회수할 수 있는 대기 대역(128)을 한정한다.
라이저 반응기(130)는 쉘(120) 및 분리 대역(122)으로 연장된다. 각각의 라이저 반응기(130)는 탄화수소 전환 반응을 수행하기 위해 그 안으로 촉매 및 공급물이 공급되는 제 1 말단(132)을 포함한다. 각각의 라이저 반응기(130)는 또한 촉매, 생성물 및 미반응 공급물(존재하는 경우)이 그를 통해 라이저 반응기(130)로부터 배출되는 제 2 말단(134)을 포함한다. 각각의 라이저 반응기(130)의 제 1 말단(132)은 그를 통해 촉매와 공급물이 라이저 반응기(130) 중에 공급되는 입구(136)에서 종료된다. 전술한 바와 같이, 탄화수소 전환 장치(110)에 사용되는 라이저 반응기(130)의 수는 장치(110)에서 수행될 탄화수소 전환 공정에 따라 달라진다. 라이저 반응기(130)의 수 및 크기는 도 1의 설명과 관련하여 상기에서 논의하였다.
공급물을 라이저 반응기(130)에 제공하기 위해, 라이저 반응기(130)의 제 1 말단(132) 부근에 하나 이상의 공급물 분배기(140)가 배치된다. 다양한 상태의 공급물을 제공하기 위해 하나보다 많은 공급물 분배기(140)를 사용할 수 있다, 예를 들면, 한 공급물 분배기(140)는 증기 형태의 공급물을 제공할 수 있는 반면 두 번째 공급물 분배기(140)는 액체 형태의 공급물을 제공할 수 있다. 공급물 분배기(140)는 그로부터 다수의 목(144)이 연장되어 있는 몸체(142)를 포함한다. 각각의 라이저 반응기(130)는 하나 이상의 연결된 목(144)을 갖는다. 각각의 목(144)의 각각의 헤드(146)는 각 라이저 반응기(130)의 제 1 말단(132)에 인접하여 배치된다. 각각의 헤드(146)는 각 라이저 반응기(130) 중에 위쪽으로 연장되는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 각각의 헤드(146)는 각 라이저 반응기(130)의 제 1 말단(132)에서 입구(136)에 또는 입구(136) 위쪽에 배치된다. 공급물 분배기(140)는 각각의 목(144)에 동등한 양의 공급물을 제공하기 위해 공급물 분배기(140) 상에 배치된 임의의 흐름 제어 장치(도시하지 않음)를 포함할 수 있거나, 또는 흐름 제어 장치는 각각의 목(144)에 위치할 수 있다. 흐름 제어 장치는 또한 흐름을 측정할 뿐 아니라 흐름을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 각각의 라이저 반응기(130)로의 공급물의 분배를 더 제어하기 위해 각각의 헤드(146)상에 노즐(도시하지 않음)이 배치될 수 있다. 또한, 각각의 헤드(146)에는 공급물 분배기(140)의 목(144) 중 어느 하나로 촉매가 역류되고 이어서 공급물 분배기(140)의 몸체(142)로 역류되는 것을 방지하기 위해 차폐 장치(도시하지 않음)를 장착할 수 있다.
하나 이상의 촉매 회수부(150)는 쉘(120)의 분리 대역(122)과 라이저 반응기(130) 사이에 유체 연통을 제공한다. 각각의 촉매 회수부(150)는 제 1 말단(152) 및 제 2 말단(154)을 갖는다. 촉매 회수부(150)의 제 1 말단(152)은 쉘(120)의 제 2 말단(126)에 인접하여 개방되고, 촉매 회수부(150)의 제 2 말단(154)은 라이저 반응기(130) 쪽으로 개방된다. 각각의 촉매 회수부(150)는 촉매를 쉘(120)의 분리 대역(122)으로부터 라이저 반응기(130)의 제 1 말단(132)으로 수송하기 위해 제공된다. 장치(110)은 1, 2, 3, 4, 5, 6개 또는 그 이상의 촉매 회수부(150)를 포함할 수 있다. 전형적으로, 반드시 그런 것은 아니지만, 촉매 회수부(150)의 수는 라이저 반응기(130)의 수에 상응한다. 촉매 회수부(들)(150)을 통한 촉매의 흐름은 임의로 각 촉매 회수부(150) 상에 배치된 흐름 제어 장치(도시하지 않음)를 사용하여 제어할 수 있다. 흐름 제어 장치는 촉매 이동 라인을 통한 촉매 흐름을 제어하기 위해 당해 분야에서 현재 사용중인 흐름 제어 장치의 임의의 유형일 수 있다. 사용하는 경우, 흐름 제어 장치는 바람직하게는 볼 밸브, 플러그 밸브 또는 슬라이드 밸브이다.
장치(110)는 또한 기부(160)를 포함한다. 도 2에 도시된 태양에서, 기부(160), 촉매 회수부(150) 및 라이저 반응기(130)의 제 1 말단(132)은 촉매 보유 대역(162)을 한정한다. 촉매 회수부(150)의 제 2 말단(154)은 촉매 보유 대역(162) 쪽으로 개방된다. 촉매 보유 대역(162)은 장치(110)에서 수행되는 탄화수소 전환 반응을 촉진하기 위해 사용되는 촉매를 보유하기 위해 제공된다. 당해 분야에 기술을 가진 자가 인지하듯이, 촉매 보유 대역(162)과 촉매 회수부(150) 사이의 경계는 유체이며, 적어도 부분적으로 촉매 보유 대역(162)과 촉매 회수부(150)에 함유된 촉매의 수준에 따라 달라진다.
장치(110)의 기부(160)에 또는 그 부근에 유체 분배기(170)가 또한 배치된다. 유체 분배기(170)는 촉매 보유 대역(162)과 촉매 회수부(150)에 함유된 유동성 촉매를 유동화시키기 위해 유동 유체를 촉매 보유 대역(162)으로 공급하는 도관(172)을 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 촉매 회수부(들)(150)에 추가의 유동 유체를 제공하기 위해 추가의 유체 분배기(170)가 또한 촉매 회수부들(150) 상에 배치될 수 있다.
탄화수소 전환 장치(110)는 또한 그를 통해 촉매가 장치(110)로부터 제거될 수 있는 유출구(180)를 포함할 수 있다. 유출구(180)는 쉘(120)의 제 2 말단(126)에서 대기 대역(128)에 인접하여 배치된다. 유출구(180)는 촉매가 대기 대역(128)을 통해 쉘(120)로부터 제거될 수 있도록 배치되는 것이 바람직하다. 장치(110)은 또한 그를 통해 촉매가 장치(110) 중에 유입될 수 있는 유입구(182)를 포함할 수 있다. 유입구(182)는 쉘(120)의 제 2 말단(126) 상에 배치되는 것으로 도시되어 있지만, 유입구(182)는 장치(110)의 어떤 위치에도 배치될 수 있다. 탄화수소 전환 장치(110)의 분리 대역(122)으로부터 생성물 및 미반응 공급물(존재하는 경우)을 제거하기 위해 라인(184)이 제공된다.
일련의 분리 장치(186)가 쉘(120)의 분리 대역(122)에 배치되는 것으로 도시되어 있다. 분리 장치(186)는 사이클론 분리기, 필터, 체, 충돌 장치, 플레이트, 콘 또는 촉매를 전환 반응 생성물로부터 분리하는 기타 장치일 수 있다.
충돌 장치(190)는 쉘(120)의 제 1 말단(124)에 배치된다. 충돌 장치(190)는 촉매가 라이저 반응기(130)의 제 2 말단(134)으로부터 먼 쪽으로 라이저 반응기(130)를 나가도록 유도하고 라이저 반응기(130)로 다시 들어오는 촉매의 양을 제한하기 위해 제공된다. 충돌 장치(190)는 라이저 반응기(130)의 제 2 말단(134)에 대향하여 배치되는 것이 바람직하다.
도 2에는 일련의 지지체(192)도 또한 도시되어 있다. 지지체(192)는 단지 탄화수소 전환 장치(110)를 지지하기 위한 하나의 가능한 수단을 예시하기 위해 나타낸 것이다.
당해 분야에 기술을 가진 자가 인지하듯이, 도 2에 도시된 탄화수소 전환 장치는 도 1에 도시된 장치와 유사하게 작용하며 도 1에 도시되지 않은 특징들을 설명하는 것을 제외하고는 상세히 논의하지 않을 것이다.
도 2에 관하여, 촉매는 촉매 보유 대역(162)으로 제공되어 유체 분배기(170)를 통해 제공된 유동 유체에 의해 촉매 보유 대역(162) 및 촉매 회수부(150)에서 유동화된다. 공급물은 공급물 분배기(140)를 통해 라이저 반응기(130)로 제공된다. 각각의 라이저 반응기(130)로 제공되는 공급물의 양은 도 1의 설명과 관련하여 전술한 바와 동일하다. 촉매 및 공급물은 도 1에서 라이저 반응기(20)의 설명과 관련하여 전술한 바와 동일한 방식으로 라이저 반응기(130)를 통해 위쪽으로 흐른다.
계속 도 2를 참조하여, 촉매, 생성물 및 미반응 공급물(존재하는 경우)은 라이저 반응기(130)의 제 2 말단(134)을 통해 쉘(120)의 분리 대역(122)으로 배출된다. 적어도 일부분, 바람직하게는 대부분의 촉매가 충돌 장치(190)와 접촉하여 쉘(120) 쪽으로 치우친다. 분리기(186)는 촉매의 적어도 일부분을 생성물 및 미반응 공급물로부터 분리시킨다. 생성물 및 미반응 공급물은 라인(184)를 통해 탄화수소 전환 장치(110)의 쉘(120)로부터 제거된다. 분리기(186)에 의해 분리된 촉매는 대기 대역(128) 중으로 들어간다. 나머지 촉매는 촉매 회수부(150)를 통해 순환되어 공급물과 접촉한다.
대기 대역(128)에 함유된 촉매의 일부분은 탄화수소 전환 장치(110)로부터 제거되어 유출구(180)를 거쳐 촉매 재생 장치, 예를 들면, 도 1에 도시된 촉매 재생 장치(90)로 보내지거나 또는 추가의 공정을 위해 탄화수소 전환 장치(110)로부터 제거될 수 있다. 또한, 대기 대역(128)내의 촉매는 촉매 회수부(150) 중으로 넘쳐흘러 회수되어 공급물과 접촉할 수 있다.
본 발명의 탄화수소 전환 장치의 또 다른 태양이 도 3에 도시되어 있다. 장치(200)은 쉘(212), 다수의 라이저 반응기(220), 공급물 분배기(230) 및 촉매 회수부(250)를 포함한다.
계속 도 3을 참조로, 쉘(212)은 탄화수소 전환 반응의 생성물이 탄화수소 전환 반응을 촉진하는 촉매로부터 분리되는 분리 대역(214)을 한정한다. 쉘(212)은 제 1 말단(216) 및 제 2 말단(218)을 포함한다.
라이저 반응기(220)는 쉘(212) 및 분리 대역(214)으로 연장된다. 각각의 라이저 반응기(220)는 탄화수소 전환 반응을 수행하기 위해 그 안으로 촉매 및 공급물이 공급되는 제 1 말단(222)을 포함한다. 각각의 라이저 반응기(220)는 또한 촉매, 생성물 및 미반응 공급물(존재하는 경우)이 그를 통해 라이저 반응기(220)로부터 배출되는 제 2 말단(224)을 포함한다. 각각의 라이저 반응기(220)의 제 1 말단(222)은 그를 통해 촉매와 공급물이 라이저 반응기(220) 중에 공급되는 입구(226)에서 종료된다. 라이저 반응기(220)의 수 및 크기는 도 1의 설명과 관련하여 상기에서 논의하였다.
