KR20200098504A - 촉매 공정의 특성분석을 위한 장치 및 방법 - Google Patents

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에이치티이 게엠베하 더 하이 쓰루풋 익스페리멘테이션 컴퍼니
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Abstract

본 발명은, 2개 이상의 반응 스트랜드를 병렬 배열로 갖는 반응 시스템을 포함하는 촉매 공정 특성분석 방법에 관한 것이며, 이때 개별적인 반응 스트랜드는 다수의 직렬-연결된 반응 챔버 또는 단일 반응 챔버를 포함한다. 상기 방법(이는, CPC 방법으로도 지칭됨)에서, 각각의 반응 스트랜드에는 반응물 스트림이 공급된다. 상기 반응 스트랜드에 공급되는 반응물 스트림은 상이한 반응 스트랜드 내의 상이한 개수의 공정 단계에 적용된다. 상기 반응 스트랜드로부터 배출된 생성물 스트림은 분석적 특성분석되고, 상기 특성분석에서 획득된 데이터는 상관관계지어지며, 이는 바람직하게는 차이 계산을 포함한다. 상기 CPC 방법은 매우 다양한 방식으로 사용될 수 있으며, 매우 높은 정확도를 특징으로 한다. 물질 밸런스는 ±10 중량% 이하의 표준 편차를 달성한다. 또한, 본 발명은, 상기 CPC 방법을 수행하기 위한 장치 또는 다수의 CPC 방법을 동시 수행하기 위한 장치에 관한 것이다. 따라서, 본 발명은 또한, 고-처리량(high-throughput) 연구 분야에 관한 것이다.

Description

촉매 공정의 특성분석을 위한 장치 및 방법
본 발명은, 촉매 공정 특성분석의 다단계 방법, 바람직하게는 실험실 방법에 관한 것이며, 이는 하기에서 CPC 방법으로 지칭된다. 상기 CPC 방법은, 촉매의 개발 및 해당 공정에 특히 적합한 촉매의 식별에 관한 것이다. 상기 CPC 방법을 사용하면, 실험실 시험을 기반으로 산업적 통합 공정을 최적화하여 수율, 생산성 및 촉매 수명을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 CPC 방법은 실험 데이터를 높은 정확도로 제공하기 때문에, 상기 CPC 방법이 컴퓨터-보조된 방법에 결합될 수 있거나 컴퓨터-보조된 모의실험을 개선하는데 기여할 수 있음에 주목해야 한다. 본 발명의 방법은, 2개 이상의 반응 스트랜드를 병렬 배열로 갖는 하나 이상의 반응 시스템을 포함한다. 상기 반응 스트랜드 중 적어도 하나(제 1 반응 스트랜드)는 2개 이상의 반응 챔버의 직렬 배열을 포함한다. 하나 이상의 다른 반응 스트랜드는 반응 챔버들의 직렬 배열을 포함하며, 이때 반응 챔버의 개수는 상기 제 1 반응 스트랜드보다 적은 하나 이상의 반응 챔버이다. 바람직하게는 촉매로 충전된 반응 시스템 내의 병렬 배열된 반응 챔버는 반응물 스트림(들)과 접촉된다. 상기 반응물 스트림은 물질의 단상 기체 또는 액체 스트림, 또는 기체 및/또는 액체의 다상 조합물일 수 있다. 다단계 방법의 상이한 공정 단계로부터 유도된, 반응 시스템 내에서 생성된 생성물 스트림이 분석적 특성분석에 적용된다. 본 발명의 방법이 수행되는 장치는 바람직하게는 반응 시스템의 그룹을 구비한다. 상기 실시양태에서, 상기 방법은, 다수의 반응 시스템을 사용하여 병렬 방식으로 수행될 수 있다. 따라서, 본 발명의 하나의 양태는 또한, 바람직한 실시양태에서, 반응기 시스템의 병렬화와 관련하여, 고-처리량(high-throughput) 연구 분야에 관한 것이다. 본 발명의 장치 및 본 발명의 방법에 의해, 산업적 관련성의 공정 조건 하의 복잡한 촉매 공정을 연구할 수 있기 때문에, 상기 장치 및 방법은 큰 산업적 관심 대상이다.
종래 기술은 촉매 또는 화학 공정에 대한 연구를 위한 다단계 장치 및 방법을 개시한다. 이들의 예는, 리차드 에프 바우만(Richard F. Bauman) 등의 국제 특허 출원 공개 제 WO 2008/080365 A1 호에 존재하며, 상기 출원은, 높은 비율의 불순물을 갖는 공급원료의 접촉 수소화 및 처리를 위한 다단계 반응기 관 배열을 기술하고 있다. 비교적 비-휘발성 공급원료의 처리와 관련하여, 공급원료의 단계적 개질(upgrading)을 수행하기 위해서는 다단계 공정 및 상이한 촉매의 사용이 중요하다.
요헨 베르크(Jochen Berg) 등의 "가수소분해 및 수소처리를 위한 촉매 시험"이라는 제목의 문헌[PTQ Magazine Q1 2015 (pages 121-127)]에서는, 고-처리량 장치에 의해 산업적 관련성 조건 하의 수소처리에 대한 연구의 수행을 기술하고 있다. 상기 문헌은 또한, 개별적인 관형 반응기 내에 적층 배열로 도입되었고 이어서 동일한 공급 조건 하에 시험되었던 촉매의 시험에 관한 사례 연구를 제시한다. 상기 고-처리량 장치는 병렬 배열의 다수의 관형 반응기로 이루어지며, 이때 상이한 공정 단계는 개별적인 관형 반응기의 적층된 배열 내에서 수행된다. 전체 공정은 하기 3가지 공정 단계를 포함한다: 1. 상압 오일 증류 잔사의 탈금속화(HDM), 2. HDS에 대한 중간 활성에서의 탈황(HDS), 및 3. 높은 HDS 활성에서의 탈황(HDS).
고디니(Godini)등은, 저널[Industrial & Engineering Chemistry Research (2012), vol. 51, no. 22 (pages 7747-7761)]에서, 산화적 메탄 커플링을 위한 화학 공정을 최적화하는 방법을 기술하고 있다. 상기 공정은, 직렬 연결된 1 또는 2개의 반응 챔버를 갖는 2개의 반응 스트랜드의 최적화된 실시양태로 이루어진다. 상기 반응 스트랜드 및 반응 챔버의 개수 및 작동 관계는 전체 공정 생산량을 최대화하는 역할을 한다. 상기 반응 챔버, 특히 상기 2개의 반응 스트랜드들 사이에 배치된 제 1 반응 챔버, 고정층 반응기(FBR) 및 통상적으로 충전된 막 반응기(CPBMR)는 여기서 상이한 기능을 수행하고 상이한 공정 단계를 구성한다. 공정 최적화는, 3개의 반응 챔버들 간의 작동 관계에 대한 이론적 평가를 기반으로 한다. 3개의 반응 챔버의 개별적인 성능에 관한 정보는, 기술된 공정에서의 작동 관계 없이, 3개의 반응 챔버에 대한 개별적인 연구로부터 나온다.
본 발명의 기저를 이루는 문제는, 높은 정확도 및 높은 정밀도로 촉매 시험을 수행할 수 있는 방법을 제공하는 것이다. 다루어지는 또다른 문제는, 상이한 촉매 시스템 및/또는 개별적으로 조정가능한 반응 조건을 개별적인 공정 단계가 필요로 한다는 특성의 다단계 반응 순서를 검사하는데 상기 방법이 사용될 수 있는 방식으로 상기 방법을 구성하는 것이다.
본원에서 언급된 문제는, 상이한 개수의 반응 챔버를 갖는 2개 이상의 반응 스트랜드를 병렬 배열로 갖는 반응 시스템을 포함하는 촉매 공정 특성분석 방법(이후로, CPC 방법으로 지칭됨)을 제공함으로써 해결되며, 이때 단일 반응 스트랜드는 다수의 직렬-연결된 반응 챔버 또는 단일 반응 챔버를 포함하고, 상기 방법은,
(i) 상기 반응 스트랜드의 개별적인 반응 챔버를 촉매 물질로 충전하는 단계,
(ii) 각각의 반응 스트랜드에 반응물 스트림을 공급하는 단계,
(iii) 상기 반응 스트랜드에 공급되는 반응물 스트림을 상이한 반응 스트랜드 내의 상이한 개수의 공정 단계에 적용하는 단계로서, 이때 개별적인 공정 단계는 하나의 유형의 반응 또는 제시된 반응에서 하나의 전환도를 포함하는, 단계,
(iv) 병렬 배열된 상기 반응 스트랜드로부터 배출된 생성물 스트림을 분석적 특성분석에 적용하는 단계, 및
(v) 상기 생성물 스트림의 분석적 특성분석에서 상이한 반응 스트랜드로부터 달성된 데이터를 상대적 관점으로 표현하는 단계
를 특징으로 한다.
다른 바람직한 실시양태에서, 상기 CPC 방법의 특성적 특징은, 각각의 반응 시스템이, 상이한 개수의 반응 챔버를 갖는 2개 이상의 반응 스트랜드를 병렬 배열로 포함하고, 단일 반응 스트랜드가 다수의 직렬-연결된 반응 챔버 또는 단일 반응 챔버를 포함하고, 상기 방법이,
(i) 상기 반응 스트랜드의 개별적인 반응 챔버를 촉매 물질로 충전하는 단계,
(ii) 각각의 반응 스트랜드에 반응물 스트림을 공급하는 단계,
(iii) 상기 반응 스트랜드에 공급되는 반응물 스트림을 상이한 반응 스트랜드 내의 상이한 개수의 공정 단계에 적용하는 단계로서, 이때 개별적인 공정 단계는 하나의 유형의 반응 및/또는 제시된 반응에서의 하나의 전환도를 포함하는, 단계,
(iv) 병렬 배열된 상기 반응 스트랜드로부터 배출된 생성물 스트림을 분석적 특성분석에 적용하는 단계, 및
(v) 상기 생성물 스트림의 분석적 특성분석에서 상이한 반응 스트랜드로부터 달성된 데이터를 상대적 관점으로 표현하는 단계
를 포함하고, 상기 단계 (i) 내지 (v) 또는 상기 단계 (ii) 내지 (v)가 2개 이상의 반응 시스템에서 동시 수행되는 것을 특징으로 한다는 것이다.
