KR20190007453A - Internal Heat Generation Material Coupled Hydrocarbon Cracking - Google Patents
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Abstract
탄화수소 공급물 및 적어도 1종의 알데하이드 또는 케톤을 포함하는 열 생성 재료(HGM) 스트림을 크래킹 반응기에 도입하고 기화하는 단계를 포함하는 탄화수소 공급물을 크래킹하는 방법. 탄화수소 공급물 및 HGM 스트림은 기화되고, 크래킹 반응기로 도입하기 전에 또는 도입한 후에 기화될 수 있다. 흡열성 크래킹 공정에 대한 HGM의 첨가는 크래킹에 필요한 열을 제공하고, 전체 공정이 열 중성을 달성한다. 상기 방법은 탄화수소 공급물을 크래킹하여 크래킹 생성물을 제조하는 단계를 포함하고, 크래킹 생성물은 C1-C4 탄화수소 및 C5+ 탄화수소를 포함한다.Introducing and vaporizing a heat generating material (HGM) stream comprising a hydrocarbon feed and at least one aldehyde or ketone into a cracking reactor; and cracking the hydrocarbon feed. The hydrocarbon feed and the HGM stream may be vaporized and vaporized before or after introduction into the cracking reactor. The addition of HGM to the endothermic cracking process provides the heat required for cracking, and the entire process achieves thermal neutrality. The method comprises cracking the hydrocarbon feed to produce a cracking product, wherein the cracking product comprises C 1 -C 4 hydrocarbons and C 5 + hydrocarbons.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조Cross-reference to related application
본 출원은 2016년 5월 12일자에 출원된 미국 가출원 제62/335,187호(본 명세서에 참고로 포함됨)의 이익을 주장한다.This application claims the benefit of U.S. Provisional Application No. 62 / 335,187, filed May 12, 2016, which is incorporated herein by reference.
분야Field
본 개시내용의 실시형태는 일반적으로 탄화수소의 가공처리에 관한 것이고, 구체적으로 열 생성 재료 커플링된 탄화수소 크래킹 공정에 의한 탄화수소 공급물을 크래킹하는 방법에 관한 것이다.Embodiments of the present disclosure generally relate to the processing of hydrocarbons, and more particularly, to methods for cracking hydrocarbon feeds by a heat generating material coupled hydrocarbon cracking process.
기술 배경Technical background
에너지 소모는 경질 올레핀 산업에서 상당한 장애이다. 탄화수소 크래킹은 매우 흡열성인 공정이다. 탄화수소 크래킹 공정 동안, 흡열성 크래킹 공정의 활성화가 반응기가 추가적인 열을 추가하는 것보다 빨리 열을 소모하므로, 크래킹 반응이 개시되면서 반응기 하우징의 온도는 하강한다. 반응기 온도를 유지하기 위한 추가적인 열의 첨가는 탄화수소 크래킹 조작에 상당한 비용을 부가한다. 예를 들어, 현재의 스팀-크래킹 공정은 800 내지 1000℃에서 조작되어, 전체 석유화학 분야에 의해 사용된 에너지의 40%만큼 많이 소모한다. 특정한 에너지 소모는 가장 최신의 스팀-크래커에 대해 에틸렌의 1㎏당 약 4500 내지 5000kcal이다. 전반적으로, 통상적인 에탄계 또는 나프타계 올레핀 플랜트에서의 제조 비용의 약 70%는 에너지 소모로 인한다.Energy consumption is a significant obstacle in the light olefin industry. Hydrocarbon cracking is a process that is very endothermic. During the hydrocarbon cracking process, the activation of the endothermic cracking process consumes heat faster than the reactor adds additional heat, so that the temperature of the reactor housing falls as the cracking reaction commences. The addition of additional heat to maintain the reactor temperature adds significant cost to the hydrocarbon cracking operation. For example, current steam-cracking processes operate at 800-1000 ° C., consuming as much as 40% of the energy used by the entire petrochemical sector. The specific energy consumption is about 4500 to 5000 kcal per kilogram of ethylene for the most recent steam-crackers. Overall, about 70% of the manufacturing cost in a typical ethane- or naphtha-based olefin plant is due to energy consumption.
상기 배경에 대해, 높은 수요의 석유화학 빌딩 블록을 생성하기 위해 탄화수소 공급물을 크래킹하기 위한 효율적이고 경제적인 경로의 개발에 대한 계속하는 수요가 존재한다. Against this background, there is a continuing need for the development of efficient and economical routes for cracking hydrocarbon feedstocks to produce high demand petrochemical building blocks.
본 개시내용의 실시형태는 흡열성 탄화수소 크래킹 공정의 에너지 요건을 원료공급하기 위해 발열성 열 생성 재료(HGM)를 사용하여 탄화수소 공급물을 크래킹하는 방법에 관한 것이다. 본 개시내용의 방법 및 시스템은 탄화수소 크래킹에 전통적으로 필요한 높은 에너지 비용으로 인해 구체적으로 오일 및 가스 산업에서 산업적 이용가능성을 갖는다. 이론에 구속됨이 없이, 본 개시내용의 HGM은 탄화수소 크래킹 공정이 에너지 중성이 되고 에너지 중성에 접근하는 것을 돕도록 첨가되고, 이로써 탄화수소 크래킹과 연관된 전체 에너지 비용을 감소시킨다.An embodiment of the present disclosure relates to a method of cracking a hydrocarbon feed using an exothermic heat generating material (HGM) to feed the energy requirements of an endothermic hydrocarbon cracking process. The methods and systems of this disclosure have industrial applicability in the oil and gas industry specifically because of the high energy costs traditionally required for hydrocarbon cracking. Without being bound by theory, the HGM of the present disclosure is added to help the hydrocarbon cracking process become energy neutral and approach energy neutrality, thereby reducing the overall energy cost associated with hydrocarbon cracking.
일 실시형태에 따라, 탄화수소 공급물을 크래킹하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 탄화수소 공급물을 기화시키는 단계 및 적어도 1종의 알데하이드 또는 케톤을 포함하는 열 생성 재료(HGM) 스트림을 기화시키는 단계를 포함한다. 추가로, 상기 방법은 기화된 탄화수소 공급물 및 기화된 열 생성 재료 스트림을 크래킹 반응기에 도입하는 단계를 포함한다. 마지막으로, 상기 방법은 또한 탄화수소 공급물을 크래킹하여 크래킹 생성물을 제조하는 단계를 포함하고, 여기서 크래킹 생성물은 C1-C4 탄화수소 및 C5+ 탄화수소를 포함한다. 크래킹 생성물은 에틸렌, 프로필렌, 뷰텐, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 에틸벤젠, H2, 메탄, 에탄, LPG, 나프타, 가솔린 및 가스 오일을 포함할 수 있다.According to one embodiment, a method of cracking a hydrocarbon feed is provided. The method includes vaporizing a hydrocarbon feed and vaporizing a heat generating material (HGM) stream comprising at least one aldehyde or ketone. Additionally, the method includes introducing the vaporized hydrocarbon feed and the vaporized heat generating material stream into a cracking reactor. Finally, the method also includes cracking the hydrocarbon feed to produce a cracking product, wherein the cracking product comprises C 1 -C 4 hydrocarbons and C 5 + hydrocarbons. The cracking product can include ethylene, propylene, butene, benzene, toluene, xylene, ethylbenzene, H 2, methane, ethane, LPG, naphtha, gasoline and gas oil.