계속 도 3과 관련하여, 공급물을 라이저 반응기(220)에 제공하기 위해, 라이저 반응기(220)의 제 1 말단(222) 부근에 하나 이상의 공급물 분배기(230)가 배치된다. 다양한 상태의 공급물을 제공하기 위해 하나보다 많은 공급물 분배기(230)를 사용할 수 있다, 예를 들면, 한 공급물 분배기(230)는 증기 형태의 공급물을 제공할 수 있는 반면 두 번째 공급물 분배기(230)는 액체 형태의 공급물을 제공할 수 있다. 각각의 공급물 분배기는 그로부터 하나 이상의 목(232)이 연장되어 있는 몸체(도시하지 않음)를 포함한다. 각각의 라이저 반응기(220)는 하나 이상의 연결된 목(232)을 갖는다. 각각의 공급물 분배기(230)는 헤드(234)에서 종료된다. 각각의 헤드(234)는 각 라이저 반응기(220)의 제 1 말단(222)에 인접하여 배치된다. 각각의 헤드(234)는 각 라이저 반응기(220) 중에 위쪽으로 연장되는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 각각의 헤드(234)는 각 라이저 반응기(220)의 제 1 말단(222)의 입구(226)에 또는 입구(226) 위쪽에 배치된다. 공급물 분배기(230)는 각각의 헤드(234)에 동등한 양의 공급물을 제공하기 위해 공급물 분배기(230) 상에 배치되는 임의의 흐름 제어 장치(도시하지 않음)를 포함할 수 있다. 흐름 제어 장치는 또한 흐름을 측정하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 각각의 라이저반응기(220)로의 공급물의 분배를 더 제어하기 위해 각각의 헤드(234)상에 노즐(도시하지 않음)이 배치될 수 있다. 또한, 각각의 헤드(234)에는 임의의 공급물 분배기(230)로 촉매가 역류되는 것을 방지하기 위해 차폐 장치(도시하지 않음)를 장착할 수 있다.
도 3에 나타낸 탄화수소 전환 장치(200)에서는, 단일 촉매 회수부(250)가 라이저 반응기(220)와 관련하여 중심에 배치된다. 촉매 회수부(250)는 쉘(212)의 분리 대역(214)과 라이저 반응기(220) 사이에 유체 연통을 제공한다. 촉매 회수부(250)는 제 1 말단(252) 및 제 2 말단(254)을 갖는다. 촉매 회수부(250)의 제 1 말단(252)은 쉘(212)의 제 1 말단(214) 쪽으로 개방되고, 촉매 회수부(250)의 제 2 말단(254)은 라이저 반응기(220) 쪽으로 개방된다. 일련의 암(256)이 촉매 회수부(250)의 제 2 말단(254)상에 배치된다. 암(256)은 촉매 회수부(250)로부터 각각의 라이저 반응기(220)로 연장되며 촉매 회수부(250)와 라이저 반응기(220) 사이에 유체 연통을 제공한다. 암(256)의 수는 라이저 반응기(220)의 수에 상응할 것인데, 각각의 라이저 반응기(230)는 하나 이상의 상응하는 암(256)을 갖는다. 촉매 회수부(250)는 촉매를 쉘(212)의 분리 대역(214)으로부터 라이저 반응기(220)의 제 1 말단(222)으로 수송하기 위해 제공된다. 촉매 회수부(250)를 통한 촉매의 흐름은 임의로 촉매 회수부(250) 또는 각각의 암(256) 상에 배치된 흐름 제어 장치(258)를 사용하여 제어할 수 있다. 흐름 제어 장치(들)(258)은 촉매 이동 라인을 통한 촉매 흐름을 제어하기 위해 당해 분야에서 현재 사용중인 흐름 제어 장치의 임의의 유형일 수 있다. 사용하는 경우, 흐름 제어 장치(258)는 바람직하게는 볼 밸브, 플러그 밸브 또는 슬라이드 밸브이다.
도 3에 도시된 태양에서, 촉매 회수부(250)의 제 1 말단(252) 및 암(256)은 촉매 보유 대역(262)을 한정한다. 촉매 회수부(250)의 암(256)은 촉매 보유 대역(262)으로 개방된다. 촉매 보유 대역(262)은 장치(200)에서 수행되는 탄화수소 전환 반응을 촉진하기 위해 사용되는 촉매를 보유하기 위해 제공된다. 당해 분야에 기술을 가진 자가 인지하듯이, 촉매 보유 대역(262)과 촉매 회수부(250) 사이의 경계는 유체이며, 적어도 부분적으로는, 촉매 보유 대역(262)과 촉매 회수부(250)의 암(256)에 함유된 촉매의 수준에 따라 달라진다.
촉매 보유 대역(262)의 아래에 하나 이상의 유체 분배기(270)가 배치된다. 유체 분배기(270)는 촉매 보유 대역(262)과 촉매 회수부(250)에서 유동성 촉매를 유동화시키기 위해 유동 유체를 공급하는 도관(272)을 포함한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 촉매 회수부(250)에 함유된 유동성 촉매를 더 유동화시키기 위해 추가의 유체 분배기(270)가 또한 촉매 회수부(250) 상에 배치될 수 있다.
탄화수소 전환 장치(200)는 또한 그를 통해 촉매가 장치(200)로부터 제거될 수 있는 유출구(280)를 포함할 수 있다. 유출구(280)는 쉘(212)의 제 2 말단(218) 상에 배치되는 것으로 도시되어 있지만, 장치(200) 상의 어떤 위치에도 배치될 수 있다. 장치(200)은 또한 그를 통해 촉매가 장치(200) 중에 유입될 수 있는 유입구(282)를 포함할 수 있다. 유입구(282)는 쉘(212)의 제 2 말단(218) 상에 배치되는 것으로 도시되어 있지만, 유입구(282)는 장치(200) 상의 어떤 위치에도 배치될 수 있다. 장치(200)로부터 생성물을 제거하기 위해 라인(284)이 제공될 수있다.
일련의 분리 장치(286)가 쉘(212)의 분리 대역(214)에 배치되는 것으로 도시되어 있다. 분리 장치(286)는 사이클론 분리기, 필터, 체, 충돌 장치, 플레이트, 콘 또는 촉매를 전환 반응 생성물로부터 분리하는 기타 장치일 수 있다. 도 3에서 분리 장치(286)는 사이클론 분리기(288)로 도시되어 있다.
도 3에는 일련의 지지체(292)가 또한 도시되어 있다. 지지체(292)는 단지 탄화수소 전환 장치(200)를 지지하기 위한 하나의 가능한 수단을 예시하기 위해 나타낸 것이다.
도 3에 도시된 탄화수소 전환 장치(200)는 도 1 및 2에 도시된 장치와 유사하게 작용한다. 도 3에 도시된 장치(200)는 하기의 방식으로 작용한다.
장치(200)에 촉매 회수부(250)와 촉매 보유 대역(262)에 보유되어 있는 적절한 양의 촉매를 충전한다. 촉매는 유체 분배기(270)의 도관(272)을 통해 탄화수소 전환 장치(200)에 제공되는 유동 유체에 의해 촉매 회수부(250) 및 촉매 보유 대역(262)에서 유동화된다. 라이저 반응기(220)로의 촉매의 흐름은 흐름 제어 장치(258)에 의해 제어할 수 있다. 공급물은 공급물 분배기(230)를 통해 라이저 반응기(220)에 제공된다. 라이저 반응기(220)에 제공되는 공급물의 양은 도 1의 설명과 관련하여 전술한 바와 동일하다. 공급물 및 촉매는 또한 전술한 배출 원리에 위해 라이저 반응기(230)에서 위쪽으로 흐른다.
촉매, 생성물 및 미반응 공급물(존재하는 경우)은 라이저 반응기(220)의 제 2 말단을 통해 라이저 반응기(220)로부터 배출된다. 촉매는 분리 장치(286)에 의해 생성물 및 임의의 미반응 공급물로부터 분리된다. 분리된 촉매는 쉘(212)의 제 2 말단(218)으로 공급되는 반면, 생성물 및 임의의 미반응 공급물은 라인(284)을 통해 장치로부터 제거된다.
유출구(280)를 통해 장치(200)로부터 촉매의 일부분이 제거되어 재생 장치(도시하지 않음)로 보내질 수 있거나 또는 장치(200)로부터 완전히 제거될 수 있다. 재생된 촉매는 유입구(282)를 통해 장치(200)로 순환된다.
분리된 촉매는 촉매 회수부(250)의 제 1 말단(252)으로 유입되고 재순환되어 탄화수소 전환 반응에 재사용된다. 촉매는 촉매 회수부(250)를 통해 촉매 보유 영역(262)으로 순환되고 상기 영역에서 촉매는 유체 분배기(270)를 통해 제공된 유동 유체에 의해 유동화 상태로 유지된다.
탄화수소 전환 장치(300)의 또 다른 태양이 도 4에 도시되어 있다. 장치(300)은 쉘(310), 다수의 라이저 반응기(330), 공급물 분배기(340) 및 유체 분배기(350)를 포함한다.
계속 도 4를 참조하여, 쉘(310)은 벽(312)에 의해 형성되며 속이 비어 있다. 쉘(310)은 제 1 말단(314) 및 제 2 말단(316)을 갖는다. 쉘(310)의 제 1 말단(314)은 촉매가 탄화수소 전환 반응의 생성물로부터 분리되는 분리 대역(318)을 한정한다. 쉘(310)은 또한 쉘(310)의 제 1 말단(314)으로부터 쉘(310)의 제 2 말단(316)으로 위쪽으로 연장되어 있는 벽 연장부(320), 및 깔때기 부분(322)을 포함한다. 벽 연장부(320) 및 깔때기 부분(322)은 촉매의 일부분이 쉘(310)로부터 제거되기 전에 유지될 수 있는 대기 대역(324)을 한정한다.
도 4에 도시된 태양에는, 다수의 라이저 반응기(330)가 도 4에 도시된 바와 같이 쉘(310) 내부에 배치되어 있다. 각각의 라이저 반응기(330)는 실질적으로 쉘(310)의 종축에 평행하게 연장되며 벽(331)을 갖는다. 각각의 라이저 반응기(330)는 제 1 말단(332) 및 제 2 말단(334)을 갖는다. 각 라이저 반응기(330)의 제 1 말단(332)은 쉘(310)의 제 2 말단(316)에 배치된다. 각 라이저 반응기(330)의 제 2 말단(334)은 쉘(310)의 제 1 말단(314)으로 연장된다. 각 라이저 반응기(330)의 제 1 말단(332)은 촉매 및 공급물이 그를 통해 라이저 반응기(330)로 공급되는 입구(335)에서 종료된다. 탄화수소 전환 장치(300)는 도 4에 3개의 라이저 반응기(330)를 함유하는 것으로 도시되어 있지만, 장치(300)은 바람직하게는 2개 이상의 라이저 반응기(330)를 함유한다. 라이저 반응기(300)의 수 및 크기는 도 1의 설명과 관련하여 기술하였다.
계속 도 4를 참조로, 쉘(310)의 벽(312) 및 각 라이저 반응기(330)의 벽(331)은 촉매 보유 대역(336)을 한정한다. 촉매 보유 대역(336)은 탄화수소 전환 반응을 촉진하기 위해 사용되는 촉매를 함유한다. 장치(300)이 작동중일 때, 촉매 보유 대역(336)은 하기에서 상세히 기술하는 바와 같이 유동화된 상태의 촉매를 함유한다. 벽 연장부(320), 쉘(310)의 벽(312) 및 각 라이저 반응기(330)의 벽(331)은 또한 촉매 회수부(338)를 한정한다. 촉매 회수부(338)는 전환 반응에 사용된 촉매를 쉘(310)의 제 1 말단(314) 중의 분리 대역(318)으로부터 촉매 보유 대역(336)으로 유도한다. 당해 분야에 기술을 가진 자가 인지하듯이, 촉매 보유 대역(336)과 촉매 회수부(338) 사이의 경계는 유체이며 적어도 부분적으로 촉매 보유 대역(336)에 함유된 촉매의 수준에 따라 달라진다.
