KR20240024911A - Method and system for producing light olefins with high yield and selectivity - Google Patents

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KR20240024911A
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Abstract

올레핀을 형성하는 방법으로서, 탈수소화 촉매를 포함하는 반응기에 탄화수소 공급물 스트림을 도입하는 단계; 상기 반응기에서 상기 탄화수소 공급물 스트림을 탈수소화 촉매와 반응시켜 상기 탈수소 촉매의 적어도 일부를 포함하는 고온 탈수소화 생성물을 형성하는 단계; 1차 분리 장치 및 상기 1차 분리 장치의 하류에 있고 이와 유체 연통하는 2차 분리 장치에서 상기 탈수소화 촉매의 적어도 일부를 상기 고온 탈수소화 생성물로부터 분리하는 단계; 상기 2차 분리 장치로부터 고온 탈수소화 생성물이 배출된 후, 상기 고온 탈수소화 생성물을 탄화수소를 포함하는 급랭 스트림과 조합하여 상기 고온 탈수소화 생성물을 냉각시키고 중간 온도 탈수소화 생성물을 형성하는 단계; 및 상기 중간 온도 탈수소화 생성물을 냉각시켜 냉각된 탈수소화 생성물을 형성하는 단계를 포함하는, 방법.1. A process for forming olefins, comprising: introducing a hydrocarbon feed stream into a reactor comprising a dehydrogenation catalyst; reacting the hydrocarbon feed stream with a dehydrogenation catalyst in the reactor to form a high temperature dehydrogenation product comprising at least a portion of the dehydrogenation catalyst; separating at least a portion of the dehydrogenation catalyst from the high temperature dehydrogenation product in a primary separation device and a secondary separation device downstream of and in fluid communication with the primary separation device; After the high temperature dehydrogenation product is discharged from the secondary separation device, combining the high temperature dehydrogenation product with a quenching stream containing hydrocarbons to cool the high temperature dehydrogenation product and form an intermediate temperature dehydrogenation product; and cooling the intermediate temperature dehydrogenation product to form a cooled dehydrogenation product.

Description

높은 수율 및 선택도를 갖는 경질 올레핀 생성 방법 및 시스템Method and system for producing light olefins with high yield and selectivity

본 기술 진보의 예시적인 실시양태는 화학 처리 시스템에 관한 것이며, 더욱 구체적으로는 탈수소화 화학 처리 시스템에 관한 것이다.Exemplary embodiments of this technological advance relate to chemical treatment systems, and more particularly to dehydrogenation chemical treatment systems.

관련 출원에 대한 상호 참조Cross-reference to related applications

본 출원은 2021년 7월 16일에 출원된 미국 가출원 제63/222,733호 및 2022년 4월 8일에 출원된 미국 가출원 제63/329,006호에 대한 우선권 및 이익을 주장하며, 이들의 개시내용은 모두 그 전체가 참고로 본원에 포함된다.This application claims priority and the benefit of U.S. Provisional Application No. 63/222,733, filed on July 16, 2021, and U.S. Provisional Application No. 63/329,006, filed on April 8, 2022, the disclosures of which are: All are incorporated herein by reference in their entirety.

경질 올레핀은 많은 유형의 상품 및 물질을 제조하기 위한 기본 물질로서 이용될 수 있다. 예를 들어, 에틸렌은 폴리에틸렌, 에틸렌 클로라이드 또는 에틸렌 옥사이드를 제조하는데 이용될 수 있다. 이러한 제품은 제품 포장, 건축, 텍스타일 등에 이용될 수 있다. 이에 따라, 에틸렌, 프로필렌 및 부텐과 같은 경질 올레핀에 대한 산업 수요가 존재한다. 경질 올레핀은 주어진 화학적 공급물에 따라 다양한 반응 공정에 의해 제조될 수 있으며, 이러한 공급물은 원유 정제 작업으로부터의 생성물이거나 또는 바이오 정제 또는 천연가스 성분 스트림으로부터의 재생 가능한 생성물일 수 있다. 많은 경질 올레핀은 촉매 탈수소화와 같은 촉매 공정을 통해 제조될 수 있으며, 이때 공급물 스트림이 공급물 스트림의 경질 올레핀으로의 전환을 촉진하는 유동화된 촉매와 접촉된다. 이러한 시스템에서 경질 올레핀에 대한 반응 선택도는 전체적인 공정 효율성에 중요할 수 있다. Light olefins can be used as a base material for manufacturing many types of products and materials. For example, ethylene can be used to produce polyethylene, ethylene chloride, or ethylene oxide. These products can be used in product packaging, construction, textiles, etc. Accordingly, there is an industrial demand for light olefins such as ethylene, propylene and butene. Light olefins can be produced by a variety of reaction processes depending on a given chemical feed, which may be a product from a crude oil refining operation or a renewable product from a biorefinery or natural gas component stream. Many light olefins can be produced through catalytic processes, such as catalytic dehydrogenation, in which a feed stream is contacted with a fluidized catalyst that promotes conversion of the feed stream to light olefins. In these systems, reaction selectivity toward light olefins can be important to overall process efficiency.

특허 국제공개 WO 2020/263599호(상기 특허는 그 전체가 본원에 참고로 포함됨)는, 탄화수소 공급물 스트림을 반응기에 도입하는 단계, 반응기에서 상기 탄화수소 공급물 스트림을 탈수소화 촉매와 반응시켜 고온 탈수소화 생성물을 형성하는 단계, 상기 고온 탈수소화 생성물로부터 탈수소화 촉매의 적어도 일부를 1차 분리 장치에서 분리하는 단계, 상기 고온 탈수소화 생성물을 급랭 스트림과 조합하여 고온 탈수소화 생성물을 냉각시키고 중간 온도 탈수소화 생성물을 형성하는 단계, 및 상기 중간 온도 탈수소 생성물을 냉각시켜 냉각된 탈수소 생성물을 형성하는 단계를 포함하는 경질 올레핀의 형성 방법을 기술한다. Patent International Publication No. WO 2020/263599, which is incorporated herein by reference in its entirety, involves introducing a hydrocarbon feed stream into a reactor, reacting the hydrocarbon feed stream with a dehydrogenation catalyst in the reactor to achieve high temperature dehydration. forming a digestion product, separating at least a portion of the dehydrogenation catalyst from the high temperature dehydrogenation product in a primary separation device, combining the high temperature dehydrogenation product with a quench stream to cool the high temperature dehydrogenation product and intermediate temperature dehydration. A process for forming light olefins is described comprising forming a digestion product, and cooling the intermediate temperature dehydrogenation product to form a cooled dehydrogenation product.

특허 국제공개 WO 2018/236630호(상기 특허는 그 전체가 본원에 참고로 포함됨)는, 상류 반응기 섹션 및 하류 반응기 섹션을 갖는 반응기의 상류 반응기 섹션에서 공급물 스트림을 촉매와 접촉시키는 단계, 중간 생성물 스트림을 하류 반응기 섹션으로 전달하는 단계, 및 라이저(riser) 급랭 유체를 하류 반응기 섹션, 상류 반응기 섹션 또는 전이 섹션에 도입하여 중간 생성물 스트림 및 촉매와 접촉시켜 반응을 늦추거나 중단시키는 단계를 포함하는 화학 스트림의 처리 방법을 기술한다. 상기 방법은 생성물 스트림으로부터 촉매의 적어도 일부를 분리하는 단계, 생성물 스트림을 생성물 처리 섹션으로 전달하는 단계, 생성물 스트림을 냉각시키는 단계, 및 생성물 스트림으로부터 라이저 급랭 유체의 일부를 분리하는 단계를 포함한다. 생성물 스트림으로부터 분리된 라이저 급랭 유체는 라이저 급랭 유체로서 하류 반응기 섹션, 상류 반응기 섹션, 또는 전이 섹션으로 다시 재순환될 수 있다.Patent International Publication No. WO 2018/236630, which is incorporated herein by reference in its entirety, comprises contacting a feed stream with a catalyst in an upstream reactor section of a reactor having an upstream reactor section and a downstream reactor section, producing an intermediate product. conveying the stream to a downstream reactor section, and introducing a riser quench fluid into the downstream reactor section, upstream reactor section, or transition section to contact the intermediate product stream and catalyst to slow or stop the reaction. Describes the stream processing method. The method includes separating at least a portion of the catalyst from the product stream, passing the product stream to a product processing section, cooling the product stream, and separating a portion of the riser quench fluid from the product stream. The riser quench fluid separated from the product stream may be recycled back to the downstream reactor section, upstream reactor section, or transition section as riser quench fluid.

본 발명은 올레핀을 형성하는 방법으로서, 탈수소화 촉매를 포함하는 반응기에 탄화수소 공급물 스트림을 도입하는 단계; 상기 반응기에서 상기 탄화수소 공급물 스트림을 탈수소화 촉매와 반응시켜 상기 탈수소 촉매의 적어도 일부를 포함하는 고온 탈수소화 생성물을 형성하는 단계; 1차 분리 장치 및 상기 1차 분리 장치의 하류에 있고 이와 유체 연통하는 2차 분리 장치에서 상기 탈수소화 촉매의 적어도 일부를 상기 고온 탈수소화 생성물로부터 분리하는 단계; 상기 2차 분리 장치로부터 고온 탈수소화 생성물이 배출된 후, 상기 고온 탈수소화 생성물을 탄화수소를 포함하는 급랭 스트림과 조합하여 상기 고온 탈수소화 생성물을 냉각시키고 중간 온도 탈수소화 생성물을 형성하는 단계; 및 상기 중간 온도 탈수소화 생성물을 냉각시켜 냉각된 탈수소화 생성물을 형성하는 단계를 포함하는, 방법에 관한 것이다.The present invention provides a process for forming olefins, comprising: introducing a hydrocarbon feed stream into a reactor comprising a dehydrogenation catalyst; reacting the hydrocarbon feed stream with a dehydrogenation catalyst in the reactor to form a high temperature dehydrogenation product comprising at least a portion of the dehydrogenation catalyst; separating at least a portion of the dehydrogenation catalyst from the high temperature dehydrogenation product in a primary separation device and a secondary separation device downstream of and in fluid communication with the primary separation device; After the high temperature dehydrogenation product is discharged from the secondary separation device, combining the high temperature dehydrogenation product with a quenching stream containing hydrocarbons to cool the high temperature dehydrogenation product and form an intermediate temperature dehydrogenation product; and cooling the intermediate temperature dehydrogenation product to form a cooled dehydrogenation product.

또한, 본 발명은 탄화수소 공급물 스트림으로부터 올레핀을 형성하기 위한 시스템으로서, 탈수소화 촉매와의 반응 조건 하에서 상기 탄화수소 공급물 스트림을 수용하도록 구성된 반응기로서, 상기 반응 조건은 상기 탈수소화 촉매의 적어도 일부를 포함하는 고온 탈수소화 생성물을 생성하는 반응기; 상기 고온 탈수소화 생성물로부터 상기 탈수소화 촉매의 적어도 일부를 분리하도록 구성되고, 1차 분리 장치 및 상기 1차 분리 장치의 하류에 있고 이와 유체 연통하는 2차 분리 장치를 포함하는 복수의 분리 장치; 상기 고온 탈수소화 생성물을 탄화수소를 포함하는 급랭 스트림과 조합하여 상기 고온 탈수소화 생성물을 냉각시키고 중간 온도 탈수소화 생성물을 형성하도록 구성된 급랭 시스템; 및 상기 중간 온도 탈수소화 생성물을 냉각시켜 냉각된 탈수소화 생성물을 형성하도록 구성된 열 전달 시스템을 포함하는, 시스템에 관한 것이다.The present invention also provides a system for forming olefins from a hydrocarbon feed stream, comprising: a reactor configured to receive the hydrocarbon feed stream under reaction conditions with a dehydrogenation catalyst, wherein the reaction conditions are such that at least a portion of the dehydrogenation catalyst A reactor producing a high temperature dehydrogenation product comprising; a plurality of separation devices configured to separate at least a portion of the dehydrogenation catalyst from the high temperature dehydrogenation product, the plurality of separation devices comprising a primary separation device and a secondary separation device downstream of and in fluid communication with the primary separation device; a quench system configured to combine the high temperature dehydrogenation product with a quench stream comprising hydrocarbons to cool the high temperature dehydrogenation product and form an intermediate temperature dehydrogenation product; and a heat transfer system configured to cool the intermediate temperature dehydrogenation product to form a cooled dehydrogenation product.

도 1은 상이한 온도에서 2차 열분해로 인한 초당 프로필렌 수율의 손실을 나타내는 그래프이다.
도 2는 상이한 온도에서 2차 열분해로 인한 초당 프로필렌 선택도의 손실을 나타내는 그래프이다.
도 3은 재순환 급랭 스트림을 갖는 반응기 시스템의 일반화된 흐름도의 예시적인 실시양태를 나타낸다.
도 4는 본 기술 진보를 구현하는 예시적인 반응기의 보다 상세한 예를 나타낸다.
도 5는 본 기술 진보와 관련된 전형적인 PDH 촉매의 PDH 성능을 나타내는 그래프이다.
도 6은 생성물 A의 C3H6 수율 대 반응 구역 온도를 나타내는 그래프이다.
도 7은 생성물 A의 C3H6 선택도 대 반응 구역 온도를 나타내는 그래프이다.
도 8은 204 사이클 동안 그 성능을 유지한 촉매 조성물(촉매 8)을 보여준다.
Figure 1 is a graph showing the loss of propylene yield per second due to secondary pyrolysis at different temperatures.
Figure 2 is a graph showing the loss of propylene selectivity per second due to secondary pyrolysis at different temperatures.
3 shows an exemplary embodiment of a generalized flow diagram of a reactor system with a recycle quench stream.
Figure 4 shows a more detailed example of an exemplary reactor implementing this technological advance.
Figure 5 is a graph showing the PDH performance of a typical PDH catalyst associated with this technological advancement.
Figure 6 is a graph showing C 3 H 6 yield of product A versus reaction zone temperature.
Figure 7 is a graph showing C 3 H 6 selectivity of Product A versus reaction zone temperature.
Figure 8 shows a catalyst composition (Catalyst 8) that maintained its performance for 204 cycles.

정의Justice

본원에 사용되는 용어 "탄화수소"는 달리 명시되지 않는 한 탄소에 결합된 수소를 함유하는 화합물 부류를 의미하며, (i) 포화 탄화수소 화합물, (ii) 불포화 탄화수소 화합물, 및 (iii) 상이한 n 값을 갖는 탄화수소 화합물의 혼합물을 포함하는 탄화수소 화합물의 혼합물(포화 및/또는 불포화)을 포함한다. As used herein, the term "hydrocarbon", unless otherwise specified, refers to a class of compounds containing hydrogen bonded to carbon, including (i) saturated hydrocarbon compounds, (ii) unsaturated hydrocarbon compounds, and (iii) different n values. Includes mixtures of hydrocarbon compounds (saturated and/or unsaturated), including mixtures of hydrocarbon compounds having

본원에 사용되는 "형성되지 않음"은 (프로판 공급물과 비교하여) 선택도가 0.1 탄소 몰% 이하인 반응기에서 생성물 형성을 의미하며, 여기서 (생성물 중 탄소의 몰) / (공급물 중 전환된 탄소의 몰) = 생성물의 탄소 몰% 선택도이다. 예를 들어, 프로판 3몰이 전환될 때 에틸렌 2몰이 생성된다면, 에틸렌의 탄소 몰% 선택도는 44.4%이다. As used herein, “no formation” means product formation in a reactor with a selectivity (relative to the propane feed) of 0.1 mole percent carbon or less, where (moles of carbon in product) / (carbon converted in feed) (mol of) = carbon mol% selectivity of the product. For example, if 2 moles of ethylene are produced when 3 moles of propane are converted, the carbon mol% selectivity of ethylene is 44.4%.

"알켄"으로도 대안적으로 지칭되는 "올레핀"은 적어도 하나의 이중 결합을 갖는 탄소 및 수소의 선형, 분지형 또는 환형 화합물이다. “Olefins,” also alternatively referred to as “alkenes,” are linear, branched, or cyclic compounds of carbon and hydrogen with at least one double bond.

"플레넘(plenum)"은 반응기로부터 출구 스트림으로 뜨거운 생성물 스트림을 운반하는 파이프 또는 덕트 사이의 유체 연통을 촉진하는 반응기 영역을 의미한다. 플레넘은 또한 기체가 반응기로부터 배출되기 전에 여러 사이클론 세트로부터 기체를 수집하기 위한 도관 역할을 할 수도 있다. 아래에 기술되는 바와 같이, 반응기는 다수의 플레넘(예를 들어, 도 4에 예시된 바와 같은 제1 플레넘 및 제2 플레넘)을 가질 수 있고, 용어 플레넘은 달리 언급되지 않는 한 제1 또는 제2 플레넘 중 하나를 지칭할 것이다. “Plenum” means a region of a reactor that facilitates fluid communication between pipes or ducts carrying the hot product stream from the reactor to the outlet stream. The plenum may also serve as a conduit to collect gases from several sets of cyclones before they exit the reactor. As described below, a reactor may have multiple plenums (e.g., a first plenum and a second plenum as illustrated in Figure 4), with the term plenum referring to the first plenum unless otherwise stated. or one of the secondary plenums.

