KR20230010235A - 촉매를 재생하기 위한 보충 연료 재순환 방법 - Google Patents

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존 제이. 세네타르
조셉 에이. 몬탈바노
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유오피 엘엘씨
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Abstract

본 발명은, 폐촉매 및 산소와 혼합될 때, 재생기 내에서 연소하는 동안 버블이 분열되도록 유도 시간을 갖는 연료 가스의 구성에 관한 것이다. 밀집된 층에서의 버블 분열은 재생기 내에서 장치와 촉매를 손상시킬 수 있는 과열점이 발생할 수 있는 화염의 생성을 회피한다. 연료 가스는 파라핀 탈수소화 생성물에서 얻을 수 있기 때문에, 원격 위치에서도 유닛의 작동이 유지될 수 있다. 이러한 과열점을 피하기 위해, 중질 스트림과 경질 스트림을 혼합하여 바람직한 유도 시간을 가진 연료 가스 조성물을 얻을 수 있다. 탈프로판탑 하부 스트림 및/또는 탈에탄 흡수기 오버헤드 스트림과 콜드 박스 경질 가스 또는 PSA 테일 가스와 같은 경질 가스 스트림을 혼합하여 필요한 연료 가스 조성물을 제공할 수 있다.

Description

촉매를 재생하기 위한 보충 연료 재순환 방법
우선권 진술
본 출원은 2020년 5월 12일에 제출한 가출원 제63/023,506호의 우선권을 주장하며, 그 모든 내용은 본 명세서에 병합된다.
기술분야
본 분야는 촉매의 재생, 특히 유동화된 촉매로부터의 코크스의 연소이다.
경질 올레핀 생산은 전세계 요구를 충족시키기에 충분한 플라스틱의 생산에 필수적이다. 파라핀 탈수소화(PDH)는 에탄 및 프로판과 같은 경질 파라핀이 탈수소화되어 에틸렌 및 프로필렌을 각각 제조할 수 있는 방법이다. 탈수소화는 반응을 완료하기 위해 외부 열을 필요로 하는 흡열 반응이다.
유동화 촉매가 있는 PDH 반응에서, 코크스는 반응을 촉진하면서 촉매에 침전될 수 있다. 촉매는 산소의 존재 하에서 촉매로부터 코크스를 연소시킴으로써 촉매 재생기에서 재생될 수 있다. 이어서, 고온 재생 촉매가 반응기로 다시 전달되어 반응을 촉진할 수 있다. 그러나, PDH 반응에서 생성된 코크스는 흡열 탈수소화 방법을 촉진하기 위해 재생기에서의 연소로부터 불충분한 열을 제공할 수 있다. 따라서, 흡열 반응을 유도하기에 충분한 엔탈피를 전달하기 위해 충분히 촉매를 가열하기 위해 연료 가스와 같은 보충 연료가 촉매 재생기에 공급될 수 있다. 반대로, 흡열 반응을 유도하기 위해 불충분한 열이 제공되면, 올레핀 생산이 어려울 수 있다.
재생 방법 및 장비는 촉매 및 재생 장비에 대한 손상을 최소화하도록 설계되어야 한다. 이는 연료 가스가 열을 분산시키기 위한 불충분한 수단으로 연소되는 영역에서 과열점을 촉진할 수 있는 재생기에 연료 가스가 첨가될 때 특히 어려울 수 있다. 높은 정도의 증기 및 촉매 혼합은 보충 연료 가스의 완전한 연소와 증기와 촉매 사이의 양호한 열 전달을 보장한다. 촉매는 큰 히트 싱크이며, 따라서 보충 연료 가스는 과도하게 높은 희석된 촉매 상 온도를 피하기 위해 고밀도 촉매 상과 밀접하게 접촉하는 동안 연소되어야 한다. 촉매 밀도는, 고밀도 촉매 상에서 적어도 200 ㎏/㎥(12.5lb/ft3)이고 희석된 촉매 상에서 100 ㎏/㎥(6.3lb/ft3) 이하이다. 고밀도 촉매 상의 부재 하에 열이 불충분하게 분산되기 때문에 과량의 희석된 촉매 상 온도는 주변 촉매 및 재생 장비에 열 손상을 초래할 수 있다. 고밀도 촉매 상 다운스트림 또는 재생기 다운스트림에서 가연성 물질의 후염은 매우 높은 온도에 적합하지 않은 장치에 추가의 손상을 초래할 수 있다.
PDH의 생성물에는 경질 가스, 수소와 메탄, 미전환 에탄과 프로판, 필요한 생성물, 에틸렌과 프로필렌 및 중질 탄화수소 부산물이 포함된다. 회복 시스템은 프로필렌을 회수하고 프로판을 PDH 반응기로 재순환하도록 설계되었다. 중질 탄화수소를 사용하는 것은 유용한 생성물로 전환하거나 전환 시설로 운송하는 비용 때문에 일반적으로 비경제적일 수 있다.
따라서, 개선된 연료 가스 조성물과 촉매 재생 과정에서 탈수소화 촉매를 가열하기 위한 연료 가스를 회수하는 방법이 필요하다.
발명자는, 폐촉매 및 산소와 혼합될 때, 재생기 내에서 연소하는 동안 버블이 분열되도록 유도 시간을 갖는 연료 가스의 구성을 발견하였다. 버블 분열은 재생기 내에서 장치와 촉매를 손상시킬 수 있는 과열점이 발생할 수 있는 화염의 생성을 회피한다. 연료 가스 조성물은 파라핀 탈수소화 생성물에서 얻을 수 있기 때문에, 원격 위치에서도 유닛의 작동을 유지할 수 있다. 중질 스트림과 경질 스트림을 혼합하여 바람직한 유도 시간을 가진 연료 가스를 얻을 수 있다. 탈프로판탑 하부 스트림 및/또는 탈에탄 흡수기 오버헤드 스트림과 콜드 박스 경질 가스 또는 PSA 테일 가스와 같은 경질 가스 스트림을 혼합하여 필요한 연료 가스 조성물을 제공할 수 있다.
도 1은 본 개시의 방법 및 장치의 개략도이고,
도 2는 주어진 레이놀즈 번호에 대한 버블 직경까지의 시간 및 유도 시간 대 버블 직경의 플롯이고,
도 3은 본 발명의 삼원도이고,
도 4는 본 발명의 대안적인 삼원도이다.
정의
용어 "연통"은, "유체 연통"으로 특징지어질 수 있는, 열거된 구성요소들 사이에서 유체 흐름이 작동 가능하게 허용됨을 의미한다.
용어 "하류 연통"은 하류 연통의 주체로 유동하는 유체의 적어도 일부분이 그 주체가 유동적으로 연통하는 객체로부터 작동가능하게 유동할 수 있음을 의미한다.
용어 "상류 연통"은 상류 연통의 주체로부터 유동하는 유체의 적어도 일부분이 그 주체가 유동적으로 연통하는 객체로 작동가능하게 유동할 수 있음을 의미한다.
용어 "직접 연통"은 상류 성분으로부터의 유체 흐름이 임의의 다른 개재 용기를 통과하지 않고 하류 성분으로 들어가는 것을 의미한다.
용어 "간접 연통"은 상류 성분으로부터의 유체 흐름이 개재 용기를 통과한 후에 하류 성분으로 들어가는 것을 의미한다.
용어 "우회"는 객체가 적어도 우회하는 정도로 우회 주체와의 하류 연통을 벗어남을 의미한다.
용어 "연료 가스"는 탄화수소, 수소, 및 이들의 혼합물을 포함한다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "우세한" 또는 "지배적인"은 50% 초과, 적합하게는 75% 초과, 바람직하게는 90% 초과를 의미한다.
용어 "Cx"는 아래 첨자 "x"로 표시되는 수의 탄소 원자를 가진 분자를 지칭하는 것으로 이해되어야 한다. 이와 유사하게, 용어 "Cx-"는 x보다 작거나 같은, 바람직하게는 x 이하의 탄소 원자를 함유하는 분자를 지칭한다. 용어 "Cx+"는 x보다 크거나 같은, 바람직하게는 x 이상의 탄소 원자를 갖는 분자를 지칭한다.
