KR20180023908A - 프로필렌을 제조하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 명세서에 기재된 하나 이상의 실시형태에 따라, 프로필렌을 제조하는 방법이 있고, 상기 방법은 제1 스트림의 제1 부분을 적어도 부분적으로 복분해시켜 제1 복분해 반응 생성물을 형성하는 단계, 제1 복분해 반응 생성물을 적어도 부분적으로 크래킹하여 크래킹 반응 생성물을 형성하는 단계(크래킹 반응 생성물은 프로필렌 및 에틸렌을 포함함), 적어도 크래킹 반응 생성물로부터 에틸렌을 적어도 부분적으로 분리하여 제1 리사이클 스트림을 형성하는 단계, 제1 리사이클 스트림을 제1 스트림의 제2 부분과 조합하여 혼합된 스트림을 형성하는 단계, 및 혼합된 스트림을 적어도 부분적으로 복분해시켜 제2 복분해 반응 생성물을 형성하는 단계를 포함한다. 실시형태에서, 제2 복분해 반응 생성물은 프로필렌을 포함할 수 있고, 제1 스트림은 뷰텐을 포함할 수 있으며, 제1 리사이클 스트림은 에틸렌을 포함할 수 있다.

Description

프로필렌을 제조하기 위한 시스템 및 방법
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2015년 7월 2일자로 출원된 미국 가특허출원 제62/188,068호(이의 전체 내용은 참고로 포함됨)에 대한 우선권을 주장한다.
분야
본 개시내용은 일반적으로 프로필렌을 제조하기 위한 공정 및 시스템, 및 더 구체적으로, 뷰텐을 포함하는 공정 스트림으로부터 프로필렌을 제조하기 위한 공정 및 시스템에 관한 것이다.
최근 년에, 폴리프로필렌, 프로필렌 옥사이드 및 아크릴산에 대한 성장하고 있는 시장에 공급하기 위한 프로필렌에 대한 수요가 극적으로 증가하고 있다. 현재, 세계적으로 제조된 프로필렌의 대부분은 에틸렌을 주로 제조하는 증기 크래킹 유닛으로부터의 부산물, 또는 가솔린을 주로 제조하는 FCC 유닛으로부터의 부산물이다. 이들 공정은 프로필렌 수요의 신속한 증가에 적절하게 반응할 수 없다.
다른 프로필렌 제조 공정은 전체 프로필렌 제조에 기여한다. 프로판 탈수소화(propane dehydrogenation: PDH), 에틸렌 및 뷰텐 둘 다를 요하는 복분해 반응, 높은 정도의 FCC, 올레핀 크래킹 및 메탄올 기반 올레핀 설비(methanol to olefin: MTO)가 이들 공정 중에 있다. 그러나, 프로필렌 수요는 증가하고, 프로필렌 공급은 수요의 이 증가에 따라 속도를 유지하지 못한다.
에틸렌 및 뷰텐을 요하는 복분해에 의한 프로필렌의 제조와 관련하여, 일반적으로, 약 1 뷰텐 대 1 에틸렌의 화학량론적 비율은 높은 생성물 수율에 바람직하다. 그러나, 몇몇 경우에, 에틸렌이 이용 가능하지 않거나, 뷰텐 공급과 비교하여 높은 충분한 분량으로 이용 가능하지 않다. 따라서, 뷰텐 및 에틸렌을 요하는 이러한 공정은 반응에 이용 가능한 에틸렌 공급의 결여로 인해 실행 가능하지 않을 수 있다. 따라서, 뷰텐을 프로필렌으로 효과적으로 전환하기 위한, 구체적으로 에틸렌의 필요 없이 뷰텐을 프로필렌으로 효과적으로 전환하기 위한, 공정에 대한 계속되는 수요가 존재한다.
본 개시내용의 일 실시형태에 따라, 프로필렌은 제1 스트림의 제1 부분을 적어도 부분적으로 복분해시켜 제1 복분해 반응 생성물을 형성하는 단계, 제1 복분해 반응 생성물을 적어도 부분적으로 크래킹하여 크래킹 반응 생성물을 형성하는 단계, 적어도 크래킹 반응 생성물로부터 에틸렌을 적어도 부분적으로 분리하여 제1 리사이클 스트림을 형성하는 단계, 제1 리사이클 스트림을 제1 스트림의 제2 부분과 조합하여 혼합된 스트림을 형성하는 단계, 및 혼합된 스트림을 적어도 부분적으로 복분해시켜 제2 복분해 반응 생성물을 형성하는 단계를 포함하는 공정에 의해 제조될 수 있다. 실시형태에 따라, 제1 스트림은 뷰텐을 포함할 수 있고, 크래킹 반응 생성물은 프로필렌 및 에틸렌을 포함할 수 있고, 제1 리사이클 스트림은 에틸렌을 포함할 수 있고, 제2 복분해 반응 생성물은 프로필렌을 포함할 수 있다.
본 개시내용의 또 다른 실시형태에 따라, 프로필렌은 뷰텐을 포함하는 제1 스트림의 제1 부분을 제1 반응기로 도입하는 단계, 제1 스트림의 제1 부분을 제1 복분해 촉매에 의해 적어도 부분적으로 복분해시켜 제1 복분해 반응 생성물을 형성하는 단계, 제1 복분해 반응 생성물을 크래킹 촉매에 의해 적어도 부분적으로 크래킹하여 크래킹 반응 생성물을 제조하는 단계, 크래킹 반응 생성물 스트림에서 제1 반응기로부터 크래킹 반응 생성물을 전달하는 단계, 제1 리사이클 스트림을 제1 스트림의 제2 부분과 조합하여 혼합된 스트림을 형성하고, 혼합된 스트림을 제2 반응기로 도입하는 단계, 제2 반응기에서 혼합된 스트림을 제2 복분해 촉매에 의해 적어도 부분적으로 복분해시켜 제2 복분해 반응 생성물을 제조하는 단계, 및 제2 복분해 반응 생성물 스트림에서 제2 반응기로부터 제2 복분해 반응 생성물을 전달하는 단계를 포함하는 공정에 의해 제조될 수 있다. 상기 공정은 크래킹 반응 생성물 스트림, 제2 복분해 반응 생성물 스트림, 또는 둘 다의 혼합물을 포함하는 스트림으로부터 에틸렌을 적어도 부분적으로 분리하여 제1 리사이클 스트림을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 추가적으로, 상기 공정은 크래킹 반응 생성물 스트림, 제2 복분해 반응 생성물 스트림, 또는 둘 다의 혼합물을 포함하는 스트림으로부터 프로필렌을 적어도 부분적으로 분리하여 프로필렌을 포함하는 생성물 스트림을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 실시형태에 따라, 제1 반응기는 제1 복분해 촉매 및 크래킹 촉매를 포함할 수 있고, 크래킹 반응 생성물은 프로필렌 및 에틸렌을 포함할 수 있고, 제1 복분해 촉매는 일반적으로 크래킹 촉매의 상부에 배치될 수 있고, 제2 반응기는 제2 복분해 촉매를 포함할 수 있고, 제2 복분해 반응 생성물은 프로필렌을 포함할 수 있다.
본 개시내용의 훨씬 또 다른 실시형태에 따라, 프로필렌은 뷰텐을 포함하는 제1 스트림의 제1 부분을 제1 반응기로 도입하는 단계, 제1 스트림의 제1 부분을 제1 복분해 촉매에 의해 적어도 부분적으로 복분해시켜 제1 복분해 반응 생성물을 형성하는 단계, 제1 복분해 반응 생성물을 제2 반응기로 도입하는 단계, 제1 복분해 반응 생성물을 크래킹 촉매에 의해 적어도 부분적으로 크래킹하여 프로필렌 및 에틸렌을 포함하는 크래킹 반응 생성물을 제조하는 단계, 크래킹 반응 생성물 스트림에서 제2 반응기로부터 크래킹 반응 생성물을 전달하는 단계, 에틸렌 리사이클 스트림을 뷰텐을 포함하는 제1 스트림의 제2 부분과 조합하여 혼합된 스트림을 형성하고, 혼합된 스트림을 제3 반응기로 도입하는 단계, 제3 반응기에서 혼합된 스트림을 제2 복분해 촉매에 의해 적어도 부분적으로 복분해시켜 프로필렌을 포함하는 제2 복분해 반응 생성물을 제조하는 단계, 및 제2 복분해 반응 생성물 스트림에서 제3 반응기로부터 제2 복분해 반응 생성물을 전달하는 단계를 포함하는 공정에 의해 제조될 수 있다. 상기 공정은 크래킹 반응 생성물 스트림, 제2 복분해 반응 생성물 스트림, 또는 둘 다의 혼합물을 포함하는 스트림으로부터 에틸렌을 적어도 부분적으로 분리하여 에틸렌 리사이클 스트림을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 추가적으로, 상기 공정은 크래킹 반응 생성물 스트림, 제2 복분해 반응 생성물 스트림, 또는 둘 다의 혼합물을 포함하는 스트림으로부터 프로필렌을 적어도 부분적으로 분리하여 프로필렌을 포함하는 생성물 스트림을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 실시형태에 따라, 제1 반응기는 제1 복분해 촉매 및 크래킹 촉매를 포함할 수 있고, 제3 반응기는 제2 복분해 촉매를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 훨씬 또 다른 실시형태에 따라, 상기 시스템은 본 개시내용에 기재된 프로필렌을 제조하는 방법을 수행하도록 조작 가능할 수 있다.