공급되는 반응물 스트림이, 상이한 반응 스트랜드 내의 상이한 개수의 공정 단계에 적용된다는 사실은, 모든 개수의 공정 단계가 하나의 반응 스트랜드에서 수행되고, 모든 개수의 공정 단계로 수행되는 다단계 공정보다 적은 하나 이상의 공정 단계를 갖는 감소된 개수의 공정 단계가 하나 이상의 반응 스트랜드에서 수행된다는 것이다.
바람직한 실시양태에서, 본 발명의 방법의 특성적 특징은, 각각의 공정 단계가 별도의 반응 챔버에서 수행된다는 것이며, 이때 각각의 반응 스트랜드는, 상기 반응 스트랜드에서 수행되는 공정 단계 개수에 대응하는 반응 챔버 개수를 가진다. 하나의 반응 스트랜드에서 단지 하나의 공정 단계가 수행되는 경우, 대응하는 반응 스트랜드는 단지 하나의 단일 반응 챔버를 포함하는 것이 바람직하다.
바람직한 실시양태에서, 상기 CPC 방법은, 2 내지 40개 범위의 다수의 공정 단계를 가진다. 공정 단계의 개수는 본 발명의 맥락에서 APS로 지칭된다. 용어 "공정 단계"는, 하나의 반응 유형 또는 제시된 반응의 하나의 전환도에 관한 것이다. 전환도에 기초한 처리 단계는, 이후로 개시되는 특징적인 방식의 또다른 변환도와 상이한 전환도에 관한 것이다. 반응 유형은, 화학적 전환 방식, 전환도, 전환된 생성물의 양 또는 형성된 생성물의 양을 기술하는 것이다. 각각 공정 단계를 구성하는 반응 유형의 예는 수소화, 크래킹(cracking) 공정, 이성질체화, 알킬화, 탈황, 또는 탈질소화이다. 반응 유형 및/또는 전환도는 공정 단계의 설명의 특징이다. 공정 단계에서 수득되는 생성물 스트림은 정성적 및 정량적으로 특성분석될 수 있으며, 따라서 공정 단계의 특징이다. 공정 단계는 온도 및 촉매를 비롯한 다수의 매개변수에 의해 좌우된다. 중요한 것은, 공정 단계의 수행 후, 생성물 스트림에서 분석적으로 측정가능한 변화가 수득될 수 있다는 것이다. 본 발명의 방법은, 사실상 동일한 조건 하에 비교 시험의 동시 수행의 이점을 제공한다. 공정 단계가 공정 단계가 되게 하려면, 생성물 스트림이 반응물 스트림으로부터의 화학적 변화를 가져야 한다. 반응 유형의 전환도와 관련하여, 각각의 경우에 바람직한 전환도는, 연구 대상인 검사할 화학적 방법에 의해 좌우될 수 있다. 예를 들어, 상기 CPC 방법은, 탈질소화 및 크래킹 포함하는 2단계 공정을 검사하는데 사용될 수 있다. 하나의 예에서, 질소-함유 반응물 스트림이 사용된다. 크래킹에 사용되는 촉매는 질소에 대해 단지 적은 내성만 가진다. 따라서, 질소-함유 반응물 스트림의 탈질소화를 먼저 수행해야 하며, 이는 제 1 공정 단계에서 수행된다. 탈질소화 후 생성물 스트림 내의 질소 함량이, 크래킹 촉매를 피독시키지 않으면서 하류 공정 단계에 생성물 스트림이 사용될 수 있도록 역치 값 미만일 때, 바람직한 전환도에 도달하였다.
더욱 바람직하게는, 공정 단계의 개수는 2 내지 20개 범위이고, 가장 바람직하게는, 공정 단계의 개수는 3 내지 10개 범위이다. 공정 단계의 개수는 본 발명의 방법의 복잡성에 영향을 미친다. 또는, 다시 말해서, 상기 방법의 복잡성의 특성적 특징은, 총 몇개의 반응 시스템이 연구될 것인가 및 개별적인 반응 시스템 내에서 몇개의 공정 단계가 연구될 것인가이다. 이의 또다른 이유는, 상기 방법의 관리능(manageability)이 반응기의 개수의 관리능에 의해 제한되기 때문이다. 실행가능성의 이유로, 본 발명의 방법에 사용되는 반응기의 총 개수는 100개 이하의 반응기 범위, 바람직하게는 6 내지 80개의 반응기 범위, 더욱 바람직하게는 8 내지 60개의 반응기 범위인 것이 유리하다. 본 발명의 맥락에서, 용어 "반응 단계", "방법 단계" 및 "공정 단계"는 동의어로서 사용된다. 그러나, 본 발명의 바람직한 양태는 또한 상기 반응기의 방법 조건 및 가열에 관한 것이며, 제 1 공정 단계의 반응기가 동일한 온도에서 저장될 때의 방법이 특히 바람직하며, 상기 제 1 공정 단계의 반응기가 동일한 가열 부재에 의해 가열되는 경우가 또한 바람직하며, 그 이유는, 이것이 반응기 온도의 더 정확한 열적 제어 및 조절을 보장할 수 있기 때문이다. 이는 데이터의 비교가능성을 더 증가시킬 수 있다.
상기 CPC 방법의 수행에서, 상기 단계 (ii)에서 반응 스트랜드에 공급되는 반응물 스트림은 각각 동일한 화학 조성을 갖는 것이 바람직하다. 상기 단계 (ii)에서, 각각의 반응 스트랜드에는 반응물 스트림이 공급되거나, 반응물 스트림은 각각의 반응 스트랜드의 제 1 반응 챔버에 공급된다.
바람직하게는, 상기 CPC 방법의 특성적 특징은, 상기 반응 스트랜드에 공급되는 반응물 스트림들이 몰 유속, 부피 유속, 질량 유속의 군으로부터의 하나 이상의 유속 매개변수 면에서 대응하는 것이다. 더욱 바람직하게는, 상기 반응 스트랜드에 공급되는 반응물 스트림들은 2개의 유속 매개변수에 대응하고, 더더욱 바람직하게는, 상기 반응 스트랜드에 공급되는 반응물 스트림들은 3개의 유속 매개변수에 대응한다.
다른 바람직한 실시양태에서, 상기 CPC 방법의 특성적 특징은, 상기 단계 (iii)의 수행에서, 반응 시스템 내의 개별적인 반응 스트랜드의 하류 반응 챔버에는 반응물 스트림이 추가적으로 공급되며, 구체적으로 각각의 하류 반응 챔버에는 동일한 조성 및 동일한 양이 공급된다는 것이다.
상기 CPC 방법의 바람직한 실시양태에서, 상기 반응 시스템의 반응 챔버들은 각각 -25 내지 900℃ 범위의 제어된 온도에서 개별적으로 저장된다. 이러한 온도 제어 방식은 인접한 반응 챔버들 간의 중단(disruption)을 방지한다. 상기 중단은, 환경 내의 비제어된 온도 효과를 야기하는 매우 상이한 발열성(exothermicity)과 관련된 인접한 반응 챔버들에서 진행되는 공정 단계로부터 기인될 수 있다. 이는, 예를 들어, 고도의 발열 공정인 경우일 수 있다.
바람직하게는, 상기 CPC 방법은, 반응 시스템의 상이한 공정 단계의 반응 챔버는 상이한 온도에서 저장되고 반응 시스템의 동일한 공정 단계는 동일한 온도에서 저장되는 방식으로 수행되며, 이때 상기 온도는 -25 내지 900℃ 범위이고, 상기 온도는 바람직하게는 0 내지 800℃ 범위이다. 여기서, 또한, 동일한 공정 단계의 반응 챔버가, 가열 요소를 갖는 동일한 가열 블록에 저장되는 것이 특히 유리할 수 있으며, 이는, 온도 확립에서 매우 높은 정확도를 가능하게 한다. 결과적으로, 개별적인 공정 단계의 비교가능성이 특히 정확하며, 이는, 본 발명의 하나의 양태와 관련된다. 바람직한 가열 시스템의 선택은, 각각의 연구 대상인 화학적 방법의 성질 및 관형 반응기의 치수 둘 다에 의해 좌우된다. 상기 화학적 방법이 높은 발열성과 관련되는 경우, 각각의 관형 반응기에 대한 개별적인 가열 장치가 유리하다. 그러나, 더욱 특히, 동일한 공정 단계를 갖는 반응 시스템의 관형 반응기의 온도가 공통 가열 장치에 의해 제어되는 것이 또한 유리하며, 그 이유는, 이것이 온도 제어와 관련하여 사실상 동일한 조건을 보장할 수 있기 때문이되, 단, 높은 발열성(이의 결과로서 관형 반응기들이 서로 중단될 것임)은 발생하지 않는다.
또한 바람직한 CPC 방법의 하나의 실시양태에서, 상기 반응 챔버는 교반 탱크 반응기로서 구성된다. 상기 실시양태에서, 상기 반응 챔버가 교반 탱크 반응기로서 구성되고, 공급된 반응물 스트림에 균질 촉매 또는 슬러리 촉매의 형태로 촉매가 존재하는 것으로 상기 단계 (i)이 대체되고, 상기 단계 (ii)의 개별적인 반응 스트랜드에는 반응물 스트림이 집합적으로 공급되고, 상기 반응물 스트림은 액체 형태인 것이 또한 바람직하다. 다른 실시양태에서, 상기 반응물 스트림은 다상 형태, 예를 들어 기체/액체, 액체/액체 또는 기체/액체/고체이다. 바람직하게는, 교반 탱크 반응기는 연속 조작으로 이용된다.
상기 CPC 방법은 수많은 실시양태 및 가능한 용도를 제공한다. 하나의 실시양태에서, 상기 CPC 방법은, 관형 반응기를 반응 챔버로서 사용하는 균질 촉매화된 반응을 연구하는데 사용된다. 상기 관형 반응기는 교반 탱크 반응기 대신 사용된다. 다른 실시양태에서, 상기 CPC 방법은 균질 및 비균질 촉매화된 공정 단계를 포함하는 공정을 연구하는데 사용된다. 균질 및 비균질 촉매화된 공정 단계를 포함하는 공정의 연구와 관련하여, 바람직한 실시양태에서, 공정 스트랜드 내의 상이한 유형의 반응 챔버들은, 관형 반응기가 교반 탱크 반응기에 연결되는 방식으로 조합된다. 상기 공정에 따르면, 제 1 공정 단계는 관형 반응기 또는 교반 탱크 반응기에서 수행될 수 있으며, 이 경우, 상이하게 구성된 반응 챔버가 공정 단계의 하류에 연결된다.
