KR20220031025A - 냉각된 생성물의 재순환 켄치 스트림으로서의 사용을 포함하는 경질 올레핀을 형성하는 방법 - Google Patents

냉각된 생성물의 재순환 켄치 스트림으로서의 사용을 포함하는 경질 올레핀을 형성하는 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20220031025A
KR20220031025A KR1020227002243A KR20227002243A KR20220031025A KR 20220031025 A KR20220031025 A KR 20220031025A KR 1020227002243 A KR1020227002243 A KR 1020227002243A KR 20227002243 A KR20227002243 A KR 20227002243A KR 20220031025 A KR20220031025 A KR 20220031025A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
dehydrogenation
product
stream
dehydrogenation product
catalyst
Prior art date
Application number
KR1020227002243A
Other languages
English (en)
Inventor
매튜 티. 프레츠
항야오 왕
앤소니 플럭
아담 엠. 맥닐리
Original Assignee
다우 글로벌 테크놀로지스 엘엘씨
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 다우 글로벌 테크놀로지스 엘엘씨 filed Critical 다우 글로벌 테크놀로지스 엘엘씨
Publication of KR20220031025A publication Critical patent/KR20220031025A/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C5/00—Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms
    • C07C5/32—Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms by dehydrogenation with formation of free hydrogen
    • C07C5/327—Formation of non-aromatic carbon-to-carbon double bonds only
    • C07C5/333—Catalytic processes
    • C07C5/3335—Catalytic processes with metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C5/00—Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms
    • C07C5/32—Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms by dehydrogenation with formation of free hydrogen
    • C07C5/327—Formation of non-aromatic carbon-to-carbon double bonds only
    • C07C5/333—Catalytic processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C5/00—Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms
    • C07C5/32—Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms by dehydrogenation with formation of free hydrogen
    • C07C5/327—Formation of non-aromatic carbon-to-carbon double bonds only
    • C07C5/333—Catalytic processes
    • C07C5/3335—Catalytic processes with metals
    • C07C5/3337—Catalytic processes with metals of the platinum group
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C11/00—Aliphatic unsaturated hydrocarbons
    • C07C11/02—Alkenes
    • C07C11/04—Ethylene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C11/00—Aliphatic unsaturated hydrocarbons
    • C07C11/02—Alkenes
    • C07C11/06—Propene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C7/00—Purification; Separation; Use of additives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2523/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group C07C2521/00
    • C07C2523/08—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group C07C2521/00 of gallium, indium or thallium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2523/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group C07C2521/00
    • C07C2523/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group C07C2521/00 of noble metals
    • C07C2523/40—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group C07C2521/00 of noble metals of the platinum group metals
    • C07C2523/42—Platinum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2523/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group C07C2521/00
    • C07C2523/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group C07C2521/00 of noble metals
    • C07C2523/54—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group C07C2521/00 of noble metals combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups C07C2523/02 - C07C2523/36
    • C07C2523/56—Platinum group metals
    • C07C2523/62—Platinum group metals with gallium, indium, thallium, germanium, tin or lead

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Abstract

하나 이상의 실시형태에 따르면, 경질 올레핀을 형성하는 방법은 탄화수소 공급물 스트림을 반응기 내로 도입하는 단계, 탄화수소 공급물 스트림을 반응기 내에서 탈수소화 촉매와 반응시켜서 고온 탈수소화 생성물을 형성하는 단계, 탈수소화 촉매의 적어도 일부를 1차 분리 장치에서 고온 탈수소화 생성물로부터 분리하는 단계; 고온 탈수소화 생성물을 켄치 스트림(quench stream)과 조합하여 고온 탈수소화 생성물을 냉각시키고 중온 탈수소화 생성물을 형성하는 단계 및 중온 탈수소화 생성물을 냉각시켜서 냉각 탈수소화 생성물을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