본 개시내용에 기재된 기술의 추가적인 특징 및 이점은 하기한 상세한 설명에서 기재될 것이고, 부분적으로 설명으로부터 당해 분야의 당업자에게 용이하게 명확하거나, 하기한 상세한 설명, 청구항 및 첨부된 도면을 포함하여, 본 개시내용에 기재된 바와 같은 기술을 실행함으로써 인식될 것이다.
본 개시내용의 구체적인 실시형태의 하기 상세한 설명은 하기 도면(여기서, 동일한 구조는 동일한 참조 번호로 표시됨)과 함께 읽을 때 가장 잘 이해될 수 있고, 여기서
도 1은, 본 개시내용에 기재된 하나 이상의 실시형태에 따른, 제1 뷰텐 전환 시스템의 일반화된 다이어그램;
도 2는, 본 개시내용에 기재된 하나 이상의 실시형태에 따른, 제2 뷰텐 전환 시스템의 일반화된 다이어그램;
도 3은, 본 개시내용에 기재된 하나 이상의 실시형태에 따른, 도 1의 시스템의 중량.%(중량%)에서의 생성물 분포를 나타내는 막대 그래프를 도시한 도면;
도 4는, 본 개시내용에 기재된 하나 이상의 실시형태에 따른, 도 2의 시스템의 (중량%에서의) 생성물 분포를 나타내는 막대 그래프를 도시한 도면.
도 1 및 도 2의 단순화된 도식적 예시 및 설명의 목적을 위해, 이용될 수 있고 소정의 리파이너리 조작의 분야의 당업자에게 널리 공지된 많은 밸브, 온도 센서, 전자 컨트롤러 등은 포함되지 않는다. 추가로, 촉매 전환 공정, 예컨대 공기 공급, 촉매 호퍼 및 플루 가스 취급 등을 포함하는 종래의 리파이너리 조작에 있는 동반 부품은 도시되지 않는다. 그러나, 조작 부품, 예컨대 이전에 기재된 것은 본 개시내용에 기재된 실시형태에 추가될 수 있다.
도면에서의 화살표가 2개 이상의 시스템 부품 사이에 증기를 이송하도록 작용할 수 있는 이송 라인을 의미한다는 것에 추가로 주목해야 한다. 추가적으로, 시스템 부품에 연결하는 화살표는 각각의 제공된 시스템 부품에서 입구 또는 출구, 또는 둘 다를 한정한다. 화살표 방향은 화살표에 의해 표시된 물리적 이송 라인 내에 함유된 스트림의 재료의 이동의 주요 방향에 일반적으로 상응한다. 더욱이, 2개 이상의 시스템 부품을 연결하지 않는 화살표는 도시된 시스템을 빠져나가는 생성물 스트림 또는 도시된 시스템에 진입하는 시스템 입구 스트림을 표시한다. 생성물 스트림은 동반된 화학 처리 시스템에서 추가로 처리될 수 있거나, 최종 생성물로서 상업화될 수 있다. 시스템 입구 스트림은 동반된 화학 처리 시스템으로부터 이송된 스트림일 수 있거나, 비처리된 공급원료 스트림일 수 있다.
이제 다양한 실시형태가 더 자세히 참조될 것이고, 이들 중 몇몇 실시형태는 동반된 도면에 예시되어 있다. 가능할 때마다, 동일한 참조 번호는 동일한 또는 유사한 부분을 의미하도록 도면에 걸쳐 사용될 것이다.
일반적으로, 뷰텐을 프로필렌으로 전환하기 위한 시스템 및 방법의 다양한 실시형태가 본 개시내용에 기재되어 있다. 일반적으로, 전환 시스템은 뷰텐을 포함하는 스트림이 2개의 부분으로 분할되는 방법을 수행하도록 조작 가능한 부품을 포함하고, 여기서 제1 부분은 복분해 반응 및 크래킹 반응을 겪어 프로필렌 및 에틸렌을 형성한다. 뷰텐을 포함하는 스트림의 제2 부분은 에틸렌을 포함하는 스트림과 조합된다. 뷰텐 및 에틸렌을 포함하는 조합된 스트림은 복분해된다. 따라서, 뷰텐을 포함하는 스트림과 관련하여, 복분해/크래킹 반응 및 복분해 반응은 평행 시스템 배열로 수행된다. 이 2개의 반응기 유닛의 생성물(즉, 복분해/크래킹 생성물 스트림 및 크래킹 생성물 스트림)은 임의로 조합될 수 있고, 2개의 스트림의 부품은 하나 이상의 분리 공정에 의해 회수될 수 있다. 예를 들어, 프로필렌 스트림은 복분해/크래킹 생성물 스트림, 크래킹 생성물 스트림, 또는 2개의 스트림의 혼합물 중 적어도 하나로부터 프로필렌을 적어도 부분적으로 분리함으로써 회수될 수 있다. 추가적으로, 뷰텐을 포함하는 스트림의 제2 부분과 조합된, 에틸렌을 포함하는 스트림은 하나 이상의 생성물 스트림의 다른 성분으로부터의 에틸렌의 분리로부터 유래한 시스템 리사이클 스트림일 수 있다.
더욱이, 뷰텐을 포함하는 스트림의 제1 부분 및 제2 부분의 반응 후, 반응 생성물 스트림은 다중의 공정 스트림으로 분리될 수 있고, 여기서 몇몇 스트림은 임의로 시스템으로 다시 재순환될 수 있다. 따라서, 시스템은 적어도 약 50중량%의 뷰텐을 포함하는 단일 시스템 입구 스트림, 예컨대 나프타 크래킹 공정으로부터 생성된 라피네이트 스트림에 의해 조작될 수 있다. 시스템의 반응에서 소모된 에틸렌이 뷰텐 스트림의 제1 부분의 복분해 반응으로부터 자체 제조되므로, 시스템은 일반적으로 에틸렌을 포함하는 시스템 입구을 요하지 않는다.
본 개시내용에 사용된 바대로, "이송 라인"은 유체 연통에 의해 하나 이상의 시스템 부품을 하나 이상의 다른 시스템 부품에 연결하는 파이프, 도관, 채널, 또는 다른 적합한 물리적 이송 라인을 포함할 수 있다. 본 개시내용에 사용된 바대로, "시스템 부품"은 시스템에 포함된 임의의 장치, 예컨대 분리 유닛, 반응기, 열 이송 장치, 예컨대 가열기 및 열 교환기, 필터, 불순물 제거 장치, 각각의 조합 등(이들로 제한되지는 않음)을 의미한다. 이송 라인은 일반적으로 2개 이상의 시스템 부품 사이에 공정 스트림을 운반할 수 있다. 일반적으로, 이송 라인은 다중의 분절을 포함할 수 있고, 여기서 이송 라인의 "분절"은 이송 라인의 하나 이상의 부분을 포함하여서, 이송 라인은 다중의 이송 라인 분절을 포함할 수 있다. 일반적으로, 특정한 이송 라인에서의 공정 스트림의 화학 조성은 이송 라인의 전체 길이에 걸쳐 유사하거나 동일하다. 그러나, 공정 스트림의 온도, 압력, 또는 다른 물리적 특성이 이송 라인에 걸쳐, 특히 상이한 이송 라인 분절에서 변할 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 공정 스트림에서의 비교적 적은 조성 변화, 예컨대 불순물의 제거는 이송 라인의 길이에 걸쳐 발생할 수 있다. 또한, 때때로 본 개시내용에 기재된 시스템은 "뷰텐 전환 시스템"이라 칭해지고, 이것은 뷰텐을 하나 이상의 다른 화학 종으로 적어도 부분적으로 전환하는 임의의 시스템을 의미한다. 예를 들어, 몇몇 실시형태에서, 뷰텐은 프로필렌으로 적어도 부분적으로 전환된다. 본 개시내용에 기재된 바대로, 뷰텐 전환 시스템은 뷰텐을 포함하는 스트림, 예컨대 다른 알켄(예를 들어, 에틸렌, 프로펜)을 실질적으로 함유하지 않는 스트림을 상당한 양의 프로필렌을 포함하는 생성물 공정 스트림으로 처리하기에 적합하다. 본 개시내용에 사용된 바대로, 스트림 또는 조성은, 성분이 0.1중량% 미만의 양으로 존재할 때, 성분을 "실질적으로 포함하지 않거나" 또는 "실질적으로 함유하지 않는다".