균질 촉매의 공급은, 상기 CPC 방법이 산-촉매화된 또는 효소-촉매화된 공정의 연구에 이용될 수 있음을 의미한다. 슬러리 촉매의 공급은, 상기 CPC 방법이 촉매적 슬러리 공정, 예를 들어 잔사 개질, 피셔-트롭쉬(Fischer-Tropsch) 합성 또는 지방산의 수소화(지방 수소화)를 연구하는데 이용될 수 있음을 의미한다. 따라서, 상기 CPC 방법이 매우 다양한 방식으로 사용될 수 있음이 자명하다.
본 발명의 다른 실시양태에서, 상기 반응 챔버는 연속 유동층 반응기 형태로 구성된다. 상기 단계 (i)에서, 상기 반응 스트랜드의 개별적인 반응 챔버는 촉매 물질로 충전되고, 상기 단계 (ii)에서, 각각의 반응 스트랜드에는 반응물 스트림이 공급된다.
바람직한 실시양태에서, 상기 CPC 방법은 관형 반응기로 도입되는 고체 상태 촉매를 연구하는데 사용되므로, 이에 따라, 상기 반응 챔버가 관형 반응기로서 구성되는 것이 바람직하다. 용어 "관형 반응기"는, 선형 축의 직경보다 적어도 2배 긴 선형 축을 갖고 선형 축을 따라 공동을 갖는 모든 바디(body)와 관련된다. 상기 바디의 한쪽 말단은 상기 공동에 대한 접근부를 형성하고, 상기 바디의 한쪽 말단은 상기 공동에 대한 출구를 형성한다. 관형 반응기를 형성하는 바디는 바람직하게는 원통형 형태이다. 관형 반응기는 바람직하게는 금속성 물질을 포함하고, 관형 반응기는 또한 바람직하게는 금속성 물질로서 스테인레스 강을 포함한다. 추가적으로, 관형 반응기는 또한 세라믹 인레이, 바람직하게는 세라믹 인레이 관을 포함할 수 있다.
본 발명의 설명에서, 용어 "관형 반응기"가 사용되며, 그 이유는, 이것이 가장 바람직한 실시양태이기 때문이다. 그러나, 관형 반응기가 교반 탱크 반응기로 대체될 수 있음에 또한 주목해야 하며, 이 경우, 관형 반응기와 관련하여 언급된 특징이 또한 교반 탱크 반응기와 관련하여 구현될 수 있다. 하나의 예는, 관형 반응기의 온도를 제어하기 위한 장치이며, 이는 또한 교반 탱크 반응기의 온도를 제어하는 것과 동일한 방식으로 사용될 수 있다. 따라서, 당업자의 기술적 관점에서 구현이 가능하다면, 관형 반응기와 관련하여 언급된 기술적 특징의 개시내용이 다른 반응기와 관련하여 적용가능하다.
또한, 상기 반응 챔버가, 2 내지 50 mm 범위의 내부 직경 및 5 내지 150 cm 범위의 길이를 갖는 관형 반응기로 구성되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 관형 반응기의 내부 직경은 3 내지 25 mm 범위이고, 관형 반응기의 길이는 5 내지 150 cm 범위이다. 바람직하게는, 관형 반응기의 길이는 15 cm 내지 80 cm 범위이다. 또한, 개별적인 관형 반응기는 동일한 내부 직경 및 동일한 길이를 갖는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 상기 내부 직경은 3 내지 25 mm 범위이고, 상기 길이는 바람직하게는 15 cm 내지 80 cm 범위이다. 관형 반응기는 반응 관이거나, 관형 반응기는 또한 적어도, 촉매 물질의 고정을 위한 부재가 존재할 수 있는 하나 이상의 반응 관을 가진다. 반응기의 구성 및 촉매층의 고정은 당업자에게 공지되어 있다.
또다른 바람직한 실시양태에서, 상기 CPC 방법의 특성적 특징은, 상기 반응 시스템의 동일한 공정 단계의 관형 반응기들이 각각 동일한 촉매를 포함한다는 것이다. 바람직하게는, 상기 촉매는 미립자 형태이고, 입자 직경은 1 내지 10000 μm, 바람직하게는 50 내지 5000 μm, 더욱 바람직하게는 100 내지 4000 μm 범위이다. 상기 입자가 비-구형 입자인 경우, 용어 "입자 직경"은, 동일한 비 표면적(이는, 6×입자 부피/입자 표면적으로 계산됨)을 갖는 구의 등가 직경과 관련된다. 사용되는 촉매 입자는 당업자에게 공지된 모든 방법에 의해 제조될 수 있다. 예를 들어, 상기 촉매의 제조에 사용되는 방법은, 침전, 건조, 함침, 체질, 펠릿화, 압출, 분무 건조 및 하소와 같은 단계를 포함하는 방법을 포함할 수 있다.
여기서는, 상기 촉매 입자가 10000 μm보다 한 차수 더 큰 크기를 갖고 압출물 형태임을 배제하지 않는다. 그러나, 촉매 물질의 치수에 맞는 방식으로, 사용되는 반응 관의 크기를 선택하는 것이 물론 필요하다. 상기 CPC 방법의 이점 중 하나는 소량을 시험한다는 것이다. 따라서, 작은 반응 챔버에서 연구되는 작은 입자를 사용하는 것이 또한 바람직하다.
상기 CPC 방법의 바람직한 실시양태에서, 반응 시스템 내에서, 동일한 공정 단계의 관형 반응기들은 각각 동일한 촉매(들)를 포함하고, 이때 촉매는 비활성 물질로 희석되고, 공정 단계의 촉매는, 0.01 : 100 내지 100 : 1 범위, 바람직하게는 1 : 10 내지 10 : 1 범위의 촉매 대 비활성 물질의 질량비를 특징으로 하는 비활성 물질에 의한 동일한 희석 정도를 포함한다. 이 경우, 상기 비활성 물질은 1 내지 10000 μm 범위의 입자 직경, 바람직하게는 50 내지 4000 μm 범위의 입자 직경을 가지며, 내부 반응기 직경 대 비활성의 입자 직경의 비가 25 초과 : 1인 것이 바람직하다. 비활성 물질에 의한 희석은 분석의 정확도를 추가로 향상시킬 수 있다. 이는 또한, 비활성 물질의 존재 하에 CPC 방법을 수행하는 것이, 종래 기술에 공지된 방법에 의해 이러한 방식으로 지금까지 달성되지 못했던 정확도의 상승과 관련하여 상승 효과를 제공함을 의미한다. 비활성 물질의 사용은, 촉매에 의해 수행된 반응이 상기 반응으로 인해 1℃ 초과의 반응기 온도 상승으로 발열성을 갖거나 내부 반응기 직경 대 촉매 입자 직경의 비가 25 미만 : 1인 경우에 특히 유리하다. 비-구형 입자의 경우, 용어 "직경"은, 6×입자 부피/입자 표면적으로 계산된, 해당 입자와 동일한 비 표면적을 갖는 구가 갖는 등가 직경과 관련된다. 내부 반응기 직경 대 비활성 물질의 입자 직경의 비는 바람직하게는 25 초과 : 1이다. 상기 비활성 물질 특성적 특징은, 뚜렷한 촉매 활성이 0이거나 없다는 것이다. 상기 비활성 물질은 바람직하게는 모래(SiO2), 석영, 커런덤(corundum) 및 SiC의 군으로부터의 물질을 포함한다.
상기 단계 (iv)에서, 병렬 배열된 반응 스트랜드로부터 배출된 생성물 스트림은 분석적 특성분석에 적용되고, 상이한 생성물 스트림의 분석 결과는 상대적 관점으로 표현된다. 바람직하게는, 상대적 관점으로의 표현은 차이의 형성을 포함하고, 물질 밸런스는 ±10 중량%의 표준 편차로 특징지어지고, 물질 밸런스는 바람직하게는 ±5 중량%의 표준 편차, 더욱 바람직하게는 ±2 중량%의 표준 편차, 더더욱 바람직하게는 ±1 중량%의 표준 편차에 의해 특징지어진다. 물질 밸런스는 또한 각각의 공정 매개변수에 의해 부분적으로 결정된다. 본 발명의 방법과 관련하여, 중간 샘플링을 부분적으로, 바람직하게는 전체적으로 생략할 수 있다는 것이 유리하다. 이는, 그렇지 않은 경우에는 중간 샘플링의 결과로 발생하는 반응 시스템의 중단을 배제한다. 상기 중단은, 예를 들어, 샘플 스트림을 채취하기 위해 밸브를 스위칭할 때의 압력 변동, 스트림의 배출과 관련된 오류에 의한 물질 밸런스의 중단, 촉매적 전환의 중단, 또는 샘플 스트림의 배출과 관련하여 촉매 활성에 대한 비가역적 손상을 포함한다.
예시적인 실시양태는, 본 발명의 방법의 유리한 양태를 상세히 예시하기 위한 것이다. 이러한 세부 사항은 탄화수소계(hydrocarbonaceous) 연료 또는 오일(탄화수소계 상)을 수소처리하는 방법에 관한 것이다. 상기 반응 시스템에는, 반응 시스템에서 액상 또는 기상과 조합된 액상 형태인 탄화수소계 상을 포함하는 반응물 스트림이 공급된다. 또한, 반응물 스트림은 기체 반응물로서 수소를 포함한다. 탄화수소계 상을 반응 시스템에 공급시, LHSV는 1 h-1이다. 5 mL의 반응 시스템의 총 촉매 부피를 고려할 때, 이는 5 mL/h의 액체 반응물 유속에 해당한다. 비교로서, 만약 총 촉매 부피가 50 및 500 mL라면, 반응물 유속은 각각 50 및 500 mL/h이다.
