KR20050016887A - System and process for pyrolysis gasoline hydrotreatment - Google Patents

System and process for pyrolysis gasoline hydrotreatment

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KR20050016887A
KR20050016887A KR10-2004-7021166A KR20047021166A KR20050016887A KR 20050016887 A KR20050016887 A KR 20050016887A KR 20047021166 A KR20047021166 A KR 20047021166A KR 20050016887 A KR20050016887 A KR 20050016887A
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톨스턴 알. 보거
찰스 엠. 주니어 소렌슨
샨타누 로이
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코닝 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 반응기, 모노리스 촉매 베드 및 수소-함유 처리 가스를 포함하는 열분해 가솔린의 수처리 방법 및 시스템에 관한 것으로, 본 발명에 따르면 종래의 수처리용 살수층 방법 및 시스템보다 효율성 및 생산성이 개선되었다.The present invention relates to a water treatment method and system for pyrolysis gasoline comprising a reactor, a monolith catalyst bed and a hydrogen-containing process gas, and according to the present invention the efficiency and productivity are improved over conventional water treatment trickle bed methods and systems.

Description

열분해 가솔린의 수처리 방법 및 시스템{System and process for pyrolysis gasoline hydrotreatment}System and process for pyrolysis gasoline hydrotreatment

본 발명은 열분해 가솔린의 수처리 방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로 비용을 절감시키고 효율을 증가시켜서 수처리할 수 있는 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method for treating water of pyrolysis gasoline, and more particularly, to a method and apparatus for treating water by reducing costs and increasing efficiency.

열분해 가솔린(pyrolysis gasoline, "파이가스(pygas)"라고도 함)은 에틸렌 및 프로필렌 제조를 위한 증기 분해(steam cracking) 과정의 액체 부산물이다. 열분해 가솔린은 디엔, 올레핀 및 방향족, 특히 벤젠이 풍부한 높은 불포화 하이드로카본 혼합물(대략 C5-C14의 탄소 범위)이다. 또한, 열분해 가솔린은 황- 및 질소-함유 화합물과 같은 바람직하지 못한 헤테로원자-함유 하이드로카본을 포함한다. 열분해 가솔린을 가솔린 조합원료로 사용하기 위해서는, 불포화 및 헤테로원자-함유 하이드로 카본의 양을 줄이기 위해 적어도 부분적으로 수소화 또는 수처리시켜야만 한다. 처리하지 않고 남겨둘 경우, 통상적으로 가솔린이 분해되어 연료 시스템에서 검(gums) 및 니스(varnishes)를 형성하게 된다.Pyrolysis gasoline (also called "pygas") is a liquid byproduct of the steam cracking process for the production of ethylene and propylene. Pyrolysis gasoline is a high unsaturated hydrocarbon mixture (approximately C 5 -C 14 carbon range) rich in dienes, olefins and aromatics, especially benzene. Pyrolysis gasoline also includes undesirable heteroatom-containing hydrocarbons such as sulfur- and nitrogen-containing compounds. To use pyrolysis gasoline as a gasoline combination, it must be at least partially hydrogenated or water treated to reduce the amount of unsaturated and heteroatom-containing hydrocarbons. If left untreated, gasoline is typically broken down to form gums and varnishes in the fuel system.

현재 열분해 가솔린은 펠릿 촉매를 사용하여 고정된 층 반응기에서 통상적으로 수처리된다. 일반적으로, 살수층(trickle) 유량 작동법이 적용된다. 이러한 종류의 작업 문제 중 하나는 액상 반응물에 의한 층의 불완전한 젖음 및 우선 유로를 통한 가스 흐름의 채널화로 층의 이용률을 떨어뜨린다는 것이다. 또한, 층 압력강하가 촉매 입자 크기에 의해 한정되며, 많은 경우에 상기 압력 강하의 한계를 극복할 수 있다면 촉매 입자 크기를 줄이는 것이 바람직하다. 게다가, 통상적인 고정 층 반응기들은 건강상, 안정성 및 환경적인 문제와 관련된 문제가 야기된다. 이러한 문제들은 촉매가 불충분하게 액체 피드(feed)에 의해 젖고, 기체상의 불포화 하이드로카본이 계속 반응하여 열을 방출할 때 발생하게 된다. 반응 속도가 온도에 비례하기 때문에, 이러한 문제들이 발생할 수 있고, 따라서 고온 및 심지어는 폭발을 야기할 수 있다.Pyrolysis gasoline is currently commonly treated in fixed bed reactors using pellet catalysts. In general, trickle flow rate operation is applied. One of the problems of this kind of operation is the incomplete wetting of the layers by the liquid reactants and the channeling of the gas flow through the flow paths first, thus reducing the utilization of the layers. In addition, the bed pressure drop is limited by the catalyst particle size, and in many cases it is desirable to reduce the catalyst particle size if the limitation of the pressure drop can be overcome. In addition, conventional fixed bed reactors present problems associated with health, stability and environmental issues. These problems arise when the catalyst is insufficiently wetted by the liquid feed and the gaseous unsaturated hydrocarbon continues to react to release heat. Since the reaction rate is proportional to temperature, these problems may arise, thus causing high temperatures and even explosions.

수처리 방법은 대체 촉매를 사용하는 것이 연구되어 왔다. 예를 들어, Smits 등(Chemical Engineering Science, 1996(51), 3019-3025)은 모노리스(monolithic) 촉매상의 톨루엔에서 스티렌 및 1-옥텐 혼합물을 수처리하는 방법을 기술하고 있다. 그러나, Smits 등이 모델 실험에서 사용한 혼합물은 실제 열분해 가솔린 조성물과 상당히 달랐다. 예를 들어, 실제 파이가스(pygas)가 적어도 130개의 다른 화합물을 함유하고 있는 반면에 Smits 등이 연구한 모델 시스템은 단지 세개의 다른 화합물만을 함유하며, 최근 자료에 의하면 파이가스 메트릭스에서 스티렌의 수소화 반응 속도는 에틸벤젠 또는 톨루엔 메트릭스의 동일 속도보다 15 내지 20배가 느린 것으로 알려졌다. 따라서, Smits 등의 발견은 산업적인 규모로 실제 열분해 가솔린 조성물의 수처리에 적용하기에는 힘들다.Water treatment methods have been studied using alternative catalysts. For example, Smits et al. (Chemical Engineering Science, 1996 (51), 3019-3025) describe a method of water treatment of styrene and 1-octene mixtures in toluene on a monolithic catalyst. However, the mixture used by Smits et al. In the model experiments was significantly different from the actual pyrolysis gasoline composition. For example, while actual pygas contains at least 130 different compounds, the model system studied by Smits et al. Contains only three other compounds, and recent data shows that hydrogenation of styrene in pygas metrics The reaction rate is known to be 15 to 20 times slower than the same rate of ethylbenzene or toluene matrix. Thus, the discovery of Smits et al. Is difficult to apply to the water treatment of actual pyrolysis gasoline compositions on an industrial scale.

현재 시행되고 있는 통상적인 열분해 가솔린의 수처리법과 관련된 상술한 문제점 및 비효율성의 관점에서, 상기 문제점을 개선하기 위한 끊임없는 요구가 있어왔다. 반응기 크기 및 비용을 줄이고, 보다 효과적으로 수소 반응물을 사용하며, 보다 효과적으로 전력 및 물을 사용하고, 보다 우수한 유체역학을 적용하여 전체적인 층 이용률을 개선하기 위해 반응기 및 열분해 가솔린의 수처리법을 개선할 필요가 있다. 이하 상술할 내용으로 부터 이러한 필요성을 해결할 수 있을 것이다. In view of the above-mentioned problems and inefficiencies associated with conventional pyrolysis gasoline water treatment methods currently in place, there is a constant need to improve the problems. There is a need to improve reactor and pyrolysis gasoline water treatment to reduce reactor size and cost, use hydrogen reactants more effectively, use power and water more effectively, and apply better hydrodynamics to improve overall bed utilization. have. From the above description will be able to solve this need.

- 본 발명의 요약 -Summary of the Invention

본 발명의 열분해 가솔린 피드의 수처리 방법에 있어 중요한 면은, 상기 방법은 모노리스 촉매를 포함하는 적어도 하나의 촉매 층 존재 하에서 상기 열분해 가솔린 피드를 수소-함유처리 가스와 접촉시키는 단계를 포함한다. 바람직한 모노리스 촉매는 일반적으로 허니콤 구조이며, 즉, 촉매로 형성되거나 또는 코팅되거나 또는 침지된 채널 벽으로 한정된 구조의 입구면에서 출구면으로 이어진 다수의 평형 채널이 존재하는 모노리스 구조이다.An important aspect of the water treatment process of the pyrolysis gasoline feed of the present invention includes contacting the pyrolysis gasoline feed with a hydrogen-containing treatment gas in the presence of at least one catalyst bed comprising a monolith catalyst. Preferred monolith catalysts are generally honeycomb structures, ie monolithic structures in which there are a number of equilibrium channels from the inlet side to the outlet side of the structure defined by the channel walls formed or coated or immersed in the catalyst.

바람직한 구체예에서 상기 모노리스 촉매의 지지체 부분은 모노리스의 구조 성분으로 또는 다른 금속 또는 세라믹 물질 지지체상의 코팅, 예를 들어, 코디어라이트 세라믹 허니콤상의 알루미나 코팅으로써, θ-알루미나를 포함한다. 상기 지지체와 조합하여 사용하기에 적절한 촉매로는 니켈, 플래티늄, 팔라듐, 로듐, 은, 철, 코발트, 이리듐, 주석 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로 부터 선택된 수소화 촉매를 포함한다. 상기 모노리스 촉매용 채널 또는 소위 셀 밀도는 허니콤 단면의 1.5 내지 310셀/㎠(10 내지 2000셀/in2) 범위이다.In a preferred embodiment the support portion of the monolith catalyst comprises [theta] -alumina as a structural component of the monolith or as a coating on another metal or ceramic material support, for example an alumina coating on cordierite ceramic honeycomb. Suitable catalysts for use in combination with the support include hydrogenation catalysts selected from the group consisting of nickel, platinum, palladium, rhodium, silver, iron, cobalt, iridium, tin and mixtures thereof. The monolithic catalyst channel or so-called cell density ranges from 1.5 to 310 cells / cm 2 (10 to 2000 cells / in 2 ) of the honeycomb cross section.

