KR20230037591A - Pitch process and product - Google Patents

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KR20230037591A
KR20230037591A KR1020237004072A KR20237004072A KR20230037591A KR 20230037591 A KR20230037591 A KR 20230037591A KR 1020237004072 A KR1020237004072 A KR 1020237004072A KR 20237004072 A KR20237004072 A KR 20237004072A KR 20230037591 A KR20230037591 A KR 20230037591A
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stage reactor
pressure
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mesophase
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KR1020237004072A
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토마스 씨 홀컴
데이비드 씨 보이어
데이비드 씨 보이어
도널드 피. 말론
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토마스 씨 홀컴
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    • D01F9/145Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments from pitch or distillation residues

Abstract

본 발명은 중간상 및/또는 등방성 피치를 제조하기 위한 공정에 관한 것이다. 방향족 농후 액체는 고온 및 고압에서 제1 열중합 반응기에 충전되어 플래싱되는 등방성 피치 농후 액체를 생산한다. 잔류 액체는 제2 열 반응기에 충전되어 중간상 피치를 생성한다. 반응기는 관형 반응기 또는 CSTR일 수 있다. 탄화된 또는 흑연화된 섬유, 포말, 블록, 시트 또는 구체가 중간상 피치로부터 생산될 수 있다.The present invention relates to a process for making mesophase and/or isotropic pitch. The aromatic rich liquid is charged into the first thermal polymerization reactor at high temperature and pressure to produce an isotropic pitch rich liquid that is flashed. The remaining liquid is charged to the second thermal reactor to produce mesophase pitch. The reactor may be a tubular reactor or a CSTR. Carbonized or graphitized fibers, foams, blocks, sheets or spheres can be produced from mesophase pitch.

Description

피치 공정 및 생성물Pitch process and product

관련 출원에 대한 상호 참조문헌Cross-References to Related Applications

본 출원인의 2개의 최근 특허인 US 9,222,027호 및 US 9,376,626호는 관련되어 있고, 본원에 참조로서 포함된다.Applicant's two recent patents, US 9,222,027 and US 9,376,626, are related and incorporated herein by reference.

발명의 분야field of invention

본 발명은 등방성 또는 중간상 피치의 형성에 관한 것이다.The present invention relates to the formation of isotropic or mesophase pitch.

등방성 또는 중간상 피치를 제조하기 위해 많은 연구가 수행되었다. 상기 언급된 본 출원인의 2개의 최근 특허는 각각 등방성 및 중간상 피치를 제조하는 것에 관한 것이다.Many studies have been conducted to prepare isotropic or mesophase pitch. Applicant's two recent patents mentioned above relate to making isotropic and mesophase pitches, respectively.

상기 특허에서의 방법이 등방성 및 중간상 피치를 제조하기 위해 가장 이용 가능한 기술로 여겨지지만, 본 발명자들은 이러한 공정을 개선하기 위한 목적으로 본 발명자의 연구를 계속하였다. 본 발명자들은 개선된 2 스테이지 공정을 개발하였고, 또한 더 나은 1 스테이지 공정을 제공하였다.Although the method in this patent is considered the most available technology for producing isotropic and mesophase pitch, the inventors continued their research with the aim of improving this process. The inventors have developed an improved two stage process and also provided a better one stage process.

따라서, 본 발명은, 상기 공급물을, 열 중합을 유도하기에 충분히 높은 온도 및 2 및 3 고리 방향족 화합물의 적어도 일부를 액체상으로 유지시키기에 충분히 높은 압력을 포함하는 열 중합 조건에서 작동하는 제1 스테이지 반응기에서 충전시켜 상기 2 및 3 고리 방향족 화합물의 적어도 20 중량%를 등방성 피치로 및 경질, 일반적으로 가스상 탄화수소로 전환시키고 제1 스테이지 반응기 유출물을 배출시킴으로써 2 및 3 고리 방향족 화합물의 적어도 일부를 포함하는 방향족 화합물 액체 공급물을 열적으로 중합하는 단계, 상기 제1 스테이지 열 중합 반응기에서의 절대 압력의 1/2 이하의 절대 압력을 갖는 플래시 구역에서 상기 경질, 일반적으로 가스상 탄화수소의 적어도 대부분을 제거하기 위해 상기 제1 스테이지 반응기 유출물을 플래싱하여 플래시 유출물 액체 스트림을 생성하는 단계, 상기 제1 스테이지 반응기에서 절대 압력의 1/2 이하의 압력 및 중량 기준으로 상기 플래시 유출물 액체의 적어도 1/3을 중간상 피치로 전환시키기 위한 온도를 포함하는 중간상 형성 조건에서 제2 스테이지 반응기에서 상기 플래시 유출물 액체 스트림으로부터 중간상 피치를 형성하는 단계, 및 상기 제2 스테이지 반응기로부터 중간상 피치를 생성물로서 회수하는 단계를 포함하는, 방향족 화합물 액체로부터 중간상 피치를 생성하기 위한 2 스테이지 공정을 제공한다.Accordingly, the present invention provides a first method operating the feed under thermal polymerization conditions comprising a temperature high enough to induce thermal polymerization and a pressure high enough to maintain at least a portion of the two and three ring aromatics in the liquid phase. At least a portion of the two and three ring aromatics are converted by charging in a stage reactor to convert at least 20% by weight of the two and three ring aromatics to isotropic pitch and to light, usually gaseous hydrocarbons, and discharging the first stage reactor effluent. thermally polymerizing an aromatics liquid feed comprising removing at least a majority of the light, typically gaseous, hydrocarbons in a flash zone having an absolute pressure less than or equal to one-half the absolute pressure in the first stage thermal polymerization reactor. flashing the first stage reactor effluent to produce a flash effluent liquid stream, at least 1/2 of the flash effluent liquid by weight and at a pressure less than or equal to 1/2 the absolute pressure in the first stage reactor. forming mesophase pitch from the flash effluent liquid stream in a second stage reactor at mesophase formation conditions comprising a temperature to convert 3 to mesophase pitch, and recovering mesophase pitch as a product from the second stage reactor. A two-stage process for producing mesophase pitch from an aromatics liquid, comprising:

또 다른 구현예에서, 본 발명은 방향족 화합물 액체 공급물을, 열 중합을 유도하기에 충분히 높은 온도 및 2 및 3 고리 방향족 화합물의 적어도 일부를 액체상으로 유지시키기에 충분히 높은 압력을 포함하는 열 중합 조건에서 작동하는 제1 스테이지 반응기에 충전하여 상기 2 및 3 고리 방향족 화합물의 적어도 20 중량%를 등방성 피치로 및 경질, 일반적으로 가스상 탄화수소로 전환시키고 제1 스테이지 반응기 유출물을 배출함으로써 2 및 3 고리 방향족 화합물의 적어도 일부를 포함하는 방향족 화합물 액체 공급물을 열 중합시키는 단계, 상기 제1 스테이지 열 중합 반응기에서의 절대 압력의 1/2 이하의 절대 압력을 갖는 플래시 구역에서 상기 경질, 일반적으로 가스상 탄화수소의 적어도 대부분을 제거하기 위해 상기 제1 스테이지 반응기 유출물을 플래싱하여 플래시 유출물 액체 스트림을 생성하는 단계, 상기 제1 스테이지 반응기에서 절대 압력의 1/2 이하의 압력 및 중량 기준으로 상기 플래시 유출물 액체의 적어도 1/3을 중간상 피치로 전환시키는 온도를 포함하는 중간상 형성 조건에서 제2 스테이지 반응기에서 상기 플래시 유출물 액체 스트림으로부터 중간상 피치를 형성하는 단계, 및 상기 제2 스테이지 반응기로부터 중간상 피치를 회수하고 상기 중간상 피치를 상기 중간상 피치의 통상적인 가공에 의해 탄화된 또는 흑연화된 섬유, 포말, 블록, 시트 또는 구체의 적어도 하나로 전환시키고 상기 탄화된 또는 흑연화된 섬유, 포말, 블록, 시트 또는 구체 중 적어도 하나를 공정의 생성물로서 회수하는 단계에 의해, 중간상 피치로부터 제조된 탄소 섬유, 흑연 섬유 또는 탄소 포말을 제공한다.In another embodiment, the present invention provides liquid aromatics feed to thermal polymerization conditions comprising a temperature high enough to induce thermal polymerization and a pressure high enough to maintain at least a portion of the two and three ring aromatics in the liquid phase. converting at least 20% by weight of said two and three ring aromatics to isotropic pitch and to light, usually gaseous hydrocarbons by charging a first stage reactor operating in thermally polymerizing an aromatics liquid feed comprising at least a portion of the compounds, in a flash zone having an absolute pressure of less than one-half the absolute pressure in the first stage thermal polymerization reactor; flashing the first stage reactor effluent to remove at least a majority thereof to produce a flash effluent liquid stream, wherein the flash effluent liquid at a pressure and weight basis of less than half the absolute pressure in the first stage reactor. forming mesophase pitch from the flash effluent liquid stream in a second stage reactor at mesophase formation conditions comprising a temperature that converts at least one third of the mesophase pitch to mesophase pitch, and recovering mesophase pitch from the second stage reactor; The mesophase pitch is converted to at least one of carbonized or graphitized fibers, foams, blocks, sheets or spheres by conventional processing of the mesophase pitch, and any of the carbonized or graphitized fibers, foams, blocks, sheets or spheres Recovering at least one of them as a product of the process provides carbon fibers, graphite fibers or carbon foam made from the mesophase pitch.