개별적인 반응 단계를 특성분석하기에 충분한 양의 액체 샘플을 수득하기 위해서는, 특정 최소량의 샘플을 채취해야 한다. 상기 방법의 수행에서, 샘플링 부피는, 예를 들어 샘플 당 5 내지 10 mL 범위여야 한다. 종래 기술에 따라 실시되는, 반응 챔버들 사이에서 상기 양의 샘플을 채취하는 것은, 상기 방법에 대한 개입(이는 시스템에 대한 중단으로 간주됨)을 야기하며, 중단 정도 및 관련된 중단 기간을 자세히 결정하는 것이 가능하다.
본원의 문맥에서 용어 "중단 기간"은, 샘플링 시간으로 인해 액체 반응물 스트림이 하류 반응 챔버로 공급되지 않으며 이의 결과로서 하류 반응 조건이 변형되고 화학 평형이 파괴되는 기간을 의미하는 것으로 이해된다. 중단 및 중단 기간의 존재는 정확도 및 정밀도의 손상을 야기한다.
본 발명의 방법에 의해 탄화수소계 연료 또는 오일을 수소처리하는 방법의 수행은 수 시간, 수 일 또는 심지어 수 주, 예를 들어, 24 시간, 48 시간, 100 시간 또는 150 시간, 개별적인 경우에는 심지어 100 일 이상의 지속을 포함한다.
후속되는 추정이 중단 기간 동안 제공되며, 이는, 상기 방법의 수행에 사용되는 촉매 부피를 사용하여 결정된다. 이러한 추정은, 1 h-1의 LHSV 및 샘플 당 5 내지 10 mL의 샘플링 부피를 사용하는 방법의 수행에 기초한다.
촉매 부피가 5 mL인 경우, 중단 기간은 샘플링 당 1 내지 2 시간의 범위이다. 촉매 부피가 50 mL인 경우, 중단 기간은 샘플링 당 6 내지 12 분 범위이다.
촉매 부피가 500 mL인 경우, 중단 기간은 샘플링 당 36 내지 72 초 범위이다.
500 mL 초과의 촉매 부피를 갖는 파일럿 플랜트의 경우, 반응 챔버들 사이의 샘플링에 의해 야기되는 중단 기간은 수 초 범위이다. 본 발명에서 바람직한 반응 챔버에서, 하류 반응 챔버에서 반응을 손상시키는 중단 기간은 수 분 내지 수 시간 범위이다. 상기 방법의 특정 이점이 여기서 자명함은 실시예로부터 명백해진다. 상기 방법의 특정 이점이 여기서 자명함은 실시예로부터 명백해진다.
바람직하게는, 본 발명의 방법은, 액체 생성물 스트림이 형성되거나 기체 생성물 스트림의 존재 하에 액체 생성물 스트림이 형성되는 공정의 특성분석에 관한 것이다. 상기 CPC 방법은 병렬로 수행되는 것이 또한 바람직하다. 바람직하게는, 상기 CPC 방법의 수행은, 병렬 배열의 2개 이상의 반응 시스템, 더욱 바람직하게는 병렬 배열의 4개의 반응 시스템, 더욱 바람직하게는 병렬 배열의 8개의 반응 시스템을 포함한다. 더욱 바람직하게는, 상기 방법의 특성적 특징은, 각각의 반응 시스템에서, 바람직하게는 1 mL 초과, 더욱 바람직하게는 2 mL 초과, 더욱 바람직하게는 4 mL 초과의 개별적인 액체 샘플의 부피로, 반응 스트랜드 당 및 시험일 당 하나 이상의 액체 샘플을 채취한다는 것이다.
상기 CPC 방법의 특성적 특징은, 반응 시스템에 공급되는 반응물 스트림이 천연 가스(C1-C4 탄화수소), 원유, 나프타, 가솔린, 케로센, 디젤, 중간 증류분, 감압 경유(vacuum gas oil), 상압 또는 진공 잔사 오일, 미네랄 오일, 바이오계(biobased) 오일, 수소 또는 합성 가스의 군으로부터 선택된다. 상기 CPC 방법에 의해 수행되는 반응은 바람직하게는, 정유 부문, 석유 화학 또는 합성 가스 화학으로부터의 반응이다. 정유 부문으로부터의 반응은 수소화, 크래킹 공정, 이성질체화, 탈황, 탈질소화, 탈방향족화, 탈산소화, 탈금속화, 및 탈염소화의 군으로부터 선택될 수 있다. 석유 화학으로부터의 반응은 개질, 알킬화, 트랜스 알킬화, 수소화, 탈수소화, 이성질체화, 온화한 크래킹 공정, 복분해, 올리고머화, 천연 가스(C1-C4)-투-방향족의 군으로부터 선택될 수 있다. 합성 가스 화학으로부터의 반응은 피셔-트롭쉬(Fischer-Tropsch) 합성, 메탄올 및 다이메틸 에터(DME) 합성, 메탄화, 고급 알코올의 합성, 메탄올-투-올레핀(MTO), 메탄올-투-가솔린(MTG), 메탄올-투-방향족(MTA)의 군으로부터 선택될 수 있다. 바람직한 실시양태는, 상기 언급된 반응 유형 중 2개 이상의 조합, 예를 들어 석유화학물질, 미네랄 오일 및 연료의 생산을 위한, 탈금속화, 탈황, 탈질소화 및 감압 경유의 크래킹의 조합을 포함한다. 다른 예는, 탈금속화, 탈황, 탈질소화, 크래킹, 이성질체화 및 최종 수소화에 의한, 잔류 오일로부터 미네랄 오일의 생산을 포함한다. 상기 CPC 방법의 이러한 바람직한 실시양태에서, 제시된 공정은 직렬-연결된 반응기 내에서 상이한 반응 온도에서 서로 별도로 수행된다.
바람직한 실시양태에서, 상기 CPC 방법의 특성적 특징은, 액체 반응물이 0.05 내지 20 h-1 범위의 LHSV로 공급되고 기체가 10 내지 50000 h-1 범위의 GHSV로 공급되는 경우, 상기 방법이 1 내지 500 bara 범위의 압력에서 수행된다는 것이다. 바람직하게는, 상기 CPC 방법은 1 내지 250 bara 범위의 압력에서 수행된다. bara 단위는 절대 압력과 관련이 있다. 바람직하게는, 상기 CPC 방법의 수행시, 관형 반응기가 사용되며, 동일한 공정 단계에서 사용되는 관형 반응기들은 바람직하게는 각각 동일한 부피 및 동일한 직경을 가진다.
상기 CPC 방법의 이점은, 다단계 공정에서 개별적인 반응기 단계의 생성물 스트림이 중단 없이 동시적 차이 형성을 통해 생성되고, 분석되고, 비교될 수 있다는 것이다. 바람직하게는, 상기 방법의 특성적 특징은, 액체 반응물이 0.05 내지 25 h-1, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 20 h-1 범위의 LHSV로 공급되고, 기체가 10 내지 75000 h-1, 더욱 바람직하게는 100 내지 50000 h-1 범위의 GHSV로 공급된다는 것이다. 바람직하게는, 상기 반응물 스트림은, 바람직하게는 액체의 계량 첨가를 위해 고압 펌프를 사용하여, 동일한 공급 유닛을 통해 반응 시스템의 관형 반응기에 공급된다.
본 발명의 다른 양태는, CPC 방법의 그룹이 동시 수행되는 방법이며, 동시 수행되는 CPC 방법의 개수는 2 내지 20개 범위인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 동시 수행되는 CPC 방법의 개수는 4 내지 10개 범위이다. 바람직하게는, 각각의 반응 시스템에는 동일한 화학 조성의 2개 이상의 반응물 스트림이 공급된다. 병렬화 정도와 관련하여, 더 높은 정도의 병렬화는 연구 및 시험의 가속화와 관련하여 유리한 효과를 제공한다고 말할 수 있다. 또한, 이러한 반응 연구는 기술적인 관점에서 매우 요구되는 조건 하에 수행된다는 것을 주목해야 한다. 또한, 상기 방법이 더 높은 병렬화 정도와 관련하여 조작되는 것을 생각해낼 수 있지만, 이 경우에는 상기 방법의 기술적 복잡성 및 관리성이 또한 더 높다.
본 발명은 또한, 본원에 제공된 설명의 범주 내의 CPC 방법에 의한 촉매적 공정의 특성분석용 장치 또는 다수의 CPC 방법의 동시 수행을 위한 장치에 관한 것이며, 상기 장치는 하나 이상의 반응 시스템을 갖는다는 특성적 특징을 가지며, 각각의 반응 시스템은, 반응 스트랜드에 상이한 개수의 반응 챔버를 구비한, 반응 챔버를 갖는 2개 이상의 반응 스트랜드를 병렬 배열로 가진다.
상기 CPC 방법의 수행을 위한 장치가 2개의 공정 단계(즉, APS = 2)를 포함하는 경우, 상기 장치는 2개의 반응 스트랜드를 갖는 반응 시스템이고, 이때 하나의 반응 스트랜드는 2개의 직렬-연결된 반응 챔버를 갖고, 하나의 반응 스트랜드는 단일 반응 챔버를 가진다. 3개의 공정 단계(APS = 3)를 갖는 CPC 방법의 수행을 위한 장치의 경우, 상기 장치는 2개 이상의 반응 스트랜드를 갖는 반응 시스템을 포함하고, 이때 하나의 반응 스트랜드는 3개의 직렬-연결된 반응 챔버를 갖고, 하나 이상의 반응 스트랜드는 3개 미만의 다수의 반응 챔버를 가진다.
바람직한 실시양태에서, 상기 장치의 특성적 특징은, 반응 스트랜드 내의 반응 챔버들을 연결하는 개별적인 연결 도관에 하나 이상의 온도 제어 유닛이 제공되고, 개별적인 연결 도관이, 각각의 경우, 상기 연결 도관의 상류에 배치된 반응 챔버의 온도에 대응하는 온도에서 가열된다는 것이다.
반응 스트랜드 내에 직렬로 배열된 반응 챔버들 간의 연결부가 스위칭 밸브에 대한 작동가능한 연결부를 갖거나 상기 작동가능한 연결부가 스위칭 밸브를 구비한다는 특성적 특징을 갖는 CPC 방법의 수행을 위한 장치가 바람직하며, 이때 상기 연결 도관에 연결되는 구성요소는 유체 스트림을 공급하는 공급 부재이다.