본 발명의 수처리 공정을 수행하기 위한 피드는 가스 및 액체 성분을 모두 포함한다. 바람직하게는, 열분해 가솔린 반응기로 부터 액체 생성물의 일부는 재순환된다. 반응기 피드의 가스 성분은 적어도 약 50몰%의 분자 수소를 보통 포함한다. 본 발명의 바람직한 구체예에서, 상기 가스 및 액체 피드는 공정 중 소비되는 수소 부피를 교체하기 위해 촉매층 사이에 유입된 수소-함유 처리 가스와 함께 다수의 촉매층을 가로지른다.The feed for carrying out the water treatment process of the invention comprises both gas and liquid components. Preferably, part of the liquid product is recycled from the pyrolysis gasoline reactor. The gas component of the reactor feed usually contains at least about 50 mole percent molecular hydrogen. In a preferred embodiment of the invention, the gas and liquid feed traverses a plurality of catalyst beds with a hydrogen-containing process gas introduced between the catalyst beds to replace the volume of hydrogen consumed in the process.

본 발명의 다른 측면은 열분해 가솔린 피드를 수처리하기 위한 반응기 시스템을 포함한다. 상기 시스템은 적어도 하나의 모노리스 촉매층을 포함하는 하나 이상의 반응기 베슬을 포함하며, 상기 반응기 베슬 각각은 액체 피드 입구, 방출구, 및 수소-함유 처리 가스 입구를 포함한다. 바람직한 구체예에서, 상기 출구에서 방출되는 액체의 일부는 피드 입구로 재순환된다. 또한 바람직하게는 적어도 하나의 반응기 베슬은 하나 이상의 촉매층을 포함하고, 상기 베슬은 수소-함유 처리 가스 입구를 통해서 각각의 촉매층에 수소-함유 처리 가스를 유입시킬 수 있는 수단을 포함한다.Another aspect of the invention includes a reactor system for water treatment of pyrolysis gasoline feed. The system includes one or more reactor vessels comprising at least one monolith catalyst bed, each reactor vessel including a liquid feed inlet, an outlet, and a hydrogen-containing process gas inlet. In a preferred embodiment, a portion of the liquid exiting the outlet is recycled to the feed inlet. Also preferably, the at least one reactor vessel comprises at least one catalyst bed, the vessel comprising means capable of introducing a hydrogen-containing process gas into each catalyst bed through a hydrogen-containing process gas inlet.

도 1은 본 발명에 따른 열분해 가솔린 수처리 반응기에서 시간에 따른 디엔 감소율을 나타내는 그래프이다.1 is a graph showing a diene reduction rate with time in a pyrolysis gasoline water treatment reactor according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 열분해 가솔린 수처리 장치 및 방법을 개략적으로 나타내는 도면이고;2 is a schematic view of a pyrolysis gasoline water treatment apparatus and method according to the present invention;

도 3은 열처리 가솔린 수처리법의 대체 방법 및 반응기 디자인을 나타내는 도면이다.3 is a view showing an alternative method and reactor design of the heat treatment gasoline water treatment method.

본 발명의 핵심은 열분해 가솔린의 수소화(또한,여기서 "수처리"라고 함)를 위한 시스템 및 방법에서 모노리스 촉매를 사용하는 것이다. 모노리스 촉매는 당 분야에서 잘 알려져 있고 전체 구조물에서 실질적으로 단일한 구조(또는 기하학적 배열)를 나타내는 고상 지지체상에 증착시킨 촉매를 의미한다. 바람직한 구체예에 있어서 모노리스 촉매는 허니콤-타입의 구조를 가지며, 이는 통상적으로 구조물의 제1 또는 입구면에서 제2 또는 출구면으로 이어지는 다수의 평행한, 개방구 채널을 포함하는 기하학적 배열로 특징될 수 있다.The key of the present invention is the use of monolithic catalysts in systems and methods for the hydrogenation of pyrolysis gasoline (also referred to herein as "water treatment"). Monolith catalyst means a catalyst deposited on a solid support that is well known in the art and exhibits a substantially single structure (or geometry) throughout the structure. In a preferred embodiment the monolith catalyst has a honeycomb-type structure, which is typically characterized by a geometrical arrangement comprising a plurality of parallel, open-channel channels leading from the first or inlet side to the second or outlet side of the structure. Can be.

허니콤-타입 촉매의 "기하학적 배열" 또는 "기하학적 구조"는 촉매의 구조적 특징뿐만 아니라 전체 물질에서 어느 정도의 단일성을 찾을 수 있는 물질적 특징에 대해서 지칭하는 것이다. 예를 들어, 기하학적 배열은, 구체적으로 기공 크기, 채널 구조, 채널 직경, 셀 밀도, 벽 두께, 공극(void) 분획, 개방된 전면적(즉, 채널 또는 공극 면이 차지하는 총 표면적의 비율), 및 이의 유사물을 포함한다. 모노리스 촉매는 또한 "모노리스"또는 "허니콤 촉매"로 지칭할 수 있다.The "geometric arrangement" or "geometric structure" of a honeycomb-type catalyst refers not only to the structural features of the catalyst but also to the material features where some degree of unity can be found in the whole material. For example, the geometric arrangement may specifically include pore size, channel structure, channel diameter, cell density, wall thickness, void fraction, open front area (i.e., the percentage of total surface area occupied by the channel or pore face), and Analogues thereof. Monolith catalysts may also be referred to as "monolith" or "honeycomb catalysts".

모노리스 촉매는 구조물의 한쪽 말단에서 다른 쪽으로 이어진 채널 벽을 가로질러서 한정되는 채널로 이루어진 모노리스 구조로 형성되거나, 또는 그 안에 분산되거나 또는 만들어진다. 상기 채널은 삼각형, 사각형, 직사각형, 및 육각형을 포함하는 다양한 단면을 가지며, 채널 직경의 비교적 넓은 범위의 채널 크기는 밀리미터에서 센티미터 또는 그 이상의 분획 범위이다. 바람직한 허니콤은 일반적으로 허니콤 단면의 약 7 내지 160셀/㎠(50 내지 1000셀/in2) 범위의 셀 밀도를 갖는다.The monolith catalyst is formed of, or dispersed in, or made of a monolithic structure consisting of channels defined across channel walls extending from one end of the structure to the other. The channels have a variety of cross sections including triangles, squares, rectangles, and hexagons, and the channel sizes in a relatively wide range of channel diameters range from millimeters to centimeters or more. Preferred honeycombs generally have a cell density in the range of about 7 to 160 cells / cm 2 (50 to 1000 cells / in 2 ) of the honeycomb cross section.

모노리스 촉매 및 이의 제조 예는 당 분야에 걸쳐 알려져 있고, 예를 들어 Nijhuis 등(Catalysis Reviews, 43(4), 345-380)이 기술한 것이 있다. 모노리스 촉매는 다공성 구조를 제공할 수 있는 모든 물질로 제조할 수 있다. 적절한 촉매 지지체 물질은 실리콘, 마그네슘, 알루미늄, 티타늄, 지르코늄의 산화물, 전이 금속 산화물 및 이들의 혼합물 및 화합물을 포함한다. 따라서, 일부 촉매 지지체 물질은 세라믹 및 제올라이트를 포함한다. 적당한 세라믹 물질의 예는, 예를 들어 미국특허 제3,885,977호; 미국특허 제4,483,944호; 미국특허 제4,631,267호; 및 미국특허 제5,633,217호에 기술되어 있으며, 이들을 본 발명의 참조문헌으로 포함시킨다. 코디어라이트 허니콤은 구체적으로 적절한 촉매 지지체를 구성한다.Monolith catalysts and their preparation are known throughout the art and are described, for example, by Nijhuis et al. (Catalysis Reviews, 43 (4), 345-380). Monolith catalysts can be made of any material that can provide a porous structure. Suitable catalyst support materials include oxides of silicon, magnesium, aluminum, titanium, zirconium, transition metal oxides and mixtures and compounds thereof. Thus, some catalyst support materials include ceramics and zeolites. Examples of suitable ceramic materials are described, for example, in US Pat. No. 3,885,977; US Patent No. 4,483,944; US Patent No. 4,631,267; And US Pat. No. 5,633,217, which is incorporated by reference herein. Cordierite honeycomb specifically constitutes a suitable catalyst support.

촉매 구조는 수처리에 적절한 워시코트(washcoat), 촉매 또는 촉매 혼합물을 지지할 수 있다. 예를 들어, 상기 지지체는 모노리스 형태로 압출성형되거나 또는 다른 모노리스 지지체 구조상에 워시코트된 γ-알루미나 또는 θ-알루미나와 같은 알루미나를 포함한다. 상기 워시코트의 다른 기능은 활성 촉매 성분을 위해 높은 표면적의 지지체를 제공하는 것이다.The catalyst structure may support washcoats, catalysts or catalyst mixtures suitable for water treatment. For example, the support comprises alumina, such as γ-alumina or θ-alumina, extruded in monolithic form or washcoat onto other monolithic support structures. Another function of the washcoat is to provide a high surface area support for the active catalyst component.

수소화 촉매 성분은 침지 또는 코팅을 통해서 모노리스 촉매 지지체 표면상에 분산된다. 수소화 촉매 성분은 불포화 유기 화합물의 수소화를 촉매하는 데 도움을 주는 물질을 포함할 수 있다. 이의 예로는 니켈, 플래티늄, 팔라듐, 로듐, 루테늄, 은, 철, 구리, 코발트, 크롬, 이리듐, 주석 및 이들의 합금 및 혼합물과 같은 금속을 포함한다. 바람직한 수소화 촉매 성분은 니켈, 플래티늄 및 팔라듐이다.The hydrogenation catalyst component is dispersed on the monolith catalyst support surface through dipping or coating. The hydrogenation catalyst component can include materials that help catalyze the hydrogenation of unsaturated organic compounds. Examples thereof include metals such as nickel, platinum, palladium, rhodium, ruthenium, silver, iron, copper, cobalt, chromium, iridium, tin and alloys and mixtures thereof. Preferred hydrogenation catalyst components are nickel, platinum and palladium.