공급물을 라이저 반응기(330)에 제공하기 위해, 라이저 반응기(330)의 제 1 말단(332) 부근에 하나 이상의 공급물 분배기(340)가 배치된다. 다양한 상태의 공급물을 제공하기 위해 하나보다 많은 공급물 분배기(340)를 사용할 수 있다, 예를 들면, 한 공급물 분배기(340)는 증기 형태의 공급물을 제공할 수 있는 반면 두 번째 공급물 분배기(340)는 액체 형태의 공급물을 제공할 수 있다. 공급물 분배기(340)는 그로부터 다수의 목(344)이 연장되어 있는 몸체(342)를 포함한다. 각각의 라이저 반응기(330)는 하나 이상의 연결된 목(344)을 갖는다. 각각의 목(344)은 헤드(346)에서 종료된다. 각각의 목(344)의 각각의 헤드(346)는 각 라이저 반응기(330)의 제 1 말단(332)에 인접하여 배치된다. 각각의 헤드(346)는 각 라이저 반응기(330) 중으로 연장되는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 각각의 헤드(346)는 각 라이저 반응기(330)의 제 1 말단(332)에서 입구(335)에 또는 입구(335) 위쪽에 배치된다. 공급물 분배기(340)는 각각의 목(344)에 동등한 양의 공급물을 제공하기 위해서, 및 경우에 따라 각각의 목(344)을 통한 흐름을 측정하기 위해 공급물 분배기(340) 상에 배치된 임의의 흐름 제어 장치(348)를 포함할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 흐름 제어 장치(348)는 밸브(350)이다. 유용한 유형의 밸브는 전술하였다. 또한, 각각의 라이저 반응기(330)로 공급물을 분배하기 위해 각각의 헤드(346)상에 노즐(도시하지 않음)이 장착될 수 있다. 또한, 각각의 헤드(346)에는 공급물 분배기(340)의 목(344) 중 어느 하나로 촉매가 역류되고 이어서 공급물 분배기(340)의 몸체(342)로 역류되는 것을 방지하기 위해 차폐장치(도시하지 않음)를 장착할 수 있다.
쉘(310)의 제 2 말단(316)에 유체 분배기(350)가 또한 배치된다. 유체 분배기(350)는 촉매 보유 대역(336)과 촉매 회수부(338)에서 유동성 촉매를 유동화시키기 위해 유동 유체를 공급하는 도관(352)을 포함한다. 촉매 보유 대역(336)과 촉매 회수부(338) 주위에 유동 유체를 분산시키기 위해 유체 분배기(350)와 촉매 보유 대역(336) 사이에 임의의 분산장치(354)가 배치될 수 있다. 분산장치(354)는 쉘(310)의 제 2 말단(316)에서 쉘(310)의 종축에 수직으로 배치되는 것이 바람직하다. 분산장치(354)는 체, 격자망, 다공판, 또는 촉매 보유 대역(336)에 유동 유체의 고른 분배를 제공하기 위해 그를 통해 유동 유체가 공급되는 유사한 장치일 수 있다.
촉매로부터 탄화수소 전환 반응의 생성물을 분리하기 위해, 쉘(310)의 제 1 말단에 분리기(360) 또는 일련의 분리기들(360)이 배치될 수 있다. 도 4에서 분리기(360)는 사이클론 분리기(362)인 것으로 도시되어 있다. 필터, 체, 충돌 장치, 플레이트, 콘 및 촉매로부터 생성물을 분리하는 기타 장치들과 같은 다른 유형의 분리기(360)도 또한 쉘(310)의 제 1 말단(314)에 배치될 수 있다. 분리기(360)의 수는 목적하는 공정 효율, 촉매의 입자 크기, 기체 공탑 속도, 생성 용량 및 기타 파라미터에 따라 달라진다. 생성물은, 예를 들면, 분리 및 정제와 같은 추가의 공정을 위해 라인(364) 또는 다수의 라인들(364)을 통해 쉘(310)로부터 제거된다.
장치(300)는 추가로 촉매가 그를 통해 쉘(310)로부터 제거될 수 있는 유출구(370) 및 그를 통해 촉매가 쉘(310)로 유입될 수 있는 유입구(372)를 포함할수 있다. 유출구(370) 및 유입구(372)의 위치지정은 중요하지 않다. 그러나, 촉매가 대기 대역(324)을 통해 쉘(310)로부터 제거될 수 있도록 유출구(370)가 배치되는 것이 바람직하다.
쉘(310)의 제 1 말단(314)에는 충돌 장치(380)가 배치된다. 충돌 장치(380)는 촉매가 라이저 반응기(330)의 제 2 말단(334)으로부터 먼쪽으로 라이저 반응기(330)를 나가도록 유도하고 라이저 반응기(130)로 다시 들어오는 촉매의 양을 제한하기 위해 제공된다.
도 4에는 또한 지지체(392)가 도시되어 있다. 지지체(392)는 단지 탄화수소 전환 장치(300)를 지지하기 위한 하나의 가능한 수단을 예시하기 위해 나타낸 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 탄화수소 전환 장치(300)는 임의로 탄화수소 전환 장치(300)와 유체 연통되어 있는 연결된 촉매 재생 장치(90)를 포함할 수 있다. 촉매 재생 장치(90)는 탄화수소 전환 장치(300)와 유체 연통되어 있는 촉매 재생기(92), 및 촉매 재생기(92)와 유체 연통되고 탄화수소 전환 장치(300)와 유체 연통될 수 있는 임의의 촉매 스트리퍼(94)를 포함한다. 제 1 라인(96)은 유출구(370)를 통해 촉매 스트리퍼(94)와 쉘(310) 사이에 유체 연통을 제공한다. 제 2 라인(98)은 촉매 스트리퍼(94)와 촉매 재생기(92) 사이에 유체 연통을 제공한다. 제 3 라인(100)은 촉매 재생기(92)와 쉘(310)의 유입구(372) 사이에 유체 연통을 제공한다. 쉘(12)과 촉매 스트리퍼(94) 사이에서의 촉매 흐름을 제어하기 위해 제 1 라인(96) 상에 흐름 제어 장치(102)가 임의로 배치될 수 있다. 촉매 스트리퍼(94)와 촉매 재생기(92) 사이에서의 촉매 흐름을 제어하기 위해 제 2 라인(98) 상에 흐름 제어 장치(104)가 임의로 배치될 수 있다. 마지막으로, 촉매 재생기(92)와 쉘(310) 사이에서의 촉매 흐름을 제어하기 위해 제 3 라인(100) 상에 흐름 제어 장치(106)가 배치될 수 있다. 흐름 제어 장치(102), (104) 및 (106)은 촉매 이동 라인을 통한 촉매 흐름을 제어하기 위해 당해 분야에서 현재 사용중인 임의의 흐름 제어 장치일 수 있다. 유용한 흐름 제어 장치로는 볼 밸브, 플러그 밸브 및 슬라이드 밸브가 포함된다. 촉매 스트리퍼(94)는 도 4에 촉매 재생기(92)와 별도인 것으로 도시되어 있지만, 당해 분야에 숙련된 자라면 촉매 스트리퍼(94)는 촉매 재생기(92)와 일체형으로 형성될 수 있음을 인지할 것이다. 당해 분야에 숙련된 자라면, 도 4에는 제 3 라인(100)이 촉매를 라인(372)을 통해 분리 대역(318)으로 순환시키는 것으로 도시되어 있지만, 촉매는 또한 촉매 회수부(338), 촉매 보유 대역(336), 및 분리 대역(318), 촉매 회수부(338)와 촉매 보유 대역(336)의 조합으로 순환될 수도 있음을 또한 인지할 것이다.
작동중일 때, 도 4에 도시된 바와 같은 탄화수소 전환 장치(300)는 다음의 방식으로 작용한다. 촉매 보유 대역(336)을 목적하는 탄화수소 전환 반응을 수행하기에 적합한 촉매로 충전시킨다. 촉매는 유동화가능한 유형이어야 한다. 촉매 보유 대역(336) 및 촉매 회수부(338)에서 촉매를 유동화시키기 위해, 유동 유체를 도관(352)을 통해 유체 분배기(350) 중에 공급한다. 유동 유체는 분산장치(354)에 의해 탄화수소 전환 장치(300)의 쉘(310) 내에 분산된다. 유용한 유동 유체로는 질소, 증기, 이산화탄소, 탄화수소 및 공기가 포함되나 이로 한정되지는 않는다.유동 유체의 선택은 탄화수소 전환 장치(300)에서 수행되는 전환 반응의 유형에 따라 달라진다.
일단 촉매가 허용되는 유동화 상태에 이르면, 공급물을 공급물 분배기(340)를 통해 탄화수소 전환 장치(300)에 공급한다. 공급물은 공급물 분배기(340)의 몸체(342)로 유입되어 공급물 분배기(340)의 목(344)을 통과하고 공급물 분배기(340)의 헤드(346)를 통해 배출된다. 공급물은 라이저 반응기(330)의 제 1 말단(332)에서 입구(335)를 통해 라이저 반응기(330) 각각으로 분배된다.
라이저 반응기(330)의 제 1 말단(332)에 유입되는 공급물의 속도와 촉매 보유 대역(336) 중의 유동성 촉매 높이의 압력에 의해 발생되는 압력차는 촉매를 라이저 반응기(330)의 제 1 말단(332)으로 흡인시킨다. 촉매는, 한 유체(이 경우에서는 공급물)의 동적 에너지를 이용하여 또 다른 유체(이 경우에서는 유동화 촉매)를 이동시키는 공지된 배출 원리하에 라이저 반응기(330)를 통해 수송된다. 촉매 및 공급물은 라이저 반응기(330)의 제 1 말단(332)으로부터 제 2 말단(334)으로 이동한다. 촉매와 공급물이 라이저 반응기(330)를 통해 이동할 때, 탄화수소 전환 반응이 일어나고 전환 생성물이 생성된다.
전환 생성물(들), 미반응 공급물(존재하는 경우) 및 촉매는 라이저 반응기(330)의 제 2 말단(334)을 통해 라이저 반응기(330)로부터 배출되어 쉘(310)의 제 1 말단(314) 중의 촉매 분리 대역(318)으로 유입된다. 촉매 분리 대역(318)에서, 전환 생성물 및 미반응 공급물(존재하는 경우)은 분리기(360)에 의해 촉매로부터 분리된다. 바람직하게는, 전환 생성물 및 미반응 공급물(존재하는 경우)은도 4에 도시된 바와 같이 일련의 사이클론 분리기(362)에 의해 분리된다. 또한, 라이저 반응기(330)로부터 배출되는 촉매의 적어도 일부분은 충돌 장치(380)와 접촉하여 라이저 반응기(330)의 제 2 말단(334)으로부터 대기 대역(324)으로 치우친다.
일단 촉매가 전환 생성물로부터 분리되면, 미반응 공급물(존재하는 경우)은 분리 및 정제와 같은 추가의 공정을 위해 라인(364)을 통해 쉘(310)로부터 제거된다. 촉매의 일부는 쉘(310)로부터 제거될 때까지 촉매가 유지되는 대기 대역(324)으로 들어간다. 촉매는 유출구(370)를 통해 대기 대역(324)으로부터 제거되어 촉매 재생 장치(90)에서의 재생을 위해 이동될 수 있다. 촉매 재생 장치(90)의 기능은 도 1의 설명과 관련하여 전술하였으며 여기서 더 상세히 기술하지 않을 것이다. 대기 대역(324) 중 촉매의 일부는 대기 대역(324)으로부터 촉매 회수부(338)로 들어가 공급물과 접촉하도록 순환될 것이다.
도 4로 돌아가, 생성물 및 미반응 공급물로부터 분리된 후 촉매의 나머지 부분은 촉매 회수부(338)를 통해 쉘(310)의 제 1 말단(314)으로부터 촉매 보유 대역(336)으로 들어간다. 촉매 보유 대역(336)으로부터, 촉매는 탄화수소 전환 반응에 사용되기 위해 재순환된다.