바람직하게는, 상기 반응 챔버는 관형 반응기의 형태이고, 상기 관형 반응기는 수직으로 정렬되며, 상기 장치는, 반응 스트랜드의 직렬-연결된 관형 반응기의 종축이 공통 축선을 따라 놓이거나 또는 반응 스트랜드의 관형 반응기의 종축이 병렬 배열된다는 특성적 특징을 가지며, 상기 관형 반응기의 병렬 배열은 U형 또는 S형 연결 부재를 구비하였고, U형 연결 부재에 의해서는 연결된 관형 반응기를 통한 교번 유동을 달성할 수 있고, S형 연결 부재에 의해서는 관형 반응기를 통한 정렬된 유동을 달성할 수 있다.
개별적인 공정 단계를 통한 반응물 스트림의 유동 방향은, 개별적인 관형 반응기를 통한 유동이 상류, 하류 또는 교번이 되도록 선택될 수 있다. 관형 반응기의 병렬 배열의 경우, 반응물 스트림의 안내는, 연결 부재 또는 연결 도관(02)의 구성에 의해 정의된다. 관형 반응기를 통한 유동이 하류에 존재하는 것이 바람직하다. 유동 방향과 관련된 질량 유동 방향의 명세에서, 이는 또한 상기 장치 내의 관형 반응기의 수직 배열을 포함한다는 점에 주목해야 한다. 상기 관형 반응기가 또한 수직 배열로부터의 작은 변동을 갖는 것이 배제되지는 않지만, 상기 변동은 바람직하게 45 ° 이하이다. 상기 관형 반응기의 병렬 배열 또는 상기 관형 반응기의 측방향 평면 배열은, 기존의 고-처리량 장치가 본 발명의 장치로 전환될 수 있다는 이점을 제공한다. 따라서, 기존의 장치가 본 발명의 CPC 방법을 위해 적절한 방식으로 개조되고 변경된다면, 기존의 장치를 사용하여 본 발명의 방법을 수행하는 것도 가능하다.
바람직한 실시양태에서, 상기 장치의 특성적 특징은, 상기 반응 시스템 또는 상기 반응 시스템의 각각의 반응 스트랜드의 말단 관형 반응기에 압력-유지 장치가 구비되고 상기 반응 시스템의 각각의 반응 스트랜드의 말단 관형 반응기에 바람직하게는 공통 압력-유지 장치가 구비된다는 것이다.
또한, 본 발명은, 상기 장치의 프로그램 제어기에 존재하는 소프트웨어 제어기를 포함한다. 상기 소프트웨어 제어기는, 단일 장치 내에서(이때, 하나의 CPC 방법만 수행됨) 또는 병렬 장치 내에서(이때, 다수의 다중 CPC 방법이 동시 수행됨) 상기 CPC 방법의 수행을 가능하게 한다. 상기 소프트웨어 제어기는 상기 장치의 제어 및/또는 조절을 가능하게 하며, 상기 제어 및/또는 조절은 반자동으로 또는 완전 자동으로 수행가능하다.
상기 CPC 방법의 이점은, 적절한 개수의 관형 반응기 및 관련 공정 단계를 사용하는 다단계 병렬 수행이 중단에 대한 더 낮은 경향을 가진다는 것이다. 예를 들어, 국제 특허 출원 공개 제 WO 2008/080365 A1 호에 기술된 바와 같이, 다단계 반응기 관 배열을 사용하는 당분야에 공지된 방법은 관형 반응기의 직렬 배열로부터 진행되고, 생성물 스트림은 중간 샘플링에 의해 유도된다. 본 발명의 방법은, 반응기들 간의 연결 도관으로부터 생성물 유체를 샘플링할 경우 발생하는 이러한 중단의 영향을 배제한다. 바람직하게는, 상기 방법은, 개별적인 관형 반응기가 각각의 경우 0.1 내지 100 g의 촉매량으로 충전된 관형 반응기에 중요하며, 상기 촉매량은 바람직하게는 관형 반응기 당 0.5 내지 80 g 범위이다.
본 발명의 방법은, 관형 반응기 당 촉매의 양이 예를 들어 1000 g 초과인 파일럿 플랜트 조작 및/또는 생산 조작에서 수행되는 공정에 관한 것이 아님에 주목해야 한다. 본 발명의 방법은 중간 샘플링을 생략한다. 본 발명의 방법에 의해, 병렬 배열의 관형 반응기 또는 관형 반응기 그룹(이는, 상기 반응 시스템의 주된 관형 반응기 그룹(주된 스트랜드로 지칭됨)을 형성함)에 의해 생성물 스트림의 특성분석으로부터 정보를 모의시험할 수 있다. 연결 도관으로부터 샘플을 채취하는 경우에서와 같이, 더 높은 공정 단계에서는 임의의 유체 부하가 박탈되지 않는다. 본 발명의 방법과 관련하여 유리한 실행으로 사용되는 소량의 촉매의 경우, 샘플 유체의 채취를 생략하면, 반응 평형 준수와 관련하여 상당히 더 우수한 반응 조건을 달성할 수 있다. 직렬 배열된 반응기들의 연결 도관으로부터 샘플 유체를 채취함으로부터 발생할 수 있는 중단은 0.25 내지 480 분 범위의 평형 또는 재-평형 시간을 유발할 수 있다. 이와 독립적으로, 또한, 반응 특성에 대한 중단이 야기되어, 하류 촉매에 대한 가역적 또는 비가역적 손상까지 확장될 수 있으며, 이는 장치 조작자가 눈치 채지 못한 상태로 남게 된다. 상기 중단은 평형 위치의 이동과 관련이 있으며, 이는 더 이상 이전 평형 상태로 되돌아가지 않는다. 이는, 실제로 조작자가 눈치 채지 못한 상태로 남아 있고/있거나 촉매 또는 선택된 공정 조건에 기인하는 체계적인 중단이다. 상기 CPC 방법이 당분야에 공지된 방법에 비해 정확도 및 정밀도에서 개선을 달성할 수 있다는 것은 완전히 예상치 못한 것이었다. 상기 개선은, 당분야에 공지된 방법에 의해 가능한 것보다 실제 시험 조건 하에 실제 반응 시스템의 더 우수한 검사를 가능하게 한다. 따라서, 파일럿 플랜트에 사용되는 촉매의 양에 비해 본 발명의 방법에 의해 사용되는 촉매의 양의 규모를 최소화하는 것이 또한 가능하다. 본 발명의 방법은, 반응 챔버 당 100 g 미만의 촉매량의 사용에 관한 것이다. 파일럿 플랜트에서는, 사용되는 촉매의 양이 100 g 초과의 범위이다. 소량의 촉매를 사용하는 본 발명의 방법에 의해 제공되는 개선된 데이터 품질로 인해, 다량의 촉매를 사용하는 파일럿 플랜트 시험의 횟수를 감소시킬 수 있다. 본 발명의 방법은 에너지 및 자원 절감을 가능하게 하며, 그 이유는, 시험 데이터의 개선된 품질이 파일럿 플랜트 시험을 더 적게 필요로 하기 때문이다.
바람직한 실시양태에서, 상기 CPC 방법의 특성적 특징은, 각각의 반응 시스템에 공급되는 2개 이상의 반응물 스트림이 몰 유속, 부피 유속 및 질량 유속의 군으로부터의 하나 이상의 유속 매개변수 면에서 대응하도록, 바람직하게는 2개의 유속 매개변수에 대응하도록, 더욱 바람직하게는 3개의 유속 매개변수에 대응하도록, 상기 2개 이상의 반응물 스트림이 선택되는 것이다. 병렬 배열된 상기 반응 시스템의 관형 반응기들에는 정확히 동일한 양의 반응물이 공급될 수 있고, 이에 따라, 반응기 관 내에 존재하는 촉매는 고도로 정확하게 비교가능한 조건에 적용된다는 것이 중요하고 유리하다. 이는, 반응 시스템의 각각의 반응 스트랜드에 반응물 스트림이 공급됨을 의미하며, 여기서 상기 반응물 스트림은 하나의 양태에 대응하는 것이 바람직하다.
더욱 바람직하게는, 상기 CPC 방법의 특성적 특징은, 반응 시스템의 제 1 반응 단계의 관형 반응기가 각각 전처리 촉매, 바람직하게는 동일한 전처리 촉매로 충전된다는 것이다. 또한, 다수의 공정 단계를 포함하는 복잡한 다단계 공정을 연구하는데 상기 방법이 특히 적합하다는 점에 주목해야 한다.