본 개시내용의 목적을 위해, 원소의 명명법은 문헌[Hawley's Condensed Chemical Dictionary, 16th Ed., John Wiley & Sons, Inc., (2016), Appendix V]에 제공된 원소 주기율표(새로운 표기법) 버전을 따른다. 예를 들어, 2족 원소에는 Mg가 포함되고, 8족 원소에는 Fe가 포함되고, 9족 원소에는 Co가 포함되고, 10족 원소에는 Ni가 포함되고, 13족 원소에는 Al이 포함된다. 본원에서 사용되는 용어 "준금속(metalloid)"은 B, Si, Ge, As, Sb, Te 및 At의 원소를 지칭한다. 본 개시내용에서, 주어진 원소가 존재하는 것으로 표시되는 경우, 달리 명시되거나 문맥상 달리 명확하게 표시되지 않는 한, 이는 원소 상태로 또는 그의 임의의 화학적 화합물로서 존재할 수 있다.For the purposes of this disclosure, the nomenclature of elements follows the version of the Periodic Table of the Elements (new notation) provided in Hawley's Condensed Chemical Dictionary, 16th Ed., John Wiley & Sons, Inc., (2016), Appendix V. . For example, Group 2 elements include Mg, Group 8 elements include Fe, Group 9 elements include Co, Group 10 elements include Ni, and Group 13 elements include Al. As used herein, the term “metalloid” refers to the elements B, Si, Ge, As, Sb, Te, and At. In this disclosure, when a given element is indicated as being present, it may exist in the elemental state or as any of its chemical compounds, unless otherwise specified or the context clearly indicates otherwise.

"혼합된 금속 산화물"이라는 용어는 산소 원자와 원자 규모로 혼합된 적어도 2개의 상이한 금속 원자를 포함하는 조성물을 지칭한다. 예를 들어, "혼합된 Mg/Al 금속 산화물"은 원자 규모로 혼합된 O, Mg 및 Al 원자를 가지며, 일반 화학식 (이때 A는 음전하 n의 반대 음이온이고, x는 0 초과 1 미만의 범위에 있고, m은 0 이상임)을 갖는 Mg/Al 하이드로탈사이트를 소성하여 얻은 조성물과 실질적으로 같거나 동일하다. nm 크기의 MgO 입자와 nm 크기의 Al2O3 입자가 함께 혼합되어 이루어진 물질은 Mg와 Al 원자가 원자 규모로 혼합되지 않고 대신에 nm 규모로 혼합되기 때문에 혼합된 금속 산화물이 아니다.The term “mixed metal oxide” refers to a composition comprising at least two different metal atoms mixed on an atomic scale with oxygen atoms. For example, a “mixed Mg/Al metal oxide” has O, Mg, and Al atoms mixed on an atomic scale, and has the general chemical formula (At this time, A is the counter anion of negative charge n, x is in the range of greater than 0 and less than 1, and m is greater than or equal to 0). A material consisting of nm-sized MgO particles and nm-sized Al 2 O 3 particles mixed together is not a mixed metal oxide because the Mg and Al atoms are not mixed on an atomic scale but instead are mixed on a nm scale.

"선택도"라는 용어는 촉매 반응에서 특정 화합물의 생성(탄소 몰 기준)을 지칭한다. 예를 들어, "알칸 탄화수소 전환 반응은 올레핀 탄화수소에 대해 100% 선택도를 갖는다"라는 문구는 반응에서 전환되는 알칸 탄화수소(탄소 몰 기준)의 100%가 올레핀 탄화수소로 전환된다는 것을 의미한다. 특정 반응물과 관련하여 사용되는 경우 "전환"이라는 용어는 반응에서 소비되는 반응물의 양을 의미한다. 예를 들어, 특정된 반응물이 프로판인 경우, 100% 전환은 프로판의 100%가 반응에서 소비됨을 의미한다. 다른 예에서, 특정된 반응물이 프로판인 경우, 프로판 1몰이 메탄 1몰과 에틸렌 1몰로 전환되면 메탄 선택도는 33.3%이고 에틸렌 선택도는 66.7%이다. 수율(탄소 몰 기준)은 전환율과 선택도의 곱이다.The term “selectivity” refers to the production (based on moles of carbon) of a particular compound in a catalytic reaction. For example, the phrase “the alkane hydrocarbon conversion reaction has 100% selectivity for olefin hydrocarbons” means that 100% of the alkane hydrocarbons (based on moles of carbon) converted in the reaction are converted to olefin hydrocarbons. When used in reference to a specific reactant, the term "conversion" refers to the amount of reactant consumed in the reaction. For example, if the specified reactant is propane, 100% conversion means that 100% of the propane is consumed in the reaction. In another example, when the specified reactant is propane, if 1 mole of propane is converted to 1 mole of methane and 1 mole of ethylene, the methane selectivity is 33.3% and the ethylene selectivity is 66.7%. Yield (in moles of carbon) is the product of conversion and selectivity.

간결함을 위해, 본원에서는 특정 범위만이 명시적으로 개시된다. 그러나, 임의의 하한으로부터의 범위는 임의의 상한과 조합되어 명시적으로 언급되지 않은 범위를 열거할 수 있으며, 또한 임의의 하한으로부터의 범위는 임의의 다른 하한과 조합되어 명시적으로 언급되지 않은 범위를 열거할 수 있고, 동일한 방식으로, 임의의 상한으로부터의 범위는 임의의 다른 상한과 조합되어 명시적으로 언급되지 않은 범위를 열거할 수 있다. 또한, 명시적으로 언급되지 않은 경우에도 범위 내에는 말단점 사이의 모든 점 또는 개별 값이 포함된다. 따라서, 모든 점 또는 개별 값은 명시적으로 언급되지 않은 범위를 열거하기 위해 임의의 다른 점 또는 개별 값 또는 임의의 다른 하한 또는 상한과 조합되는 고유한 하한 또는 상한으로서 역할을 할 수 있다. For brevity, only certain ranges are explicitly disclosed herein. However, ranges from any lower limit may be combined with any upper limit to recite ranges not explicitly stated, and ranges from any lower limit may be combined with any other lower limit to enumerate ranges not explicitly stated. and, in the same way, ranges from any upper limit can be combined with any other upper limit to enumerate ranges not explicitly stated. Additionally, a range includes all points or individual values between endpoints, even if not explicitly stated. Accordingly, every point or individual value can serve as a unique lower or upper limit that can be combined with any other point or individual value or any other lower or upper limit to enumerate a range not explicitly stated.

본원에서는 뜨거운, 고온 및 중간 온도와 같은 문구가 반응기 및 다양한 스트림을 기술하는 데 사용되지만, 이러한 정도의 용어는 상대적 온도 특성에 기초하여 스트림을 구별하는 데 사용된다. 당업자는, 특정 온도가 암시되지 않으며 스트림의 상대 온도가 열역학에 의해 결정되는 반응기 온도 및 열 흐름과 관련하여 이해될 것임을 이해할 것이다. Although phrases such as hot, high temperature, and medium temperature are used herein to describe reactors and various streams, these degree terms are used to distinguish streams based on their relative temperature characteristics. Those skilled in the art will understand that no specific temperature is implied and that the relative temperature of the streams will be understood in relation to the reactor temperature and heat flow, which are determined by thermodynamics.

예시적인 실시양태 Exemplary Embodiments

경질 올레핀(예를 들어, 프로필렌)은 공급물 스트림(예를 들어, 프로판)이 고온에서 유동화된 탈수소화 촉매와 접촉되는 탈수소화와 같은 촉매 공정에 의해 제조될 수 있다. 공급물 스트림은 원유 정제에서 유래될 수 있다(예를 들어, 프로판). 생성된 생성물 혼합물은 고 반응성 분자와 촉매 입자의 혼합물을 함유할 수 있다. 본 기술 진보의 예시적 실시양태는, 뜨거운 생성물 스트림(예를 들어, 대략 반응기의 온도)으로부터 촉매 입자를 분리할 수 있고 이어서 직접 액체 급랭을 사용하여 뜨거운 생성물 스트림을 냉각시켜 2차 열 및 촉매 반응으로 인한 선택도 손실을 방지할 수 있는 반응기 구성을 기술한다. Light olefins (e.g., propylene) can be produced by catalytic processes, such as dehydrogenation, in which a feed stream (e.g., propane) is contacted with a fluidized dehydrogenation catalyst at elevated temperatures. The feed stream may originate from crude oil refining (e.g., propane). The resulting product mixture may contain a mixture of highly reactive molecules and catalyst particles. Exemplary embodiments of this technological advance can separate catalyst particles from a hot product stream (e.g., at approximately the temperature of the reactor) and then cool the hot product stream using direct liquid quenching to initiate secondary thermal and catalytic reactions. Describe the reactor configuration that can prevent selectivity loss due to .

탈수소화 반응기로부터의 경질 올레핀의 선택도는 2차 반응으로 인해 부정적인 영향을 받는다. 2차 반응은 생성물의 부반응 및/또는 과반응을 통한 반응물의 지속적인 열 및 촉매 반응을 포함한다. 이를 회피하기 위해서는, 촉매 입자는 뜨거운 생성물 스트림으로부터 분리되어야 하며, 결과적인 뜨거운 생성물 스트림은 열 반응을 늦추거나 중지할 수 있을 만큼 충분히 낮은 중간 온도로 냉각되어야 한다. The selectivity of light olefins from the dehydrogenation reactor is negatively affected due to secondary reactions. Secondary reactions involve continued thermal and catalytic reaction of the reactants through side-reactions and/or over-reactions of the products. To avoid this, the catalyst particles must be separated from the hot product stream, and the resulting hot product stream must be cooled to an intermediate temperature sufficiently low to slow or stop the thermal reaction.

프로판 탈수소화(PDH) 반응기에 의한 프로필렌 생성 후 수율 및 선택도 손실은 열 반응과 촉매 반응으로 인해 발생할 수 있다. 이러한 2차 반응은 고온 생성물 스트림으로부터 촉매 입자를 효율적으로 분리하고 촉매 분리 후 고온 생성물 스트림을 즉시 급랭시킴으로써 최소화될 수 있다. 바람직한 순서는 1차 및 2차 사이클론 분리기를 이용한 거의 완전한 촉매 분리(즉, 약 98% 초과 분리)에 이어 탄화수소 급랭이다. 이는 WO 2020/263599에 기술된 바와 같은 부분적 촉매 분리를 사용하는 중간 급랭의 기존 접근법과 대조될 수 있다. Yield and selectivity losses after propylene production by a propane dehydrogenation (PDH) reactor can occur due to thermal and catalytic reactions. These secondary reactions can be minimized by efficiently separating the catalyst particles from the hot product stream and quenching the hot product stream immediately after catalyst separation. The preferred sequence is nearly complete catalytic separation (i.e., greater than about 98% separation) using primary and secondary cyclone separators, followed by hydrocarbon quenching. This can be contrasted with the existing approach of intermediate quenching using partial catalytic separation as described in WO 2020/263599.

본 기술 진보에 따라 구성된 탈수소화 반응기는 다음 특징들 중 일부 또는 전부를 포함할 수 있다: (a) 1차 및 2차 사이클론 분리기를 사용하여 냉각 전 라이저 이후의 생성물 스트림으로부터 촉매 입자의 즉각적인 제거; (b) 촉매 분리 후 직접적인 액체/기체 급랭을 사용하여 고온 생성물 스트림을 냉각시킴; (c) 열 전달을 위한 효율적인 접촉을 제공하는 고온 생성물 스트림과 유체 접촉 시 기화/플래시되는 기체 또는 포화 또는 과냉각 액체인 급랭 유체의 사용; (d) 생성물 스트림을 하류 분리 유닛에서 분리하고, 여기서 분리기로부터의 부산물 스트림(예를 들어, 벤젠)의 적어도 일부는 급랭 유체로서 재순환됨; (e) 급랭 유체는 생성물 스트림으로부터 유래될 수 있거나 반응기에서 형성되지 않은 외부 유체(예를 들어, 중질 방향족 용매)일 수 있거나 물일 수 있음; (f) 600℃ 내지 700℃ 범위의 반응 온도; (g) 혼합된 산화마그네슘알루미늄 상에 지지된 Pt 촉매의 사용; (h) 스팀 분해기와의 열 및/또는 회수 공정 통합; 및 (i) 초기 급랭 후 생성물 스트림으로부터 미분(fine)의 제거. Dehydrogenation reactors constructed in accordance with the present technological advancements may include some or all of the following features: (a) immediate removal of catalyst particles from the product stream after the riser prior to cooling using primary and secondary cyclone separators; (b) cooling the hot product stream using direct liquid/gas quenching after catalyst separation; (c) The use of quenching fluids, which are gases or saturated or supercooled liquids that vaporize/flash in fluid contact with the hot product stream providing efficient contact for heat transfer; (d) separating the product stream in a downstream separation unit, wherein at least a portion of the by-product stream (e.g., benzene) from the separator is recycled as a quench fluid; (e) the quenching fluid may be derived from the product stream, may be an external fluid not formed in the reactor (e.g., a heavy aromatic solvent), or may be water; (f) reaction temperature ranging from 600°C to 700°C; (g) use of Pt catalyst supported on mixed magnesium aluminum oxide; (h) Integration of heat and/or recovery processes with steam crackers; and (i) removal of fines from the product stream after initial quenching.

본 기술 진보를 구현하는 반응기 시스템은 다음과 같은 장점들 중 일부 또는 전부를 제공할 수 있다: (a) 1차 및 2차 사이클론은 급랭 전 고온 생성물 스트림으로부터 매우 높은 촉매 분리 효율(98% 초과)을 달성할 수 있고, 이는 급랭 후에도 발생할 수 있는 2차 촉매 반응을 최소화함; (b) 분리된 촉매 입자는 800℃에서 재생기로 순환될 수 있으며, 여기서 급랭 전의 더 높은 분리 효율은 촉매 입자의 현열 손실을 회피함; 및 (c) 반응기의 플레넘에 급랭 유체를 주입하면 각 분리 시리즈에 대해 다중 급랭 라인이 필요한 WO 2020/263599의 종래 시스템에 비해 반응기 설계 복잡성이 줄어듬. Reactor systems implementing this technological advance can provide some or all of the following advantages: (a) primary and secondary cyclones have very high catalyst separation efficiencies (>98%) from the hot product stream prior to quenching; can be achieved, which minimizes secondary catalytic reactions that may occur even after rapid cooling; (b) the separated catalyst particles can be cycled to the regenerator at 800°C, where the higher separation efficiency before quenching avoids sensible heat loss of the catalyst particles; and (c) injecting quenching fluid into the plenum of the reactor reduces reactor design complexity compared to the conventional system in WO 2020/263599, which requires multiple quenching lines for each separation series.

실험실 고정층 반응기에서 프로필렌(C3H6 수율)에 대한 2차 열 및 촉매 반응의 효과를 연구하기 위해 실험을 수행했다. 2차 열 분해로 인한 수율 손실을 측정하기 위해 촉매 로딩 없이 튜브 반응기에서 실험을 수행했다. 도 1은 상이한 두 압력의 반응기 출구 온도에서 반응기 후 체류 시간당 2차 열 분해로 인한 프로필렌 수율의 손실을 나타내는 그래프이다. 예를 들어, 640℃, 26 psia에서 5초의 반응기 후 체류 시간은 2.5 탄소 몰%의 프로필렌 수율 손실로 이어질 것이다. 도 2는 상이한 두 압력의 반응기 출구 온도에서 반응기 후 체류 시간당 2차 열 분해로 인한 프로필렌 선택도의 손실을 나타내는 그래프이다. 이러한 수율 및 선택도 손실은 전환되지 않은 프로판으로부터 비-프로필렌 생성물로의 2차 열 분해 반응과 프로필렌 자체의 열 분해 반응에 기인할 수 있다. 이러한 수율 및 선택도 손실은 프로필렌 제조의 전반적인 경제성에 상당한 영향을 미칠 수 있다. Experiments were performed to study the effect of secondary thermal and catalytic reactions on propylene (C 3 H 6 yield) in a laboratory fixed bed reactor. To determine the yield loss due to secondary thermal decomposition, experiments were performed in a tube reactor without catalyst loading. Figure 1 is a graph showing the loss of propylene yield due to secondary thermal decomposition per residence time after the reactor at reactor outlet temperatures at two different pressures. For example, a post-reactor residence time of 5 seconds at 640°C, 26 psia will result in a propylene yield loss of 2.5 mole carbon. Figure 2 is a graph showing the loss of propylene selectivity due to secondary thermal decomposition per residence time after the reactor at reactor outlet temperatures at two different pressures. These yield and selectivity losses can be attributed to secondary thermal decomposition reactions from unconverted propane to non-propylene products and thermal decomposition reactions of propylene itself. These yield and selectivity losses can have a significant impact on the overall economics of propylene production.