상기 모노리스 촉매는 수소-함유 처리 가스와 첩촉시 불포화 열분해 가솔린 성분의 수소화를 돕는다. "수소-함유 처리 가스"는 불포화 유기 화합물을 전체적으로 또는 부분적으로 이들의 포화 형태로 전환시키는 데 사용되는 분자 수소를 함유하는 가스를 의미한다. 상기 수소-함유 처리 가스는 통상적으로 적어도 약 50몰%의 분자 수소를 포함한다. 상기 수소-함유 처리 가스는 100몰%의 수소로 이루어지거나 또는 불활성 가스같은 다른 가스를 포함한다. 적절한 불활성 가스의 예로는 질소, 이산화탄소, 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 및 이들의 혼합물 및 다른 가스를 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다.The monolith catalyst aids in hydrogenation of the unsaturated pyrolysis gasoline component upon contact with the hydrogen-containing process gas. "Hydrogen-containing process gas" means a gas containing molecular hydrogen used to convert unsaturated organic compounds into their saturated form in whole or in part. The hydrogen-containing process gas typically contains at least about 50 mole percent molecular hydrogen. The hydrogen-containing process gas consists of 100 mole percent hydrogen or includes other gases such as inert gases. Examples of suitable inert gases include, but are not limited to, nitrogen, carbon dioxide, methane, ethane, propane, butane, and mixtures thereof and other gases.

파이가스 및 수소-함유 처리 가스를 본 발명의 목적에 따라 모노리스 촉매와 "접촉시키는 단계"는 피드 증기의 하이드로카본 포화를 증가시키는 데 효율적인 분자 상호작용이 일어나도록 충분한 온도 및 시간 동안 촉매층과 함께 반응물을 가져오는 단계를 포함한다. 상기 방법에 적용되는 반응 조건은 구체적으로 선택된 반응기 디자인에 일부 의존적이나, 약 20 내지 약 350℃의 반응 온도 및 약 5 내지 약 100bar의 가스압력이 보통 바람직하다. 바람직하게, 상기 접촉 단계는 0.1hr-1 보다 큰 액체 공간 속도(liquid hourly space velocity)에서 수행될 수 있다. 그러나, 이러한 조건하에서, 통상적인 조성의 열분해 가솔린 피드에 존재하는 적어도 약 10%의 디엔 전환율이 반응기 시스템을 통하는 단일 패스(pass)에서 확인되었다.“Contacting” the pygas and hydrogen-containing process gas with the monolith catalyst in accordance with the purpose of the present invention is a reaction with the catalyst bed for a sufficient temperature and time to effect efficient molecular interactions to increase the hydrocarbon saturation of the feed vapor. It includes the step of importing. The reaction conditions applied to the process depend in part on the reactor design specifically chosen, but a reaction temperature of about 20 to about 350 ° C. and a gas pressure of about 5 to about 100 bar are usually preferred. Preferably, the contacting step may be performed at a liquid hourly space velocity of greater than 0.1 hr −1 . Under these conditions, however, at least about 10% of the diene conversion present in the pyrolysis gasoline feed of conventional composition was found in a single pass through the reactor system.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따라 파이가스 전환을 위해 사용되는 혼합 피드는 통상적으로 가스 및 액체 혼합물로 이루어진다. 반응기 작동 조건에서 액체에 대한 기체의 부피비("G:L 비") 는 약 0.1 내지 20 :1, 보다 통상적으로는 0.1 내지 약 10 : 1 범위이다. 그러나, 테일러(Taylor)의 흐름식과 같이, 1:1에 근접한 G:L 비를 제공하는 조건이 통상 바람직하다. 테일러 흐름식 하에서 공정 작업은 당 분야에서 알려진 것이고, 예를 들어, 2001년 12월21일 출원한 미국특허출원 제10/027,645호에 기술되어 있으며, 이를 본 발명의 참조문헌으로 포함시킨다. 그럼에도, 테일러 흐름식 유지는 본 발명을 실시하는 필수조건은 아니며, 본 발명의 방법 및 장치는 필요에 따라 필름 흐름 및 난류를 포함하는 다른 흐름으로 작동시킬 수 있다.As mentioned above, the mixed feed used for pygas conversion in accordance with the present invention typically consists of a gas and liquid mixture. The volume ratio of gas to liquid (“G: L ratio”) at reactor operating conditions ranges from about 0.1 to 20: 1, more typically from 0.1 to about 10: 1. However, conditions that provide a G: L ratio close to 1: 1, such as Taylor's flow, are usually preferred. Process operations under Taylor flow are known in the art and are described, for example, in US patent application Ser. No. 10 / 027,645, filed Dec. 21, 2001, which is incorporated herein by reference. Nevertheless, Taylor flow retention is not a prerequisite for practicing the present invention, and the methods and apparatus of the present invention can be operated with other flows, including film flow and turbulence, as desired.

본 발명의 바람직한 다양한 작동법에 따라서, 반응기 시스템에서 발생하는 수소화 반응의 진행으로 소비되는 수소-함유 처리 가스는 주기적으로 위치에 따라 보충된다. 바람직하게, 상기 보충은 흐름 모드의 제어를 위해서 바람직한 G:L 값을 유지하도록 효과적인 위치 및 속도로 일어나며, 동시에 촉매 보호 및 총 반응 화학량론에 필요한 수소양이 제공되어야 한다. 이러한 결과를 얻기위해 적합한 방법은 반응기의 길이를 따라서 몇 지점에서 수소를 공정 스트림(stream)에 주입하는 것이다. 적절한 흐름 제어 방법은 미국특허출원 제10/027,645호에 더욱 기술되어 있다.According to various preferred operating methods of the present invention, the hydrogen-containing process gas consumed in the progress of the hydrogenation reaction occurring in the reactor system is replenished periodically depending on the location. Preferably, the replenishment takes place at an effective position and speed to maintain the desired G: L value for control of the flow mode, while at the same time providing the amount of hydrogen required for catalyst protection and total reaction stoichiometry. A suitable way to achieve this result is to inject hydrogen into the process stream at several points along the length of the reactor. Suitable flow control methods are further described in US patent application Ser. No. 10 / 027,645.

본 발명의 방법은 하나 이상의 반응기 베슬을 갖는 시스템으로 수행된다. 일 실시예에서, 상기 시스템은 연속적으로 연결된 두개 이상의 반응기 베슬을 포함하며, 따라서 상류 베슬로 부터 방출물은 하류 베슬용 피드를 포함하게 된다. 반응기 베슬은 모노리스 촉매를 함유하는 하나 이상의 촉매층을 함유한다. 일 실시예에서, 상기 반응 베슬은 두개 이상의 촉매층을 함유하고, 또는 상기 반응기 시스템은 두개 이상의 반응기 베슬을 포함할 수 있다. 두 개 이상의 반응기 베슬을 갖는 반응기 시스템의 일례를 개략적으로 도면에 도시하였으며, 이를 다음에 구체적으로 설명한다. 적절한 시스템은 두개의 반응기 베슬을 함유하고, 여기서 상류 베슬과 같은 하나의 베슬은 두개의 촉매층을 포함하고 하류 베슬과 같은 다른 베슬은 하나의 촉매층을 포함한다. 다수의 반응기 층 시스템과 같이, 통상적으로 충진된 층과 모노리스층을 혼합한 것을 사용할 수도 있다.The process of the invention is carried out in a system having one or more reactor vessels. In one embodiment, the system includes two or more reactor vessels connected in series, so that the discharge from the upstream vessel includes the feed for the downstream vessel. The reactor vessel contains at least one catalyst bed containing a monolith catalyst. In one embodiment, the reaction vessel may contain two or more catalyst beds, or the reactor system may comprise two or more reactor vessels. An example of a reactor system having two or more reactor vessels is schematically shown in the drawings, which is described in detail below. Suitable systems contain two reactor vessels, where one vessel, such as an upstream vessel, comprises two catalyst beds, and another vessel, such as a downstream vessel, includes one catalyst layer. As with many reactor bed systems, a mixture of conventionally packed and monolith layers may be used.

일반적으로, 각각의 반응기 베슬은 예를 들어 상류 반응기 베슬로 부터의 파이가스 또는 방출물 및 수소-함유 처리 가스용의, 하나 이상의 입구를 포함한다. 상기 베슬은 예를 들어, 파이 가스 생성물(방출물) 및/또는 배출된 처리 가스를 위한 하나 이상의 출구를 포함한다. 하나 이상의 촉매층을 갖는 베슬에서 보급 수소-함유 처리 가스를 국지적으로 공급하기 위해서, 상기 가스에 대한 입구는 촉매층 사이에 가스를 주입할 수 있도록 위치하게 된다. 이러한 주입 과정은 추가적으로 반응기 온도를 보다 잘 제어할 수 있도록 도와준다.In general, each reactor vessel includes one or more inlets, for example for pygas or emissions from the upstream reactor vessel and for the hydrogen-containing process gas. The vessel comprises, for example, one or more outlets for the pi gas product (emission) and / or vented process gas. In order to locally supply replenishment hydrogen-containing process gas in a vessel having one or more catalyst layers, an inlet to the gas is positioned to inject gas between the catalyst layers. This injection process additionally helps to better control the reactor temperature.

촉매층은 상향류, 하향류, 또는 수평흐름 배열을 포함하는 적절한 모든 모드에 따라서 작동될 수 있다. 또한, 모노리스 촉매층은 동류 또는 역류 가스/액체 흐름을 사용하여 작동될 수 있다. 동일한 흐름에서, 가스와 액체는 동일 방향으로 이동하는 반면, 역류에서는 가스 및 액체가 반대 방향으로 이동하게 된다. 촉매 층 배열 및 흐름의 어떠한 조합도 적절하며, 예를 들어, 다른 배열 및 흐름하에서 독립적으로 작동하는 다수의 반응기를 갖는 시스템을 포함한다.The catalyst bed can be operated according to any suitable mode, including upflow, downflow, or horizontal flow arrangements. In addition, the monolith catalyst bed can be operated using a countercurrent or countercurrent gas / liquid flow. In the same flow, the gas and liquid move in the same direction, while in the reverse flow the gas and liquid move in the opposite direction. Any combination of catalyst bed arrangements and flows is suitable and includes, for example, systems with multiple reactors operating independently under different arrangements and flows.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 방법은 반응기로 돌아오는 수소-함유 처리 가스의 반응하지 않은 일부를 재순환시킬 수 있어서 반응하지 않은 수소를 효과적으로 수처리 공정에서 사용할 수 있다. 따라서, 일 실시예에서, 반응기들은 가스를 재순환할 수 있는 입구 및 출구 밸브를 갖는다. 다른 실시예에서, 반응기 베슬에 주입하기 전에 수소-함유 처리 가스에 재순환 가스를 첨가하게 된다.In one embodiment of the invention, the process can recycle the unreacted portion of the hydrogen-containing process gas back to the reactor so that unreacted hydrogen can be effectively used in the water treatment process. Thus, in one embodiment, the reactors have inlet and outlet valves capable of recirculating gas. In another embodiment, a recycle gas is added to the hydrogen-containing process gas prior to injection into the reactor vessel.