본 개시내용에 사용된 바대로, "분리 유닛"은 서로로부터 공정 스트림에 혼합된 하나 이상의 화학물질을 적어도 부분적으로 분리하는 임의의 분리 장치를 의미한다. 예를 들어, 분리 유닛은 서로로부터 다른 화학 종을 선택적으로 분리할 수 있어서, 하나 이상의 화학 분획을 형성한다. 분리 유닛의 예는, 제한 없이, 증류 칼럼, 플래시 드럼, 넉아웃 드럼, 넉아웃 포트, 원심분리기, 여과 장치, 트랩, 스크러버, 팽창 장치, 막, 용매 추출 장치 등을 포함한다. 본 개시내용에 기재된 분리 공정이 또 다른 화학 구성성분의 전부로부터 하나의 화학 구성성분의 전부를 완전히 분리할 수 없는 것으로 이해되어야 한다. 본 개시내용에 기재된 분리 공정이 서로로부터 상이한 화학 성분을 "적어도 부분적으로" 분리하는 것으로 이해되어야 하고, 심지어 명확히 기재되지 않더라도, 분리가 유일한 부분 분리를 포함할 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 본 개시내용에 사용된 바대로, 하나 이상의 화학 구성성분이 공정 스트림으로부터 "분리"될 수 있어서, 새로운 공정 스트림을 형성한다. 일반적으로, 공정 스트림은 분리 유닛에 진입할 수 있고, 원하는 조성의 2개 이상의 공정 스트림으로 분할되거나 분리될 수 있다. 추가로, 몇몇 분리 공정에서, "경질 분획" 및 "중질 분획"은 분리 유닛을 빠져나갈 수 있고, 여기서, 일반적으로, 경질 분획 스트림은 중질 분획 스트림보다 더 낮은 비점을 가진다.
본 개시내용에 사용된 바대로, "반응기"는 임의로 하나 이상의 촉매의 존재 하에 하나 이상의 반응물질 사이에 하나 이상의 화학 반응이 발생할 수 있는 용기를 의미한다. 예를 들어, 반응기는 뱃치 반응기로서 조작되도록 구성된 탱크 또는 관형 반응기, 연속 교반 탱크 반응기(stirred-tank reactor: CSTR), 또는 플러그 흐름 반응기를 포함할 수 있다. 예시적인 반응기는 충전 층 반응기, 예컨대 고정 층 반응기 및 유동 층 반응기를 포함한다. 반응기는 하나 이상의 촉매 섹션, 예컨대 촉매 층을 포함할 수 있고, 여기서 "섹션"은 특정한 촉매 또는 다중의 촉매의 그룹을 수용하는 반응기의 영역이다. 또 다른 실시형태에서, 분리 및 반응은 반응성 분리 유닛에서 발생할 수 있다.
본 개시내용에 사용된 바대로, "촉매"는 특정한 화학 반응의 속도를 증가시키는 임의의 물질을 의미한다. 본 개시내용에 기재된 촉매는 다양한 반응, 예컨대 복분해 또는 크래킹 반응, 또는 둘 다(이들로 제한되지는 않음)를 촉진하도록 사용될 수 있다. 본 개시내용에 사용된 바대로, "복분해 촉매"는 복분해 반응의 속도를 증가시키고, "크래킹 촉매"는 크래킹 반응의 속도를 증가시킨다. 본 개시내용에 사용된 바대로 "복분해"는 일반적으로 알켄(올레핀)의 단편이 절단, 및 알켄 결합의 재생성에 의해 재분포되는 화학 반응을 의미한다. 또한, 본 개시내용에 사용된 바대로, "크래킹"은 일반적으로 탄소 대 탄소 결합을 가지는 분자가 하나 이상의 탄소 대 탄소 결합의 파괴에 의해 하나 초과의 분자로 파괴되는 화학 반응을 의미한다. 생성된 크래킹된 분자는 크래킹 전에 원래 분자와 동일한 수의 탄소 원자와 조합될 수 있다.
복분해 촉매 및 크래킹 촉매의 예는 발명의 명칭이 "Dual Catalyst System for Propylene Production"(변호사 문서 SA 6019 MA)인 동시 계류 중인 사우디 아람코(Saudi Aramco)의 미국 가특허출원 제62/188,178호 및 발명의 명칭이 "Propylene Production Using a Mesoporous Silica Foam Metathesis Catalyst"(변호사 문서 SA 6016 MA)인 동시 계류 중인 사우디 아람코의 미국 가특허출원 제62/188,129호(이들의 각각은 본 개시내용에 그 전문이 참고문헌으로 포함됨)에 개시되어 있다. 주목한 바대로, 적합한 복분해 촉매가 금속 산화물에 의해 함침된 메조다공성 실리카 촉매를 포함할 수 있다는 것이 개시내용이다. 적합한 크래킹 촉매는 모데나이트 프레임워크 인버티드(mordenite framework inverted: MFI) 구조화 실리카 촉매를 포함할 수 있다. 메조다공성 실리카 촉매는 약 2.5㎚ 내지 약 40㎚의 기공 크기 분포 및 적어도 약 0.600㎤/g(그램당 세제곱 센티미터)의 전체 기공 용적을 포함할 수 있다. 그러나, 본 개시내용에 기재된 시스템이 임의의 적합한 복분해 촉매 및 크래킹 촉매, 예컨대 상업적으로 구입 가능한 촉매 또는 미래에 발견될 촉매를 포함할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
본 개시내용에 기재된 복분해 및 크래킹 반응에 적합한 반응 조건은 이용된 촉매 조성에 의해 변할 수 있다. 그러나, 몇몇 실시형태에서, 복분해 또는 크래킹 반응, 또는 둘 다는 대기압에서 약 500℃(섭씨) 내지 약 600℃의 온도에서 수행될 수 있다.
본 개시내용에 기재된 바대로, "뷰텐"은 적어도 1-뷰텐, 아이소뷰텐, 시스-2-뷰텐, 트랜스-2-뷰텐 2-메틸-2-뷰텐, 3-메틸-1-뷰텐, 2-메틸-1-뷰텐 및 사이클로뷰텐을 포함할 수 있다. 뷰텐은 때때로 뷰틸렌이라 칭해지고, 용어 "뷰텐" 및 "뷰틸렌"은 본 개시내용에서 상호교환되어 사용될 수 있다. 본 개시내용에 기재된 바대로, "펜텐"은 적어도 1-펜텐, 시스-2-펜텐, 트랜스-2-펜텐, 4-메틸-트랜스-2-펜텐, 사이클로펜텐 및 2-메틸-2-펜텐을 포함할 수 있다. 본 개시내용에 기재된 바대로, "헥센"은 적어도 트랜스-2-헥센, 트랜스-3-헥센, 시스-3-헥센 및 사이클로헥센을 포함할 수 있다. 본 개시내용에서, 소정의 화학물질은 단축 표시로 언급될 수 있고, 여기서 C2 가닥은 에탄을 나타내고, C3 가닥은 프로판을 나타내고, C4 가닥은 에탄을 나타내고, C5 가닥은 펜탄을 나타내고, C6 가닥은 헥산을 나타내고, C3= 가닥은 프로필렌(또는 프로펜)을 나타내고, C4= 가닥은 뷰텐(또는 뷰틸렌)을 나타내고, C5= 가닥은 펜텐을 나타내고, C6= 가닥은 헥센을 나타낸다.
2개 이상의 라인이 도 1 및 도 2의 도식적 흐름 다이어그램에서 교차할 때 2개 이상의 공정 스트림이 "혼합" 또는 "조합"되는 것으로 이해되어야 한다. 혼합 또는 조합은 스트림 둘 다를 동일한 반응기, 분리 장치 또는 다른 시스템 부품으로 직접적으로 도입함으로써 혼합하는 것을 또한 포함할 수 있다.
도 1 및 도 2의 실시형태가 다양한 기계적 장치 또는 공정 스트림 조성, 또는 둘 다를 가질 수 있지만, 이 실시형태가 일반적으로 많은 동일한 시스템 부품 및 이송 라인을 공유하는 것으로 이해되어야 한다. 그러므로, 도 1 및 도 2의 다양한 실시형태에서 동일한 시스템 부품에서 발생하는 공정은 서로 유사하거나 동일할 수 있다. 예를 들어, 동일한 참조 번호로 표시된 도 1 및 도 2의 시스템 부품은 다양한 실시형태에서 유사한 또는 동일한 조작을 수행할 수 있다. 도 1 및 도 2의 실시형태에서의 몇몇 공정 스트림은 유사한 또는 동일한 조성을 포함할 수 있지만, 다른 것은 그렇지 않을 수 있다. 명쾌함을 위해, 도 1 및 도 2의 실시형태의 이송 라인은, 이의 함유된 스트림의 조성이 용이하게 확인될 수 있도록, 상이한 참조 번호가 각각 제공된다. 그러나, 몇몇 이송 라인이 도 1 및 도 2의 다양한 실시형태에서 동일한 영역에 있고 동일한 기능을 가질 수 있지만, 이들은 실질적으로 상이한 조성(예컨대, 리사이클 스트림이 존재하는 경우 또는 리사이클 스트림이 다른 시스템 위치에서 재진입하는 경우)을 가질 수 있다. 도 1 및 도 2의 동일한 영역에 함유된 몇몇 공정 스트림은 동일한 처리 조건(예를 들어, 동일한 입구 스트림 조성)에서 유사하거나 심지어 동일할 수 있다. 예를 들어, 이송 라인/분절의 스트림, 예컨대 210 및 301A(이들로 제한되지는 않음)는 조성이 유사하거나 실질적으로 동일할 수 있고; 236 및 336은 조성이 유사하거나 실질적으로 동일할 수 있고; 234 및 334는 조성이 유사하거나 실질적으로 동일할 수 있고; 207 및 307은 조성이 유사하거나 실질적으로 동일할 수 있고; 216 및 316은 조성이 유사하거나 실질적으로 동일할 수 있고; 206 및 406은 조성이 유사하거나 실질적으로 동일할 수 있다. 본 개시내용에 제공된 바와 같은 예는 다양한 실시형태 사이에 스트림 조성의 차이를 추가로 명확하게 한다.