냉각된 생성물의 재순환 켄치 스트림으로서의 사용을 포함하는 경질 올레핀을 형성하는 방법
관련 출원의 교차 참조
본 출원은 2019년 6월 28일자로 출원된 미국 임시 특허 출원 제62/868,340호의 우선권을 주장하며, 이는 그 전체 내용이 본원에 인용되어 포함된다.
기술분야
본 개시내용은 일반적으로 화학 처리 시스템에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 탈수소화 화학 처리 시스템에 관한 것이다.
경질 올레핀은 다양한 유형의 상품 및 물질을 제조하기 위한 기본 재료로 이용될 수 있다. 예를 들어, 에틸렌은 폴리에틸렌, 에틸렌 클로라이드 또는 에틸렌 옥사이드를 제조하는 데 이용될 수 있다. 이러한 생성물은 제품 포장, 건축, 직물 등에 이용될 수 있다. 따라서, 에틸렌, 프로필렌 및 부텐과 같은 경질 올레핀에 대한 산업 수요가 존재한다. 경질 올레핀은 원유 정제 작업으로부터의 생성물 스트림일 수 있는 소정의 화학 공급물 스트림에 따라 상이한 반응 공정에 의해 제조될 수 있다. 다수의 경질 올레핀은 촉매 탈수소화와 같은 촉매 공정을 통해 제조될 수 있고, 여기서 공급물 스트림은 공급물 스트림의 경질 올레핀으로의 전환을 용이하게 하는 유동성 촉매(fluidized catalyst)와 접촉된다. 이러한 시스템에서, 경질 올레핀에 대한 반응 선택성은 전체 공정 효율에 중요할 수 있다.
경질 올레핀을 제조하기 위한 개선된 시스템 및 방법에 대한 지속적인 요구가 존재한다. 탈수소화 생성물 스트림의 상승된 온도는 생성물 스트림의 원하지 않는 열분해(thermal cracking)를 초래할 수 있고, 소기의 경질 올레핀의 시스템 선택성을 감소시킬 수 있는 것이 발견되었다. 예를 들어, 생성물 스트림 중 미반응 알칸 및/또는 소기의 생성물 올레핀은 예를 들어 열교환기에 의해 생성물 스트림이 냉각되기 전의 촉매 분리 부분 및 반응기 시스템의 다른 하류 부분에서 열분해될 수 있다. 이러한 현상을 경감시키거나 완전히 억제하기 위해, 본원에 개시된 시스템은 생성물 스트림이 예를 들어 열교환기에 의해 냉각되면 생성물 스트림의 일부를 재순환시킨다. 냉각 생성물의 재순환 스트림(즉, 켄치 스트림(quench stream))은 고온 생성물 스트림의 온도를 감소된 속도의 바람직하지 않은 열분해를 갖는 중온(intermediate temperature)으로 감소시킨다. 예를 들어, 본원에 개시된 일부 반응 시스템에서, 고체 촉매 중 대부분을 생성물 스트림 가스로부터 분리하는 1차 분리 장치에서 생성물 스트림이 배출된 직후, 냉각 생성물 스트림이 재순환되어 고온 생성물 스트림과 접촉한다. 본원에 사용되기에 적합한 고체/가스 분리 장치의 예는 비제한적으로 사이클론 분리 장치(즉, 사이클론), 여과기 또는 고체로부터 가스를 분리하는 데 적합한 임의의 다른 장치를 포함한다. 이러한 켄치 스트림에 의한 접촉은 생성물 스트림을 켄치 스트림과 접촉하기 전의 생성물 스트림과 비교하여 감소된 열분해 속도를 갖는 중온으로 냉각시킨다. 따라서, 열분해는 적어도 재순환 스트림(즉, 켄치 스트림)이 고온 생성물 스트림과 접촉하는 지점부터 생성물 스트림이 예를 들어 열교환기에 의해 냉각되는 지점까지 감소된다.
하나 이상의 실시형태에 따르면, 경질 올레핀을 형성하는 방법은 탄화수소 공급물 스트림을 반응기 내로 도입하는 단계, 탄화수소 공급물 스트림을 반응기 내에서 탈수소화 촉매와 반응시켜서 고온 탈수소화 생성물을 형성하는 단계로서, 탈수소화 생성물은 촉매적으로 반응되지 않았던 탄화수소 공급물 스트림의 적어도 일부를 포함하는, 단계, 탈수소화 촉매의 적어도 일부를 1차 분리 장치 내에서 고온 탈수소화 생성물로부터 분리하는 단계를 포함할 수 있고, 1차 분리 장치 내에서 탈수소화 생성물 및 탈수소화 촉매의 온도는 적어도 550℃이다. 본 방법은 1차 분리 장치로부터 고온 탈수소화 생성물의 배출 후, 고온 탈수소화 생성물을 켄치 스트림과 조합하여 고온 탈수소화 생성물을 냉각시키고 중온 탈수소화 생성물을 형성하는 단계를 추가로 포함할 수 있고, 켄치 스트림은 가스 스트림이고, 중온 탈수소화 생성물의 온도는 고온 탈수소화 생성물의 온도보다 적어도 10℃ 낮다. 본 방법은 중온 탈수소화 생성물을 냉각시켜서 냉각 탈수소화 생성물을 형성하는 단계를 추가로 포함할 수 있고, 냉각 탈수소화 생성물의 일부는 켄치 스트림의 적어도 일부로서 이용된다.
하나 이상의 추가의 실시형태에 따르면, 경질 올레핀을 형성하는 방법은 탄화수소 공급물 스트림을 반응기 내로 도입하는 단계, 탄화수소 공급물 스트림을 반응기 내에서 탈수소화 촉매와 반응시켜서 고온 탈수소화 생성물을 형성하는 단계로서, 탈수소화 생성물은 촉매적으로 반응되지 않았던 탄화수소 공급물 스트림의 적어도 일부를 포함하는, 단계 및 탈수소화 촉매의 일부를 1차 분리 장치 내에서 고온 탈수소화 생성물로부터 분리하는 단계를 포함할 수 있고, 1차 분리 장치 내에서 탈수소화 생성물 및 탈수소화 촉매의 온도는 적어도 550℃이다. 본 방법은 1차 분리 장치로부터 고온 탈수소화 생성물의 배출 후, 고온 탈수소화 생성물을 켄치 스트림과 조합하여 고온 탈수소화 생성물을 냉각시키고 중온 탈수소화 생성물을 형성하는 단계를 추가로 포함할 수 있고, 켄치 스트림은 가스 스트림이고, 중온 탈수소화 생성물의 온도는 고온 탈수소화 생성물의 온도보다 적어도 10℃ 낮다. 본 방법은 중온 생성물을 2차 분리 장치로 전달하는 단계로서, 이 장치에서 탈수소화 촉매 잔류물이 중온 생성물로부터 제거되는, 단계 및 중온 탈수소화 생성물을 냉각시켜서 냉각 탈수소화 생성물을 형성하는 단계를 추가로 포함할 수 있고, 냉각 탈수소화 생성물의 일부는 켄치 스트림의 적어도 일부로서 이용된다.
전술한 간단한 요약 및 하기 상세한 설명 모두는 본 기술의 실시형태를 제시하며, 청구되는 기술의 특성 및 특징을 이해하기 위한 개요 또는 체계를 제공하기 위한 것임을 이해해야 한다. 첨부된 도면은 본 기술에 대한 추가적인 이해를 제공하기 위해 포함되며, 본 명세서에 포함되어 일부를 구성한다. 도면은 상세한 설명과 함께 다양한 실시형태를 예시하며, 본 기술의 원리 및 작동을 설명하는 역할을 한다. 또한, 도면 및 상세한 설명은 단지 예시를 위한 것이며, 어떠한 방식으로든 청구항의 범주를 제한하도록 의도된 것이 아니다.
본원에서 개시된 기술의 추가적인 특성 및 이점은 하기 상세한 설명에서 제시될 것이며, 일부는 이러한 설명으로부터 당업자에게 용이하게 명백할 것이거나 하기 상세한 설명, 청구항 및 첨부된 도면을 포함하는 본원에 기재된 바와 같은 기술을 실시함으로써 인식될 것이다.
본 개시내용의 특정 실시형태의 하기 상세한 설명은 하기 도면과 함께 해석할 때 가장 잘 이해될 것이며, 동일 구조는 동일 참조 번호로 표시되고,
도 1은 본원에 기재된 하나 이상의 실시형태에 따른 하류 냉각 및 재순환 켄치 스트림을 갖는 반응기 시스템의 일반화된 흐름도를 도시하며;
도 2는 본원에 기재된 하나 이상의 실시형태에 따른 반응기 시스템의 일부를 개략적으로 도시하고;
도 3은 본원에 기재된 하나 이상의 실시형태에 따른 반응기 시스템의 일부를 개략적으로 도시하며;
도 4는 본원에 기재된 하나 이상의 실시형태에 따른 반응기 시스템의 일부를 개략적으로 도시하고;
도 5a 및 5b는 하나 이상의 실시형태에 따른 온도 켄칭 전 반응 속도(각각의 반응물에 대한 개별적인 목표 온도에서의 속도를 나타냄) 대비 온도 켄칭 후 반응 속도의 비를 그래프로 도시하며;
도 6은 하나 이상의 실시형태에 따른 생성물 스트림을 다양한 양으로 켄칭하는 데 필요한 생성물 스트림 대비 수증기 및 미정제 프로필렌의 계산된 백분율(부피/부피)을 그래프로 도시하고;
도 7은 하나 이상의 실시형태에 따른 켄치 스트림, 켄칭 매질(수증기 또는 미정제 프로필렌)과 혼합 후 온도 강하 및 1차 분리 장치의 배출구와 가스-가스 열교환기의 주입구 사이에서의 체류 시간의 함수로서 계산된 누적 프로필렌 선택성(%)을 그래프로 도시하며;
도 8은 하나 이상의 실시형태에 따른 켄치 스트림, 켄칭 매질(수증기 또는 미정제 프로필렌)과 혼합 후 온도 강하 및 1차 분리 장치의 배출구와 가스-가스 열교환기의 주입구 사이에서의 체류 시간의 함수로서 계산된 누적 프로판 선택성(%)을 그래프로 도시한다.
도면은 본질적으로 개략적이며, 당업계에서 일반적으로 사용되는 반응기 시스템의 일부 구성요소, 예를 들어 비제한적으로 온도 전송기, 압력 전송기, 유량계, 펌프, 밸브 등을 포함하지 않은 것임을 이해해야 한다. 이들 구성요소는 개시된 본 실시형태의 사상 및 범주 내에 있는 것을 인식할 것이다. 그러나, 본 개시내용에서 기재된 것들과 같은 작동 구성요소는 본 개시내용에 기재된 실시형태에 추가될 수 있다.
이제 다양한 실시형태에 대해 보다 상세하게 언급할 것이며, 그들 중 일부 실시형태는 첨부된 도면에 도시되어 있다. 가능한 한, 동일한 참조 부호는 도면 전반에 걸쳐 동일하거나 유사한 부분을 나타내기 위해 사용될 것이다.
본원에 개시된 기술의 실시형태는 다수의 도면에 대해 기술한다. 도 1은 본원에 개시된 하나 이상의 실시형태에 따른 반응기 시스템을 나타내는 예시적인 흐름도를 도시한다. 도 1의 시스템의 하나 이상의 실시형태의 다수의 공정 및 장비의 세부 사항은 도 2 내지 도 4에 관련하여 본원에 기술되는 것을 유의한다. 도 1의 하나 이상의 구성요소는 상호 통합되거나 인접할 수 있고, 일부 스트림은 단지 물질 이동을 도시하는 표시일 수 있으며, 물리적 파이프 또는 다른 이동 수단이 물리적으로 제시되지 않을 수 있음(예를 들어, 스트림은 반응기에서 상호 인접한 분리기로 직접 전달됨)을 다른 도면을 고려하여 인지할 것이다.
또한 도 1을 참조하면, 반응기 시스템(102)은 반응기(202), 분리 장치(220) 및 촉매 처리 부분(300)을 포함할 수 있다. 일반적으로, 탈수소화 반응과 같은 주반응은 반응기(202) 내에서 일어나고, 도시된 시스템의 외부로부터의 반응물 스트림(280)(종종 탄화수소 공급물 스트림으로 본원에서 지칭됨)은 촉매 처리 부분으로부터의 재생된 촉매 스트림(282)과 조합되고 반응기(202) 내로 전달된다. 반응 후, 촉매, 미반응 화학 물질 및 생성물 화학 물질은 스트림(284)을 통해 분리 장치(220)로 이송된다. "생성물 스트림"은 반응물 스트림(280)으로부터의 반응 생성물 및 미반응 성분을 모두 포함할 수 있음을 이해해야 한다. 반응물 스트림(280)은 프로판, n-부탄, 이소-부탄, 에탄 또는 에틸벤젠 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
스트림(284)은 본원에서 종종 고온 탈수소화 생성물로 지칭된다. 일반적으로 스트림(284)은 반응기(202) 내 온도와 동일하거나 가까운 온도를 갖는다. 상기 온도는 반응 및 이용된 촉매 시스템에 따라 달라질 수 있다. 하나 이상의 실시형태에서, 스트림(284)은 적어도 550℃의 온도(예를 들어, 적어도 575℃, 적어도 600℃, 적어도 625℃, 적어도 650℃, 적어도 675℃, 적어도 700℃ 또는 심지어 적어도 725℃)를 갖는다. 예를 들어, 프로판이 탈수소화될 때, 스트림(284)의 온도는 약 620℃(예를 들어, 600℃ 내지 640℃)일 수 있다. 에틸벤젠이 탈수소화될 때, 스트림(284)의 온도는 약 595℃(예를 들어, 575℃ 내지 615℃)일 수 있다. 에탄이 탈수소화될 때, 스트림(284)의 온도는 약 750℃(예를 들어, 730℃ 내지 770℃)일 수 있다. 부탄이 탈수소화될 때, 스트림(284)의 온도는 약 600℃(예를 들어, 580℃ 내지 620℃)일 수 있다.