본 발명의 방법은 재순환되는 액체 반응기 방출물의 일부를 더욱 제공한다. 따라서, 반응기로 부터 하류에 증기/액체 분리기의 액체 분획을 직접, 예를 들어 촉매 층사이 반응기 영역 또는 촉매층의 반응기 상류 영역에서 반응기로 유입시킬 수 있다. 또한, 액체 재순환은 반응기로 주입시키기 전 파이가스 피드와 조합시킬 수 있다. The process of the present invention further provides a portion of the liquid reactor discharge that is recycled. Thus, the liquid fraction of the vapor / liquid separator downstream from the reactor can be introduced directly into the reactor, for example in the reactor zone between the catalyst beds or in the reactor upstream zone of the catalyst bed. Liquid recirculation can also be combined with a pygas feed prior to injection into the reactor.

본 발명의 시스템은 통상적인 시스템의 구성요소에서 사용되는 증기/액체 분리기, 열 교환기, 펌프, 및/또는 가스 압착기를 더욱 포함할 수 있다. 적절한 펌프의 예로는 피드 펌프, 액체 재순환 펌프, 및 이의 동등물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 가스 압착기는 예를 들어, 반응하지 않은 수소-함유 처리 가스를 재순환시키기 위해 사용된다.The system of the present invention may further comprise vapor / liquid separators, heat exchangers, pumps, and / or gas presses used in components of conventional systems. Examples of suitable pumps may include, but are not limited to, feed pumps, liquid recycle pumps, and equivalents thereof. Gas presses are used, for example, to recycle unreacted hydrogen-containing process gas.

본 발명에 따른 시스템 및 방법의 작동 변수는 적용되는 시스템의 디자인 및 용량에 어느 정도 의존적이다. 그러나, 일반적으로 액체 파이가스 피드 성분에 대한 액체 공간 속도(촉매 부피 당 시간 당 피드 부피)는 적어도 약 0.1hr-1이 된다. 수처리 시스템 수행의 기본 목적은 디엔을 보다 포화된 분자로 전환시키는 것이다. 통상적인 파이가스 피드에 존재하는 디엔의 전환율은 상기 액체 공간 속도의 단일 시스템 패스에서 적어도 약 5%가 된다.The operating parameters of the systems and methods according to the invention are somewhat dependent on the design and capacity of the system to which they are applied. Generally, however, the liquid space velocity (feed volume per hour per catalyst volume) for the liquid pygas feed component is at least about 0.1 hr −1 . The primary purpose of performing a water treatment system is to convert dienes into more saturated molecules. The conversion of dienes present in a typical pygas feed is at least about 5% in a single system pass of the liquid space velocity.

본 발명에서 기술한 수처리 시스템 및 방법의 다른 장점은 이하 실시예를 통해 좀 더 구체적으로 설명하나, 이에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다. 중요한 장점 중 하나는 모노리스 촉매의 사용으로 동일한 수준의 전환율을 얻는데 살수층 흐름/펠릿 충진층과 같은 통상적인 방법보다 적은 반응기 부피가 사용된다는 것이다. 본 발명의 방법 및 시스템은 또한 통상적인 방법에 비해서 감소된 수소 재순환율이 가능하다.Other advantages of the water treatment system and method described in the present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the scope of the present invention is not limited thereto. One of the important advantages is the use of monolithic catalysts to achieve the same level of conversion that less reactor volume is used than conventional methods such as trickle bed flow / pellet packed bed. The methods and systems of the present invention also allow for reduced hydrogen recycle rates compared to conventional methods.

실시예 1Example 1

모노리스 촉매의 제조Preparation of Monolith Catalyst

시타-알루미나로 워시코팅된 코디어라이트 모노리스 샘플로 이루어진 모노리스 촉매 지지체를 이하의 과정을 통해서 니켈로 촉매반응시켰다. 1리터의 증류수에 600그램의 니켈 나이트레이트를 용해시켜서 수용성 니켈 침지 용액을 준비하였다. 상기 촉매 지지체를 상온에서 약 30분간 상기 용액에 담구고, 이후 용액을 제거하고 과다한 용액을 배수하였다. 공기 주입식(air blowing)으로 과다한 용액을 더욱 제거하였다. 상기 샘플을 120℃의 오븐에서 2시간 동안 가열하여 건조시키고 250℃의 로에서 적어도 2시간 동안 공기 흐름하에서 최종적으로 소성시켰다. 이와같이 마감한 촉매의 특징을 하기 표 1에 나타내었다.A monolith catalyst support consisting of cordierite monolith washwashed with cita-alumina was catalyzed by nickel through the following procedure. A water-soluble nickel dipping solution was prepared by dissolving 600 grams of nickel nitrate in 1 liter of distilled water. The catalyst support was immersed in the solution at room temperature for about 30 minutes, after which the solution was removed and excess solution was drained. Excess solution was further removed by air blowing. The sample was dried by heating in an oven at 120 ° C. for 2 hours and finally calcined under air flow for at least 2 hours in a furnace at 250 ° C. The characteristics of the catalyst thus finished are shown in Table 1 below.

워시코팅된 시타-알루미나 촉매상의 니켈 특성Nickel Properties on Wash-Coated Cita-Alumina Catalysts 셀 밀도, cpsiCell density, cpsi 400400 코디어라이트 웹 두께, 0.001인치Cordierite web thickness, 0.001 inches 6.56.5 θ-알루미나 워시코트 로딩, 중량%θ-alumina washcoat loading, wt% 19-2319-23 니켈 로딩, 중량%Nickel loading,% by weight 1.71.7 BET 표면적, ㎡/gBET surface area, ㎡ / g 12.312.3

실시예 2Example 2

파이가스의 니켈 촉매 전환Nickel-catalyzed conversion of pygas

실시예 1에 기술한 워시코팅된 θ-알루미나 모노리스 촉매상의 니켈을 고정된 층 파이럿 반응기에서 열분해 가솔린 수소화 활성 및 선택성을 테스트하였다. 상기 촉매를 우선 400℃의 온도 및 3.5bar 압력에서 16시간 동안 수소를 흘려주어 전처리하여 니켈을 감소시키고 활성 수소위치를 생성시켰다.Nickel on the washcoated θ-alumina monolith catalyst described in Example 1 was tested for pyrolysis gasoline hydrogenation activity and selectivity in a fixed bed pilot reactor. The catalyst was first pretreated by flowing hydrogen for 16 hours at a temperature of 400 ° C. and 3.5 bar pressure to reduce nickel and create an active hydrogen site.

상기 테스트를 수행하기 위하여, 뱃치 재순환 모드에서 재순환 또는 "별도의(differential)" 반응기로 테스트 단위를 작동시켰다. 상기 모드는 모노리스 층 위에서 액체 피드 및 수소-함유 가스의 연속적인 재순환 과정을 포함한다. 새로운 수소를 연속적으로 첨가하여 파이가스 피드와의 반응에 의한 수소 소비를 보충하였다. 주기적으로 수처리 파이가스 생성물 샘플을 공정 스트림에서 취하였고 가스 크로마토그래피를 사용하여 반응 진행을 측정하였다.To run the test, the test unit was operated in a recycle or "differential" reactor in batch recycle mode. The mode includes a continuous recycle of liquid feed and hydrogen-containing gas over the monolith layer. Fresh hydrogen was added continuously to compensate for hydrogen consumption by reaction with the pygas feed. Periodically, water-treated pygas product samples were taken from the process stream and the reaction progress was measured using gas chromatography.

도 1에 나타낸 시간에 따른 총 디엔 농도 변화 그래프는 분 단위의 반응 시간에 따라 재순환하는 파이가스 피드에 잔존하는 디엔의 총 몰 분획을 나타낸다. 결과적으로 본 발명에서 기술한 기하학적 배열 및 조성을 갖는 모노리스 촉매를 사용하여 실제 열분해 가솔린 피드로 얻어진 디엔 농도가 감소됨을 알 수 있다.The graph of total diene concentration change over time shown in FIG. 1 shows the total mole fraction of diene remaining in the recycled pygas feed according to the reaction time in minutes. As a result, it can be seen that the diene concentration obtained with the actual pyrolysis gasoline feed is reduced using the monolith catalyst having the geometry and composition described in the present invention.

실시예 3Example 3

살수층 파이가스 수처리(비교예)Sprinkling layer pygas water treatment (comparative example)

열처리 가솔린을 수처리하는 통상적인 방법은 살수층 흐름 모드에 무작위적으로 충진된 비드 촉매층을 적용한 고정 층 반응기법에 기초한다. 이 방법에서 원료 파이가스는 우선 수소 함유 처리 가스와 결합되고, 상기 가스 및 액체 혼합물은 열 교환기에 의해 사전 열처리된다. 상기 사전 열처리된 혼합물을 하나 이상의 촉매층을 포함하는 반응기 베슬에 공급하였다.Conventional methods of water treatment of heat treated gasoline are based on a fixed bed reactor method employing a bead catalyst bed randomly packed in a trickle bed flow mode. In this process, the raw petroleum gas is first combined with a hydrogen containing process gas and the gas and liquid mixture is preheated by a heat exchanger. The preheated mixture was fed to a reactor vessel comprising one or more catalyst beds.

이중 촉매층 반응기의 경우, 두 층은 동일하거나 또는 다른 촉매 부피로 구성될 수 있다. 가스 및 액체 혼합물은 우선 제1 촉매층을 통해서 통과하고 이후 제2 촉매층을 통과한다. 상기 반응기 방출물은 열 교환기를 통해 냉각되고 이후 가스 및 액체상이 분리된다. 분리된 가스 스트림은 일반적으로 다시 재순환되고 새로운 파이가스와 함께 다시 혼합되고, 이 단계에서 수소-함유 공급 가스를 소비된 수소에 대해 보충하였다. 분리된 액체 생성물을 하류로 보냈다.In the case of a dual catalyst bed reactor, the two beds can be composed of the same or different catalyst volumes. The gas and liquid mixture first passes through the first catalyst bed and then through the second catalyst bed. The reactor discharge is cooled through a heat exchanger and then the gas and liquid phases are separated. The separated gas stream is generally recycled again and mixed again with fresh pygas and at this stage the hydrogen-containing feed gas is replenished for spent hydrogen. The separated liquid product was sent downstream.