도면은 방향족 화합물 액체로부터 중간상 피치를 생산하기 위한 2-스테이지 공정의 구현예의 단순화된 도면이다. 여과된 방향족 화합물 액체(1)로 구성된 새로운 공급원료는 공급 탱크(2)에 공급된 후, 펌프(3)를 통해 라인(103)으로 충전되고, 라인(4)에서 재순환된 중질 방향족 화합물 스트림과 혼합되고, 혼합된 공급물 드럼(5)으로 배출된다. 혼합된 공급물은 라인(106)을 통해 배출되고 펌프(7)는 가열된 히터(8)로의 방출을 위해 압력을 증가시킨다. 가열된 혼합된 공급물은 이후 라인(108)을 통해 제1 스테이지 관형 반응기(9)에 충전되고, 여기서 공급물은 등방성 및 중간상 피치의 혼합물로 부분적으로 전환된다. 반응기 유출물은 제1 스테이지 반응기로부터 라인(10)을 통해 배출되고 압력 강하 밸브(11)를 통해 통과하여 압력을 감소시킨다. 플래싱된 부분적으로 전환된 혼합물은 이후, 라인(113)에서 스팀 보일러/과열기(13)를 통해 보일러 공급수를 통과시킴으로써 생산된, 라인(12)을 통해 첨가된 과열 스팀과 혼합된다. 스팀 대 탄화수소의 몰비는 일반적으로 1:1 초과, 예를 들어, 3:1이다. 라인(14)에서 생성된 혼합물은 제2 스테이지 관형 반응기(15)에 공급되고, 여기서 추가의 중간상이 형성된다. 제2 스테이지 반응기 유출물은 라인(16)을 통해 증기/액체 분리기(17)로 배출된다. 이러한 분리기를 떠나는 액체 스트림(18)은 85 내지 90 중량%의 중간상 피치를 함유하고(잔부는 주로 등방성 피치임), 새로운 공급원료에 대한 88 중량% 수율을 나타낸다. 스트림(18)은 이를 피치 냉각 및 고형화 시스템(19)에 공급함으로써 저장 및 분배를 위해 회수된다. 증기/액체 분리기(17)로부터의 증기(20)는 글리콜 냉각 시스템(23)으로부터의 글리콜/물 냉각 스트림(22)을 사용하여 쉘 및 튜브 열 교환기(21)에서 155℃로 냉각된다. 공급물/생성물 교환, 핀-팬 냉각기를 통한 공기 냉각, 또는 냉각탑으로부터의 냉각수와 같은 임의의 다른 통상적인 냉각 수단이 사용될 수 있다. 냉각된 증기 스트림(24)은 증기/액체 분리기(25)로 통과하고, 여기서 중질 방향족 화합물 스트림(26)은 바닥으로부터 인출되어 중질 방향족 화합물 탱크(27)에 잠시 저장된다. 이 중질 방향족 물질은 이후 라인(127) 및 펌프(28)를 통해 회수되고 라인(29)을 통해 공급 드럼(5)으로 재순환되거나 공기 냉각기(30)로 냉각되고, 저장을 위해 라인(131)을 통해 중질 방향족 화합물 탱크(31)로 보내지고, 가치 있는 부산물, 예를 들어, 방향족 화합물 농후 용매로서 판매를 위해 라인(133), 펌프(32) 및 라인(132)을 통해 펌핑된다. 증기/액체 분리기(25)로부터 33을 통해 제거된 오버헤드 증기는 공기 냉각기(34)에서 49℃로 냉각되고 라인(134)을 통해 3-상 분리기(35)로 배출된다. 증기상은 라인(36)을 통해 오버헤드로 제거된다. 스팀 응축물로부터의 물은 라인(37)을 통해 분리기의 바닥으로부터 제거된다. 경질 탄화수소 스트림은 라인(38)을 통해 제거되고 경질 탄화수소 저장 탱크(39)로 배출되며, 여기서 이는 라인(140), 펌프(40) 및 라인(141)을 통해 펌핑된다.The Figure is a simplified diagram of an embodiment of a two-stage process for producing mesophase pitch from an aromatics liquid. Fresh feedstock consisting of filtered aromatics liquid (1) is fed to feed tank (2), then charged to line (103) via pump (3) and recycled in line (4), with heavy aromatics stream and It is mixed and discharged to the mixed feed drum (5). The mixed feed is discharged through line 106 and pump 7 increases the pressure for discharge to heated heater 8. The heated mixed feed is then charged via line 108 to a first stage tubular reactor 9 where the feed is partially converted to a mixture of isotropic and mesophase pitch. The reactor effluent is withdrawn from the first stage reactor through line 10 and passed through a pressure reducing valve 11 to reduce the pressure. The flashed partially converted mixture is then mixed with superheated steam added via line 12, produced by passing boiler feed water through steam boiler/superheater 13 in line 113. The molar ratio of steam to hydrocarbon is generally greater than 1:1, for example 3:1. The resulting mixture in line 14 is fed to a second stage tubular reactor 15, where additional intermediate phases are formed. The second stage reactor effluent exits via line (16) to a vapor/liquid separator (17). The liquid stream 18 leaving this separator contains between 85 and 90 weight percent mesophase pitch, the balance being mainly isotropic pitch, representing an 88 weight percent yield on fresh feedstock. Stream 18 is recovered for storage and distribution by feeding it to a pitch cooling and solidification system 19. Vapor 20 from vapor/liquid separator 17 is cooled to 155° C. in shell and tube heat exchanger 21 using glycol/water cooling stream 22 from glycol cooling system 23. Any other conventional cooling means may be used, such as feed/product exchange, air cooling via a fin-fan cooler, or cooling water from a cooling tower. The cooled vapor stream 24 passes to a vapor/liquid separator 25 where a heavy aromatics stream 26 is withdrawn from the bottom and temporarily stored in a heavy aromatics tank 27. These heavy aromatics are then recovered via line 127 and pump 28 and recirculated via line 29 to supply drum 5 or cooled with air cooler 30 and line 131 for storage. to heavy aromatics tank 31 and pumped through line 133, pump 32 and line 132 for sale as a valuable by-product, e.g., an aromatics-rich solvent. Overhead vapor removed from vapor/liquid separator 25 via 33 is cooled to 49° C. in air cooler 34 and discharged via line 134 to three-phase separator 35. The vapor phase is removed overhead via line 36. Water from the steam condensate is removed from the bottom of the separator via line (37). A light hydrocarbon stream is removed via line 38 and discharged to light hydrocarbon storage tank 39, where it is pumped through line 140, pump 40 and line 141.

관형 반응기에서의 공급물, 생성물 및 반응 조건에 대한 세부사항은 본 발명자의 관련된 이전 특허에 기술되어 있고, 본원에 참조로 포함되고, 본원에서 반복되지 않는다.Details of the feeds, products and reaction conditions in the tubular reactor are described in the inventor's relevant prior patents, incorporated herein by reference, and not repeated herein.

제1 스테이지first stage

관형 반응기 및 비교적 높은 압력이 바람직하다. 본 발명자의 이전 연구와 다른 점은 방향족 화합물의 피치 분자로의 전환을 추진한다는 것이다. 본 발명자들의 이전 특허에서, 본 발명자들은 등방성 피치 생성물에서 중간상 함량을 바람직하게는 1 중량% 이하로 제한하려고 시도하였다. 이는 등방성 피치가 요망되는 생성물일 때 유효하고 우수한 방법이지만, 이는 등방성 피치 생성물의 일부 또는 전부가 중간상 피치로 전환될 때 항상 최적인 것은 아니다. 중간상이 궁극적인 목표일 때, 1 중량% 초과의 중간상, 바람직하게는 2 내지 5 중량% 초과의 중간상, 및 이상적으로는 10 내지 25 중량% 초과의 중간상 또는 그 이상의 중간상으로 "오염된" 등방성 피치를 생산하기 위해 공정의 제1 스테이지를 작동시키는 것이 유리할 수 있다.Tubular reactors and relatively high pressures are preferred. What is different from the present inventors' previous studies is that it promotes the conversion of aromatic compounds to pitch molecules. In our previous patents, we attempted to limit the mesophase content in the isotropic pitch product to preferably 1% by weight or less. While this is a good and effective method when isotropic pitch is the desired product, it is not always optimal when some or all of the isotropic pitch product is converted to mesophase pitch. When mesophases are the ultimate goal, an isotropic pitch "contaminated" with more than 1 wt% mesophase, preferably more than 2-5 wt% mesophase, and ideally more than 10-25 wt% mesophase or more mesophases. It may be advantageous to operate the first stage of the process to produce

제1 스테이지로부터의 이러한 오염된 생성물은 "어류도 아니고 가금류("fish nor fowl")"도 아니며 등방성 피치 생성물로서 가치가 거의 또는 전혀 없지만, 이는 추가적인 열 중합이 판매 가능한 중간상 생성물을 만드는 제2 반응 스테이지에 대한 이상적인 충전 스톡(charge stock)이다. 제1 스테이지의 플래싱은 열 중합 및 열 탈알킬화의 부산물로서 형성된 경질 가스를 제거하고, 또한 바람직하게는 2 및 3 고리 방향족 화합물을 제거한다. 제2 스테이지 반응기에서, 더 낮은 압력은 중간상 형성을 용이하게 한다. 2 및 3 고리 방향족 화합물은, 이러한 것이 중간상 형성을 방해하는 것으로 여겨지기 때문에, 제거된다.This contaminated product from the first stage is "neither fish nor fowl" and has little or no value as an isotropic pitch product, but it is further thermally polymerized into a second reaction to produce a salable intermediate phase product. It is the ideal charge stock for the stage. The first stage flashing removes light gases formed as by-products of thermal polymerization and thermal dealkylation, and also preferably removes two and three ring aromatics. In the second stage reactor, lower pressure facilitates mesophase formation. Two- and three-ring aromatic compounds are removed as they are believed to interfere with mesophase formation.

제1 스테이지가 연속 교반형 탱크 반응기(CSTR)에서 수행될 때, 화학 및 일반적인 방법은 유사하지만, 상이한 제약 및 우려가 있다.When the first stage is performed in a continuous stirred tank reactor (CSTR), the chemistry and general process are similar, but with different constraints and concerns.

등방성 피치 및 제한된 정도로 중간상 피치를 형성하는 열 반응은 동일하지만, 반응물은 다소 상이하고, 허용될 수 있는 중간상의 양은 종종 상당히 감소된다.Although the thermal reactions to form isotropic pitch and, to a limited extent, mesophase pitch are the same, the reactants are somewhat different, and the amount of mesophase that can be tolerated is often significantly reduced.

CSTR의 반응물은 상이할 수 있는데, 그 이유는 CSTR이 통상적으로 바닥에 교반된 액체 및 상부에 증기 공간을 갖는 교반된 용기로 구성되기 때문이다. 증기상의 물질은, 관형 반응기에서 증기와 액체의 강한 접촉에 비해 접촉이 크게 감소하기 때문에, 액체상의 물질과 반응시키는 더 힘든 시간을 보낸다.The reactants in a CSTR can be different because a CSTR typically consists of an agitated vessel with an agitated liquid at the bottom and a vapor space at the top. Vapor-phase materials have a harder time reacting with liquid-phase materials because the contact is greatly reduced compared to the intense vapor-to-liquid contact in a tubular reactor.