또 다른 실시형태에 따라, 탄화수소 공급물을 크래킹하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 탄화수소 공급물을 기화시키는 단계 및 적어도 1종의 알데하이드 또는 케톤을 포함하는 열 생성 재료(HGM) 스트림을 기화시키는 단계를 포함한다. 추가로, 상기 방법은 기화된 탄화수소 공급물 및 기화된 HGM 스트림을 적어도 100℃의 예비반응 온도로 가열하는 단계 및 기화된 탄화수소 공급물 및 기화된 열 생성 재료 스트림을 크래킹 반응기에 도입하는 단계를 포함한다. 마지막으로, 상기 방법은 또한 탄화수소 공급물을 크래킹하여 크래킹 생성물을 제조하는 단계를 포함하고, 여기서 크래킹 생성물은 C1-C4 탄화수소 및 C5+ 탄화수소를 포함한다. 크래킹 생성물은 에틸렌, 프로필렌, 뷰텐, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 에틸벤젠, H2, 메탄, 에탄, LPG, 나프타, 가솔린 및 가스 오일을 포함할 수 있다.According to yet another embodiment, a method of cracking a hydrocarbon feed is provided. The method includes vaporizing a hydrocarbon feed and vaporizing a heat generating material (HGM) stream comprising at least one aldehyde or ketone. Additionally, the method includes heating the vaporized hydrocarbon feed and the vaporized HGM stream to a pre-reaction temperature of at least 100 < 0 > C and introducing the vaporized hydrocarbon feed and the vaporized heat generating material stream into the cracking reactor do. Finally, the method also includes cracking the hydrocarbon feed to produce a cracking product, wherein the cracking product comprises C 1 -C 4 hydrocarbons and C 5 + hydrocarbons. The cracking product can include ethylene, propylene, butene, benzene, toluene, xylene, ethylbenzene, H 2, methane, ethane, LPG, naphtha, gasoline and gas oil.
더욱 또 다른 실시형태에 따라, 탄화수소 공급물을 크래킹하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 탄화수소 공급물 및 적어도 1종의 알데하이드 또는 케톤을 포함하는 열 생성 재료(HGM) 스트림을 크래킹 반응기에 도입하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 크래킹 반응기 내에 탄화수소 공급물 및 열 생성 재료 스트림을 기화시키는 단계를 추가로 포함한다. 마지막으로, 상기 방법은 또한 탄화수소 공급물을 크래킹하여 크래킹 생성물을 제조하는 단계를 포함하고, 여기서 크래킹 생성물은 C1-C4 탄화수소 및 C5+ 탄화수소를 포함한다. 크래킹 생성물은 에틸렌, 프로필렌, 뷰텐, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 에틸벤젠, H2, 메탄, 에탄, LPG, 나프타, 가솔린 및 가스 오일을 포함할 수 있다.According to yet another embodiment, a method of cracking a hydrocarbon feed is provided. The method includes introducing into the cracking reactor a heat generating material (HGM) stream comprising a hydrocarbon feed and at least one aldehyde or ketone. The method further comprises vaporizing the hydrocarbon feed and the heat generating material stream in the cracking reactor. Finally, the method also includes cracking the hydrocarbon feed to produce a cracking product, wherein the cracking product comprises C 1 -C 4 hydrocarbons and C 5 + hydrocarbons. The cracking product can include ethylene, propylene, butene, benzene, toluene, xylene, ethylbenzene, H 2, methane, ethane, LPG, naphtha, gasoline and gas oil.
기재된 실시형태의 추가적인 특징 및 이점은 하기한 상세한 설명에 기재될 것이고, 부분적으로 그 설명으로부터 당업자에게 용이하게 명확하고, 하기한 상세한 설명, 청구항, 및 첨부된 도면을 포함하여 기재된 실시형태를 실행함으로써 인식될 것이다.Additional features and advantages of the described embodiments will be set forth in the description which follows, and in part will be readily apparent to those skilled in the art from the description, and may be learned by practice of the disclosed embodiments, including the detailed description, claims and accompanying drawings, Will be recognized.
상기 일반 설명 및 하기 상세한 설명 둘 다가 다양한 실시형태를 기재하고 청구된 대상의 성질 및 특징을 이해하기 위한 개관 또는 프레임워크를 제공하도록 의도된다고 이해되어야 한다. 동반된 도면은 다양한 실시형태의 추가의 이해를 제공하도록 포함되고, 본 명세서에 도입되고 이의 일부를 구성한다. 도면은 다양한 기재된 실시형태를 예시하고, 설명과 함께 청구된 대상의 원칙 및 운영을 설명하도록 작용한다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are intended to describe various embodiments and provide an overview or framework for understanding the nature and character of the claimed subject matter. The accompanying drawings are included to provide a further understanding of the various embodiments, and are incorporated in and constitute a part of this specification. The drawings illustrate various embodiments described and serve to explain the principles and operation of the claimed subject matter with the description.
도 1은 하나 이상의 본 개시내용의 실시형태에 따른 조작을 위한 실험 규모 반응기 시스템의 도식적 예시이다.
도 2는 560℃의 반응 온도에서의 열 생성 재료 공급물의 존재 및 부재 하의 촉매층 온도의 온도 프로필이다.
도 3은 584℃의 반응 온도에서의 열 생성 재료 공급물의 존재 및 부재 하의 촉매층 온도의 온도 프로필이다.1 is a schematic illustration of an experimental scale reactor system for operation in accordance with one or more aspects of the present disclosure;
Figure 2 is a temperature profile of the catalyst bed temperature in the presence and absence of the heat producing material feed at a reaction temperature of 560 캜.
3 is a temperature profile of the catalyst bed temperature in the presence and absence of a heat producing material feed at a reaction temperature of 584 [deg.] C.
본 개시내용의 HGM을 사용한 탄화수소 공급물의 개선된 크래킹에 대한 실시형태에 참조가 이제 자세히 이루어질 것이다. 이전에 기재된 바대로, 탄화수소 크래킹은 흡열성 공정이다. 탄화수소 크래킹 반응을 HGM과 커플링함으로써, 전통적으로 흡열성 크래킹 공정은 열적으로 중성이 되거나 열적 중화에 도달할 수 있다. 구체적으로, HGM은 본 개시내용의 탄화수소 크래킹 공정에 포함될 때 발열성 열을 생성한다. 이 발열성 열은 흡열성 탄화수소 크래킹 공정에 필요한 추가적인 열을 제공할 수 있다. 게다가, HGM은 탄화수소 크래킹을 촉진하기 위한 산화제로서 또한 작용하면서 코킹을 방지하기 위한 희석제로서 또한 작용할 수 있다. 도 1의 탄화수소 크래킹 시스템은 하기한 본 설명에 대해 제공된 실험실 설정이다; 그러나, 본 시스템 및 방법이 실험실 규모 및 산업 공정 계획을 포함하는 다른 구성을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Reference will now be made in detail to embodiments of the improved cracking of hydrocarbon feeds using the HGM of the present disclosure. As previously described, hydrocarbon cracking is an endothermic process. By coupling the hydrocarbon cracking reaction with HGM, traditionally the endothermic cracking process can become thermally neutral or can reach thermal neutralization. Specifically, HGM generates pyrogenic heat when included in the hydrocarbon cracking process of the present disclosure. This exothermic heat can provide additional heat needed for the endothermic hydrocarbon cracking process. In addition, the HGM can also act as a diluent to prevent caulking, also acting as an oxidizing agent to promote hydrocarbon cracking. 1 The hydrocarbon cracking system is the laboratory setup provided for this discussion to follow; However, it should be understood that the present systems and methods include other configurations, including laboratory scale and industrial process planning.
도 1의 실시형태를 참조하면, 탄화수소 공급물(4)을 크래킹하기 위한 실험실 규모 탄화수소 크래킹 시스템(100)이 도시되어 있다 구체적으로, 탄화수소 크래킹 시스템(100)은 열 생성 재료(HGM) 스트림(2)의 존재 하에 탄화수소 공급물(4)의 촉매 탄화수소 크래킹을 수행한다. Scale
탄화수소 공급물(4)은 석유, 석탄 액체 또는 생체재료로부터 유래된 임의의 탄화수소원을 의미할 수 있다. 예시적인 탄화수소 소스는 전체 범위의 원유, 증류된 원유, 잔사유, 토핑된 원유, 액화 석유 가스(LPG), 나프타, 가스 오일, 오일 정련소로부터의 생성물 스트림, 스팀 크래킹 공정으로부터의 생성물 스트림, 액화 석탄, 오일 또는 타르 샌드로부터 회수된 액체 생성물, 역청, 오일 셰일, 바이오매스 탄화수소 등을 포함한다. 후속하는 문단에 기재되는 구체적인 예에서, 탄화수소 공급물(4)은 n-헥산, 나프타, 혼합된 뷰텐, 에틸렌, 및 이들의 조합물을 포함할 수 있다. The hydrocarbon feed 4 may refer to any hydrocarbon source derived from petroleum, coal liquids or biomaterials. Exemplary hydrocarbon sources include a full range of crude oil, distilled crude oil, residual oil, topped crude oil, liquefied petroleum gas (LPG), naphtha, gas oil, product stream from an oil refinery, product stream from a steam cracking process, , Liquid products recovered from oil or tar sand, bitumen, oil shale, biomass hydrocarbons, and the like. In the specific examples described in the following paragraphs, the hydrocarbon feed 4 may comprise n-hexane, naphtha, mixed butene, ethylene, and combinations thereof.