이제 도 1의 공정-흐름 다이어그램을 참조하면, 일 실시형태에서, 뷰텐 전환 시스템(100)은 복분해 촉매 섹션(122) 및 크래킹 촉매 섹션(124)을 포함하는 복분해/크래킹 반응기(120)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 뷰텐을 포함하는 시스템 입구 스트림은 이송 라인(210)을 통해 뷰텐 전환 시스템(100)에 진입한다. 시스템 입구 스트림은 일반적으로 적어도 뷰텐을 포함하고, 다른 화학 종, 예컨대 뷰탄을 임의로 포함할 수 있다. 예를 들어, 시스템 입구 스트림은 적어도 약 20중량%, 30중량%, 40중량%, 50중량%, 55중량%, 60중량%, 65중량%, 또는 심지어 적어도 약 70중량%의 뷰텐을 포함할 수 있다. 이송 라인(210)의 시스템 입구 스트림은 적어도 약 15중량%, 20중량%, 25중량%, 30중량%, 또는 심지어 적어도 약 35중량%의 뷰탄을 포함할 수 있고, 0중량% 내지 약 10중량%, 8중량%, 2중량%, 또는 4중량%의 에틸렌을 포함할 수 있거나, 에틸렌을 실질적으로 포함하지 않을 수 있다. 이송 라인(210)에서의 시스템 입구 스트림은 이송 라인(212)에서의 리사이클 스트림과 조합되어, 이송 라인(201)에 존재하는 혼합된 스트림을 형성한다. 혼합된 스트림은 이송 라인 분절(201A, 201B, 201C 및 201D)을 통해 전달되고, 이송 라인 분절(201E 및 201F)에 배치된 2개의 혼합된 스트림 위치로 분할된다. 이송 라인 분절(201E)에서의 혼합된 스트림은 복분해/크래킹 반응기(120)로 주입된다.
실시형태에서, 이송 라인(212)의 리사이클 스트림은 뷰텐 및 뷰탄을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이송 라인(212)의 리사이클 스트림은 적어도 약 5중량%, 10중량%, 15중량%, 또는 심지어 적어도 약 20중량%의 뷰텐을 포함할 수 있고, 적어도 약 50중량%, 60중량%, 70중량%, 또는 심지어 약 80중량% 초과의 뷰탄을 포함할 수 있다. 이송 라인(212)의 리사이클 스트림은 적어도 약 80중량%, 90중량% 또는 심지어 적어도 약 95중량%의 뷰탄 및 뷰텐을 포함할 수 있다. 이송 라인(201)의 혼합된 스트림은 뷰탄 및 뷰텐을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이송 라인(201)의 혼합된 스트림은 적어도 약 5중량%, 10중량%, 15중량%, 20중량%, 25중량%, 30중량%, 또는 심지어 적어도 약 35중량%의 뷰텐을 포함할 수 있고, 적어도 약 40중량%, 50중량%, 60중량%, 70중량%, 또는 심지어 약 80중량% 초과의 뷰탄을 포함할 수 있다. 이송 라인(201)의 혼합된 스트림은 적어도 약 80중량%, 90중량% 또는 심지어 적어도 약 95중량%의 뷰탄 및 뷰텐의 조합을 포함할 수 있다.
일 실시형태에서, 혼합된 스트림은 이송 라인 분절(201E)에서 제1 혼합된 스트림 부분 및 이송 라인 분절(201F)에서 제2 혼합된 스트림 부분으로 분할될 수 있고, 여기서 제1 혼합된 스트림 부분의 질량 유속 대 제2 혼합된 스트림 부분의 유속의 비율은 약 2:1 내지 3:1, 1.5:1 내지 4:1, 또는 1:1 내지 6:1이다.
혼합된 스트림은 분절(201E 및 201F)의 스트림으로 분할되기 전에 하나 이상의 시스템 부품에 의해 처리될 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 이송 라인(201)은 시스템 부품, 예컨대 불순물 제거 장치(110), 열 이송 장치(112) 및 열 이송 장치(114)에 의해 분리될 수 있는 몇몇 분절(201A, 201B, 201C 및 201D로 표시)을 포함할 수 있다. 불순물 제거 장치(110)는 혼합된 스트림에 존재하는 옥시게네이트를 제거할 수 있다. 일 실시형태에서, 불순물 제거 장치는 촉매 층을 포함한다. 열 이송 장치(112)는 이송 라인(203A)에 존재하는 스트림과 에너지 교환함으로써 혼합된 스트림의 온도를 상승시키도록 작용하는 열 교환기일 수 있다. 열 이송 장치(114)는 혼합된 스트림을 추가로 가열시키도록 작용하는 가열기일 수 있다. 불순물 제거 장치(110), 열 이송 장치(112) 및 열 이송 장치(114)가 뷰텐 전환 시스템(100)에서 임의의 부품인 것으로 이해되어야 한다. 심지어 시스템 입구 스트림 화학 조성, 온도 또는 다른 특성이 다양한 분절(201A, 201B, 201C, 201D, 201E 및 201F)에서 다를 수 있지만, 이송 라인(201)의 다양한 분절(즉, 201A, 201B, 201C, 201D, 201E 및 201F)에 배치된 모든 스트림이 혼합된 스트림의 일부로 생각되는 것으로 이해되어야 한다.
도 1을 여전히 참조하면, 복분해 촉매 섹션(122)은 일반적으로 크래킹 촉매 섹션(124)의 상류에 배치되고, 즉 크래킹 촉매 섹션(124)은 일반적으로 복분해 촉매 섹션(122)의 하류에 배치된다. 분절(201E)의 혼합된 스트림의 부분은 복분해/크래킹 반응기(120)에 진입하고 복분해 촉매 섹션(122)에서 복분해 반응을 겪어 복분해 반응 생성물을 형성한다. 복분해 반응 후, 복분해 반응 생성물은 크래킹 촉매 섹션(124)에서 크래킹 반응에서 크래킹된다. 크래킹 반응은 크래킹 반응 생성물을 형성한다. 일반적으로, 크래킹 또는 복분해, 또는 둘 다를 겪은 반응물질은 반응 동안 각각의 촉매와 친밀히 섞인다.
본 개시내용에 사용된 바대로, "복분해 반응 생성물"은 복분해 반응으로부터 생긴 전체 생성물 혼합물, 예컨대 복분해를 겪지 않은 복분해-생성물 스트림의 임의의 부분을 의미한다. 추가적으로, 본 개시내용에 사용된 바대로 "크래킹 반응 생성물"은 크래킹 반응으로부터 생긴 전체 생성물 혼합물, 예컨대 크래킹을 겪지 않은 크래킹-생성물 혼합물의 임의의 부분을 의미한다.
크래킹 반응 생성물은 이송 라인(232)을 통해 크래킹 반응 생성물 스트림에서 복분해/크래킹 반응기(120)로부터 전달된다. 이송 라인(232)의 크래킹 반응 생성물은 알칸 및 알켄의 혼합물, 예컨대 에틸렌, 프로필렌, 뷰텐, 펜텐, 헥센, 헵텐, 에탄, 프로판, 뷰탄, 펜탄, 헥산 및 헵탄 중 하나 이상(이들로 제한되지는 않음)을 포함하거나, 이들로 이루어지거나, 이들로 본질적으로 이루어질 수 있다. 크래킹 반응 생성물은 적어도 약 2중량%, 4중량%, 6중량%, 8중량%, 10중량%, 12중량%, 14중량%, 16중량%, 18중량%, 20중량%, 22중량%, 24중량%, 26중량%, 28중량%, 또는 심지어 적어도 약 30중량%의 프로필렌을 포함할 수 있다.