바람직한 실시양태에서, 하나 이상의 반응 시스템에 공급되는 반응물 스트림은 천연 가스(이의 특성 면에서 경질, 중간 및/또는 중질), 원유, 나프타, 가솔린, 케로센, 디젤, 중간 증류분, 감압 경유, 상압 또는 진공 잔사 오일, 미네랄 오일, 바이오계 오일, 수소 또는 합성 가스의 군으로부터 선택되고, 상기 방법에 의해 수행되는 반응은 정유 부문, 석유 화학 또는 합성 가스 화학으로부터의 반응이다. 정유 부문으로부터의 반응은 수소화, 크래킹 공정, 이성질체화, 탈황, 탈질소화, 탈방향족화, 탈산소화, 탈금속화 및 탈염소화의 군으로부터 선택될 수 있다. 석유 화학으로부터의 반응은 개질, 알킬화, 트랜스 알킬화, 수소화, 탈수소화, 이성질체화, 온화한 크래킹 공정, 복분해, 올리고머화, 천연 가스(C1-C4)-투-방향족의 군으로부터 선택될 수 있다. 합성 가스 화학으로부터의 반응은 피셔-트롭쉬 합성, 메탄올 및 다이메틸 에터(DME) 합성, 메탄화, 고급 알코올 합성, 메탄올-투-올레핀(MTO), 메탄올-투-가솔린(MTG) 및 메탄올-투-방향족(MTA)의 군으로부터 선택될 수 있다. 바람직한 실시양태는, 상기 언급된 반응 유형 중 2개 이상의 조합, 예를 들어, 석유 화학 물질, 미네랄 오일 및 연료의 제조를 위한, 탈금속화, 탈황, 탈질소화 및 감압 경유의 크래킹의 조합을 포함한다. 다른 예는, 탈금속화, 탈황, 탈질소화, 크래킹, 이성질체화 및 최종 수소화에 의해 잔류 오일로부터 미네랄 오일을 생산하는 것을 포함한다. 상기 CPC 방법의 이러한 바람직한 실시양태에서, 제시된 공정들은, 직렬-연결된 반응기 내에서 상이한 반응 온도에서 서로 별개로 수행된다. 이는, 각각의 개별적인 공정 단계에 대한 개별적인 온도 제어를 가능하게 한다. 동시에, 상류 공정 단계로부터의 현실적인 반응물 스트림이 하류 공정 단계로 계량 도입되며, 이는, 하나의 공정 단계로부터 다음 공정 단계로의 중간 스트림의 제공 또는 모의실험이 필요 없음을 의미한다. 각각의 공정 단계의 상류에 추가의 반응물 스트림을 계량 첨가할 가능성은, 현실에 대한 진실성을 최대화하면서 산업 공정 단계의 모의실험을 개선한다. 본 발명의 방법의 또다른 이점은, 다단계 공정에서 개별적인 반응기 단계의 생성물 스트림이 중단 없이 동시적 차이 형성을 통해 생성, 분석 및 비교될 수 있다는 것이다. 바람직하게는, 상기 방법의 특성적 특징은, 액체 반응물이 0.05 내지 25 h-1, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 20 h-1 범위의 LHSV로 공급되고, 기체가 10 내지 75000 h-1, 더욱 바람직하게는 100 내지 50000 h-1 범위의 GHSV로 공급된다는 것이다. 바람직하게는, 상기 반응물 스트림은, 바람직하게는 액체의 계량 첨가용 고압 펌프를 사용하여, 동일한 공급 유닛을 통해 반응 시스템의 관형 반응기에 공급된다. 천연 가스는 경질, 중간 또는 중질 천연 가스의 형태일 수 있다. 경질 천연 가스는 5 부피%의 고급 탄화수소(C2-C4)를 포함한다. 중간 중질 천연 가스는 10 내지 12 부피%의 고급 탄화수소를 포함하고, 중질 천연 가스는 약 20 내지 25 부피%의 고급 탄화수소를 포함한다.
연결 부재와 관련하여, 이는 바람직하게는, 반응 챔버의 내부 부피에 비해 작은 내부 부피를 갖고 이의 벽 표면 상에 감지가능한 촉매 활성을 갖지 않는 파이프 라인임을 주목해야 한다. 연결 도관의 내부 부피는 바람직하게는 상기 관형 반응기의 내부 부피보다 50% 더 적으며, 연결 도관의 내부 부피는 더욱 바람직하게는 상기 관형 반응기의 내부 부피보다 75% 더 적으며, 연결 도관의 내부 부피는 더더욱 바람직하게는 상기 관형 반응기의 내부 부피보다 90% 더 적다. 생성물 유체 및 반응물 유체는, 연결 도관에서 본 발명의 방법을 손상시키는 촉매 반응의 발생 없이 연결 도관을 통해 안내된다.
바람직한 실시양태에서, 본 발명의 장치의 특성적 특징은, 각각의 반응 시스템의 말단 관형 반응기에 압력-유지 장치가 구비되고, 바람직하게는 각각의 반응 시스템의 말단 반응기에 공통 압력-유지 장치가 구비되고, 더욱 바람직하게는 각각의 반응 시스템의 말단 반응기에 압력-유지 장치 및 압력 조절 장치가 구비된다는 것이다.
마찬가지로 바람직한 다른 실시양태에서, 본 발명의 장치의 특성적 특징은, 관형 반응기 그룹의 관형 반응기를 연결하는 개별적인 연결 도관(02)이 하나 이상의 온도 제어 유닛을 구비하는 것이며, 바람직하게는, 연결 도관(02)은 상기 연결 도관의 하류에서 상기 관형 반응기의 온도에 대응하는 온도로 가열되고, 연결 도관(02)의 온도는 바람직하게는 -25 내지 900℃, 더욱 바람직하게는 0 내지 800℃의 온도 범위이다.
각진(angled) 연결 도관(02)의 사용을 통해, 기존의 고-처리량 장치를 개조하고 이를 사용하여 본 발명의 방법을 수행할 수 있다. 기존의 고-처리량 장치에는, 다수의 관형 반응기가 병렬 배열로 이미 존재한다. 도 4a 및 도 4b의 개략도로부터, 관형 반응기 그룹 내의 반응물 스트림의 유동 방향이 교번하거나(도 4a에 도시된 바와 같이) 또는 균일함(도 4b에 도시된 바와 같이)을 알 수 있다. 도 4b에서는, 반응물 스트림이 촉매층에 대해 각각의 경우 아래쪽으로 흐르거나 유동한다. 아래쪽으로의 관통 유동(through-flow)을 갖는 층을 사용하는 실시양태가 바람직하다.
다른 바람직한 실시양태에서, 상기 장치의 특성적 특징은, 관형 반응기 그룹의 관형 반응기를 연결하는 연결 도관(02)이, 유체 스트림을 유도하는 스위칭 밸브에 대한 작동가능한 연결을 갖지 않는다는 것이다. 유체 샘플링은 하류 반응 단계에서 반응 특성의 중단을 야기하고, 하류 촉매에 비가역적 손상을 유발할 수 있다. 샘플링으로 인해 유발된 압력 서지(surge)는 또한, 이전 반응 단계에서의 반응 특성을 손상시킬 수 있다. 다른 실시양태에서, 본 발명의 장치는, 유체 스트림을 하류 반응 단계에 공급할 수 있는 스위칭 밸브에 작동가능하게 연결될 수 있다. 하류 반응 단계가, 이전 반응 단계에서 필요하지 않은 반응을 진행시키기 위해 추가의 반응물을 필요로 하거나, 반응의 진행을 방해하는 경우, 유체의 첨가가 필요할 수 있다. 또한, 이에 따라, 반응물 스트림 중 하나 이상의 반응물의 물질 스트림을 개별적으로 각각의 반응 단계에 맞출 수 있다. 예를 들어, 특정 GHSV 조건을 확립하기 위해 또는 이전 반응 단계에서 소비된 수소를 보충하고 수소 결핍을 방지하기 위해, 조합된 수소화 및 크래킹 반응의 경우 수소 유속을 개별적으로 반응 단계에 맞춘다. 상기 반응 단계들 사이에서 추가로 계량 도입된 반응물 스트림의 개수는 본 발명의 방법의 복잡성에 영향을 미친다.
본 발명의 장치가 데이터 기술 수단을 사용하여 제어되고, 상기 방법이 완전 자동 방식으로 수행되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 또한, 촉매 시험 방법의 수행을 자동으로 제어 및/또는 조절하는 프로그램 제어기에 존재하는 소프트웨어 제어기에 관한 것이다.
도 1은, 2개의 반응 시스템을 구비한 장치의 개략도를 도시하는 것이며, 이때 각각의 반응 시스템은 3개의 공정 단계를 위해 설계되고 3개의 반응 스트랜드를 가진다. 각각의 반응 시스템은 공정 단계 당 하나의 가열 장치를 가진다.
도 2a는, 2단계, 3단계 및 4단계 반응 시스템 형태의 3개의 반응 시스템의 개략도를 도시하는 것이며, 이때 상기 2단계 반응 시스템에는 2개의 반응 스트랜드가 구비되고, 상기 3단계 반응 시스템은 3개의 반응 스트랜드로 구성되고, 상기 4단계 반응 시스템은 4개의 반응 스트랜드를 가진다.
도 2b는, 도 2a에 도시된 3개의 반응 시스템의 개략도를 도시하는 것이며, 이때 각각의 개별적인 관형 반응기에는 각각의 관형 반응기의 개별적인 가열을 위한 개별적인 히터가 구비된다.
도 3a는, 3단계, 4단계 및 6단계 배열 형태의 3개의 반응 시스템의 개략도를 도시하는 것이다. 상기 3단계 반응 시스템 및 상기 4단계 반응 시스템은 2개의 반응 스트랜드를 갖고, 상기 6단계 반응 시스템은 3개의 반응 스트랜드를 가진다. 각각의 개별적인 반응 스트랜드는 관형 반응기의 직렬 배열로부터 형성된다.
도 3b는, 각각의 개별적인 관형 반응기에 다중-대역 가열이 구비된 2단계 반응 시스템의 개략도를 도시하는 것이다. 이 도면은 각각의 관형 반응기에 대한 3개의 대역 Z1, Z2 및 Z3을 도시하고 있다. 가열 대역의 개수는 또한 3개보다 많거나 적을 수 있다.
도 4a는, 3단계 반응 시스템의 개략도를 도시하는 것이며, 이때 개별적인 관형 반응기 그룹의 특성적 특징은, 동일한 그룹의 관형 반응기들이 수평면에서 서로 나란히 배열되는 것이다. 반응 스트랜드의 관형 반응기들은 각진 또는 만곡된 연결 부재(02)에 의해 작동가능하게 연결된다. 여기서, 관형 반응기를 통한 유동은 제 1 단계의 하류, 제 2 단계의 상류 및 제 3 단계의 하류에 존재한다.
도 4b는, 모든 관형 반응기를 통한 흐름이 하류로 흐르는 3단계 반응 시스템의 개략도를 도시하는 것이다. 여기서, 연결 도관(02)은, 유체 스트림을 제 1 관형 반응기의 하부 배출구로부터 인접한 관형 반응기의 상부 유입구로 수송하도록 구성된다. 이러한 방식으로, 직렬-연결된 각각의 반응기를 통한 유동은 상부로부터 아래쪽으로 향한다. 도 4a에 도시된 직렬-연결된 반응기에서, 인접한 반응기들의 유체 유동은 상이한 방향으로 흐른다.
도 4c는, 도 4a의 도면에 대응하는 도면의 3단계 반응 시스템의 개략도를 도시하는 것이며, 이때 각각의 반응 스트랜드의 관형 반응기에는 전용 가열 장치가 구비된다. 도 4a에서와 마찬가지로, 관형 반응기를 통한 유동은 제 1 단계에서는 하류에 존재하고, 제 2 단계에서는 상류에 존재하고, 제 3 단계에서는 하류에 존재한다.