혼합된 뷰텐은 전통적으로 프로필렌 및 에틸렌보다 더 낮은 값의 스트림으로 생각된다. 순수한 뷰텐-1은 폴리에틸렌 제조에 대한 가치를 갖지만, 혼합된 뷰텐 스트림으로부터 이것을 분리하는 것의 기술적 어려움 때문에, 뷰텐-1은 보통 직접적인 방법, 예컨대 뷰텐-1으로의 에틸렌 이합체화로부터 선택적으로 제조된다. 에틸렌 판매가 줄어들 수 있고, 잔류 에틸렌이 크래킹 반응기로 다시 공급되어 더 많은 프로필렌을 제조할 수 있으므로, 프로필렌에 대한 요구량은 에틸렌에 대한 요구량보다 많이 증가하였다. 탄화수소 크래킹 공정에 대한 공급물 스트림은 가장 바람직한 최종 제조를 생성하기 위해 생성물에 대한 요구량에 기초하여 조정될 수 있다.Mixed butenes are traditionally thought to be streams with lower values than propylene and ethylene. Pure butene-1 is worthy of polyethylene manufacture, but because of the technical difficulties of separating it from the mixed butene stream, butene-1 is usually prepared selectively from a direct process, such as ethylene dimerization to butene-1. The demand for propylene increased more than the demand for ethylene, as ethylene sales could be reduced and residual ethylene could be fed back into the cracking reactor to produce more propylene. The feed stream for the hydrocarbon cracking process can be adjusted based on the requirements for the product to produce the most preferred final product.
HGM 스트림(2)은 크래킹 공정에서 사용될 수 있는 발열성 열을 생성하기 위해 사용된 다양한 성분을 포함할 수 있다. 하나 이상의 실시형태에서, HGM은 적어도 1종의 알데하이드 또는 케톤을 포함한다. 하나 이상의 실시형태에서, 알데하이드는 폼알데하이드이다. 폼알데하이드가 실온에서 기체이므로, 이것은 물 중에 용해된 질량 기준으로 통상적으로 37%로서 분포된다. 이 혼합물은 100% 포르말린으로서 흔히 공지되어 있다. 안정화제로서, 메탄올은 산화 및 중합을 방지하도록 포르말린에 첨가될 수 있다. 이론에 구속됨이 없이, 예측 가능한 부반응, 예컨대 CO 및 H2로의 폼알데하이드의 전환이 탄화수소의 동시 첨가에 의해 저해된다는 것이 놀랍게도 발견되었으므로, 폼알데하이드과 함께 메탄올은 HGM을 잘 수행한다. The HGM
하나 이상의 실시형태에서, 케톤 또는 알데하이드, 예컨대 폼알데하이드 이외의 추가적인 HGM 스트림(2) 성분은 1종 이상의 추가적인 알데하이드, 추가적인 케톤 또는 알코올을 포함할 수 있다. 다수의 알데하이드, 케톤, 알코올 또는 이들의 조합물의 혼합은 소정의 반응 생성물에 대한 선택도를 촉진하거나 방해하는 것을 돕는다. 예를 들어, 추가적인 알데하이드, 케톤 또는 알코올 대 폼알데하이드 또는 다른 알데하이드의 비율이 변하므로, 반응 생성물은 경질 올레핀을 향해 또는 이로부터 멀리 이동할 수 있다.In one or more embodiments, the ketone or aldehyde, for example an additional HGM stream ( 2 ) component other than formaldehyde, may comprise one or more additional aldehydes, additional ketones or alcohols. Mixing a plurality of aldehydes, ketones, alcohols, or combinations thereof, aids in promoting or hindering selectivity for a given reaction product. For example, the ratio of additional aldehyde, ketone or alcohol to formaldehyde or other aldehyde varies, so that the reaction product can migrate toward or away from light olefins.
포르말린 및 메탄올 혼합물 내의 폼알데하이드의 다양한 농도가 고려된다. 예를 들어, 포르말린(물 중의 37중량% 폼알데하이드)은 특정한 크래킹 반응의 공간 속도에 필요한 원하는 농도를 달성하기 위해 비희석 또는 희석 형태로 사용될 수 있다. 하나 이상의 실시형태에서, HGM(2)은 5 내지 37중량%의 폼알데하이드, 또는 10 내지 37중량%의 폼알데하이드, 또는 20 내지 37중량%의 폼알데하이드, 또는 25 내지 37중량%의 폼알데하이드를 포함할 수 있다. HGM 스트림(2)의 성분은 재생 가능한 공급원으로부터 얻어질 수 있다. 구체적으로, 성분 예컨대 알데하이드, 케톤 및 알코올은 바이오매스의 발효 공정 또는 합성가스 공정으로부터 얻어질 수 있다. Various concentrations of formaldehyde in the formalin and methanol mixtures are contemplated. For example, formalin (37 wt% formaldehyde in water) can be used in a non-dilute or dilute form to achieve the desired concentration needed for the spatial velocity of a particular cracking reaction. In one or more embodiments, the
도 1을 다시 참조하면, 탄화수소 크래킹 시스템(100)은 적어도 하나의 촉매층 반응기(10), 및 임의로, 추가적인 반응기 및 단위를 갖는 반응기 시스템을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이 추가적인 임의적인 단위는 적어도 하나의 촉매층 반응기(10)에 연결된 예열기 반응기(12) 및 추가적인 가열기 또는 열 교환기(18)를 포함할 수 있다. 산업 규모에서, 탄화수소 크래킹 시스템(100)은 촉매층 반응기가 없는 반응기 시스템을 또한 포함할 수 있다. 예를 들어, 촉매 없이 열 크래킹을 이용하는 탄화수소 크래킹 시스템(100)이 고안된다.Referring again to FIG. 1, the
도 1의 실험실 규모 실험-규모 반응기 시스템에 도시된 바대로, 촉매층 반응기(10)는 촉매층 반응기(10)에 배치된 고체 산 촉매층(14)을 포함할 수 있다. 이전에 기재된 바대로, 촉매층 반응기(10)의 조작은 탄화수소 공급물(4)의 크래킹을 발생시켜 크래킹 생성물(40)을 생성하고, 여기서 크래킹 생성물(40)은 경질 C1-C4 탄화수소, 예컨대 에틸렌 및 프로필렌, 및 중질 C5+ 탄화수소를 포함한다. 크래킹 생성물(40)은 에틸렌, 프로필렌, 뷰텐, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 에틸벤젠, H2, 메탄, 에탄, LPG, 나프타, 가솔린 및 가스 오일을 포함할 수 있다. 크래킹 생성물(40)에서의 생성물의 특정한 조합은 촉매층 반응기(10)에 대한 공급물의 성분에 따라 달라진다. 촉매층 반응기(10)에 대한 HGM 스트림(2)의 첨가는 촉매층 반응기(10)에서 추가적인 열 에너지 유입 요건을 감소시키거나 제거한다. 구체적으로, HGM 스트림(2)은 촉매층 반응기(10)에서 발열성 반응을 겪고, 이는 흡열성 크래킹 공정을 오프셋하여 열적으로 중성인 전체 탄화수소 크래킹 조작을 발생시킨다. HGM 스트림(2)의 메이크업, 유속 또는 메이크업 및 유속 둘 다의 변경은 열적으로 음성 내지 열적으로 중성 내지 열적으로 양성인 전체 탄화수소 크래킹 조작을 발생시킬 수 있다.As shown in the laboratory scale-scale reactor system of FIG. 1, the