분절(201F)에 존재하는 혼합된 스트림의 부분은 이송 라인(234)에 존재하는 에틸렌 리사이클 스트림과 조합된다. 에틸렌 리사이클 스트림은, 본 개시내용에 기재되는, 분리 유닛(130)의 분리 공정으로부터 생성될 수 있다. 일반적으로, 이송 라인(234)의 에틸렌 리사이클 스트림은 적어도 약 50중량%, 60중량%, 70중량%, 80중량%, 90중량%, 95중량%, 96중량%, 97중량%, 98중량%, 또는 심지어 적어도 약 99중량%의 에틸렌을 포함한다. 분절(201F)의 혼합된 스트림 및 이송 라인(234)의 에틸렌 리사이클 스트림의 조합은 이송 라인(238)에 존재하는 뷰텐/에틸렌 혼합된 스트림을 형성한다.
도 1을 여전히 참조하면, 복분해 반응기(140)는 복분해 촉매 섹션(141), 예컨대 복분해 촉매 층을 포함한다. 복분해 반응기(140) 및 복분해/크래킹 반응기(120)는 이송 라인(201)의 혼합된 스트림에 대해 평행하게 배열된다. 이송 라인(238)으로부터의 뷰텐/에틸렌 스트림은 복분해 반응기(140)에 진입하고, 복분해 촉매 섹션(141)에서 복분해 반응을 겪어 복분해 반응 생성물을 형성한다. 복분해 반응 생성물은 이송 라인(240)을 통해 복분해 반응 생성물 스트림에서 복분해 반응기로부터 전달될 수 있다. 이송 라인(240)의 복분해 반응 생성물은 알칸 및 알켄의 혼합물, 예컨대 에틸렌, 프로필렌, 뷰텐, 펜텐, 헥센, 헵텐, 에탄, 프로판, 뷰탄, 펜탄, 헥산 및 헵탄(이들로 제한되지는 않음) 중 하나 이상을 포함하거나, 이들로 이루어지거나, 이들로 본질적으로 이루어질 수 있다. 이송 라인(240)의 복분해 반응 생성물은 적어도 약 2중량%, 4중량%, 6중량%, 8중량%, 10중량%, 12중량%, 14중량%, 16중량%, 18중량%, 20중량%, 22중량%, 24중량%, 26중량%, 28중량%, 또는 심지어 적어도 약 30중량%의 프로필렌을 포함할 수 있다.
이송 라인(240)의 복분해 반응 생성물 스트림은 이송 라인(232)의 크래킹 반응 생성물 스트림과 조합되어 이송 라인(203)의 혼합된 생성물 스트림(분절(203A 및 203B) 포함)을 형성할 수 있다. 일 실시형태에서, 도 1에 도시된 바대로, 이송 라인(203)의 혼합된 생성물 스트림은 열 이송 장치(112)를 통해 분절(201B)의 혼합된 스트림과 열 교환할 수 있다.
이송 라인 분절(203B)의 혼합된 반응 생성물 스트림은 원하는 조성을 가지는 하나 이상의 스트림으로 분리될 수 있다. 일반적으로, 예컨대 도 1에서 이송 라인(207)에 도시된, 프로필렌을 포함하는 생성물 스트림은 혼합된 반응 생성물 스트림에서 프로필렌을 분리시킴으로써 형성될 수 있다. 추가적으로, 이송 라인(234)의 에틸렌 리사이클 스트림은 이송 라인 분절(203B)의 혼합된 반응 생성물 스트림으로부터 분리될 수 있다. 프로필렌 생성물 스트림은 적어도 약 50중량%, 60중량%, 70중량%, 80중량%, 90중량%, 95중량%, 96중량%, 97중량%, 98중량%, 또는 심지어 적어도 약 99중량%의 프로필렌을 포함할 수 있다. 프로필렌을 포함하는 생성물 스트림을 제조하기 위해 매우 다양한 분리 공정이 이용될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
일 실시형태에서, 도 1에 도시된 바대로, 이송 라인 분절(203B)의 혼합된 반응 생성물 스트림은 하나 이상의 분리 유닛, 예컨대 분리 유닛(130)으로 도입될 수 있다. 혼합된 반응 생성물은 분리 유닛(130)에 진입할 수 있고, 여기서 경질 구성성분, 예컨대 에탄 및 에틸렌이 제거될 수 있다. 경질 구성성분, 예컨대 에틸렌은 이송 라인(236)을 통해 뷰텐 전환 시스템(100)으로부터 퍼징될 수 있거나, 이송 라인(234)을 통해 에틸렌 리사이클 스트림으로서 이용될 수 있다. 이송 라인(234) 및 이송 라인(236)에 함유된 스트림은 에틸렌을 포함하거나, 이들로 이루어지거나, 이들로 본질적으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 이송 라인(204) 또는 이송 라인(205), 또는 둘 다의 스트림은 적어도 약 50중량%, 60중량%, 70중량%, 80중량%, 90중량%, 95중량%, 96중량%, 97중량%, 98중량%, 또는 심지어 적어도 약 99중량%의 에틸렌을 포함할 수 있다. 분리 유닛(130)으로부터의 중질 분획은 이송 라인(206)을 통해 분리 유닛(130)으로부터 전달될 수 있다. 라인(206)의 스트림은 알칸 및 알켄의 혼합물, 예컨대 프로필렌, 뷰텐, 펜텐, 헥센, 헵텐, 에탄, 프로판, 뷰탄, 펜탄, 헥산 및 헵탄(이들로 제한되지는 않음) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 이송 라인(206)의 스트림은 분리 유닛(140)에 진입할 수 있고, 여기서 프로필렌은 다른 구성성분으로부터 분리된다. 경질 분획(즉, 프로필렌)은 프로필렌 생성물 스트림으로서 이송 라인(207)을 통해 분리 유닛(140)을 떠날 수 있다. 이송 라인(207)에 함유된 프로필렌 생성물 스트림은 프로필렌을 포함하거나, 이들로 이루어지거나, 이들로 본질적으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 이송 라인(204) 또는 이송 라인(205), 또는 둘 다의 스트림은 적어도 약 50중량%, 60중량%, 70중량%, 80중량%, 90중량%, 95중량%, 96중량%, 97중량%, 98중량%, 또는 심지어 적어도 약 99중량%의 프로필렌을 포함할 수 있다. 분리 유닛(140)으로부터의 중질 분획은 이송 라인(208)을 통해 분리 유닛(140)으로부터 전달될 수 있다. 라인(208)의 스트림은 알칸 및 알켄의 혼합물, 예컨대 뷰텐, 펜텐, 헥센, 헵텐, 에탄, 프로판, 뷰탄, 펜탄, 헥산 및 헵탄(이들로 제한되지는 않음) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
이송 라인(208)의 스트림은 분리 유닛(150)으로 주입될 수 있고, 여기서 하나 이상의 분획은 서로로부터 분리될 수 있다. 일 실시형태에서, 하부 분획은 이송 라인(214)에 함유된 스트림에서 분리 유닛(150)을 빠져나갈 수 있다. 이송 라인(214)의 스트림은 뷰텐, 펜텐, 펜탄, 헥센, 헵텐 및 뷰탄 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 뷰텐 및 뷰탄을 주로 포함하는 상부 분획은 이송 라인(212)에 함유된 리사이클 스트림에서 분리 유닛(150)을 빠져나갈 수 있다. 이송 라인(212)에서 함유된 리사이클 스트림의 부분은 이송 라인(216)을 통해 시스템(100)으로부터 퍼징될 수 있다. 남은 부분은 이송 라인(212)의 리사이클 스트림을 이송 라인(210)의 시스템 입구 스트림과 조합합으로써 시스템(100)으로 재순환될 수 있다. 실시형태에서, 이송 라인(212)의 리사이클 스트림은 적어도 약 5중량%, 10중량%, 15중량%, 20중량%, 25중량%, 30중량%, 또는 심지어 적어도 약 35중량%의 뷰텐을 포함할 수 있고, 적어도 약 40중량%, 50중량%, 60중량%, 70중량%, 또는 심지어 약 80중량% 초과의 뷰탄을 포함할 수 있다. 이송 라인(512)의 리사이클 스트림은 적어도 약 80중량%, 90중량%, 또는 심지어 적어도 약 95중량%의 뷰탄 및 뷰텐을 포함할 수 있다.
도 2는 도 1의 것과 유사하지만, (이송 라인(312)에 도시된) 뷰텐을 포함하는 리사이클 스트림이 뷰텐 전환 시스템(200)의 상이한 부분으로 혼합되는 실시형태를 도시한다. 도 2에 도시된 바대로, 뷰텐 전환 시스템(200)은 이송 라인 분절(301F)의 스트림과 조합되는 이송 라인(312)(분절(312A 및 312B) 포함) 및 이송 라인(334)에서의 리사이클 스트림을 포함한다. 실시형태에서, 이송 라인(312)의 리사이클 스트림은 적어도 약 5중량%, 10중량%, 15중량%, 20중량%, 25중량%, 30중량%, 또는 심지어 적어도 약 35중량%의 뷰텐을 포함할 수 있고, 적어도 약 40중량%, 50중량%, 60중량%, 70중량%, 또는 심지어 약 80중량% 초과의 뷰탄을 포함할 수 있다. 이송 라인(512)의 리사이클 스트림은 적어도 약 80중량%, 90중량%, 또는 심지어 적어도 약 95중량%의 뷰탄 및 뷰텐을 포함할 수 있다.