용어 "컬럼"은 상이한 휘발성의 하나 이상의 성분을 분리하기 위한 증류 컬럼 또는 컬럼들을 의미한다. 달리 지시되지 않는 한, 각각의 컬럼은, 오버헤드 스트림의 일부분을 응축시켜 다시 컬럼의 상부로 환류시키기 위한 컬럼의 오버헤드 상의 응축기, 및 하부 스트림의 일부분을 기화시켜 다시 컬럼의 하부로 보내기 위한 컬럼의 하부의 리보일러(reboiler)를 포함한다. 컬럼으로의 공급물은 예열될 수 있다. 상부 압력은 컬럼의 증기 출구에서 오버헤드 증기의 압력이다. 하부 온도는 액체 하부 출구 온도이다. 오버헤드 라인 및 하부 라인은 임의의 환류 또는 리보일의 컬럼 다운스트림에서 컬럼까지의 네트 라인(net line)을 지칭한다. 스트리퍼 컬럼은 컬럼의 하부에 있는 리보일러를 생략할 수 있고, 대신에 증기와 같은 유동성이 있는 불활성 매체에서 가열 요구와 분리 추진력을 제공할 수 있다. 스트리립핑 컬럼은 일반적으로 상부 트레이에 공급하고 하부에서 주요 생성물을 취한다.
본 명세서에 사용한 바와 같이, 용어 "성분이 풍부한 스트림"은 용기에서 나오는 풍부한 스트림이 용기로의 공급물보다 성분 농도가 높음을 의미한다.
본 명세서에 사용한 바와 같이, 용어 "성분이 희박한 스트림"은 용기에서 나오는 희박한 스트림이 용기로의 공급물보다 성분 농도가 낮음을 의미한다.
도 1에는 예시적인 PDH 방법이 도시되어 있다. 프로판 및/또는 아마도 이소부탄 또는 노르말 부탄에서 농축된 라인(10)의 반응물 스트림은 예열되어 반응기(12)에 공급될 수 있다. 일부 경우에 반응물 스트림에는 부탄이 포함될 수 있다. 반응기(12)에서, 반응물 스트림은 라이저(14)에 공급되고, 도관(16)으로부터 오는 유동화 재생 촉매 스트림과 접촉하여 반응할 수 있다. 상기 반응물 스트림과 유동화 촉매 스트림은 모두 라이저(14)를 따라 상승하며, 동시에 반응물 파라핀이 생성물 올레핀으로 전환하는 것을 촉진시킨다. 촉매에서 나온 생성물 가스의 초기 분리는, 원통형 격납 용기(26) 내에서 촉매와 생성물 가스를 접선 방향으로 수송하는 접선 암을 갖는 초기 분리기(24)에 의해 수행될 수 있다. 생성물 가스와 촉매의 스월링 각도 움직임은 구심 가속도에 의해 촉매를 생성물 가스로부터의 분리를 구현한다. 분리된 생성물 가스가 반응기(12) 내에서 상승할 때, 분리된 촉매는 운동량을 상실하고 아래로 촉매층에 떨어진다. 초기 분리기는 또한 탄도식 분리기일 수 있다. 가스 회수 도관(19)은 생성물 가스를 위로 수송하여 사이클론(27)과 같은 장치에서 혼입된 촉매와 가일층 분리된다. 소량의 잔류 촉매와 가스 생성물을 포함하는 증기 반응기 유출 스트림은 라인(30)의 반응기 출구(29)를 통해 반응기(12)에서 배출된다. 고온 생성물 가스는 가스 회수 도관(19)과 같은 초기 분리기(24)에서 촉매의 초기 분리 다운스트림에 있는 반응기(12)에서 켄칭될 수 있다.
탈수소화 촉매는 유동화된 탈수소화 유닛에 적합한 임의의 다양한 촉매일 수 있다. 선택된 탈수소화 촉매는 분해 반응을 최소화하고 탈수소화 반응을 지지해야 한다. 본원에 사용하기에 적합한 촉매는 실리카, 알루미늄, 지르코늄, 또는 점토와 같은 다공성 무기 담체 물질에 분산될 수 있는 비정질 물질 또는 분자체를 포함한다. 촉매의 예시적인 실시 형태는 1차 활성 성분으로서 결정질 실리카-알루미나 또는 실리카-알루미나-포스페이트, 매트릭스, 결합제, 및 충전제를 포함한다.
1차 활성 성분은 촉매의 10 내지 50 중량%의 범위이고, 격자로 들어갈 수 있는 탄화수소 분자의 크기 범위를 제한하는 격자 구조를 가질 수 있다. 1차 활성 성분에 적합한 분자체는 중간 및 더 작은 평균 기공 크기를 가져야 한다. 전형적으로, 매질 및 더 작은 평균 기공 크기를 갖는 분자체는 10개 이하의 고리에 의해 정의된 유효 직경에서 0.7 nm 이하의 개구를 갖는 기공을 갖는다.
매트릭스 성분은 비정질 알루미나 또는 실리카를 포함할 수 있고, 결합제 및 충전제는 물리적 강도 및 완전성을 제공한다. 실리카 졸 또는 알루미나 졸이 결합제로서 사용될 수 있고 카올린 점토가 충전제로서 사용될 수 있다. 촉매 입자는 평균 직경이 70 내지 90 마이크로미터인 20 내지 150 마이크로미터의 공칭 직경을 가질 수 있다.
탈수소화 촉매는 탈수소화 금속을 지지할 수 있다. 탈수소화 금속은 전이 금속의 하나 또는 조합일 수 있다. 귀금속은 바람직한 탈수소화 금속일 수 있다; 그러나, IIB 금속 또는 IIIB 금속은 단독으로 또는 다른 탈수소화 금속과 결합된 적합한 탈수소화 금속일 수 있다. 철, 텅스텐, 갈륨, 구리, 아연, 또는 지르코늄은 단독으로 또는 서로 또는 귀금속과 조합하여 적합한 탈수소화 금속일 수 있다. 연소 촉진제가 촉매 외에 사용될 수 있다. 금속은 분자체의 격자 구조에 혼입될 수 있다.
촉매의 산 기능은 분해를 방지하고 탈수소화를 유리하게 하기 위해 최소화되어야 한다. 촉매의 산도를 약화시키기 위해 알칼리 금속 및 알칼리 토금속이 또한 촉매에 포함될 수 있다. 촉매의 활성을 제어하기 위해 희토류 금속은 촉매에 포함될 수 있다. 0.05 내지 10 중량%의 금속의 농도가 촉매에 혼입될 수 있다. 귀금속의 경우, 0.05 내지 2 중량%의 귀금속을 사용하는 것이 바람직하다.
탈수소화 반응 조건은 온도가 500 내지 800℃이고, 압력이 40 내지 310 ㎪이며 촉매와 오일의 비율 5 내지 100을 포함할 수 있다. 탈수소화 반응은, 반응물 파라핀 또는 불활성 유동화 가스일 수 있는 가스가, 프로판, 에탄 및/또는 다른 탄화수소의 탈수소화를 촉진시키면서 반응기 용기 내에서 탈수소화 촉매를 들어올리는 방식으로 반응기에 분배하도록, 유동적인 방식으로 수행될 수 있다. 촉매 탈수소화 반응 동안, 촉매의 활성을 감소시키기 위해 코크스가 탈수소화 촉매 상에 증착된다. 이어서 탈수소화 촉매는 재생되어야 한다.
폐탈수소 촉매는 도관(18)에 의해 재생기(20)로 수송되어 코크스를 연소시킴으로써, 폐촉매를 재생 촉매로 재생시킨다. 촉매 재생기(20)는 연소 챔버(21) 및 연소 챔버(21)에서 생성된 연료 가스가 분리 챔버(25)에 유입할 때 연료 가스로부터 재생 촉매를 분리하는 촉매 분리기(23)가 포함한다. 산소 공급 가스는 연소 챔버(21)에 제공되어 연소 챔버(21) 내의 폐촉매를 분리 챔버(25) 내로 끌어올린다. 코크스는 재생 조건에서 산소 공급 가스와 접촉함으로써 폐촉매에서 연소된다. 예시적인 실시형태에서, 공기는 쉽게 얻을 수 있고 연소에 충분한 산소를 제공하기 때문에, 산소 공급 가스로서 공기가 사용된다. 폐촉매에서 연소 제거된 코크스 1 ㎏당 10 내지 15 ㎏의 공기가 필요하다. 예시적인 재생 조건은 재생기(20) 내의 온도가 500℃(900℉) 내지 900℃(1700℉)이고 압력이 103 ㎪(abs)(15 psia) 내지 450 ㎪(abs)(70 psia)인 것을 포함한다. 재생 촉매는 도관(16)을 통해 반응기(12)로 복귀된다. 연료 가스는 촉매에 있는 코크스의 연소에 더하여 연료 가스의 연소에 의해 생성된 열을 상승시키기 위해, 각 연료 가스 분배기 노즐(28)을 통해 라인(22) 등에 의해 재생기에 첨가된다.