분리 장치(220)는 1차 분리 장치(402) 및 2차 분리 장치(404)를 포함할 수 있다. 그러나, 2차 분리 장치(404)는 일부 실시형태에서 존재하지 않을 수 있음을 이해해야 한다. 추가의 실시형태에서, 1차 분리 장치(402) 및/또는 2차 분리 장치(404)는 비제한적으로 사이클론, 여과기 또는 촉매와 같은 고체를 가스로부터 분리하기 위한 다른 적합한 장치일 수 있다. 1차 분리 장치(402) 내의 가스상 반응물(gas phase reactant) 및 생성물 화학 물질로부터의 스트림(284)의 적어도 일부의 촉매(일반적으로 대부분)의 분리 후, 촉매는 스트림(299)을 통해 촉매 처리 부분(300)으로 전달되고, 생성물 및 반응물 가스(종종 고온 탈수소화 생성물로도 지칭됨)는 스트림(286)을 통해 1차 분리 장치(402)에서 배출될 수 있다. 스트림(286)의 온도는 스트림(284)의 온도와 거의 동일할 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 1차 분리 장치로부터 스트림(286)을 통해 고온 탈수소화 생성물의 배출 후, 고온 탈수소화 생성물은 켄치 스트림(296)과 조합되어 고온 탈수소화 생성물을 냉각시키고 스트림(287)(종종 중온 탈수소화 생성물로 지칭됨)을 형성할 수 있다. 켄치 스트림은 스트림(286)의 하류 부분인 가스 스트림일 수 있고, 이는 본원에서 상세하게 기술된다. 켄치 스트림은 에틸렌, 프로필렌 또는 부텐 이성질체(예를 들어, 반응 생성물) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
켄치 스트림(296)은 실질적으로 스트림(286)의 온도 미만의 온도를 가질 수 있다. 예를 들어, 켄치 스트림(296)은 150℃ 미만, 예를 들어 125℃ 미만, 100℃ 미만, 75℃ 미만 또는 심지어 50℃ 미만의 온도를 가질 수 있다. 켄치 스트림(296)은 열교환기(406)의 배출물인 스트림(290)과 거의 동일한 온도일 수 있다. 하나 이상의 실시형태에서, 켄치 스트림(296)의 온도는 스트림(286)의 온도보다 적어도 200℃ 낮을 수 있다(예를 들어, 스트림(286)의 온도 보다 적어도 250℃ 낮거나, 적어도 300℃ 낮거나, 적어도 350℃ 낮거나, 적어도 400℃ 낮거나, 적어도 450℃ 낮거나 심지어 적어도 500℃ 낮음).
켄치 스트림(296)의 스트림(286)과의 혼합은 스트림(287) 중 중온 탈수소화 생성물을 형성한다. 스트림(287)의 온도는 스트림(286)보다 적어도 10℃ 낮을 수 있다. 예를 들어, 스트림(287)의 온도는 스트림(286)보다 적어도 15℃, 20℃, 25℃, 30℃, 35℃, 40℃, 45℃, 50℃, 60℃, 70℃, 80℃, 90℃, 100℃, 110℃, 120℃, 130℃, 140℃ 또는 심지어 150℃ 낮을 수 있다. 프로판, n-부탄, 에탄 또는 에틸벤젠 중 적어도 하나 및 이의 반응 생성물의 열분해 속도는 스트림(286)과 비교하여 스트림(287)에서 감소될 수 있다. 예를 들어, 적어도 부분적으로 온도의 감소로 인한, 스트림(287)에서의 이들 성분의 열분해 속도는 스트림(286)에서의 열분해 속도의 90% 미만, 85% 미만, 80% 미만, 75% 미만, 70% 미만, 65% 미만, 60% 미만, 55% 미만, 50% 미만, 45% 미만, 40% 미만, 35% 미만, 30% 미만, 25% 미만, 20% 미만, 15% 미만, 10% 미만 또는 심지어 5% 미만일 수 있다.
2차 분리 장치(404)는 스트림(287) 중 촉매와 같은 임의의 잔류 고체를 추가로 분리하고, 그들을 라인(298)을 통해 촉매 처리 부분(300)으로 돌려 보낼 수 있다. 스트림(288)은 고체가 없거나 거의 함유하지 않을 수 있다. 스트림(288)은 스트림(287)과 거의 동일한 온도이기 때문에 여전히 중온 탈수소화 생성물로 지칭될 수 있다. 이어서, 스트림(288)은 예를 들어 열교환기(406)를 통해 이의 내용물을 냉각시키기 위해 처리된다. 추가의 실시형태에서, 냉각은 액체 켄칭 시스템 또는 스트림을 냉각하는 다른 알려진 수단에 의해 수행될 수 있다. 열교환기(406)의 생성물 스트림은 냉각 탈수소화 생성물로 지칭될 수 있는 스트림(290)이다. 스트림(290)의 온도는 켄치 스트림(296)에 대해 기재된 것과 거의 동일할 수 있다. 스트림(290) 및/또는 스트림(296)은 그들이 원하는 방향으로 흐르도록 압축에 적용될 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 스트림(296)은 일반적으로 이동 목적을 위해 스트림(287)의 압력보다 더 높은 압력을 가질 수 있다.
켄치 스트림(296)을 형성하기 위해, 스트림(290)의 적어도 일부는 시스템 내로 다시 재순환된다. 스트림(296)의 화학적 내용물은 스트림(286)의 화학적 내용물과 유사하거나 동일할 수 있는 것을 유의한다(즉, 일부 잔류물의 열분해 외의 추가적인 반응이 반응기(20) 내 반응 이후로 일어나지 않음). 켄치 스트림(296)과의 접촉에 의한 스트림(286)의 켄칭은 스트림(286)의 내용물을 실질적으로 열분해 반응 속도를 감소시키는 온도로 냉각시킬 수 있다. 스트림(286)은 열분해가 발생하는 온도일 수 있고, 이러한 열분해는 소기의 반응 생성물의 선택성을 감소시킬 수 있다.
켄치 스트림은 임의의 상당량의 수증기를 포함하지 않음을 이해해야 한다. 예를 들어, 켄치 스트림은 3 중량% 미만의 수증기(예를 들어, 2 중량% 미만의 수증기, 1 중량% 미만의 수증기 또는 추가의 실시형태에서는 실질적으로 수증기가 없음)를 포함한다. 하기 실시예에서 기술되는 바, 탈수소화 생성물 스트림의 켄칭으로서의 사용은 수증기의 사용과 비교하여 다수의 이점을 가질 수 있다.
이제 이러한 반응기 시스템의 사용에 따라 화학 스트림을 처리하는 예시적인 반응기 시스템 및 방법이 도 2를 고려하여 상세하게 논의될 것이다. 일부 경우에서, 도 1에 대한 동일한 번호가 도 2에서 이용되고, 도 1의 실시형태는 폭넓게 다양한 반응기 유형을 이용할 수 있고, 도 2의 반응기 유형은 단지 이러한 유형 중 하나의 예시인 것으로 이해해야 한다. 본원에 기재된 켄칭 실시형태는 본원에 기재된 바와 같은 순환형 촉매 이동에 의한 재생을 포함하지 않는 것들을 포함하는 다른 반응기 시스템 구성과 사용하기에 적합할 수 있음을 이해해야 한다.
이제 도2를 참조하면, 예시적인 반응기 시스템(102)이 개략적으로 도시되어 있다. 반응기 시스템(102)은 일반적으로 반응기 부분(200) 및 촉매 처리 부분(300)과 같은 다수의 시스템 구성요소를 포함한다. 도 2의 맥락에서 본원에 사용된 바, 반응기 부분(200)은 일반적으로 주요 공정 반응이 일어나는 반응기 시스템(102)의 일부를 지칭한다. 예를 들어, 반응기 시스템(102)은 공급물 스트림이 반응기 시스템(102)의 반응기 부분(200) 내에서 탈수소화 촉매의 존재 하에 탈수소화되는 탈수소화 시스템일 수 있다.
반응기 부분(200)은 하류 반응기 구역(230) 및 상류 반응기 구역(250)을 포함할 수 있는 반응기(202)를 포함한다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 도 2에 도시된 바, 반응기 부분(200)은 반응기(202) 내에서 형성된 화학 생성물로부터 촉매를 분리하는 역할을 하는 촉매 분리 구역(210)을 추가로 포함할 수 있다. 또한, 본원에 사용된 바, 촉매 처리 부분(300)은 일반적으로 촉매가 연소에 의한 것과 같은 일부 방식으로 처리되는 반응기 시스템(102)의 부분을 지칭한다. 촉매 처리 부분(300)은 연소기(350) 및 라이저(riser)(330)를 포함할 수 있고, 선택적으로 촉매 분리 구역(310)을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 촉매는 촉매 처리 부분(300) 내에서 코크스와 같은 오염 물질을 연소시키는 것에 의해 재생될 수 있다. 추가의 실시형태에서, 촉매는 촉매 처리 부분(300) 내에서 가열될 수 있다. 보충 연료는 코크스 또는 다른 연소성 물질이 촉매 상에 형성되지 않거나 촉매 상에 형성된 코크스의 양이 연소하여 촉매를 소기의 온도로 가열하는 데 충분하지 않는 경우, 촉매 처리 부분(300) 내에서 촉매를 가열하기 위해 이용될 수 있다. 하나 이상의 실시형태에서, 촉매 분리 구역(210)은 (예를 들어, 스탠드파이프(standpipe)(426)를 통해) 연소기(350)와 유체 연통할 수 있고, 촉매 분리 구역(310)은 (예를 들어, 스탠드파이프(424) 및 이동 라이저(430)를 통해) 상류 반응기 구역(250)과 유체 연통할 수 있다.
도 2에 대해 기재된 바, 공급물 스트림은 이동 라이저(430)로 유입될 수 있고, 생성물 스트림은 파이프(420)를 통해 반응기 시스템(102)에서 배출될 수 있다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 반응기 시스템(102)은 (예를 들어, 공급물 스트림 중) 화학 공급물 및 유동성 촉매를 상류 반응기 구역(250) 내로 공급하는 것에 의해 작동될 수 있다. 화학 공급물은 상류 반응기 구역(250) 내에서 촉매와 접촉하고, 각각은 위쪽을 향해 하류 반응기 구역(230)을 통해 흘러서 화학 생성물을 생성한다. 화학 생성물 및 촉매는 하류 반응기 구역(230)에서 벗어나 촉매 분리 구역(210) 내 분리 장치(220)로 전달될 수 있다. 촉매는 분리 장치(220) 내에서 화학 생성물로부터 분리된다. 화학 생성물은 촉매 분리 구역(210) 외부로 이동된다. 분리된 촉매는 촉매 분리 구역(210)에서 연소기(350)로 전달된다. 연소기(350)에서, 촉매는 예를 들어 연소에 의해 처리될 수 있다. 예를 들어, 비제한적으로 촉매는 탈-코크스화될 수 있고/있거나 보충 연료가 촉매를 가열하기 위해 연소될 수 있다. 이어서, 촉매는 연소기(350)에서 벗어나 라이저(330)를 통해 라이저 종단 분리기(378)로 전달되고, 거기서 라이저(330)로부터의 가스 및 고체 성분은 적어도 부분적으로 분리된다. 증기 및 잔류 고체는 촉매 분리 구역(310) 내 2차 분리 장치(320)로 이동되고, 거기서 잔류 촉매는 촉매 처리로부터 가스(예를 들어, 폐촉매 또는 보충 연료의 연소에 의해 방출된 가스)로부터 분리된다. 이어서, 분리된 촉매는 스탠드파이프(424) 및 이동 라이저(430)를 통해 촉매 분리 구역(310)에서 상류 반응기 구역(250)으로 전달되고, 거기서 추가로 촉매 반응에 이용된다. 따라서, 작동 중 촉매는 반응기 부분(200)과 촉매 처리 부분(300) 사이에서 순환될 수 있다. 일반적으로, 공급물 스트림 및 생성물 스트림을 포함하는 처리된 화학 스트림은 기체일 수 있고, 촉매는 유동성 미립자 고체일 수 있다.
도 2에 도시된 바, 상류 반응기 구역(250)은 하류 반응기 구역(230) 아래에 배치될 수 있다. 이러한 구성은 반응기(202) 내 상향류 구성으로 지칭될 수 있다. 반응기(202)는 또한 상류 반응기 구역(250)이 하류 반응기 구역(230) 상부 위치일 수 있는 하향류 반응기일 수 있다. 다른 반응기 구성이 또한 반응기 시스템(102)의 반응기 부분(200)으로 고려된다.
본원에 기재된 바, 상류 반응기 구역(250)은 특정 화학 반응에 적합한 용기, 드럼, 배럴, 통 또는 다른 컨테이너를 포함할 수 있다. 하나 이상의 실시형태에서, 상류 반응기 구역(250)은 일반적으로 원통 형상(즉, 실질적으로 원형 단면적 형상을 가짐)일 수 있거나, 대안적으로 비(非)-원통형, 예를 들어 삼각형, 직사각형, 오각형, 육각형, 팔각형, 타원형 또는 다른 다각형 또는 폐쇄곡선형(curved closed shape) 또는 이의 조합의 단면적 형상으로 형성된 각기둥일 수 있다. 본 개시내용 전반에 걸쳐 사용된 바, 상류 반응기 구역(250)은 일반적으로 금속 프레임을 포함할 수 있고, 금속 프레임을 보호하고/하거나 공정 조건을 조절하기 위해 이용되는 내화 라이닝(refractory lining) 또는 다른 재료를 추가로 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 바, 상류 반응기 구역(250)은 이동 라이저(430)의 상류 반응기 구역(250)으로의 연결을 정의하는 하부 반응기 부분 촉매 도입 포트(252)를 포함할 수 있다.