도 2의 실시형태에서, 이송 라인(312)의 리사이클 스트림이 입구 스트림(301)과 조합되지 않으므로, 복분해/크래킹 반응기(120)에 진입하는 공정 스트림은 이송 라인(301)의 입구 스트림이다. 이송 라인(332)의 크래킹 반응 생성물은 알칸 및 알켄의 혼합물, 예컨대 에틸렌, 프로필렌, 뷰텐, 펜텐, 헥센, 헵텐, 에탄, 프로판, 뷰탄, 펜탄, 헥산 및 헵탄(이들로 제한되지는 않음) 중 하나 이상을 포함하거나, 이들로 이루어지거나, 이들로 본질적으로 이루어질 수 있다. 크래킹 반응 생성물은 적어도 약 2중량%, 4중량%, 6중량%, 8중량%, 10중량%, 12중량%, 14중량%, 16중량%, 18중량%, 20중량%, 22중량%, 24중량%, 26중량%, 28중량%, 또는 심지어 적어도 약 30중량%의 프로필렌을 포함할 수 있다.
본 개시내용에 기재된 뷰텐 전환 시스템이 (도 1의 실시형태의 이송 라인(212) 및 도 2의 실시형태에서의 이송 라인(312)에 존재하는) 뷰텐을 포함하는 리사이클 스트림을 요하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 실시형태에서, 이송 라인(208)의 공정 스트림은 뷰텐 전환 시스템으로부터 배출될 수 있다. 다른 실시형태에서, 도 1 및 도 2의 리사이클 스트림은 동일한 시스템에서 사용될 수 있다.
도 1 및 도 2의 실시형태를 참조하면, 이송 라인(236 및 336)의 공정 스트림의 유속이, 외부 공정에서 또는 상업용 이득을 위해 판매 중인, 이송 라인(236 및 336)의 에틸렌을 사용하고자 하는 소망에 기초하여 제어될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 에틸렌이 프로필렌에 비해 상업적으로 판매 가능한 경우, 이의 유속은 증가할 수 있다. 추가적으로, 다른 시스템 스트림이 이송 라인(236 및 336)의 유속의 변화에 반응하여 변할 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 이송 라인(236 또는 336)의 유속이 증가하는 경우, 반응기(140)에서 복분해 반응에 대해 더 적은 에틸렌이 이용 가능할 것이다. 따라서, 몇몇 실시형태에서, 복분해 반응기(140)에 공급된 프로필렌의 양은 적어도 이송 라인 분절(201F, 301F 또는 312A), 또는 각각의 유속을 감소시킴으로써 감소해야 한다.
또 다른 실시형태에서, 본 개시내용에 기재된 뷰텐 전환 시스템은 복분해/크래킹 반응기(120) 대신에 직렬의 다중의 반응기를 포함할 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 복분해 반응 및 크래킹 반응이 상이한 조건(예컨대, 온도 또는 압력)에서 수행될 때 직렬의 반응기를 사용하는 것이 유리할 수 있다. 이러한 실시형태에서, 시스템은 복분해 촉매 섹션, 예컨대 복분해 촉매 층을 포함하는 복분해 반응기, 및 크래킹 촉매 섹션, 예컨대 크래킹 촉매 층을 포함하는 크래킹 반응기를 포함할 수 있다. 이러한 실시형태에서, 복분해 반응기 및 크래킹 반응기는 직렬로 배열되고, 여기서 복분해 반응기는 일반적으로 크래킹 반응기의 상류에 배치되고, 즉 크래킹 반응기는 일반적으로 복분해 반응기의 하류에 배치된다. 도 1을 참조하면, 분절(201E)로부터의 입구 스트림은 복분해 반응기에 진입하고, 복분해 반응을 겪어 복분해 반응 생성물을 형성한다. 이후, 복분해 반응 생성물은 복분해 반응 생성물 스트림에서 복분해 반응기로부터 전달될 수 있다. 이후, 복분해 반응 생성물 스트림은 크래킹 반응기에 진입하고, 크래킹 반응에서 크래킹된다. 크래킹 반응은 크래킹 반응 생성물을 형성한다. 크래킹 반응 생성물은 도 1의 스트림(232)과 유사한 크래킹 반응 생성물 스트림에서 크래킹 반응기로부터 전달된다. 직렬로 배열된 별개의 복분해 및 크래킹 반응기의 예는 발명의 명칭이 "Systems and Methods for Producing Propylene"(변호사 문서 SA 6017 MA)(본 개시내용에 그 전문이 참고문헌으로 포함됨)인 동시 계류중인 사우디 아람코 미국 가특허출원 제62/188,052호에서 이용 가능하다. 이러한 이중 반응기 시스템은 반응기(120)를 직렬의 2개의 반응기에 의해 대체함으로써 도 1 및 도 2의 시스템으로 통합될 수 있다.
일반적으로, 본 개시내용에 기재된 실시형태에서, 입구 스트림으로서 적합한, 뷰탄 및 뷰텐을 함유하는 스트림은 리파이닝 조작으로부터 제조될 수 있다. 뷰탄 및 뷰텐을 함유하는 이 스트림은 제1 라피네이트, 제2 라피네이트 및 제3 라피네이트를 형성하도록 분획으로 분리될 수 있다. 일 실시형태에서, 시스템 입구 스트림은 올레핀 리파이닝 시스템, 예컨대 종래의 리파이너리로부터의 라피네이트 스트림일 수 있다. 리파이닝 조작으로부터 제조된 스트림은 일반적으로 C4 알칸 및 알켄, 예컨대 뷰탄, 뷰텐 및 뷰타다이엔을 포함할 수 있다. "제1 라피네이트"는 스트림에서 다른 C4 구성성분으로부터 1,3-뷰타다이엔을 분리함으로써 제조될 수 있다. 제1 라피네이트는 아이소뷰틸렌, 시스-2-뷰텐 및 트랜스-2-뷰텐을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 라피네이트는 약 40중량% 내지 약 50중량%, 약 35중량% 내지 약 55중량%, 또는 약 30중량% 내지 약 60중량%의 아이소뷰텐 및 약 30중량% 내지 약 35중량%, 약 25중량% 내지 약 40중량%, 또는 약 20중량% 내지 약 45중량%의 시스-2-뷰텐 및 트랜스-2-뷰텐의 합을 포함하거나, 이들로 이루어지거나, 이들로 본질적으로 이루어질 수 있다. "제2 라피네이트"는 제1 라피네이트의 다른 C4 구성성분으로부터 아이소뷰틸렌을 분리함으로써 제조될 수 있다. 예를 들어, 제2 라피네이트는 약 50중량% 내지 약 60중량%, 약 45중량% 내지 약 65중량%, 또는 약 40중량% 내지 약 70중량%의 시스-2-뷰텐 및 트랜스-2-뷰텐의 합, 약 10중량% 내지 약 15중량%, 약 5중량% 내지 약 20중량%, 또는 약 0중량% 내지 약 25중량%의 1-뷰텐, 및 약 15중량% 내지 약 25중량%, 약 10중량% 내지 약 30중량%, 또는 약 5중량% 내지 약 35중량%의 뷰탄을 포함하거나, 이들로 본질적으로 이루어질 수 있다. 본 명세서에 기재된 시스템의 입구 스트림은 실질적으로 아이소뷰텐을 함유하지 않을 수 있고, 2-뷰텐 및 n-뷰탄으로 본질적으로 이루어질 수 있다.
실시예
유동 촉매 크래킹에 의한 경질 연료 분획 및 중질 연료 분획의 크래킹을 위한 방법 및 시스템의 다양한 실시형태가 하기 실시예에 의해 추가로 명확해질 것이다. 실시예는 자연히 예시적이고, 본 개시내용의 대상을 제한하는 것으로 이해되지 않아야 한다.