통상적인 방법은 발열 수소화반응으로 인해 반응기 내부에서 전체 온도가 상승하는 것을 제어하기 위해서 냉각된 액체 생성물의 일부를 사용한다. 이러한 목적을 위해서 냉각시킨 액체 생성물의 일부는 통상적으로 재순환되고 퀀치 인터널(quench internals)을 통해서 두 촉매층사이의 반응기로 유입된다.Conventional methods use some of the cooled liquid product to control the overall temperature rise inside the reactor due to exothermic hydrogenation. A portion of the cooled liquid product for this purpose is typically recycled and introduced into the reactor between the two catalyst beds via quench internals.

파이가스 수소화를 위해 통상적으로 사용되는 살수층, 예를 들어 알루미나 비드상의 상업용 니켈(10중량%) 촉매로 이루어진 층을 작동시키기 위한 일반적인 액체 공간 속도(LHSV)는 1 내지 3hr-1 범위이다. 실제 조건에서 반응기 입구의 액체에 대한 가스의 비율은 일반적으로 4 내지 10㎥/㎥ 범위이다.Typical liquid space velocities (LHSVs) for operating layers of spraying layers commonly used for pygas hydrogenation, for example layers consisting of commercial nickel (10% by weight) catalysts on alumina beads, range from 1 to 3hr −1 . In actual conditions, the ratio of gas to liquid at the reactor inlet is generally in the range of 4 to 10 m 3 / m 3.

이와 같은 반응기에서 정상적으로 처리되는 통상적인 파이가스 피드의 특징을 표 2에 나타내었다. 상술한 바와 같이, 파이가스는 종종 100개 이상의 성분으로 이루어진다. 그러나, 비교를 위해서, 상기 성분들을 불포화 결합, 분자량, 탄소수 및 끓는점에 따라서 대표 성분을 보다 작은 수로 그룹화하였다. 예를 들어 선형의 브랜치된 C6 성분은 환형 C5 링에 부착된 메틸기를 갖는 C6 성분 그룹으로 분류하였다. 이렇게 단순화시킨 파이가스 조성물의 성분은 원료 파이가스 혼합물에서 성분들의 중량%와 함께 하기 표 3에 나타내었다.Table 2 shows the characteristics of a typical pygas feed normally processed in such a reactor. As mentioned above, pygas often consists of more than 100 components. However, for comparison, the components were grouped into smaller numbers according to unsaturated bonds, molecular weight, carbon number and boiling point. For example, a linear branched C6 component was classified into a C6 component group with a methyl group attached to a cyclic C5 ring. The components of this simplified pygas composition are shown in Table 3 together with the weight percent of the components in the raw pygas mixture.

파이가스 피드 특성Pygas Feed Characteristics 밀도density 842㎏/㎥842㎏ / ㎥ 분자량Molecular Weight 86.9㎏/kmole86.9㎏ / kmole BTX 방향족BTX aromatic 69.67중량%69.67% by weight 조성물Composition 총 디엔Gross dienes 10.6중량%10.6% by weight 총 올레핀Total olefins 7.36중량%7.36% by weight 스티렌 함량Styrene content 1.93중량%1.93 wt% ASTM D86 증류ASTM D86 Distillation IBPIBP 13.4℃13.4 ℃ 5%5% 30℃30 ℃ 50%50% 91.7℃91.7 ℃ 95%95% 170℃170 ℃ FBPFBP 180℃180 ℃

간략하게 나타낸 열분해 가솔린 조성물(중량%)Simplified Pyrolysis Gasoline Composition (% by weight) n-부탄2M-1-부텐i-펜탄1,3-사이클로펜타디엔사이클로펜텐사이클로펜탄1,4-펜타디엔1-펜텐n-펜탄2M-1펜텐2M펜탄메틸사이클로펜타디엔1메틸사이클로펜텐메틸사이클로펜탄벤젠스티렌E-벤젠톨루엔자일렌디사이클로펜타디엔(C10H12)디하이드로디사이클로펜텐(C10H14)테트라하이드로디사이클로펜탄(C10H16)메틸-디사이클로펜타디엔(C11H14)메틸-하이드로디사이클로펜텐(C11H16)메틸-테트라하이드로디사이클로펜탄(C11H18)n-butane2M-1-butenei-pentane1,3-cyclopentadienecyclopentenecyclopentane1,4-pentadiene1-pentene n-pentane2M-1pentene2Mpentanemethylcyclopentadiene1methylcyclopentenemethylcyclone Pentanebenzenestyrene E-benzenetoluene xylenedicyclopentadiene (C 10 H 12 ) dihydrodicyclopentene (C 10 H 14 ) tetrahydrodicyclopentane (C 10 H 16 ) methyl-dicyclopentadiene (C 11 H 14) methyl-di-hydro-cyclopentene (C 11 H 16) methyl-tetrahydro-di cyclopentane (C 11 H 18) 0.333.401.141.660.450.351.810.701.950.391.111.600.711.9839.151.937.3717.995.153.841.531.581.680.172.020.333.401.141.660.450.351.810.701.950.391.111.600.711.9839.151.937.3717.995.153.841.531.581.680.172.02 합계Sum 100100

통상적인 살수층 파이가스 수처리방법의 일반적인 결과는 파일럿 플랜트 테스트(pilot plant test) 및 구체적인 모의 공정을 기초로 반응기 입구 및 작동 조건을 쉽게 예측할 수 있다. 하기 표 4는 통상적인 살수층 반응기 디자인용의 작동법에 대해 기술하였고, 이러한 조건하에서 작동시킨 반응기에서 통상적인 전환 결과를 예측할 수 있다.Typical results of conventional trickle bed pygas water treatment methods can easily predict reactor inlet and operating conditions based on pilot plant tests and specific simulation processes. Table 4 below describes the operation for a conventional trickle bed reactor design, and it is possible to predict the conversion results typical for reactors operated under these conditions.

하기 표 4에 나타낸 결과는 공정 온도 제어를 위한 액체 생성물이 재순환되는 2개의 펠릿층 반응기를 기초로 한 것이다. 제1 촉매층의 부피는 총 촉매 부피의 29%를 나타내고, 나머지 촉매 부피의 71%는 제2 층에 위치된다. 공정 온도 제어를 위한 액체 생성물의 재순환은 원료 파이가스 피드의 7.6중량%의 속도로 촉매 펠릿층사이에 재순환되는 액체 생성물을 주입하여 이루어지며, 상기 속도는 반응기 내의 온도를 반응기 입구 온도 보다 70K 높지 않게 제어하는 데 효율적이다. 상기 가스 및 액체 반응기 방출물은 액체 생성물 스트림과 재순환용 가스 스트림으로 분리되고, 후자는 40℃로 온도가 조절된다.The results shown in Table 4 below are based on two pellet bed reactors in which the liquid product for process temperature control is recycled. The volume of the first catalyst bed represents 29% of the total catalyst volume and 71% of the remaining catalyst volume is located in the second bed. Recirculation of the liquid product for process temperature control is achieved by injecting the recycled liquid product between the catalyst pellet beds at a rate of 7.6% by weight of the raw pygas feed, the rate being not higher than 70K above the reactor inlet temperature. It is efficient to control. The gas and liquid reactor emissions are separated into a liquid product stream and a recycle gas stream, the latter being temperature controlled to 40 ° C.

표 4에 기술한 반응기의 작동에 관한 자료는 파이가스 피드의 액체 공간 속도, 반응기 입구 온도, 반응기 입구 압력, 반응기 입구에서 가스:액체 비율, 및 반응기에 대한 가스 피드의 수소 함량을 포함한다. 상기 작동 조건하에서 생성물을 위해 기록된 통상적인 공정 결과는 디엔, 올레핀, 및 스티렌의 총 생성물과 생성물의 밀도 및 분자량을 포함한다.Data on the operation of the reactor described in Table 4 include the liquid space velocity of the pygas feed, the reactor inlet temperature, the reactor inlet pressure, the gas: liquid ratio at the reactor inlet, and the hydrogen content of the gas feed to the reactor. Typical process results reported for products under these operating conditions include the total product of dienes, olefins, and styrene and the density and molecular weight of the product.

방법 변수Method variables LHSV반응기 입구 온도반응기 입구 압력가스 대 오일 비율(입구에서 반응기, 실제 조건)처리 가스의 수소 함량(파이가스 혼합 전)LHSV Reactor Inlet Temperature Reactor Inlet Pressure Gas-to-Oil Ratio (Reactor at Inlet, Actual Conditions) Hydrogen Content of Treated Gas (Before Mixing Pigas) 1.8h-170℃36.7bar4.64㎥/㎥85.5%몰1.8h -1 70 ℃ 36.7bar4.64㎥ / ㎥85.5% mol 생성물 자료Product data 함량 전환율Content conversion rate 총 디엔총 올레핀총 스티렌밀도a)분자량a) Total diene total olefin total styrene density a) Molecular weight a) 1.00중량% 90.56%8.48중량% -16.01%0.25중량% 87.16%833㎏/㎥87.1㎏/kmole1.00% by weight 90.56% 8.48% by weight -16.01% 0.25% by weight 87.16% 833㎏ / ㎥87.1㎏ / kmole

a) 1bar 및 20℃에서 단순 플래시(flash) 후a) after a simple flash at 1 bar and 20 ° C

실시예 4Example 4

모노리스 촉매 파이가스 수처리 방법Monolith Catalytic Pigas Water Treatment Method

본 발명에 따른 열분해 가솔린 수처리 시스템 및 방법을 실시예 1의 Ni-θ-워시코팅된 모노리스 촉매를 사용하는 것을 기초로 디자인하였다. 반응기 유니트는 실시예 3의 살수층 반응기와 같이 동일한 총 파이가스 피드 속도로 작동시키고 동일한 생성물 품질로 제조할 수 있고 온도 제어할 수 있도록 디자인하고 규격화하였다.The pyrolysis gasoline water treatment system and method according to the invention was designed based on using the Ni-θ-wash coated monolith catalyst of Example 1. The reactor unit was designed and sized to operate at the same total pygas feed rate as the trickle bed reactor of Example 3, to produce the same product quality, and to be temperature controlled.