발명자는, 화염의 전파를 회피하는 방식으로 재생기(20)에서 연료 가스와 코크스의 연소를 촉진하는 것이 바람직하다는 것을 발견하였다. 재생기에 연료 가스를 첨가하면, 연료 가스를 첨가하지 않은 촉매 재생에 비해 화염이 발생하기 더 쉽다. 화염은 촉매를 재생시키고 가열하는 데 필요한 열을 초과하는 고열을 발생시킨다. 또한, 화염으로 인한 고열은 촉매와 장비를 손상시킬 수 있다. 연료 가스가 재생기에서 점화되기 전에 더 큰 버블을 분열함으로써 화염의 전파를 회피할 수 있다.
도 2는 입자 레이놀즈 수(Reynolds No.)에 의해 그려진 곡선에 따른 버블 직경까지의 시간과 유도 시간 대 버블 직경의 플롯을 나타낸다. 두 곡선은 각각 레이놀즈 수 50에서의 윗쪽의 곡선 및 레이놀즈 수 3600에서의 아래쪽 곡선이 특정의 레이놀즈 수에 의해 그려졌다. 왼쪽 수직 축에는 버블 직경까지의 시간이 표시되고, 오른쪽 수직 축에는 유도 시간이 표시되었다. 0.15 m에서 플롯의 왼쪽 수직선은, 도 1에 도시된 연료 분배기 노즐(28)로부터 연장된 가스의 분출구에서 방출되는 연료 가스에 대하여, 윗쪽의 곡선에 해당하는 입자 레이놀즈 수 50에 있는 특정의 최대로 안정한 버블 직경을 나타낸다. 상기 분출구는 연료 분배기 노즐(28)과 인접한 가스의 스트림이다. 특정의 최대로 안정한 버블 직경과 입자 레이놀즈 수가 50인 곡선의 교차점의 수평 점선은 입자 레이놀즈 수가 50일 때 연료 가스 분출구가 최대로 안정한 버블 직경 0.15 m까지 성장하는 데 걸리는 시간이 0.08초임을 나타낸다. 0.45 m의 플롯에서 오른쪽 수직선은, 연료 분배기 노즐(28)로부터 연장된 가스의 분출구에서 방출되는 연료 가스에 대하여, 아래쪽 곡선에 해당하는 입자 레이놀즈 수 3600에 있는 특정의 최대로 안정한 버블 직경을 나타낸다. 최대로 안정한 버블 직경과 입자 레이놀즈 수가 3600인 곡선의 교차점의 수평 점선은 입자 레이놀즈 수 3600일 때 연료 가스 분출구가 최대로 안정한 버블 직경 0.45 m까지 성장하는 데 걸리는 시간이 0.22초임을 나타낸다.
입자 레이놀즈 수는 식(1)에 따라 계산된다:
Figure pct00001
여기서, NRe,p는 입자 레이놀즈 수이고, vf는 연료 분배기 노즐(28)에서 빠져나가는 연료 가스의 속도이며, Dp는 촉매 입자의 Sauter 평균 직경이고, ρf는 연료 가스의 밀도이고, μf는 연료 가스의 동적 점도이다. NRe,p는 40 내지 4000, 바람직하게는 50 내지 3600이어야 한다. 도 2의 플롯에서 레이놀즈 수는 입자 레이놀즈 수를 기준으로 한다. 레이놀즈 수가 유체를 기준으로 하면 NRe,f , Dn은 식(2)에서 나타낸 바와 같이 식(1)의 Dp를 대체하는 연료 분배기 노즐(28)의 내경을 나타낸다.
Figure pct00002
선택된 NRe,f는 10,000 내지 2,000,000이어야 한다.
버블 직경까지의 시간은 V. Bejcek et al., Bubble Size Above an Isolated Gas Jet Penetrating a Fluidized Bed, Chem. Eng. Comm., vol. 62, 303-14 (1987)에 근거하여 버블이 분출구에서 이동한 거리를 주어진 직경의 버블의 속도로 나눈 값으로 계산하며, 이는 참조를 통해 본 명세서에 병합된다.
최대로 안정한 버블 직경 De max는 식(3)에 의해 계산된다.
Figure pct00003
상기 식에서, Ut는 입자의 Sauter 평균 직경 Dp의 2.7배에 달하는 입자를 위해 계산된 입자의 종단 속도이며, g는 중력 상수이다. Handbook of Powder Technology, Gas Fluidization, vol. 8, Mel Pell, Ed. (1990).
최대로 안정한 버블 직경에 도달하지 못하고 연료 가스 유도 시간 전에 더 작은 버블로 분열된 버블은 화염으로 점화되며, 이 버블의 고열은 장치와 촉매를 손상시킬 수 있다. 계산에서, 발명자는 http://Combustion.berkeley.edu/gri-mech/에서 GRI-MECH 3.0 마이크로 동력학 메커니즘(Microkinetic Mechanism)의 유도 시간을 이용하였다.
도 2의 예에서, 연료 가스의 산화 유도 시간은 1.7초이며, 이는 버블 직경이 0.5 m이고 입자 레이놀즈 수가 3600인 안정한 버블 직경의 최대 시간 0.27초보다 훨씬 길다. 산화 유도 시간이 1.7초인 연료 가스는, 안정한 버블 직경이 .08초이거나 버블 직경이 0.15이며, 입자 레이놀즈 수가 50인 최대 시간보다 훨씬 더 길다. 최대로 안정한 버블 직경을 초과한 후 분열된 버블은 일반적으로 유도될 때 화염을 생성하지 않는다. 생성된 더 작은 버블은 또한 분열되기 전에 최대로 안정한 버블 직경으로 성장할 수 있다. 화염 발생을 피하기 위해 유도 시간에 도달하기 전에 최대로 안정한 버블 직경을 달성하는 버블을 생성하는 입자 레이놀즈 수가 선택되어야 한다. 최대로 안정한 버블의 직경은 0.1 내지 0.5m, 바람직하게는 0.15 내지 0.45 m이고, 최대로 안정한 버블 직경에 도달하는 시간은 재생기에 첨가된 연료 가스의 유도 시간보다 짧아야 한다. 유도 시간이 4초 이하, 바람직하게는 3초 이하, 바람직하게는 2초 이하, 보다 바람직하게는 1.7초 이하인 연료 가스 조성물을 선택할 수 있다. 이리 하여, 장치를 손상시킬 수 있는, 재생기 용기의 다운스트림이 아닌 재생기 용기(20) 내의 원하는 위치에서 연료 가스가 연소하도록 확보할 것이다. 0.05, 0.1 또는 0.2초까지 낮은 유도 시간을 허용할 수도 있으므로, 최대로 안정한 버블 직경에 도달하는 시간이 더 짧다.
재생기 조건은 촉매 또는 장치를 손상시킬 수 있는 화염이 발생하지 않고 연료 가스가 균일하게 연소되도록 확보할 것이다. 따라서, 연료 가스 조성물은 유도 시간이 만료되어 점화가 발생하기 전에 연료 가스 버블이 최대로 안정한 버블 크기에 도달하여 분열될 수 있도록 충분히 긴 유도 시간으로 선택되어야 하지만, 재생기(20)의 다운스트림에서 연소를 촉진할 정도로 길지 않아야 한다. 0.2초 또는 0.1초 미만과 같은 매우 짧은 유도 시간은 버블이 그 최대 크기에서 분열되기 전에 연소되어 화염과 과열점을 발생하여 장치를 손상시킬 수 있기 때문에 적합하지 않다. 4초를 넘는 것과 같은 긴 유도 시간은, 연료 가스가 고밀도 촉매 상에서 연소하지 않고 후염을 초래하며, 이는 또한 재생기 또는 다운스트림 장치를 손상시키는 위험이 증가하기 때문에 바람직하지 않다. 0.1초 또는 0.2초 내지 4초의 유도 시간을 제공하는 연료 가스 조성물은 파라핀 탈수소 유동화 반응기(12)에 적합할 것이다.