실시예 1
도 1의 시스템을 아스펜 플러스(Aspen Plus)(등록상표)(아스펜테크(AspenTech)사로부터 상업적으로 구입 가능)를 사용하여 컴퓨터 모델링하였다. 후속하는 표(표 1-4)는 선택된 스트림에 대한 스트림 조성 및 유속, 및 열 특성을 도시한다. 모의에 제공된 반응 속도는, 발명의 명칭이 "Dual Catalyst System for Propylene Production"(변호사 문서 SA 6019 MA)인 동시 계류 중인 사우디 아람코 미국 가특허출원 제62/188,178호의 실시예 1, 3 및 6에 기재된 바와 같은, 복분해 촉매 W-SBA-15 및 크래킹 촉매 MFI-2000에 대한 실험적 반응 속도를 나타낸다. 35중량%의 시스-2-뷰텐, 35중량%의 트랜스-2-뷰텐 및 30중량%의 n-뷰탄의 시스템 입구 스트림을 모델로서 사용하였다. 스트림 번호는 도 1에 도시된 스트림 또는 스트림 분절에 상응한다. 모의를 100% 효율 및 80% 효율에 실행하였다. 모의를 위한 데이터는 각각의 모의에 대해 중량 기준으로 및 몰 기준으로 제공된다. 구체적으로, 표 1은 100% 효율을 가지는 도 1의 시스템의 모의를 위한 데이터를 기재하고, 질량 기준으로 성분을 나타낸다. 표 2는 100% 효율을 가지는 도 1의 시스템의 모의를 위한 데이터를 기재하고, 몰 기준으로 성분을 나타낸다. 표 3은 80% 효율을 가지는 도 1의 시스템의 모의를 위한 데이터를 기재하고, 몰 기준으로 성분을 나타낸다. 표 4는 80% 효율을 가지는 도 1의 시스템의 모의를 위한 데이터를 기재하고, 몰 기준으로 성분을 나타낸다. 추가적으로, 도 3은 표 1에 기재된 바와 같은 도 1의 시스템의 생성물 분포를 나타내는 막대 그래프를 도시하고, 이 표에서 막대 그래프에서, "프로필렌"은 이송 라인(207)의 스트림에 상응하고, "경질 펴지"는 이송 라인(236)의 스트림에 상응하고, "C4 퍼지"는 이송 라인(216)의 스트림에 상응하고, "C5+ 중질"은 이송 라인(214)의 스트림에 상응한다.
Figure pct00001
Figure pct00002
Figure pct00003
Figure pct00004
Figure pct00005
Figure pct00006
Figure pct00007
Figure pct00008
실시예 2
도 2의 시스템을 아스펜 플러스(등록상표)를 사용하여 또한 컴퓨터 모델링하였다. 후속하는 표(표 9-16)는 선택된 스트림에 대한 스트림 조성 및 유속, 및 열 특성을 도시한다. 모델에 사용된 시스템 입구 스트림 조성 및 촉매 반응 속도는 실시예 1의 것과 동일하다. 35중량%의 시스-2-뷰텐, 35중량%의 트랜스-2-뷰텐 및 30중량%의 n-뷰탄의 시스템 입구 스트림을 모델로서 사용하였다. 스트림 번호는 도 2에 도시된 스트림 또는 스트림 분절에 상응한다. 모의를 100% 효율 및 80% 효율에 실행하였다. 추가적으로, 데이터는 각각의 모의에 대해 중량 기준으로 및 몰 기준으로 제공된다. 표 5는 100% 효율을 가지는 도 2의 시스템의 모의를 위한 데이터를 기재하고, 질량 기준으로 성분을 나타낸다. 표 6은 100% 효율을 가지는 도 2의 시스템의 모의를 위한 데이터를 기재하고, 몰 기준으로 성분을 나타낸다. 표 7은 80% 효율을 가지는 도 2의 시스템의 모의를 위한 데이터를 기재하고, 질량 기준으로 성분을 나타낸다. 표 8은 80% 효율을 가지는 도 2의 시스템의 모의를 위한 데이터를 기재하고, 몰 기준으로 성분을 나타낸다. 추가적으로, 도 4는 표 5에 기재된 바와 같은 도 2의 시스템의 생성물 분포를 나타내는 막대 그래프를 도시하고, 이 표에서 막대 그래프에서, "프로필렌"은 이송 라인(307)의 스트림에 상응하고, "경질 펴지"는 이송 라인(336)의 스트림에 상응하고, "C4 퍼지"는 이송 라인(316)의 스트림에 상응하고, "C5+ 중질"은 이송 라인(314)의 스트림에 상응한다.
Figure pct00009
Figure pct00010
Figure pct00011
Figure pct00012
Figure pct00013
Figure pct00014
Figure pct00015
Figure pct00016
실시예 2
표 17은 도 1 및 2의 실시형태에 대한 뷰텐 전환, 프로필렌 선택도 및 프로필렌 수율을 보여준다. 데이터는 표 1 및 표 9에 제공된 것과 같은 조건에 의해 아스펜 플러스(등록상표)를 사용하여 결정된다.
뷰텐 전환율은 하기로서 정의된다:
Figure pct00017
프로필렌 선택도는 하기로서 정의된다:
Figure pct00018
프로필렌 수율은 하기로서 정의된다:
Figure pct00019
Figure pct00020
본 개시내용을 기술하고 정의할 목적을 위해, 용어 "약"이, 임의의 정량적 비교, 값, 측정 또는 다른 표현으로 기인할 수 있는 불확실성의 고유 정도를 나타내도록, 본 개시내용에서 사용된다는 것에 주목한다. 용어 "약"은, 정량적 표현이, 논의 중인 대상의 기본 작용의 변화를 발생시키지 않으면서, 기재된 언급으로부터 변할 수 있는 정도를 나타내도록, 본 개시내용에서 또한 사용된다. 추가적으로, 용어 "본질적으로 이루어진"은 본 개시내용의 기본적이고 새로운 특징(들)에 중요하게 영향을 미치지 않는 정량적 값을 의미하도록 본 개시내용에 사용된다. 예를 들어, 특정한 화학 구성성분 또는 화학 구성성분의 군으로 "본질적으로 이루어진" 화학 스트림은 스트림이 적어도 약 99.5%의 그 특정한 화학 구성성분 또는 화학 구성성분의 군을 포함한다는 것을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
하기 청구항 중 하나 이상이 전환 구절로서 용어 "여기서"를 사용한다는 것에 주목한다. 본 기술을 한정할 목적을 위해, 일련의 구조의 특징의 언급을 도입하도록 사용되는 개방 말단 전환 구절로서 청구항에서 도입되고, 더 흔히 사용되는 개방 말단 전문 용어 "포함하는"과 동일한 방식으로 해석되어야 한다는 것에 주목한다.
특성에 지정된 임의의 2개의 정량적 값이 그 특성의 범위를 구성할 수 있고, 소정의 특성의 모든 기재된 정량적 값으로부터 형성된 범위의 모든 조합이 본 개시내용에 고려되는 것으로 이해되어야 한다. 스트림 또는 반응기에서의 화학 구성성분의 조성 범위가, 몇몇 실시형태에서, 그 구성성분의 이성질체의 혼합물을, 함유하는 것으로 이해되어야 하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 뷰텐을 규명하는 조성 범위는 뷰텐의 다양한 이성질체의 혼합물을 포함할 수 있다. 실시예가 다양한 스트림에 대한 조성 범위를 공급하고, 특정한 화학 조성물의 이성질체의 전체 양이 범위를 구성할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
본 개시내용의 대상이 구체적인 실시형태를 참조하여 자세히 기재되어 있지만, 특정한 요소가 본 설명을 동반한 각각의 도면에서 예시된 경우에도, 본 개시내용에 기재된 다양한 상세내용이, 이 상세내용이 본 개시내용에 기재된 다양한 실시형태의 필수 성분인 요소에 관한 것이라는 것을 의미하도록 취해지지 않아야 한다는 것에 주목한다. 오히려, 여기에 첨부된 청구항은 본 개시내용의 폭 및 본 개시내용에 기재된 다양한 실시형태의 상응하는 범위의 유일한 표시로 취해져야 한다. 추가로, 첨부된 청구항의 범위로부터 벗어나지 않으면서 변형 및 변경이 가능하다는 것이 명확할 것이다.