상류 반응기 구역(250)은 작동 중인 공급물 스트림 중 처리된 촉매 및/또는 반응물 화학 물질을 반응기 부분(200)으로 제공할 수 있는 이동 라이저(430)에 연결될 수 있다. 처리된 촉매 및/또는 반응물 화학 물질은 상류 반응기 구역(250) 내에 수용된 분배기(260)와 혼합될 수 있다. 이동 라이저(430)를 통해 상류 반응기 구역(250)으로 유입된 촉매는 스탠드파이프(424)를 통해 이동 라이저(430)로 전달될 수 있기 때문에 촉매 처리 부분(300)으로부터 도달한 것이다. 일부 실시형태에서, 촉매는 스탠드파이프(422)를 통해 촉매 분리 구역(210)으로부터 이동 라이저(430) 내로 직접 유입될 수 있고, 거기서 상류 반응기 구역(250)으로 유입된다. 촉매는 또한 (422)를 통해 직접 상류 반응기 구역(250)으로 공급될 수 있다. 이 촉매는 약간 비활성화될 수 있지만, 일부 실시형태에서 여전히 상류 반응기 구역(250) 내에서의 반응에 적합할 수 있다. 본원에 사용된 바, "비활성화"는 코크스와 같은 물질로 오염되거나 소기의 온도보다 더 저온인 촉매를 지칭할 수 있다. 재생은 코크스와 같은 오염 물질을 제거하거나 촉매의 온도를 상승시키거나 둘 모두일 수 있다.
또한 도 2를 참조하면, 반응기 부분(200)은 상류 반응기 구역(250)으로부터의 반응물, 생성물 및/또는 촉매를 촉매 분리 구역(210)으로 이동시키는 역할을 하는 하류 반응기 구역(230)을 포함할 수 있다. 하나 이상의 실시형태에서, 하류 반응기 구역(230)은 일반적으로 원통 형상(즉, 실질적으로 원형 단면적 형상을 가짐)일 수 있거나, 대안적으로 비-원통형, 예를 들어 삼각형, 직사각형, 오각형, 육각형, 팔각형, 타원형 또는 다른 다각형 또는 폐쇄곡선형 또는 이의 조합의 단면적 형상으로 형성된 각기둥일 수 있다. 본 개시내용 전반에 걸쳐 사용된 바, 하류 반응기 구역(230)은 일반적으로 금속 프레임을 포함할 수 있고, 금속 프레임을 보호하고/하거나 공정 조건을 조절하기 위해 이용되는 내화 라이닝 또는 다른 재료를 추가로 포함할 수 있다.
일부 실시형태에 따르면, 하류 반응기 구역(230)은 외부 라이저 구역(232) 및 내부 라이저 구역(234)을 포함할 수 있다. 본원에 사용된 바, "외부 라이저 구역"은 촉매 분리 구역(210) 외부에 있는 라이저 부분을 지칭하고, "내부 라이저 구역"은 촉매 분리 구역(210) 내부에 있는 라이저 부분을 지칭한다. 예를 들어, 도 2에 도시된 실시형태에서, 반응기 부분(200)의 내부 라이저 구역(234)은 촉매 분리 구역(210) 내부에 배치될 수 있고, 외부 라이저 구역(232)은 촉매 분리 구역(210) 외부에 배치된다.
도 2에 도시된 바, 상류 반응기 구역(250)은 전이 구역(258)을 통해 하류 반응기 구역(230)에 연결될 수 있다. 상류 반응기 구역(250)은 일반적으로 하류 반응기 구역(230)보다 더 넓은 단면적을 포함할 수 있다. 전이 구역(258)은 상류 반응기 구역(250)의 단면적 크기에서 하류 반응기 구역(230)의 단면적 크기로 점점 좁아져서 전이 구역(258)이 상류 반응기 구역(250)에서 하류 반응기 구역(230)으로 안쪽으로 향하도록 할 수 있다.
일부 실시형태에서, 상류 반응기 구역(250)과 하류 반응기 구역(230)이 유사한 단면적 형상을 갖는 것들과 같이, 전이 구역(258)은 절두체(frustum)로 형성될 수 있다. 예를 들어, 반응기 부분(200)이 원통형의 상류 반응기 구역(250) 및 원통형의 하류 반응기 구역(230)을 포함하는 실시형태의 경우, 전이 구역(258)은 원뿔형 절두체(conical frustum)로 형성될 수 있다. 그러나, 상류 반응기 구역(250)과 하류 반응기 구역(230)의 다양한 형상 및 크기를 연결하는 폭넓게 다양한 상류 반응기 구역(250) 형상이 본원에서 고려되는 것임을 이해해야 한다.
하나 이상의 실시형태에서, 형상, 크기 및 상류 반응기 구역(250)와 하류 반응기 구역(230) 내에서 온도와 압력과 같은 다른 처리 조건을 바탕으로, 상류 반응기 구역(250)은 예를 들어 고속 유동성(fast fluidized), 난류성(turbulent) 또는 기포층 상향류 반응기(bubbling bed upflow reactor)에서 등온이거나 등온에 가까운 방식으로 작동될 수 있고, 하류 반응기 구역(230)은 라이저 반응기에서와 같이 플러그 흐름 방식으로 작동될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 반응기(202)는 고속 유동성, 난류성 또는 기포층 반응기로 작동하는 상류 반응기 구역(250) 및 희석상 라이저 반응기(dilute phase riser reactor)로 작동하는 하류 반응기 구역(230)을 포함할 수 있고, 그 결과 평균 촉매 및 가스 흐름은 동시에 상향 이동한다. 본원에 사용된 용어로서, "평균 흐름"은 순 흐름, 즉, 총 상향 흐름에서 일반적으로 유동성 입자의 전형적인 거동인 역행류 또는 역류를 뺀 것을 지칭한다. 본원에 기재된 바, "고속 유동성" 반응기는 가스상(gas phase)의 공탑 속도가 초킹 속도(choking velocity)보다 더 크고, 작동 중에 중간 밀도(semi-dense)일 수 있는 유동화 체제를 이용하는 반응기를 지칭할 수 있다. 본원에 기재된 바, "난류성" 반응기는 공탑 속도가 초킹 속도보다 더 작고, 고속 유동성 체제보다 더 밀도가 큰 유동화 체제를 지칭할 수 있다. 본원에 기재된 바, "기포층" 반응기는 고밀도층 내에 매우 뚜렷한 기포가 두 개의 별개의 상에 존재하는 유동화 체제를 지칭할 수 있다. "초킹 속도"는 수직 이송 라인 내에서 희석상 모드로 고체를 유지하는 데 필요한 최소 속도를 지칭한다. 본원에 기재된 바, "희석상 라이저"는 가스 및 촉매가 희석상에서 거의 동일한 속도를 갖는 이동 속도로 작동되는 라이저 반응기를 지칭할 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 반응기(202) 내 압력은 6.0 내지 44.7 파운드/제곱 인치 절대 압력(psia, 약 41.4 킬로파스칼, kPa 내지 약 308.2 kPa) 범위일 수 있지만, 일부 실시형태에서, 보다 좁게 선택된 범위, 예를 들어 15.0 psia 내지 35.0 psia(약 103.4 kPa 내지 약 241.3 kPa)가 사용될 수 있다. 예를 들어, 압력은 15.0 pais 내지 30.0 psia(약 103.4 kPa 내지 약 206.8 kPa), 17.0 psia 내지 28.0 psia(약 117.2 kPa 내지 약 193.1 kPa) 또는 19.0 psia 내지 25.0 psia(약 131.0 kPa 내지 약 172.4 kPa)일 수 있다. 본원에서 표준(비(非)-SI)에서 미터(SI) 표현으로 단위 전환은 전환의 결과로서 미터(SI) 표현에서 존재할 수 있는 반올림을 나타내기 위해 "약"을 포함한다.
추가의 실시형태에서, 개시된 공정에 대한 중량 시간당 공간 속도(WHSV)는 반응기 내 촉매의 lb 당 시간(h) 당 0.1 파운드(lb) 내지 100 lb의 화학 공급물(lb 공급물/시간/lb 촉매)의 범위일 수 있다. 예를 들어, 반응기(202)가 고속 유동성, 난류성 또는 기포층 반응기로 작동되는 상류 반응기 구역(250) 및 희석상 라이저 반응기로 작동되는 하류 반응기 구역(230)을 포함하는 경우, 공탑 가스 속도는 그 내부에서 상류 반응기 구역(250) 내에서는 2 ft/s(약 0.61 m/s) 내지 10 ft/s(약 3.05 m/s) 범위일 수 있고, 하류 반응기 구역(230) 내에서는 30 ft/s(약 9.14 m/s) 내지 70 ft/s(약 21.31 m/s) 범위일 수 있다. 추가의 실시형태에서, 완전히 라이저 유형인 반응기 구성은 단일의 높은 공탑 가스 속도, 예를 들어 일부 실시형태에서 전체적으로 적어도 30 ft/s(약 9.15 m/s)에서 작동될 수 있다.
추가의 실시형태에서, 반응기(202) 내 공급물 스트림에 대한 촉매의 비는 중량에 대한 중량(w/w) 기준으로 5 내지 100의 범위일 수 있다. 일부 실시형태에서, 상기 비는 10 내지 40, 예를 들어 12 내지 36 또는 12 내지 24의 범위일 수 있다.
추가의 실시형태에서, 촉매 유량은 상류 반응기 구역(250) 내에서 1 파운드/제곱 피트-초(lb/ft2-s)(약 4.89 kg/m2-s) 내지 20 lb/ft2-s(약 97.7 kg/m2-s)일 수 있고, 하류 반응기 구역(230) 내에서 10 lb/ft2-s(약 48.9 kg/m2-s) 내지 100 lb/ft2-s(약 489 kg/m2-s)일 수 있다.
또한 도 2를 참조하면, 작동 중 촉매는 (상류 반응기 구역(250)에서) 하류 반응기 구역(230)을 통해 분리 장치(220) 내로 상향 이동할 수 있다. 분리된 증기는 촉매 분리 구역(210)의 가스 배출 포트(216)에서 파이프(420)를 통해 반응기 시스템(102)으로부터 제거될 수 있다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 분리 장치(220)는 본원에서 1차 및 2차 분리 장치로 지칭되는 하나 이상의 분리 장치를 포함할 수 있고, 이는 2개 이상의 사이클론 분리단일 수 있다. 도 2는 포괄적인 분리 장치(220)로서 단일 사이클론을 개략적으로 도시하는 것임을 인지해야 한다. 그러나, 도 1에 도시된 바, 사이클론 또는 여과기와 같은 다수의 분리 장치가 직렬로 이용될 수 있다. 분리 장치(220)가 하나 초과의 분리 장치를 포함하는 실시형태에서, 유동성 스트림이 유입되는 제1 분리 장치는 1차 분리 장치로 지칭된다. 1차 분리 장치로부터의 유동성 배출물은 추가적인 분리를 위해 2차 분리 장치 내로 유입될 수 있다. 1차 분리 장치는 예를 들어 명칭 VSS(UOP로부터 상업적으로 입수 가능), LD2(Stone and Webster로부터 상업적으로 입수 가능) 및 RS2(Stone and Webster로부터 상업적으로 입수 가능)로 상업적으로 입수 가능한 시스템 및 1차 사이클론을 포함할 수 있다. 1차 분리 장치는 예를 들어 미국 특허 제4,579,716호; 제5,190,650호; 및 제5,275,641호에 기재되어 있고, 이들 각각은 그 전체 내용이 본원에 인용되어 포함된다. 1차 사이클론을 1차 사이클론 분리 장치로 이용하는 일부 분리 시스템에서, 하나 이상의 추가의 분리 장치 세트(즉, 2차 분리 장치 및/또는 3차 분리 장치)가 생성물 가스로부터 촉매의 추가적인 분리를 위해 이용될 수 있다. 임의의 1차 분리 장치 및/또는 2차 분리 장치가 임의의 조합으로 본 발명의 실시형태에서 사용될 수 있음을 이해해야 한다.
또한 도 2를 참조하면, 켄치 스트림(296)은 1차 분리 장치의 가스 배출물과 접촉할 수 있고, 중온 탈수소화 생성물을 형성할 수 있다. 켄치 스트림(296)의 내용물은 도 1과 관련하여 상기에서 제시되고 기재되어 있다.
일부 실시형태에 따르면, 분리 장치(220) 내에서 증기로부터 분리 후, 촉매는 일반적으로 스트리퍼(224)를 통해 반응기 촉매 배출 포트(222)로 이동할 수 있고, 거기서 촉매는 반응기 부분(200)에서 벗어나 스탠드파이프(426)을 통해 촉매 처리 부분(300) 내로 이송된다. 선택적으로, 촉매는 또한 스탠드파이프(422)를 통해 상류 반응기 구역(250) 내로 직접 다시 이송될 수 있다. 대안적으로, 촉매는 이동 라이저(430) 내에서 처리된 촉매와 사전 혼합될 수 있다.
도 2의 실시형태에 따라 상세하게 기재된 바, 하나 이상의 실시형태에 따르면, 촉매는 촉매를 반응기(202)에서 연소기(350)로 전달하는 단계, 보충 연료 공급원 또는 비활성화 촉매로부터의 코크스를 연소기(350) 내에서 연소시키는 단계 및 가열된 촉매를 연소기(350)로부터 반응기(202)로 전달하는 단계 중 하나 이상에 의해 처리될 수 있다.