도 3은 재순환 급랭 스트림을 갖는 반응기 시스템의 일반화된 흐름도의 예시적인 실시양태를 나타낸다.  도 3의 시스템의 하나 이상의 실시양태의 많은 공정 및 설비 세부사항이 본원에서 도 4를 참조하여 설명됨에 유의한다.3 shows an exemplary embodiment of a generalized flow diagram of a reactor system with a recycle quench stream. Note that many process and equipment details of one or more embodiments of the system of Figure 3 are described herein with reference to Figure 4.

도 3을 계속 참조하면, 반응기 시스템(102)은 반응기(202), 분리 장치(220) 및 플레넘 섹션(204)을 포함할 수 있다. 반응기 시스템은 촉매 처리부(300)와 결합된다. 일반적으로, 탈수소화 반응과 같은 주요 반응은 반응기(202)에서 발생하며, 여기서 도시된 시스템 외부로부터의 반응물 스트림(280)(본원에서는 종종 탄화수소 공급물 스트림이라고도 함)은 촉매 처리부로부터 재생된 촉매 스트림(282)과 조합되어 반응기(202)로 전달된다. 반응 후, 촉매, 미반응 화학물질 및 생성물 화학물질은 스트림(284)을 통해 분리 장치(220)로 전달된다. "생성물 스트림"은 반응 생성물 및 반응물 스트림(280)으로부터의 미반응 성분 모두를 포함할 수 있음을 이해해야 한다. 반응물 스트림(280)은 프로판, n-부탄, 이소-부탄, 에탄 또는 에틸벤젠 중 하나 이상을 포함할 수 있다. With continued reference to FIG. 3 , reactor system 102 may include a reactor 202 , a separation device 220 and a plenum section 204 . The reactor system is coupled with the catalyst treatment unit 300. Typically, the main reaction, such as the dehydrogenation reaction, occurs in reactor 202, where a reactant stream 280 from outside the system shown (sometimes referred to herein as a hydrocarbon feed stream) is fed to the regenerated catalyst stream from the catalyst treatment section. It is combined with 282 and delivered to reactor 202. After reaction, the catalyst, unreacted chemicals, and product chemicals are passed through stream 284 to separation device 220. It should be understood that the “product stream” may include both reaction products and unreacted components from reactant stream 280. Reactant stream 280 may include one or more of propane, n-butane, iso-butane, ethane, or ethylbenzene.

스트림(284)은 본원에서 종종 고온 탈수소화 생성물로 지칭된다. 일반적으로, 스트림(284)은 반응기(202) 출구에서의 온도와 거의 동일한 온도를 갖는다. 온도는 반응 및 이용된 촉매 시스템에 따라 달라질 수 있다. 하나 이상의 실시양태에서, 스트림(284)은 프로판 탈수소화를 위한 600℃ 내지 700℃ 범위의 온도, 및 1.0 bara 내지 4.0 bara 범위의 압력을 갖는다. Stream 284 is often referred to herein as the high temperature dehydrogenation product. Typically, stream 284 has a temperature approximately the same as the temperature at the outlet of reactor 202. Temperatures may vary depending on the reaction and catalyst system used. In one or more embodiments, stream 284 has a temperature ranging from 600° C. to 700° C. and a pressure ranging from 1.0 bara to 4.0 bara for propane dehydrogenation.

분리 장치(220)는 1차 분리 장치(402) 및 2차 분리 장치(404)를 포함할 수 있다. 추가 실시양태에서, 1차 분리 장치(402) 및/또는 2차 분리 장치(404)는 비제한적으로 사이클론, 필터, 또는 기체로부터 촉매와 같은 고체를 분리하기 위한 다른 적합한 장치일 수 있다. 1차 분리 장치(402)에서 기상 반응물 및 생성물 화학물질로부터 스트림(284)의 촉매의 적어도 일부(보통 대부분)를 분리한 후, 촉매는 스트림(294)을 통해 촉매 처리부(300)로 전달되고 생성물 및 반응 기체(종종 고온 탈수소화된 생성물로도 지칭됨)는 스트림(286)을 통해 1차 분리 장치(402) 밖으로 전달될 수 있다. 스트림(286)의 온도는 스트림(284)의 온도와 대략 동일할 수 있다. Separation device 220 may include a primary separation device 402 and a secondary separation device 404. In further embodiments, primary separation device 402 and/or secondary separation device 404 may be, but is not limited to, a cyclone, filter, or other suitable device for separating solids, such as catalysts, from gases. After separating at least a portion (usually most) of the catalyst in stream 284 from the gaseous reactants and product chemicals in primary separation device 402, the catalyst is passed to catalyst treatment 300 via stream 294 and the product and reaction gases (sometimes referred to as hot dehydrogenated products) may be passed out of primary separation device 402 via stream 286. The temperature of stream 286 may be approximately the same as the temperature of stream 284.

1차 분리 장치(402)로부터 고온 탈수소화 생성물(286)이 배출된 후, 생성물(286)은 2차 분리 장치(404)로 전달된다. 촉매는 스트림(298)을 통해 촉매 처리부(300)로 전달될 수 있다. 1차 분리 장치(402)의 산출물에는 급랭 유체가 적용되지 않는다. 1차 및 2차 분리 장치는 600℃ 내지 700℃ 범위의 온도와 1 bara 내지 4 bara 범위의 압력에서 작동할 수 있다. After the high temperature dehydrogenation product 286 is discharged from the primary separation device 402, the product 286 is passed to the secondary separation device 404. Catalyst may be delivered to catalyst treatment section 300 via stream 298. No quenching fluid is applied to the output of primary separation device 402. The primary and secondary separation devices can operate at temperatures ranging from 600°C to 700°C and pressures ranging from 1 bara to 4 bara.

2차 분리 장치로부터 스트림(288)을 통해 고온 탈수소 생성물이 배출된 후, 고온 탈수소 생성물(또는 반응기 유출물)은 반응기 시스템(102)의 플레넘 섹션(204)에서 급랭 스트림(296)과 조합되어 고온 탈수소화 생성물을 냉각시키고 스트림(289)(종종 중간 온도 탈수소화 생성물이라고도 함)을 형성한다. 중간 온도 탈수소화 생성물은 바람직하게는 620℃ 이하의 온도를 갖는다. 급랭 스트림은 본원에 상세히 설명되는 하류 분리 시스템에서 분리될 수 있는 스트림(288)의 일부인 기체 또는 액체 스트림, 또는 외부 공급원으로부터 제공되는 스트림일 수 있다. 급랭 스트림은 에틸렌, 프로필렌, 부텐 이성질체 또는 벤젠(예를 들어, 반응 생성물) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 급랭 스트림은 액체 탄화수소를 포함할 수 있고 중간 온도 생성물은 완전히 증기상일 수 있다. After the hot dehydrogenation product exits stream 288 from the secondary separation device, the hot dehydrogenation product (or reactor effluent) is combined with quench stream 296 in plenum section 204 of reactor system 102. The high temperature dehydrogenation product is cooled and forms stream 289 (sometimes referred to as the intermediate temperature dehydrogenation product). The intermediate temperature dehydrogenation product preferably has a temperature below 620°C. The quench stream can be a gas or liquid stream that is part of stream 288 that can be separated in a downstream separation system detailed herein, or a stream that is provided from an external source. The quench stream may include one or more of ethylene, propylene, butene isomers, or benzene (eg, reaction products). The quench stream may contain liquid hydrocarbons and the intermediate temperature product may be entirely vaporous.

예를 들어, 급랭 유체(296)는 스팀, 액체 물, 액체 탄화수소(예를 들어, 급랭 오일, 연료 오일, 또는 기타 탄화수소), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 액체 탄화수소는 6개 탄소 원자 내지 25개 탄소 원자, 또는 6개 탄소 원자 내지 20개 탄소 원자와 같이 6개 이상의 탄소 원자를 갖는 탄화수소를 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 급랭 유체(296)는 물을 포함할 수 있다. 대안적으로, 다른 실시양태에서, 급랭 유체(296)는 액체 탄화수소를 포함할 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 급랭 유체(296)는 벤젠, 톨루엔, 열분해 기체, 또는 이들의 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 급랭 스트림은 고온 탈수소화 생성물에서 형성되지 않는 방향족 화합물을 포함할 수 있다. 급랭은 등유, 경질 코커 가스 오일, 코크스 스틸(코커) 증류물(CSD), 수소처리된 증류물, 또는 새로운 미처리 버진 공급원료, 예컨대 버진 가스 오일, 중질 버진 나프타, 경질 버진 나프타를 포함할 수 있지만, 바람직하게는 경질 촉매 사이클 오일(LCCO 또는 LCO), 중질 촉매 사이클 오일(HCCO 또는 HCO) 또는 중질 촉매 나프타(HCN)와 같은 중질 방향족 용매, 방향족 100(A100) 용매, 방향족 150(A150) 용매, 방향족 200(A200) 용매 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. For example, quench fluid 296 may include steam, liquid water, liquid hydrocarbons (e.g., quench oil, fuel oil, or other hydrocarbons), or combinations thereof. Liquid hydrocarbons may include hydrocarbons having 6 or more carbon atoms, such as 6 carbon atoms to 25 carbon atoms, or 6 carbon atoms to 20 carbon atoms. In some embodiments, quench fluid 296 may include water. Alternatively, in other embodiments, quench fluid 296 may include liquid hydrocarbons. In another embodiment, quench fluid 296 may include one or more of benzene, toluene, pyrolysis gas, or combinations thereof. The quench stream may contain aromatics that are not formed in the hot dehydrogenation product. Quenching may include kerosene, light coker gas oil, coke still (coker) distillate (CSD), hydrotreated distillate, or new raw virgin feedstocks such as virgin gas oil, heavy virgin naphtha, light virgin naphtha, but , preferably heavy aromatic solvents such as light catalytic cycle oil (LCCO or LCO), heavy catalytic cycle oil (HCCO or HCO) or heavy catalytic naphtha (HCN), aromatic 100 (A100) solvent, aromatic 150 (A150) solvent, Aromatic 200 (A200) solvent or any combination thereof.

급랭 유체(296)는 스트림(289)의 온도를 약 620℃ 내지 580℃로 낮출 수 있으며, 스트림(289)은 기화로 인해 0.1 bar 이하의 압력 변화를 겪게 된다. Quenching fluid 296 can lower the temperature of stream 289 to about 620° C. to 580° C., with stream 289 experiencing a pressure change of less than 0.1 bar due to vaporization.

급랭 유체(296)의 온도는 스트림(288) 중 중간 스트림 및 촉매의 온도보다 100℃ 이상, 200℃ 이상, 300℃ 이상, 400℃ 이상, 또는 550℃ 이상만큼 낮을 수 있다. 급랭 스트림의 온도 및 급랭 스트림을 주입하는 노즐의 위치는 위에서 논의된 2차 열 및 촉매 반응을 충분히 늦추거나 중단시키기 위해 필요에 따라 최적화될 수 있다. The temperature of quench fluid 296 may be at least 100°C, at least 200°C, at least 300°C, at least 400°C, or at least 550°C below the temperature of the intermediate stream and catalyst in stream 288. The temperature of the quench stream and the location of the nozzle injecting the quench stream can be optimized as needed to sufficiently slow or stop the secondary heat and catalytic reactions discussed above.

그런 다음, 스트림(289)은 예를 들어 열 교환기(406)를 통해 그 내용물을 냉각시키도록 처리된다. 추가 실시양태에서, 냉각은 다른 액체 급랭 시스템(408) 또는 스트림을 냉각하는 다른 공지된 수단의 추가를 포함할 수 있다. 이 다른 급랭 시스템(408)은 위에서 설명된 임의의 급랭 유체를 사용할 수 있다. 일반적으로, 열 전달 시스템은 열 교환기(406) 및 다른 급랭 시스템(408)(또는 선택적으로 스트림을 냉각하는 임의의 다른 수단) 중 하나 또는 둘 다를 포함할 수 있다. 열 교환기(406)의 생성물 스트림은 냉각된 탈수소화 생성물로서 지칭될 수 있는 스트림(290)이다. 스트림(290)의 온도는 급랭 스트림(296)에 대해 설명된 온도와 거의 동일할 수 있다. 스트림(290) 및/또는 스트림(296)은 원하는 방향으로 흐르도록 압력 증가를 겪을 수 있다는 것이 이해되어야 한다. Stream 289 is then processed to cool its contents, for example, through heat exchanger 406. In further embodiments, cooling may include the addition of another liquid quench system 408 or other known means for cooling the stream. This alternative quenching system 408 may use any of the quenching fluids described above. Generally, the heat transfer system may include one or both of a heat exchanger 406 and another quenching system 408 (or optionally any other means of cooling the stream). The product stream of heat exchanger 406 is stream 290, which may be referred to as cooled dehydrogenation product. The temperature of stream 290 may be approximately the same as the temperature described for quench stream 296. It should be understood that stream 290 and/or stream 296 may experience an increase in pressure to flow in a desired direction.

급랭 스트림(296)을 형성하기 위해, 스트림(290)의 적어도 일부는 분리 유닛(407)(이는 임의의 적합한 유형의 분리 수단 또는 스트림의 일부를 우회시키는 수단일 수 있음)을 통해 시스템으로 다시 재순환된다. 스트림(296)의 화학적 함량은 스트림(286)의 화학적 함량과 유사하거나 동일할 수 있다는 점에 유의해야 한다(즉, 반응기(202)에서의 반응 이후 일부 잔류 열 분해 이외의 추가 반응이 발생하지 않았다). 스트림(288)을 급랭 스트림(296)과 접촉시킴으로써 급랭시키면 스트림(286)의 내용물이 열 분해 및 기타 2차 반응의 반응 속도를 실질적으로 감소시키는 온도까지 냉각될 수 있다. 스트림(286)은 열 분해가 발생하는 온도에 있을 수 있으며 이러한 열 분해는 원하는 반응 생성물의 선택도를 감소시킬 수 있다. To form quench stream 296, at least a portion of stream 290 is recycled back to the system through separation unit 407 (which may be any suitable type of separation means or means for diverting a portion of the stream). do. It should be noted that the chemical content of stream 296 may be similar or identical to the chemical content of stream 286 (i.e., no further reaction has occurred other than some residual thermal decomposition after the reaction in reactor 202). ). Quenching stream 288 by contacting it with quench stream 296 may cool the contents of stream 286 to a temperature that substantially reduces the reaction rates of thermal decomposition and other secondary reactions. Stream 286 may be at a temperature where thermal decomposition occurs, which may reduce the selectivity of the desired reaction product.

열 교환기(406)는 생성물 스트림(289)으로부터의 열 전달을 통해 공급물 스트림(280)을 가열하도록 구성될 수 있다. Heat exchanger 406 may be configured to heat feed stream 280 through heat transfer from product stream 289.

하나 이상의 실시양태에 따르면, 분리 장치(220)에 의해 분리된 촉매 입자 및/또는 스트림(289)으로부터 회수된 촉매 입자(미도시)는 촉매 처리부(300)로 전달되기 전에 하나 이상의 단계에 의해 처리될 수 있다. According to one or more embodiments, the catalyst particles separated by separation device 220 and/or catalyst particles (not shown) recovered from stream 289 are treated by one or more steps before being delivered to catalyst treatment section 300. It can be.