용인될 수 있는 제1 스테이지 생성물에서 중간상의 양은 일반적으로 관형 반응기에서 용인될 수 있는 것보다 적을 것이다. 관형 반응기는 모든 것을 계속 움직이게 하고 이의 벽을 통해 흐르는 유체에 의해 대부분 깨끗하게 닦인다. 상황은 고형물 함량이 높은 미시시피 강으로부터의 냉각수를 사용하려고 하는 정제업체가 경험하는 것과 유사하다. 더러운 냉각수가 사용될 수 있지만, 이는 튜브형 열 교환기에서만 그리고 유량이 높게 유지될 때에만 사용될 수 있다. 통상적인 CSTR에서, 용기의 벽 및 임펠러 또는 다른 혼합 디바이스의 패들은 일부 중간상을 허용할 수 있지만 일반적으로 관형 반응기에서 허용될 수 있는 만큼은 아니다.The amount of mesophase in the first stage product that can be tolerated will generally be less than that which can be tolerated in a tubular reactor. The tubular reactor keeps everything moving and is mostly wiped clean by fluid flowing through its walls. The situation is similar to that experienced by refiners trying to use cooling water from the high solids Mississippi River. Dirty cooling water can be used, but only in tubular heat exchangers and when the flow rate is kept high. In a conventional CSTR, the walls of the vessel and the paddles of the impeller or other mixing device may tolerate some mesophases, but generally not as much as can be tolerated in a tubular reactor.

제1 스테이지에서 압력은 액체상에 2 및 3 고리 방향족 화합물을 더 많이 유지시키기 위해 높아야 한다. 이러한 방향족 물질은 등방성 피치로 전환될 수 있지만, 일반적으로 이들이 액체상에 있을 때만 가능하다.In the first stage the pressure must be high to keep more of the two and three ring aromatics in the liquid phase. These aromatics can be converted to isotropic pitch, but generally only when they are in the liquid phase.

제2 스테이지2nd stage

제2 스테이지는 관형 반응기가 사용될 때 중간상 생산에 관한 본 발명자의 이전 특허에 기재된 바와 같이 작동될 수 있다.The second stage can be operated as described in our previous patents on mesophase production when tubular reactors are used.

제2 스테이지의 압력은 제1 스테이지에서의 압력과 비교하여 절대적으로 적어도 50% 감소되어야 한다. 최대 중간상 생성 및 농도가 목표인 경우, 바람직하게는 압력은 충분히 낮고 온도는 충분히 높아서 적어도 대부분 몰의 2 및 3 고리 방향족 화합물을 증기화시킨다. 이러한 2 및 3 고리 방향족 화합물은 중간상 형성을 방해하는 경향이 있으므로, 이러한 것들이 가장 잘 제거된다.The pressure in the second stage must absolutely be reduced by at least 50% compared to the pressure in the first stage. When maximum mesophase formation and concentration is the goal, preferably the pressure is low enough and the temperature is high enough to vaporize at least a majority of the moles of the two- and three-ring aromatic compounds. These two- and three-ring aromatics tend to interfere with mesophase formation, so they are best removed.

CSTR 반응기가 사용될 때, 열 반응기의 막힘을 피하기 위해 설계 및 작동에 더 큰 주의가 요구된다. 중간상 함량은 일반적으로 50 중량% 초과일 것이며, 이러한 물질은 코크스를 용이하게 형성하기에 충분히 뜨겁고, 용기 또는 임펠러를 용이하게 막히기에 충분히 점착성이다. CSTR 작업은 더 높은 임펠러 속도 및/또는 스윙 반응기를 사용함으로써 어느 정도 연장될 수 있다.When a CSTR reactor is used, greater care is required in design and operation to avoid clogging of the thermal reactor. The mesophase content will generally be greater than 50% by weight, and this material is hot enough to readily form coke and tacky enough to easily clog a vessel or impeller. CSTR operation can be extended to some extent by using higher impeller speeds and/or swing reactors.

CSTR이 관형 반응기에 비해 갖는 한 가지 이점은 이들이 구축하기에 더 저렴하고 단지 작은 풋프린트를 필요로 한다는 것이다.One advantage CSTRs have over tubular reactors is that they are cheaper to build and require only a small footprint.

바람직하게는, 제2 스테이지 반응기로 방출되는 플래시 유출물의 외부 가열은 거의 또는 전혀 없다. 바람직하게는 제2 스테이지 반응기의 외부 가열은 없다. 이는 이러한 중간상이 풍부한 코크스 경향이 있는 물질이 뜨거운 표면에서 코크스화되는 경향이 있기 때문이다.Preferably, there is little or no external heating of the flash effluent to the second stage reactor. Preferably there is no external heating of the second stage reactor. This is because coke-prone materials rich in these mesophases tend to coke on hot surfaces.

열 평형thermal equilibrium

공정의 제2 스테이지의 열 요구량은 바람직하게는 그리고 대부분 공급물에 의해 공급된다. 제1 스테이지 반응기로의 공급물 및 이로부터의 생성물은, 예를 들어, 가열된 히터 또는 용융 금속 또는 용융 염 배스에서의 침지에서 상당한 통상적인 가열을 허용할 수 있다. 제1 반응기에서 발생하는 열 반응은 시간 및 온도에 의해 크게 좌우된다. 반응 속도는 매 10℃ 온도 증가마다 대략 2배이므로, 제1 반응기를 더 고온으로 작동시키면 반응기 크기를 감소시킬 수 있다.The heat demand of the second stage of the process is preferably and predominantly supplied by the feed. The feed to the first stage reactor and products therefrom may accept significant conventional heating, for example in a heated heater or immersion in a molten metal or molten salt bath. The thermal reaction occurring in the first reactor is highly dependent on time and temperature. Since the reaction rate approximately doubles for every 10° C. temperature increase, the size of the reactor can be reduced by operating the first reactor at a higher temperature.

제1 스테이지 반응기 유출물은 경질 단부 및 2 및 3 고리 방향족 화합물을 제거하기 위해 플래싱될 때 상당히 냉각될 것이다. 이러한 플래시로부터의 잔류 액체는 여전히 매우 뜨겁고, 많은 경우에, 제2 스테이지 반응기에서 열중합을 유도하기에 충분히 뜨겁다.The first stage reactor effluent will cool significantly when flashed to remove hard ends and 2 and 3 ring aromatics. The residual liquid from this flash is still very hot and, in many cases, hot enough to induce thermal polymerization in the second stage reactor.

추가의 열은 과열된 유체, 바람직하게는 과열된 스팀의 형태로 제2 스테이지 반응기에 첨가될 수 있다. 제2 스테이지 반응기는 제1 스테이지보다 훨씬 더 낮은 압력에서 작동하므로, 더 낮은 압력 작동으로 인해 건설 비용이 상당히 감소될 수 있다. 반응기 체류 시간은 더 큰 내경 및/또는 더 긴 길이의 튜브 반응기를 사용하거나 더 큰 CSTR을 사용함으로써 증가될 수 있다.Additional heat may be added to the second stage reactor in the form of superheated fluid, preferably superheated steam. Since the second stage reactor operates at a much lower pressure than the first stage, construction costs can be significantly reduced due to lower pressure operation. Reactor residence time can be increased by using a larger inside diameter and/or longer length tube reactor or by using a larger CSTR.

추가 체류 시간은 다중 반응기를 직렬로 사용하거나 제2 반응기 유출물의 일부를 다시 제1 반응기로 재순환시킴으로써 달성될 수 있다. 일반적으로 자본 및 작동 비용을 줄이고 제2 반응기로부터의 액체 유출물이 중간상이 풍부하고 쉽게 코크스되기 때문에, 일회 통과 작동(once through operation)이 바람직하다.Additional residence time may be achieved by using multiple reactors in series or by recycling a portion of the second reactor effluent back to the first reactor. Once through operation is preferred because it generally reduces capital and operating costs and because the liquid effluent from the second reactor is mesophase rich and easily coked.

CSTR 반응기가 사용될 때, 혼합 또는 기계적 에너지에 의해 열이 또한 첨가될 수 있다. 에너지는 통상적인 혼합 임펠러에 의해 첨가될 수 있다. 자유 에너지는 없으며, 오히려 전기 또는 스팀 구동 펌프가 강한 혼합에 의해 에너지를 제2 반응기로 전달한다.When a CSTR reactor is used, heat may also be added by mixing or mechanical energy. Energy can be added by a conventional mixing impeller. There is no free energy, rather an electric or steam driven pump transfers the energy to the second reactor by intensive mixing.

다른 형태의 에너지, 예를 들어, US 3,503,865호(COAL LIQUEFACTION PROCESS, Stone)에 개시된 바와 같이 석탄을 가열하기 위한 마이크로파의 사용과 같은 초음파 또는 마이크로파 에너지가 첨가될 수 있다.Other forms of energy may be added, for example ultrasonic or microwave energy, such as the use of microwaves to heat coal as disclosed in US 3,503,865 (COAL LIQUEFACTION PROCESS, Stone).

예시적인 구현예Exemplary Embodiments

하기 데이터 및 논의는 상당한 외삽 및 추정으로 공정의 상이한 부분에 대한 제한된 실험실 실험에 기초한다. 이들은 합리적으로 신뢰할 수 있는 추정치이지만 실제 실험은 아니다.The data and discussion below are based on limited laboratory experiments on different parts of the process with significant extrapolation and extrapolation. These are reasonably reliable estimates, but not real experiments.

사례 1 - 2개의 관형 반응기Case 1 - Two Tubular Reactors

이는 도면에 의해 예시된 반응기 설계이다. 도면과 관련된 논의는 주로 중간상 생성물에 관한 것이지만, 설계는 중간 생성물 또는 최종 생성물로서 비교적 순수한 등방성 피치의 회수를 허용한다. 비교적 순수한 등방성 피치는 제1 관형 반응기에서의 전환이 생성물에서 허용될 수 있는 중간상의 양에 의해 제한될 때 중간 생성물로서 회수될 수 있다. 이러한 예에서, 제1 스테이지 반응기를 작동시켜 대부분의 공급물을 등방성 피치로 전환시키되, 중간 피치 생성물이 2 중량% 미만의 중간상, 또는 1 중량%의 중간상, 또는 0.5 중량% 미만의 중간상 또는 그 미만의 중간상을 갖도록 전환을 제한하는 단계를 포함한다. 이는 전체적으로 중간상의 생산을 최대화하지는 않을 것이지만, 중간 분리기로부터 일부 등방성 피치 생성물 및 제2 열 반응기의 하류에서 일부 중간상 피치 생성물의 회수를 가능하게 할 것이다.This is the reactor design illustrated by the drawing. Although the discussion in relation to the figure is primarily for the mesophase product, the design permits the recovery of relatively pure isotropic pitch as either an intermediate or final product. Relatively pure isotropic pitch can be recovered as an intermediate product when conversion in the first tubular reactor is limited by the amount of intermediate phase that can be tolerated in the product. In this example, the first stage reactor is operated to convert most of the feed to isotropic pitch, but the intermediate pitch product has less than 2 wt% mesophase, or 1 wt% mesophase, or less than 0.5 wt% mesophase or less. and limiting the conversion to have a mesophase of This will not maximize mesophase production as a whole, but will allow recovery of some isotropic pitch product from the middle separator and some mesophase pitch product downstream of the second thermal reactor.