상기 반응기용으로 선택된 특정 촉매 디자인은 니켈이 코팅된 모노리스의 약 1.69중량%의 농도로 주 촉매 활성상에 적용된 θ-알루미나 코팅으로 워시코팅된 평방인치 당 400셀의 셀 밀도를 갖는 코디어라이트 지지체로 이루어진다. 상기와 같은 촉매가 도입된 반응기의 벤치 및 파일럿 테스트로 전개된 파이가스 전환율 자료를 기초로 한 동력학을 상기 시스템의 디자인을 위한 기본 정보로 사용하였다. The particular catalyst design chosen for the reactor was a cordierite support having a cell density of 400 cells per square inch washcoated with θ-alumina coating applied to the main catalyst active phase at a concentration of about 1.69% by weight of the nickel coated monolith. Is made of. The dynamics based on pygas conversion data developed in bench and pilot tests of the reactor incorporating such a catalyst was used as basic information for the design of the system.

도 2는 상기 촉매를 적용시킨 시스템의 시스템 성분 및 방법 흐름도를 나타낸다. 도 2를 보다 구체적으로 설명하면, 원료 파이가스 피드(1)가 피드 펌프(2)를 통해 유니트로 들어가서 재순환 압착기(12)로 부터 온 처리 가스의 제1 분획(13)과 혼합된다. 상기 가스/액체 혼합물은 이후 피드-방출 열 교환기(3)에 의해 반응기 입구 온도로 사전가열되고 반응기(4)로 공급된다.2 shows a system component and method flow diagram of a system employing the catalyst. 2, the raw pygas feed 1 enters the unit via the feed pump 2 and is mixed with the first fraction 13 of the process gas from the recycle compactor 12. The gas / liquid mixture is then preheated to the reactor inlet temperature by the feed-emitting heat exchanger 3 and fed to the reactor 4.

반응기(4)는 허니콤 촉매를 포함하는 모노리스 촉매층(18, 19, 20)을 포함한다. 재순환 압착기(12)로 부터 처리 가스의 제2 분획(14)이 두 부분으로 나뉜다. 상기 부분 중 하나(15)는 제1(18) 및 제2(19) 촉매층 사이에 있는 반응기로 주입된다. 처리 가스(16)의 제2 부분은 액체 재순환 펌프(8)로 부터 온 재순환 액체(17)와 함께 제2(19) 및 제3(20) 촉매층 사이의 반응기에 주입된다. 재순환 액체(17)는 반응기 온도를 제어하기 위해 제공된다.The reactor 4 comprises monolith catalyst layers 18, 19, 20 containing honeycomb catalysts. From the recycle compactor 12 the second fraction 14 of the process gas is divided into two parts. One of the portions 15 is injected into the reactor between the first 18 and second 19 catalyst beds. A second portion of the process gas 16 is injected into the reactor between the second (19) and third (20) catalyst beds together with the recycle liquid (17) from the liquid recycle pump (8). Recycle liquid 17 is provided to control the reactor temperature.

상기 방법으로 얻은 공정 변수 및 생성물 특징을 하기 표 5에 나타내었고, 이들은 하기 표 6에 기술한 촉매층 디자인 및 공정 변수에 기초한다. 표 5에는 파이가스 피드의 액체 공간 속도, 반응기 입구 온도, 반응기 입구 압력, 반응기 입구에서 가스: 액체 비율, 및 반응기로 공급되는 가스 피드의 수소 함량을 포함하는 반응기 작동 자료가 포함된다. 상기 작동 조건 하의 생성물에 대한 통상적인 공정 결과는 디엔, 올레핀 및 스티렌의 총 생성물과 생성물의 밀도 및 분자량을 포함한다. 표 6은 입구 및 출구 가스:액체(G:L) 비율 및 각각의 3 층의 온도와 함께, 3 촉매 층 각각의 상대적 부피를 나타낸다.The process variables and product characteristics obtained by the method are shown in Table 5 below, which are based on the catalyst bed design and process parameters described in Table 6 below. Table 5 includes reactor operating data including the liquid space velocity of the pygas feed, reactor inlet temperature, reactor inlet pressure, gas to liquid ratio at the reactor inlet, and hydrogen content of the gas feed fed to the reactor. Typical process results for products under these operating conditions include the total product of dienes, olefins and styrene and the density and molecular weight of the product. Table 6 shows the relative volumes of each of the three catalyst beds, along with the inlet and outlet gas: liquid (G: L) ratios and the temperature of each of the three layers.

방법 변수Method variables LHSV반응기 입구 온도반응기 입구 압력가스 대 오일 비율(입구에서 반응기, 실제 조건)처리 가스의 수소 함량(파이가스 혼합 전)LHSV Reactor Inlet Temperature Reactor Inlet Pressure Gas-to-Oil Ratio (Reactor at Inlet, Actual Conditions) Hydrogen Content of Treated Gas (Before Mixing Pigas) 11.8h-170℃36.7bar0.84㎥/㎥89.5%몰11.8h -1 70 ℃ 36.7bar0.84㎥ / ㎥89.5% mol 생성물 자료Product data 함량 전환율Content conversion rate 총 디엔총 올레핀총 스티렌밀도a)분자량a) Total diene total olefin total styrene density a) Molecular weight a) 1.00중량% 90.56%8.62중량% -18.01%0.27중량% 86.10%833㎏/㎥87.1㎏/kmole1.00 wt% 90.56% 8.62 wt% -18.01% 0.27 wt% 86.10% 833㎏ / ㎥87.1㎏ / kmole

a) 1bar 및 20℃에서 단순 플래시(flash) 후a) after a simple flash at 1 bar and 20 ° C

모노리스 촉매층 자료Monolith Catalyst Layer Materials 촉매층 구획(도 2)Catalyst bed compartment (FIG. 2) (18)(18) (19)(19) (20)20 상대적인 촉매 부피입구 G:L출구 G:L입구 온도출구 온도Relative Catalyst Volume Inlet G: L Outlet G: L Inlet Temperature Outlet Temperature 30%0.840.5770℃92℃30% 0.840.5770 ℃ 92 ℃ 20%0.900.6891℃112℃20% 0.900.6891 ℃ 112 ℃ 50%1.030.63102℃140℃50% 1.030.63 102 ℃ 140 ℃

상기 디자인에 적용된 상술한 가스/액체 주입 전략은 반응기가 매우 축성의 가스/오일(G:L) 프로파일에서 작동가능하게 한다. 동시에 반응기 온도 이상의 제어 및 반응기에 충분한 수소 공급을 보장한다. 예를 들어, 반응기 입구보다 70℃가 넘지 않도록 최대 반응 온도를 제어하는 것은 원료 파이가스 유속의 19%로 액체 재순환 속도를 유지하여 가능하다. The above described gas / liquid injection strategy applied to the design allows the reactor to be operated in a very layered gas / oil (G: L) profile. At the same time, control over the reactor temperature and a sufficient hydrogen supply to the reactor are ensured. For example, controlling the maximum reaction temperature so that it is no more than 70 ° C. above the reactor inlet is possible by maintaining the liquid recycle rate at 19% of the raw pygas flow rate.

액체 유속에 대한 실제 가스 부피가 약 G:L = 0.2 내지 2, 바람직하게 0.5 내지 1의 범위일 때, 상술한 특정의 기하학적 배열의 모노리스 촉매층을 통한 우수한 전환 효율성이 증명되었다. 이는 일반적으로 5를 초과하는 G:L 비율을 갖는 살수층에서 얻을 수 있는 비율 이하이다. 또한, 상기 반응기들은 살수층 반응기에서 가능한 것 보다 높은 선형 속도에서 작동되도록 디자인되었고, 촉매층을 가로지르는 압력강하 문제가 없다. 이는 모노리스의 일직선 채널 내부의 낮은 내흐름성 때문이다. 살수층 반응기는 획득가능한 물질 이동 속도에서 반응기를 통해서 충분한 수소가 공급될 수 있도록 반응기 피드에 상당히 과량의 수소가 요구되며, 펠릿 촉매 층에서 물질 이동을 강화시키기 위해서도 과량의 수소가 필요하다.When the actual gas volume for the liquid flow rate is in the range of about G: L = 0.2 to 2, preferably 0.5 to 1, excellent conversion efficiency through the monolith catalyst layer of the specific geometry described above has been demonstrated. This is generally below the ratio obtainable in a trickle bed with a G: L ratio of greater than 5. In addition, the reactors are designed to operate at a higher linear speed than is possible in a trickle bed reactor, and there is no problem of pressure drop across the catalyst bed. This is due to the low flow resistance inside the monolithic channel of the monolith. The trickle bed reactor requires a significant excess of hydrogen in the reactor feed so that sufficient hydrogen can be supplied through the reactor at an attainable mass transfer rate, and excess hydrogen is also needed to enhance mass transfer in the pellet catalyst bed.

본 발명에 따른 디자인은 따라서 통상적인 살수층 반응기 디자인보다 2가지 중요한 장점을 갖는다. 우선, 모노리스 촉매의 사용으로 상술한 조건하에서 작동시킬 때 보다 높은 물질 이동이 가능하고, 따라서, 살수층 방법에서 요구되는 높은 수소 분압이 감소된다. 즉, 수소가 촉매 표면에 공급되는 속도가 다양함을 공정 속도로 제한하는 것은 물질 이동 계수 및 동력(driving force)의 결과물이기 때문에, 보다 높은 물질 이동 계수는 감소된 동력을 사용하게 한다.The design according to the invention thus has two important advantages over the conventional trickle bed reactor design. Firstly, the use of a monolith catalyst allows for higher mass transfer when operating under the conditions described above, thus reducing the high hydrogen partial pressure required in the trickle bed process. In other words, since limiting the rate at which hydrogen is supplied to the catalyst surface to the process speed is the result of mass transfer coefficients and driving forces, higher mass transfer coefficients result in reduced power.

두번째로, 상기 공정 디자인은 전체 반응기 길이를 따라 적절한 수소 공급을 가능하게 하므로, 가스 대 액체 비율을 유지시키고, 따라서 수소를 적절하게 제어된 범위에서 사용할 수 있게 한다. 이는 시스템의 총 처리 가스 요구를 적어도 두 부분의 적절한 유속으로 나누고, 통상적으로(액체 피드와 함께 반응기로 유입) 및 반응기 길이를 따라(모노리스 촉매층 사이) 적어도 하나 이상의 추가적인 위치를 두어 얻을 수 있다.Secondly, the process design allows for adequate hydrogen supply along the entire reactor length, thus maintaining a gas to liquid ratio and thus allowing hydrogen to be used in an appropriately controlled range. This can be achieved by dividing the total process gas demand of the system by at least two parts of the proper flow rate, and by placing at least one additional location typically along the length of the reactor (between the monolith catalyst beds) and along the length of the reactor (between the monolith catalyst beds).