도 3의 삼원도는 세 가지 가연성 성분을 갖는 연료 가스 조성물을 나타낸다. 이 세 가지 성분은 수소, 메탄 및 C2+ 탄화수소이다. 삼원도에서는 미량의 불순물과 수분과 같은 불연성 물질을 무시했다. 삼원도의 상단 정점은 모든 메탄을 나타낸다. 삼원도의 왼쪽 아래 정점은 모든 수소를 나타내고, 삼원도의 오른쪽 아래 정점은 모든 C2+ 탄화수소를 나타낸다. 발명자는, 0.1 내지 4초의 유도 시간을 제공하는 연료 가스는 연료 가스 버블이 유도되기 전에 그들의 최대로 안정한 버블 직경에 도달할 수 있도록 적절한 시간을 제공하는 것을 발견하였다. 도 3의 삼원도에 겹쳐진 오각형의 변 BC는 4초의 유도 시간을 나타낸다. 도 3의 삼원도에 겹쳐진 오각형의 변 AE는 0.1초의 유도 시간을 나타낸다.
적합한 연료 가스 조성물은 도 3의 삼원도에서 정점 A, B, C, D 및 E에 의해 정의된 오각형으로 구성된 영역 ABCDE 내에 있는 수소, 메탄 및 C2+ 탄화수소의 특정 몰 분율을 가져야 한다. 삼원도는 N점에 나타낸 구성의 순 가스는 유도 시간에 대한 바람직한 범위를 훨씬 초과함을 보여준다. 순 가스의 높은 수소 함량은 연료 가스가 분출되는 노즐(28) 부근의 유동층에서 매우 빠르게 점화되어 과열점을 형성할 것으로 예상된다. 도면 상의 L점에 의해 표시되는 구성의 생성물인 수소와 메탄 전부를 대표하는 경질 가스도 수소 함량이 높기 때문에 유도 시간의 바람직한 범위에서 훨씬 떨어진다. 이와 유사하지만, 보다 덜한 정도로, 삼원도는 T점에 의해 표시되는 구성을 가진 PSA 테일 가스도, 단지 0.1초 미만의 유도 시간에서 너무 빨리 연소되어 유도 시간의 바람직한 범위를 초과하는 것으로 예상됨을 나타낸다. PSA 테일 가스의 수소 함량은 순 가스의 구성과 PSA 분리 효율에 따라 달라질 수 있다.
탈프로판탑 하부 스트림 조성물은 삼원도의 R점에 의해 표시되고, 탈에탄 흡수기 오버헤드 스트림 조성물은 도면의 W점에 의해 표시된다. 탈프로판탑 하부 스트림과 탈에탄 흡수기 오버헤드 스트림은 모두 재생기에서 바람직한 유도 시간 범위 내에 있을 것으로 예상된다.
도 3의 삼원도에 있는 오각형 ABCDE에 의해 제한된 몰 분율을 갖는 연료 가스 조성물은 재생기(20)와 다운스트림 후염에서 화염 발생을 피하도록 적절한 유도 시간을 제공한다. 정점 A, B, C, D 및 E 각각은 표 1에 주어진 몰 분율에 의해 표시된다.
[표 1]
Figure pct00004
적어도 0.2초의 유도 시간을 가진 연료 가스 조성물을 사용하여 최대로 안정한 버블 직경에 도달하도록 충분한 시간을 확보하는 것이 더 바람직할 수 있다. 도 4의 삼원도에 겹쳐진 오각형의 변 FG는 0.2초의 유도 시간을 나타낸다. 바람직한 연료 가스 조성물은 도 4에 도시된 바와 같이, 도 4의 삼원도에서 정점 F, B, C, D 및 G에 의해 정의된 오각형으로 구성된 영역 FBCDG 내에 있는 수소, 메탄 및 C2+ 탄화수소의 특정 몰 분율을 갖는다. 도 3의 오각형 영역과 유사하게, N점의 순 가스, L점의 경질 가스 및 T점의 테일 가스는 모두 바람직한 오각형으로 구성된 영역 FBCDG의 밖에 있다. W점에 의해 나타낸 탈에탄 흡수기 오버헤드 스트림과 R점에 의해 나타낸 탈프로판탑 하부 스트림은 바람직한 구성 영역 FBCDG 내에 잘 있다. 도 4의 삼원도에서 오각형 FBCDG에 의해 제한된 몰 분율을 갖는 연료 가스 조성물은 재생기(20)와 그 후에 화염 발생을 피하도록 하는 바람직한 유도 시간을 제공한다. 정점 F, B, C, D 및 G 각각은 표 2에 주어진 몰 분율에 의해 표시된다.
[표 2]
Figure pct00005
파라핀 탈수소화에서 촉매 재생을 위한 연료 가스 조성물의 추가 선호도는 조작을 개선할 것이다. 연료 가스에서 중질 탄화수소의 농도가 높을수록 유도 시간이 길어진다. 따라서, 연료 가스 스트림에는 적어도 10 mol%의 C2+ 탄화수소, 적어도 25 mol%의 C2+ 탄화수소가 적당히 포함되어야 하며, 유도 시간을 개선하기 위해 적어도 40 mol%의 C2+ 탄화수소를 포함하는 것이 바람직하다.
파라핀 탈수소화의 가장 바람직한 생성물은 프로필렌이기 때문에, 가장 바람직한 시약은 프로판이다. 따라서, 연료 가스 스트림은 C3 탄화수소가 5 mol% 이하, 바람직하게는 1 mol% 이하가 되도록 제조되어야 한다. C4+ 탄화수소는 C3 탄화수소만큼 가치 있지 않다. 따라서, C3 탄화수소를 제거하여 삼원 혼합물로 C2+ 탄화수소 성분을 제조할 때, C4 탄화수소의 농도가 증가할 것이다. 연료 가스 조성물은 C4+ 탄화수소가 적어도 5 mol%인 것이 바람직하다. C2+ 탄화수소 성분은 적어도 80 mol%의 C4+ 탄화수소를 포함할 수 있다.
부텐 생성물이 반응에서 나온 원하는 생성물인 경우, C2+ 탄화수소 성분은 10 mol% 미만, 적합하게는 5 mol% 미만, 바람직하게는 1 mol% 미만의 부탄을 포함할 수 있다.
수소는 유도 시간이 가장 짧아 가치가 있는 가스이다. 따라서, 연료 가스 스트림은 수소의 농도를 최소화하고, 삼원 혼합물에서 가치가 가장 낮은 다른 성분인 메탄으로 대체해야 한다. 이어서, 연료 가스 스트림은 메탄이 적어도 10 mol%, 바람직하게는 메탄이 적어도 20 mol%이어야 한다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같은 삼원도는 사용 가능한 연료 스트림의 조성물을 기반으로 재생기에 공급되는 필요한 연료 가스 혼합물을 설정하기 위해 제어기에 프로그래밍될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 재생기의 온도 센서는 온도를 기반으로 연료 조성물을 조절하기 위해 피드백 신호를 제공할 수 있다.
유동화된 파라핀 탈수소화 반응기(12)에서 배출되는 증기 반응기 유출 스트림에서 필요한 구성을 갖는 연료 가스를 생성하는 방법이 발견되었다.
다시 도 1을 참조하면, 라인(30)의 증기 반응기 유출 스트림에는 경질 탄화수소와 중질 탄화수소 생성물 및 혼입된 촉매가 포함된다. 촉매는 주로 촉매 미립자로서 이는 40 μ 이하, 바람직하게는 20 μ 이하인 최대 직경을 갖는다. 증기 반응기 유출 스트림은, 유출 냉각기와 같은 냉각기(15)에서 냉각되고, 접촉 냉각기, 산성 가스 흡수, 물 세척 및 건조의 사용에 의한 것과 같은 촉매 미립자, 물, 산성 가스 및 염화물을 제거하기 위해 오염물질 제거 유닛(40)에 공급될 수 있다. 오염물질 제거 유닛(40)은 또한 라인(30)의 반응기 유출 스트림에서 중질 탄화수소를 제거하도록 장착될 수 있다. 이어서, 압축되고 정제된 반응기 유출 스트림은 1단계 또는 2단계에서 압축되어 콜드 박스(50)에 공급된다.