또한, 제2 열 반응기로부터 생성물로서 비교적 순수한 등방성 피치 생성물을 수득하는 것이 가능할 것이다. 제1 열 반응기는 요망되는 양의 방향족 공급물을 등방성 피치로, 일반적으로 10 내지 60 중량%, 바람직하게는 50 중량% 미만을 등방성 피치로 전환시키고, 제2 열 반응기에서 요망되는 등방성 피치 함량, 통상적으로 약 70 중량%, 또는 80 중량%, 또는 90 중량%로 전환시킨다. 일반적으로 제2 열 반응기는 제1 열 반응기보다 더 낮은 압력 작동을 위해 설계될 것이기 때문에 2개의 열 반응기에서 중간체를 플래싱하는 것이 필요할 것이지만, 제2 열 반응기에서 이들의 전환을 용이하게 하기 위해 액체상으로 2 및 3 고리 방향족 화합물을 더 많이 유지하는 것이 유리하다. 우수한 플래시 방법은 플래시로부터 제거된 잔류 액체상에서 적어도 대부분 몰의 3 고리 방향족 화합물을 유지하면서 대부분의 더 경질의 부산물 및 대부분의 2 고리 방향족 물질을 제거하기에 충분하게 압력을 감소시키는 것이다. 이어서, 이러한 잔류 액체상은 바람직하게는 플래시 후 과열된 유체 주입으로, 제2 열 반응기에 충전될 수 있다.It will also be possible to obtain a relatively pure isotropic pitch product as product from the second thermal reactor. The first thermal reactor converts the desired amount of aromatic feed to isotropic pitch, generally from 10 to 60% by weight, preferably less than 50% by weight, to isotropic pitch, and in the second thermal reactor the desired isotropic pitch content, Typically about 70%, or 80%, or 90% by weight. It will generally be necessary to flash the intermediates in both thermal reactors as the second thermal reactor will be designed for lower pressure operation than the first thermal reactor, but in the second thermal reactor to facilitate their conversion to the liquid phase. It is advantageous to retain more of the two and three ring aromatics. A good flash method is to reduce the pressure enough to remove most of the lighter byproducts and most of the two ring aromatics while retaining at least most of the moles of three ring aromatics in the residual liquid phase removed from the flash. This residual liquid phase can then be charged to the second thermal reactor, preferably with superheated fluid injection after flash.

사례 2 - CSTR에 대한 관형 반응기Case 2 - Tubular Reactor for CSTR

이러한 방법은 사례 1 방법과 유사할 수 있다. 제1 열 반응기는 관형 반응기인 반면, 제2 열 반응기는 CSTR이다. 압력은 2 및 3 고리 방향족 화합물의 증기화에 유리하고 중간상 형성에 유리한 CSTR에서 더 낮을 것이다.This method may be similar to the Case 1 method. The first thermal reactor is a tubular reactor while the second thermal reactor is a CSTR. The pressure will be lower in the CSTR to favor vaporization of the two- and three-ring aromatics and mesophase formation.

사례 3 - 관형 반응기에 대한 CSTRCase 3 - CSTR for tubular reactor

제1 열 반응기는 교반 탱크 반응기이다. 고압에서의 작동을 다루기 위해서는 견고한 반응기 설계가 필요할 것이지만, 반응기는 적어도 코킹 문제의 관점에서 비교적 쉽게 작동될 것이다. 제1 반응기는 공급물의 대부분을 전환되지 않은 채로 잔류시킬 수 있으므로, 유체를 교반하기가 상당히 용이하다. 물질의 코킹 경향은 퍼센트 피치, 특히 퍼센트 중간상 피치가 증가함에 따라 증가한다. 따라서, 코크스 문제의 대부분은 완전히 발달된 난류에서 작동하는 튜브인 제2 열 반응기로 하류로 이동된다.The first thermal reactor is a stirred tank reactor. A robust reactor design will be required to handle operation at high pressures, but the reactor will operate relatively easily, at least in terms of coking issues. Since the first reactor can leave most of the feed unconverted, it is fairly easy to agitate the fluid. The tendency of a material to coking increases with increasing percent pitch, particularly percent mesophase pitch. Thus, most of the coke problem is moved downstream to the second thermal reactor, which is a tube operating in fully developed turbulence.

제1 반응기는 적어도 대부분의 3개의 고리 방향족 화합물을 액체상으로, 바람직하게는 대부분의 2개의 고리 방향족 화합물을 액체상으로 유지하기에 충분한 비교적 높은 압력에서 작동해야 한다. 이러한 방향족 화합물은 피치로 전환될 수 있지만, 액체상 작업이 바람직하다. 플래싱 또는 일부 압력 강하 수단은 일반적으로 제1 및 제2 반응기의 중간에 있어서, 임의의 남아있는 전환되지 않은 2 및 3 고리 방향족 화합물의 적어도 대부분을 제거하는 데 필요할 것이다.The first reactor should operate at a relatively high pressure sufficient to keep at least a majority of the three ring aromatics in the liquid phase and preferably a majority of the two ring aromatics in the liquid phase. These aromatic compounds can be converted to pitch, but liquid phase operation is preferred. Flashing or some pressure drop means will be necessary to remove at least most of any remaining unconverted two- and three-ring aromatics, usually in the middle of the first and second reactors.

관형 반응기에 대한 CSTR의 이러한 방법은 증가된 유동성으로 코킹 위험을 크게 상쇄하면서 비교적 컴팩트하고 단순한 제1 반응기를 가능하게 하고, 관형 반응기는 코킹을 감소시키기 위해 난류에 의존할 수 있다.This method of CSTR for tubular reactors allows for a relatively compact and simple first reactor with increased fluidity largely offsetting the risk of coking, and tubular reactors can rely on turbulence to reduce coking.

사례 4 - 2개의 CSTRCase 4 - 2 CSTRs

이러한 방법에서, 교반 탱크 반응기는 제1 열 반응기 및 제2 열 반응기 둘 모두에 사용된다. 압력은 제1 반응기에서 비교적 높아서, 2 및 3개의 고리 방향족 화합물을 액체상에 유지한다. 플래싱 단계는 제2 열 반응기에서 중간상으로의 열 전환에 유리한, 2 및 3 고리 방향족 화합물의 대부분을 제거한다. 중간상은 코크스에 가깝기 때문에 코킹 문제는 이러한 방법에서 중요하다. 이러한 이유로, 하나의 CSTR이 코크스화되는 경우, 디코킹(decoking)을 위해 교체될 수 있도록 다수의 CSTR을 갖는 것이 유리할 수 있다.In this method, a stirred tank reactor is used for both the first and second thermal reactors. The pressure is relatively high in the first reactor, keeping the two and three ring aromatics in the liquid phase. The flashing step removes most of the 2- and 3-ring aromatics which favor thermal conversion to the mesophase in the second thermal reactor. Since the mesophase is close to coke, the coking problem is important in these methods. For this reason, it may be advantageous to have multiple CSTRs so that when one CSTR is being coked, they can be swapped out for decoking.

제품 특성에 대한 체류 시간 영향Residence time effect on product properties

일부 적용에서, 비교적 좁은 범위의 분자량을 갖는 최종 중간상 또는 등방성 피치 생성물을 갖는 것이 중요할 것이다. 열 반응기에서 정확하게 제어된 체류 시간을 갖는 관형 반응기의 사용은 가장 좁은 분자량 범위를 갖는 생성물을 생성할 것이다. 일부 적용에서, 분자량의 일부 분포를 갖는 것이 유리할 수 있다. 중간상 피치 가공을 용이하게 하기 위해, 연화제로서 일정량, 즉, 5, 10 또는 15 중량%의 등방성 피치를 갖는 것이 종종 유리하다. CSTR 반응기는 다양한 액체 체류 시간을 가질 것이지만, 관형 반응기는 그렇지 않다.In some applications it will be important to have a final mesophase or isotropic pitch product with a relatively narrow range of molecular weights. The use of tubular reactors with precisely controlled residence times in the thermal reactor will produce products with the narrowest molecular weight range. In some applications, it may be advantageous to have some distribution of molecular weight. To facilitate mesophase pitch processing, it is often advantageous to have an amount of isotropic pitch as a softening agent, i.e., 5, 10 or 15% by weight. CSTR reactors will have varying liquid residence times, but tubular reactors will not.

본 발명의 공정은 방향족 화합물 액체로부터 중간상 피치를 제조하는 가장 비용 효율적인 방법으로 여겨지는 것을 제공한다. 대부분의 이점은 제1 반응기 스테이지 및 제2 반응기 스테이지의 긴밀한 커플링에 의해 달성된다. 등방성 피치 물질을 냉각시킬 필요가 없고, 반응기의 제2 스테이지의 상류에서 이의 예열이 거의 또는 전혀 필요하지 않다.The process of the present invention provides what is believed to be the most cost effective method of making mesophase pitch from aromatics liquids. Most of the benefits are achieved by the tight coupling of the first reactor stage and the second reactor stage. There is no need to cool the isotropic pitch material and little or no preheating of it upstream of the second stage of the reactor is required.

또한, 공정은 가요성이며, 두 스테이지의 중간에 있는 플래시 용기로부터 등방성 피치를 회수하는 데 사용될 수 있다.Also, the process is flexible and can be used to recover isotropic pitch from a flash vessel in the middle of the two stages.

또한, 공정은 단일 스테이지에서 또는 심지어 방향족 화합물 농후 액체로부터 2개의 열 반응기로부터 순수한 등방성 피치를 생산하는 방법을 제공한다. 공정은 또한 원하는 경우 등방성 피치 공급물로부터 중간상 피치를 생산하는 데 사용될 수 있다.The process also provides a way to produce pure isotropic pitch from two thermal reactors in a single stage or even from an aromatics-rich liquid. The process can also be used to produce mesophase pitch from an isotropic pitch feed if desired.