이제는 촉매 처리 부분(300)을 참조하면, 도 2에 도시된 바, 촉매 처리 부분(300)의 연소기(350)는 하나 이상의 하부 반응기 부분 주입 포트(352)를 포함할 수 있고, 라이저(330)와 유체 연통할 수 있다. 연소기(350)는 스탠드파이프(426)를 통해 촉매 분리 구역(210)과 유체 연통할 수 있고, 반응기 부분(200)으로부터의 폐촉매를 재생을 위해 촉매 처리 부분(300)으로 공급할 수 있다. 연소기(350)는 공기 주입구(428)가 연소기(350)에 연결된 추가의 하부 반응기 구역 주입 포트(352)를 포함할 수 있다. 공기 주입구(428)는 폐촉매 또는 보충 연료와 반응하여 적어도 부분적으로 촉매를 재생할 수 있는 반응성 가스를 공급할 수 있다. 예를 들어, 촉매는 상류 반응기 구역(250) 내에서 반응 후에 코크스화될 수 있고, 코크스는 연소 반응에 의해 촉매로부터 제거(즉, 촉매 재생)될 수 있다. 예를 들어, 산화제(예를 들어, 공기)가 공기 주입구(428)를 통해 연소기(350) 내로 공급될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 예를 들어 상당량의 코크스가 촉매 상에 형성되지 않는 때는 보충 연료가 연소기(350) 내로 주입될 수 있고, 연소되어 촉매를 가열할 수 있다. 연소 후, 처리된 촉매는 촉매 분리 구역(310) 내에서 분리될 수 있고, 스탠드파이프(424)를 통해 반응기 부분(200) 내로 다시 전달될 수 있다.
하나 이상의 실시형태에 따르면, 당해 반응은 탈수소화 반응일 수 있다. 이러한 실시형태에 따르면, 공급물 스트림은 에탄, 프로판, n-부탄, i-부탄 또는 에틸벤젠 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 반응이 탈수소화 반응인 경우, 그 때의 공급물 스트림은 에탄, 프로판, n-부탄, i-부탄 또는 에틸벤젠 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 하나 이상의 실시형태에 따르면, 공급물 스트림은 적어도 50 중량%, 적어도 60 중량%, 적어도 70 중량%, 적어도 80 중량%, 적어도 90 중량%, 적어도 95 중량% 또는 심지어 적어도 99 중량%의 에탄을 포함할 수 있다. 추가의 실시형태에서, 공급물 스트림은 적어도 50 중량, 적어도 60 중량%, 적어도 70 중량%, 적어도 80 중량%, 적어도 90 중량%, 적어도 95 중량% 또는 심지어 적어도 99 중량%의 프로판을 포함할 수 있다. 추가의 실시형태에서, 공급물 스트림은 적어도 50 중량, 적어도 60 중량%, 적어도 70 중량%, 적어도 80 중량%, 적어도 90 중량%, 적어도 95 중량% 또는 심지어 적어도 99 중량%의 n-부탄 또는 i-부탄을 포함할 수 있다. 추가의 실시형태에서, 공급물 스트림은 적어도 50 중량, 적어도 60 중량%, 적어도 70 중량%, 적어도 80 중량%, 적어도 90 중량%, 적어도 95 중량% 또는 심지어 적어도 99 중량%의 i-부탄을 포함할 수 있다. 추가의 실시형태에서, 공급물 스트림은 적어도 50 중량, 적어도 60 중량%, 적어도 70 중량%, 적어도 80 중량%, 적어도 90 중량%, 적어도 95 중량% 또는 심지어 적어도 99 중량%의 에틸벤젠, 에탄, 프로판, n-부탄 및 i-부탄의 총합을 포함할 수 있다.
하나 이상의 실시형태에서, 탈수소화 반응은 갈륨 및/또는 백금 촉매를 촉매로서 이용할 수 있다. 이러한 실시형태에서, 촉매는 갈륨 및/또는 백금 촉매를 포함할 수 있다. 예를 들어, 반응이 탈수소화 반응인 경우, 그 때의 촉매는 갈륨 및/또는 백금 촉매를 포함할 수 있다. 본원에 기재된 바, 갈륨 및/또는 백금 촉매는 갈륨, 백금 또는 둘 모두를 포함한다. 갈륨 및/또는 백금 촉매는 알루미나 또는 알루미나 실리카 지지체에 의해 담지될 수 있고, 선택적으로 칼륨을 포함할 수 있다. 이러한 갈륨 및/또는 백금 촉매는 미국 특허 제8,669,406호에 개시되어 있고, 이는 그 전체 내용이 본원에 인용되어 포함된다. 그러나, 다른 적합한 촉매가 탈수소화 반응을 수행하기 위해 이용될 수 있음을 이해해야 한다.
도 3은 종종 반응기 용기(510)로 지칭되는 도 2의 반응기 부분(200)의 상부 부분의 실시형태를 도시하고 있고, 분리 장치는 1차 분리 장치(520)를 포함한다. 1차 분리 장치(520)는 외피(530) 내부에 보유되고, 몸체(521), 주입구(522), 배출구(524) 및 고체 방출 하강관(solids discharge dipleg)(526)을 갖는다. 유동성 고체 스트림은 주입구(522)를 통해 1차 분리 장치(520)로 유입된다. 1차 분리 장치(520)에서, 혼입된 고체, 예를 들어 촉매 입자의 다수 부분은 유동성 고체 스트림으로부터 분리된다. 분리된 고체는 방출 하강관(526)을 통해 1차 분리 장치에서 배출되며, 1차 분리 장치(520)에 의해 제거되지 않은 고체 및 유체, 예를 들어 가스 생성물을 포함하는 1차 분리 장치 배출물을 남긴다. 1차 분리 장치 배출물은 배출구(524)를 통해 1차 분리 장치(520)에서 벗어나 수직으로 상향 전달되고, 1차 분리 장치 배출구 튜브(542) 및 이후 크로스오버 배관(crossover duct)(570)을 통해 2차 분리 장치(540) 내로 전달된다. 2차 분리 장치(540)는 몸체(541), 배출구(544) 및 고체 방출 하강관(546)을 추가로 포함한다. 2차 분리 장치(540)는 1차 분리 장치 배출물로부터 고체를 추가로 분리한다. 2차 분리 장치(540) 내에서 분리된 고체는 하강관(546)을 통해 하향 배출된다.
도 3에 도시된 바, 켄치 스트림(296)은 1차 분리 장치(520) 바로 상부에 배치된 1차 분리 장치 배출구 튜브(542)의 상부 부분으로 유입된다. 이러한 배열은 켄치 스트림의 1차 분리 장치(540) 배출물과의 적절한 혼합 및 1차 분리 장치(540)의 배출과 켄치 스트림(296)과의 혼합 사이의 체류 시간을 감소하는 데 바람직할 수 있는 것으로 여겨진다.
이제 도 4를 참조하면, 켄치 스트림(296)의 1차 분리 장치 배출구 튜브(542)로의 연결의 하나의 실시형태의 조감도가 도시되어 있다. 켄치 스트림(296)은 파이프 또는 다른 유사 도관을 통해 1차 분리 장치 배출구 튜브(542)의 최상부 내로 실질적으로 수직각으로 도달할 수 있다. 중온 탈수소화 생성물은 이후 크로스오버 배관(570)을 통해 2차 분리 장치(540)로 전달될 수 있다.
2차 분리 장치 배출구(544)는 제2 플래넘(plenum)(550)에 유동적으로 연결된다. 제2 플래넘(550)은 원통형 스커트(cylindrical skirt)(552), 바닥부(554) 및 제2 플래넘 배출구(556)를 포함하고, 제2 분리 장치 배출물이 제2 플래넘으로부터 용기(510) 외부로 전달되도록 한다. 도 3에 제시된 바, 제2 플래넘은 보다 크고, 보다 고압의 제1 플래넘(560) 내부에 수용된다. 제1 플래넘(560)은 스커트(562) 및 바닥부(564)를 포함한다. 1차 분리 장치(520)는 제1 플래넘(560)에 의해 지지될 수 있다.
도 3에 또한 제시된 바, 외피(530)는 라이저(535)를 추가로 수용한다. 분리되지 않은 유동성 고체 입자 스트림은 라이저(535)를 통해 외피로 유입되어 플레이트(536) 내에서 멈춘다. 라이저(535)는 유동적으로 1차 분리 장치(520)의 유입구(522)와 연결되고, 즉, 유동성 입자의 이동을 허용하며, 분리되지 않은 유동성 고체 입자 스트림을 라이저(535)에서 1차 분리 장치(520) 내로 전달할 수 있도록 한다. 2개 초과의 분리단이 사용되는 경우, 이는 제2 플래넘으로 유입하는 최종 분리단으로부터의 배출물이다. 도 3은 단지 하나의 1차 분리 장치 및 하나의 2차 분리 장치를 개략적으로 도시하지만, 추가의 1차 및 2차 분리 장치가 라이저의 주변부 근처에 배치될 수 있는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 배출구 튜브(545)는 또 다른 2차 분리 장치(미도시)에 연결될 수 있고, 이는 결과적으로 1차 분리 장치(520) 또는 또 다른 1차 분리 장치(미도시)에 의해 공급된다.
실시예
하나 이상의 실시예가 제공되어 개시된 본 기술의 다양한 양태를 예시할 수 있다.
실시예 1
프로판, n-부탄, 에탄 및 에틸벤젠을 포함하는 다양한 탄화수소 공급물 내 열분해 반응 속도의 감소를 측정하기 위해 모델링을 사용하였다. 열분해는 또한 화학 반응 생성물에 발생할 수 있는 것으로 인지되지만, 스트림 중 미반응 부분의 열분해는 전체 스트림의 분해에 대한 합당한 추정을 제공하고 모델을 단순화하는 역할을 한다. 이 모델은 또한 열분해 생성물의 화학 평형을 고려하지 않았고, 그 이유는 결과가 열분해 반응 속도에 대해 무시할 수 있는 수준이기 때문이다. 생성물 스트림 온도의 감소는 스트림 중 생성물 성분 및 미반응 성분 모두의 열분해를 감소시킬 것임을 인지해야 한다. 반응물에 대한 열분해 속도를 추정하기 위해 공개된 문헌으로부터의 지수 법칙 반응 속도식(power-law rate expression)을 사용하였다. 구체적으로, 프로판에 대한 반응 속도 데이터는 문헌[Buekens, A.G.; Froment, G.F. Thermal Cracking of Propane. I&EC Process Design and Development. Vol 7 No 3 (1968) 435-447]에서 Froment에 의해 기술된 레이들러 계수(Laidler coefficient)로부터 유래하였다. n-부탄에 대한 반응 속도 데이터는 문헌[Sagert, N.H.; Laidler, K.J. Kinetics and Mechanisms of the Pyrolysis of n-Butane. Canadian Journal of Chemistry. Vol 41 (1963) 838-847]로부터 유래하였다. 에탄에 대한 반응 속도 데이터는 문헌[Bartlit, J.R.; Bliss, H. Kinetics of Ethane Pyrolysis. AICHE Journal. Vol 11 No 3 (1965)]로부터 유래하였다. 에틸벤젠에 대한 반응 속도 데이터는 문헌[Domke, S.B.; Pogue, R.F.; Van Neer, F.J.R.; Smith, C.M.; Wojciechowski, B.W. Investigation of the Kinetics of Ethylbenzene Pyrolysis Using a Temperature-Scanning Reactor. Industrial & Engineering Chemistry Research. Vol 40 (2001) 5878-5884]로부터 유래하였다.
모든 반응 속도식은 이 형태를 취한다:
Figure pct00001
식 1
상기 식에서, i는 반응물이고, ri는 gmol ft-3 s-1의 반응 속도이며, ki는 속도 상수이고, n는 반응물에 대한 반응 차수이며, Ci는 gmol ft-3의 반응물의 가스상 농도이다. ki의 단위는 반응 차수에 따라 결정된다. 모든 반응 속도식은 속도 상수에 대해 아레니우스 형태(Arrhenius form)를 가정한다:
Figure pct00002
식 2
상기 식에서, Ai는 사전-지수 인자(pre-exponential factor)이고, Ei는 kcal gmol-1의 활성화 에너지이며, T는 켈빈의 절대 온도이고, R은 kcal gmol-1 K-1의 가스 상수이다. Ai의 단위는 반응 차수에 따라 결정된다. 표 1은 각각의 반응물에 대해 상기에서 기재된 속도 매개변수에 대한 문헌 값을 제시하고 있다.
Figure pct00003
이어서, 열분해에 대한 속도를 목표 온도 및 각각의 반응물의 농도에서 식 1 내지 2를 사용하여 추정한다. (반응물의 부분압은 모든 경우에서 1.0 대기압(14.7 psi)인 것으로 가정함.) 표 2는 결과를 제시하고 있다.
Figure pct00004
결과적으로, 열분해에 대한 속도는 온도가 표 2에서 기재된 목표 온도에 대해 10℃ 내지 150℃로 감소된 경우에 대해 추정하였다. 결과는 도 5a 및 5b에 제시되고, 이들은 동일한 데이터를 도시하지만 y축에 대한 상이한 스케일로 도시되어 있다. 결과는 하기 식을 사용하여 목표 온도에서 열분해 속도 대비 온도 켄칭 후에 열분해 속도의 비로서 제시된다:
Figure pct00005
식 3