라이저 반응기 및 촉매 회수부의 가능한 형태들의 대표적인 태양들이 도 5에 단면으로 도시되어 있다. 도 5A는 도 1에 도시된 탄화수소 전환 장치(10)의 라이저 반응기(20)에 가능한 형태를 도시하고 있다. 도 5A에 도시된 바와 같이, 라이저 반응기(20)는 쉘(26) 내에 함유된다. 쉘(26) 내에 함유되는 경우, 라이저 반응기와 쉘(26) 사이의 영역은 내화재(28)로 채워진다. 유용한 내화재(28)로는 모래, 시멘트, 세라믹 재료, 멀라이트 또는 코런덤을 함유하는 고알루미나 벽돌, 고실리카 벽돌, 마그네사이트 벽돌, 점토 또는 카올린의 단열 내화벽돌 또는 임의의 기타 고온 내성 재료가 포함된다.
도 5B는 도 1에 도시된 장치(10)와 유사한 탄화수소 전환 장치의 단면을 나타낸 것이다. 이 태양에서, 라이저 반응기(20)는 또한 쉘(26) 내에 함유된다. 쉘(26)은 전술한 바와 같이 내화재(28)로 충전된다. 상기 태양에서, 촉매 회수부는 또한 쉘(26) 내에 함유되며 내화재(28)로 둘러싸인다.
도 5C는 도 3에 도시된 라이저 반응기(220)의 가능한 형태를 도시한 것이다. 도 5C에 도시된 태양에서, 촉매 회수부(250)는 라이저 반응기(220)에 대해 중심에 배치되는 것으로 도시되어 있다. 라이저 반응기(220) 및 촉매 회수부(250)는 쉘(226) 내에 함유된다. 라이저 반응기와 쉘(226) 사이의 영역은 내화재(228)로 충전된다. 유용한 내화재는 도 5A의 설명과 관련하여 전술하였다.
도 5D는 도 4에 도시된 라이저 반응기(330)의 가능한 형태를 도시한 것이다. 도 5D에 도시된 바와 같이, 라이저 반응기(330)는 쉘(310) 내에 중심에 위치한다. 도 4의 설명과 관련하여 전술한 바와 같이, 라이저 반응기(330)의 벽(331) 및 쉘(310)은 촉매 회수부(338)를 한정한다. 라이저 반응기들(330) 사이의 영역은 임의로 제 1 내화재(382)로 충전될 수 있다. 쉘(310)은 또한 임의로 제 2 내화재(384)로 충전될 수 있다. 유용한 내화재는 도 5A의 설명과 관련하여 전술하였다. 계속 도 5D를 참조하여, 당해 분야에 기술을 가진 자라면 제 1 내화재(382)와 제 2 내화재(384)는 같거나 다른 재료일 수 있음을 인지할 것이다.
도 5E는 도 4에 도시된 라이저 반응기(330)의 또 다른 가능한 형태를 도시한 것이다. 도 5E에 도시된 바와 같이, 라이저 반응기(330)는 쉘(310) 내에 중심에 위치한다. 이 태양에서, 라이저 반응기(330)는 벽(388)을 갖는 제 2 쉘(386) 내에 함유된다. 촉매 회수부(338)는 제 2 쉘(386)의 벽(388) 및 쉘(310)에 의해 한정된다. 라이저 반응기(330)의 벽(331)과 제 2 쉘(386)의 벽(388) 사이의 영역은 제 1 내화재(390)로 충전된다. 쉘(310)은 또한 제 2 내화재(392)로 충전될 수 있다. 유용한 내화재는 도 5A의 설명과 관련하여 전술하였다. 계속 도 5E를 참조로, 당해 분야에 기술을 가진 자라면 제 1 내화재(390)와 제 2 내화재(392)는 같거나 다른 재료일 수 있음을 인지할 것이다.
라이저 반응기 및 촉매 회수부는 여러 도면들에 원형 단면을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 라이저 반응기 및 촉매 회수부는 탄화수소 전환 장치의 공정을 촉진하는 어떤 단면이라도 가질 수 있다. 라이저 반응기 및 촉매 회수부에 유용한 기타 단면으로는 타원형 단면, 다각형 단면, 및 타원과 다각형의 절단면의 단면이 포함된다. 라이저 반응기 및 촉매 회수부에 바람직한 단면으로는 원 및 동일 길이의 변을 갖는 정다각형이 포함된다. "정다각형"이란 단면의 형태가, 형태의 경계 안쪽에, 180°보다 큰 각을 갖는, 정점을 갖는 선분을 갖지 않음을 의미한다. 가장 바람직한 횡단면은 원, 및 동일 길이의 변을 갖는 삼각형, 정사각형 및 육각형이다. 임의의 단면 형태에 대한 단면적을 측정하는 방법은 당해 분야에 숙련된 자에게 공지된 오랫동안 입증된 기하학적 원리를 기초로 한다. 유사하게, 분리 대역의 바람직한 단면으로는 원 및 동일한 길이의 변을 갖는 정다각형이 포함된다. 가장 바람직한 단면은 원, 및 동일한 길이의 변을 갖는 삼각형, 정사각형 및 육각형이다.
도면들에서 분리 대역에 대한 라이저 반응기의 위치는 등거리에 대칭적인 것으로 도시되어 있지만, 대안적인 형태들도 본 발명의 범위에 속한다. 예를 들면, 라이저 반응기는 분리 대역의 한쪽에 반구형 배치로 위치할 수 있다. 또 다른 예로서, 분리 대역이 원형 또는 대략적으로 원형의 단면을 갖는 경우, 라이저 반응기는 분리 대역의 직경을 따라 일렬로 배치될 수 있다. 당해 분야에 숙련된 자라면 본 발명에서 분리 대역에 대해 매우 다양한 형태의 라이저 반응기를 사용할 수 있음을 인지할 것이다.
당해 분야에 숙련된 자라면 또한 본 발명의 탄화수소 전환 장치의 다중 라이저 반응기는 단일 라이저 반응기를 다수의 보다 소형 라이저 반응기로 분할함으로써 제조될 수 있음을 인지할 것이다. 예를 들면, 원형 단면을 갖는 보다 큰 반응기는 여러개의 파이-형 라이저 반응기로 분할될 수 있다. 또 다른 예로서, 정사각형 단면을 갖는 라이저 반응기는 직사각형 또는 보다 작은 정사각형 단면을 갖는 다수의 라이저 반응기로 분할될 수 있다.
본 발명의 탄화수소 전환 장치는 유동화 촉매가 사용되는 대부분의 임의의 탄화수소 전환 공정을 수행하는데 유용하다. 전형적인 반응으로는, 예를 들면, 올레핀 상호전환 반응, 옥시게네이트의 올레핀으로의 전환 반응, 옥시게네이트의 가솔린으로의 전환 반응, 말레산 무수물 배합, 증기상 메탄올 합성, 프탈산 무수물배합, 피셔 트롭시(Fischer Tropsch) 반응 및 아크릴로니트릴 배합이 포함된다.
본 발명의 탄화수소 전환 장치는 특히 옥시게네이트의 올레핀으로의 전환 반응을 수행하는데 적합하다. 옥시게네이트의 올레핀으로의 전환 반응에서는, 옥시게네이트를 올레핀으로 전환시키기에 충분한 조건하에서 옥시게네이트 공급물을 촉매와 접촉시켜 옥시게네이트를 올레핀으로 전환시킨다.
옥시게네이트를 경질 올레핀으로 전환시키는 공정은 옥시게네이트를 포함하는 공급물을 사용한다. 본원에서 사용된 바와 같이, "옥시게네이트"란 용어는 다음과 같은 산소를 함유하는 탄화수소가 포함하는 것으로 정의되나 반드시 이로 한정되지는 않는다: 지방족 알콜, 에테르, 카보닐 화합물(알데하이드, 케톤, 카복실산, 카보네이트 등), 및 그의 혼합물. 지방족 잔기는 바람직하게는 약 1 내지 10개 범위의 탄소원자, 보다 바람직하게는 약 1 내지 4개 범위의 탄소원자를 함유해야 한다. 대표적인 옥시게네이트로는 저분자량 직쇄 또는 분지된 지방족 알콜 및 그의 불포화 대응물이 포함되지만 반드시 이로 한정되는 것은 아니다. 적합한 옥시게네이트의 예로는 다음이 포함되지만 반드시 이로 한정되는 것은 아니다: 메탄올; 에탄올; n-프로판올; 이소프로판올; C4-C10알콜; 메틸 에틸 에테르; 디메틸 에테르; 디에틸 에테르; 디이소프로필 에테르; 메틸 포르메이트; 포름알데하이드; 디메틸 카보네이트; 메틸 에틸 카보네이트; 아세톤; 및 그의 혼합물. 바람직하게는, 전환 반응에 사용되는 옥시게네이트는 메탄올, 디메틸 에테르 및 그의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택된다. 보다 바람직하게는 옥시게네이트는 메탄올이다. 라이저 반응기에 대한 공급물의 전체 장입물은 희석제와 같은 추가의 성분들을 함유할 수 있다.
전체 공급물 혼합물이 약 1 내지 약 99 몰% 범위의 희석제를 포함하도록 하나 이상의 희석제를 옥시게네이트와 함께 라이저 반응기에 공급할 수 있다. 공정에 사용될 수 있는 희석제로는 헬륨, 아르곤, 질소, 일산화탄소, 이산화탄소, 수소, 물, 파라핀, 기타 탄화수소(예를 들면, 메탄), 방향족 화합물 및 그의 혼합물이 포함되지만 반드시 이로 한정되지는 않는다. 바람직한 희석제로는 물 및 질소가 포함되나 반드시 이로 한정되는 것은 아니다.
공급물의 일부는 액체 형태로 반응기에 제공될 수 있다. 공급물의 일부가 액체 형태로 제공되는 경우, 공급물의 액체 부분은 옥시게네이트, 희석제 또는 이 두가지의 혼합물일 수 있다. 공급물의 액체 부분은 개개의 라이저 반응기에 직접 주입되거나 또는 혼입되거나 또는 그렇지 않으면 공급물의 증기 부분 또는 적합한 담체 기체/희석제와 함께 라이저 반응기중으로 운반될 수 있다. 공급물의 일부(옥시게네이트 및/또는 희석제)를 액체상으로 제공함으로써, 라이저 반응기내의 온도를 제어할 수 있다. 옥시게네이트 전환 반응의 발열은 부분적으로 공급물의 액체 부분의 증발의 흡열에 의해 흡수된다. 반응기에 공급되는 증기 공급물에 대한 액체 공급물의 비율을 제어하는 것이 반응기, 특히 라이저 반응기내의 온도를 제어하기 위해 가능한 한 방법이다.
증기 공급물과 별도로 공급되든 아니면 함께 공급되든, 액체 형태로 제공되는 공급물의 양은 공급물 중 총 옥시게네이트 함량과 희석제를 합한 값의 약 0.1내지 약 85 중량%이다. 보다 바람직하게는, 상기 범위는 총 옥시게네이트와 희석제 공급물의 약 1 내지 약 75 중량%, 가장 바람직하게는 약 5 내지 약 65 중량%이다. 공급물의 액체 및 증기 부분은 동일한 조성일 수 있거나, 또는 다양한 비율의 같거나 다른 옥시게네이트 및 같거나 다른 희석제를 함유할 수 있다. 특히 효과적인 한 액체 희석제는 물로서 이는 그의 비교적 높은 증발열에 기인하는 것인데, 상기 높은 증발열은 비교적 낮은 비율하에 반응기 온도차에 강한 영향을 미친다. 다른 유용한 희석제는 전술하였다. 반응기에 공급되는 임의의 적절한 옥시게네이트 및/또는 희석제의 온도 및 압력의 적절한 선택에 의해 적어도 일부분은 반응기에 유입될 때처럼 액체상이고/이거나 촉매 또는 공급물의 증기 부분 및/또는 희석제와 접촉하게 될 것임이 확실하다.