우수한 혼합 특성, 오염에 저항하는 능력 및 전기로 튜브 벽의 가열을 통해 약간의 열을 부가하는 능력을 갖는 관형 반응기는 본 발명자의 실험실에서 잘 작동하는 것으로 입증되었다. 일부 적용에서, 일부 유형의 전기 가열이 사용될 때 요구되는 비교적 큰 풋프린트 및 비교적 낮은 용량 및 주의 깊은 제조는 제1 반응기 또는 제2 반응기 또는 둘 모두에서 CSTR의 사용을 충분히 고려할 수 있다.Tubular reactors with good mixing properties, the ability to resist fouling, and the ability to add some heat through electrically heating the tube walls have proven to work well in the inventor's laboratory. In some applications, the relatively large footprint and relatively low capacity and careful manufacturing required when some type of electrical heating is used may suffice for use of a CSTR in either the first reactor or the second reactor, or both.

CSTR은 가능하게는 제1 스테이지 반응기에 사용될 때 튜브 반응기보다 화학적으로 약간 덜 효율적일 것이다. 2 및 3 고리 방향족 화합물은 CSTR에서 액체 위의 증기상으로 농축될 것이다. 이러한 방향족 화합물은 잠재적으로 등방성 피치로 전환될 수 있지만, 그렇게 하기 위해서는 액체상에서 더 큰 방향족 화합물과 밀접하게 접촉해야 한다. 따라서, CSTR은 이러한 이유로 제1 반응기에서 약간 불리하다. 중간상 피치를 형성하는 제2 스테이지 반응기에서, 본 발명자들은 2 및 3 고리 방향족 물질의 존재가 큰 중간상 분자의 형성을 방해하는 경향이 있어, 교반된 액체 위의 증기 공간이 제2 스테이지 반응기에서 다소 유리하다는 것을 발견하였다.A CSTR will likely be slightly less chemically efficient than a tube reactor when used in a first stage reactor. 2 and 3 ring aromatics will be concentrated in the vapor phase above the liquid in the CSTR. These aromatics can potentially be converted to isotropic pitch, but to do so they must be in close contact with the larger aromatics in the liquid phase. Thus, the CSTR is at a slight disadvantage in the first reactor for this reason. In the second stage reactor forming mesophase pitch, we find that the presence of two- and three-ring aromatics tends to hinder the formation of large mesophase molecules, so that the vapor space above the stirred liquid is somewhat advantageous in the second stage reactor. found that it did.

논의/최적화discussion/optimization

논의 및 청구범위는 때때로 2 및 3 고리 방향족 화합물을 언급하지만, 많은 적용에서 이들 중 단지 하나만이 공정을 최적화하는 데 도움이 될 수 있다. 따라서, 3 고리 방향족 화합물을 주로 액체상으로, 바람직하게는 이들 중 60, 70, 80, 90% 이상을 액체상으로 유지하기에 충분한 압력으로 상기 제1 열 반응기를 설계하고 유지하는 것으로 충분할 수 있다. 2개의 고리 방향족 화합물이 때때로 또는 연속적으로 증기상인 경우 공정은 여전히 작동할 것이다. 대안적으로, 리파이너(refiner)는 3 고리 방향족 화합물을 액체상으로 훨씬 더 큰 정도로 유지하기 위해 증기/액체 평형의 경향이 있는, 2 고리 방향족 화합물의 적어도 대부분, 바람직하게는 60, 70, 80, 90% 또는 그 초과를 액체상으로 유지하는 데 집중할 수 있다. 상당히 지나치게 단순화하면, 일반적으로 제1 반응기에서 2 고리 방향족 화합물의 대부분을 액체상으로 유지하기에 충분히 높고 제2 반응기에서 3 고리 방향족 화합물의 대부분을 증기상으로 거부하기에 충분히 낮은 압력을 갖는 것이 유리할 것이다.The discussion and claims sometimes refer to two- and three-ring aromatic compounds, but in many applications only one of these may be helpful in optimizing the process. Thus, it may be sufficient to design and maintain the first thermal reactor at a pressure sufficient to keep the tricyclic aromatics primarily in the liquid phase, preferably at least 60, 70, 80, 90% of them in the liquid phase. The process will still work if the two ring aromatics are in the vapor phase from time to time or continuously. Alternatively, a refiner may use at least a majority of the two ring aromatics, preferably 60, 70, 80, 90 % or more can be focused on keeping it in the liquid phase. Oversimplifying considerably, it would generally be advantageous to have a pressure high enough to keep most of the two-ring aromatics in the liquid phase in the first reactor and low enough to reject most of the three-ring aromatics in the vapor phase in the second reactor. .

본 발명자들은 제1 열 반응기에서 공급원료의 대부분의 등방성 피치로의 전환을 달성하고 제2 열 반응기에서 제1 반응기 유출물의 대부분을 중간상 피치로 전환시키기 위해 반응기를 작동시키는 것을 선호한다. 부산물에 대한 시장 또는 전환되지 않은 물질을 재활용하기에 충분한 자본 및 운영 자금이 있다면, 훨씬 더 낮은 전환으로 수익성 있는 작업이 달성될 수 있다. 실행 가능한 상업적 플랜트에 대한 임계값은 가능하게는 액체 방향족 공급물의 등방성 피치로의 약 20% 전환이다. 유사하게, 제2 열 반응기로의 공급물의 대부분을 중간상 피치로 전환시키는 것은 필수적인 것은 아니며, 20, 30, 40% 이상의 전환율이 만족스럽다.The inventors prefer to operate the reactor to achieve conversion of the majority of the feedstock to isotropic pitch in the first thermal reactor and to convert the majority of the first reactor effluent to mesophase pitch in the second thermal reactor. If there is a market for by-products or sufficient capital and working capital to recycle unconverted materials, profitable operations can be achieved with much lower conversions. The threshold for a viable commercial plant is probably around 20% conversion of the liquid aromatic feed to isotropic pitch. Similarly, it is not necessary to convert most of the feed to the second thermal reactor to mesophase pitch, and conversions of 20, 30, 40% or more are satisfactory.

바람직한 방법은 제1 반응기를 상당히 강하게 푸시하고, 대부분의 방향족 화합물 액체 공급물을 등방성 피치, 바람직하게는 적어도 1 중량%, 바람직하게는 2, 3, 4, 5, 7, 10, 15, 20 중량% 이상의 중간상으로 심하게 "오염된" 피치로 전환시키는 것이다. 이러한 방법은 공급물에서 용이하게 전환될 수 있는 분자의 대부분이 피치 생성물로 전환되는 것을 보장할 것이다. 일반적으로, 본원에서 사용하기 위해 고려되는 방향족 화합물 액체 공급물은 비교적 낮은 가치/가격을 갖는, 상당한 양의 2 및 3 고리 방향족 화합물을 함유할 것이다. 이러한 저비용 공급물이 더 높은 가치의 중간상 피치로 전환될 수 있다면 공정의 경제성이 더욱 우수하다.A preferred method is to push the first reactor fairly hard and feed the majority of the aromatics liquid feed into an isotropic pitch, preferably at least 1% by weight, preferably 2, 3, 4, 5, 7, 10, 15, 20% by weight. % or more of the mesophase to convert to heavily “soiled” pitch. This method will ensure that most of the readily convertible molecules in the feed are converted to the pitch product. Generally, aromatics liquid feeds contemplated for use herein will contain significant amounts of two- and three-ring aromatics of relatively low value/cost. The economics of the process are better if these lower cost feeds can be converted to higher value mesophase pitch.

제1 열 반응 구역의 조건은 바람직하게는 455 내지 540℃, 바람직하게는 480 내지 510℃, 및 이상적으로는 495 내지 500℃의 온도를 포함할 것이다. 압력은 액체상에서 원하는 양의 2 또는 3 고리 방향족 화합물을 유지하기에 충분해야 하고, 바람직하게는 7 내지 210 bar, 더욱 바람직하게는 35 내지 170 bar, 이상적으로는 70 내지 140 bar이어야 한다. 체류 시간은 주로 요망되는 온도 및 전환에 의존하지만, 이는 통상적으로 10초 내지 10분, 바람직하게는 0.5 내지 5분, 및 이상적으로는 2 내지 3분의 범위일 것이다.Conditions in the first thermal reaction zone will preferably include temperatures from 455 to 540°C, preferably from 480 to 510°C, and ideally from 495 to 500°C. The pressure should be sufficient to maintain the desired amount of two or three ring aromatics in the liquid phase, preferably between 7 and 210 bar, more preferably between 35 and 170 bar, and ideally between 70 and 140 bar. The residence time will depend primarily on the temperature and conversion desired, but will typically range from 10 seconds to 10 minutes, preferably from 0.5 to 5 minutes, and ideally from 2 to 3 minutes.

제2 열 반응 구역의 조건은 통상적으로 상당히 더 낮은 압력 및 더 짧은 체류 시간을 수반할 것이다. 압력은 제1 열 반응기에서 절대 전체 압력의 1/2 미만이어야 하고, 통상적으로 7 bar 이하, 바람직하게는 3.5 bar 미만 및 이상적으로는 2 bar 이하 또는 심지어 대기압 또는 대기압 미만의 압력일 것이다. 공급물의 중간상으로의 요망되는 전환을 달성하는 데 필요한 체류 시간은 통상적으로 1분 미만, 바람직하게는 0.1 내지 10초, 이상적으로는 0.2 내지 2초일 것이다.The conditions in the second thermal reaction zone will typically involve significantly lower pressures and shorter residence times. The pressure should be less than half of the absolute total pressure in the first thermal reactor, and will typically be less than 7 bar, preferably less than 3.5 bar and ideally less than 2 bar or even atmospheric or subatmospheric pressure. The residence time required to achieve the desired conversion of the feed to the mesophase will normally be less than 1 minute, preferably 0.1 to 10 seconds, ideally 0.2 to 2 seconds.

제1 구역 및 제2 구역의 압력 및 온도는 제1 반응기의 유입구에서 열 및 압력 에너지의 전부 또는 본질적으로 모두가 부가되는 비교적 단순한 상업적 공정 설계에 적합하다. 반응물을 제1 스테이지 반응기를 통해 및 플래시 또는 제2 열 반응기로 얻기 위해서는 많은 압력이 있을 것이다. 제1 반응기의 온도는 플래싱 후, 액체상이 제2 스테이지 반응기에서 요구되는 온도 또는 그 근처에 있도록 충분히 높도록 선택될 수 있다. 이러한 방식으로, 필요한 모든 열이 제1 반응기로의 공급물에 첨가될 수 있다. 공정을 통해 반응물을 얻는 데 필요한 모든 압력은 제1 반응기의 상류에 가해질 수 있다.The pressures and temperatures of the first and second zones are suitable for relatively simple commercial process designs in which all or essentially all of the heat and pressure energy is added at the inlet of the first reactor. There will be a lot of pressure to get the reactants through the first stage reactor and into the flash or second thermal reactor. The temperature in the first reactor may be selected to be high enough such that, after flashing, the liquid phase is at or near the required temperature in the second stage reactor. In this way, any heat required can be added to the feed to the first reactor. Any pressure required to get the reactants through the process may be applied upstream of the first reactor.