상기 식에서, T2는 켄칭 후 온도(예를 들어, 본원에서 "중온 탈수소화 생성물"로 기재됨)이고, T1은 반응물에 대한 각각의 목표 온도(예를 들어, 탈수소화 반응기 내에서의 온도)이다. 식 3은 식 1 내지 2로부터 유도되고, 오직 활성화 에너지에 대한 정보만을 요구한다. 10℃ 온도의 켄칭 후, 열분해 속도는 프로판, n-부탄 및 에틸벤젠에 대해 약 33 내지 35% 및 에탄에 대해 약 27% 감소한다. 20℃ 온도의 켄칭 후, 열분해 속도는 프로판, n-부탄 및 에틸벤젠에 대해 약 55 내지 58% 및 에탄에 대해 약 47% 감소한다. 30℃ 온도의 켄칭 후, 열분해 속도는 프로판, n-부탄 및 에틸벤젠에 대해 약 71 내지 73% 및 에탄에 대해 약 61% 감소한다.
실시예 2
1차 분리 장치의 배출물에서의 생성물 온도를 다양한 온도로 켄칭하는 데 필요한, 분해된 가스 생성물 스트림 대비 수증기나 미정제 프로필렌의 백분율을 계산하였고, 이는 스트림을 특정 온도 감소로 켄칭하는 데 필요한 수증기나 미정제 프로필렌의 부피/부피 백분율을 나타내는 도 6에 제시되어 있다. 도 6에서 확인할 수 있는 바, 켄칭을 위한 미정제 프로필렌은 항상 동일한 온도 감소를 위한 켄칭에 필요한 수증기의 약 32%이다. 예를 들어, 10℃를 켄칭하기 위해서는, 1차 분리 장치에서 배출되는 생성물 스트림 대비 5.5%(부피/부피)의 수증기가 필요하다. 대조적으로, 1차 분리 장치에서 배출되는 생성물 스트림 대비 단지 1.77%(부피/부피)의 미정제 프로필렌만이 필요하다. 보다 소형의 장비가 기대될 때, 미정제 프로필렌으로 켄칭하는 데 필요한 더 적은 부피 흐름이 유리하다. 실시예 2의 계산에서, 수증기는 178℃인 것으로 가정하고, 재순환된 미정제 프로필렌은 45℃(켄치 스트림 온도)인 것으로 가정한다. 켄칭 전 생성물 스트림의 온도(종종 "고온 탈수소화 생성물"로 지칭됨)는 620℃인 것으로 가정한다.
실시예 3
본 출원의 실시형태로 획득된 프로필렌 선택성 및 전환율을 예시하기 위해 모델링을 이용하였다. 프로판의 프로필렌으로의 반응의 경우, 프로필렌에 대한 누적 선택성을 켄칭 이후 체류 시간, 켄칭 매질 및 온도 강하의 함수로서 계산하였고, 이는 도 7에 제시되어 있다. 공정 스트림을 켄칭하지 않고, 1차 분리 장치의 배출구와 가스-가스 열교환기 사이의 체류 시간이 대략 수초 이상인 경우, 열적(비-촉매적) 반응은 프로필렌에 대한 누적 선택성을 낮출 것으로 나타난다. 예를 들어, 공정 스트림이 켄칭되지 않고 1차 분리 장치에서 배출되고, 가스-가스 열교환기에 도달하기 전에 3초의 체류 시간을 갖는 경우, 프로필렌에 대한 누적 선택성은 약 1.7% 감소하고, 누적 선택성에서의 감소는 10℃ 켄칭 후 약 1.1% 및 20℃ 켄칭 후 약 0.7%로 변경된다. 동일한 온도 강하의 경우, 수증기가 켄칭 매질로서 사용된 경우가 미정제 프로필렌이 켄칭 매질로서 사용된 경우와 비교하여 선택성 이점을 갖고, 그 이유는 수증기가 탄화수소의 부분압을 낮춤으로써 추가적인 열분해 반응에 대한 추진력을 감소시킬 것이기 때문인 것임을 유의해야 한다. 그러나, 수증기 희석으로부터의 이러한 추가 이점은 온도 변경으로부터의 이점과 비교할 때 매우 작다.
1차 분리 장치의 배출구에서의 공정 스트림에 대한 다음의 추정을 하였다: 누적 프로필렌 선택성은 96.5%이고, 프로판 전환율은 46.4%이며, 온도는 620℃이고, 압력은 19 psia이다. 켄치 스트림 및 생성물 스트림은 동시에 혼합한 것으로 가정하고, 수득된 스트림은 가스-가스 열교환기에 의한 무시할 수 있는 압력 강하를 갖는 등온을 유지한 것으로 가정한다. 대부분의 촉매는 1차 분리 장치 내에서 분리되기 때문에, 오직 열적(비-촉매적) 반응만이 1차 분리 장치의 배출구와 가스-가스 열교환기의 주입구 사이에서 발생한 것으로 가정한다. 열적 반응 속도는 실시예 1로부터의 프로판에 상응하는 지수 법칙식 및 계수를 사용하여 이용 가능한 미반응 프로판에서 취한다(동일한 가정을 수소화된 생성물, 프로필렌의 열분해에 대해 함). 실시예 2로부터의 도 6은 켄칭에 필요한 수증기 또는 미정제 프로필렌의 양을 결정하기 위해 참조할 수 있다.
또한, 유사한 방법론을 사용하여 도 8은 열교환기의 입구에서의 프로판 전환율을 도시하고 있다. 도 8에서 제시된 바, 켄칭 후 보다 높은 공정 스트림 온도(즉, "중온 탈수소화 생성물")는 열분해로 인한 프로판의 보다 높은 전환율에 상응하였다.
본 발명을 기술하고 정의하기 위한 목적을 위해, 용어 "약"은 임의의 정량적 비교값, 수치, 측정값 또는 다른 표현에 기인할 수 있는 고유한 불활실성 정도를 나타내기 위해 본원에서 이용된 것을 유의한다. 이 용어는 또한 정량적 표현이, 문제가 되는 기술 요지의 기본적 기능에 변경을 초래하지 않고 명시된 기준으로부터 변경될 수 있는 정도를 나타내기 위해 본원에서 이용된다.
하기 청구항 중 하나 이상은 전이 어구(transitional phrase)로서 용어 "여기서(wherein)"를 이용하는 것을 유의한다. 본 발명을 정의하는 목적을 위해, 이 용어는 청구항에 개방형 전이 어구로서 도입되어 일련의 구조의 특징의 열거를 도입하는 데 사용되고, 보다 일반적으로 사용되는 개방형 전문 용어 "포함하는"과 동일한 방식으로 해석되어야 함을 유의한다.
일반적으로, 본원에 기재된 반응기 시스템(102)의 임의의 시스템 장치의 "주입구 포트" 및 "배출구 포트"는 틈, 구멍, 채널, 개구, 간극 또는 시스템 장치 내 다른 유사 기계적 특성을 지칭한다. 예를 들어, 주입구 포트는 물질이 특정 시스템 장치로 유입되도록 하고, 배출구 포트는 물질이 특정 시스템 장치로부터 배출되도록 한다. 일반적으로, 배출구 포트 또는 주입구 포트는 파이프, 도관, 튜브, 호스, 물질 이동 라인 또는 유사 기계적 특성이 부착되는 반응기 시스템(102)의 시스템 장치의 영역 또는 또 다른 시스템 장치가 직접 부착되는 시스템 장치의 일부를 정의할 수 있다. 주입구 포트 및 배출구 포트는 종종 기능상 작동되는 것으로 본원에 기재될 수 있지만, 그들은 유사하거나 동일한 물리적 특징을 가질 수 있고, 작동 시스템에서 그들의 각각의 기능은 그들의 물리적 구조를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
다양한 변경 및 변형이 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 본 발명에 이루어질 수 있는 것이 당업자에게는 명백할 것이다. 본 발명의 사상 및 본질을 포함하는 개시된 실시형태의 변경, 조합, 하위 조합 및 변형이 당업자에게 실시될 수 있기 때문에, 본 발명은 첨부된 청구항 및 그들의 균등물의 범주 내의 모든 것을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
본 개시내용의 제1 양태에서, 경질 올레핀을 형성하는 방법은 탄화수소 공급물 스트림을 반응기 내로 도입하는 단계, 탄화수소 공급물 스트림을 반응기 내에서 탈수소화 촉매와 반응시켜서 고온 탈수소화 생성물을 형성하는 단계, 탈수소화 촉매의 적어도 일부를 1차 분리 장치 내에서 고온 탈수소화 생성물로부터 분리하는 단계, 1차 분리 장치로부터 고온 탈수소화 생성물의 배출 후, 고온 탈수소화 생성물을 켄치 스트림과 조합하여 고온 탈수소화 생성물을 냉각시키고 중온 탈수소화 생성물을 형성하는 단계 및 중온 탈수소화 생성물을 냉각시켜서 냉각 탈수소화 생성물을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 탈수소화 생성물은 촉매적으로 반응되지 않았던 탄화수소 공급물 스트림의 적어도 일부를 포함할 수 있다. 1차 분리 장치에서 탈수소화 생성물 및 탈수소화 촉매의 온도는 적어도 550℃일 수 있다. 켄치 스트림은 가스 스트림일 수 있다. 중온 탈수소화 생성물의 온도는 고온 탈수소화 생성물의 온도보다 적어도 10℃ 낮을 수 있다. 냉각 탈수소화 생성물의 일부는 켄치 스트림의 적어도 일부로서 이용될 수 있다.
본 개시내용의 제2 양태는 제1 양태를 포함할 수 있고, 탄화수소 공급물은 프로판, n-부탄, 이소-부탄, 에탄, 에틸벤젠 또는 이의 조합을 포함할 수 있다.
본 개시내용의 제3 양태는 제1 양태 또는 제2 양태 중 어느 한 양태를 포함할 수 있고, 켄치 스트림은 고온 탈수소화 생성물의 온도보다 적어도 300℃ 낮을 수 있다.
본 개시내용의 제4 양태는 제1 양태 내지 제3 양태 중 어느 한 양태를 포함할 수 있고, 촉매적으로 반응되지 않았던 탄화수소 공급물 스트림의 일부의 중온 탈수소화 생성물에서의 열분해 속도는 고온 탈수소화 생성물에서의 열분해 속도의 90% 미만일 수 있다.
본 개시내용의 제5 양태는 제1 양태 내지 제4 양태 중 어느 한 양태를 포함할 수 있고, 중온 생성물은 제2 분리 장치로 전달되는 단계를 추가로 포함하고, 이 장치에서 탈수소화 촉매 잔류물이 중온 생성물로부터 제거될 수 있다.
본 개시내용의 제6 양태는 제1 양태 내지 제5 양태 중 어느 한 양태를 포함할 수 있고, 냉각 탈수소화 생성물은 150℃ 이하의 온도를 가질 수 있다.
본 개시내용의 제7 양태는 제1 양태 내지 제6 양태 중 어느 한 양태를 포함할 수 있고, 열교환기 및/또는 액체 켄칭 시스템은 중온 탈수소화 생성물을 냉각 탈수소화 생성물로 냉각시킬 수 있다.
본 개시내용의 제8 양태는 제1 양태 내지 제7 양태 중 어느 한 양태를 포함할 수 있고, 켄치 스트림은 3 중량% 미만의 수증기를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 제9 양태는 제1 양태 내지 제8 양태 중 어느 한 양태를 포함할 수 있고, 탈수소화 촉매는 고체일 수 있고, 고온 탈수소화 생성물은 가스일 수 있다.
본 개시내용의 제10 양태는 제1 양태 내지 제9 양태 중 어느 한 양태를 포함할 수 있고, 켄치 스트림은 에틸렌, 프로필렌 또는 부텐 이성질체 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 개시내용의 제11 양태는 제1 양태 내지 제10 양태 중 어느 한 양태를 포함할 수 있고, 탈수소화 촉매는 갈륨 및/또는 백금 촉매일 수 있다.
본 개시내용의 제12 양태에서, 경질 올레핀을 형성하는 방법은 탄화수소 공급물 스트림을 반응기 내로 도입하는 단계, 탄화수소 공급물 스트림을 반응기 내에서 탈수소화 촉매와 반응시켜서 고온 탈수소화 생성물을 형성하는 단계, 탈수소화 촉매의 적어도 일부를 1차 분리 장치 내에서 고온 탈수소화 생성물로부터 분리하는 단계, 1차 분리 장치로부터 고온 탈수소화 생성물의 배출 후, 고온 탈수소화 생성물을 켄치 스트림과 조합하여 고온 탈수소화 생성물을 냉각시키고 중온 탈수소화 생성물을 형성하는 단계, 중온 생성물을 제2 분리 장치로 전달하는 단계로서, 이 장치에서 탈수소화 촉매 잔류물이 중온 생성물로부터 제거되는, 단계 및 중온 탈수소화 생성물을 냉각하여 냉각 탈수소화 생성물을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 탈수소화 생성물은 촉매적으로 반응되지 않았던 탄화수소 공급물 스트림의 적어도 일부를 포함할 수 있다. 1차 분리 장치에서 탈수소화 생성물 및 탈수소화 촉매의 온도는 적어도 550℃일 수 있다. 켄치 스트림은 가스 스트림일 수 있다. 중온 탈수소화 생성물의 온도는 고온 탈수소화 생성물의 온도보다 적어도 10℃ 낮을 수 있다. 냉각 탈수소화 생성물의 일부는 켄치 스트림의 적어도 일부로서 이용될 수 있다.
본 개시내용의 제13 양태는 제12 양태를 포함할 수 있고, 탄화수소 공급물은 프로판, n-부탄, 이소-부탄, 에탄, 에틸벤젠 또는 이의 조합을 포함할 수 있다.
본 개시내용의 제14 양태는 제12 양태 또는 제13 양태 중 어느 한 양태를 포함할 수 있고, 촉매적으로 반응되지 않았던 탄화수소 공급물 스트림의 일부의 중온 탈수소화 생성물에서의 열분해 속도는 고온 탈수소화 생성물에서의 열분해 속도의 70% 미만일 수 있다.
본 개시내용의 제15 양태는 제12 양태 내지 제14 양태 중 어느 한 양태를 포함할 수 있고, 냉각 탈수소화 생성물은 150℃ 이하의 온도를 가질 수 있다.