도 4d는, 모든 관형 반응기를 통한 유동이 하류에 존재하는, 3단계 반응 시스템의 개략도를 도시하는 것이다. 이 도면은 도 4b의 도면에 대응하며, 이때 반응 스트랜드의 각각의 연결 도관은, 별도의 가열 장치를 갖는 인접한 관형 반응기들을 연결한다.
도 5는, 3개의 반응 스트랜드를 구비한 4단계 반응 시스템의 개략도를 도시하는 것이며, 이때 제 2 공정 단계의 각각의 반응기들은 반응물 유체를 위한 공급(021, 022, 023)에 연결된다. 또한, 제 3 반응 스트랜드의 반응기(42, 43, 44)에는 수소 공급(014, 024, 034)이 구비된다. 제 2 및 제 1 반응 스트랜드의 반응기로의 수소 공급은 도시되지 않았다.
도 6은, 산업용 파일럿 반응기(PR)(이의 종축은 8개의 반응 대역(x1 내지 x8)로 분할되었임), 및 8개의 공정 단계 및 8개의 반응 스트랜드로 구성된 반응 시스템에 의해 파일럿 반응기(PR)에서의 공정을 모의시험하기 위한 실험 구성의 개략도를 도시하는 것이다.
이들 도면에 도시된 반응 시스템의 배열은 각각의 실시양태에서 본 발명의 방법을 수행하는데 사용될 수 있다.
도면의 상세한 설명
도 1은, 3단계 공정을 수행하는 것으로 의도된 2개의 반응 시스템을 구비한 장치의 개략도를 도시한다. 따라서, APS = 3이다. 각각의 반응 시스템은 3개의 반응 스트랜드를 가진다. 따라서, nS = 3이다. 제 2 반응 시스템에서, 관형 반응기는 대응적으로 프라임 부호(')로 표시되었다. 각각의 반응 시스템은 3개의 가열 장치를 가지며, 이때 가열 장치(05)는 제 1 단계의 3개의 반응기(11', 22' 및 31')를 가열한다. 가열 장치(06)는 제 2 단계의 2개의 반응기(22', 32')를 가열하고, 가열 장치(07)는 제 3 단계의 반응기(33')를 가열한다. 또한, 가열 장치(05)가 또한 반응기(11, 22 및 33)를 가열하는데 사용될 수 있다. 2개의 반응 시스템의 말단 관형 반응기(즉, 관형 반응기(11, 22 및 33) 또는 관형 반응기(11', 22' 및 33'))는 각각 배출구 도관을 통해 밸브(04)에 연결된다. 참조 번호 (02)는, 개별적인 관형 반응기(31' 및 33') 간의 연결 도관에 대한 예시로서 포함되었다. 연결 도관(즉, 참조 번호 (02)로 제시된 도관, 또는 표시가 없는 인접한 반응기들 사이의 도관)도 가열되는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 생성물 스트림에 존재하는 액체 생성물 및 기체 생성물은 분석적 특성분석 이전에 분리되고, 각각 별도로 특성분석된다. 각각의 개별적인 말단 관형 반응기의 하류에 연결될 수 있는 액체 샘플 분리용 샘플 수집 용기는 도 1에 도시되어 있지 않다. 상기 샘플 수집 용기는 바람직하게는 반응기 배출구와 멀티-포트 밸브(04) 간의 연결 도관에 배치된다. 샘플 수집 용기의 크기는, 각각의 경우에 수행되는 공정, 공정 조건 및 반응기 크기에 의해 좌우된다. 바람직하게는, 개별적인 샘플 수집 용기의 내부 부피는 25 mL 내지 1000 mL 범위, 더욱 바람직하게는 50 mL 내지 250 mL 범위이다. 상기 샘플 수집 용기의 충전은 시간 제어에 의해 또는 충전 수준 센서에 의해 제어될 수 있다. 액체 샘플은 정해진 주기로 분석을 위해 채취된다. 바람직하게는, 단위 시간당 수집된 샘플의 양이, 선택된 시간 동안 수집된 생성물 스트림 조성의 특징이 되도록, 상기 샘플 수집 용기의 내용물은 주기적 방식으로 비워진다. 짧은 시간 간격에 걸친 누적 샘플링에 의해, 촉매적 방법의 차등 변화에 대한 결론을 도출할 수 있다. "짧은 시간 간격"은, 해당 특정 샘플 수집 용기의 비움 및 분석이 0.25 내지 20 시간의 반복 시간 간격으로 수행됨을 의미하는 것으로 이해되고, 바람직하게는, 각각의 샘플 용기로부터의 액체 샘플의 분석은 0.5 내지 10 시간의 시간 간격으로 수행된다. 또한, 생성물 스트림 중에 액체 및 기체 생성물 둘 다를 갖는 촉매적 방법의 경우, 샘플링이 극도로 어렵고 중단되기 쉽다는 점을 강조해야 한다. 적절한 개수의 관형 반응기를 갖는 관형 반응기 그룹 또는 반응 스트랜드의 병렬 배열을 사용하는 본 발명의 방법은 중간 샘플링에서 발생되는 중단되기 쉬운 문제를 해결한다. 이는, 연구의 정확도를 향상시킬 수 있다. 규모의 감소에도 불구하고 높은 정확도를 보장하면서, 개선된 정확도를 사용하여 상기 방법의 규모를 또한 줄일 수 있다.
멀티-포트 밸브(04)는, 온라인 분석적 특성분석을 수행하기 위한 장치에 연결된 분석 도관으로 특정 배출구 도관 및 생성물 스트림을 안내할 수 있는 선택 밸브이다. 상기 장치는, MS 검출기, FID 및 AAS를 구비한 하나 이상의 기체 크로마토 그래피일 수 있다. 특성분석을 위해 선택 도관에 공급되지 않는 유체 스트림은 공통 배출구를 통해 상기 장치에서 배출될 수 있다.
도 2a에 도시된 도면은, 각각 2개, 3개 및 4개의 반응 스트랜드를 포함하는 3개의 상이한 반응 시스템을 도시한다. 따라서, 도시된 반응 시스템은 2개의 배열에 의해 2단계 방법을 수행하고, 3단계 배열에 의해 3단계 방법을 수행하며, 4단계 배열에 의해 4단계 방법을 수행하는 역할을 한다. 도 2b는, 각각의 개별적인 관형 반응기에 개별적인 히터(H1, H2, H3 등)가 구비될 수 있음을 보여준다. 동일한 공정 단계의 관형 반응기의 온도가, 가열 부재(05)에 대해 도 1에 도시된 것과 같은 가열 시스템에 의해 제어되는 실시양태가 바람직하다. 따라서, 개별적인 공정 단계의 반응기에는 개별적인 히터가 구비되거나 또는 각각의 공정 단계에 대한 하나의 집합적 히터가 각각 구비될 수 있다.
도 3a에는, 상기 반응 시스템이 또한 관형 반응기 그룹의 특정 선택으로부터 구성될 수 있음이 도시되어 있다. 예를 들어, 도 3a의 좌측에는, 2개의 반응 스트랜드를 구비한 3단계 공정의 수행을 위한 반응 시스템이 도시되어 있다. 2개의 반응 스트랜드를 갖는 4단계 공정의 수행을 위한 반응 시스템은 중간에 도시되어 있다. 2개, 4개 및 6개의 직렬-연결된 관형 반응기를 구비한 3개의 반응 스트랜드가 제공된 6단계 공정의 수행을 위한 반응 시스템은 우측에 도시되어 있다.
도 3b는, 하나의 관형 반응기와 하나의 관형 반응기 그룹(이들은 각각, 반응기의 다중-대역 가열을 가능하게 하는 특정 가열 유닛을 각각 구비하고 있음)의 병렬 배열을 형성하는 3개의 관형 반응기를 도시한다.
도 4a는, 3개의 공정 단계를 위한 반응 시스템의 개략적인 구조를 도시하며, 이때 관형 반응기들은 병렬 배열되고, 하나의 그룹의 관형 반응기들은 각진 또는 만곡된 연결 도관(02)에 의해 작동가능하게 연결된다. 관형 반응기를 통한 유동은 제 1 단계의 하류, 제 2 단계의 상류 및 제 3 단계의 하류에 존재한다.
도 4b는, 모든 관형 반응기를 통한 유동이 하류로 흐르는 3단계 반응 시스템의 개략도를 도시한다. 여기서, 연결 도관(02)은, 유체 스트림을 제 1 관형 반응기(예를 들어 관형 반응기(21))의 하부 배출구로부터 인접한 반응기의 상부 유입구(즉, 관형 반응기(22))로 안내하고, 이에 따라, 인접한 반응기들(즉, 반응기들(21 및 22) 또는 다른 반응기들(31, 32 및 33))을 통한 하류 유동을 가능하게 하도록 구성된다.
도 4c는, 개별적인 반응 스트랜드의 관형 반응기 그룹이 각각 별도의 가열 장치를 갖는 것을 제외하고는, 도 4a의 도면에 대응하는 도면에서 3단계 반응 시스템의 개략도를 도시한다. 도 4a에서와 마찬가지로, 관형 반응기를 통한 유동은 제 1 단계의 하류, 제 2 단계의 상류 및 제 3 단계의 하류에 존재한다.
도 4d는, 모든 관형 반응기를 통한 유동이 하류에 존재하는, 3단계 반응 시스템의 개략도를 도시한다. 상기 도면은 도 4b의 도면에 대응하며, 이때 관형 반응기 그룹, 개별적인 관형 반응기 및 연결 도관은 각각 별도의 가열 장치를 가진다.
제 2 공정 단계의 반응기에 각각 새로운 반응물 유체가 공급된다는 특성적 특징을 갖는 본 발명의 방법의 다른 바람직한 실시양태가 도 5에 도시되어 있다. 또한, 제 4 반응 스트랜드의 제 2, 제 3 및 제 4 공정 단계의 반응기에는 공급 유닛(004) 및 수소 공급(014, 024, 034)을 통해 수소가 공급된다. 수소 공급(014, 024, 034)은, 직렬 배열된 반응기들을 연결하는 연결 도관에 연결된다. 바람직하게는 또한 존재하는 더 높은 공정 단계의 다른 반응기로의 수소 공급은 도시되지 않았다. 더 높은 공정 단계의 반응 챔버들이 동일한 반응 조건이 적용되었다는 사실에 의해, 병렬 배열의 반응 스트랜드의 조건은, 데이터 품질에 기여하는 고정밀 제어에 적용될 수 있다. 개별적인 직렬-연결된 반응 챔버들 사이의 샘플링은 여기서 구상되지 않는다.