도 4는 본 기술 진보를 구현하는 예시적인 반응기를 나타낸다. 도 4에 예시된 반응기 설계는 위에서 논의한 2차 반응을 최소화한다. 이 구성에서 프로판 공급물은 고온(600℃)에서 반응기의 라이저 섹션에 있는 탈수소화 촉매와 접촉하게 된다. 탈수소화 촉매는 1차 및 2차 분리기에서 고온 생성물 스트림으로부터 분리된다. 결과적인 고온 생성물 스트림에는 탈수소화 생성물(프로필렌), 부산물(메탄, 벤젠 등) 및 전환되지 않은 프로판이 포함된다. 2차 분리기로부터의 이 스트림 산출물은 액체 급랭 스트림으로 즉시 급랭된다. 액체 급랭 스트림에는 탈수소화 반응의 부산물(벤젠) 또는 기타 외부 유체(물 또는 A150)가 포함될 수 있다. 급랭 액체는 반응기의 플레넘 섹션에서 고온 스트림과 접촉하여 기화된다. 직접적인 열 전달은 생성물 스트림의 온도와 2차 반응 속도를 감소시킨다. Figure 4 shows an exemplary reactor implementing this technological advance. The reactor design illustrated in Figure 4 minimizes the secondary reactions discussed above. In this configuration, the propane feed is brought into contact with a dehydrogenation catalyst in the riser section of the reactor at elevated temperature (600° C.). The dehydrogenation catalyst is separated from the hot product stream in primary and secondary separators. The resulting hot product stream includes dehydrogenation products (propylene), by-products (methane, benzene, etc.) and unconverted propane. This stream output from the secondary separator is immediately quenched into a liquid quench stream. The liquid quench stream may contain by-products of the dehydrogenation reaction (benzene) or other external fluids (water or A150). The quench liquid is vaporized in contact with the hot stream in the plenum section of the reactor. Direct heat transfer reduces the temperature of the product stream and the rate of secondary reactions.

도 4는 프로필렌/프로판 실시양태와 관련하여 기술되지만, 본 기술 진보는 다른 올레핀의 제조에 적용될 수 있다. 또한, 어떤 경우에는 도 3과 관련하여 도 4에서 같은 숫자가 이용되지만, 도 3의 실시양태는 매우 다양한 반응기 유형을 이용할 수 있으며, 도 4는 그러한 유형 중 하나의 예에 불과한다는 것이 이해되어야 한다. Although Figure 4 is described in relation to the propylene/propane embodiment, this technological advance can be applied to the production of other olefins. Additionally, although in some cases the same numbers are used in FIG. 4 in conjunction with FIG. 3, it should be understood that the embodiment of FIG. 3 may utilize a wide variety of reactor types, and FIG. 4 is only an example of one of those types. .

도 4는 반응기 용기(410)로서 종종 지칭되는 도 3의 반응기 시스템(102)의 일부의 실시양태를 예시하며, 여기서 분리 장치는 1차 분리 장치(420)를 포함한다. 1차 분리 장치(420)는 쉘(430) 내에 포함되며 본체(421), 입구(422), 출구(424) 및 고형물 배출 다이플렉(dipleg)(426)을 갖는다. 유동화된 고체 스트림은 입구(422)를 통해 1차 분리 장치(420)로 유입된다. 1차 분리 장치(420)에서, 동반된 고체의 주요 부분, 예를 들어 촉매 입자는 유동화된 고체 스트림으로부터 분리된다. 분리된 고체는 배출 다이플렉(426)을 통해 1차 분리 장치에서 배출되어 1차 분리 장치(420)에 의해 제거되지 않은 고체 및 유체, 예를 들어 기체 생성물을 포함하는 1차 분리 장치 유출물을 남긴다. 1차 분리 장치 유출물은 출구(424)를 통해 수직 상향으로 1차 분리 장치(420) 밖으로 통과하고, 1차 분리 장치 출구 튜브(442)를 통해 2차 분리 장치(440)로 들어간 다음 교차 덕트(미도시)를 통과한다. 2차 분리 장치(440)는 본체(441), 출구(444) 및 고체 배출 다이플렉(446)을 추가로 포함한다. 2차 분리 장치(440)는 1차 분리 장치 유출물로부터 고체를 추가로 분리해 낸다. 2차 분리 장치(440)에서 분리된 고체는 다이플렉(446)을 통해 아래쪽으로 배출된다. FIG. 4 illustrates an embodiment of a portion of the reactor system 102 of FIG. 3 , sometimes referred to as reactor vessel 410 , where the separation device includes a primary separation device 420 . Primary separation device 420 is contained within shell 430 and has a body 421, an inlet 422, an outlet 424, and a solids discharge dipleg 426. The fluidized solids stream enters the primary separation device 420 through inlet 422. In the primary separation device 420, a major portion of the entrained solids, such as catalyst particles, are separated from the fluidized solids stream. Separated solids are discharged from the primary separation device through discharge diplex 426 to produce a primary separation device effluent containing solids and fluids not removed by primary separation device 420, such as gaseous products. leave it behind Primary separator effluent passes vertically upwardly out of primary separator 420 through outlet 424, enters secondary separator 440 through primary separator outlet tube 442 and then through cross duct. Passes through (not shown). The secondary separation device 440 further includes a body 441, an outlet 444, and a solid discharge diplex 446. Secondary separation unit 440 further separates solids from the primary separation unit effluent. The solid separated in the secondary separation device 440 is discharged downward through the diflex 446.

도4에 도시된 바와 같이, 급랭 스트림(296)은 2차 분리 장치(440) 위에 위치하는 2차 분리 장치 출구 튜브(444)의 상부 부분으로 들어갈 수 있다. 이러한 배열은 급랭 스트림과 2차 분리 장치(440)의 유출물을 적절하게 혼합하고 2차 분리 장치(440)의 출구와 2차 분리 장치(440)의 출구와 급랭 스트림(296)의 입구 또는 노즐 위치 사이의 체류 시간을 줄이기 위해 바람직할 수 있는 것으로 여겨진다. 일부 실시양태에서, 1차 분리 장치 및 2차 분리 장치 각각에서 고온 탈수소화 생성물의 체류 시간은 1초 미만이다. As shown in Figure 4, quench stream 296 may enter the upper portion of secondary separation device outlet tube 444 located above secondary separation device 440. This arrangement provides adequate mixing of the quench stream and the effluent from secondary separation device 440 and the outlet of secondary separation device 440 and the inlet or nozzle of quench stream 296. It is believed that this may be desirable to reduce residence time between locations. In some embodiments, the residence time of the high temperature dehydrogenation product in each of the primary and secondary separation devices is less than 1 second.

2차 분리 장치 출구(444)는 제2 플레넘(450)에 유동적으로 연결된다. 제2 플레넘은 2차 분리 장치 유출물이 출구(470)를 통해 용기(410) 밖으로 빠져나가도록 한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 플레넘은 더 크고 더 높은 부피의 제1 플레넘(460) 내에 수용된다. 1차 분리 장치(420)는 제1 플레넘(460)에 의해 지지될 수 있다. Secondary separator outlet 444 is fluidly connected to second plenum 450. The second plenum allows secondary separator effluent to exit vessel 410 through outlet 470. As shown in Figure 4, the second plenum is housed within a larger, higher volume first plenum 460. Primary separation device 420 may be supported by first plenum 460.

급랭 스트림(296)에 대한 입구 또는 노즐의 정확한 위치는 사용되는 실제 반응기에 따라 달라질 수 있지만, 고온 탈수소화 생성물 내에서 2차 촉매 분해를 최소화하고/하거나 고온 탈수소화 생성물 내 올레핀(즉, 프로필렌)의 수율 손실을 최소화하는 제1 플레넘(460) 또는 제2 플레넘(450) 내의 위치에 배치될 수 있다(2차 플레넘의 296을 위한 파이프, 덕트 또는 도관은 해당 부분이 제2 플레넘(450)을 정의하는 금속판 뒤에 있으므로 부분적으로 점선으로 도시되어 있음에 유의한다). 바람직하게는, 급랭 스트림(296)은 모든 2차 분리 장치가 단일 입구 또는 노즐에 의해 급랭될 수 있도록 필요한 배관을 최소화하도록 구성될 수 있으며; 따라서 단순화된 반응기 설계를 제공하기 위해 제2 플레넘(450) 영역에서 급랭된다. 따라서, 도 4는 급랭 스트림(296)에 대한 입구 또는 노즐에 대한 2개의 가능한 위치를 예시하며, 실제로는 하나 또는 둘 다 사용될 수 있다. 그러나, 1차 분리기(420)의 산출 영역(즉, 산출물(424))에는 급랭 스트림이 제공되지 않는다는 점에 유의하는 것이 중요하다. The exact location of the inlet or nozzle relative to the quench stream 296 may vary depending on the actual reactor used, but is necessary to minimize secondary catalytic cracking in the hot dehydrogenation product and/or to remove olefins (i.e., propylene) in the hot dehydrogenation product. may be placed in a location within the first plenum 460 or second plenum 450 that minimizes yield loss (pipes, ducts or conduits for 296 of the secondary plenum may Note that it is partially shown as a dashed line as it is behind the metal plate defining (450)). Preferably, quench stream 296 can be configured to minimize required piping so that all secondary separation devices can be quenched by a single inlet or nozzle; It is therefore quenched in the second plenum 450 region to provide a simplified reactor design. Accordingly, Figure 4 illustrates two possible locations for the inlet or nozzle for the quench stream 296, and in practice either or both may be used. However, it is important to note that the output region of primary separator 420 (i.e., output 424) is not provided with a quench stream.

또한 도 4에 도시된 바와 같이, 쉘(430)은 라이저(435)를 추가로 수용한다. 분리되지 않은 유동화된 고체 입자의 스트림은 라이저(435)를 통해 쉘로 들어간다. 라이저(435)은 분리되지 않은 유동화된 고체 입자의 스트림이 라이저(435)으로부터 1차 분리 장치(420)로 들어갈 수 있도록 1차 분리 장치(420)의 입구(422)와 유동적으로 연결, 즉 유동화된 고체 입자의 통과를 허용한다. 도 4는 단지 하나의 1차 분리 장치와 하나의 2차 분리 장치만을 개략적으로 예시하지만, 추가적인 1차 및 2차 분리 장치가 라이저 주변에 배치될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 제2 플레넘(450)은 다른 2차 분리 장치(미도시)에 연결될 수 있으며, 이는 차례로 1차 분리 장치(420) 또는 다른 1차 분리 장치(미도시)에 의해 공급된다.As also shown in FIG. 4, the shell 430 additionally accommodates a riser 435. A stream of unseparated fluidized solid particles enters the shell through riser 435. Riser 435 is fluidly connected to the inlet 422 of primary separation device 420 so that a stream of unseparated, fluidized solid particles can enter primary separation device 420 from riser 435, i.e., fluidization. Allows passage of solid particles. 4 schematically illustrates only one primary separation device and one secondary separation device, it will be understood that additional primary and secondary separation devices may be placed around the riser. For example, the second plenum 450 may be connected to another secondary separation device (not shown), which in turn is fed by the primary separation device 420 or another primary separation device (not shown).

촉매 안정성을 입증하기 위한 실험Experiment to prove catalyst stability

당업자는 자신의 목적에 적합한 임의의 촉매가 본 기술 진보를 구현하는 반응기에 사용될 수 있음을 인식할 것이다. 일부 실시양태에서, 촉매는 무기 지지체의 중량을 기준으로 무기 지지체 상에 배치된 10족 원소를 0.001 중량%, 0.002 중량%, 0.003 중량%, 0.004 중량%, 0.005 중량%, 0.006 중량%, 0.007 중량%, 0.008 중량%, 0.009 중량%, 0.01 중량%, 0.015 중량%, 0.02 중량%, 0.025 중량%, 0.03 중량%, 0.035 중량%, 0.04 중량%, 0.045 중량%, 0.05 중량%, 0.055 중량%, 0.06 중량%, 0.065 중량%, 0.07 중량%, 0.075 중량%, 0.08 중량%, 0.085 중량%, 0.09 중량%, 0.095 중량%, 0.1 중량%, 0.2 중량%, 0.3 중량%, 0.4 중량%, 0.5 중량%, 0.6 중량%, 0.7 중량%, 0.8 중량%, 0.9 중량%, 또는 1 중량% 내지 2 중량%, 3 중량%, 4 중량%, 5 중량%, 또는 6 중량%로 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 촉매는 무기 지지체의 중량을 기준으로 무기 지지체 상에 배치된 10족 원소를 5.5 중량% 이하, 4.5 중량% 이하, 3.5 중량% 이하, 2.5 중량% 이하, 1.5 중량% 이하, 1 중량% 이하, 0.9 중량% 이하, 0.8 중량% 이하, 0.7 중량% 이하, 0.6 중량% 이하, 0.5 중량% 이하, 0.4 중량% 이하, 0.3 중량% 이하, 0.2 중량% 이하, 0.15 중량% 이하, 0.1 중량% 이하, 0.09 중량% 이하, 0.08 중량% 이하, 0.07 중량% 이하, 0.06 중량% 이하, 0.05 중량% 이하, 0.04 중량% 이하, 0.03 중량% 이하, 0.02 중량% 이하, 0.01 중량% 이하, 0.009 중량% 이하, 0.008 중량% 이하, 0.007 중량% 이하, 0.006 중량% 이하, 0.005 중량% 이하, 0.004 중량% 이하, 0.003 중량%, 또는 0.002 중량% 이하로 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 촉매는 무기 지지체의 중량을 기준으로 무기 지지체 상에 배치된 10족 원소를 0.001 중량% 초과, 0.003 중량% 초과, 0.005 중량% 초과, 0.007 중량% 초과, 0.009 중량% 초과, 0.01 중량% 초과, 0.02 중량% 초과, 0.04 중량% 초과, 0.06 중량% 초과, 0.08 중량% 초과, 0.1 중량% 초과, 0.13 중량% 초과, 0.15 중량% 초과, 0.17 중량% 초과, 0.2 중량% 초과, 0.2 중량% 초과, 0.23 중량% 초과, 0.25 중량% 초과, 0.27 중량% 초과, 또는 0.3 중량% 초과 및 0.5 중량% 미만, 1 중량% 미만, 2 중량% 미만, 3 중량% 미만, 4 중량% 미만, 5 중량% 미만, 또는 6 중량% 미만으로 포함할 수 있다. Those skilled in the art will recognize that any catalyst suitable for their purposes may be used in the reactor implementing the present technological advancement. In some embodiments, the catalyst has 0.001%, 0.002%, 0.003%, 0.004%, 0.005%, 0.006%, 0.007% by weight of the Group 10 element disposed on the inorganic support, based on the weight of the inorganic support. %, 0.008 wt%, 0.009 wt%, 0.01 wt%, 0.015 wt%, 0.02 wt%, 0.025 wt%, 0.03 wt%, 0.035 wt%, 0.04 wt%, 0.045 wt%, 0.05 wt%, 0.055 wt%, 0.06% by weight, 0.065% by weight, 0.07% by weight, 0.075% by weight, 0.08% by weight, 0.085% by weight, 0.09% by weight, 0.095% by weight, 0.1% by weight, 0.2% by weight, 0.3% by weight, 0.4% by weight, 0.5% by weight %, 0.6% by weight, 0.7% by weight, 0.8% by weight, 0.9% by weight, or 1% by weight to 2% by weight, 3% by weight, 4% by weight, 5% by weight, or 6% by weight. In some embodiments, the catalyst has 5.5% or less, 4.5% or less, 3.5% or less, 2.5% or less, 1.5% or less, 1% by weight of a Group 10 element disposed on the inorganic support, based on the weight of the inorganic support. Weight% or less, 0.9 weight% or less, 0.8 weight% or less, 0.7 weight% or less, 0.6 weight% or less, 0.5 weight% or less, 0.4 weight% or less, 0.3 weight% or less, 0.2 weight% or less, 0.15 weight% or less, 0.1 Weight% or less, 0.09 weight% or less, 0.08 weight% or less, 0.07 weight% or less, 0.06 weight% or less, 0.05 weight% or less, 0.04 weight% or less, 0.03 weight% or less, 0.02 weight% or less, 0.01 weight% or less, 0.009 It may be included in weight% or less, 0.008 weight% or less, 0.007 weight% or less, 0.006 weight% or less, 0.005 weight% or less, 0.004 weight% or less, 0.003 weight%, or 0.002 weight% or less. In some embodiments, the catalyst has greater than 0.001 weight percent, greater than 0.003 weight percent, greater than 0.005 weight percent, greater than 0.007 weight percent, greater than 0.009 weight percent, greater than 0.01 weight percent of a Group 10 element disposed on the inorganic support, based on the weight of the inorganic support. Greater than 0.02 weight%, greater than 0.04 weight%, greater than 0.06 weight%, greater than 0.08 weight%, greater than 0.1 weight%, greater than 0.13 weight%, greater than 0.15 weight%, greater than 0.17 weight%, greater than 0.2 weight%, 0.2 greater than 0.23 weight %, greater than 0.25 weight %, greater than 0.27 weight %, or greater than 0.3 weight % and less than 0.5 weight %, less than 1 weight %, less than 2 weight %, less than 3 weight %, less than 4 weight %, It may contain less than 5% by weight, or less than 6% by weight.

