KR940003499B1 - Integrated adsorption process for hydrogen and hydrocarbon recovery using temperature swing step in front of pressure swing step - Google Patents

Integrated adsorption process for hydrogen and hydrocarbon recovery using temperature swing step in front of pressure swing step Download PDF

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Abstract

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Description

가압 스윙 단계에 앞서 가온 스윙 단계를 이용하여 수소 및 탄화수소를 회수하는 통합된 흡착 방법Integrated adsorption method for recovering hydrogen and hydrocarbons using a warm swing step prior to the pressurized swing step

제1도는 본 발명의 방법을 이용한 공정의 흐름도를 예시한다.1 illustrates a flowchart of a process using the method of the present invention.

제2도는 수소 소모 방법에 응용된 본 발명의 방법을 예시한다.2 illustrates the method of the present invention applied to a hydrogen consumption method.

제3도는 수소 생성 방법에 응용된 본 발명의 방법을 예시한다.3 illustrates the method of the present invention as applied to the hydrogen production method.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1-12 : 라인 20-40 : 라인1-12: Line 20-40: Line

51-75 : 라인 101,102,106 : 열 교환기51-75: lines 101,102,106: heat exchanger

103 : 플래쉬 체임버(flash chamber) 104,107 : 제1흡착 대역103 flash chamber 104,107 first adsorption band

105 : 제2흡착 대역 201,204,208,210 : 열 교환기105: second adsorption band 201,204,208,210: heat exchanger

202 : 로(furnace) 203 : 반응기202: furnace 203: reactor

205,206,209 : 제1흡착 대역 207 : 제2흡착 대역205,206,209: first absorption band 207: second absorption band

211 : 플래쉬 체임버 301,304,308,313 : 열 교환기211: flash chamber 301, 304, 308, 313: heat exchanger

302 : 로 303 : 반응기302: furnace 303: reactor

305,310 : 플래쉬 체임버 307 : 압축기305,310: Flash chamber 307: Compressor

306 : 이소부타 제거 장치 컬럼(deisobutanizer column)306: deisobutanizer column

309 : 냉각기 311 : 제1흡착 대역309: cooler 311: first adsorption zone

312 : 제2흡착 대역312: second adsorption band

본 발명은 흡착 방법, 더욱 구체적으로는 수소 및 중질 탄화수소(重質 炭化水素)와 경질 탄화수소(輕質 炭化水素)의 혼합물로부터 경질 탄화수소를 분리하는 데 있어서 가열 스윙(swing) 및 가압 스윙(swing) 흡착 모두를 이용하는 통합된 방법에 관한 것이다.The present invention provides a swing swing and a pressure swing in the adsorption process, more particularly in the separation of light hydrocarbons from a mixture of hydrogen and heavy hydrocarbons and light hydrocarbons. It relates to an integrated method that utilizes both adsorption.

탄화수소 전환 방법은 종종 수소 존재 하에 수행된다. 이는 탄화수소의 증기화를 보조하거나, 목적하는 반응에 필요한 수소를 제공하거나, 반응 대역에서 사용된 촉매의 수명을 연장하는 등의 여러가지 이유로 인하여 그러하다. 대부분의 경우에, 수소는 반응 대역 유출물로부터 회수되며 재순환된다. 종종 이 재순환 수소 스트림은 반응 대역으로 반송되기 전에 정제된다. 다른 운전 방식에 있어서, 수소는 재순환되지 않거나 또는 재순환되더라도 다른 처리 유니트 또는 정제 단계를 거친 후에만 재순환된다. 이 방법은 소량의 수소만을 소모하거나 또는 수소를 제조하는 방법에서 가장 통상적으로 수행된다. 이러한 방법으로서는 예를 들면, 이성질체화법, 알킬화 및 탈알킬화법, 수소화 및 탈수소화법, 개질 방법 및 온화한 탈황화 또는 탈질소화법 등이 있다.Hydrocarbon conversion processes are often carried out in the presence of hydrogen. This is due to various reasons, such as to assist in the vaporization of hydrocarbons, to provide the hydrogen required for the desired reaction, or to extend the life of the catalyst used in the reaction zone. In most cases, hydrogen is recovered from the reaction zone effluent and recycled. Often this recycle hydrogen stream is purified before returning to the reaction zone. In other modes of operation, hydrogen is recycled only after undergoing another treatment unit or purification step, even if it is not recycled or recycled. This method is most commonly carried out in a method which consumes only a small amount of hydrogen or produces hydrogen. Such methods include, for example, isomerization, alkylation and dealkylation, hydrogenation and dehydrogenation, reforming and mild desulfurization or denitrification.