도 6은, 본 발명의 방법의 바람직한 실시양태에 의해 파일럿 반응기(PR)를 어떻게 모의실험하는가를 예시하기 위해, 8개의 공정 단계를 갖는 반응 시스템과 파일럿 반응기(PR)의 비교를 도시한다. 8개의 공정 단계 및 8개의 반응 스트랜드를 갖는 특정 구성에, 36개의 반응기가 사용된다. 이 예에서, 각각의 개별적인 반응기를 5 g의 촉매 물질로 충전한다. 따라서, 총 90 g의 촉매 물질을 사용하여, 상당히 더 다량(특히, 10 내지 500 kg 범위)의 촉매를 갖는 파일럿 반응기(PR) 내에서 수행되는 기술적 공정을 모의시험한다. 도 6에 도시되지 않은 것은, 반응 스트랜드의 개별적인 반응 단계가 상이한 온도에서 가열될 수 있다는 것이다.
기존의 고-처리량 장치를 사용하여 상기 CPC 방법을 수행하기 위해, 기존의 고-처리량 장치의 개조가 가능하다는 점에 주목해야 한다. 상기 개조는, 내부에 다수의 공정 단계를 갖는 반응 시스템을 통합함으로써, 또는 내부에 더 적은 개수의 공정 단계를 갖는 다수의 반응 시스템을 통합함으로써, 기존의 고-처리량 장치를 개조하는 방식으로 수행될 수 있다. 옵션은, 특히, 온도 제어 유닛 및 반응물 스트림 공급용 구성요소와 관련하여, 기존의 고-처리량 장치의 구성, 관형 반응기의 삽입 위치의 개수 및 기존 장치의 설계로부터 기인한다.
고-처리량 연구와 관련하여, 상기 CPC 방법은 높은 융통성을 제공하며, 이의 효과는, 상기 CPC 방법이 다기능 장치 내로 통합될 수 있다는 것이다. 상기 다기능 장치에 의해, 표준 스크리닝 방법 또는 CPC 방법을 수행할 수 있다.
본 발명의 다른 실시양태에서, 상기 고-처리량 장치는 모듈 형태로 공급되며, 이때 상기 장치의 개별적인 모듈은 플러그 연결 형태로 서로 연결된다. 장치 모듈의 조립에 기초하여, 하나 이상의 CPC 방법의 동시 수행 및 스크리닝 방법의 수행에 적합하도록 본 발명의 장치를 구성할 수 있다.
참조 부호 목록
Figure pct00001

Claims (15)

  1. 상이한 개수의 반응 챔버를 갖는 2개 이상의 반응 스트랜드(reaction strand)를 병렬 배열로 갖는 반응 시스템을 포함하는 촉매 공정 특성분석(catalytic process characterization) 방법 (이후, CPC 방법으로 지칭됨)으로서, 이때
    단일의 반응 스트랜드는 다수의 직렬-연결된 반응 챔버 또는 단일 반응 챔버를 포함하고,
    상기 방법은,
    (i) 상기 반응 스트랜드의 개별적인 반응 챔버를 촉매 물질로 충전하는 단계,
    (ii) 각각의 반응 스트랜드에 반응물 스트림을 공급하는 단계,
    (iii) 상기 반응 스트랜드에 공급되는 반응물 스트림을 상이한 반응 스트랜드 내의 상이한 개수의 공정 단계에 적용하는 단계로서, 이때 개별적인 공정 단계는 하나의 유형의 반응 및/또는 제시된 반응에서의 하나의 전환도(degree of conversion)를 포함하는, 단계,
    (iv) 병렬 배열된 상기 반응 스트랜드로부터 배출된 생성물 스트림을 분석적 특성분석(analytical characterization)에 적용하는 단계, 및
    (v) 상기 생성물 스트림의 분석적 특성분석에서 상이한 반응 스트랜드로부터 달성된 데이터를 상대적 관점으로(in relative terms) 표현하는 단계
    를 특징으로 하는, CPC 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 방법이 2개 이상의 반응 시스템을 갖고, 이때 각각의 반응 시스템은, 상이한 개수의 반응 챔버를 갖는 2개 이상의 반응 스트랜드를 병렬 배열로 포함하고, 단일 반응 스트랜드는 다수의 직렬-연결된 반응 챔버 또는 단일 반응 챔버를 포함하고,
    상기 방법이,
    (i) 상기 반응 스트랜드의 개별적인 반응 챔버를 촉매 물질로 충전하는 단계,
    (ii) 각각의 반응 스트랜드에 반응물 스트림을 공급하는 단계,
    (iii) 상기 반응 스트랜드에 공급되는 반응물 스트림을 상이한 반응 스트랜드 내의 상이한 개수의 공정 단계에 적용하는 단계로서, 이때 개별적인 공정 단계는 하나의 유형의 반응 및/또는 제시된 반응에서의 하나의 전환도를 포함하는, 단계,
    (iv) 병렬 배열된 상기 반응 스트랜드로부터 배출된 생성물 스트림을 분석적 특성분석에 적용하는 단계, 및
    (v) 상기 생성물 스트림의 분석적 특성분석에서 상이한 반응 스트랜드로부터 달성된 데이터를 상대적 관점으로 표현하는 단계
    를 특징으로 하고, 이때 상기 단계 (i) 내지 (v) 또는 상기 단계 (ii) 내지 (v)는 2개 이상의 반응 시스템에서 동시 수행되는, CPC 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 단계 (ii)가, 상기 반응 시스템 내의 각각의 개별적인 반응 스트랜드의 각각의 제 1 반응 챔버에 공급되는 개별적인 반응물 스트림이 화학 조성을 갖고/갖거나 상기 개별적인 반응물 스트림이 몰 유속, 부피 유속 및 질량 유속의 군으로부터의 하나 이상의 유속 매개변수 면에서 대응한다는 특성적 특징(charateristic feature)을 갖는, CPC 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    공정 단계의 개수(APS)가 2 내지 40 범위이고/이거나, 동시 수행되는 CPC 방법의 개수가 2 내지 20개 범위인, CPC 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계 (iii)이, 상기 반응 시스템 내의 개별적인 반응 스트랜드의 하류 반응 챔버에 반응물 스트림이 추가로 공급되고 구체적으로 각각의 하류 반응 챔버에 동일한 조성 및 동일한 양으로 공급된다는 추가적인 특성적 특징을 갖는, CPC 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응 시스템의 상이한 공정 단계의 반응 챔버는 상이한 온도에서 저장되고, 상기 반응 시스템의 동일한 공정 단계의 반응 챔버는 동일한 온도에서 저장되며, 이때 상기 온도는 -25 내지 900℃ 범위인, CPC 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응 챔버가, 2 내지 50 mm 범위의 내부 직경 및 5 내지 150 cm 범위의 길이를 갖는 관형 반응기로서 구성되는, CPC 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항 또는 제 10 항 및 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응 시스템의 동일한 공정 단계의 관형 반응기들이 각각 동일한 촉매를 포함하는, CPC 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응 시스템의 동일한 공정 단계의 관형 반응기들이 각각 동일한 촉매 및 동일한 촉매량을 포함하고, 이때 상기 촉매는 바람직하게는 미립자 형태이고, 입자 직경은 1 내지 10000 μm 범위이고/이거나, 상기 촉매는 비활성 물질로 희석된 것이고, 상기 공정 단계의 촉매들은, 0.01 : 100 내지 100 : 1 범위의 촉매 대 비활성 물질의 질량 비를 특징으로 하는 비활성 물질을 사용한 동일한 희석 정도를 포함하는, CPC 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 생성물 스트림의 조성이 분석되고, 상이한 생성물 스트림의 분석 결과가, 차이를 형성하는 것을 포함하는, 상대적 관점으로 표현되고,
    물질 밸런스(mass balance)가 ±10 중량%의 표준 편차를 특징으로 하는, CPC 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 반응 시스템에 공급되는 반응물 스트림이, 천연 가스 (경질, 중간 경질(moderately light) 또는 중질 천연 가스 형태), 원유, 나프타, 가솔린, 케로센, 디젤, 중간 증류분, 감압 경유(vacuum gas oil), 상압 또는 진공 잔사 오일, 미네랄 오일, 바이오계(biobased) 오일, 수소 및 합성 가스의 군으로부터 선택되고,
    상기 방법에 의해 수행되는 반응이, 정유 부문, 석유화학 또는 합성 가스 화학으로부터의 반응인, CPC 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법이 1 내지 500 bara 범위의 압력에서 수행되고,
    액체 반응물이 0.05 내지 20 h-1 범위의 LHSV로 공급되고,
    기체가 10 내지 50000 h-1 범위의 GHSV로 공급되는, CPS 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 CPC 방법을 이용한 촉매 공정 특성분석 장치로서, 이때
    상기 장치는 하나 이상의 반응 시스템을 갖고,
    각각의 반응 시스템은, 반응 스트랜드 내에 상이한 개수의 반응 챔버를 구비한, 반응 챔버를 갖는 2개 이상의 반응 스트랜드를 병렬 배열로 갖고,
    바람직하게는, 상기 반응 스트랜드 내에 직렬 배열된 반응 챔버들 간의 연결은 연결 도관을 갖거나 상기 연결 도관에는 스위칭 밸브가 구비되며, 상기 연결 도관에 연결된 스위칭 밸브는 공급 부재(feeding elements)이고, 이에 의해 유체 스트림이 공급되는, 촉매 공정 특성분석 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 반응 시스템들 또는 상기 반응 시스템의 각각의 반응 스트랜드의 말단 관형 반응기에는 압력-유지 장치가 구비되고,
    바람직하게는, 상기 반응 시스템들의 각각의 반응 스트랜드의 말단 관형 반응기에는 공통 압력-유지 장치가 구비된, 촉매 공정 특성분석 장치.
  15. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 촉매 시험 방법의 수행을 자동으로 제어 및/또는 조절하는, 제 13 항 또는 제 14 항에 따른 장치의 프로그램 제어기에 존재하는 소프트웨어 제어기.
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