다양한 성분은 촉매층 반응기(10)의 고체 산 촉매층(14)에 대해 고려된다. 하나 이상의 실시형태에서, 고체 산 촉매층(14)은 알루미노실리케이트 제올라이트, 실리케이트(예를 들어, 실리칼라이트) 또는 티타노실리케이트를 포함할 수 있다. 추가의 실시형태에서, 고체 산 촉매는 모데나이트 프레임워크 인버티드(Mordenite Framework Inverted: MFI) 구조를 갖는 알루미노실리케이트 제올라이트이다. 제한의 방식이 아니라, 예를 들어, MFI 구조의 알루미노실리케이트 제올라이트 촉매는 ZSM-5 촉매일 수 있다. 추가의 실시형태에서, ZSM-5 촉매는 H-ZSM-5 촉매일 수 있고, 여기서 ZSM-5 촉매 이온 교환 부위의 적어도 일부는 H+ 이온이 점유한다. 게다가, 알루미노실리케이트 제올라이트 촉매, 예를 들어, H-ZSM-5 촉매는 적어도 10의 Si/Al 몰비를 가질 수 있다. 추가의 실시형태에서, 알루미노실리케이트 제올라이트 촉매는 적어도 30, 또는 적어도 35, 또는 적어도 40의 Si/Al 몰 비를 가질 수 있다. 추가적으로, 알루미노실리케이트 제올라이트 촉매는 알루미노실리케이트 제올라이트 촉매의 구조 및 성능을 변형시키도록 사용된 1종 이상의 추가적인 성분을 또한 포함할 수 있다. 구체적으로, 알루미노실리케이트 제올라이트 촉매는 인, 붕소, 니켈, 철, 텅스텐, 다른 금속, 또는 이들의 조합물을 포함할 수 있다. 다양한 실시형태에서, 알루미노실리케이트 제올라이트 촉매는 0 내지 10중량%의 추가적인 성분, 1 내지 8중량%의 추가적인 성분, 또는 1 내지 5중량%의 추가적인 성분을 포함할 수 있다. 제한의 방식이 아니라, 예를 들어, 이 추가적인 성분은 ZSM-5에서의 습식 함침, 이어서 건조 및 하소가 될 수 있다. 알루미노실리케이트 제올라이트 촉매는 메소다공성 구조를 함유할 수 있다. 촉매는 25 내지 2,500 마이크로미터(㎛)의 직경을 갖도록 크기화될 수 있다. 추가의 실시형태에서, 촉매는 400 내지 1200㎛, 425 내지 800㎛, 800 내지 1000㎛, 또는 50 내지 100㎛의 직경을 가질 수 있다. 촉매 입자의 최소 크기는 반응 생성물에 의한 필터를 통한 촉매 입자의 통과를 막도록 반응기 설계에 따라 달라진다. Various components are considered for the solid
하나 이상의 실시형태에서, 촉매층 반응기(10)는 고정층 반응기, 유동층 반응기, 슬러리 반응기 또는 이동 층 반응기일 수 있다. 구체적인 실시형태에서, 촉매층 반응기(10)는 고정층 반응기이다. 고정층 반응기를 갖는 몇몇 실시형태에서, 촉매층 반응기(10)에서의 조합된 탄화수소 공급물(4) 및 열 생성 재료 스트림(2)의 잔류 시간은 0.05초 내지 시간의 범위이다. 예를 들어, 잔류 시간은 액체 공급물을 디젤 수소처리에 1시간에 접근할 수 있고, 일반적으로 FCC 분야에서 0.1 내지 5초의 범위이다. 그러므로, 다양한 실시형태에서, 촉매층 반응기(10)에서의 잔류 시간은 0.1초 내지 5초 또는 5분 내지 1시간이다. 최적 탄화수소 크래킹에 대한 조합된 탄화수소 공급물(4) 및 열 생성 재료 스트림(2)의 고정층 반응기에서의 원하는 잔류 시간은 고체 산 촉매층(14), 탄화수소 공급물(4) 및 열 생성 재료 스트림(2) 둘 다의 조작 온도 및 조성에 따라 달라진다. 추가적으로, 하나 이상의 실시형태에서, 공극이 점유한 용적 분획을 나타내는 층 공간율(voidage)은 0.2 내지 1.0이다. 추가의 실시형태에서, 층 공간율은 0.3 내지 0.8이다.In one or more embodiments, the
촉매층 반응기(10)는 250 내지 850℃의 조작 온도를 가질 수 있다. 추가의 실시형태에서, 촉매층 반응기(10)는 450 내지 650℃, 또는 540 내지 560℃, 또는 575 내지 595℃의 조작 온도를 갖는다. 이론에 구속됨이 없이, HGM(2)의 첨가는 고체 산 촉매층(14)의 촉매 수명을 개선하는 것으로 생각된다. HGM(2)은 희석제로서 작용하고, 탄화수소 공급물을 산소화하여 코킹을 막는다. The
게다가, 고체 산 촉매층(14)은 고체 산 촉매층(14)을 가열하기에 충분한 유속에서 가열된 질소(6) 및 산소를 함유하는 가스 흐름에서 예열될 수 있다. 산소는 공기로서 제공될 수 있다. 예열된 가스 흐름은 다양한 실시형태에서 250℃로부터 650℃로, 또는 475℃로부터 내지 525℃로, 또는 490℃로부터 510℃로 가열된다. In addition, the solid
도 1을 참조하면, 실험실 규모 반응기 시스템에서, 상기 방법은 촉매층 반응기(10)의 상류에 탄화수소 공급물(4)을 예열하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 탄화수소 공급물(4)의 이 예열은 예열기 반응기(12)에서 달성될 수 있다. 도시된 바대로, 공급된 탄화수소(4)는 질소(6)의 존재 하에 가열될 수 있다. 일 실시형태에서, 예열기 반응기(12)는 적어도 100℃의 예비반응 온도로 촉매층 반응기(10)에 공급된 탄화수소 공급물(4)의 온도를 상승시킬 수 있다. 탄화수소 공급물(4)은 통상적으로 200 내지 300℃의 예비반응 온도로 가열된다. 이 범위의 예비반응 온도는 촉매층 반응기(10) 전에 예열기 반응기(12)에서 열 크래킹을 방지하기에 충분히 낮게 유지된다. 반대로, 예비반응 온도는, 차가운 탄화수소 공급물(4)이 촉매층 반응기(10)에 대한 입구에 근접한 촉매층(14)이 냉각되게 하고 탄화수소 공급물(4)의 전체 전환율에 영향을 미치지 않도록, 충분히 상승한다. 하나 이상의 실시형태에서, 탄화수소 크래킹 시스템(100)은 또한 임의로 예열기 반응기(12)의 상류에 배치된 적어도 하나의 탄화수소 예열기(18)를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같은, 탄화수소 예열기 또는 예열기(18)는 적어도 하나의 예열기 반응기(12)에 공급된 탄화수소 공급물의 온도를 상승시킨다. 예열기(18)는 당업자에게 친숙한 열 교환기 또는 유사한 가열기 장치를 포함할 수 있다.Referring to Figure 1, in a laboratory scale reactor system, the method may further comprise preheating the hydrocarbon feed ( 4 ) upstream of the catalyst bed reactor ( 10 ). This preheating of the hydrocarbon feed ( 4 ) can be achieved in the preheater reactor ( 12 ). As shown, the fed hydrocarbon ( 4 ) can be heated in the presence of nitrogen ( 6 ). In one embodiment, the preheater reactor 12 can raise the temperature of the hydrocarbon feed 4 fed to the