일부 실시양태에서, 10족 원소는 Ni, Pd, Pt, 이들의 조합, 또는 이들의 혼합물이거나 이를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 실시양태에서, 10족 원소는 Pt일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 2개 이상의 10족 원소가 무기 지지체 상에 배치되는 경우, 촉매는 무기 지지체의 중량을 기준으로 무기 지지체 상에 배치된 2개 이상의 10족 원소를 0.001 중량%, 0.002 중량%, 0.003 중량%, 0.004 중량%, 0.005 중량%, 0.006 중량%, 0.007 중량%, 0.008 중량%, 0.009 중량%, 0.01 중량%, 0.015 중량%, 0.02 중량%, 0.025 중량%, 0.03 중량%, 0.035 중량%, 0.04 중량%, 0.045 중량%, 0.05 중량%, 0.055 중량%, 0.06 중량%, 0.065 중량%, 0.07 중량%, 0.075 중량%, 0.08 중량%, 0.085 중량%, 0.09 중량%, 0.095 중량%, 0.1 중량%, 0.2 중량%, 0.3 중량%, 0.4 중량%, 0.5 중량%, 0.6 중량%, 0.7 중량%, 0.8 중량%, 0.9 중량%, 또는 1 중량% 내지 2 중량%, 3 중량%, 4 중량%, 5 중량%, 또는 6 중량%의 합한 양으로 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 탄화수소 공급물 스트림의 탈수소화를 수행할 수 있는 재생된 촉매의 활성 성분은 10족 원소를 포함할 수 있다. In some embodiments, the Group 10 element may be or include Ni, Pd, Pt, combinations thereof, or mixtures thereof. In at least one embodiment, the Group 10 element can be or include Pt. When two or more Group 10 elements are disposed on an inorganic support, the catalyst may contain 0.001% by weight, 0.002% by weight, 0.003% by weight, or 0.004% by weight of the two or more Group 10 elements disposed on the inorganic support, based on the weight of the inorganic support. Weight %, 0.005 weight %, 0.006 weight %, 0.007 weight %, 0.008 weight %, 0.009 weight %, 0.01 weight %, 0.015 weight %, 0.02 weight %, 0.025 weight %, 0.03 weight %, 0.035 weight %, 0.04 weight % , 0.045% by weight, 0.05% by weight, 0.055% by weight, 0.06% by weight, 0.065% by weight, 0.07% by weight, 0.075% by weight, 0.08% by weight, 0.085% by weight, 0.09% by weight, 0.095% by weight, 0.1% by weight, 0.2% by weight. Weight %, 0.3 weight %, 0.4 weight %, 0.5 weight %, 0.6 weight %, 0.7 weight %, 0.8 weight %, 0.9 weight %, or 1 weight % to 2 weight %, 3 weight %, 4 weight %, 5 weight %, or may be included in a combined amount of 6% by weight. In some embodiments, the active components of a regenerated catalyst capable of performing dehydrogenation of a hydrocarbon feed stream may include a Group 10 element.

무기 지지체는 하나 이상의 2족 원소, 이들의 조합, 또는 이들의 혼합물일 수 있거나 이를 포함할 수 있으나 이에 제한되지는 않는다. 일부 실시양태에서, 2족 원소는 원소 형태로 존재할 수 있다. 다른 실시양태에서, 2족 원소는 화합물의 형태로 존재할 수 있다. 예를 들어, 2족 원소는 산화물, 인산염, 할로겐화물, 할레이트, 황산염, 황화물, 붕산염, 질화물, 탄화물, 알루미네이트, 알루미노규산염, 규산염, 탄산염, 메타인산염, 셀렌화물, 텅스텐산염, 몰리브덴산염, 크로마이트, 크롬산염, 중크롬산염, 규화물로서 존재할 수 있다. 일부 실시양태에서, 2족 원소를 포함하는 임의의 2개 이상의 화합물의 혼합물은 다양한 형태로 존재할 수 있다. 예를 들어, 제1 화합물은 산화물일 수 있고, 제2 화합물은 알루미네이트일 수 있으며, 여기서 제1 화합물과 제2 화합물은 서로 동일하거나 상이한 2족 원소를 포함한다. The inorganic support may be or include one or more Group 2 elements, a combination thereof, or a mixture thereof, but is not limited thereto. In some embodiments, Group 2 elements may exist in elemental form. In other embodiments, Group 2 elements may exist in the form of compounds. For example, Group 2 elements include oxides, phosphates, halides, halates, sulfates, sulfides, borates, nitrides, carbides, aluminates, aluminosilicates, silicates, carbonates, metaphosphates, selenides, tungstates, and molybdates. , may exist as chromate, chromate, dichromate, and silicide. In some embodiments, mixtures of any two or more compounds comprising Group 2 elements may exist in various forms. For example, the first compound may be an oxide and the second compound may be an aluminate, where the first compound and the second compound include the same or different Group 2 elements.

무기 지지체는 무기 지지체의 중량을 기준으로 0.5 중량% 이상, 1 중량% 이상, 2 중량% 이상, 3 중량% 이상, 4 중량% 이상, 5 중량% 이상, 6 중량% 이상, 7 중량% 이상, 8 중량% 이상, 9 중량% 이상, 10 중량% 이상, 11 중량% 이상, 12 중량% 이상, 13 중량% 이상, 14 중량% 이상, 15 중량% 이상, 16 중량% 이상, 17 중량% 이상, 18 중량% 이상, 19 중량% 이상, 20 중량% 이상, 21 중량% 이상, 22 중량% 이상, 23 중량% 이상, 24 중량% 이상, 25 중량% 이상, 26 중량% 이상, 27 중량% 이상, 28 중량% 이상, 29 중량% 이상, 30 중량% 이상, 35 중량% 이상, 40 중량% 이상, 45 중량% 이상, 50 중량% 이상, 55 중량% 이상, 60 중량% 이상, 65 중량% 이상, 70 중량% 이상, 75 중량% 이상, 80 중량% 이상, 85 중량% 이상, 또는 90 중량% 이상의 2족 원소를 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 무기 지지체는 무기 지지체의 중량을 기준으로 0.5 중량%, 1 중량%, 2 중량%, 2.5 중량%, 3 중량%, 5 중량%, 7 중량%, 10 중량%, 11 중량%, 13 중량%, 15 중량%, 17 중량%, 19 중량%, 21 중량%, 23 중량%, 또는 25 중량% 내지 30 중량%, 35 중량%, 40 중량%, 45 중량%, 50 중량%, 55 중량%, 60 중량%, 65 중량%, 70 중량%, 75 중량%, 80 중량%, 85 중량%, 90 중량%, 또는 92.34 중량% 범위의 2족 원소를 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 10족 원소에 대한 2족 원소의 몰비는 0.24, 0.5, 1, 10, 50, 100, 300, 450, 600, 800, 1,000, 1,200, 1,500, 1,700, 또는 2,000 내지 3,000, 3,500, 4,000, 4,500, 5,000, 5,500, 6,000, 6,500, 7,000, 7,500, 8,000, 8,500, 9,000, 9,500, 10,000, 15,000, 20,000, 25,000, 30,000, 35,000, 40,000, 45,000, 50,000, 55,000, 60,000, 65,000, 70,000, 75,000, 80,000, 85,000, 90,000, 95,000, 100,000, 200,000, 300,000, 400,000, 500,000, 600,000, 700,000, 800,000, 또는 900,000의 범위일 수 있다. The inorganic support is 0.5% by weight or more, 1% by weight or more, 2% by weight or more, 3% by weight or more, 4% by weight or more, 5% by weight or more, 6% by weight or more, 7% by weight or more, 8% by weight or more, 9% by weight or more, 10% by weight or more, 11% by weight or more, 12% by weight or more, 13% by weight or more, 14% by weight or more, 15% by weight or more, 16% by weight or more, 17% by weight or more, 18% by weight or more, 19% by weight or more, 20% by weight or more, 21% by weight or more, 22% by weight or more, 23% by weight or more, 24% by weight or more, 25% by weight or more, 26% by weight or more, 27% by weight or more, 28% by weight or more, 29% by weight or more, 30% by weight or more, 35% by weight or more, 40% by weight or more, 45% by weight or more, 50% by weight or more, 55% by weight or more, 60% by weight or more, 65% by weight or more, It may contain at least 70% by weight, at least 75% by weight, at least 80% by weight, at least 85% by weight, or at least 90% by weight of Group 2 elements. In some embodiments, the inorganic support is 0.5%, 1%, 2%, 2.5%, 3%, 5%, 7%, 10%, 11% by weight, based on the weight of the inorganic support. , 13% by weight, 15% by weight, 17% by weight, 19% by weight, 21% by weight, 23% by weight, or 25% by weight to 30% by weight, 35% by weight, 40% by weight, 45% by weight, 50% by weight, It may comprise a Group 2 element in the range of 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, or 92.34% by weight. In some embodiments, the molar ratio of Group 2 elements to Group 10 elements is 0.24, 0.5, 1, 10, 50, 100, 300, 450, 600, 800, 1,000, 1,200, 1,500, 1,700, or 2,000 to 3,000, 3,500. , 4,000, 4,500, 5,000, 5,500, 6,000, 6,500, 7,000, 7,500, 8,000, 8,500, 9,000, 9,500, 10,000, 15,000, 20,000, 25,000, 30,00 0, 35,000, 40,000, 45,000, 50,000, 55,000, 60,000, 65,000, 70,000 , 75,000, 80,000, 85,000, 90,000, 95,000, 100,000, 200,000, 300,000, 400,000, 500,000, 600,000, 700,000, 800,000, or 900,000 It may be a range.

일부 실시양태에서, 무기 지지체는 2족 원소 및 Al을 포함할 수 있고 원자 규모로 혼합된 O, Mg 및 Al 원자를 갖는 혼합된 2족 원소/Al 금속 산화물의 형태일 수 있다. 일부 실시양태에서 무기 지지체는 산화물 형태의 2족 원소와 Al, 또는 nm 규모로 혼합될 수 있는 2족 원소의 하나 이상의 산화물과 Al2O3이거나 이를 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 무기 지지체는 2족 원소의 산화물, 예를 들어 nm 규모로 혼합된 MgO 및 Al2O3일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. In some embodiments, the inorganic support may comprise a Group 2 element and Al and may be in the form of a mixed Group 2 element/Al metal oxide with O, Mg, and Al atoms mixed on an atomic scale. In some embodiments, the inorganic support may be or include a Group 2 element in oxide form and Al, or one or more oxides of a Group 2 element that are miscible on the nm scale and Al 2 O 3 . In some embodiments, the inorganic support may be or comprise oxides of Group 2 elements, such as MgO and Al 2 O 3 mixed on a nm scale.

일부 실시양태에서, 무기 지지체는 혼합된 2족 원소/Al 금속 산화물 형태의 제1 양의 2족 원소 및 Al, 및 2족 원소의 산화물 형태의 제2 양의 2족 원소일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 이러한 실시양태에서, 혼합된 2족 원소/Al 금속 산화물과 2족 원소의 산화물은 nm 규모로 혼합될 수 있고, 혼합된 2족 원소/Al 금속 산화물 내의 2족 원소와 Al은 원자 규모로 혼합될 수 있다. In some embodiments, the inorganic support may or may include a first amount of a Group 2 element and Al in the form of a mixed Group 2 element/Al metal oxide, and a second amount of the Group 2 element in the form of an oxide of the Group 2 element. You can. In this embodiment, the mixed Group 2 element/Al metal oxide and the oxide of the Group 2 element may be mixed on the nm scale, and the Group 2 elements and Al in the mixed Group 2 element/Al metal oxide may be mixed on the atomic scale. You can.

다른 실시양태에서, 무기 지지체는 혼합된 2족 원소/Al 금속 산화물 형태의 제1 양의 2족 원소 및 제1 양의 Al, 2족 원소의 산화물 형태의 제2 양의 2족 원소, 및 Al2O3 형태의 재2 양의 Al일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 이러한 실시양태에서, 혼합된 2족 원소/Al 금속 산화물, 2족 원소의 산화물 및 Al2O3은 nm 규모로 혼합될 수 있고, 혼합된 2족 원소/Al 금속 산화물 내의 2족 원소와 Al은 원자 규모로 혼합될 수 있다. In another embodiment, the inorganic support comprises a first amount of a Group 2 element and a first amount of Al in the form of a mixed Group 2 element/Al metal oxide, a second amount of a Group 2 element in the form of an oxide of the Group 2 element, and Al. It may be or contain a quantity of Al in the form of 2 O 3 . In this embodiment, the mixed Group 2 element/Al metal oxide, the oxide of the Group 2 element, and Al 2 O 3 may be mixed on the nm scale, and the Group 2 element and Al in the mixed Group 2 element/Al metal oxide may be They can be mixed on an atomic scale.

일부 실시양태에서, 무기 지지체가 2족 원소 및 Al을 포함하는 경우, 무기 지지체 내 Al에 대한 2족 원소의 중량비는 0.001, 0.005, 0.01, 0.05, 0.1, 0.15, 0.2, 0.3, 0.5, 0.7, 또는 1 내지 3, 6, 12.5, 25, 50, 75, 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 또는 1,000의 범위일 수 있다. 일부 실시양태에서, 무기 지지체가 Al을 포함하는 경우, 무기 지지체는 무기 지지체의 중량을 기준으로 0.5 중량%, 1 중량%, 1.5 중량%, 2 중량%, 2.1 중량%, 2.3 중량%, 2.5 중량%, 2.7 중량%, 3 중량%, 4 중량%, 5 중량%, 6 중량%, 7 중량%, 8 중량%, 9 중량%, 10 중량%, 또는 11 중량% 내지 15 중량%, 20 중량%, 25 중량%, 30 중량%, 40 중량%, 45 중량%, 또는 50 중량% 범위의 Al을 포함할 수 있다. In some embodiments, when the inorganic support comprises a Group 2 element and Al, the weight ratio of the Group 2 element to Al in the inorganic support is 0.001, 0.005, 0.01, 0.05, 0.1, 0.15, 0.2, 0.3, 0.5, 0.7, or 1 to 3, 6, 12.5, 25, 50, 75, 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, or 1,000. In some embodiments, when the inorganic support comprises Al, the inorganic support has 0.5%, 1%, 1.5%, 2%, 2.1%, 2.3%, 2.5% by weight based on the weight of the inorganic support. %, 2.7%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%, or 11% to 15%, 20% by weight. , may include Al in the range of 25% by weight, 30% by weight, 40% by weight, 45% by weight, or 50% by weight.

일부 실시양태에서, 촉매는 적어도 하나의 알칼리 토금속 산화물 또는 적어도 하나의 알칼리 토금속을 포함하는 하나 이상의 혼합 금속 산화물을 함유하는 지지체 상에 Pt 및 Sn을 침착시킴으로써 제조될 수 있다. 촉매의 조성은 지지체 중량을 기준으로 Pt 0.001 중량% 내지 6 중량%; 지지체 중량 기준으로 Sn 0 중량% 내지 10 중량%일 수 있으며; 지지체는 적어도 하나의 알칼리 토금속 산화물을 포함한다. 총 알칼리 토금속 함량은 지지체 중량을 기준으로 적어도 0.5 중량%일 수 있다. 촉매는 Geldart 입자 분류에 따라 Geldart A 또는 B 유형일 수 있다.In some embodiments, the catalyst can be prepared by depositing Pt and Sn on a support containing at least one alkaline earth metal oxide or one or more mixed metal oxides comprising at least one alkaline earth metal. The composition of the catalyst includes 0.001% to 6% by weight of Pt based on the weight of the support; Sn may be 0% to 10% by weight based on the weight of the support; The support includes at least one alkaline earth metal oxide. The total alkaline earth metal content may be at least 0.5% by weight based on the weight of the support. The catalyst may be Geldart A or B type depending on Geldart particle classification.