임의로, 공급물의 액체 분획은 부분들로 분할되어 라이저 반응기의 길이를 따라 라이저 반응기에 여러 위치들로 도입될 수 있다. 이것은 옥시게네이트 공급물, 희석제, 또는 둘 다에 수행될 수 있다. 전형적으로 상기 분할은 공급물의 희석제 부분에서 수행된다. 또 다른 선택은 노즐이, 라이저 반응기로 도입된 기체 및 고체와 함께 혼입되는 경우 라이저 반응기의 길이를 따라 점차 증발되는 적절한 크기 분포를 갖는 액체 소적을 형성하도록 하는 방식으로, 라이저 반응기에 공급물의 전체 액체 분획을 도입시키는 노즐을 제공하는 것이다. 상기 배열 또는 그의 조합을 이용하여 라이저 반응기에서의 온도차를 더 잘 제어할 수 있다. 반응기에 여러 액체 공급 지점을 도입하는 방법 또는 소적 크기 분포를 제어하기 위해 액체 공급 노즐을 설계하는 방법은 당해 분야에 공지되어 있으며 여기서 논의하지 않는다.
옥시게네이트의 올레핀으로의 전환 반응을 촉진하기에 적합한 촉매로는 분자체 및 분자체 혼합물이 포함된다. 분자체는 제올라이트계(제올라이트) 또는 비-제올라이트계(비-제올라이트)일 수 있다. 또한 제올라이트 및 비-제올라이트계 분자체의 혼합물로부터 또한 유용한 촉매가 생성될 수 있다. 바람직하게는, 촉매는 비-제올라이트계 분자체를 포함한다. 옥시게네이트의 올레핀으로의 전환 반응에 사용하기에 바람직한 분자체는 "소(小)" 및 "중간" 기공 분자체를 포함한다. "소 기공" 분자체는 약 5.0 Å 미만의 직경을 갖는 기공을 갖는 분자체로 정의된다. "중간 기공" 분자체는 약 5.0 내지 약 10.0 Å의 직경을 갖는 기공을 갖는 분자체로 정의된다.
유용한 제올라이트계 분자체로는 모데나이트(mordenite), 카바자이트(chabazite), 에리오나이트(erionite), ZSM-5, ZSM-34, ZSM-48 및 그의 혼합물이 포함되지만 이로 한정되지는 않는다. 상기 분자체를 제조하는 방법은 당해 분야에 공지되어 있으며 여기서 논의할 필요는 없다. 본 발명에 사용하기에 적합한 소기공 분자체의 구조적 유형으로는 AEI, AFT, APC, ATN, ATT, ATV, AWW, BIK, CAS, CHA, CHI, DAC, DDR, EDI, ERI, GOO, KFI, LEV, LOV, LTA, MON, PAU, PHI, RHO, ROG, THO 및 그의 치환된 형태들이 포함된다. 본 발명에 사용하기에 적합한 중간 기공 분자체로는 MFI, MEL, MTW, EUO, MTT, HEU, FER, AFO, AEL, TON 및 그의 치환된 형태들이 포함된다.
실리코알루미노포스페이트("SAPO")는 옥시게네이트의 올레핀으로의 전환 반응에 유용한 비-제올라이트계 분자체의 한 부류이다. SAPO는 [SiO2], [AlO2] 및 [PO2] 4면체 단위의 3차원 미세다공성 결정 골격 구조를 포함한다. Si가 구조 중에 혼입되는 방식은29Si MAS NMR로 측정할 수 있다(문헌 [Blackwell and Patton,J. Phys. Chem.,92, 3965, 1988] 참조). 바람직한 SAPO 분자체는29Si MAS NMR에서 -88 내지 -96 ppm 범위의 화학적 이동[(Si)], 및 -88 내지 -115 ppm 범위의 화학적 이동[(Si)]을 갖는 모든 피크들의 총 피크 면적의 적어도 20% 범위의 혼합 피크 면적을 갖는, 하나 이상의 피크를 나타낼 것이다(여기서, [(Si)] 화학적 이동은 외부 테트라메틸실란(TMS)과 관련된다.
상기 공정에서 사용되는 실리코알루미노포스페이트 분자체는 비교적 낮은 Si/Al2비를 갖는 것이 바람직하다. 일반적으로, Si/Al2비가 낮을수록, C1-C4포화물 선택도, 특히 프로판 선택도는 낮다. 0.65 미만의 Si/Al2비가 바람직하며, 0.40 이하의 Si/Al2비가 보다 바람직하고, 0.32 이하의 Si/Al2비가 특히 바람직하다.
실리코알루미노포스페이트 분자체는 일반적으로 8, 10 또는 12원 고리 구조를 갖는 미세다공성 물질로서 분류된다. 상기 고리 구조는 약 3.5 내지 15 Å 범위의 평균 기공 크기를 가질 수 있다. 약 3.5 내지 5 Å, 보다 바람직하게는 4.0 내지 5.0 Å 범위의 평균 기공 크기를 갖는 소기공 SAPO 분자체가 바람직하다. 상기 기공 크기는 8원 고리를 갖는 분자체에 전형적이다.
일반적으로, 실리코알루미노포스페이트 분자체는 모서리-공유 [SiO2], [AlO2] 및 [PO2] 4면체 단위의 분자 골격을 포함한다. 상기 유형의 골격은 다양한 옥시게네이트를 올레핀 생성물로 전환시키는데 효과적이다.
옥시게네이트의 올레핀으로의 전환 공정에 사용하기에 적합한 실리코알루미노포스페이트 분자체로는 SAPO-5, SAPO-8, SAPO-11, SAPO-16, SAPO-17, SAPO-18, SAPO-20, SAPO-31, SAPO-34, SAPO-35, SAPO-36, SAPO-37, SAPO-40, SAPO-41, SAPO-42, SAPO-44, SAPO-47, SAPO-56, 그의 금속 함유 형태 및 그의 혼합물들이 포함된다. SAPO-18, SAPO-34, SAPO-35, SAPO-44 및 SAPO-47, 특히는 SAPO-18 및 SAPO-34가 그의 금속 함유 형태 및 그의 혼합물을 포함하여 바람직하다. 본원에서 사용된 바와 같이, 혼합물이란 용어는 배합과 동의어이며 그의 물리적 상태에 관계없이 둘 이상의 성분들을 다양한 비율로 갖는 물질의 조성물로 고려된다.
추가의 올레핀-형성 분자체 물질은 경우에 따라 실리코알루미노포스페이트 촉매와 혼합할 수 있다. 그 각각이 상이한 성질을 나타내는 여러 유형의 분자체들이 존재한다. 본 발명에 사용하기에 적합한 소기공 분자체의 구조적 유형으로는 AEI, AFT, APC, ATN, ATT, ATV, AWW, BIK, CAS, CHA, CHI, DAC, DDR, EDI, ERI, GOO, KFI, LEV, LOV, LTA, MON, PAU, PHI, RHO, ROG, THO 및 그의 치환된 형태들이 포함된다. 본 발명에 사용하기에 적합한 중간 기공 분자체의 구조적 유형으로는 MFI, MEL, MTW, EUO, MTT, HEU, FER, AFO, AEL, TON 및 그의 치환된 형태들이 포함된다. 실리코알루미노포스페이트 촉매와 혼합될 수 있는 바람직한 분자체로는ZSM-5, ZSM-34, 에리오나이트 및 카바자이트가 포함된다.
치환된 SAPO는 "MeAPSO"로 알려진 분자체의 한 부류를 형성하며, 이것은 또한 본 발명에 유용하다. MeAPSO를 제조하는 방법은 당해 분야에 공지되어 있다. MeAPSO와 같이 치환체를 갖는 SAPO도 또한 본 발명에 사용하기에 적합할 수 있다. 적합한 치환체, "Me"에는 니켈, 코발트, 망간, 아연, 티타늄, 스트론튬, 마그네슘, 바륨 및 칼슘이 포함되나 반드시 이로 제한되는 것은 아니다. 치환체는 MeAPSO의 합성중에 혼입될 수 있다. 또는, 치환체는 많은 방법을 이용하여 SAPO 또는 MeAPSO의 합성 후에 혼입될 수 있다. 상기 방법으로는 이온-교환, 초기 습윤, 건식 혼합, 습식 혼합, 기계적 혼합 및 그의 조합이 포함되지만 반드시 이로 한정되지는 않는다.
바람직한 MeAPSO는 약 5 Å보다 작은 기공 크기를 갖는 소기공 MeAPSO이다. 소기공 MeAPSO로는 NiSAPO-34, CoSAPO-34, NiSAPO-17, CoSAPO-17 및 그의 혼합물이 포함되지만 반드시 이로 한정되지는 않는다.
"MeAPO"로도 또한 알려진, 치환체를 갖는 알루미노포스페이트(ALPO)는 옥시게네이트의 올레핀으로의 전환 반응에 사용하기에 적합할 수 있는 또 다른 부류의 분자체로서, 바람직한 MeAPO는 소기공 MeAPO이다. MeAPO를 제조하는 방법은 당해 분야에 공지되어 있다. 적합한 치환체로는 니켈, 코발트, 망간, 아연, 티타늄, 스트론튬, 마그네슘, 바륨 및 칼슘이 포함되지만 반드시 이로 한정되지는 않는다. 치환체는 MeAPO의 합성중에 혼입될 수 있다. 또는, 치환체는 많은 방법을 이용하여 ALPO 또는 MeAPO의 합성 후에 혼입될 수 있다. 상기 방법으로는 이온-교환, 초기 습윤, 건식 혼합, 습식 혼합, 기계적 혼합 및 그의 조합이 포함되지만 반드시 이로 한정되는 것은 아니다.
분자체는 또한 분자체가 목적하는 전환 반응을 촉진하기에 효과적인 양으로 존재하는 고체 조성물, 바람직하게는 고체 입자 중에 혼입될 수 있다. 고체 입자는 바람직한 성질 또는 성질들, 예를 들면, 바람직한 촉매 희석율, 기계적 강도 등을 고체 조성물에 제공하기 위해, 촉매 효과량의 분자체 및 매트릭스 물질, 바람직하게는 하나 이상의 충전제 물질 및 결합제 물질을 포함할 수 있다. 상기 매트릭스 물질은 종종 특성상 어느 정도 다공성이며, 종종 비선택적 촉매 활성을 가져 바람직하지 않은 생성물의 생성을 촉진하여, 목적하는 화학 전환을 촉진하는데 효과적이거나 효과적이지 않을 수 있다. 상기 매트릭스, 예를 들면, 충전제 및 결합제 물질로는, 예를 들면, 합성 및 천연 물질, 산화 금속, 점토, 실리카, 알루미나, 실리카-알루미나, 실리카-마그네시아, 실리카-지르코니아, 실리카-토리아, 실리카-베릴리아, 실리카-티타니아, 실리카-알루미나-토리아, 실리카-알루미나지르코니아 및 이들 물질의 혼합물이 포함된다.
고체 촉매 조성물은 바람직하게는 약 1 내지 약 99 중량%, 보다 바람직하게는 약 5 내지 약 90 중량%, 보다 더 바람직하게는 약 10 내지 약 80 중량%의 분자체; 및 약 1 내지 약 99 중량%, 보다 바람직하게는 약 5 내지 약 90 중량%, 보다 더 바람직하게는 약 10 내지 약 80 중량%의 매트릭스 물질을 포함한다.
분자체 및 매트릭스 물질을 포함하는 고체 촉매 조성물, 예를 들어, 고체 입자의 제조는 당해 분야에서 통상적이고 공지되어 있으므로, 여기서 상세히 논의하지 않는다.
촉매는 보다 우수한 촉매 성능, 내마모성, 재생성 및 기타 바람직한 성질을 제공하기 위해 결합제, 충전제 또는 기타 물질을 추가로 포함할 수 있다. 촉매는 반응 조건하에서 유동성인 것이 바람직하다. 촉매는 약 20 내지 약 3,000 μ, 바람직하게는 약 30 내지 약 200 μ, 보다 바람직하게는 약 50 내지 약 150 μ의 입자 크기를 가져야 한다. 촉매는 바람직한 물리적 및 화학적 특성을 달성하기 위해 다양한 처리에 적용될 수 있다. 상기 처리로는 소성, 볼 밀링, 밀링, 분쇄, 분무 건조, 열수 처리, 산 처리, 염기 처리 및 그의 조합이 포함되지만 반드시 이로 한정되지는 않는다.