콜드 박스(50)는 일반적으로 공정 및/또는 냉매 스트림과 압축되고 정제된 반응기 유출 스트림 사이에 일련의 극저온 열 교환기를 가지며, 그 다음 분리기에 의해 액체 스트림에서 증기 스트림을 제거한다. 대부분의 수소는 콜드 박스(50)에서 생성물 가스 라인(52)에서의 생성물 가스 스트림으로서 회수된다. 생성물 가스 스트림에서의 수소의 농도는 반응기(12)로 재순환되는 수소의 유량에 비례하여 증가한다. 생성물 가스 스트림의 메탄과 C2+ 탄화수소 농도는 콜드 박스(50)의 설계와 조작에 따라 달라질 것이다. 생성물 가스는 수소가 풍부하며, 일반적으로 적어도 85 mol%, 바람직하게는 적어도 90 mol%의 수소, 1 내지 8 mol%, 바람직하게는 5 mol%의 메탄 및 나머지는 C2+ 탄화수소와 질소를 포함한다. 메탄과 C2+ 탄화수소가 풍부한 생성물 액체 스트림은 생성물 액체 라인(54)에서 콜드 박스로부터 제거된다.
생성물 가스 스트림은 재생기(20)에서 연료 가스로 연소하기 위해 과도한 수소를 포함한다. 수소는 유용성이 너무 높아 재생기(20)에서 너무 빨리 연소한다. 이런 이유로, 수소 제거 유닛(100)에서 수소를 제거하는 것이 제안된다. 수소 제거 유닛(100)에는 멤브레인 유닛 또한 고려되지만 압력 스윙 흡착 유닛(102)이 포함될 수 있다. 압력 스윙 흡착 유닛(102)에서, 생성물 가스 스트림은 수소가 풍부한 스트림과 연료 가스 스트림을 보충하는 데 사용될 수 있는 메탄이 풍부한 스트림으로 분리될 수 있다.
수소 회수 유닛(100)에서는, 순 경질 생성물 가스 스트림이 PSA 유닛(102)에 공급될 수 있으며, PSA 유닛(102)에서는 수소가 직렬된 복수 층의 흡착제에 흡착되어 메탄 및 C2+ 탄화수소와 같은 비교적 큰 분자가 층의 흡착제를 통과할 수 있도록 허용한다. 흡착 압력은 수소를 흡착하기 위해 1 MPa(150 psia) 내지 1.7 MPa(250 psia)일 수 있다. 메탄 및 C2+ 탄화수소가 풍부한 테일 가스 스트림은 테일 가스 라인(104)에서 PSA 유닛(102)을 빠져나간다. 흡착제층은 압력 사이에서 순환하도록 직렬로 연결될 수 있다. 각 흡착제층에 대한 유량은 주기적으로 종료되고, 종료된 층의 압력을 단계적으로 낮추어 진공 공간 가스를 방출한 다음, 블로우 다운하여 종료된 층 내의 흡착제에서 수소를 제거하고 수소 생성물 라인(106)의 수소 생성물 스트림에 통과시킨다. 34.5 ㎪(5 psia) 내지 172 ㎪(25 psia)의 블로우 다운 압력을 사용하여 수소를 흡착제에서 제거할 수 있다. 적합한 흡착제는 활성화된 칼슘 제올라이트 A일 수 있다. 테일 가스 라인(104)의 테일 가스 스트림은 60 내지 85 mol%의 수소, 15 내지 35 mol%의 메탄, 바람직하게는 20 내지 30 mol%의 메탄 및 1 내지 10 mol%의 C2+ 탄화수소, 바람직하게는 2 내지 6 mol%의 C2+ 탄화수소를 포함할 수 있다. 일부 테일 가스 스트림은 라인(108)의 생성물 테일 가스 스트림과 라인(110)의 테일 연료 가스 스트림 사이에서 분리될 수 있으며, 생성물 테일 가스 스트림은 배출될 수 있다.
탈에탄 흡수기 컬럼(60)은 라인(54)의 생성물 액체 스트림을 에탄이 풍부한 스트림과 C3+ 탄화수소가 풍부한 스트림으로 분리할 수 있다. 상기 탈에탄 흡수기 컬럼(60)은 두 개의 증류분, 즉 탈에탄 흡수기 오버헤드 라인(62)의 C2- 탄화수소와, 에탄이 풍부한 스트림 및 탈에탄탑 하부 라인(64)의 C3+ 탄화수소가 풍부한 스트림으로 분리하도록 조작된다. 탈에탄 흡수기 오버헤드 스트림은 오버헤드 라인(62)에서 탈에탄 흡수기 컬럼(60)의 오버헤드에서 인출되고, 냉각기에서 응축되어 분리기에 공급된다. 응축된 탈에탄 흡수기 오버헤드 스트림은 환류로서 환류 라인을 통해 탈에탄 흡수기 컬럼(60)으로 재순환되고, 나머지 응축되지 않은 탈에탄 흡수기 오버헤드 스트림은 라인(66)의 순 탈에탄 흡수기 오버헤드 스트림을 통해 인출된다. 에탄이 풍부한 탈에탄 흡수기 오버헤드 스트림은 대부분의 수소와 메탄이 이전에 콜드 박스(50)에서 제거되었기 때문에 C2 탄화수소에 고도로 농축될 수 있다. 탈에탄화된 C3+ 탄화수소가 풍부한 스트림은 탈에탄 흡수기 하부 라인(64)을 통해 탈에탄 흡수기 컬럼(60)에서 인출되며, 그 다음, 하부의 일부가 리보일러 라인 및 리보일러 히터를 통해 유동하고, 가열되어 탈에탄 흡수기 컬럼(60)으로 복귀한다. 탈에탄화된 C3+ 탄화수소가 풍부한 스트림의 나머지 부분은 순 탈에탄탑 하부 라인(68)을 통해 유동하고, C3 분할기 컬럼(70)에 공급된다. 순 탈에탄 흡수기 오버헤드 라인(66)의 순 탈에탄 흡수기 오버헤드 스트림에는 C2- 탄화수소가 풍부하며, 50 내지 90 mol%의 C2 탄화수소와 10 내지 50 mol%의 메탄, 적합하게는 적어도 15 mol%의 메탄, 나머지는 보통 수소가 1 mol% 이하인 것을 포함한다. 에탄이 풍부한 순 탈에탄 흡수기 오버헤드 스트림의 일부는 에틸렌 생성물을 회수하기 위해 처리될 수 있는 C2 수출 라인(69)의 C2- 탄화수소 생성물 스트림과 라인(71)의 C2- 탄화수소 연료 가스 스트림 사이에서 분리될 수 있다. 따라서, 에탄이 풍부한 C2- 탄화수소 생성물 스트림은 적어도 40 mol%, 바람직하게는 적어도 70 mol%의 C2+ 탄화수소를 포함할 수 있다. 탈에탄 흡수기 컬럼(60)은 70℃(158°F) 내지 200℃(392°F)의 하부 온도와 1 MPa(게이지)(150 psig) 내지 3 MPa(게이지)(435 psig)의 오버헤드 압력으로 작동할 수 있다.