탄화수소 크래킹 시스템(100)은 또한 촉매층 반응기(10)의 상류에 배치된 적어도 하나의 열 생성 재료 예열기(16)를 포함할 수 있다. 열 생성 재료 예열기(16)는 적어도 하나의 촉매층 반응기(10)에 공급된 열 생성 재료 스트림(2)의 온도를 상승시킨다. 실시형태에서, 열 생성 재료 예열기(16)는 적어도 100℃의 예비반응 온도로 열 생성 재료 스트림(2)의 온도를 상승시킨다. 열 생성 재료 스트림(2)의 최대 예비반응 온도는 열 생성 재료 스트림(2)의 크래킹 온도에 의해 제한되어서, 열 생성 재료 스트림(2)의 열 크래킹은 촉매층 반응기(10) 전에 발생하지 않는다. 실험실 또는 파일럿 규모 반응기에서, 탄화수소 크래킹 시스템(100)은 또한 도시된 바와 같은 다른 가열 부품을 또한 포함할 수 있다. 예를 들어, 탄화수소 크래킹 시스템(100)은 반응기 오븐(20), 또는 촉매층 반응기(10), 예열기 반응기(12), 열 생성 재료 예열기(16) 및 탄화수소 예열기(18)를 둘러싼 핫 박스(22)를 포함할 수 있다. 반응기 오븐(20)은 촉매층 반응기(10) 및 예열기 반응기(12)의 온도를 유지시키는 것을 도울 수 있다. 유사하게, 핫 박스(22)는 열 손실을 감소시키도록 촉매층 반응기(10), 예열기 반응기(12), 열 생성 재료 예열기(16) 및 탄화수소 예열기(18) 주위에 열을 보유하도록 작용한다.The
탄화수소 예열기(19), 예열기 반응기(12) 및 열 생성 재료 예열기(16)는 또한 촉매층 반응기(10)에 진입하기 전에 탄화수소 공급물(4) 및 열 생성 재료 스트림(2) 둘 다의 온도를 상승시키도록 단일 예열기로 조합될 수 있다.The hydrocarbon preheater 19 , the preheater reactor 12 and the heat generating material preheater 16 also increase the temperature of both the hydrocarbon feed 4 and the heat generating
산업 규모 조작에서, 탄화수소 공급물(4) 및 열 생성 재료 스트림(2)은 탄화수소 공급물(4) 및 열 생성 재료 스트림(2)이 각각 기화될 때까지 가열된다. 탄화수소 공급물(4) 및 열 생성 재료 스트림(2)은 함께 혼합되고 단일 공급물 예열기에서 동시에 기화될 수 있다. 대안적으로, 탄화수소 공급물(4) 및 열 생성 재료 스트림(2)은 독립적으로, 조합되고 크래킹 반응기로 공급되기 전에 별개의 공급물 예열기에 의해 기화될 수 있다. 후속하여, 가열된 스팀 또는 다른 희석제는 크래킹 반응기로 공급되기 전에 기화된 탄화수소 공급물(4), 기화된 열 생성 재료 스트림(2), 또는 탄화수소 공급물(4) 및 열 생성 재료 스트림(2)의 조합된 기화된 스트림으로 주입될 수 있다. 희석제를 크래킹 반응기에 공급물에 제공하는 것은 탄화수소 공급물(4)의 분자를 남긴다. 포르말린(물 중의 37중량% 폼알데하이드)이 열 생성 재료 스트림(2)의 구성성분으로서 사용될 때, 포르말린이 열 생성 재료 스트림(2)의 기화 동안 스팀으로 전환된 물을 포함하면서, 스팀 또는 다른 희석제의 첨가가 불필요할 수 있는 것으로 이해될 것이다. 탄화수소 공급물(4) 및 열 생성 재료 스트림(2)의 기화가 반응기로 주입 전이 아니라 크래킹 반응기 내에 달성될 수 있는 것으로 또한 이해될 수 있다.In an industrial scale operation, the hydrocarbon feed 4 and the heat generating
게다가, 열 생성 재료 스트림(2) 및 탄화수소 공급물(4)의 양의 균형화가 열 중화 크래킹 공정을 촉진할 수 있다. 추가의 실시형태에서, HGM 스트림(2) 및 탄화수소 공급물(4)은 1:10 내지 10:1의 중량비로 촉매층 반응기(10)로 공급된다. 추가의 실시형태에서, 열 생성 재료 스트림(2) 및 탄화수소 공급물(4)은 1:6 내지 6:1, 1:3, 내지 3:1, 또는 1:2 내지 2:1의 비율로 촉매층 반응기(10)로 공급된다. 훨씬 추가의 실시형태에서, 열 생성 재료 스트림(2) 및 탄화수소 공급물(4)은 2:3 내지 3:2의 비율로 촉매층 반응기(10)로 공급된다.In addition, balancing the amounts of heat generating
도 1을 다시 참조하면, 크래킹 생성물(40)은 다양한 경질 C1-C4 탄화수소 및 중질 C5+ 탄화수소를 포함할 수 있다. 하나 이상의 실시형태에서, 크래킹 생성물(40)은 구체적으로 프로필렌, 뷰텐 예컨대 2-트랜스-뷰텐, n-뷰텐, 아이소-뷰텐 및 2-시스-뷰텐, C5 올레핀, 방향족, 메탄, 에탄, 프로판, 뷰탄 및 펜탄을 포함한다. 크래킹 생성물(40)의 구성성분은 탄화수소 공급물(4) 및 열 생성 재료 스트림(2)의 성분에 따라 달라진다. 예를 들어, 폼알데하이드는 흡열성 크래킹 공정을 오프셋하도록 열을 제공할 뿐만 아니라, 경질 올레핀을 생성하도록 효과적인 반응물질이다.Referring again to FIG. 1, the cracking
크래킹 생성물(40)에서 중질 탄화수소로부터 경질 탄화수소를 분리하기 위해, 탄화수소 크래킹 시스템(100)은 콘덴서 및 적어도 하나의 액체/가스 분리기(24)를 또한 포함할 수 있다. 액체/가스 분리기(24)는 플래시 드럼 등을 포함할 수 있다. 크래킹 생성물(40)은 크래킹 반응기를 빠져나가면서 콘덴서로 공급되고, 여기서 가스 크래킹 생성물(40)의 온도는 감소하고 부분적으로 응축된다. 부분적으로 응축된 공급물은 후속하여 액체/가스 분리기(24)로 공급되고, 여기서 액상 및 기상은 분리된다. 구체적으로 액체/가스 분리기(24)에서, 경질 탄화수소 스트림(42)은 기상 경질 탄화수소로서 분리될 수 있는 한편, 액상 중질 탄화수소 스트림(44)은 액체/가스 분리기(24)로부터 별개로 배출된다. 추가로, 산업 규모에서, 크래킹 생성물(40)에서 중질 탄화수소로부터 경질 탄화수소를 분리하기 위해, 탄화수소 크래킹 시스템(100)은 다중-생성물 증류 칼럼을 포함할 수 있다. 증류 칼럼, 스트리핑 칼럼 또는 추출 칼럼을 이용한 산업 규모 분리 및 생성물 스트림을 취급하고 분리하기 위한 다른 방법 및 공정은 당업자에게 공지되어 있고, 동등하게 사용될 수 있다.To separate the light hydrocarbons from the heavy hydrocarbons in the cracking
경질 탄화수소 스트림(42)으로부터 원하는 프로필렌 및 에틸렌을 분리하기 위한 추가의 반응이 고려된다. 예를 들어, 경질 탄화수소 스트림(42)은 냉각되고 액체 탄화수소 생성물로서 수집될 수 있다. 이때, 프로필렌 및 에틸렌은 증류, 추출성 증류 또는 막 분리 방법론을 통해 분리될 수 있다.Additional reactions for separating the desired propylene and ethylene from the light hydrocarbon stream 42 are contemplated. For example, the light hydrocarbon stream 42 may be cooled and collected as a liquid hydrocarbon product. At this time, propylene and ethylene can be separated through distillation, extractive distillation or membrane separation methodology.