다른 촉매가 사용될 수 있으며, 방법 및/또는 시스템의 구현 중 일부 시점에서 적어도 부분적으로 비활성화될 수 있다. 촉매는 10족 원소, 무기 지지체, 및 오염물질을 포함할 수 있으며, 여기서 10족 원소는 무기 지지체의 중량을 기준으로 0.001 중량% 내지 6 중량% 범위의 농도를 갖는다. 10족 원소는 Pt일 수 있거나 이를 포함할 수 있고, 여기서 무기 지지체는 무기 지지체의 중량을 기준으로 적어도 0.5 중량%의 2족 원소를 포함한다. 2족 원소는 Mg를 포함할 수 있고, 2족 원소의 적어도 일부는 MgO 또는 Mg를 포함하는 혼합 금속 산화물의 형태일 수 있다. 촉매는 무기 지지체의 중량을 기준으로 최대 10 중량%의 촉진제를 추가로 포함할 수 있으며, 여기서 촉진제는 Sn, Ag, Cu, 이들의 조합 또는 이들의 혼합물 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 촉매는 무기 지지체 상에 배치된 알칼리 금속 원소를 최대 5 중량%까지 추가로 포함할 수 있으며, 여기서 알칼리 금속 원소는 Li, Na, K, Rb 및 Cs 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 본 기술 진보와 함께 사용 기능한 촉매의 추가 예는 2021년 6월 2일자에 출원된 출원 제63/195966호에서 찾을 수 있으며, 이의 전체 내용은 참조로 본원에 포함된다. Other catalysts may be used and may be at least partially deactivated at some point during implementation of the method and/or system. The catalyst may include a Group 10 element, an inorganic support, and a contaminant, wherein the Group 10 element has a concentration ranging from 0.001% to 6% by weight based on the weight of the inorganic support. The Group 10 element may be or include Pt, wherein the inorganic support includes at least 0.5% by weight of the Group 2 element based on the weight of the inorganic support. The Group 2 element may include Mg, and at least a portion of the Group 2 element may be in the form of MgO or a mixed metal oxide containing Mg. The catalyst may further include up to 10% by weight of an accelerator based on the weight of the inorganic support, where the accelerator may include one or more of Sn, Ag, Cu, combinations thereof, or mixtures thereof. The catalyst may further include up to 5% by weight of an alkali metal element disposed on the inorganic support, where the alkali metal element may include at least one of Li, Na, K, Rb, and Cs. Additional examples of catalysts functioning in conjunction with this technological advance can be found in Application No. 63/195966, filed June 2, 2021, the entire content of which is incorporated herein by reference.

촉매 1: 하소된 Mg/Al 하이드로탈사이트 PURALOX® MG 70/170(Sasol) 및 알루미늄 클로로하이드레이트(ACH)를 함유하는 수성 슬러리를 분무 건조함으로써 Mg/Al 산화물 지지체를 제조했다. 하소 후 최종 지지체는 하소된 하이드로탈사이트 80 중량%와 ACH 유래 알루미나 20 중량%를 함유하였다. 염화주석(IV) 5수화물(Acros Organics)과 염화백금산 6수화물(BioXtra)의 수용액을 지지체 상에 함침시켰다. 함침된 물질은 밀폐된 용기에 실온에서 45시간 동안 유지된 후, 공기 중에서 110℃에서 6시간 동안 건조시키고, 공기 중에서 800℃에서 12시간 동안 하소하였다. 최종 생성물은 명목상 Pt 0.3 중량%와 Sn 1.5 중량%를 함유하였다. Catalyst 1 : Calcined Mg/Al hydrotalcite An Mg/Al oxide support was prepared by spray drying an aqueous slurry containing PURALOX® MG 70/170 (Sasol) and aluminum chlorohydrate (ACH). After calcining, the final support contained 80% by weight of calcined hydrotalcite and 20% by weight of ACH-derived alumina. An aqueous solution of tin(IV) chloride pentahydrate (Acros Organics) and chloroplatinic acid hexahydrate (BioXtra) was impregnated on the support. The impregnated material was kept in a sealed container at room temperature for 45 hours, then dried in air at 110°C for 6 hours, and calcined in air at 800°C for 12 hours. The final product contained nominally 0.3% by weight Pt and 1.5% by weight Sn.

달리 명시되지 않는 한 고정층 실험은 약 100 kPa(절대압력)에서 수행되었다. 기체 크로마토그래프(GC)를 사용하여 반응기 유출물의 조성을 측정했다. 그런 다음, 반응기 유출물의 각 성분 농도를 사용하여 C3H6 수율 및 선택도를 계산했다. 이들 실시예에서 보고된 C3H6 수율 및 선택도는 탄소 몰 기준으로 계산되었다. Unless otherwise specified, fixed bed experiments were performed at approximately 100 kPa (absolute pressure). The composition of the reactor effluent was determined using gas chromatography (GC). The C 3 H 6 yield and selectivity were then calculated using the concentration of each component in the reactor effluent. The C 3 H 6 yields and selectivities reported in these examples were calculated on a mole carbon basis.

각 실시예에서, 일정량의 촉매 "Mcat"를 적절한 양의 석영 희석제와 혼합하여 석영 반응기에 넣었다. 희석제의 양은 촉매층(촉매+희석제)이 석영 반응기의 등온 구역과 중첩되고 촉매층이 작동 중에 대체로 등온이도록 결정되었다. 반응기의 불용(dead) 부피는 석영 칩/막대로 채워졌다. In each example, an amount of catalyst “M cat ” was mixed with an appropriate amount of quartz diluent and placed in a quartz reactor. The amount of diluent was determined so that the catalyst bed (catalyst + diluent) overlaps the isothermal zone of the quartz reactor and the catalyst bed is substantially isothermal during operation. The dead volume of the reactor was filled with quartz chips/rods.

반응기 유출물 내의 각 성분의 농도를 사용하여 C3H6 수율 및 선택도를 계산했다. trxn의 시작과 trxn의 종점에서의 C3H6 수율 및 선택도는 각각 Yini, Yend, Sini, 및 Send로 표기하여 아래 데이터 표에 백분율로 보고되었다. C 3 H 6 yield and selectivity were calculated using the concentration of each component in the reactor effluent. The C 3 H 6 yield and selectivity at the start of t rxn and the end of t rxn are denoted by Y ini , Y end , S ini , and S end, respectively, and are reported as percentages in the data table below.

실시예 1: 1. 시스템을 불활성 기체로 플러싱하였다. 유량(Foxi)의 산소 함유 기체(Ogas)가 반응 구역의 우회로를 통과하는 동안, 불활성 물질은 반응 구역을 통과했다. 반응 구역을 산화 온도(Toxi)로 가열하였다. 3. 그런 다음, 산소 함유 기체를 특정 기간(toxi) 동안 반응 구역을 통과시켜 촉매를 산화시켰다. toxi 이후, 반응 구역 내의 온도는 산소 함유 기체 유동을 유지하는 동안 Toxi로부터 환원 온도(Tred)로 변경되었다. 4. 시스템을 불활성 기체로 플러싱하였다. 유량(Fred)의 H2 함유 기체(Hgas)가 일정 시간 동안 반응 구역의 우회로를 통과하는 동안, 불활성 물질은 반응 구역을 통과했다. 그런 다음, 일정 시간(tred) 동안 Tred의 반응 구역을 통해 H2 함유 기체를 유동시켰다. 6. 시스템을 불활성 물질로 플러싱하였다. 상기 과정 동안, 반응 구역의 온도는 Tred로부터 655℃의 반응 온도로 변경되었다. 81 부피%의 C3H8, 9 부피%의 불활성 물질(Ar 또는 Kr), 10 부피%의 스팀을 포함한 유량의 탄화수소-함유(HCgas) 공급물이 일정 시간 동안 반응 구역의 우회로를 통과하는 동안, 불활성 물질은 반응 구역을 통과했다. 그런 다음, 탄화수소 함유 공급물은 655℃에서 10분 동안 반응 구역을 통과했다. 상기 공급물이 반응 구역의 우회로에서 반응 구역으로 전환되자마자 반응 유출물의 GC 샘플링을 시작하였다. Example 1: 1. The system was flushed with inert gas. The inert material passed through the reaction zone, while the flow rate (F oxi ) of oxygen-containing gas (O gas ) passed through the bypass of the reaction zone. The reaction zone was heated to the oxidation temperature (T oxi ). 3. Then, oxygen-containing gas was passed through the reaction zone for a certain period of time (t oxi ) to oxidize the catalyst. After t oxi , the temperature in the reaction zone was changed from T oxi to the reduction temperature (T red ) while maintaining the oxygen-containing gas flow. 4. The system was flushed with inert gas. While the flow rate (F red ) of H 2 -containing gas (H gas ) passed through the bypass of the reaction zone for a certain period of time, the inert material passed through the reaction zone. Then, H 2 -containing gas was flowed through the reaction zone of T red for a certain time (t red ). 6. The system was flushed with inert material. During the above process, the temperature of the reaction zone was changed from T red to a reaction temperature of 655°C. A hydrocarbon-containing (HC gas) feed containing 81% by volume of C 3 H 8 , 9% by volume of inerts (Ar or Kr ), and 10% by volume of steam is passed through the bypass of the reaction zone for a certain period of time. During this time, inert material passed through the reaction zone. The hydrocarbon-containing feed was then passed through a reaction zone at 655° C. for 10 minutes. GC sampling of the reaction effluent began as soon as the feed was diverted from the reaction zone bypass to the reaction zone.

안정적인 성능을 얻을 때까지 상기 공정 단계를 주기적으로 반복했다. 표 1은 촉매 1이 프로판 탈수소화에 대해 활성/선택성이 있었고 60+ 사이클 동안 이러한 2단계 산화 체계를 사용함으로써 효과적으로 재생될 수 있음을 보여준다. 도 5는 촉매 1이 프로판 탈수소화에 대해 60 사이클에 걸쳐 안정했다는 것을 보여준다.The above process steps were repeated periodically until stable performance was obtained. Table 1 shows that Catalyst 1 was active/selective for propane dehydrogenation and could be effectively regenerated by using this two-step oxidation scheme for 60+ cycles. Figure 5 shows that Catalyst 1 was stable over 60 cycles for propane dehydrogenation.

촉매 catalyst 1One Mcat (g)M cat (g) 0.30.3 Frxn (sccm)F r x n (sccm) 17.617.6 Hgas Hgas 10% H2
90% Ar
10% H 2
90%Ar
Fred (sccm)F red (sccm) 46.646.6 Tred (℃)T red (℃) 800800 tred (분)t red (minutes) 0.050.05 OgasOgas 90% 공기
10% H2O
이후
건조 공기
90% air
10% H 2 O
after
dry air
Foxi (sccm)F oxi (sccm) 93.2
이후
83.9
93.2
after
83.9
Toxi (℃) Toxi (℃) 800800 toxi (분)t oxi (minutes) 1
이후
10
One
after
10
성능 Performance Yini Y ini 62.462.4 Yend Y end 59.859.8 Sini S ini 94.594.5 Send S end 96.196.1

실시예 2: 모의된 프로판 탈수소화 생성물을 불활성 석영 칩으로 채워진 반응 구역에 공급하여 다양한 온도 및 압력 하에서의 열 분해를 연구했다. 모의된 프로판 탈수소 생성물의 몰 조성을 표 2에 나타낸다.Example 2: Simulated propane dehydrogenation products were fed into a reaction zone filled with inert quartz chips to study thermal decomposition under various temperatures and pressures. The molar composition of the simulated propane dehydrogenation products is shown in Table 2.

성분ingredient 몰%mole% H2 H 2 38.038.0 ArAr 6.06.0 CH4 CH 4 1.321.32 COC.O. 0.800.80 C3H8 C 3 H 8 18.018.0 C3H6 C 3 H 6 34.234.2 CO2 CO2 0.300.30 C2H4 C 2 H 4 0.490.49 C2H6 C 2 H 6 0.800.80

모의된 프로판 탈수소화 생성물은 각각 63.7%와 95.5%의 프로필렌 수율과 선택도에 대응한다. The simulated propane dehydrogenation products correspond to propylene yields and selectivities of 63.7% and 95.5%, respectively.

반응기를 통과할 때 모의된 프로판 탈수소 생성물의 성분은 추가로 분해되었다. 분해율은 차등 전환 하에 계산되었으며 초당 프로필렌 수율 및 선택도의 손실로서 표현되었다. 도 1은 상이한 온도에서 초당 프로필렌 수율의 손실을 나타내는 그래프이다(x축은 섭씨 온도이고, y축은 %이다). 도 2는 상이한 온도에서 초당 프로필렌 선택도의 손실을 나타내는 그래프이다(x축은 섭씨 온도이고, y축은 %이다). Components of the simulated propane dehydrogenation product were further decomposed as they passed through the reactor. Degradation rates were calculated under differential conversion and expressed as loss of propylene yield and selectivity per second. Figure 1 is a graph showing the loss of propylene yield per second at different temperatures (x-axis is temperature in degrees Celsius, y-axis is %). Figure 2 is a graph showing the loss of propylene selectivity per second at different temperatures (x-axis is temperature in degrees Celsius, y-axis is %).

위의 실험은 모의된 프로판 탈수소화 생성물과 함께 공급되는 약 5 mol% 내지 10 mol%의 스팀을 사용하여 수행되었다. 소량의 스팀이 분해율에 최소한의 영향을 미친 것으로 밝혀졌다. 분해율에 대한 최소의 영향은 스팀의 존재로 인한 낮은 탄화수소 분압에서 기인할 수 있다. The above experiments were performed using approximately 5 mol% to 10 mol% of steam supplied with the simulated propane dehydrogenation product. Small amounts of steam were found to have minimal effect on the decomposition rate. The minimal effect on the cracking rate can be attributed to the low hydrocarbon partial pressure due to the presence of steam.

실시예 3: 촉매가 동반된 프로판 탈수소 생성물이 다양한 온도에서 사이클론 장치 하류의 설비를 통해 유동할 때 사이클론 장치에 의해 분리되지 않은 촉매가 동반된 프로판 탈수소 생성물의 반응을 이해하기 위해 다음과 같은 실험을 수행하였다. Example 3: The following experiment was performed to understand the reaction of the catalyst-entrained propane dehydrogenation product that was not separated by the cyclone device as the product flowed through equipment downstream of the cyclone device at various temperatures. carried out.

모의된 프로판 탈수소화 생성물과 적절한 양의 스팀으로 구성된 공급물 A를 불활성 석영 칩과 다양한 양의 촉매 2로 채워진 반응 구역 내로 공급하여 다양한 온도에서 공급물 A의 수소화, 열 분해 및 촉매 분해를 연구했다. 촉매 2는 다음의 절차에 따라 제조되었다: 하이드로탈사이트를 하소하여 얻은 MgO-Al2O3 혼합 금속 산화물인 PURALOX® MG 70/170(Sasol) 2.3g을 준비해 둔다. 혼합 금속 산화물은 MgO 70 중량% 및 Al2O3 30 중량%를 함유하였다. Sasol에 따르면 BET 표면적은 170 m2/g이었다. 염화 주석(IV) 5수화물(0.103 g)(Acros Organics), 염화백금산 6수화물(0.0184 g)(BioXtra) 및 탈이온수(2.2 mL)를 작은 유리 바이알에서 혼합하여 용액을 만들었다. PURALOX® MG 70/170 지지체를 용액으로 함침시켰다. 함침된 물질은 공기 중에서 110℃에서 6시간 동안 건조시키고, 공기 중에서 800℃에서 12시간 동안 하소하였다. 최종 생성물은 명목상 Pt 0.3 중량%와 Sn 1.5 중량%를 함유하였다. Feed A, consisting of a simulated propane dehydrogenation product and an appropriate amount of steam, was fed into a reaction zone filled with inert quartz chips and varying amounts of catalyst 2 to study the hydrogenation, thermal cracking, and catalytic cracking of feed A at various temperatures. . Catalyst 2 was prepared according to the following procedure: 2.3 g of PURALOX® MG 70/170 (Sasol), a MgO-Al 2 O 3 mixed metal oxide obtained by calcining hydrotalcite, was prepared. The mixed metal oxide contained 70% by weight of MgO and 30% by weight of Al 2 O 3 . According to Sasol, the BET surface area was 170 m 2 /g. A solution was made by mixing tin(IV) chloride pentahydrate (0.103 g) (Acros Organics), chloroplatinic acid hexahydrate (0.0184 g) (BioXtra), and deionized water (2.2 mL) in a small glass vial. The PURALOX® MG 70/170 support was impregnated with the solution. The impregnated material was dried at 110°C in air for 6 hours and calcined at 800°C in air for 12 hours. The final product contained nominally 0.3% by weight Pt and 1.5% by weight Sn.

공급물 A의 몰 조성을 표 3에 나타낸다. The molar composition of Feed A is shown in Table 3.

성분ingredient 몰%mole% H2 H 2 33.833.8 ArAr 5.35.3 CH4 CH 4 1.21.2 COC.O. 0.70.7 C3H8 C 3 H 8 16.016.0 C3H6 C 3 H 6 30.530.5 CO2 CO2 0.30.3 C2H4 C 2 H 4 0.40.4 C2H6 C 2 H 6 0.70.7 스팀steam 11.011.0

공급물 A는 각각 63.7%와 95.5%의 프로필렌 수율과 선택도를 갖는 모의된 프로판 탈수소화 생성물에 대응한다. Feed A corresponds to the simulated propane dehydrogenation product with propylene yield and selectivity of 63.7% and 95.5%, respectively.

공급물 A의 총 압력은 약 100 kPa 절대압력이었다. 공급물 A의 C-함유 성분의 질량 유량을 반응 구역의 촉매 2의 중량으로 나누어 계산된 중량 시간당 공간 속도(WHSV)가 121 h-1, 350 h-1 및 무한대(촉매 없음)로 변하도록 반응 구역에서 공급물 A의 유량 및 촉매 2의 양은 변화되었다. The total pressure of feed A was approximately 100 kPa absolute. React so that the weight hourly space velocity (WHSV), calculated by dividing the mass flow rate of the C-containing component of feed A by the weight of catalyst 2 in the reaction zone, varies from 121 h -1 to 350 h -1 and to infinity (no catalyst). The flow rate of feed A and the amount of catalyst 2 in the zone were varied.