상기 시스템 특징의 실질적인 잇점은 상기 자료에 의해 분명하다. 우선, 모노리스 촉매 반응기의 우수한 성능은 예를 들어 11.8h-1 대 1.8h-1과 같이, 동일한 액체 피드로 동일한 생성물을 제조하기 위해서 실시예 3의 살수층 반응기와 비교하여 상당히 높은 공간 속도에서 반응기 작동이 가능하다는 것이다. 따라서 촉매 요구도가 감소되고 새로운 반응기 설치에 대한 상당한 비용이 절감된다. 대체적으로, 수처리 유니트의 존재는 유니트 용량을 증가시키거나, 순환 길이를 증가시켜서 향상된 촉매 성능을 얻기 위해 업그레이드 시킬 수 있다.The substantial benefits of the system features are evident from the data. First, high performance, for example, for 1.8h 11.8h -1 as -1, in the same liquid Example 3 significantly higher space velocities compared to the trickle-bed reactor in order to produce the same product in the reactor feed of the monolith catalytic reactor It is possible to operate. This reduces catalyst requirements and saves significant costs for new reactor installations. In general, the presence of a water treatment unit can be upgraded to increase unit capacity or increase circulation length to obtain improved catalytic performance.

또한, 모노리스 반응기에서 낮은 G:L 비율로 작동시킬 수 있으므로, 재순환시키기 위해 요구되는 처리 가스의 양이 상당히 감소된다. 따라서 재순환 가스 압착기에 요구되는 비에너지를 감소시킬 수 있는 데, 예를 들어, 보다 비싸지 않은 가스 압착기를 사용하여, 살수층 반응기에 대해 파이가스 톤 당 2.28kWh가 모노리스 반응기에서는 파이가스 톤 당 0.96kWh로 감소된다.In addition, since it can be operated at a low G: L ratio in the monolith reactor, the amount of process gas required for recycling is significantly reduced. Thus, it is possible to reduce the specific energy required for the recycle gas press, for example using a less expensive gas press, 2.28 kWh per tonne of pygas for a trickle bed reactor and 0.96 kWh per tonne of pygas for a monolith reactor. Is reduced.

다른 잇점으로는, 모노리스 촉매 시스템의 감소된 수소 재순환 요구로 인해 반응기 입구에서 수소 순도가 증가되는데, 예를 들어, 살수층 반응기는 85.5몰%인데 반해 모노리스 반응기는 89.5%이다. 이는 90몰%의 수소 순도로 보급 가스가 공급되는 경우, 수소 소비 정도 또는 첨가되는 보급 가스의 양과 대략 동일한 정도로, 재순환되고 사용되는 처리 가스의 부피가 보다 작기 때문이다.Another advantage is that the purity of the hydrogen at the reactor inlet is increased due to the reduced hydrogen recycle requirements of the monolith catalyst system, for example 85.5% of the monolith reactor while 85.5% of the monolith reactor. This is because when the feed gas is supplied at 90 mol% hydrogen purity, the volume of the process gas recycled and used is smaller, to the extent of hydrogen consumption or to approximately the same amount of feed gas added.

모노리스 촉매 반응기의 이러한 장점 및 다른 장점의 한 결과는 반응기 작동 비용이 적다는 것이다. 하기 표 7에는 동일한 공정 용량의 반응기를 작동시키기 위한 유용 비용에 입각하여 상기 실시예 3 및 4에 기술한 바와 같은 살수층 및 모노리스 촉매 반응기를 비교한 결과를 요약하여 나타내었다. 다시 말해서, 요구되는 촉매의 부피가 감소되어 반응기 부피가 상당히 감소된 것을 포함하여, 열분해 가솔린 피드의 수처리를 위해서 모노리스 촉매 반응기를 사용하는 장점은 분명하다.One consequence of these and other advantages of the monolith catalytic reactor is that the reactor operation costs are low. Table 7 below summarizes the results of comparing the trickle bed and monolith catalytic reactors as described in Examples 3 and 4, based on the useful cost of operating reactors of the same process capacity. In other words, the advantages of using a monolith catalytic reactor for the water treatment of pyrolysis gasoline feed are evident, including that the volume of catalyst required is reduced so that the reactor volume is significantly reduced.

유티리티Utility 살수층 작동(비교예)Sprinkle layer operation (comparative example) 모노리스 작동(본 발명)Monolith Operation (Invention) 모노리스와 살수층의 차이Difference between Monoliths and Aqueducts 보급 수소 소비취출(bleed) 가스전력냉각수반응기 로드(load) 당 촉매 부피Diffusion Hydrogen Consumption Volume of Catalysts per Load Gas Power Cooled Water Reactor 512㎏/h35㎏/h256kW175㎥/h44㎥512㎏ / h35㎏ / h256kW175㎥ / h44㎥ 498㎏/h35㎏/h170kW174㎥/h6.6㎥498㎏ / h35㎏ / h170kW174㎥ / h6.6㎥ -14㎏/h0-86kw-1㎥/h-37.6㎥-14㎏ / h0-86kw-1㎥ / h-37.6㎥

상술한 바와 같이, 다중 모노리스 촉매층을 사용하여 반응기 길이를 따라 효율적으로 다단계 가스 주입이 가능하다. 이는 특히 가스의 주 성분이 반응으로 소비되는 경우 이중-상 흐름 방식을 보다 잘 제어하는 데 도움이 되며, 촉매층을 가로질러 발생하는 발열 온도를 보다 잘 제어하는 데 도움이 된다. 2-4 촉매층이 도입된 반응기는 다양한 응용분야에서 우수한 성능을 제공하며, 필요하다면 보다 많은 수의 층을 사용할 수도 있다. 많은 수의 모노리스 촉매등을 적용한 대체적인 시스템 및 방법을 이하 실시예에서 설명한다.As described above, multiple monolithic catalyst beds are used to efficiently multistage gas injection along the reactor length. This helps to better control the dual-phase flow mode, especially when the main components of the gas are consumed in the reaction, and to better control the exothermic temperature occurring across the catalyst bed. Reactors incorporating 2-4 catalyst beds provide excellent performance in a variety of applications, and more layers may be used if desired. Alternative systems and methods employing a large number of monolith catalysts and the like are described in the Examples below.

실시예 5Example 5

대체 모노리스 촉매 반응기 디자인Alternative Monolith Catalytic Reactor Design

실시예 4와 동일한 공정 레이아웃, 피드 조건 및 촉매를 기초로 한 반응기를 평가하였으나, 이 경우는 촉매층 배열 및 가스 주입 계획을 약간 변형시켰다. 실시예 1에 기술한 종류의 3개 모노리스 촉매층 대신 6개를 본 반응기에서 사용하였고, 5 가스 주입 지점을 제공하였다. 이러한 배열은 매우 좁은 범위로 반응기내에서 가스 대 오일 비율을 제어할 수 있게 한다. 예를 들어 반응기의 모든 지점에서 0.5 :1 보다 높은 가스 대 액체 부피비를 유지하는 것이 용이할 수 있다.The reactor based on the same process layout, feed conditions and catalyst as in Example 4 was evaluated, but in this case the catalyst bed arrangement and gas injection scheme were slightly modified. Six instead of three monolith catalyst beds of the type described in Example 1 were used in this reactor and provided 5 gas injection points. This arrangement makes it possible to control the gas to oil ratio in the reactor in a very narrow range. For example, it may be easy to maintain a gas to liquid volume ratio higher than 0.5: 1 at all points in the reactor.

각각의 모노리스 촉매 층 섹션에 대한 촉매 부피 분획 및 작동 변수는 하기 표 8에 나타내었다. 이 반응기 디자인을 위해 디자인된 작동 변수 및 계획된 전환 성능은 표 9에 요약하였다. 이러한 구체적인 반응기 디자인에서, 반응기 온도 제어를 위한 재순환 액체는 제4 및 제5 촉매층 사이에 주입하였고, 반응기에 대한 파이가스 피드 속도는 19%로 조절하였다.The catalyst volume fractions and operating parameters for each monolith catalyst bed section are shown in Table 8 below. The operating parameters and planned conversion performance designed for this reactor design are summarized in Table 9. In this specific reactor design, the recycle liquid for reactor temperature control was injected between the fourth and fifth catalyst beds and the pygas feed rate to the reactor was adjusted to 19%.

6-층 반응기 촉매 디자인 및 작동6-bed reactor catalytic design and operation 촉매층Catalyst bed I 촉매 부피%입구 G;L출구 G:L입구 온도출구 온도Catalyst Volume% Inlet G; L Outlet G: L Inlet Temperature Outlet Temperature 15.3%0.720.6070℃80℃15.3% 0.720.6070 ℃ 80 ℃ 15.3%0.720.5879℃92℃15.3% 0.720.5879 ℃ 92 ℃ 12.2%0.700.5691℃104℃12.2% 0.700.5691 ℃ 104 ℃ 7.6%0.740.65103℃113℃7.6% 0.740.65103 ℃ 113 ℃ 23%0.820.66102℃119℃23% 0.820.66102 ℃ 119 ℃ 26.6%0.970.66118℃140℃26.6% 0.970.66118 ℃ 140 ℃

방법 변수Method variables LHSV반응기 입구 온도반응기 입구 압력가스 대 오일 비율(입구에서 반응기, 실제 조건)처리 가스의 수소 함량(파이가스 혼합 전)LHSV Reactor Inlet Temperature Reactor Inlet Pressure Gas-to-Oil Ratio (Reactor at Inlet, Actual Conditions) Hydrogen Content of Treated Gas (Before Mixing Pigas) 11.9h-170℃36.7bar0.84㎥/㎥89.8%몰11.9h -1 70 ℃ 36.7bar0.84㎥ / ㎥89.8% mol 생성물 자료Product data 함량 전환율Content conversion rate 총 디엔총 올레핀총 스티렌Total diene total olefin total styrene 0.97중량% 90.78%8.57중량% -17.16%0.26중량% 86.56%0.97% by weight 90.78% 8.57% by weight -17.16% 0.26% by weight 86.56%

실시예 6Example 6

제2 대체 모노리스 촉매 반응기 디자인Second Alternative Monolith Catalytic Reactor Design

실시예 4와 동일한 공정 레이아웃, 피드 조건 및 촉매를 기초로 한 반응기를 평가하였으나, 촉매층 배열 및 가스 주입 계획은 약간 변형하였다. 본 반응기에서 실시예 1에 기술한 종류의 단지 2 모노리스 촉매층을 사용하였고, 단지 하나의 가스 주입 지점을 제공하였다. 이러한 배열이 상술한 디자인에서 가능한 것보다 반응기 내의 가스 대 오일 비율을 제어하는 것이 덜하나, 이러한 제어로도 펠릿 층 반응기의 장점은 유지하였다.The reactor based on the same process layout, feed conditions and catalyst as in Example 4 was evaluated, but the catalyst bed arrangement and gas injection scheme were slightly modified. Only two monolith catalyst beds of the kind described in Example 1 were used in this reactor and only one gas injection point was provided. While this arrangement is less in control of the gas-to-oil ratio in the reactor than is possible in the design described above, this control retains the advantages of the pellet bed reactor.