추가의 실시형태에서, HGM 스트림(2), 탄화수소 공급물(4) 및 탄화수소 크래킹 시스템(100)으로 공급된 스팀 또는 다른 희석제의 전체 흐름의 속도는 반응의 공간 속도를 제어하도록 조정된다. 시간당 중량 공간 속도(WHSV)는 반응물질의 흐름으로서, 예를 들어 그램(g) 단위의 촉매 중량을 중량으로 나눈 예를 들어 그램/시간(g/hr)으로 정의된다. 반응물질의 흐름은 HGM 스트림(2), 탄화수소 공급물(4), 및 스팀 또는 다른 희석제의 전체 흐름을 포함한다. 하나 이상의 실시형태에서, 반응의 시간당 중량 공간 속도는 0.01 내지 100시간-1(h-1)이다. 추가의 실시형태에서, 반응의 시간당 중량 공간 속도는 1 내지 8시간-1, 2 내지 4시간-1, 또는 2.8 내지 3.4h-1이다.In a further embodiment, the overall flow rate of steam or other diluent supplied to the
에틸렌 및 프로필렌은 다양한 분야, 예를 들어 플라스틱 및 합성 섬유의 제조에서 사용된 주요 석유화학 빌딩 블록 중 2개이다. 구체적으로, 에틸렌은 패키징, 플라스틱 가공처리, 건축 및 텍스타일 산업에 매우 유용한 폴리에틸렌, 에틸렌 클로라이드 및 에틸렌 옥사이드를 제조하기 위해 광범위하게 사용된다. 추가로, 프로필렌은 폴리프로필렌을 제조하기 위해 흔히 사용되지만, 이것은 또한 프로필렌 옥사이드, 아크릴산 및 많은 다른 화학 유도체를 제조하기 위해 필요한 기본 생성물이다. 플라스틱 가공처리, 패키징 산업, 가구산업 섹터 및 자동차 산업은 프로필렌 및 이의 유도체의 흔한 사용자이다. 따라서, 다양한 산업 사용자에게 공급하기 위해 경질 올레핀, 예컨대 에틸렌 및 프로필렌의 증가한 수율은 바람직하다.Ethylene and propylene are two of the major petrochemical building blocks used in various fields, such as the production of plastics and synthetic fibers. Specifically, ethylene is widely used to produce polyethylene, ethylene chloride and ethylene oxide, which are very useful in packaging, plastic processing, construction and textile industries. In addition, propylene is commonly used to make polypropylene, but it is also the basic product required to make propylene oxide, acrylic acid and many other chemical derivatives. The plastics processing, packaging, furniture industry and automotive industries are common users of propylene and its derivatives. Thus, increased yields of light olefins, such as ethylene and propylene, are desirable for supplying to a variety of industrial users.
탄화수소 공급물(4) 및 경질 올레핀(예를 들어, 에틸렌 및 프로필렌)의 개선된 전환은 실험 시험에 의해 검증된다. 헥산은 변하는 열 생성 재료 스트림(2) 비율로 변하는 조건 하에 탄화수소 크래킹 시스템(100)의 실험 설정에 제공된다.Improved conversion of hydrocarbon feed 4 and light olefins (e.g., ethylene and propylene) is verified by experimental testing. Hexane Is provided to the experimental setup of the
실시예Example
하기 실시예는 본 실시형태를 예시하고, 본 개시내용의 기재된 실시형태의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다.The following examples illustrate this embodiment and are not intended to limit the scope of the embodiments described in this disclosure.
실험 데이터는 탄화수소 크래킹 반응을 HGM과 커플링시키는 효과를 입증하도록 얻어졌다. 촉매 반응은 대기압에서 조작된 고정층 흐름 반응기에서 수행되었다. 팔레트화되고 425 내지 800마이크로미터(㎛) 직경으로 체질된 9 내지 12g의 질량을 갖는 촉매를 반응기로 로딩하였다. 촉매는 Nankai University Catalyst Co로부터 구입한 ZSM-5의 마이크로다공성 분자체였다. 촉매 반응 전에, 촉매를 원하는 반응 온도로 N2를 함유하는 가스 흐름(120㎤분-1)에서 활성화하고, 밤새 유지시켰다. 고정층 흐름 반응기를 원하는 반응 온도로 3개 구역 전기 가열기를 사용하여 가열하였다. 원하는 반응 온도(통상적으로 250 내지 850℃)에서, n-헥산, 나프타 및 폼알데하이드(13.88%의 메탄올 중에 안정화된 37% 용액)로부터 선택된 반응물질을 반응기에 도입하여 반응을 시작하였다.Experimental data were obtained to demonstrate the effect of coupling the hydrocarbon cracking reaction with HGM. The catalytic reaction was carried out in a fixed bed flow reactor operated at atmospheric pressure. A catalyst having a mass of 9 to 12 grams palletized and sieved to a diameter of 425 to 800 micrometers (占 퐉) was loaded into the reactor. The catalyst was a microporous molecular sieve of ZSM-5 purchased from Nankai University Catalyst Co. Before the catalytic reaction, the catalyst was activated in a gas stream (120 cm < 3 > min -1 ) containing N 2 at the desired reaction temperature and maintained overnight. The fixed bed flow reactor was heated to the desired reaction temperature using a three-zone electric heater. At the desired reaction temperature (typically 250 to 850 ° C), the reaction was initiated by introducing reactants selected from n-hexane, naphtha and formaldehyde (13.88% 37% solution stabilized in methanol) into the reactor.
촉매 반응으로부터의 생성물은 Agilent HP-Al/KCl(50 m x 0.53 ㎜ ID, 15㎛) 칼럼이 구비된 온라인 가스 크로마토그래피에 의해 분석되고, Flame Ionization Detector(FID) 검출기에 의해 측정되었다. N2, CH4, C2H6, C2H4, C3H8, C3H6, n-C4H10, i-C4H10, 1-C4H8, 2-시스-C4H8, 2-트랜스-C4H8, i-C4H8, n-C5H12, 및 n-C5H6은 보정 표준품으로서 사용되었다. 고정층 흐름 반응기 및 가스 크로마토그래피의 출구 사이의 모든 라인 및 값은 105℃로 가열되어어서 더 중질의 탄화수소의 응축을 방지한다. The product from the catalytic reaction was analyzed by on-line gas chromatography equipped with an Agilent HP-Al / KCl (50 mx 0.53 mm ID, 15 m) column and measured by a Flame Ionization Detector (FID) detector. N 2, CH 4, C 2 H 6, C 2 H 4, C 3 H 8, C 3 H 6, nC 4
액체 생성물은 저압 액체/가스 분리기를 사용하여 별개로 수집되었다. 유기 파트는, 있다면, 물로부터 분리되고, 이의 조성물은 생성물을 확인하도록 가스 크로마토그래피 질량 분광법(GCMS), 이어서 이의 농도를 결정하도록 가스 크로마토그래피(GC)에 의해 분석되었다.Liquid products were collected separately using a low pressure liquid / gas separator. The organic part, if any, is separated from the water and its composition is analyzed by gas chromatography (GC) to determine the product, followed by gas chromatography (GC) to determine its concentration.
헥산의 전환율은 중량 백분율로서 결정되었다. 전환율은 최종 생성물로 전환된 헥산의 중량의 백분율로서 정의된다. 헥산의 전환율에 대한 식은 식 (1)로서 제공되고, Wi은 주입된 헥산의 중량이고, Wf는 GC에 의해 검출된 비반응된 헥산의 중량이다. The conversion of hexane was determined as a weight percentage. The conversion rate is defined as the percentage of the weight of hexane converted to the final product. The equation for conversion of hexane is given as Equation (1) , where W i is the weight of injected hexane and W f is the weight of unreacted hexane detected by GC.
전환율(%) = 100 x (Wi-Wf)/Wi (1) Conversion rate (%) = 100 x (Wi-Wf) / Wi (One)
추가적으로, 이전에 정의한 바대로, 시간당 중량 공간 속도(WHSV)는 HGM 효과를 비교하도록 시험의 하위집단에 대해 일정하게 유지되었다.In addition, as previously defined, the hourly space velocity (WHSV) was kept constant for the subgroup of trials to compare the HGM effect.