일반적으로, 탄화수소 전환 방법은 차후에 탄화수소 생성물을 분리하여야 하는 유출물을 생성한다. 종종, 탄화수소 전환 방법에 의해 부산물로서 경질 탄화수소가 생성되며, 이는 축적을 방지하기 위하여 공정으로부터 제거하여야 한다. 경질 탄화수소의 제거를 위하여 시스템을 정화시키는 것이 가능하지만, 이러한 조치는 부산물과 함께 목적하는 성분의 손실을 가져오므로 바람직하지 않을 수 있다. 그러므로, 종종 예를 들면, 정화 스트림 또는 반응기 유출물 분리기의 상부 스트림 중의 중질 탄화수소(예컨대 탄소수 5 이상) 및 수소로부터 경질 탄화수소(예컨대 탄소수 4 이하)를 분리하는 것이 바람직하다. 이런 종류의 분리는 예를들면, 톨루엔으로부터 벤젠을 제조하는 것과 같은 알킬방향족 탄화수소의 열탈알킬화법에 필요하다. 톨루엔은 종종 열 크래킹, 추출, 개질 또는 이성질체화 공정의 부산물로서 또는 석유 또는 석탄 추출 나프타 분획물로부터 직접적으로 대량 생산된다. 그러나, 톨루엔 시장은 한정되어 있으며, 벤젠은 다수의 석유화학 제품의 제조에서 기초가 되는 출발 물질로서 필요하므로 톨루엔을 벤젠으로 전환시키는 데는 중대한 경제적인 동기가 있다. 이러한 분리를 수행하기 위한 각종 분리 기술이 제안되어져 왔다.In general, hydrocarbon conversion processes produce effluents which have to be subsequently separated off hydrocarbon products. Often, hydrocarbon conversion processes produce light hydrocarbons as by-products which must be removed from the process to prevent accumulation. Although it is possible to purify the system for the removal of light hydrocarbons, such measures may be undesirable as they result in the loss of the desired components along with the byproducts. Therefore, it is often desirable to separate light hydrocarbons (eg, up to 4 carbon atoms) from heavy hydrocarbons (eg, up to 5 carbon atoms) and hydrogen in, for example, the purification stream or the top stream of the reactor effluent separator. This kind of separation is necessary for thermal dealkylation of alkylaromatic hydrocarbons, for example, for the production of benzene from toluene. Toluene is often mass produced directly as a byproduct of thermal cracking, extraction, reforming or isomerization processes or directly from petroleum or coal extraction naphtha fractions. However, the toluene market is limited and there is a significant economic incentive to convert toluene to benzene because benzene is needed as a starting material that is the basis for the manufacture of many petrochemicals. Various separation techniques have been proposed for carrying out such separation.

라보다(Laboda)에게 허여된 미합중국 특허 제4,058,452호는 방향족 탄화수소의 탈알킬화에 관한 것이며, 수소 함유 공급 스트림을 흡수제 중에서 정제함으로써 경질 파라핀을 제거하고 수소 풍부 가스 스트림을 형성시켜서 이 기류를 1회 통과 기재 상에서 반응 대역에 통과시키는 방법을 개시한다. 반응 대역 유출물로부터 부분 응축시켜 분리한 기체를, 흡수제 중에 사용된 액체로부터 이러한 동일한 경질 파라핀을 제거하는 데 사용된 스트리핑 매체인 스트리퍼(stripper)에 통과시킨다.U.S. Patent No. 4,058,452 to Laboda is directed to the dealkylation of aromatic hydrocarbons and the purification of the hydrogen containing feed stream in an absorbent to remove light paraffins and to form a hydrogen rich gas stream to pass this air stream once. A method of passing through a reaction zone on a substrate is disclosed. The gas separated by partial condensation from the reaction zone effluent is passed through a stripper, a stripping medium used to remove this same light paraffin from the liquid used in the absorbent.