플래시 구역은 등방성 피치 "생성물"로부터 2 및 3 고리 방향족의 증기화를 가능하게 하는 필수적인 개념이지만, 플래시 용기는 그 자체로 요건이 아니다. 바람직하게는 제2 반응기 섹션에서 확대된 내경 튜브로, 관형 반응기에서 유체 역학에만 의존하여 등방성 피치 액체를 플래싱하는 것이 가능하다. 제2 열 반응기를 형성하는 튜브로 방출된 등방성 피치 농후 액체는 액체상이 2 및 3 고리 방향족 화합물이 고갈되도록 튜브에서 플래싱될 것이다. 이러한 고압 플래시로 배출된 등방성 피치로부터 2 및 3 고리 방향족 화합물의 대부분을 제거할 수 있도록 충분히 낮은, 비교적 높은 압력에서 플래시 드럼을 갖는 것이 가능하다. 이후 고압 플래시로부터의 액체상은 제2 열 반응기에 충전될 수 있다. 증가된 양의 2 및 3 고리 방향족 화합물의 제거를 용이하게 하기 위해 비교적 낮은 압력에서 플래시 드럼을 갖는 것이 가능하다.The flash zone is a necessary concept to allow vaporization of two and three ring aromatics from an isotropic pitch "product", but a flash vessel is not a requirement per se. Preferably with enlarged bore tubes in the second reactor section, it is possible to flash the isotropic pitch liquid relying solely on hydrodynamics in the tubular reactor. The isotropic pitch-rich liquid discharged into the tubes forming the second thermal reactor will flash in the tubes such that the liquid phase is depleted of 2 and 3 ring aromatics. It is possible to have the flash drum at a sufficiently low, relatively high pressure to be able to remove most of the 2 and 3 ring aromatics from the isotropic pitch discharged with this high pressure flash. The liquid phase from the high-pressure flash can then be charged to a second thermal reactor. It is possible to have a flash drum at a relatively low pressure to facilitate the removal of increased amounts of two and three ring aromatics.

직접 접촉 가열/스트리핑Direct contact heating/stripping

과열된 유체, 바람직하게는 과열된 스팀은 공정의 임의의 가열 또는 스트리핑 요구를 공급하기 위해 첨가될 수 있다. 과열된 스팀은 가열이 거의 필요하지 않고 2 및/또는 3 고리 방향족 화합물의 적당한 스트리핑 또는 제거가 필요한 경우, 소량, 예를 들어, 액체의 1 내지 10 중량%로 첨가될 수 있다. 과열 스팀 첨가에 대한 상한은 없으며, 액체의 일부 가열이 필요할 때 최대 50 중량%, 100 중량%, 200 중량% 또는 그 초과의 양이 고려된다. 스팀이 바람직하지만, 원하는 경우 다른 과열된 유체, 예를 들어, 수소, 일반적으로 가스상 탄화수소 등이 사용될 수 있다.A superheated fluid, preferably superheated steam, may be added to supply any heating or stripping needs of the process. Superheated steam may be added in small amounts, for example 1 to 10% by weight of the liquid, when little heating is required and adequate stripping or removal of the two and/or three ring aromatics is desired. There is no upper limit on the addition of superheated steam, and amounts up to 50%, 100%, 200% or more by weight are contemplated when some heating of the liquid is desired. Steam is preferred, but other superheated fluids such as hydrogen, usually gaseous hydrocarbons, may be used if desired.

본 발명자의 공정은 여러 적용을 갖는다. 공정은 바람직하게는 공급물에서 대부분의 2 고리 방향족 화합물을 증기화하기에 충분한 또는 제1 스테이지 반응기에서 열 중합에 의해 생성된 2개의 반응기의 중간의 압력 강하와 함께, 직렬의 2개의 플러그 흐름 반응기를 사용하여 방향족 오일 공급물로부터 중간상 피치를 제조하기 위해 사용될 수 있다.Our process has several applications. The process preferably consists of two plug flow reactors in series, with a pressure drop in the middle of the two reactors produced by thermal polymerization in the first stage reactor or sufficient to vaporize most of the two ring aromatics in the feed. can be used to produce mesophase pitch from an aromatic oil feed.

다른 구현예에서, 공정은 직렬로 2개의 열 반응기를 사용하여 등방성 피치 및 중간상 피치를 생산하는 데 사용될 수 있다. 제1 열 반응기는 등방상 피치 및 사전 결정된 양 이하, 통상적으로 1 중량% 미만의 중간상 피치를 포함하는 제1 반응기 유출물을 생산하기 위해 제1 반응기에서 액체상의 공급물에서의 3 고리 방향족 화합물의 적어도 대부분을 유지하기에 충분한 압력 및 3 고리 및 더 중질의 방향족 화합물의 적어도 대부분을 열 중합하기에 충분한 온도에서 작동해야 한다. 제1 반응기 유출물은 제1 반응기 유출물에 존재하는 2 고리 방향족 화합물의 적어도 대부분을 증기화시키기에 충분히 낮은 압력에서 작동하는 플래시 드럼으로 플래싱된다. 플래시 드럼 액체의 일부는 공정의 등방성 피치 생성물로서 회수되며, 나머지는 존재하는 2 고리 방향족 화합물의 적어도 대부분을 증기화시키기에 충분한 낮은 압력 및 상기 제2 반응기에 대한 중량 기준으로 액체 공급물의 적어도 대부분을 중간상 피치로 전환시키기에 충분한 온도에서 작동하는 제2 열 반응기에 충전된다. 바람직한 구현예에서, 스팀 또는 탄화수소와 같은 과열된 유체는 가열을 위해 제2 반응기에 충전된다. 제1 열 반응기는 연속 교반형 탱크 반응기 또는 관형 반응기일 수 있다. 제2 열 반응기는 연속 교반형 탱크 반응기 또는 관형 반응기일 수 있다.In another embodiment, the process can be used to produce isotropic pitch and mesophase pitch using two thermal reactors in series. The first thermal reactor is a mixture of tricyclic aromatic compounds in the liquid phase feed in the first reactor to produce a first reactor effluent comprising isotropic pitch and mesophase pitch of up to a predetermined amount, typically less than 1% by weight. It should be operated at a pressure sufficient to retain at least a majority and at a temperature sufficient to thermally polymerize at least a majority of the tricyclic and heavier aromatics. The first reactor effluent is flashed to a flash drum operating at a pressure low enough to vaporize at least a majority of the two ring aromatics present in the first reactor effluent. A portion of the flash drum liquid is recovered as the isotropic pitch product of the process, the remainder being at least a majority of the liquid feed on a weight basis to the second reactor and at a pressure low enough to vaporize at least a majority of the two ring aromatics present. It is charged to a second thermal reactor operated at a temperature sufficient to convert to mesophase pitch. In a preferred embodiment, a superheated fluid such as steam or hydrocarbon is charged to the second reactor for heating. The first thermal reactor may be a continuous stirred tank reactor or a tubular reactor. The second thermal reactor may be a continuous stirred tank reactor or a tubular reactor.

바람직하게는, 제1 스테이지 반응기의 압력은 14 bar 내지 210 bar, 보다 바람직하게는 35 bar 내지 140 bar, 이상적으로는 약 68 bar 내지 70 bar이다. 바람직하게는, 제2 스테이지 반응기의 압력은 제1 스테이지 반응기의 압력의 1/10 이하, 보다 바람직하게는 7 bar 내지 대기압 미만, 이상적으로는 대기압 내지 5 bar이다.Preferably, the pressure in the first stage reactor is between 14 bar and 210 bar, more preferably between 35 bar and 140 bar, and ideally between about 68 bar and 70 bar. Preferably, the pressure of the second stage reactor is less than 1/10 the pressure of the first stage reactor, more preferably 7 bar to less than atmospheric pressure, ideally atmospheric pressure to 5 bar.

중간상 피치의 최대 생산을 위해, 제1 스테이지 반응기는 바람직하게는, 등방성 피치로서 사용하기에 적합하지 않은 상기 중간체를 제조하기 위해 충분한 양의 중간상 피치로 오염된 제1 스테이지 반응기 등방성 피치 중간 생성물을 제조하기에 충분한 열 중합 조건에서 실행된다. 바람직하게는, 제1 스테이지 반응기 유출물 등방성 피치 중간 생성물은 1.0, 1.5, 2, 5, 10, 15, 20, 25, 또는 30 중량% 초과의 중간상 피치를 함유한다.For maximum production of mesophase pitch, the first stage reactor preferably produces a first stage reactor isotropic pitch intermediate product contaminated with an amount of mesophase pitch sufficient to make said intermediate unsuitable for use as isotropic pitch. is carried out under thermal polymerization conditions sufficient to do so. Preferably, the first stage reactor effluent isotropic pitch intermediate product contains greater than 1.0, 1.5, 2, 5, 10, 15, 20, 25, or 30 weight percent mesophase pitch.

일부 경우에, "플래시 구역"은 증기의 임의의 제거 없이 단순히 압력 강하 밸브이다. 이러한 경우에, 2상 흐름은 제2 스테이지 반응기에 공급될 것이다. 다른 경우에, 증기/액체 분리기가 증기를 제거하기 위해 사용될 수 있으며, 이어서 액체만이 제2 스테이지 반응기로 보내진다. 플래시 분리기로 작동되는 플랜트에서, 제1 또는 플래시 증기/액체 분리기로부터의 오버헤드 증기 및 제2 스테이지 반응기 유출물로부터 회수된 증기는 연료 또는 다른 생성물 회수로서 사용하기 위해 조합될 것이다.In some cases, the "flash zone" is simply a pressure drop valve without any removal of vapor. In this case, the two-phase flow will be fed to the second stage reactor. In other cases, a vapor/liquid separator may be used to remove the vapor, then only the liquid is sent to the second stage reactor. In plants operated with flash separators, overhead vapor from the first or flash vapor/liquid separators and vapor recovered from the second stage reactor effluent will be combined for use as fuel or other product recovery.