실험 동안, 일반 반응 시간은 35분이었다. 반응 후, 촉매층을 30분 동안 0.2리터/분의 유속에서 높은 순도 질소에 의해 퍼징하여 공기를 도입하기 전에 모든 반응 생성물 및 탄화수소를 수세하였다. 공기의 도입은 이것이 탄화수소 및 반응 생성물의 존재 하에 연소 위험일 수 있으므로 연기된다. 반응 생성물 및 탄화수소를 제거하기 위한 질소에 의한 수세에 후속하여, 0.154lit/분의 공기 유속을 이용하여 1시간 동안 또는 온도가 안정화될 때까지 촉매를 재생성하였다. 이후, 촉매층을 30분 동안 질소에 의해 다시 수세하여 연소 생성물을 제거한다.During the experiment, the typical reaction time was 35 minutes. After the reaction, the catalyst bed was purged with high purity nitrogen at a flow rate of 0.2 liter / min for 30 minutes to wash all reaction products and hydrocarbons before introducing air. The introduction of air is delayed because it may be a combustion hazard in the presence of hydrocarbons and reaction products. Following the flushing with nitrogen to remove the reaction products and hydrocarbons, the catalyst was regenerated using an air flow rate of 0.15 liters / min for 1 hour or until the temperature stabilized. Thereafter, the catalyst layer is again washed with nitrogen for 30 minutes to remove the combustion products.
시험은 열 생성 재료 스트림(2)로서 폼알데하이드와 조합되어 탄화수소 공급물(4)로서 헥산에 의해 실행되어서, 열 생성 재료의 효과를 입증한다. 각각의 시험은 35분 동안 실행되었다. 표 1은 폼알데하이드가 존재할 때 및 폼알데하이드가 존재하지 않을 때 크래킹 생성물(40)에 대한 다양한 크래킹 공정 매개변수를 기재한다. 헥산 및 폼알데하이드의 커플링은 증가한 C6 전환율, 에틸렌 수율 및 프로필렌 수율을 발생시킨다.The test is carried out with hexane as the hydrocarbon feed ( 4 ) in combination with the formaldehyde as the heat generating material stream ( 2 ) to demonstrate the effect of the heat generating material. Each test was run for 35 minutes. Table 1 lists the various cracking process parameters for the cracking product ( 40 ) when formaldehyde is present and when no formaldehyde is present. Coupling of hexane and formaldehyde gives rise to increased C 6 conversion, ethylene yield and propylene yield.
열 생성 재료 스트림(2)이 탄화수소 공급물(4)과 함께 제공될 때 증가한 에틸렌 및 프로필렌 수율이 바람직하다. 추가적으로, 하기한 바대로 제공된 표 2는 폼알데하이드가 존재하고 잔류 시간이 변할 때 크래킹 생성물(40)에 대한 다양한 크래킹 공정 매개변수를 기재한다. 각각의 시험은 35분 동안 실행되었다. 증가한 잔류 시간은 증가한 C6 전환율을 발생시킨다.Increased ethylene and propylene yields are desirable when the heat generating
열 생성 재료 스트림(2)이 첨가될 때 탄화수소 크래킹 공정의 열적 중성을 도 2 및 도 3에서 볼 수 있다. 구체적으로, 도 2는 헥산 및 열 생성 재료가 2:1 비율로 제공될 때 고체 산 촉매층(14)의 생성된 온도 하강이 감소한다는 것을 입증한다. 고체 산 촉매층(14)의 온도 층은 헥산 공급물을 공급할 때 매우 크게 하강하고, 컨트롤러는 이후 촉매층 반응기(10)의 벽 온도를 증가시킴으로써 반응한다. 단지 헥산 공급물(탄화수소 공급물(4)) 및 열 생성 재료 부재에 의해, 벽 온도는 흡열성 반응으로부터 촉매층 반응기(10)에서의 온도 하강만큼 빠르게 증가하지 않는다. 반대로, 헥산 스트림(탄화수소 공급물(4))과 함께 촉매층 반응기(10)에 도입되는 동시발생 열 생성 재료 스트림(2)에 의해, 고체 산 촉매층(14)의 온도는 열 생성 재료 및 이의 발열성 반응 때문에 촉매층 반응기(10)의 벽을 가열시키는 컨트롤러로부터의 외부 열이 덜 필요한 만큼 덜 파괴된다.The thermal neutrality of the hydrocarbon cracking process when the heat generating
유사하게, 도 3을 참조하면, 열 생성 재료 스트림(2)이 첨가될 때 탄화수소 크래킹 공정의 열적 중성이 보일 수 있다. 구체적으로, 도 3은 헥산 및 열 생성 재료가 1:2 비율로 제공될 때 고체 산 촉매층(14)의 생성된 온도 하강이 제거된다는 것을 입증한다. 헥산(탄화수소)에 대한 열 생성 재료의 더 높은 백분율은 고체 산 촉매층(14) 온도가 증시 상승하게 한다. 반대로, 열 생성 재료 스트림(2) 없이, 고체 산 촉매층(14)의 온도는 시간의 기간 후 천천히 증가하기 시작하기 전에 즉시 하강한다.Similarly, referring to FIG. 3, the thermal neutrality of the hydrocarbon cracking process can be seen when the heat generating
고체 산 촉매층에서 고체 산 촉매가 예시적인 실시예에서 조작의 35분 후 감퇴를 나타내지 않는다는 것이 주목된다. It is noted that the solid acid catalyst in the solid acid catalyst layer does not exhibit decay after 35 minutes of operation in the exemplary embodiment.
탄화수소 공급물을 크래킹하는 방법의 다양한 양태가 기재되어 있고, 이러한 양태가 다양한 다른 양태와 함께 사용될 수 있는 것으로 이제 이해되어야 한다. It should now be appreciated that various aspects of the method of cracking hydrocarbon feedstocks are described, and that such embodiments can be used with various other embodiments.
제1 양태에서, 본 개시내용은 탄화수소 공급물을 크래킹하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 탄화수소 공급물을 크래킹 반응기에 도입하는 단계, 적어도 1종의 알데하이드 또는 케톤을 포함하는 열 생성 재료(HGM) 스트림을 크래킹 반응기에 도입하는 단계, 탄화수소 공급물 및 HGM 스트림을 기화시키는 단계 및 탄화수소 공급물을 크래킹하여 크래킹 생성물을 제조하는 단계를 포함한다. 크래킹 생성물은 C1-C4 탄화수소 및 C5+ 탄화수소를 포함한다.In a first aspect, the present disclosure provides a method of cracking a hydrocarbon feed. The method includes introducing a hydrocarbon feed into a cracking reactor, introducing a heat generating material (HGM) stream comprising at least one aldehyde or ketone into the cracking reactor, vaporizing the hydrocarbon feed and the HGM stream, and Cracking the hydrocarbon feed to produce a cracking product. The cracking products include C 1 -C 4 hydrocarbons and C 5 + hydrocarbons.
제2 양태에서, 본 개시내용은 탄화수소 공급물 및 HGM 스트림이 크래킹 반응기로 도입한 후에 기화되는, 제1 양태의 방법을 제공한다. In a second aspect, the present disclosure provides a method of the first aspect, wherein the hydrocarbon feed and the HGM stream are vaporized after introduction into the cracking reactor.
제3 양태에서, 본 개시내용은 탄화수소 공급물 및 HGM 스트림이 크래킹 반응기로 도입하기 전에 기화되는, 제1 양태의 방법을 제공한다. In a third aspect, the present disclosure provides a method of the first aspect wherein the hydrocarbon feed and the HGM stream are vaporized before introduction into the cracking reactor.
제4 양태에서, 본 개시내용은 HGM 스트림이 케톤을 포함하는, 제1 양태 내지 제3 양태 중 어느 하나의 방법을 제공한다.In a fourth aspect, the present disclosure provides a method of any of the first to third aspects, wherein the HGM stream comprises a ketone.
제5 양태에서, 본 개시내용은 HGM 스트림이 알데하이드를 포함하는, 제1 양태 내지 제4 양태 중 어느 하나의 방법을 제공한다.In a fifth aspect, the present disclosure provides a method of any one of the first to fourth aspects, wherein the HGM stream comprises an aldehyde.