탈에탄화된 C3+ 탄화수소가 풍부한 스트림은 C3 분할기 컬럼(70)에서 추가로 처리되어, C3 분할기 오버헤드 라인(72)에서 프로필렌이 풍부한 생성물 스트림을, C3 분할기 하부 라인(74)에서 프로필렌이 희박하고 C3+ 탄화수소가 풍부한 스트림을 회수할 수 있다. C3 분할기 오버헤드 스트림은 오버헤드 라인(72)에서 C3 분할기 컬럼(70)의 오버헤드에서 인출되고, 냉각기에서 응축되어 분리기에 공급된다. 응축된 C3 분할기 오버헤드 스트림은 환류로 환류 라인을 통해 C3 분할기 컬럼(70)으로 재순환되고, 나머지 응축되지 않은 C3 분할기 오버헤드 스트림은 순 C3 분할기 오버헤드 라인(76)을 통해 인출되어 프로필렌 생성물로서 회수된다. C3 분할기 오버헤드 스트림은, 대부분의 수소, 메탄 및 C2 탄화수소가 이전에 콜드 박스(50)와 탈에탄 흡수기 컬럼에서 제거되었기 때문에, 프로필렌에 고도로 농축될 것이다. C3+ 탄화수소가 풍부한 스트림은 C3 분할기 하부 라인(74)을 통해 C3 분할기 컬럼(70)에서 인출되고, 그 다음, 하부의 일부가 리보일러 라인 및 리보일러 히터를 통해 유동하며 가열되어 C3 분할기 컬럼(70)으로 복귀한다. C3+ 탄화수소가 풍부한 반응기 유출 스트림의 나머지 부분은 순 C3 분할기 하부 라인(78)을 통해 유동하며 탈프로판탑 컬럼(80)에 공급된다. C3 분할기 컬럼(70)은 400 내지 2500 ㎪(게이지), 바람직하게는 500 내지 1000 ㎪(게이지)의 오버헤드 압력과 0℃, 바람직하게는 20℃ 내지 50℃의 하부 온도에서 작동할 수 있다.
탈프로판탑 컬럼(80)은 C3+ 탄화수소가 풍부한 스트림을 프로판이 풍부한 스트림과, 상기 연료 가스 스트림을 취할 수 있는 C4+ 탄화수소가 풍부한 스트림으로 분리한다. C4+ 탄화수소의 중질 부산물 스트림은 탈프로판탑 컬럼(80)에서 전환되지 않은 프로판이 풍부한 반응기 유출 스트림에서 제거할 수 있어 반응하지 않은 프로판이 반응기(12)로 재순환할 수 있다. 순 C3 분할기 하부 라인(78)에서 C3+ 탄화수소가 풍부한 스트림은 탈프로판탑 컬럼(80)에서 추가로 처리될 수 있으며, 오버헤드에서 전환되지 않은 프로판이 풍부한 스트림과 하부에서 C4+ 탄화수소가 풍부한 스트림을 회수할 수 있다. 또한, 프로판 공급 라인(81)의 새로운 프로판 공급 스트림을 탈프로판탑 컬럼(80)에서 처리하여, 프로판보다 무거운 탄화수소를 제거한 다음 반응기(12)에 공급할 수 있다. 탈프로판탑 컬럼(80)은, 두 개의 증류분, 즉 탈프로판탑 오버헤드 라인(82)에서 프로판이 풍부한 스트림과 탈프로판탑 하부 라인(84)에서 C4+ 탄화수소가 풍부한 스트림으로 분리하도록 조작된다. 탈프로판탑 오버헤드 스트림은 오버헤드 라인(82)에서 탈프로판탑 컬럼(80)의 오버헤드에서 인출되고, 냉각기에서 응축되어 분리기에 공급된다. 응축된 탈프로판탑 오버헤드 스트림은 환류로 환류 라인을 통해 탈프로판탑 컬럼(80)으로 환류하고, 나머지 응축되지 않은 탈프로판탑 오버헤드 스트림은 순 탈프로판탑 오버헤드 라인(86)을 통해 인출되어 반응기(12)에 수송된다. 탈프로판탑 오버헤드 스트림은, 대부분의 수소, 메탄, C2 탄화수소 및 프로필렌이 이전에 콜드 박스(50), 탈에탄 흡수기 컬럼(60) 및 C3 분할기 컬럼(70)에서 제거되었기 때문에, 프로판에 고도로 농축될 것이다. C4+ 탄화수소가 풍부한 스트림은 탈프로판탑 하부 라인(84)을 통해 탈프로판탑 컬럼(80)에서 인출되며, 그 다음, 하부의 일부가 리보일러 라인 및 리보일러 히터를 통해 유동하고 가열되어 탈프로판탑 컬럼(80)으로 복귀한다. 탈프로판탑 하부 라인(88)에서 C4+ 탄화수소가 풍부한 스트림의 나머지 부분에는 적어도 40 mol%의 C2+ 탄화수소, 바람직하게는 100% C2+ 탄화수소 및 적어도 70 mol%의 C4+ 탄화수소가 포함된다. C4+ 탄화수소가 풍부한 스트림의 일부는 수출 라인(89)의 C4+ 탄화수소 생성물 스트림 및 라인(88)과 동일한 조성을 갖는 라인(91)의 C4+ 탄화수소 연료 가스 스트림 사이에서 분리될 수 있다. C4+ 탄화수소는 또한 두 개 초과의 탄소 원자를 갖는 탄화수소를 포함하기 때문에, C2+ 탄화수소 스트림으로 간주될 수 있다. 탈프로판탑 컬럼(80)은 1000 내지 2000 ㎪(게이지)의 오버헤드 압력과 70℃, 바람직하게는 80℃ 내지 150℃의 하부 온도에서 작동할 수 있다.
분리 단계의 순서를 변경할 수 있다. 또한, 흡수, 극저온 증류, 멤브레인 분리 및 흡착을 포함할 수 있는 다른 회수 방식을 사용할 수 있다.
라인(91)의 개방 제어 밸브를 통해 C4+ 수출 라인의 탄화수소 생성물 스트림으로서 수출되지 않은 탈프로판탑 하부 라인(88) 내의 탈프로판탑 하부 스트림에서 취한 라인(91)의 C4+ 탄화수소 연료 가스 스트림은, 라인(71)의 개방 제어 밸브를 통해 C2 수출 라인(69)에 수출되지 않은 탈에탄 흡수기 오버헤드 라인(66) 내의 순 탈에탄 흡수기 오버헤드 스트림에서 취한 라인(71)의 C2-탄화수소 연료 가스 스트림과 혼합하여, 혼합 연료 가스 라인(92)의 혼합된 C2+ 탄화수소 연료 가스 스트림에 제공할 수 있다, 라인(92)의 혼합 연료 가스 스트림에는 적어도 40 mol%의 C2+ 탄화수소와 적어도 10 mol%의 메탄, 적합하게는 적어도 70 mol%의 C2+ 탄화수소와 적어도 15 mol%의 메탄이 포함되어 있다. 혼합 연료 가스 스트림은 C4+ 탄화수소가 적어도 20 mol%일 수 있다.
반응기(12)에서 탈수소화 반응의 생성물이 프로필렌 대신 부텐일 경우, 탈에탄 흡수기 컬럼(60)은 탈프로판탑 컬럼으로 대체될 수 있고, C3 분할기 컬럼(70)을 C4 분할기 컬럼으로 대체될 수 있고, 탈프로판탑 컬럼(80)은 기본적으로 설명된 바와 같이 컬럼(60), 컬럼(70) 및 컬럼(80)으로 및 이로부터의 다른 라인을 갖는 탈부탄탑 컬럼으로 대체될 수 있다. 탈부탄탑 컬럼 오버헤드는 이소부탄 또는 노르말 부탄을 라인(86)을 통해 반응기(12)로 재순환시키고, 이소부텐 또는 노르말 부텐은 순 C4 분할기 오버헤드 라인(76)을 통해 이 공정에서 회수될 것이다. 본 실시형태에서, 라인(92)의 혼합 연료 가스 스트림은 라인(91)의 C5+ 탄화수소 연료 가스 스트림보다 더 많은 라인(91)의 C3- 탄화수소 연료 가스 스트림을 포함할 수 있고, 라인(71)의 모든 C3- 탄화수소 연료 가스 스트림과 마찬기지로 많은 C3- 탄화수소 연료 가스 스트림을 포함할 수 있다. 부텐 생성물이 필요한 반응 생성물인 경우, 혼합된 C2+ 탄화수소 연료 가스 스트림은 10 mol% 미만, 적합하게는 5 mol% 미만, 바람직하게는 1 mol% 미만의 부탄을 포함할 수 있다.
라인(110)에서 제어 밸브를 통해 라인(108)의 생성물 테일 가스 스트림으로서 취해지지 않은 라인(110)의 테일 연료 가스 스트림은 라인(92)의 혼합 연료 가스 스트림과 결합되어 재순환 라인(112)의 결합된 연료 가스 스트림을 제공할 수 있다.