중질 액체의 재활용은 종종 유리할 것이다. 제1 스테이지 반응기에서의 전환율이 비교적 낮은 경우, 예를 들어, 20 내지 50 중량%인 경우, 일반적으로 반응기 공급물과 혼합하기 위해 제1 스테이지 반응기 유출물의 일부를 재순환시키는 것이 유리할 것이다. 제2 반응기에서, 예를 들어, 중간상으로의 35 내지 60%의 전환율이 낮은 경우, 제2 반응기로부터의 중질 증류물이 재순환될 수 있다. 바람직하게는 모든 액체 재순환물은 제1 반응기로 이루어지지만, 일부 경우에 반응기 1 유출액을 반응기 1로 재순환시키고 반응기 2 유출액을 재순환시켜 제2 반응기로의 공급물과 혼합하도록 하는 것이 바람직할 수 있다. 특히, 패스(pass) 당 전환율이 비교적 낮은 경우, 공정의 경제성을 개선하기 위해 재활용이 필요할 수 있다.Recycling of heavy liquids will often be beneficial. When the conversion in the first stage reactor is relatively low, for example between 20 and 50 weight percent, it will generally be advantageous to recycle a portion of the first stage reactor effluent for mixing with the reactor feed. In the second reactor, where the conversion to the middle phase is low, for example, 35 to 60%, the heavy distillate from the second reactor can be recycled. Preferably all of the liquid recycle is to the first reactor, but in some cases it may be desirable to recycle the reactor 1 effluent to reactor 1 and the reactor 2 effluent to mix with the feed to the second reactor. Recycling may be necessary to improve the economics of the process, particularly when conversion per pass is relatively low.

스팀 또는 일부 다른 증기, 바람직하게는 과열된 증기가 제2 스테이지 반응기로 들어가는 공급물에 첨가되는 것이 필수적일 수 있다. 이러한 증기의 존재는 분압을 감소시키고, 추가된 열 관성을 제공하고, 높은 속도를 생성하고, 피치 액적의 더 나은 분산을 제공한다. 임의의 증기가 사용될 수 있지만, 본 발명자들은 비반응성이고 중간상 피치에서 매우 낮은 용해도를 갖는 저분자량의 응축성 가스를 선호한다. 스팀이 가장 바람직하다. 증기의 양은, 액체 공급물의 중량의 백분율로서, 10 내지 1000%, 바람직하게는 150 내지 400%, 더욱 바람직하게는 250 내지 350%로 다양할 수 있다.It may be necessary to add steam or some other steam, preferably superheated steam, to the feed entering the second stage reactor. The presence of these vapors reduces the partial pressure, provides added thermal inertia, produces high velocities, and provides better dispersion of pitch droplets. Any vapor may be used, but we prefer a low molecular weight, condensable gas that is non-reactive and has very low solubility in the mesophase pitch. Steam is most preferred. The amount of steam, as a percentage of the weight of the liquid feed, may vary from 10 to 1000%, preferably from 150 to 400%, more preferably from 250 to 350%.

일부 적용에서, 2개의 제2 스테이지 반응기(직렬로) 또는 제2 스테이지 및 제3 스테이지 반응기를 갖는 것이 유리할 것이다. 이는 최종 중간상 피치 생성물의 "미세 조정"을 위한 추가 체류 시간을 제공하기 위해 경질 가스를 제거하기 전 또는 후에, 제2 스테이지 반응기를 떠나는 중간상 피치를 작은 "어닐링" CSTR, 또는 심지어 또 다른 관형 반응기로 공급하는 것을 가능하게 한다.In some applications it will be advantageous to have two second stage reactors (in series) or a second stage and a third stage reactor. This allows the mesophase pitch leaving the second stage reactor to be "annealed" to a small CSTR, or even another tubular reactor, before or after light gas removal to provide additional residence time for "fine tuning" of the final mesophase pitch product. make it possible to supply

압력 강하는 제2 스테이지 반응기에 걸쳐 높을 수 있다. 본 발명자들의 실험 및 시뮬레이션에서, 유출구 압력은 약 2.75 bar + 하류 장비 압력 강하이다. 원하는 경우 유출구 압력을 추가로 감소시키기 위해 최종 벤트 가스(bent gas)에 대해 진공을 당기는 것이 가능할 것이다. 제2 반응기에 대한 권장되는 유입구 압력은 3.5 내지 70 bar, 바람직하게는 35 bar 미만, 더욱 바람직하게는 7 내지 14 bar의 범위일 수 있다.The pressure drop can be high across the second stage reactor. In our experiments and simulations, the outlet pressure is about 2.75 bar plus the downstream equipment pressure drop. If desired, it may be possible to draw a vacuum on the final vent gas to further reduce the outlet pressure. Recommended inlet pressures for the second reactor may range from 3.5 to 70 bar, preferably less than 35 bar, more preferably from 7 to 14 bar.

제1 스테이지 반응기 및 제2 스테이지 반응기 둘 모두에 적합한 작동 온도는 400℃ 내지 595℃, 바람직하게는 425℃ 내지 525℃ 및 더욱 바람직하게는 482℃ 내지 510℃의 범위일 수 있다.Suitable operating temperatures for both the first and second stage reactors may range from 400°C to 595°C, preferably from 425°C to 525°C and more preferably from 482°C to 510°C.

본 발명자들의 중간상 공정에서, 기체상은 연속적이고 액체상은 불연속적이다. 중간상을 형성하는 관형 반응기에서 높은 비유량(specific flowrate)에서, 반응기에서의 전단 속도는 매우 높다. 통상적으로, 9.5 mm(3/8") 반응기 튜브에서의 압력 강하는 4 내지 6 bar(60 내지 90 psi)였다. 이러한 높은 전단 속도에서, 작은(< 20 미크론) 액적만이 존재한다. 다중상 흐름 분석에서, 이러한 흐름 영역은 미스트 환형(mist annular)으로 기술될 수 있다. 매우 난류(레이놀드 수 > 5 × 105)와 조합된 이러한 비교적 작은 구형 크기는 액체상과 증기상 사이에서 매우 빠른 질량 및 열 전달을 가능하게 한다. 이러한 구체와 다른 구체의 일부 충돌이 있을 수 있어, 융합을 야기할 수 있지만, 이들은 높은 전단의 결과로 다시 더 작은 구체로 빠르게 분해된다. 증기 분율은 99 부피% 초과이다. 대부분의 경우, 더 경질의 탄화수소의 휘발화 및 큰 중축합된 방향족 화합물의 중간상으로의 후속 조직화가 단리된 작은 구체에서 일어나는 것으로 보인다.In our mesophase process, the gas phase is continuous and the liquid phase is discontinuous. At high specific flowrates in the tubular reactor forming the mesophase, the shear rate in the reactor is very high. Typically, the pressure drop in the 9.5 mm (3/8") reactor tube was 4 to 6 bar (60 to 90 psi). At these high shear rates, only small (< 20 micron) droplets are present. Multiphase In flow analysis, this flow region can be described as a mist annular: this relatively small spherical size combined with very turbulent flow (Reynolds number > 5 × 10 5 ) results in a very fast mass between the liquid and vapor phases. and heat transfer.There may be some collision of these spheres with other spheres, resulting in fusion, but they quickly decompose back into smaller spheres as a result of high shear.Vapor fraction is greater than 99% by volume In most cases, volatilization of the lighter hydrocarbons and subsequent organization of the larger polycondensed aromatics into mesophases appears to occur in isolated globules.

제2 또는 중간상 형성 공정이 제1 스테이지 또는 등방성 피치 형성 공정과 커플링될 때, 중요한 이점이 또한 발생한다. 중간상 형성 공정의 중질 증류물 부산물은 대부분의 경우 단지 증발하고 중간상으로의 전환이 거의 달성되지 않을 것이기 때문에 중간상 형성 공정으로의 재순환에 적합하지 않다. 이러한 중질 증류물 스트림은 등방성 피치 형성 반응기의 공급물로 재순환될 수 있으며, 여기서 일부는 본 발명의 공정의 제2 스테이지에서 중간상 피치로 전환될 등방성 피치로 전환될 수 있다. 이러한 추가 전환은, 특히 패스 당 전환율이 낮고 최대 전환율이 요망되는 경우, 경제적으로 실행 가능한 공정을 갖는 데 있어 중요한 인자일 수 있다. 전환되지 않은 중질 방향족 화합물 액체의 재순환은 중간상 형성 반응기에서 대체로 비생산적이지만, 2 스테이지 공정에서 이러한 중질 액체의 제1 반응기로의 재순환은 매우 효과적이다.When the second or mesophase formation process is coupled with the first stage or isotropic pitch formation process, significant advantages also arise. The heavy distillate by-products of the mesophase formation process are not suitable for recycling to the mesophase formation process because in most cases they will only evaporate and little conversion to the mesophase will be achieved. This heavy-distillate stream may be recycled as a feed to the isotropic pitch forming reactor, where a portion may be converted to isotropic pitch to be converted to mesophase pitch in the second stage of the process of the present invention. This additional conversion can be an important factor in having an economically viable process, especially when conversion per pass is low and maximum conversion is desired. Recycle of unconverted heavy aromatics liquids is generally counterproductive in the mesophase forming reactor, but recycling of these heavy liquids to the first reactor in a two stage process is very effective.

CSTR은 등방성 피치를 중간상 피치로 전환시키는 데 효율적이지 않기 때문에 본 발명자들은 연속 교반형 탱크 반응기(CSTR)보다 관형 반응기를 선호한다. CSTR은 관형 중간상 형성 반응기의 최종 중간상 함량을 조정하는 데 유용할 수 있다. 중간상 함량 및 가능하게는 다른 특성을 조정하기 위한 CSTR 반응기는 중간상 생성물의 품질 관리에 유용할 수 있다.We prefer tubular reactors to continuously stirred tank reactors (CSTRs) because CSTRs are not efficient at converting isotropic pitch to mesophase pitch. A CSTR can be useful for adjusting the final mesophase content of a tubular mesophase forming reactor. A CSTR reactor to adjust the mesophase content and possibly other properties can be useful for quality control of the mesophase product.

본 발명자의 공정 방법과 결과는 놀라운 것이다. 본 발명자들은 제1 스테이지 반응기에서 등방성 피치를 형성한 다음, 바람직하게는 99 LV % 증기인 제2 스테이지 반응기에서 액체 중간상 피치를 생성한다. 본 발명자들은 재순환을 위해 중간상 형성 반응기로부터 전환되지 않은 중질 방향족 물질을 회수하지만, 중간상 형성 반응기로 재순환시키지는 않는다.The inventor's process methodology and results are surprising. We form an isotropic pitch in a first stage reactor, then produce a liquid mesophase pitch in a second stage reactor that is preferably 99 LV % vapor. We recover unconverted heavy aromatics from the mesophase forming reactor for recycling, but do not recycle to the mesophase forming reactor.