반응 구역의 공극 부피를 반응 온도/압력에서 공급물 A의 체적 유량으로 나누어 계산된 반응 구역 내 공급물 A의 열 체류 시간이 2초가 되도록 공급물 A의 유량이 또한 변화되었다. 반응 구역은 대체로 등온이었다. 반응 구역 외부의 온도는 급격히 떨어졌다. The flow rate of Feed A was also varied such that the thermal residence time of Feed A in the reaction zone, calculated by dividing the void volume of the reaction zone by the volumetric flow rate of Feed A at the reaction temperature/pressure, was 2 seconds. The reaction zone was largely isothermal. The temperature outside the reaction zone dropped rapidly.

반응 영역을 통과할 때, 공급물 A는 추가로 분해(열적 또는 촉매적), 탈수소화 또는 수소화되어 생성물 A를 형성할 수 있다. 공급물 A의 프로필렌 수율 및 선택도 63.7% 및 95.5%는 반응 후에 변경될 수 있다. 예를 들어, 반응 구역에서 프로필렌의 수소화가 발생하면 생성물 A의 프로필렌 수율은 감소한다. Upon passing through the reaction zone, feed A may be further cracked (thermal or catalytic), dehydrogenated, or hydrogenated to form product A. The propylene yield and selectivity of 63.7% and 95.5% of feed A may change after the reaction. For example, if hydrogenation of propylene occurs in the reaction zone, the propylene yield of product A decreases.

도 6(x축 섭씨 온도, y축 프로필렌 수율(%))은 열 체류 시간이 2초로 유지되었을 때 생성물 A의 프로필렌 수율 대 반응 구역 온도를 보여준다. WHSV는 121 h-1(주황색, 선(b)), 350 h-1(파란색, 선(a)) 및 무한(촉매 없음)(회색, 선(c))으로 다양했다. 촉매가 없을 때, T > 600℃에서 프로필렌 수율 손실은 전적으로 프로필렌의 열 분해로 인한 것이었다. 촉매가 존재할 때, 프로필렌 수율의 많은 손실은 주로 프로필렌의 수소화로 인해 T < 600℃에서 나타났다. WHSV가 증가할 때, 즉 사이클론 장치에 의해 분리되지 않은 촉매의 양이 프로판 탈수소화 생성물에서 감소할 때 수소화 반응의 정도는 빠르게 감소한다. 수소화로 인한 프로필렌 수율 손실은 T = 약 500℃에서 가장 컸다. Figure 6 (x-axis temperature in degrees Celsius, y-axis % propylene yield) shows the propylene yield of product A versus reaction zone temperature when the heat residence time was maintained at 2 seconds. WHSV varied from 121 h -1 (orange, line (b)), 350 h -1 (blue, line (a)) and infinite (no catalyst) (gray, line (c)). In the absence of catalyst, the propylene yield loss at T > 600°C was entirely due to thermal decomposition of propylene. When the catalyst was present, a large loss in propylene yield occurred at T < 600° C., mainly due to hydrogenation of propylene. The extent of hydrogenation reaction decreases rapidly as the WHSV increases, i.e. the amount of catalyst not separated by the cyclone device decreases in the propane dehydrogenation product. Propylene yield loss due to hydrogenation was greatest at T = about 500°C.

도 7은 열 체류 시간이 2초로 유지되었을 때 생성물 A의 프로필렌 선택도 대 반응 구역 온도를 보여준다. WHSV는 121 h-1(주황색, 선(b)), 350 h-1(파란색, 선(a)) 및 무한(촉매 없음)(회색, 선(c))으로 다양했다. 촉매가 없을 때, T > 600℃에서 프로필렌 선택도 손실은 전적으로 프로필렌의 열 분해로 인한 것이었다. 흥미롭게도, 프로필렌 선택도는 WHSV가 121 h-1일 때 더 높았다. 이는 촉매 2에 의한 열 분해가 억제되었기 때문일 수 있다. Figure 7 shows the propylene selectivity of Product A versus reaction zone temperature when the heat residence time was maintained at 2 seconds. WHSV varied from 121 h -1 (orange, line (b)), 350 h -1 (blue, line (a)) and infinite (no catalyst) (grey, line (c)). In the absence of catalyst, the loss of propylene selectivity at T > 600°C was entirely due to thermal decomposition of propylene. Interestingly, propylene selectivity was higher when the WHSV was 121 h -1 . This may be because thermal decomposition by catalyst 2 was suppressed.

도 6 및 7은 급랭 동안 프로필렌의 수소화를 회피하는 것을 보여준다. 다음과 같은 전술이 사용될 수 있다. (1) 생성물을 급랭하기 전에 프로판 탈수소화 생성물에 동반된 촉매의 양을 줄인다. (2) T < 320℃일 때 수소화 속도가 느리기 때문에 프로판 탈수소화 생성물을 320℃ 미만으로 빠르게 급랭한다. (3) 동반된 촉매를 가역적으로 비활성화하는 급랭을 사용한다. Figures 6 and 7 show the avoidance of hydrogenation of propylene during quenching. The following tactics may be used: (1) Reduce the amount of catalyst entrained in the propane dehydrogenation product before quenching the product. (2) When T < 320°C, the hydrogenation rate is slow, so the propane dehydrogenation product is rapidly cooled to below 320°C. (3) Use quenching to reversibly deactivate the entrained catalyst.

촉매 조성물 3 내지 16은 다음 절차에 따라 제조되었다. 각 촉매 조성물에 대해, 80 중량%의 MgO 및 20 중량%의 Al2O3를 함유하고 150 m2/g의 표면적을 갖는 혼합 Mg/Al 금속 산화물인 PURALOX® MG 80/150 (3 g)(Sasol)이 공기 중 550℃에서 3시간 동안 하소되어 지지체를 형성했다. 촉매 조성물(Acros Organics) 제조에 사용된 경우 염화주석(IV) 5수화물 및/또는 촉매 조성물(Sigma Aldrich) 제조에 사용된 경우 염화백금산의 적절한 양, 및 탈이온수 1.8 ml를 함유하는 용액을 작은 유리 바이알에 제조하였다. 각 촉매 조성물에 대한 하소된 PURALOX® MG 80/150 지지체(2.3 g)를 대응 용액으로 함침시켰다. 함침된 물질은 실온(RT)의 밀폐 용기에서 24시간 동안 평형을 이루도록 하고, 110℃에서 6시간 동안 건조시키고, 800℃에서 12시간 동안 하소하였다. 표 1은 지지체의 중량을 기준으로 각 촉매 조성물의 공칭 Pt 및 Sn 함량을 보여준다. Catalyst compositions 3 to 16 were prepared according to the following procedure. For each catalyst composition, PURALOX® MG 80/150 (3 g), a mixed Mg/Al metal oxide containing 80% by weight of MgO and 20% by weight of Al 2 O 3 and having a surface area of 150 m 2 /g ( Sasol) was calcined in air at 550°C for 3 hours to form a support. A solution containing an appropriate amount of tin(IV) chloride pentahydrate if used in the preparation of the catalyst composition (Acros Organics) and/or chloroplatinic acid if used in the preparation of the catalyst composition (Sigma Aldrich), and 1.8 ml of deionized water was placed in a small glass. Manufactured in vials. Calcined PURALOX® MG 80/150 support (2.3 g) for each catalyst composition was impregnated with the corresponding solution. The impregnated material was allowed to equilibrate in a closed container at room temperature (RT) for 24 hours, dried at 110°C for 6 hours, and calcined at 800°C for 12 hours. Table 1 shows the nominal Pt and Sn contents of each catalyst composition based on the weight of support.

촉매 catalyst Pt
(중량%)
Pt
(weight%)
Sn
(중량%)
Sn
(weight%)
33 0.40.4 1One 44 0.30.3 1One 55 0.20.2 1One 66 0.10.1 1One 77 0.050.05 1One 88 0.0250.025 1One 99 0.01250.0125 1One 1010 00 1One 1111 0.10.1 0.50.5 1212 0.10.1 1One 1313 0.10.1 22 1414 0.01250.0125 00 1515 0.01250.0125 0.50.5 1616 0.01250.0125 22

실시예 4 - 고정층 실험은 촉매 3 내지 16을 사용하여 약 100 kPa(절대압력)에서 수행되었다. 기체 크로마토그래프(GC)를 사용하여 반응기 유출물의 조성을 측정했다. 그런 다음, 반응기 유출물의 각 성분 농도를 사용하여 C3H6 수율 및 선택도를 계산했다. 이들 실시예에서 보고된 C3H6 수율 및 선택도는 탄소 몰 기준으로 계산되었다. 실시예 4 - 고정층 실험은 촉매 3 내지 16을 사용하여 약 100 kPa(절대압력)에서 수행되었다. 기체 크로마토그래프(GC)를 사용하여 반응기 유출물의 조성을 측정했다. 그런 다음, 반응기 유출물의 각 성분 농도를 사용하여 C3H6 수율 및 선택도를 계산했다. 이들 실시예에서 보고된 C3H6 수율 및 선택도는 탄소 몰 기준으로 계산되었다. Example 4 - Fixed bed experiments were performed at approximately 100 kPa (absolute pressure) using catalysts 3 to 16. The composition of the reactor effluent was determined using gas chromatography (GC). The C 3 H 6 yield and selectivity were then calculated using the concentration of each component in the reactor effluent. The C 3 H 6 yields and selectivities reported in these examples were calculated on a mole carbon basis. Example 4 - Fixed bed experiments were performed at approximately 100 kPa (absolute pressure) using catalysts 3 to 16. The composition of the reactor effluent was determined using gas chromatography (GC). The C 3 H 6 yield and selectivity were then calculated using the concentration of each component in the reactor effluent. The C 3 H 6 yields and selectivities reported in these examples were calculated on a mole carbon basis.

각 실시예에서, 0.3 g의 촉매 조성물을 적절한 양의 석영 희석제와 혼합하여 석영 반응기에 넣었다. 희석제의 양은 촉매층(촉매+희석제)이 석영 반응기의 등온 구역과 중첩되고 촉매층이 작동 중에 대체로 등온이도록 결정되었다. 반응기의 죽은 부피는 석영 칩/막대로 채워졌다.In each example, 0.3 g of catalyst composition was mixed with the appropriate amount of quartz diluent and placed in a quartz reactor. The amount of diluent was determined so that the catalyst bed (catalyst + diluent) overlaps the isothermal zone of the quartz reactor and the catalyst bed is substantially isothermal during operation. The dead volume of the reactor was filled with quartz chips/rods.

trxn의 시작과 trxn의 종점에서의 C3H6 수율 및 선택도는 각각 Yini, Yend, Sini, 및 Send로 표기하여 촉매 3 내지 10에 대해 아래 표 5 및 6에 백분율로 보고되었다. The C 3 H 6 yield and selectivity at the start of t rxn and the end of t rxn are expressed as percentages in Tables 5 and 6 below for catalysts 3 to 10, denoted by Y ini , Y end , S ini , and S end, respectively. It has been reported.

촉매 3 내지 10의 공정 단계는 다음과 같았다: 1. 시스템을 불활성 기체로 플러싱하였다. 83.9 sccm 유량의 건조 공기가 반응 구역의 우회로를 통과하는 동안, 불활성 물질은 반응 구역을 통과했다. 반응 구역을 800℃의 재생 온도로 가열하였다. 3. 그런 다음, 83.9 sccm 유량의 건조 공기를 반응 구역을 통해 10분 동안 통과시켜 촉매를 재생시켰다. 4. 시스템을 불활성 기체로 플러싱하였다. 5. 10 부피% H2 및 90 부피% Ar을 갖는 46.6 sccm 유량의 H2 함유 기체가 일정 시간 동안 반응 구역의 우회로를 통과하는 동안, 불활성 물질은 반응 구역을 통과했다. 그런 다음, 3초 동안 800℃의 반응 구역을 통해 H2 함유 기체를 유동시켰다. 6. 시스템을 불활성 기체로 플러싱하였다. 상기 과정 동안, 반응 구역의 온도는 800℃로부터 670℃의 반응 온도로 변경되었다. 7. 81 부피%의 C3H8, 9 부피%의 불활성 기체(Ar 또는 Kr), 10 부피%의 스팀을 포함한 35.2 sccm유량의 탄화수소-함유(HCgas) 공급물이 일정 시간 동안 반응 구역의 우회로를 통과하는 동안, 불활성 기체는 반응 구역을 통과했다. 그런 다음, 탄화수소 함유 공급물은 670℃에서 10분 동안 반응 구역을 통과했다. 상기 공급물이 반응 구역의 우회로에서 반응 구역으로 전환되자마자 반응 유출물의 GC 샘플링을 시작하였다. The process steps for catalysts 3 to 10 were as follows: 1. The system was flushed with inert gas. Inert material passed through the reaction zone while dry air at a flow rate of 83.9 sccm passed through the reaction zone bypass. The reaction zone was heated to a regeneration temperature of 800°C. 3. The catalyst was then regenerated by passing dry air at a flow rate of 83.9 sccm through the reaction zone for 10 minutes. 4. The system was flushed with inert gas. 5. A 46.6 sccm flow rate of H 2 -containing gas with 10 vol% H 2 and 90 vol% Ar was passed through the bypass of the reaction zone for a period of time, while the inert material passed through the reaction zone. Then, H 2 -containing gas was flowed through the reaction zone at 800° C. for 3 seconds. 6. The system was flushed with inert gas. During the above process, the temperature of the reaction zone was changed from 800°C to a reaction temperature of 670°C. 7. A hydrocarbon-containing (HC gas ) feed containing 81% by volume of C 3 H 8 , 9% by volume of inert gas (Ar or Kr), and 10% by volume of steam at a flow rate of 35.2 sccm was introduced into the reaction zone for a certain period of time. While passing through the bypass, the inert gas passed through the reaction zone. The hydrocarbon-containing feed was then passed through a reaction zone at 670° C. for 10 minutes. GC sampling of the reaction effluent began as soon as the feed was diverted from the reaction zone bypass to the reaction zone.

안정적인 성능을 얻을 때까지 상기 공정 단계를 주기적으로 반복했다. 표 5 및 6은 Pt 0.025 중량% 및 Sn 1 중량%만을 함유한 촉매 8이 Pt 0.4 중량% 및 Sn 1 중량%를 함유한 촉매 3과 비교하여 유사한 수율 및 유사한 선택도를 모두 가짐을 보여주었는데, 이는 놀랍고 예상치 못한 것이었다. Pt를 전혀 포함하지 않은 촉매 10은 상당한 프로필렌 수율을 나타내지 않았다. The above process steps were repeated periodically until stable performance was obtained. Tables 5 and 6 showed that Catalyst 8, containing only 0.025% by weight of Pt and 1% by weight of Sn, had both similar yields and similar selectivities compared to Catalyst 3 containing 0.4% by weight of Pt and 1% by weight of Sn. This was surprising and unexpected. Catalyst 10, which contained no Pt, did not give significant propylene yield.

  촉매 3catalyst 3 촉매 4catalyst 4 촉매 5catalyst 5 촉매 6catalyst 6 성능 Performance Yini Y ini 61.761.7 61.761.7 60.760.7 63.763.7 Yend Y end 55.255.2 55.755.7 54.254.2 56.756.7 Sini S ini 97.397.3 97.297.2 97.097.0 97.197.1 Send S end 98.198.1 98.098.0 97.797.7 98.398.3

  촉매 7catalyst 7 촉매 8catalyst 8 촉매 9catalyst 9 촉매 10catalyst 10 성능 Performance Yini Y ini 62.462.4 62.062.0 56.756.7 2.02.0 Yend Y end 57.257.2 54.654.6 45.745.7 1.71.7 Sini S ini 96.796.7 97.397.3 96.996.9 64.264.2 Send S end 97.797.7 98.098.0 97.697.6 49.549.5

촉매 11 내지 16은 또한 촉매 3 내지 10과 관련하여 위에서 설명한 동일한 공정 단계 1 내지 7을 사용하여 시험되었다. 표 7은 지지체의 중량을 기준으로 0.1 중량%의 Pt를 포함한 촉매 조성물에 대한 최적의 프로필렌 수율을 위해 Sn의 수준이 너무 낮거나 너무 높아서는 안 된다는 것을 보여준다.Catalysts 11 to 16 were also tested using the same process steps 1 to 7 described above for Catalysts 3 to 10. Table 7 shows that for optimal propylene yield for a catalyst composition containing 0.1% by weight Pt based on the weight of the support, the level of Sn should not be too low or too high.