재순환 라인(112)은 C4+ 수출 라인(89)에서 탄화수소 생성물 스트림으로서 수출되지 않은 탈프로판탑 하부 라인(88)의 탈프로판탑 하부 스트림에서 취한 라인(91)의 C4+ 탄화수소 연료 가스 스트림을 결합할 수 있으며; 탈에탄 흡수기 오버헤드 라인(66) 내의 순 탈에탄 흡수기 오버헤드 스트림에서 취해진 C2- 탄화수소 연료 가스 스트림은 C2 수출 라인(69)에서 수출되지 않으며; 라인(110)의 테일 연료 가스 스트림은 라인(108)의 생성물 테일 가스 스트림으로 간주되지 않는다. 탈프로판탑 하부 스트림에서 나온 C4+ 탄화수소 연료 가스 스트림, 탈에탄 흡수기 오버헤드에서 나온 C2- 탄화수소 연료 가스 스트림 및 재순환 라인(112)의 나온 테일 연료 가스 스트림의 비율은, 그 위의 제어 밸브에 의해 지배되는 라인(89), 라인(69) 및 라인(108)에서 취한 생성물 유량에 의해 및/또는 라인(71), 라인(91) 및 라인(110)의 제어 밸브에 의해 각각 조정될 수 있다. 재순환 라인(112) 내의 연료 가스는 각 연료 가스 분배기 노즐(28)을 통해 라인(22)에서 재생기(20)로 첨가되도록 재생기(20)로 재순환될 수 있다. 탈프로판탑 하부 스트림, 탈에탄 흡수기 오버헤드 스트림 및 PSA 테일 가스 스트림의 일부를 적절한 비율로 결합함으로써, 산소 공급 가스 스트림과 접촉할 때 폐탈수소 촉매 스트림에서 나오는 코크스 침전물을 연소시키기 위해 바람직한 연소 특성을 나타내는 연료 가스 스트림을 재생기(20)에 분배할 수 있을 것이다. 연소는 반응기(12)에서 흡열 반응에 필요한 열을 공급하기 위해 전이될 수 있는 촉매에 충분한 열을 생성할 수 있다. 수출 라인(69), 수출 라인(89) 및 수출 라인(106)은 다른 위치 또는 용도로 개별적으로 또는 함께 내보낼 수 있다.
본 발명은 파라핀 탈수소화 반응에서 부산물 성분과 반응하지 않은 C3 탄화수소를 회수하고, 부산물 성분을 연료 가스로서 재생기에 재순환시켜 열을 보충할 수 있는 방법을 제공한다. 반응하지 않은 C3 탄화수소는 반응기로 재순환될 수 있다. 바람직한 연소 특성이 없는 경질 가스 성분은, 중질 부산물 성분과 혼합하여 촉매 재생기(20)에서 적합한 연소 특성을 가질 수 있다.
구체적인 실시 형태
하기는 구체적인 실시 형태들과 관련하여 설명되지만, 이러한 설명은 예시하고자 하는 것이며 전술한 설명 및 첨부된 청구범위의 범위를 제한하고자 하는 것은 아님이 이해될 것이다.
본 발명의 제1 실시형태는 촉매 반응으로부터 촉매를 재생하는 방법으로서, 폐촉매 스트림을 제공하는 단계; 산소 공급 가스 스트림을 폐촉매 스트림에 분배하는 단계; 연료 가스 스트림을 폐촉매에 분배하는 단계; 및 연료 가스 스트림과 폐촉매 상의 탄소를 산소 공급 가스와 함께 연소시켜 연료 가스 및 재생 촉매를 제공하는 단계를 포함하며, 여기서, 연료 가스 스트림은 도 3에서 오각형으로 구성된 영역 ABCDE에 의해 제한된 메탄, 수소 및 C2+ 탄화수소의 각 몰 분율을 갖는다. 본 발명의 일 실시형태는, 연료 가스 스트림이 도 4의 삼원도에서 오각형으로 구성된 영역 FBCDG에 의해 제한된 메탄, 수소 및 C2+ 탄화수소의 각 몰 분율을 갖는, 본 단락의 제1 실시형태까지 본 단락의 이전 실시형태 중 하나의 실시형태, 임의의 실시형태 또는 모든 실시형태이다. 본 발명의 일 실시형태는, 연소 가스 스트림에는 적어도 10 몰％의 C2+ 탄화수소가 포함되는, 본 단락의 제1 실시형태까지 본 단락의 이전 실시형태 중 하나의 실시형태, 임의의 실시형태 또는 모든 실시형태이다. 본 발명의 일 실시 형태는, 연소 가스 스트림에는 적어도 40 몰％의 C2+ 탄화수소가 포함되는, 본 단락의 제1 실시형태까지 본 단락의 이전 실시형태 중 하나의 실시형태, 임의의 실시형태 또는 모든 실시형태이다. 본 발명의 일 실시형태는, 연소 가스 스트림에는 5 몰％ 미만의 C3 탄화수소가 포함되는, 본 단락의 제1 실시형태까지 본 단락의 이전 실시형태 중 하나의 실시형태, 임의의 실시형태 또는 모든 실시형태이다. 본 발명의 일 실시형태는, 연소 가스 스트림에는 적어도 5 mol％의 C4+ 탄화수소가 포함되는, 본 단락의 제1 실시형태까지 본 단락의 이전 실시형태 중 하나의 실시형태, 임의의 실시형태 또는 모든 실시형태이다. 본 발명의 일 실시형태는, 적어도 40 mol%의 C2+ 탄화수소를 포함하는 제1 스트림 및 적어도 15 mol%의 수소와 적어도 20 mol%의 메탄을 포함하는 제2 스트림을 함께 혼합하여 연료 가스 스트림을 제공하는 단계를 추가로 포함하는, 본 단락의 제1 실시형태까지 본 단락의 이전 실시형태 중 하나의 실시형태, 임의의 실시형태 또는 모든 실시형태이다. 본 발명의 일 실시형태는, 제1 스트림에는 적어도 15 mol％의 메탄이 포함되는, 본 단락의 제1 실시형태까지 본 단락의 이전 실시형태 중 하나의 실시형태, 임의의 실시형태 또는 모든 실시형태이다. 본 발명의 일 실시형태는, 테일 가스 스트림과, 탈에탄 흡수기 오버헤드 스트림 및/또는 탈프로판탑 하부 스트림을 함께 혼합하는 단계를 추가로 포함하는, 본 단락의 제1 실시형태까지 본 단락의 이전 실시형태 중 하나의 실시형태, 임의의 실시형태 또는 모든 실시형태이다.
본 발명의 제2 실시형태는, 촉매 반응으로 생성물을 생성하는 방법으로서, 공급물을 촉매에 반응시켜 생성물 스트림과 폐촉매 스트림을 생성하는 단계; 생성물 스트림을 생성물 액체 스트림과 생성물 가스 스트림으로 분리하는 단계; 생성물 액체 스트림으로부터 연료 가스 스트림을 분리하는 단계; 연료 가스 스트림과 산소 공급 가스 스트림을 폐촉매 스트림에 분배하는 단계; 및 폐촉매 스트림의 존재 하에 연료 가스 스트림과 산소 공급 가스 스트림을 연소시키는 단계를 포함한다. 본 발명의 일 실시형태는, 제1 분리 단계에는 생성물 액체 스트림으로서 메탄이 풍부한 스트림으로부터 연소 가스 스트림으로서 수소가 풍부한 스트림을 분리하는 단계가 포함되는, 본 단락의 제2 실시형태까지 본 단락의 이전 실시형태 중 하나의 실시형태, 임의의 실시형태 또는 모든 실시형태이다. 본 발명의 일 실시형태는, 제2 분리 단계에는 C2+ 탄화수소 스트림으로부터 프로판이 풍부한 스트림을 분리하고, C2+ 탄화수소 스트림으로부터 연료 가스 스트림을 제공하는 단계가 추가로 포함되는, 본 단락의 제2 실시형태까지 본 단락의 이전 실시형태 중 하나의 실시형태, 임의의 실시형태 또는 모든 실시형태이다. 본 발명의 일 실시형태는, 프로판이 풍부한 스트림을 반응 단계로 재순환시키는 단계를 추가로 포함하는, 본 단락의 제2 실시형태까지 본 단락의 이전 실시형태 중 하나의 실시형태, 임의의 실시형태 또는 모든 실시형태이다. 본 발명의 일 실시형태는, 제2 분리 단계에는 메탄이 풍부한 스트림을 에탄이 풍부한 스트림과 C3+ 탄화수소가 풍부한 스트림으로 분리하고, 에탄이 풍부한 스트림으로부터 연료 가스 스트림을 제공하는 단계가 추가로 포함되는, 본 단락의 제2 실시형태까지 본 단락의 이전 실시형태 중 하나의 실시형태, 임의의 실시형태 또는 모든 실시형태이다. 본 발명의 일 실시형태는, C3+ 탄화수소가 풍부한 스트림을 프로필렌이 풍부한 스트림과 프로필렌이 희박하고 C3+ 탄화수소가 풍부한 스트림으로 분리하는 단계를 추가로 포함하는, 본 단락의 제2 실시형태까지 본 단락의 이전 실시형태 중 하나의 실시형태, 임의의 실시형태 또는 모든 실시형태이다. 본 발명의 일 실시형태는, C3+ 탄화수소가 풍부한 스트림을 프로판이 풍부한 스트림과 C4+ 탄화수소가 풍부한 스트림으로 분리하고, C4+ 탄화수소가 풍부한 스트림으로부터 연료 가스 스트림을 제공하는 단계를 추가로 포함하는, 본 단락의 제2 실시형태까지 본 단락의 이전 실시형태 중 하나의 실시형태, 임의의 실시형태 또는 모든 실시형태이다. 본 발명의 일 실시형태는, 생성물 가스 스트림을 수소가 풍부한 스트림과 메탄이 풍부한 스트림으로 분리하고, 메탄이 풍부한 스트림으로 가연성 가스 스트림을 보충하는 단계를 추가로 포함하는, 본 단락의 제2 실시형태까지 본 단락의 이전 실시형태 중 하나의 실시형태, 임의의 실시형태 또는 모든 실시형태이다.