Claims (15)

  1. 경질 올레핀을 형성하는 방법으로서,
    탄화수소 공급물 스트림을 반응기 내로 도입하는 단계;
    탄화수소 공급물 스트림을 반응기 내에서 탈수소화 촉매와 반응시켜서 고온 탈수소화 생성물을 형성하는 단계로서, 탈수소화 생성물은 촉매적으로 반응되지 않았던 탄화수소 공급물 스트림의 적어도 일부를 포함하는, 단계;
    탈수소화 촉매의 적어도 일부를 1차 분리 장치 내에서 고온 탈수소화 생성물로부터 분리하는 단계로서, 1차 분리 장치 내에서 탈수소화 생성물 및 탈수소화 촉매의 온도는 적어도 550℃인, 단계;
    1차 분리 장치로부터 고온 탈수소화 생성물의 배출 후, 고온 탈수소화 생성물을 켄치 스트림(quench stream)과 조합하여 고온 탈수소화 생성물을 냉각시키고 중온(intermediate temperature) 탈수소화 생성물을 형성하는 단계로서, 켄치 스트림은 가스 스트림이고, 중온 탈수소화 생성물의 온도는 고온 탈수소화 생성물의 온도보다 적어도 10℃ 낮은, 단계;
    중온 탈수소화 생성물을 냉각시켜서 냉각 탈수소화 생성물을 형성하는 단계로서, 냉각 탈수소화 생성물의 일부는 켄치 스트림의 적어도 일부로서 이용되는, 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 탄화수소 공급물은 프로판, n-부탄, 이소-부탄, 에탄, 에틸벤젠 또는 이의 조합을 포함하는, 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 켄치 스트림은 고온 탈수소화 생성물의 온도보다 적어도 300℃ 낮은, 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 촉매적으로 반응되지 않았던 탄화수소 공급물 스트림의 일부의 중온 탈수소화 생성물에서의 열분해 속도(rate of thermal cracking)는 고온 탈수소화 생성물에서의 열분해 속도의 90% 미만인, 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 중온 생성물을 2차 분리 장치로 전달하는 단계를 추가로 포함하고, 당해 장치에서 탈수소화 촉매 잔류물이 중온 생성물로부터 제거되는, 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 냉각 탈수소화 생성물은 150℃ 이하의 온도를 갖는, 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 열교환기 및/또는 액체 켄칭 시스템은 중온 탈수소화 생성물을 냉각 탈수소화 생성물로 냉각시키는, 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 켄치 스트림은 3 중량% 미만의 수증기를 포함하는, 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 탈수소화 촉매는 고체이고, 고온 탈수소화 생성물은 가스인, 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 켄치 스트림은 에틸렌, 프로필렌 또는 부텐 이성질체 중 하나 이상을 포함하는, 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 탈수소화 촉매는 갈륨 및/또는 백금 촉매인, 방법.
  12. 경질 올레핀을 형성하는 방법으로서,
    탄화수소 공급물 스트림을 반응기 내로 도입하는 단계;
    탄화수소 공급물 스트림을 반응기 내에서 탈수소화 촉매와 반응시켜서 고온 탈수소화 생성물을 형성하는 단계로서, 탈수소화 생성물은 촉매적으로 반응되지 않았던 탄화수소 공급물 스트림의 적어도 일부를 포함하는, 단계;
    탈수소화 촉매의 적어도 일부를 1차 분리 장치 내에서 고온 탈수소화 생성물로부터 분리하는 단계로서, 1차 분리 장치 내에서 탈수소화 생성물 및 탈수소화 촉매의 온도는 적어도 550℃인, 단계;
    1차 분리 장치로부터 고온 탈수소화 생성물의 배출 후, 고온 탈수소화 생성물을 켄치 스트림과 조합하여 고온 탈수소화 생성물을 냉각시키고 중온 탈수소화 생성물을 형성하는 단계로서, 켄치 스트림은 가스 스트림이고, 중온 탈수소화 생성물의 온도는 고온 탈수소화 생성물의 온도보다 적어도 10℃ 낮은, 단계;
    중온 생성물을 2차 분리 장치로 전달하는 단계로서, 당해 장치에서 탈수소화 촉매 잔류물이 중온 생성물로부터 제거되는, 단계;
    중온 탈수소화 생성물을 냉각시켜서 냉각 탈수소화 생성물을 형성하는 단계로서, 냉각 탈수소화 생성물의 일부는 켄치 스트림의 적어도 일부로서 이용되는, 단계를 포함하는, 방법.
  13. 제12항에 있어서, 탄화수소 공급물은 프로판, n-부탄, 이소-부탄, 에탄, 에틸벤젠 또는 이의 조합을 포함하는, 방법.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 촉매적으로 반응되지 않았던 탄화수소 공급물 스트림의 일부의 중온 탈수소화 생성물에서의 열분해 속도는 고온 탈수소화 생성물에서의 열분해 속도의 70% 미만인, 방법.
  15. 제12항, 제13항 또는 제14항에 있어서, 냉각 탈수소화 생성물은 150℃ 이하의 온도를 갖는, 방법.
KR1020227002243A 2019-06-28 2020-06-12 냉각된 생성물의 재순환 켄치 스트림으로서의 사용을 포함하는 경질 올레핀을 형성하는 방법 KR20220031025A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201962868340P 2019-06-28 2019-06-28
US62/868,340 2019-06-28
PCT/US2020/037420 WO2020263599A1 (en) 2019-06-28 2020-06-12 Methods for forming light olefins that include use of cooled product as a recycled quench stream