상기 2 모노리스 촉매 층 섹션의 각각에 대한 촉매 부피 분획 및 작동 변수는 하기 표 10에 나타내었다. 상기 반응기 디자인에 대해 디자인한 작동 변수 및 계획된 전환 성능은 표 11에 요약하였다. 두 모노리스 촉매층 사이에서 반응기 온도 제어를 위한 재순환 액체는 반응기에 대해서 파이가스 피드의 19%로 조절하였다.Catalyst volume fractions and operating parameters for each of the two monolith catalyst bed sections are shown in Table 10 below. The operating parameters and planned conversion performance designed for the reactor design are summarized in Table 11. The recycle liquid for reactor temperature control between the two monolith catalyst beds was adjusted to 19% of the pygas feed for the reactor.

2-층 반응기 촉매 디자인 및 작동Two-bed reactor catalyst design and operation 촉매 층Catalyst bed I 상대적인 촉매 부피입구 G:L출구 G:L입구 온도출구 온도Relative Catalyst Volume Inlet G: L Outlet G: L Inlet Temperature Outlet Temperature 47%0.870.3470℃111℃47% 0.870.3470 ℃ 111 ℃ 53%0.980.61100℃141℃53% 0.980.61 100 ℃ 141 ℃

방법 변수Method variables LHSV반응기 입구 온도반응기 입구 압력가스 대 오일 비율(입구에서 반응기, 실제 조건)처리 가스의 수소 함량(파이가스 혼합 전)LHSV Reactor Inlet Temperature Reactor Inlet Pressure Gas-to-Oil Ratio (Reactor at Inlet, Actual Conditions) Hydrogen Content of Treated Gas (Before Mixing Pigas) 11.8h-170℃36.7bar0.84㎥/㎥89.4%몰11.8h -1 70 ℃ 36.7bar0.84㎥ / ㎥89.4% mol 생성물 자료Product data 함량 전환율Content conversion rate 총 디엔총 올레핀총 스티렌Total diene total olefin total styrene 1.00중량% 90.49%8.60중량% -17.80%0.265중량% 86.14%1.00% by weight 90.49% 8.60% by weight -17.80% 0.265% by weight 86.14%

열분해 가솔린 수처리를 위한 모노리스 촉매 반응기로 다양한 다른 디자인이 본 발명의 범주 내에서 가능하다. 두개의 다른 실시예를 도 3a 및 3b에 나타내었다. 이러한 반응기들은 각각 높은 전환 효율을 유지하도록 반응기내 충분한 수소가 유지되게 주입점(15a 및 16a)에서 가스를 함유하는 수소의 중간단계 주입과 함께 3 촉매층(18a, 19a 및 20a)을 포함한다. 그러나, 이러한 디자인에서 촉매층들은 두 반응기 베슬(4a 및 4a')로 나뉘어지는 데, 예를 들어 시스템 업그레이드를 통해서 모노리스 촉매 시스템으로 전환하는 동안 존재하는 반응기 시스템을 수용하기 위해서이다.Various other designs are possible within the scope of the present invention with a monolith catalytic reactor for pyrolysis gasoline water treatment. Two other examples are shown in FIGS. 3A and 3B. These reactors each comprise three catalyst beds 18a, 19a and 20a with intermediate injection of gas containing hydrogen at injection points 15a and 16a to maintain sufficient hydrogen in the reactor to maintain high conversion efficiency. In this design, however, the catalyst beds are divided into two reactor vessels 4a and 4a 'to accommodate the reactor system present during the conversion to a monolith catalyst system, for example through a system upgrade.

도 3a에 도시한 시스템은 반응기(4a)에서 동시 상향류 모드로 작동되는 시스템, 즉, 가스 및 액체 상(1 및 13)이 반응기 베슬을 통해서 위로 흐르는 시스템을 나타낸다. 도 3b에 도시한 시스템은 촉매층이 분리된 동시 하향류 시스템이다. 구체적인 예에서, 이러한 시스템에서 상기 층의 유지가 바람직하다면, 하나 또는 두개의 모노리스 촉매를 대신하여 촉매 펠릿층을 사용하는 것도 가능하다.The system shown in FIG. 3A represents a system operated in a simultaneous upflow mode in reactor 4a, ie a system in which gas and liquid phases 1 and 13 flow upward through the reactor vessel. The system shown in FIG. 3B is a simultaneous downflow system with separated catalyst beds. In a specific example, if maintenance of the layer is desired in such a system, it is also possible to use catalyst pellet beds in place of one or two monolith catalysts.

전술한 본 발명의 물질, 성분, 구체적인 설명과 예들은 이하 청구한 본 발명의 범주내에서 가능한 변형의 일례를 나타내는 것일 뿐이다.The foregoing materials, components, detailed descriptions and examples merely illustrate examples of possible variations within the scope of the invention as claimed below.

Claims (10)

반응시킨 열분해 가솔린 생성물이 제공되도록 모노리스 촉매를 포함하는 적어도 하나의 촉매층 존재하에서 열분해 가솔린 피드를 수소-함유 처리 가스와 접촉시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열분해 가솔린 피드의 수처리방법.Contacting the pyrolysis gasoline feed with a hydrogen-containing process gas in the presence of at least one catalyst bed comprising a monolith catalyst to provide a reacted pyrolysis gasoline product. 제1항에 있어서, 상기 모노리스 촉매는 감마-알루미나, 시타-알루미나, 또는 이들의 혼합물의 Al2O3-함유 촉매 지지체 표면을 포함하는 허니콤 촉매이며, 여기서, 상기 모노리스 촉매는 니켈, 플래티늄, 팔라듐, 로듐, 은, 철, 구리, 코발트, 크롬, 이리듐, 주석, 및 이들의 혼합물 및 합금을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.The honeycomb catalyst of claim 1, wherein the monolith catalyst is a honeycomb catalyst comprising an Al 2 O 3 -containing catalyst support surface of gamma-alumina, cita-alumina, or mixtures thereof, wherein the monolith catalyst is nickel, platinum, Palladium, rhodium, silver, iron, copper, cobalt, chromium, iridium, tin, and mixtures and alloys thereof. 제2항에 있어서, 상기 촉매 지지체 표면은 코디어라이트 모노리스상의 알루미나 코팅이고, 상기 허니콤 촉매는 약 10 내지 2000cpsi의 셀 밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 2, wherein the catalyst support surface is an alumina coating on cordierite monolith and the honeycomb catalyst has a cell density of about 10 to 2000 cpsi. 제1항에 있어서, 상기 접촉 단계는 20 내지 350℃의 온도 범위 및 5 내지 100bar의 압력 범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1 wherein the contacting step is performed at a temperature range of 20 to 350 ° C. and a pressure range of 5 to 100 bar. 제1항에 있어서, 상기 수소-함유 처리 가스는 적어도 약 50몰%의 분자 수소를 포함하며, 상기 접촉 단계는 0.1 내지 10 : 1의 가스 대 액체 부피비 및 0.1hr-1 보다 큰 액체 공간 속도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.The process of claim 1, wherein the hydrogen-containing process gas comprises at least about 50 mole percent molecular hydrogen, and the contacting step comprises a gas to liquid volume ratio of 0.1 to 10: 1 and a liquid space velocity of greater than 0.1 hr −1 . Characterized in that it is carried out. 제1항에 있어서, 상기 열분해 가솔린 피드는 다수의 촉매층을 통해 흐르고, 상기 수소-함유 처리 가스의 적어도 일부는 상기 촉매층 사이로 유입되는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1, wherein the pyrolysis gasoline feed flows through a plurality of catalyst beds and at least a portion of the hydrogen-containing process gas flows between the catalyst beds. 제1항에 있어서, 상기 피드는 2 내지 4의 촉매층을 통해 흐르고, 상기 접촉 단계는 상기 열분해 가솔린 피드의 10%보다 많게 디엔 전환율을 제공하는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1, wherein the feed flows through 2 to 4 catalyst beds and the contacting step provides a diene conversion of more than 10% of the pyrolysis gasoline feed. 제1항에 있어서, 상기 반응시킨 열분해 가솔린의 액체 부분은 재순환되는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1 wherein the liquid portion of the reacted pyrolysis gasoline is recycled. 적어도 하나의 모노리스 촉매층을 포함하는 하나 이상의 반응기 베슬을 포함하며, 상기 하나 이상의 반응기 베슬은 각각 적어도 하나의 피드 입구, 적어도 하나의 방출구, 및 적어도 하나의 수소-함유 처리 가스 입구를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 열분해 가솔린 피드를 수처리하기 위한 시스템.At least one reactor vessel including at least one monolith catalyst layer, each of the at least one reactor vessel further comprising at least one feed inlet, at least one outlet, and at least one hydrogen-containing process gas inlet. A system for water treatment of pyrolysis gasoline feeds. 제9항에 있어서, 상기 적어도 하나의 반응기 베슬은 두개 이상의 촉매층을 포함하며, 상기 적어도 두개의 촉매층 사이의 가스 입구를 통해서 수소-함유 처리 가스가 유입되고, 상기 수소-함유 처리 가스는 반응기 베슬의 모든 지점에서 0.5 : 1을 초과하는 액체 대 가스의 부피비가 유지되도록 충분한 비율로 유입되는 것을 특징으로 하는 시스템. 10. The reactor vessel of claim 9, wherein the at least one reactor vessel comprises two or more catalyst beds, wherein a hydrogen-containing process gas is introduced through a gas inlet between the at least two catalyst beds, and the hydrogen-containing process gas is in the reactor vessel. And at a rate sufficient to maintain a volumetric ratio of liquid to gas greater than 0.5: 1 at all points.
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