본 발명의 제3 실시형태는, 촉매 반응으로부터 생성물을 생성하는 방법으로서, 공급물을 촉매에 반응시켜 생성물 스트림 및 폐촉매 스트림을 생성하는 단계; 상기 생성물 스트림의 제1 부분을 에탄이 풍부한 스트림과 에탄이 희박한 스트림으로 분리하는 단계; 상기 생성물 스트림의 제2 부분을 프로판이 풍부한 스트림과 프로판이 희박한 스트림으로 분리하는 단계; 프로판이 희박한 스트림과 에탄이 풍부한 스트림 중 하나 또는 둘 모두를 가연성 가스 스트림으로서 취하는 단계; 가연성 가스 스트림과 산소 공급 가스 스트림을 폐촉매 스트림에 분배하는 단계; 및 폐촉매 스트림의 존재 하에 가연성 가스 스트림과 산소 공급 가스 스트림을 연소시키는 단계를 포함한다. 본 발명의 일 실시형태는, 에탄이 희박한 스트림으로부터 상기 생성물 스트림의 제2 부분을 취하는, 본 단락의 제3 실시형태까지 본 단락의 이전 실시형태 중 하나의 실시형태, 임의의 실시형태 또는 모든 실시형태이다. 본 발명의 실시형태는, 생성물 스트림을 생성물 액체 스트림과 생성물 가스 스트림으로 분리하고, 생성물 액체 스트림으로부터 생성물 스트림의 제1 부분과 제2 부분을 취하는 단계를 추가로 포함하는, 본 단락의 제3 실시형태까지 본 단락의 이전 실시형태 중 하나의 실시형태, 임의의 실시형태 또는 모든 실시형태이다.
추가의 상술 없이도, 전술한 설명을 사용하여 당업자는 본 발명을 최대한으로 이용하고 본 발명의 본질적인 특징을 용이하게 확인하여, 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어남이 없이, 본 발명의 다양한 변경 및 수정을 행하고 이를 다양한 사용 및 조건에 적응시킬 수 있는 것으로 여겨진다. 따라서, 전술한 바람직한 구체적인 실시 형태는 본 개시의 나머지를 어떠한 방식으로든 제한하는 것이 아니라 단지 예시적인 것으로 해석되어야 하며, 그것은 첨부된 청구범위의 범위 내에 포함되는 다양한 수정 및 등가의 배열을 포함하도록 의도된다.
상기에서, 달리 지시되지 않는 한, 모든 온도는 섭씨 온도로 제시되며, 모든 부 및 백분율은 중량 기준이다.

Claims (10)

  1. 촉매 반응으로부터 촉매를 재생하는 방법으로서,
    폐촉매 스트림을 제공하는 단계;
    산소 공급 가스 스트림을 상기 폐촉매 스트림에 분배하는 단계;
    연료 가스 스트림을 상기 폐촉매 스트림에 분배하는 단계 - 상기 연료 가스 스트림은 메탄, 수소 및 C2+ 탄화수소 중 하나, 일부 또는 전부를 가짐 -; 및
    상기 연료 가스 스트림 및 상기 폐촉매 상의 탄소를 상기 산소 공급 가스와 함께 연소시켜 연료 가스와 재생 촉매를 제공하는 단계를 포함하며, 상기 연료 가스 스트림은 삼원도 상의 두 개의 선에 의해 제한된 구성을 갖는, 방법.
    Figure pct00006
  2. 제1항에 있어서, 상기 연료 가스 스트림은 상기 삼원도 상의 두 개의 선에 의해 제한된 구성을 갖는, 방법.
    Figure pct00007
  3. 제1항에 있어서, 상기 연료 가스 스트림은 적어도 10 중량%의 C2+ 탄화수소를 포함하는, 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 연료 가스 스트림은 5 중량% 이하의 C3 탄화수소를 포함하는, 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 연료 가스 스트림은 적어도 5 중량%의 C4+ 탄화수소를 포함하는, 방법.
  6. 촉매 반응으로부터 생성물을 생성하는 방법으로서,
    공급물을 촉매에 반응시켜 생성물 스트림 및 폐촉매 스트림을 생성하는 단계;
    상기 생성물 스트림을 생성물 액체 스트림과 생성물 가스 스트림으로 분리하는 단계;
    상기 생성물 액체 스트림으로부터 가연성 가스 스트림을 분리하는 단계;
    상기 가연성 가스 스트림과 산소 공급 가스 스트림을 상기 폐촉매 스트림에 분배하는 단계; 및
    상기 폐촉매 스트림의 존재 하에 상기 가연성 가스 스트림과 상기 산소 공급 가스 스트림을 연소시키는 단계를 포함하는, 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제2 분리 단계는, C2+ 탄화수소가 풍부한 스트림으로부터 프로판이 풍부한 스트림을 분리하는 단계, 상기 C2+ 탄화수소가 풍부한 스트림으로부터 상기 가연성 가스 스트림을 제공하는 단계 및 상기 프로판이 풍부한 스트림을 상기 반응 단계로 재순환시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 제1 분리 단계는 상기 생성물 가스 스트림으로서 수소가 풍부한 스트림을 상기 생성물 액체 스트림으로서 메탄이 풍부한 스트림으로부터 분리하는 단계를 포함하는, 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 제2 분리 단계는 상기 메탄이 풍부한 스트림을 에탄이 풍부한 스트림과 C3+ 탄화수소가 풍부한 스트림으로 분리하는 단계 및 상기 에탄이 풍부한 스트림으로부터 상기 가연성 가스 스트림을 제공하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  10. 촉매 반응으로부터 생성물을 생성하는 방법으로서,
    공급물을 촉매에 반응시켜 생성물 스트림과 폐촉매 스트림을 생성하는 단계;
    상기 생성물 스트림의 제1 부분을 에탄이 풍부한 스트림과 에탄이 희박한 스트림으로 분리하는 단계;
    상기 생성물 스트림의 제2 부분을 프로판이 풍부한 스트림과 프로판이 희박한 스트림으로 분리하는 단계;
    상기 프로판이 희박한 스트림과 상기 에탄이 풍부한 스트림 중 하나 또는 둘 모두를 가연성 가스 스트림으로서 취하는 단계;
    상기 가연성 가스 스트림과 산소 공급 가스 스트림을 상기 폐촉매 스트림에 분배하는 단계; 및
    상기 폐촉매 스트림의 존재 하에 상기 가연성 가스 스트림과 상기 산소 공급 가스 스트림을 연소시키는 단계를 포함하는, 방법.
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