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220031025A true KR20220031025A (ko) 2022-03-11

Family

ID=71409514

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020227002243A KR20220031025A (ko) 2019-06-28 2020-06-12 냉각된 생성물의 재순환 켄치 스트림으로서의 사용을 포함하는 경질 올레핀을 형성하는 방법

Country Status (8)

Country Link
US (1) US11987547B2 (ko)
EP (1) EP3990422B1 (ko)
JP (1) JP2022540026A (ko)
KR (1) KR20220031025A (ko)
CN (1) CN114072372A (ko)
BR (1) BR112021026363A2 (ko)
CA (1) CA3143548A1 (ko)
WO (1) WO2020263599A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA3226757A1 (en) 2021-07-16 2023-01-19 Exxonmobil Chemical Patents Inc. Method and system for light olefin generation with high yields and selectivity

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2889383A (en) 1954-04-16 1959-06-02 Exxon Research Engineering Co Dehydrogenation process
US4579716A (en) 1983-09-06 1986-04-01 Mobil Oil Corporation Closed reactor FCC system with provisions for surge capacity
US5043058A (en) 1990-03-26 1991-08-27 Amoco Corporation Quenching downstream of an external vapor catalyst separator
US5288920A (en) 1990-11-30 1994-02-22 Texaco Inc. FCC riser discharge separation and quench apparatus
US5190650A (en) 1991-06-24 1993-03-02 Exxon Research And Engineering Company Tangential solids separation transfer tunnel
US5220093A (en) * 1992-04-03 1993-06-15 Stone & Webster Engineering Corporation Process for production of olefins from mixtures of light paraffins
US5662868A (en) 1994-09-22 1997-09-02 Stone & Webster Engineering Corporation Short residence time cracking apparatus and process
AU7158701A (en) * 2000-08-11 2002-02-25 Fluor Corp High propane recovery process and configurations
MXPA06008965A (es) 2004-02-09 2007-02-20 Down Chemical Company Proceso para la preparacion de compuestos de hidrocarburos deshidrogenados.
DE102004054766A1 (de) * 2004-11-12 2006-05-18 Basf Ag Verfahren zur Herstellung von Butadien aus n-Butan
US8921627B2 (en) 2008-12-12 2014-12-30 Uop Llc Production of diesel fuel from biorenewable feedstocks using non-flashing quench liquid
US8999257B2 (en) * 2009-09-22 2015-04-07 Fina Technology, Inc. Offgas stream direct contact condenser
US9040763B2 (en) * 2010-06-28 2015-05-26 Uop Llc Method for quenching paraffin dehydrogenation reaction in counter-current reactor
KR102322348B1 (ko) * 2013-11-12 2021-11-09 다우 글로벌 테크놀로지스 엘엘씨 촉매적 탈수소화 방법
AR111992A1 (es) 2017-06-19 2019-09-11 Dow Global Technologies Llc Sistemas de reactor que comprenden el reciclado de fluidos
US20200299212A1 (en) * 2019-03-21 2020-09-24 Kellogg Brown & Root Llc Processes for catalytic paraffin dehydrogenation and catalyst recovery

Also Published As

Publication number Publication date
BR112021026363A2 (pt) 2022-02-08
WO2020263599A4 (en) 2021-03-18
EP3990422B1 (en) 2023-07-19
US11987547B2 (en) 2024-05-21
CN114072372A (zh) 2022-02-18
JP2022540026A (ja) 2022-09-14
EP3990422A1 (en) 2022-05-04
US20220356130A1 (en) 2022-11-10
CA3143548A1 (en) 2020-12-30
WO2020263599A1 (en) 2020-12-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3641912B1 (en) Reactor systems comprising fluid recycling
US11459282B2 (en) Methods for forming light olefins by cracking
US20200231521A1 (en) Methods and apparatuses for processing gas streams
KR20220031025A (ko) 냉각된 생성물의 재순환 켄치 스트림으로서의 사용을 포함하는 경질 올레핀을 형성하는 방법
WO2016094232A1 (en) Process and apparatus for heating catalyst in a regenerator
KR102589776B1 (ko) 상이한 공급물 스트림으로부터 경질 올레핀을 제조하는 방법
EP3618949B1 (en) Bulk catalyst withdrawal system and methods for the use thereof
US20160167005A1 (en) Process and apparatus for indirect catalyst heating in a regenerator
WO2022132758A1 (en) Systems and methods for producing olefins
US20160168050A1 (en) Process and apparatus with catalyst heating in a riser
US20190193041A1 (en) Process and apparatus for fluidizing a catalyst bed
US20160167006A1 (en) Process and apparatus for heating catalyst in a regenerator
US20160168049A1 (en) Process and apparatus for indirect catalyst heating in a regenerator
WO2023192906A1 (en) Methods for forming light olefins utilizing heat exchanger systems
WO2015153207A1 (en) Process and apparatus for distributing fluidizing gas to an fcc riser
US9669373B2 (en) Apparatus and process for heating catalyst from a reactor