  촉매 11catalyst 11 촉매 6catalyst 6 촉매 12catalyst 12 촉매 13catalyst 13 0.5 중량% Sn0.5 wt% Sn 1 중량% Sn1% Sn by weight 1 중량% Sn1% Sn by weight 2 중량% Sn2% Sn by weight 성능 Performance Yini Y ini 58.458.4 63.763.7 63.463.4 56.556.5 Yend Y end 49.549.5 56.756.7 55.555.5 47.747.7 Sini S ini 96.996.9 97.197.1 97.297.2 97.897.8 Send S end 97.697.6 98.398.3 98.198.1 98.298.2

표 8은 지지체의 중량을 기준으로 0.0125 중량%의 Pt를 포함한 촉매 조성물에 대한 최적의 프로필렌 수율을 위해 Sn의 수준이 너무 높거나 너무 낮아서는 안 된다는 것을 보여준다. Table 8 shows that for optimal propylene yield for a catalyst composition containing 0.0125% Pt by weight based on the weight of support, the level of Sn should not be too high or too low.

  촉매 14catalyst 14 촉매 15catalyst 15 촉매 9catalyst 9 촉매 16catalyst 16 0 중량% Sn0 wt% Sn 0.5 중량% Sn0.5 wt% Sn 1 중량% Sn1% Sn by weight 2 중량% Sn2% Sn by weight 성능 Performance Yini Y ini 2.62.6 4444 56.756.7 55.455.4 Yend Y end 1.71.7 24.424.4 45.745.7 44.144.1 Sini S ini 63.963.9 96.796.7 96.996.9 96.896.8 Send S end 61.161.1 95.695.6 97.697.6 97.697.6

단지 0.025 중량%의 Pt 및 1 중량%의 Sn을 함유한 촉매 8에 대해 또한 단계 7에서 35.2 sccm 대신 17.6 sccm의 유량을 사용한 것을 제외하고는 촉매 3 내지 10에 대해 전술한 것과 동일한 공정 단계 1 내지 7을 사용하여 수명 시험을 수행했다. 도 8은 촉매 8이 204 사이클 동안 성능을 유지했음을 보여준다(x축은 시간이고, y축은 C3H6 수율 및 C3H6에 대한 선택도이고, 둘 다 탄소 몰%임). Process steps 1 to 1 were the same as described above for Catalysts 3 to 10 except that for Catalyst 8 containing only 0.025 wt% Pt and 1 wt% Sn, a flow rate of 17.6 sccm instead of 35.2 sccm was used in Step 7. Lifespan tests were performed using 7. Figure 8 shows that Catalyst 8 maintained performance for 204 cycles (x-axis is time, y-axis is C 3 H 6 yield and selectivity to C 3 H 6 , both in mole % carbon).

본원에 기술된 모든 문헌은 본 문서와 불일치하지 않는 범위 내에서 우선권 문서 및/또는 시험 절차를 포함하여 본원에 참조로 포함된다. 전술한 일반적인 설명 및 특정 실시양태로부터 명백한 바와 같이 본 개시내용의 형태가 예시되고 설명되었지만, 본 개시내용의 사상 및 범위를 벗어나지 않고도 다양한 변형이 이루어질 수 있다. 따라서, 이에 의해 본 개시내용이 제한되도록 의도되지 않는다. 마찬가지로, 조성물, 요소 또는 요소 그룹 뒤에 "포함하는"이라는 전환 어구가 올 때마다, 조성물, 요소 또는 요소들의 기재 뒤에 "~로 본질적으로 구성되는", "~로 구성되는", "~로 구성된 군에서 선택되는" 또는 "~이다"라는 전환 어구가 있는 동일한 조성물 또는 요소 그룹을 고려하며, 그 반대도 마찬가지임이 이해된다. All documents described herein, including priority documents and/or test procedures, are incorporated herein by reference to the extent they are not inconsistent with this document. Although forms of the disclosure have been illustrated and described as will be apparent from the foregoing general description and specific embodiments, various modifications may be made without departing from the spirit and scope of the disclosure. Accordingly, the present disclosure is not intended to be limited thereby. Likewise, whenever a composition, element or group of elements is followed by the transitional phrase “comprising,” the description of the composition, element or elements is followed by “consisting essentially of,” “consisting of,” or “group consisting of.” It is understood that the transitional phrases "selected from" or "is" contemplate the same composition or group of elements, and vice versa.

본 개시내용이 다수의 실시양태 및 실시예와 관련하여 설명되었지만, 본 개시내용의 이점을 갖는 당업자는 본 개시내용의 범위 및 사상에서 벗어나지 않는 기타 실시양태가 고안될 수 있음을 이해할 것이다.Although this disclosure has been described in connection with a number of embodiments and examples, those skilled in the art having the benefit of this disclosure will understand that other embodiments may be devised without departing from the scope and spirit of the disclosure.

Claims (20)

올레핀을 형성하는 방법으로서,
탈수소화 촉매를 포함하는 반응기에 탄화수소 공급물 스트림을 도입하는 단계;
상기 반응기에서 상기 탄화수소 공급물 스트림을 상기 탈수소화 촉매와 반응시켜 상기 탈수소 촉매의 적어도 일부를 포함하는 고온 탈수소화 생성물을 형성하는 단계;
1차 분리 장치 및 상기 1차 분리 장치의 하류에 있고 이와 유체 연통하는 2차 분리 장치에서 상기 탈수소화 촉매의 적어도 일부를 상기 고온 탈수소화 생성물로부터 분리하는 단계;
상기 2차 분리 장치로부터 고온 탈수소화 생성물이 배출된 후, 상기 고온 탈수소화 생성물을 탄화수소를 포함하는 급랭 스트림과 조합하여 상기 고온 탈수소화 생성물을 냉각시키고 중간 온도 탈수소화 생성물을 형성하는 단계; 및
상기 중간 온도 탈수소화 생성물을 냉각시켜 냉각된 탈수소화 생성물을 형성하는 단계
를 포함하는, 방법.
As a method for forming olefins,
introducing a hydrocarbon feed stream to a reactor comprising a dehydrogenation catalyst;
reacting the hydrocarbon feed stream with the dehydrogenation catalyst in the reactor to form a high temperature dehydrogenation product comprising at least a portion of the dehydrogenation catalyst;
separating at least a portion of the dehydrogenation catalyst from the high temperature dehydrogenation product in a primary separation device and a secondary separation device downstream of and in fluid communication with the primary separation device;
After the high temperature dehydrogenation product is discharged from the secondary separation device, combining the high temperature dehydrogenation product with a quenching stream containing hydrocarbons to cool the high temperature dehydrogenation product and form an intermediate temperature dehydrogenation product; and
Cooling the intermediate temperature dehydrogenation product to form a cooled dehydrogenation product.
Method, including.
제1항에 있어서,
상기 급랭 스트림이 액체 탄화수소를 포함하고, 상기 중간 온도 생성물이 완전히 증기상인, 방법.
According to paragraph 1,
The method of claim 1, wherein the quench stream comprises liquid hydrocarbons and the intermediate temperature product is entirely vaporous.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 고온 탈수소화 생성물과 상기 급랭 스트림의 조합이 반응기의 플레넘(plenum) 섹션 내에서 일어나는, 방법.
According to claim 1 or 2,
The method of claim 1, wherein the combination of the hot dehydrogenation product and the quench stream occurs within a plenum section of the reactor.
제3항에 있어서,
상기 조합이, 고온 탈수소화 생성물 내의 2차 촉매 분해를 최소화하는 플레넘 내의 위치에서 복수의 2차 분리 장치로부터의 고온 탈수소화 생성물을 급랭 스트림과 조합하는 것을 포함하는, 방법.
According to paragraph 3,
The method of claim 1, wherein the combination comprises combining the hot dehydrogenation product from the plurality of secondary separation devices with a quench stream at a location within the plenum that minimizes secondary catalytic cracking in the hot dehydrogenation product.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 급랭 스트림이 고온 탈수소화 생성물에서 형성되지 않는 방향족 화합물을 포함하는, 방법.
According to any one of claims 1 to 4,
The method of claim 1, wherein the quench stream comprises aromatics that are not formed in the hot dehydrogenation product.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반응기 하류의 중간 온도 탈수소화 생성물을 추가로 냉각시켜 열 교환기 또는 2차 급랭 스트림으로 냉각된 탈수소화 생성물을 얻는 단계
를 추가로 포함하고, 이때 상기 급랭 스트림이 상기 열 교환기 또는 상기 2차 급랭 스트림에 의해 추가로 냉각된 후 냉각된 탈수소화 생성물의 적어도 일부를 포함하는, 방법.
According to any one of claims 1 to 5,
Further cooling the intermediate temperature dehydrogenation product downstream of the reactor to obtain a cooled dehydrogenation product in a heat exchanger or secondary quench stream.
The method further comprises, wherein the quench stream comprises at least a portion of the cooled dehydrogenation product after being further cooled by the heat exchanger or the secondary quench stream.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 급랭 스트림이 1차 분리 장치의 산출 영역에 제공되지 않는, 방법.
According to any one of claims 1 to 6,
The method of claim 1, wherein the quench stream is not provided to the output area of the primary separation device.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 1차 분리 장치 및 상기 제2 분리 장치가 각각 사이클론 분리기(cyclone separator)이고, 함께 고온 탈수소 생성물에 존재하는 탈수소 촉매의 98% 이상을 제거하는, 방법.
According to any one of claims 1 to 7,
Wherein the first separation device and the second separation device are each a cyclone separator, and together remove at least 98% of the dehydrogenation catalyst present in the high temperature dehydrogenation product.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 탄화수소 공급물이 프로판이고, 상기 올레핀이 프로필렌이며, 상기 탈수소화 촉매가 PtSn/MgO 촉매를 포함하고, Pt 함량이 0.001 중량% 내지 6 중량% 범위이고, Sn 함량이 0 중량% 내지 10 중량%이고, 상기 촉매가 Geldart A 또는 Geldart B 분류의 요건을 충족하며, 상기 반응기 내 반응 온도가 600℃ 내지 700℃인, 방법.
According to any one of claims 1 to 8,
wherein the hydrocarbon feed is propane, the olefin is propylene, the dehydrogenation catalyst comprises a PtSn/MgO catalyst, the Pt content is in the range from 0.001% to 6% by weight, and the Sn content is from 0% to 10% by weight. and the catalyst satisfies the requirements of Geldart A or Geldart B classification, and the reaction temperature in the reactor is 600°C to 700°C.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고온 탈수소화 생성물이 620℃ 이상인, 방법.
According to any one of claims 1 to 9,
The method of claim 1, wherein the high temperature dehydrogenation product is at least 620°C.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 중간 온도 탈수소화 생성물이 620℃ 이하인, 방법.
According to any one of claims 1 to 10,
The method of claim 1, wherein the intermediate temperature dehydrogenation product is below 620°C.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 1차 분리 장치 및 2차 분리 장치 각각에서 고온 탈수소화 생성물의 체류 시간이 1초 미만인, 방법.
According to any one of claims 1 to 11,
The method of claim 1 , wherein the residence time of the high temperature dehydrogenation product in each of the primary and secondary separation devices is less than 1 second.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 탈수소화 촉매가 Pt, 무기 지지체, 및 오염물질을 포함하고, 상기 Pt가 무기 지지체의 중량을 기준으로 0.001 중량% 내지 6 중량% 범위의 농도를 갖고,
상기 무기 지지체가 무기 지지체의 중량을 기준으로 적어도 0.5 중량%의 2족 원소를 포함하고,
상기 2족 원소가 Mg를 포함하고,
상기 2족 원소의 적어도 일부가 MgO 또는 Mg를 포함하는 혼합 금속 산화물의 형태이며,
상기 촉매가 무기 지지체의 중량을 기준으로 최대 10 중량%의 촉진제를 추가로 포함하고, 상기 촉진제가 Sn, Ag, Cu, 이들의 조합 또는 이들의 혼합물 중 하나 이상을 포함하는, 방법.
According to any one of claims 1 to 12,
The dehydrogenation catalyst includes Pt, an inorganic support, and a contaminant, and the Pt has a concentration ranging from 0.001% to 6% by weight based on the weight of the inorganic support,
The inorganic support comprises at least 0.5% by weight of a Group 2 element based on the weight of the inorganic support,
The group 2 element includes Mg,
At least some of the Group 2 elements are in the form of mixed metal oxides containing MgO or Mg,
The method of claim 1 , wherein the catalyst further comprises up to 10% by weight of an accelerator based on the weight of the inorganic support, wherein the accelerator comprises one or more of Sn, Ag, Cu, combinations thereof, or mixtures thereof.
탄화수소 공급물 스트림으로부터 올레핀을 형성하기 위한 시스템으로서,
탈수소화 촉매와의 반응 조건 하에서 상기 탄화수소 공급물 스트림을 수용하도록 구성된 반응기로서, 이때 상기 반응 조건이 상기 탈수소화 촉매의 적어도 일부를 포함하는 고온 탈수소화 생성물을 생성하는, 반응기;
상기 고온 탈수소화 생성물로부터 상기 탈수소화 촉매의 적어도 일부를 분리하도록 구성되고, 1차 분리 장치 및 상기 1차 분리 장치의 하류에 있고 이와 유체 연통하는 2차 분리 장치를 포함하는 복수의 분리 장치;
상기 고온 탈수소화 생성물을 탄화수소를 포함하는 급랭 스트림과 조합하여 상기 고온 탈수소화 생성물을 냉각시키고 중간 온도 탈수소화 생성물을 형성하도록 구성된 급랭 시스템; 및
상기 중간 온도 탈수소화 생성물을 냉각시켜 냉각된 탈수소화 생성물을 형성하도록 구성된 열 전달 시스템
을 포함하는, 시스템.
1. A system for forming olefins from a hydrocarbon feed stream, comprising:
a reactor configured to receive the hydrocarbon feed stream under reaction conditions with a dehydrogenation catalyst, wherein the reaction conditions produce a high temperature dehydrogenation product comprising at least a portion of the dehydrogenation catalyst;
a plurality of separation devices configured to separate at least a portion of the dehydrogenation catalyst from the high temperature dehydrogenation product, the plurality of separation devices comprising a primary separation device and a secondary separation device downstream of and in fluid communication with the primary separation device;
a quench system configured to combine the high temperature dehydrogenation product with a quench stream comprising hydrocarbons to cool the high temperature dehydrogenation product and form an intermediate temperature dehydrogenation product; and
A heat transfer system configured to cool the intermediate temperature dehydrogenation product to form a cooled dehydrogenation product.
system, including.
제14항에 있어서,
상기 급랭 스트림이 액체 탄화수소를 포함하고, 상기 중간 온도 생성물이 완전히 증기상인, 시스템.
According to clause 14,
The system of claim 1, wherein the quench stream comprises a liquid hydrocarbon and the intermediate temperature product is entirely vapor phase.
제14항 또는 제15항에 있어서,
상기 급랭 시스템이 상기 반응기의 플레넘 섹션 내에서 상기 고온 탈수소화 생성물과 상기 급랭 스트림을 조합하도록 구성된, 시스템.
According to claim 14 or 15,
wherein the quench system is configured to combine the hot dehydrogenation product and the quench stream within a plenum section of the reactor.
제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 급랭 시스템이 상기 고온 탈수소화 생성물 내의 2차 촉매 분해를 최소화하는 플레넘 내의 위치에서 상기 급랭 스트림을 주입하도록 구성된, 시스템.
According to any one of claims 14 to 16,
wherein the quench system is configured to inject the quench stream at a location within the plenum that minimizes secondary catalytic cracking in the hot dehydrogenation product.
제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 열 전달 시스템이 2차 급랭 스트림을 공급하도록 구성된 열 교환기 또는 노즐을 포함하는, 시스템.
According to any one of claims 14 to 17,
The system of claim 1, wherein the heat transfer system includes a heat exchanger or nozzle configured to supply a secondary quench stream.
제14항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 급랭 시스템이 1차 분리 장치의 산출 영역에 급랭 스트림을 제공하지 않도록 구성된, 시스템.
According to any one of claims 14 to 18,
The system of claim 1, wherein the quench system is configured to not provide a quench stream to the output region of the primary separation device.
제14항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 1차 분리 장치 및 상기 제2 분리 장치가 각각 사이클론 분리기이고, 함께 고온 탈수소 생성물에 존재하는 탈수소 촉매의 98% 이상을 제거하도록 구성된, 시스템.
According to any one of claims 14 to 19,
The system of claim 1, wherein the primary separation device and the secondary separation device are each a cyclone separator, and together are configured to remove at least 98% of the dehydrogenation catalyst present in the high temperature dehydrogenation product.
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