바람직하게는, 본 발명의 탄화수소 전환 장치에서 수행되는 옥시게네이트의 올레핀으로의 전환 반응에서는 1 m/s보다 큰 라이저 반응기에서의 기체 공탑 속도를 이용한다. 본원에서 및 청구의 범위에서 사용된 바와 같이, "기체 공탑 속도"란 용어는 증발된 공급원료, 및 임의의 희석제의 체적 유량을 반응기 단면적으로 나눈 것으로 정의된다. 옥시게네이트는 반응기를 통해 흐르는 동안 경질 올레핀을 포함하는 생성물로 전환되기 때문에, 기체 공탑 속도는 존재하는 기체의 총 몰수 및 반응기에서의 특정 위치의 단면, 온도, 압력 및 기타 관련된 반응 파라미터에 따라 반응기 내의 상이한 위치에서 달라질 수 있다. 공급원료에 존재하는 임의의 희석제를 포함하여 기체 공탑 속도는 반응기 내의 임의 지점에서 1 m/s보다 큰 속도로 유지된다. 바람직하게는, 기체 공탑 속도는 약 2 m/s보다 크다. 보다 바람직하게는, 기체 공탑 속도는 약 2.5 m/s보다 크다. 보다 더 바람직하게는, 기체공탑 속도는 약 4 m/s보다 크다. 가장 바람직하게는, 기체 공탑 속도는 약 8 m/s보다 크다.
상기 속도로 기체 공탑 속도를 유지하면 라이저 반응기에서 흐르는 기체의 플러그 흐름 양태에 보다 더 근접하게 된다. 기체 공탑 속도가 1 m/s를 초과하여 증가함에 따라, 그와 함께 기체를 운반하는 고체의 내부 재순환의 감소로부터 기체의 축방향 확산 또는 역혼합의 감소가 야기된다(균질한 유체 반응물의 요소들이 반응기 축에 평행하게 이동하는 플러그로서 반응기를 통해 이동하는 경우 이상적인 플러그 흐름 양태가 나타난다). 반응기에서의 기체의 역혼합을 최소화시키면 옥시게네이트 전환 반응에서 목적하는 경질 올레핀에 대한 선택도가 증가된다.
기체 공탑 속도가 1 m/s 이상에 근접하면, 반응기내 촉매의 대부분은 라이저 반응기로부터 배출되는 기체와 혼합될 수 있다. 라이저 반응기로부터 배출되는 촉매의 적어도 일부분은 재순환되어 촉매 회수부를 통해 공급물과 재접촉된다.
바람직하게는, 분자체, 및 결합제, 충전제 등과 같은 임의의 기타 물질을 포함하여, 재순환되어 공급물과 재접촉하는 촉매의 비율은 중량 기준으로 반응기로 공급되는 옥시게네이트의 총 공급률의 약 1 내지 약 100배, 보다 바람직하게는 약 10 내지 약 80배, 가장 바람직하게는 약 10 내지 약 50배이다.
옥시게네이트를 경질 올레핀으로 전환시키는데 유용한 온도는, 적어도 부분적으로 촉매, 촉매 혼합물 중 재생 촉매의 분획, 및 반응기 장치와 반응기의 형태에 따라 광범위하게 달라진다. 상기 공정들은 특정 온도로 제한되지는 않지만, 공정을 약 200 내지 약 700 ℃, 바람직하게는 약 250 내지 약 600 ℃, 가장 바람직하게는 약 300 내지 약 500 ℃의 온도에서 수행하는 경우 가장 우수한 결과가 수득된다. 일반적으로 온도가 낮을수록 반응 속도가 낮아지며, 목적하는 경질 올레핀 생성물의 생성 속도는 현저히 느려질 수 있다. 그러나, 700 ℃보다 높은 온도에서는, 공정은 최적량의 경질 올레핀 생성물을 생성할 수 없으며, 촉매 상에 코크스 및 경질 포화물이 생성되는 비율이 너무 높아질 수 있다.
경질 올레핀은 약 0.1 kPa 내지 약 5 MPa의 압력을 포함하여(이로 한정되지는 않는다) 광범위한 압력에서 (반드시 최적량은 아니지만) 생성될 것이다. 바람직한 압력은 약 5 kPa 내지 약 1 MPa, 가장 바람직하게는 약 20 kPa 내지 약 500 kPa이다. 상기 압력은 희석제(존재하는 경우)의 압력은 포함하지 않으며, 옥시게네이트 화합물 및/또는 그의 혼합물에 대한 공급물의 분압에 관련된다. 언급한 범위 밖의 압력을 사용할 수도 있으며 본 발명의 범위에서 제외되지 않는다. 압력의 하한치 및 상한치는 선택도, 전환율, 코크스화율 및/또는 반응 속도에 불리하게 영향을 미칠 수 있지만; 경질 올레핀은 여전히 생성될 것이며, 그러한 이유로 압력의 상기 한계치들은 본 발명의 일부로 간주된다.
라이저 반응기 내의 촉매 중 분자체의 중량당 시간당 라이저 반응기에 공급되는 총 옥시게네이트의 중량으로 정의되는, 옥시게네이트 전환 반응에 대한 WHSV는 본 발명에 있어 광범위하다. 라이저 반응기에 공급되는 총 옥시게네이트는 증기상 및 액체상의 옥시게네이트를 둘 다 포함한다. 촉매는 불활성 물질, 충전제 또는 결합제로 작용하는 기타 물질들을 함유할 수 있지만, WHSV는 단지 라이저 반응기내의 촉매 중의 분자체 중량만을 이용하여 계산된다. WHSV는 반응 조건하에서및 반응기 형태 및 디자인 내에서 촉매를 유동화 상태로 유지하기에 충분히 높은 것이 바람직하다. 일반적으로, WHSV는 약 1 내지 약 5000 hr-1, 바람직하게는 약 2 내지 약 3000 hr-1, 가장 바람직하게는 약 5 내지 약 1500 hr-1이다. 본 출원인은 20 hr-1보다 높은 WHSV에서의 옥시게네이트의 올레핀으로의 전환 반응 공정은 전환 반응의 생성물 슬레이트 중 메탄 함량을 감소시킴을 발견하였다. 따라서, 전환 반응은 약 20 hr-1이상의 WHSV에서 작업하는 것이 바람직하다. 메탄올, 디메틸 에테르 또는 그의 혼합물을 포함하는 공급물의 경우, WHSV는 바람직하게는 약 20 hr-1, 보다 바람직하게는 약 20 내지 약 300 hr-1이다.
옥시게네이트로부터 올레핀을 제조하기 위한 반응 조건은 약 20 hr-1이상의 WHSV 및 약 0.016 미만의 온도 보정된 표준 메탄 선택도(Temperature Corrected Normalized Methane Selectivity, TCNMS)를 포함하는 것이 특히 바람직하다. 본원에서 사용된 바와 같이, TCNMS는 온도가 400 ℃ 미만일 때의 표준 메탄 선택도(NMS)로 정의된다. NMS는 메탄 생성 수율을 에틸렌 생성 수율로 나눈 값으로 정의되는데, 이때 각각의 수율은 중량% 기준으로 측정되거나 또는 중량% 기준으로 전환시킨다. 온도가 400 ℃ 이상일 때, TCNMS는 하기 식으로 정의된다:
상기에서, T는 ℃로 나타낸 반응기 내의 평균 온도이다.
옥시게네이트 전환율은 상업적으로 허용되지 않는 수준의 공급물 재순환에 대한 필요성을 배제할 정도로 충분히 높게 유지되어야 한다. 공급물 재순환을 완전히 배제하기 위해서는 100% 옥시게네이트 전환율이 바람직하지만, 원하지 않는 부산물의 감소는 흔히 전환율이 약 98% 이하일 때 관찰된다. 공급물의 약 50% 정도까지의 재순환이 상업적으로 허용될 수 있기 때문에, 약 50 내지 약 98%의 전환율이 바람직하다. 전환율은 당해 분야에 통상의 기술을 가진 자에게 익숙한 많은 방법을 이용하여 상기 범위(50 내지 약 98%)로 유지할 수 있다. 그 예로는 다음 중 하나 이상을 조정함을 포함하지만 반드시 이로 한정되지는 않는다: 반응 온도; 압력; 유량(시간당 중량 공간 속도 및/또는 기체 공탑 속도); 촉매 재순환율; 반응기 장치 형태; 반응기 형태; 공급물 조성; 증기 공급물에 대한 액체 공급물의 양(하기에서 논의하는 바와 같음); 재순환 촉매의 양; 촉매 재생 정도; 및 전환율에 영향을 미치는 기타 파라미터.
옥시게네이트가 경질 올레핀으로 전환되는 동안, 전환 반응을 촉진하기 위해 사용된 촉매 상에 탄소질 침적물이 축적된다. 어느 시점에서, 상기 탄소질 침적물의 축적은 옥시게네이트 공급물을 경질 올레핀으로 전환시키는 촉매 능력의 감소를 야기한다. 이 시점에서, 촉매는 부분적으로 탈활성화된다. 촉매가 더 이상 옥시게네이트를 올레핀 생성물로 전환시킬 수 없을 때, 촉매는 완전히 탈활성화된 것으로 간주된다. 옥시게네이트의 올레핀으로의 전환 반응에서 임의의 단계로서, 촉매의 일부를 반응기로부터 회수하고 반응기로부터 제거된 부분의 적어도 일부를 부분적으로(전체가 아닌 경우) 재생 장치, 예를 들면, 도 4에 도시된 바와 같은 재생 장치(80)에서 재생시킨다. 재생이란, 탄소질 침적물이 촉매로부터 적어도 부분적으로 제거됨을 의미한다. 바람직하게는, 반응기로부터 회수된 촉매 분량은 적어도 부분적으로 탈활성화시킨다. 반응기내 촉매의 나머지 부분은 전술한 바와 같이 재생하지 않고 재순환시킨다. 그 다음, 재생된 촉매는 냉각하거나 냉각하지 않고 반응기로 순환된다. 재생을 위해 촉매의 일부를 회수하는 비율은 반응기로부터 배출되는 촉매 비율의 약 0.1 내지 약 99%인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 상기 비율은 약 0.2 내지 약 50%, 가장 바람직하게는 약 0.5 내지 약 5%이다.
바람직하게, 분자체, 및 결합제, 충전제 등과 같은 임의의 기타 물질을 포함한 촉매의 일부분은 재생시키고 반응기로 다시 재순환시키기 위해, 반응기에 공급되는 옥시게네이트의 전체 공급률의 약 0.1 내지 약 10배, 보다 바람직하게는 약 0.2 내지 약 5배, 가장 바람직하게는 약 0.3 내지 약 3배의 비율로 반응기로부터 제거된다. 상기 비율은 분자체만을 함유하는 촉매에 대한 것이며 비-반응성 고체는 포함하지 않는다. 재생 및 반응기로의 재순환을 위해 반응기로부터 제거되는 전체 고체, 즉, 촉매와 비-반응성 고체의 비율은 전체 고체 중 비-반응성 고체의 함량에 정비례하여 상기 비율을 변화시킬 것이다.
촉매 재생은 산소 또는 기타 산화제를 포함하는 기체의 존재하에 재생 장치에서 수행하는 것이 바람직하다. 기타 산화제의 예로는 단일선 O2, O3, SO3, N2O, NO, NO2, N2O5및 그의 혼합물이 포함되지만, 반드시 이로 한정되지는 않는다. 공기, 및 질소 또는 CO2로 희석된 공기가 바람직한 재생 기체이다. 공기 중 산소 농도는 재생기의 과열 또는 재생기내 과열부 발생을 최소화하기 위해 제어된 수준으로 감소시킬 수 있다. 촉매는 또한 수소, 수소와 일산화탄소의 혼합물 또는 기타 적합한 환원 기체에 의해 환원적으로 재생될 수 있다.