Claims (23)

  1. 프로필렌을 제조하는 방법으로서,
    제1 스트림의 제1 부분을 적어도 부분적으로 복분해시켜 제1 복분해 반응 생성물을 형성하는 단계로서, 상기 제1 스트림은 뷰텐을 포함하는, 상기 제1 복분해 반응 생성물을 형성하는 단계;
    상기 제1 복분해 반응 생성물을 적어도 부분적으로 크래킹(cracking)하여 크래킹 반응 생성물을 형성하는 단계로서, 상기 크래킹 반응 생성물은 프로필렌 및 에틸렌을 포함하는, 상기 크래킹 반응 생성물을 형성하는 단계;
    적어도 상기 크래킹 반응 생성물로부터 에틸렌을 적어도 부분적으로 분리하여 제1 리사이클 스트림을 형성하는 단계로서, 상기 제1 리사이클 스트림은 에틸렌을 포함하는, 상기 제1 리사이클 스트림을 형성하는 단계;
    상기 제1 리사이클 스트림을 상기 제1 스트림의 제2 부분과 조합하여 혼합된 스트림을 형성하는 단계; 및
    상기 혼합된 스트림을 적어도 부분적으로 복분해시켜 제2 복분해 반응 생성물을 형성하는 단계로서, 상기 제2 복분해 반응 생성물은 프로필렌을 포함하는, 상기 제2 복분해 반응 생성물을 형성하는 단계를 포함하는, 프로필렌을 제조하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 스트림은 적어도 10중량%의 뷰텐을 포함하는, 프로필렌을 제조하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 크래킹 반응 생성물 스트림 및 상기 제2 복분해 반응 생성물 중 적어도 하나로부터 프로필렌을 적어도 부분적으로 분리하여 적어도 80중량%의 프로필렌을 포함하는 생성물 스트림을 형성하는 단계를 더 포함하는, 프로필렌을 제조하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 크래킹 반응 생성물 및 상기 제2 복분해 반응 생성물 중 적어도 하나로부터 뷰텐을 적어도 부분적으로 분리하여 적어도 10중량%의 뷰텐을 포함하는 제2 리사이클 스트림을 형성하는 단계를 더 포함하는, 프로필렌을 제조하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 제1 부분 및 제2 부분으로 분할되는 상기 제1 스트림의 상류에서 상기 제2 리사이클 스트림을 상기 제1 증기와 조합하는 단계를 더 포함하는, 프로필렌을 제조하는 방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 제2 리사이클 스트림을 상기 제1 증기의 제2 부분과 조합하는 단계를 더 포함하는, 프로필렌을 제조하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 리사이클 스트림은 적어도 80중량%의 에틸렌을 포함하는, 프로필렌을 제조하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 크래킹 반응 생성물 및 상기 제2 복분해 반응 생성물은 하나 이상의 분리 공정 전에 혼합되는, 프로필렌을 제조하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1 크래킹 반응 생성물 및 상기 제2 복분해 반응 생성물의 상기 혼합물은 적어도 10중량%의 프로필렌을 포함하는, 프로필렌을 제조하는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제1 스트림의 제1 부분은 복분해 촉매에 의해 복분해되고, 상기 제1 복분해 반응 생성물은 크래킹 촉매에 의해 크래킹되는, 프로필렌을 제조하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 크래킹 촉매는 모데나이트 프레임워크 인버티드(mordenite framework inverted: MFI) 구조화 실리카 촉매인, 프로필렌을 제조하는 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 복분해 촉매는 금속 산화물에 의해 함침된 메조다공성 실리카 촉매인, 프로필렌을 제조하는 방법.
  13. 프로필렌을 제조하는 방법으로서,
    뷰텐을 포함하는 제1 스트림의 제1 부분을 제1 반응기로 도입하는 단계로서, 상기 제1 반응기는 제1 복분해 촉매 및 크래킹 촉매를 포함하고, 상기 제1 복분해 촉매는 일반적으로 상기 크래킹 촉매의 상류에 배치된, 상기 제1 부분을 도입하는 단계;
    상기 제1 스트림의 제1 부분을 상기 제1 복분해 촉매에 의해 적어도 부분적으로 복분해시켜 제1 복분해 반응 생성물을 형성하는 단계;
    상기 제1 복분해 반응 생성물을 상기 크래킹 촉매에 의해 적어도 부분적으로 크래킹하여 프로필렌 및 에틸렌을 포함하는 크래킹 반응 생성물을 제조하는 단계;
    크래킹 반응 생성물 스트림에서 상기 제1 반응기로부터 상기 크래킹 반응 생성물을 전달하는 단계;
    제1 리사이클 스트림을 상기 제1 스트림의 제2 부분과 조합하여 혼합된 스트림을 형성하고, 상기 혼합된 스트림을 제2 반응기로 도입하는 단계로서, 상기 제2 반응기는 제2 복분해 촉매를 포함하는, 상기 혼합된 스트림을 도입하는 단계;
    상기 제2 반응기에서 상기 혼합된 스트림을 상기 제2 복분해 촉매에 의해 적어도 부분적으로 복분해시켜 프로필렌을 포함하는 제2 복분해 반응 생성물을 제조하고, 제2 복분해 반응 생성물 스트림에서 상기 제2 반응기로부터 상기 제2 복분해 반응 생성물을 전달하는 단계;
    상기 크래킹 반응 생성물 스트림, 상기 제2 복분해 반응 생성물 스트림, 또는 둘 다의 혼합물을 포함하는 스트림으로부터 에틸렌을 적어도 부분적으로 분리하여 상기 제1 리사이클 스트림을 형성하는 단계; 및
    상기 크래킹 반응 생성물 스트림, 상기 제2 복분해 반응 생성물 스트림, 또는 둘 다의 혼합물을 포함하는 스트림으로부터 프로필렌을 적어도 부분적으로 분리하여 프로필렌을 포함하는 생성물 스트림을 형성하는 단계를 포함하는, 프로필렌을 제조하는 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제1 스트림은 적어도 10중량%의 뷰텐을 포함하는, 프로필렌을 제조하는 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 크래킹 반응 생성물 및 상기 제2 복분해 반응 생성물은 하나 이상의 분리 공정 전에 혼합되는, 프로필렌을 제조하는 방법.
  16. 제16항에 있어서, 상기 제1 크래킹 반응 생성물 및 상기 제2 복분해 반응 생성물의 상기 혼합물은 적어도 10중량%의 프로필렌을 포함하는, 프로필렌을 제조하는 방법.
  17. 제13항에 있어서, 상기 제1 스트림의 상기 제1 부분 및 상기 제1 스트림의 상기 제2 부분의 질량 유속의 비율은 1:1 내지 6:1인, 프로필렌을 제조하는 방법.
  18. 제13항에 있어서, 상기 크래킹 반응 생성물 스트림 및 상기 제2 복분해 반응 생성물 스트림 중 적어도 하나로부터 뷰텐을 적어도 부분적으로 분리하여 적어도 10중량%의 뷰텐을 포함하는 제2 리사이클 스트림을 형성하는 단계를 더 포함하는, 프로필렌을 제조하는 방법.
  19. 프로필렌을 제조하는 방법으로서,
    뷰텐을 포함하는 제1 스트림의 제1 부분을 제1 반응기로 도입하는 단계이되, 상기 제1 반응기는 제1 복분해 촉매를 포함하는, 상기 제1 부분을 도입하는 단계;
    상기 제1 스트림의 제1 부분을 상기 제1 복분해 촉매에 의해 적어도 부분적으로 복분해시켜 제1 복분해 반응 생성물을 형성하는 단계;
    상기 제1 복분해 반응 생성물을 제2 반응기로 전달하는 단계이되, 상기 제1 반응기는 크래킹 촉매를 포함하는, 상기 제1 복분해 반응 생성물을 전달하는 단계;
    상기 제1 복분해 반응 생성물을 상기 크래킹 촉매에 의해 적어도 부분적으로 크래킹하여 프로필렌 및 에틸렌을 포함하는 크래킹 반응 생성물을 제조하는 단계;
    크래킹 반응 생성물 스트림에서 상기 제2 반응기로부터 상기 크래킹 반응 생성물을 전달하는 단계;
    에틸렌 리사이클 스트림을 뷰텐을 포함하는 상기 제1 스트림의 제2 부분과 조합하여 혼합된 스트림을 형성하고, 상기 혼합된 스트림을 제3 반응기로 도입하는 단계이되, 상기 제3 반응기는 제2 복분해 촉매를 포함하는, 상기 혼합된 스트림을 도입하는 단계;
    상기 제3 반응기에서 상기 혼합된 스트림을 상기 제2 복분해 촉매에 의해 적어도 부분적으로 복분해시켜 프로필렌을 포함하는 제2 복분해 반응 생성물을 제조하고, 제2 복분해 반응 생성물 스트림에서 상기 제3 반응기로부터 상기 제2 복분해 반응 생성물을 전달하는 단계;
    상기 크래킹 반응 생성물 스트림, 상기 제2 복분해 반응 생성물 스트림, 또는 둘 다의 혼합물을 포함하는 스트림으로부터 에틸렌을 적어도 부분적으로 분리하여 상기 에틸렌 리사이클 스트림을 형성하는 단계; 및
    상기 크래킹 반응 생성물 스트림, 상기 제2 복분해 반응 생성물 스트림, 또는 둘 다의 혼합물을 포함하는 스트림으로부터 프로필렌을 적어도 부분적으로 분리하여 프로필렌을 포함하는 생성물 스트림을 형성하는 단계를 포함하는, 프로필렌을 제조하는 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 제1 스트림은 적어도 10중량%의 뷰텐을 포함하는, 프로필렌을 제조하는 방법.
  21. 제19항에 있어서, 상기 크래킹 반응 생성물 및 상기 제2 복분해 반응 생성물은 하나 이상의 분리 공정 전에 혼합되는, 프로필렌을 제조하는 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 크래킹 반응 생성물 및 상기 제2 복분해 반응 생성물의 상기 혼합물은 적어도 10중량%의 프로필렌을 포함하는, 프로필렌을 제조하는 방법.
  23. 제19항에 있어서, 상기 크래킹 반응 생성물 스트림 및 상기 제2 복분해 반응 생성물 스트림 중 적어도 하나로부터 뷰텐을 적어도 부분적으로 분리하여 적어도 10중량%의 뷰텐을 포함하는 제2 리사이클 스트림을 형성하는 단계를 더 포함하는, 프로필렌을 제조하는 방법.
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