본 발명자들의 관련 특허 US 9,376,626호에 언급된 바와 같이, 본 발명자들의 중간상 피치는 공지된 통상적인 공정을 사용하여 탄소 섬유, 그래파이트 섬유, 탄소 포말 등을 제조하는 데 사용될 수 있다.As noted in our related patent US 9,376,626, our mesophase pitch can be used to make carbon fibers, graphite fibers, carbon foam and the like using known conventional processes.

Claims (14)

방향족 화합물 액체로부터 중간상 피치(mesophase pitch)를 제조하기 위한 2단계 방법으로서,
a. 상기 공급물을, 열중합을 유도하기에 충분히 높은 온도 및 2 및 3 고리 방향족 화합물의 적어도 일부를 액체상으로 유지시키기에 충분히 높은 압력을 포함하는 열중합 조건에서 작동하는 제1 스테이지 반응기에 충전하여 상기 2 및 3 고리 방향족 화합물의 적어도 20 중량%를 등방성 피치(isotropic pitch)로 및 경질, 일반적으로 가스상 탄화수소로 전환시키고 제1 스테이지 반응기 유출물을 배출함으로써, 상기 2 및 3 고리 방향족 화합물의 적어도 일부를 포함하는 방향족 화합물 액체 공급물을 열적으로 중합시키는 단계,
b. 상기 제1 스테이지 열중합 반응기에서의 절대 압력의 1/2 이하의 절대 압력을 갖는 플래시 구역에서 상기 경질, 일반적으로 가스상 탄화수소의 적어도 대부분을 제거하기 위해 상기 제1 스테이지 반응기 유출물을 플래싱하여 플래시 유출물 액체 스트림을 생성하는 단계,
c. 상기 제1 스테이지 반응기에서의 절대 압력의 1/2 이하의 압력 및 상기 플래시 유출물 액체의 중량 기준 적어도 1/3을 중간상 피치로 전환시키기 위한 온도를 포함하는 중간상 형성 조건에서 제2 스테이지 반응기에서 상기 플래시 유출물 액체 스트림으로부터 중간상 피치를 형성시키는 단계, 및
d. 상기 제2 스테이지 반응기로부터 중간상 피치를 생성물로서 회수하는 단계를 포함하는, 방법.
As a two-step method for producing mesophase pitch from an aromatic compound liquid,
a. The feed is charged to a first stage reactor operated at thermal polymerization conditions comprising a temperature high enough to induce thermal polymerization and a pressure high enough to maintain at least a portion of the two and three ring aromatics in the liquid phase At least a portion of the two and three ring aromatics is prepared by converting at least 20% by weight of the two and three ring aromatics to an isotropic pitch and to light, usually gaseous hydrocarbons and discharging the first stage reactor effluent. thermally polymerizing an aromatics liquid feed comprising;
b. flash effluent by flashing the first stage reactor effluent to remove at least a majority of the light, typically gaseous, hydrocarbons in a flash zone having an absolute pressure of less than one-half the absolute pressure in the first stage thermal polymerization reactor. producing a water liquid stream;
c. The second stage reactor at mesophase forming conditions comprising a pressure of less than one-half the absolute pressure in the first stage reactor and a temperature to convert at least one-third by weight of the flash effluent liquid to mesophase pitch. forming mesophase pitch from the flash effluent liquid stream; and
d. recovering mesophase pitch as product from the second stage reactor.
제1항에 있어서, 상기 제1 스테이지 반응기가 관형 반응기 및 연속 교반형 탱크 반응기의 군으로부터 선택되는, 방법.The method of claim 1 , wherein the first stage reactor is selected from the group of tubular reactors and continuously stirred tank reactors. 제1항에 있어서, 상기 제2 스테이지 반응기가 관형 반응기 및 연속 교반형 탱크 반응기의 군으로부터 선택되는, 방법.The method of claim 1 , wherein the second stage reactor is selected from the group of tubular reactors and continuously stirred tank reactors. 제1항에 있어서, 상기 플래시 유출물 액체의 적어도 일부가 등방성 피치 생성물로서 회수되는, 방법.The method of claim 1 , wherein at least a portion of the flash effluent liquid is recovered as an isotropic pitch product. 제1항에 있어서, 상기 제1 스테이지 반응기의 압력이 15 bar 내지 350 bar인, 방법.The method of claim 1 , wherein the pressure in the first stage reactor is between 15 bar and 350 bar. 제1항에 있어서, 상기 제2 스테이지 반응기의 압력이 상기 제1 스테이지 반응기의 압력의 1/10 미만인, 방법.The method of claim 1 , wherein the pressure of the second stage reactor is less than 1/10 the pressure of the first stage reactor. 제1항에 있어서, 상기 제2 스테이지 반응기의 유입구 압력이 3.5 내지 70 bar인, 방법.The method of claim 1 , wherein the inlet pressure of the second stage reactor is between 3.5 and 70 bar. 제1항에 있어서, 상기 제2 스테이지 반응기의 압력이 중량 기준으로 상기 2 및 3 고리 방향족 화합물의 적어도 대부분을 증기상으로 유지하기에 충분히 낮은, 방법.The process of claim 1 , wherein the pressure in the second stage reactor is sufficiently low to maintain at least a majority of the two and three ring aromatics by weight in the vapor phase. 제1항에 있어서, 상기 제1 스테이지 반응기의 압력이 중량 기준으로 상기 2 및 3개의 고리 방향족 화합물의 적어도 대부분을 액체상으로 유지하기에 충분히 높은, 방법.The process of claim 1 , wherein the pressure in the first stage reactor is high enough to maintain at least a majority of the two and three ring aromatics by weight in the liquid phase. 제1항에 있어서, 상기 제1 스테이지 반응기의 조건이 1 내지 20 중량%의 중간상 피치를 갖는 등방성 피치를 생성하기에 충분한, 방법.The process of claim 1 , wherein conditions in the first stage reactor are sufficient to produce an isotropic pitch having a mesophase pitch of 1 to 20 weight percent. 제1항에 있어서, 스팀(steam)이 상기 제2 스테이지 반응기에 첨가되는, 방법.The method of claim 1 , wherein steam is added to the second stage reactor. 제1항에 있어서, 충분한 스팀이 상기 제2 스테이지 반응기에 첨가되며, 상기 제2 스테이지 반응기가 관형 반응기로서, 상기 제2 스테이지 반응기에서 증기 연속 분산 액체 액적 흐름을 유지하는, 방법.2. The method of claim 1 wherein sufficient steam is added to the second stage reactor, wherein the second stage reactor is a tubular reactor to maintain a vapor continuous dispersed liquid droplet flow in the second stage reactor. 제12항에 있어서, 상기 제2 스테이지 반응기가 사이클론 분리기 내로 배출되는, 방법.13. The method of claim 12, wherein the second stage reactor exits into a cyclone separator. a. 상기 공급물을, 열중합을 유도하기에 충분히 높은 온도 및 2 및 3 고리 방향족 화합물의 적어도 일부를 액체상으로 유지시키기에 충분히 높은 압력을 포함하는 열중합 조건에서 작동하는 제1 스테이지 반응기에 충전하여 상기 2 및 3 고리 방향족 화합물의 적어도 20 중량%를 등방성 피치로 및 경질, 일반적으로 가스상 탄화수소로 전환시키고 제1 스테이지 반응기 유출물을 배출함으로써, 상기 2 및 3 고리 방향족 화합물의 적어도 일부를 포함하는 방향족 화합물 액체 공급물을 열적으로 중합시키는 단계,
b. 상기 제1 스테이지 열중합 반응기에서의 절대 압력의 1/2 이하의 절대 압력을 갖는 플래시 구역에서 상기 경질, 일반적으로 가스상 탄화수소의 적어도 대부분을 제거하기 위해 상기 제1 스테이지 반응기 유출물을 플래싱하여 플래시 유출물 액체 스트림을 생성하는 단계,
c. 상기 제1 스테이지 반응기에서의 절대 압력의 1/2 이하의 압력 및 상기 플래시 유출물 액체의 중량 기준 적어도 1/3을 중간상 피치로 전환시키기 위한 온도를 포함하는 중간상 형성 조건에서 제2 스테이지 반응기에서 상기 플래시 유출물 액체 스트림으로부터 중간상 피치를 형성시키는 단계, 및
d. 상기 제2 스테이지 반응기로부터 중간상 피치를 생성물로서 회수하고, 상기 중간상 피치의 통상적인 가공에 의해 상기 중간상 피치를 탄화된 또는 흑연화된 섬유, 포말, 블록, 시트 또는 구체 중 적어도 하나로 전환시키고, 상기 탄화된 또는 흑연화된 섬유, 포말, 블록, 시트 또는 구체 중 적어도 하나를 공정의 생성물로서 회수하는 단계에 의해,
중간상 피치로부터 제조된 탄화된 또는 흑연화된 섬유, 포말, 블록, 시트 또는 구체.
a. The feed is charged to a first stage reactor operated at thermal polymerization conditions comprising a temperature high enough to induce thermal polymerization and a pressure high enough to maintain at least a portion of the two and three ring aromatics in the liquid phase An aromatic compound comprising at least a portion of said two and three ring aromatic compounds by converting at least 20% by weight of said two and three ring aromatic compounds to isotropic pitch and to light, usually gaseous hydrocarbons and discharging the first stage reactor effluent; thermally polymerizing the liquid feed;
b. flash effluent by flashing the first stage reactor effluent to remove at least a majority of the light, typically gaseous, hydrocarbons in a flash zone having an absolute pressure of less than one-half the absolute pressure in the first stage thermal polymerization reactor. producing a water liquid stream;
c. The second stage reactor at mesophase forming conditions comprising a pressure of less than one-half the absolute pressure in the first stage reactor and a temperature to convert at least one-third by weight of the flash effluent liquid to mesophase pitch. forming mesophase pitch from the flash effluent liquid stream; and
d. recovering mesophase pitch from the second stage reactor as a product, converting the mesophase pitch to at least one of carbonized or graphitized fibers, froths, blocks, sheets or spheres by conventional processing of the mesophase pitch; recovering at least one of the graphitized or graphitized fibers, foams, blocks, sheets or spheres as a product of the process,
Carbonized or graphitized fibers, foams, blocks, sheets or spheres made from mesophase pitch.
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