촉매는 여러 방법, 즉, 배치, 연속, 반연속 공정 또는 그의 조합으로 재생될 수 있다. 연속 촉매 재생이 바람직한 방법이다. 촉매는 촉매 중량의 약 0.01 내지 약 15 중량%의 코크스를 남기는 수준으로 재생되는 것이 바람직하다.
촉매 재생 온도는 약 250 내지 약 750 ℃, 바람직하게는 약 500 내지 약 700 ℃이어야 한다. 재생 반응은 옥시게네이트 전환 반응보다 훨씬 더 높은 온도에서 일어나기 때문에, 재생된 촉매의 적어도 일부분을 반응기로 다시 돌려보내기 전에 보다 저온으로 냉각시키는 것이 바람직할 수 있다. 재생 장치의 외부에 위치한 열교환기(도시하지 않음)를 이용하여, 촉매가 재생 장치로부터 회수된 후 촉매로부터 일부의 열을 제거할 수 있다. 재생된 촉매를 냉각하는 경우, 반응기로부터 회수된 촉매의 온도보다 약 200 ℃ 높은 온도에서 약 200 ℃ 낮은 온도까지로 냉각하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 재생된 촉매는 반응기로부터 회수된 촉매의 온도보다 약 10 내지 약 200 ℃ 더 낮은 온도로 냉각시킨다. 이어서, 상기 냉각된 촉매를 반응기, 재생 장치 또는 둘 다의 일부분으로 순환시킬 수 있다. 재생 장치로부터 재생된 촉매를 반응기로 순환시키는 경우, 상기 촉매는 반응기의 어느 부분으로도 순환시킬 수 있다. 상기 재생 촉매는 촉매 보유 영역으로 순환되어 공급물과의 접촉을 기다리거나, 분리 대역으로 순환되어 공급물의 생성물과 접촉하거나 또는 이 두가지의 조합일 수 있다.
바람직하게는, 촉매 재생은 스트리퍼 또는 스트리핑 챔버에서 먼저 용이하게 제거할 수 있는 유기 물질(유기물)의 대부분을 스트리핑시킨 적어도 부분적으로 탈활성화된 촉매에 수행한다. 상기 스트리핑은 승온에서 사용된 촉매위로 스트리핑 기체를 통과시킴으로써 달성될 수 있다. 스트리핑에 적합한 기체로는 증기, 질소, 헬륨, 아르곤, 메탄, CO2, CO, 수소 및 그의 혼합물이 포함된다. 바람직한 기체는 증기이다. 스트리핑 기체의 시간당 기체 공간 속도(GHSV, 촉매 및 코크스 부피에 대한 기체의 부피 기준)는 약 0.1 내지 약 20,000 h-1이다. 허용되는 스트리핑 온도는 약 250 내지 약 750 ℃, 바람직하게는 약 350 내지 약 675 ℃이다.
본 발명에서 바람직한 올레핀 생성물을 제조하는 방법은 오일, 석탄, 역청사, 혈암, 생체물질 및 천연 가스와 같은 탄화수소로부터 옥시게네이트 조성물을 제조하는 추가의 단계를 포함할 수 있다. 조성물을 제조하는 방법은 당해 분야에 공지되어 있다. 상기 방법들은 알콜 또는 에테르로의 발효를 포함하여, 합성 가스를 제조한 다음, 합성 가스를 알콜 또는 에테르로 전환시킨다. 합성 가스는 증기 개질, 자열 개질 및 부분 산화와 같은 공지된 방법에 의해 생성될 수 있다.
당해 분야에 숙련된 자라면 또한 본 발명의 옥시게네이트의 올레핀으로의 전환반응에 의해 생성된 올레핀을 중합하여 폴리올레핀, 특히 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌을 생성할 수 있음을 인지할 것이다. 올레핀으로부터 폴리올레핀을 생성하는 방법은 당해 분야에 공지되어 있다. 촉매 공정이 바람직하다. 메탈로센, 지글러/나타 및 산 촉매 시스템이 특히 바람직하다(예를 들면, 미국 특허 제 3,258,455; 3,305,538; 3,364,190; 5,892,079; 4,659,685; 4,076,698; 3,645,992; 4,302,565; 및 4,243,691 호(이들 각각의 촉매 및 방법에 대한 설명은 본원에 참고로 인용된다)를 참조하시오). 일반적으로, 상기 방법들은 폴리올레핀 생성물을 생성하기에 효과적인 압력 및 온도에서 올레핀 생성물을 폴리올레핀-생성 촉매와 접촉시킴을 포함한다.
바람직한 폴리올레핀-생성 촉매는 메탈로센 촉매이다. 바람직한 작업 온도 범위는 50 내지 240 ℃이며, 반응은 낮거나, 중간 또는 높은 압력, 어쨌든 1 내지 200 바아의 압력에서 수행할 수 있다. 액상으로 수행되는 방법의 경우, 불활성 희석제를 사용할 수 있으며, 바람직한 작업 압력 범위는 10 내지 150 바아이고, 바람직한 온도는 120 내지 230 ℃이다. 기체상 공정의 경우, 온도는 일반적으로 60 내지 160 ℃이고 작업 압력은 5 내지 50 바아인 것이 바람직하다.
폴리올레핀 이외에, 본 발명의 방법에 의해 생성된 올레핀 또는 그로부터 회수된 올레핀으로부터 많은 다른 올레핀 유도체가 생성될 수 있다. 이들 올레핀 유도체로는 알데하이드, 알콜, 아세트산, 선형 알파 올레핀, 비닐 아세테이트, 에틸렌 디클로라이드 및 비닐 클로라이드, 에틸벤젠, 에틸렌 옥사이드, 에틸렌 글리콜, 큐멘, 이소프로필 알콜, 아크롤레인, 알릴 클로라이드, 프로필렌 옥사이드, 아크릴산, 에틸렌-프로필렌 고무 및 아크릴로니트릴, 및 에틸렌, 프로필렌 또는 부틸렌의 삼량체 및 이량체가 포함되지만, 이로 한정되지는 않는다. 이들 유도체의 제조 방법은 당해 분야에 공지되어 있으므로 여기서 논의하지 않는다.
당해 분야에 통상의 기술을 가진 자라면 본 발명의 진의 및 범위를 벗어나지 않고 본 발명에 많은 변형을 이룰 수 있음을 인지할 것이다. 본원에 기술된 태양들은 단지 예시하기 위한 것이며 하기의 청구의 범위로 정의되는 본 발명을 제한하는 것으로 간주해서는 안된다.

Claims (80)

  1. 촉매가 내부로 공급될 수 있는 제 1 말단 및 촉매가 외부로 배출될 수 있는 제 2 말단을 각각 갖는 다수의 라이저(riser) 반응기;
    상기 라이저 반응기에 공급될 수 있는 촉매를 함유하기 위해 제공된 촉매 보유 대역;
    수행되는 반응의 생성물로부터 촉매를 분리하기 위해 제공된 것으로, 그 안으로 상기 라이저 반응기의 상기 제 2 말단이 연장되어 있는 분리 대역;
    상기 분리 대역 및 상기 촉매 보유 대역과 유체 연통되어 있는 촉매 회수부; 및
    상기 라이저 반응기의 상기 제 1 말단 각각에 인접하여 배치된 하나 이상의 공급 헤드를 갖는 공급물 분배기를 포함하는, 탄화수소 전환 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    2개 이상의 라이저 반응기를 포함하는 탄화수소 전환 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    3개 이상의 라이저 반응기를 포함하는 탄화수소 전환 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    4개 이상의 라이저 반응기를 포함하는 탄화수소 전환 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    5개 이상의 라이저 반응기를 포함하는 탄화수소 전환 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    6개 이상의 라이저 반응기를 포함하는 탄화수소 전환 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    6개보다 많은 라이저 반응기를 포함하는 탄화수소 전환 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 라이저 반응기 각각이 벽을 갖는 공통 쉘 내에 함유되어 있는 탄화수소 전환 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 라이저 반응기 및 상기 쉘의 상기 벽이 상기 촉매 보유 대역을 한정하는 탄화수소 전환 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 쉘이 상기 분리 대역을 한정하는 탄화수소 전환 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 쉘의 상기 벽 및 상기 라이저 반응기가 상기 촉매 회수부를 한정하는 탄화수소 전환 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 공급물 분배기가 공급물을 상기 공급 헤드를 통해 실질적으로 동등한 스트림으로 상기 라이저 반응기 각각에 제공하는 탄화수소 전환 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 공급물 분배기가 상기 공급 헤드를 통해 상기 라이저 반응기 각각에 공급물을 제공하는 흐름 제어 장치를 포함하는 탄화수소 전환 장치.
  14. 제 9 항에 있어서,
    유동 유체를 상기 촉매 보유 대역에 공급하여 상기 촉매 보유 대역에 함유된 촉매를 유동화시키기 위해 제공된, 상기 촉매 보유 대역과 유체 연통되어 있는 유체 분배기를 추가로 포함하는 탄화수소 전환 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 촉매 보유 대역 중에 유동 유체를 분산시켜 촉매를 유동화시키기 위해 제공된, 상기 쉘의 상기 제 1 말단에 배치된 분산장치를 추가로 포함하는 탄화수소 전환 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 분산장치가 격자망, 체 및 다공판으로 이루어진 그룹에서 선택된 장치인 탄화수소 전환 장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 촉매 회수부가 상기 라이저 반응기의 외부에 배치된 탄화수소 전환 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 촉매 회수부의 수가 상기 라이저 반응기의 수와 동일한 탄화수소 전환 장치.
  19. 제 1 항에 있어서,
    다수의 촉매 회수부를 포함하는 탄화수소 전환 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    3개의 촉매 회수부를 포함하는 탄화수소 전환 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    4개의 촉매 회수부를 포함하는 탄화수소 전환 장치.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 촉매 회수부 중 적어도 하나에 배치된 흐름 제어 장치를 추가로 포함하는 탄화수소 전환 장치.
  23. 제 19 항에 있어서,
    상기 다수의 촉매 회수부 각각에 배치된 흐름 제어 장치를 추가로 포함하는 탄화수소 전환 장치.
  24. 제 1 항에 있어서,
    상기 라이저 반응기 각각이 공통 쉘 내에 함유되어 있는 탄화수소 전환 장치.
  25. 제 1 항에 있어서,
    촉매를 상기 라이저 반응기의 상기 제 2 말단으로부터 상기 촉매 회수부로 이동시키기 위해 제공된, 상기 분리 대역에 배치된 충돌 장치를 추가로 포함하는 탄화수소 전환 장치.
  26. 제 24 항에 있어서,
    촉매를 상기 라이저 반응기의 상기 제 2 말단으로부터 상기 촉매 회수부로 이동시키기 위해 제공된, 상기 분리 대역에 배치된 충돌 장치를 추가로 포함하는 탄화수소 전환 장치.
  27. 제 1 항에 있어서,
    상기 분리 대역이 촉매가 분리 대역으로부터 이동할 때까지 촉매가 유지될 수 있는 대기 대역을 추가로 포함하는 탄화수소 전환 장치.
  28. 제 9 항에 있어서,
    상기 쉘의 상기 벽 및 상기 라이저 반응기가 촉매가 상기 분리 대역으로부터 이동할 때까지 촉매가 함유되어 있는 대기 대역을 한정하는 탄화수소 전환 장치.
  29. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄화수소 전환 장치와 유체 연통되어 있는 촉매 재생기를 추가로 포함하는 탄화수소 전환 장치.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 탄화수소 전환 장치 및 상기 촉매 재생기와 유체 연통되어 있는 촉매 스트리퍼를 추가로 포함하는 탄화수소 전환 장치.
  31. 제 1 항에 있어서,
    상기 분리 대역에 배치된 하나 이상의 분리기를 추가로 포함하는 탄화수소 전환 장치.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 분리기가 사이클론 분리기, 필터, 충돌 장치 및 그의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택되는 탄화수소 전환 장치.