제6 양태에서, 본 개시내용은 알데하이드가 물 중에 용해된 폼알데하이드인, 제5 양태의 방법을 제공한다. In a sixth aspect, the disclosure provides a method of the fifth aspect, wherein the aldehyde is a formaldehyde dissolved in water.
제7 양태에서, 본 개시내용은 물 중에 용해된 폼알데하이드가 유기 용매에 의해 안정화된, 제6 양태의 방법을 제공한다. In a seventh aspect, the present disclosure provides a method of the sixth aspect, wherein the formaldehyde dissolved in water is stabilized by an organic solvent.
제8 양태에서, 본 개시내용은 유기 용매가 메탄올인, 제7 양태의 방법을 제공한다. In an eighth aspect, the present disclosure provides a method of the seventh aspect, wherein the organic solvent is methanol.
제9 양태에서, 본 개시내용은 HGM 스트림이 알코올, 추가적인 케톤 또는 추가적인 알데하이드를 추가로 포함하는, 제1 양태 내지 제8 양태 중 어느 하나의 방법을 제공한다.In a ninth aspect, the present disclosure provides a method of any one of the first to eighth aspects, wherein the HGM stream further comprises an alcohol, an additional ketone or an additional aldehyde.
제10 양태에서, 본 개시내용은 크래킹 생성물이 에틸렌, 프로필렌, 뷰텐, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 에틸벤젠, H2, 메탄, 에탄, LPG, 나프타, 가솔린 및 가스 오일을 포함하는, 제1 양태 내지 제9 양태 중 어느 하나의 방법을 제공한다.In a tenth aspect, the present disclosure is, a first aspect to a cracking product containing ethylene, propylene, butene, benzene, toluene, xylene, ethylbenzene, H 2, methane, ethane, LPG, naphtha, gasoline and gas oil To < RTI ID = 0.0 > (9) < / RTI >
제11 양태에서, 본 개시내용은 크래킹 반응기가 적어도 하나의 촉매층 반응기인, 제1 양태 내지 제10 양태 중 어느 하나의 방법을 제공한다.In an eleventh aspect, the present disclosure provides a method of any one of the first to tenth aspects, wherein the cracking reactor is at least one catalyst bed reactor.
제12 양태에서, 본 개시내용은 촉매층 반응기가 촉매층 반응기에 배치된 고체 산 촉매층을 포함하고, 촉매층 반응기가 250 내지 850℃의 반응 온도에 있는, 제11 양태의 방법을 제공한다. In a twelfth aspect, the present disclosure provides a method of the eleventh aspect, wherein the catalyst bed reactor comprises a solid acid catalyst bed disposed in a catalyst bed reactor and the catalyst bed reactor is at a reaction temperature of from 250 to 850 캜.
제13 양태에서, 본 개시내용은 촉매층 반응기가 유동층 반응기, 고정층 반응기, 슬러리 반응기 또는 이동 층 반응기를 포함하는, 제11 또는 제12 양태의 방법을 제공한다. In a thirteenth aspect, the present disclosure provides a method of the eleventh or twelfth aspect, wherein the catalyst bed reactor comprises a fluid bed reactor, a fixed bed reactor, a slurry reactor or a mobile bed reactor.
제14 양태에서, 본 개시내용은 촉매층 반응기가 고정층 반응기인, 제11 또는 제12 양태의 방법을 제공한다. In a fourteenth aspect, the present disclosure provides a method of the eleventh or twelfth aspect, wherein the catalyst bed reactor is a fixed bed reactor.
제15 양태에서, 본 개시내용은 고체 산 촉매가 ZSM-5 촉매인, 제12 양태 내지 제14 양태 중 어느 하나의 방법을 제공한다.In a fifteenth aspect, the present disclosure provides a method of any one of the twelfth to fourteenth aspects, wherein the solid acid catalyst is a ZSM-5 catalyst.
제16 양태에서, 본 개시내용은 ZSM-5 촉매가 적어도 10의 Si/Al 몰비를 갖는, 제15 양태의 방법을 제공한다. In a sixteenth aspect, the present disclosure provides a method of the fifteenth aspect, wherein the ZSM-5 catalyst has a Si / Al molar ratio of at least 10.
제17 양태에서, 본 개시내용은 ZSM-5 촉매가 적어도 30의 Si/Al 몰비를 갖는, 제15 양태의 방법을 제공한다. In a seventeenth aspect, the present disclosure provides a method of the fifteenth aspect, wherein the ZSM-5 catalyst has a Si / Al molar ratio of at least 30. [
제18 양태에서, 본 개시내용은 ZSM-5 촉매가 인, 붕소, 니켈, 철, 텅스텐, 또는 이들의 조합물을 포함하는, 제15 양태의 방법을 제공한다. In an eighteenth aspect, the present disclosure provides a method of the fifteenth aspect, wherein the ZSM-5 catalyst comprises phosphorus, boron, nickel, iron, tungsten, or a combination thereof.
제19 양태에서, 본 개시내용은 HGM 스트림 및 탄화수소 공급물 스트림이 1:10 내지 10:1의 중량비로 공급된, 제1 양태 내지 제18 양태 중 어느 하나의 방법을 제공한다.In a nineteenth aspect, the present disclosure provides a process of any of the first to eighteenth aspects, wherein the HGM stream and the hydrocarbon feed stream are fed in a weight ratio of from 1:10 to 10: 1.
제20 양태에서, 본 개시내용은 탄화수소 공급물 스트림이 비분별화 또는 분별화 원유, 헥산, 나프타, 혼합된 뷰텐, 에틸렌, 및 이들의 조합물을 포함하는, 제1 양태 내지 제19 양태 중 어느 하나의 방법을 제공한다.In a twentieth aspect, the present disclosure provides a process for producing a hydrocarbon feed stream, wherein the hydrocarbon feed stream comprises unfractionated or fractionated crude oil, hexane, naphtha, mixed butene, ethylene, and combinations thereof. One method is provided.
다양한 변형 및 변동이 청구된 대상의 정신 및 범위로부터 벗어나지 않으면서 여기에 기재된 실시형태에 이루어질 수 있다는 것이 당업자에게 명확해야 한다. 따라서, 본 명세서가 여기에 기재된 다양한 실시형태의 변형 및 변동을 다루고, 단, 이러한 변형 및 변동이 첨부된 청구항 및 이의 등가물의 범위 내인 것으로 의도된다.It should be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made to the embodiments described herein without departing from the spirit and scope of the claimed subject matter. It is therefore intended to cover modifications and variations of the various embodiments described herein, provided that such variations and modifications are within the scope of the appended claims and their equivalents.
본 개시내용에 걸쳐 범위가 제공된다. 범위에 의해 포함된 각각의 별개의 값이 또한 포함되는 것으로 고안된다. 추가적으로, 명확히 개시된 범위에 의해 포함된 각각의 별개의 값에 의해 형성될 수 있는 범위는 동등하게 고안된다.A range is provided throughout this disclosure. It is contemplated that each distinct value included by the range is also included. Additionally, ranges that can be formed by each distinct value included by the explicitly disclosed ranges are equally contemplated.
Claims (20)
탄화수소 공급물을 크래킹 반응기에 도입하는 단계;
적어도 1종의 알데하이드 또는 케톤을 포함하는 열 생성 재료(HGM) 스트림을 상기 크래킹 반응기에 도입하는 단계;
상기 탄화수소 공급물 및 상기 HGM 스트림을 기화시키는 단계; 및
상기 탄화수소 공급물을 크래킹하여 C1-C4 탄화수소 및 C5+ 탄화수소를 포함하는 크래킹 생성물을 제조하는 단계를 포함하는, 탄화수소 공급물을 크래킹하는 방법.CLAIMS 1. A method for cracking a hydrocarbon feed,
Introducing the hydrocarbon feed into the cracking reactor;
Introducing into the cracking reactor a heat generating material (HGM) stream comprising at least one aldehyde or ketone;
Vaporizing the hydrocarbon feed and the HGM stream; And
Cracking the hydrocarbon feed to produce a cracking product comprising C 1 -C 4 hydrocarbons and C 5 + hydrocarbons.
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---|---|---|---|
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E601 | Decision to refuse application |