  33. 제 1 항에 있어서,
    상기 라이저 반응기가 각각 12 m2이하의 단면적을 갖는 탄화수소 전환 장치.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 라이저 반응기가 각각 7 m2이하의 단면적을 갖는 탄화수소 전환 장치.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 라이저 반응기가 각각 3.5 m2이하의 단면적을 갖는 탄화수소 전환 장치.
  36. 제 1 항에 있어서,
    상기 라이저 반응기가 각각 10 내지 70 m의 높이를 갖는 탄화수소 전환 장치.
  37. 제 1 항에 있어서,
    상기 라이저 반응기가 각각 1 내지 3 m의 폭을 갖는 탄화수소 전환 장치.
  38. 제 1 항에 있어서,
    상기 라이저 반응기 각각이 단면적을 가지며 상기 라이저 반응기들 중 하나의 상기 단면적이 또 다른 상기 라이저 반응기의 단면적으로부터 20% 이하로 변화되는 탄화수소 전환 장치.
  39. 제 38 항에 있어서,
    상기 라이저 반응기들 중 하나의 상기 단면적이 또 다른 상기 라이저 반응기의 단면적으로부터 10% 이하로 변화되는 탄화수소 전환 장치.
  40. 제 39 항에 있어서,
    상기 라이저 반응기들 중 하나의 상기 단면적이 또 다른 상기 라이저 반응기의 단면적으로부터 1% 이하로 변화되는 탄화수소 전환 장치.
  41. 촉매가 내부로 공급될 수 있는 제 1 말단 및 촉매가 외부로 배출될 수 있는 제 2 말단을 각각 갖는 다수의 라이저 반응기;
    수행되는 반응의 생성물로부터 촉매를 분리하기 위해 제공된 것으로, 그 안으로 상기 라이저 반응기의 상기 제 2 말단이 연장되어 있는 분리 대역; 및
    촉매를 상기 분리 대역으로부터 상기 라이저 반응기의 상기 제 1 말단으로 이동시키기 위해 제공된 것으로, 상기 분리 대역 및 상기 라이저 반응기의 상기 제 1 말단과 유체 연통되어 있는 하나 이상의 촉매 회수부를 포함하는, 탄화수소 전환 장치.
  42. 제 41 항에 있어서,
    상기 라이저 반응기가 각각 10 내지 70 m의 높이를 갖는 탄화수소 전환 장치.
  43. 제 42 항에 있어서,
    상기 라이저 반응기가 각각 1 내지 3 m의 폭을 갖는 탄화수소 전환 장치.
  44. 제 41 항에 있어서,
    상기 라이저 반응기가 각각 12 m2이하의 단면적을 갖는 탄화수소 전환 장치.
  45. 제 44 항에 있어서,
    상기 라이저 반응기가 각각 7 m2이하의 단면적을 갖는 탄화수소 전환 장치.
  46. 제 45 항에 있어서,
    상기 라이저 반응기가 각각 3.5 m2이하의 단면적을 갖는 탄화수소 전환 장치.
  47. 제 41 항에 있어서,
    상기 라이저 반응기 각각이 단면적을 가지며 상기 라이저 반응기들중 하나의 상기 단면적이 또 다른 상기 라이저 반응기의 단면적으로부터 20% 이하로 변화되는 탄화수소 전환 장치.
  48. 제 47 항에 있어서,
    상기 라이저 반응기들중 하나의 상기 단면적이 또 다른 상기 라이저 반응기의 단면적으로부터 10% 이하로 변화되는 탄화수소 전환 장치.
  49. 제 48 항에 있어서,
    상기 라이저 반응기들중 하나의 상기 단면적이 또 다른 상기 라이저 반응기의 단면적으로부터 1% 이하로 변화되는 탄화수소 전환 장치.
  50. 제 41 항에 있어서,
    상기 라이저 반응기에 공급될 수 있는 촉매를 함유하기 위해 제공된 촉매 보유 대역을 추가로 포함하는 탄화수소 전환 장치.
  51. 제 50 항에 있어서,
    상기 라이저 반응기의 상기 제 1 말단 각각에 인접하여 배치된 하나 이상의 공급헤드를 포함하는 공급물 분배기를 추가로 포함하는 탄화수소 전환 장치.
  52. 제 41 항에 있어서,
    유동 유체를 상기 촉매 회수부에 공급하여 상기 촉매 회수부에 함유된 촉매를 유동화시키기 위해 제공된, 상기 촉매 회수부와 유체 연통되어 있는 유체 분배기를 추가로 포함하는 탄화수소 전환 장치.
  53. 제 52 항에 있어서,
    상기 탄화수소 전환 장치와 유체 연통되어 있는 재생 장치를 추가로 포함하는 탄화수소 전환 장치.
  54. 제 53 항에 있어서,
    상기 재생 장치와 유체 연통되어 있는 촉매 스트리퍼를 추가로 포함하는 탄화수소 전환 장치.
  55. (a) 유동성 촉매를 유동 유체와 접촉시켜 유동화시키고;
    (b) 상기 촉매 및 공급물을 단일 탄화수소 전환 장치의 일부인 다수의 라이저 반응기에 공급하고;
    (c) 상기 다수의 라이저 반응기에서 상기 공급물을 상기 촉매와 반응시켜 생성물을 생성하고;
    (d) 상기 다수의 라이저 반응기와 유체 연통되어 있는 분리 대역에서 상기 생성물로부터 상기 촉매를 분리하고;
    (e) 상기 촉매를 상기 분리 대역으로부터 상기 다수의 라이저 반응기로 순환시키고; (f) 단계 (a) 내지 (e)를 반복함을 포함하는, 탄화수소 전환 방법.
  56. 제 55 항에 있어서,
    상기 공급물을 상기 다수의 라이저 반응기 각각에 실질적으로 동등한 양으로 공급하는 방법.
  57. 제 56 항에 있어서,
    각각의 반응기에 공급되는 공급물의 흐름이 상기 다수의 라이저 반응기들중 하나로부터 또 다른 상기 다수의 라이저 반응기까지 용적률 기준으로 25% 이하로 변화되도록 상기 공급물을 상기 다수의 라이저 반응기 각각에 공급하는 방법.
  58. 제 57 항에 있어서,
    각각의 반응기에 공급되는 공급물의 흐름이 상기 다수의 라이저 반응기들중 하나로부터 또 다른 상기 다수의 라이저 반응기까지 용적률 기준으로 10% 이하로 변화되도록 상기 공급물을 상기 다수의 라이저 반응기 각각에 공급하는 방법.
  59. 제 58 항에 있어서,
    각각의 반응기에 공급되는 공급물의 흐름이 상기 다수의 라이저 반응기들중 하나로부터 또 다른 상기 다수의 라이저 반응기까지 용적률 기준으로 1% 이하로 변화되도록 상기 공급물을 상기 다수의 라이저 반응기 각각에 공급하는 방법.
  60. 제 56 항에 있어서,
    각각의 반응기에 공급되는 공급물의 흐름이 상기 다수의 라이저 반응기들중 하나로부터 또 다른 상기 다수의 라이저 반응기까지 공급물중 각 성분에 대한 질량% 기준으로 25% 이하로 변화되도록 상기 공급물을 상기 다수의 라이저 반응기 각각에 공급하는 방법.
  61. 제 60 항에 있어서,
    각각의 반응기에 공급되는 공급물의 흐름이 상기 다수의 라이저 반응기들중 하나로부터 또 다른 상기 다수의 라이저 반응기까지 공급물중 각 성분에 대한 질량% 기준으로 10% 이하로 변화되도록 상기 공급물을 상기 다수의 라이저 반응기 각각에 공급하는 방법.
  62. 제 61 항에 있어서,
    각각의 반응기에 공급되는 공급물의 흐름이 상기 다수의 라이저 반응기들중 하나로부터 또 다른 상기 다수의 라이저 반응기까지 공급물중 각 성분에 대한 질량% 기준으로 1% 이하로 변화되도록 상기 공급물을 상기 다수의 라이저 반응기 각각에 공급하는 방법.
  63. 제 55 항에 있어서,
    상기 유동 유체가 질소, 증기, 이산화탄소, 탄화수소 및 공기로 이루어진 그룹에서 선택되는 방법.
  64. 제 55 항에 있어서,
    상기 촉매가 사이클론 분리기, 필터, 체, 충돌 장치, 플레이트, 콘 및 그의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택된 분리기에 의해 상기 생성물로부터 분리되는 방법.
  65. 제 55 항에 있어서,
    상기 촉매가 상기 분리 대역 및 상기 다수의 라이저 반응기와 유체 연통되어 있는 하나 이상의 촉매 회수부를 통해 상기 다수의 라이저 반응기로 순환되는 방법.
  66. 제 65 항에 있어서,
    상기 촉매를 상기 촉매 회수부에서, 촉매 보유 대역에서, 또는 상기 촉매 회수부와 상기 촉매 보유 대역의 조합에서 상기 유동 유체와 접촉시켜 상기 유동성 촉매를 유동화시키는 방법.
  67. 제 66 항에 있어서,
    상기 생성물로부터 상기 촉매를 분리한 후에 촉매 재생기에서 상기 촉매의 적어도 일부분을 재생시켜 재생된 촉매를 생성하고; 상기 재생 촉매를 상기 분리 대역, 상기 촉매 회수부 및 상기 촉매 보유 대역 중 적어도 하나로 순환시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  68. 제 67 항에 있어서,
    상기 촉매의 적어도 일부를 재생시키기 전에 상기 촉매의 적어도 일부분을 스트리핑하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  69. 제 55 항에 있어서,
    상기 라이저 반응기가 각각 10 내지 70 m의 높이를 갖는 방법.
  70. 제 69 항에 있어서,
    상기 라이저 반응기가 각각 1 내지 3 m의 폭을 갖는 방법.
  71. 제 55 항에 있어서,
    상기 라이저 반응기가 각각 12 m2이하의 단면적을 갖는 방법.
  72. 제 71 항에 있어서,
    상기 라이저 반응기가 각각 7 m2이하의 단면적을 갖는 방법.
  73. 제 72 항에 있어서,
    상기 라이저 반응기가 각각 3.5 m2이하의 단면적을 갖는 방법.
  74. 제 55 항에 있어서,
    상기 라이저 반응기 각각이 단면적을 가지며 상기 라이저 반응기들중 하나의 단면적이 또 다른 상기 라이저 반응기의 단면적으로부터 20% 이하로 변화되는 방법.
  75. 제 74 항에 있어서,
    상기 라이저 반응기들중 하나의 상기 단면적이 또 다른 상기 라이저 반응기의 단면적으로부터 10% 이하로 변화되는 방법.
  76. 제 75 항에 있어서,
    상기 라이저 반응기들중 하나의 상기 단면적이 또 다른 상기 라이저 반응기의 단면적으로부터 1% 이하로 변화되는 방법.
  77. 제 55 항에 있어서,
    상기 탄화수소 전환 방법이 올레핀 상호전환 반응, 옥시게네이트의 올레핀으로의전환 반응, 옥시게네이트의 가솔린으로의 전환 반응, 말레산 무수물 배합, 증기상 메탄올 합성, 프탈산 무수물 배합, 피셔 트롭시(Fischer Tropsch) 반응 및 아크릴로니트릴 배합으로 이루어진 그룹에서 선택된 반응인 방법.
  78. 제 55 항에 있어서,
    상기 탄화수소 전환 방법이 옥시게네이트의 올레핀으로의 전환 반응인 방법.
  79. 제 55 항에 있어서,
    상기 촉매가 실리코알루미노포스페이트 촉매인 방법.
  80. 제 79 항에 있어서,
    상기 공급물이 메탄올; 에탄올; n-프로판올; 이소프로판올; C4-C10알콜; 메틸 에틸 에테르; 디메틸 에테르; 디에틸 에테르; 디이소프로필 에테르; 메틸 포르메이트; 포름알데하이드; 디메틸 카보네이트; 메틸 에틸 카보네이트; 아세톤; 및 그의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택되는 방법.
KR1020027014695A 2000-05-04 2001-04-27 다중 라이저 반응기 KR100793496B1 (ko)

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