이와 유사한 종류의 분리 방법이 스테시(Steacy)에게 허여된 미합중국 특허 제4,547,205호에 개시되어 있으며, 탄화수소 전환 반응 대역의 유출물 스트림으로부터 수소 및 탄소수 6 이상의 탄화수소 생성물을 회수하는 방법이 기재되어 있다. 유출물 스트림을 부분 응축시켜 대량의 중질 탄화수소를 제거하고, 이것을 분별 대역으로 이송한다. 잔류 증기를 상당히 고압으로 압축시킨다. 이어서, 증기를 자동 냉동 대역으로 통과시켜 냉각시키고 플래쉬된 유체에 대하여 간접 열교환시킴으로써 부분적으로 응축시킨다. 압축되었으나 여전히 응축되지 않은 화합물을 가압 스윙 흡착 대역으로 이송하여 순도가 높은 수소 생성물을 얻는다.A similar kind of separation process is disclosed in US Pat. No. 4,547,205 to Stecy, which describes the recovery of hydrogen and hydrocarbon products with at least 6 carbon atoms from an effluent stream in a hydrocarbon conversion reaction zone. The condensate stream is partially condensed to remove large quantities of heavy hydrocarbons, which are sent to a fractionation zone. The residual vapors are compressed to a fairly high pressure. The vapor is then passed through an automatic refrigeration zone to cool and partially condensed by indirect heat exchange with the flashed fluid. Compounds that are compressed but not yet condensed are transferred to a pressure swing adsorption zone to obtain high purity hydrogen product.

가열 스윙 흡착(TSA)법 및 가압 스윙 흡착(PSA)법은 모두 일반적으로 각종 흡착 분리를 위한 방법으로 당업계에 공지되어 있다. 일반적으로, TSA법은 저온에서의 흡착 처리 단계, 승온시킨 온도에서 뜨거운 정화 기체로 재생시키는 단계 및 후속적으로 흡착 온도까지 냉각시키는 단계를 이용한다. TSA법의 일반적 예인 기체 건조 방법중 하나가 미합중국 특허 제4,484,933호에 기재되어 있다.Both the heated swing adsorption (TSA) method and the pressure swing adsorption (PSA) method are generally known in the art as a method for various adsorptive separations. In general, the TSA method utilizes a step of adsorption treatment at low temperature, regeneration with hot purge gas at elevated temperature, and subsequently cooling to adsorption temperature. One of the gas drying methods, which is a general example of the TSA method, is described in US Pat. No. 4,484,933.

PSA법은 재생에 열을 필요로 하지 않는 흡착 방법을 제공한다. 그 대신에, 흡착체 층(bed)에서 흡착이 유발되었던 압력 이하로 감압시킴으로서 재생이 수행된다. PSA법에는 전형적으로 승압에서의 흡착, 낮은 압력에서의 탈착 단계 및 흡착 압력까지 재가압시키는 단계를 포함한다. 이 방법들에는 종종 탈착을 증가시키기 위한 탈착 압력에서의 정화 단계가 포함된다.The PSA method provides an adsorption method that does not require heat for regeneration. Instead, regeneration is performed by reducing the pressure below the pressure at which adsorption has occurred in the adsorbent bed. PSA methods typically include adsorption at elevated pressures, desorption at low pressures and repressurization to adsorption pressures. These methods often include a purge step at the desorption pressure to increase desorption.

이러한 PSA 처리의 예는 미합중국 특허 제3,430,418호 및 동 제3,986,849호에 개시되어 있으며, 이들 특허는 다층 시스템을 사용함에 기초한 순환에 관하여 상세히 기재하고 있다. 이들 특허에서 일반적으로 알려지고 기재된 바와 같이, 본 명세서에 참조로 자세히 인용된 내용, 즉 PSA 방법은 일반적으로 PSA의 시스템 각 층을 포함하는 순차적인 처리 사이클로 수행된다. 이러한 사이클은 통상적으로 흡착 단계의 종료시에 1회 이상의 동향 흐름 감압 단계에서 각 층의 생성 단부로부터 공극 차지 기체를 방출하는 데 기초를 두고 있다. 이들 사이클에서 방출된 기체들은 전형적으로 압력 균등화 및 후속되는 정화 단계에 이용된다. 차후에 이 층을 역류 감압시키고, 종종 정화시켜 흡착제로부터 보다 선택적으로 흡착된 기체 혼합물중의 성분을 탈착시켜서 흡착 압력까지 감압시키기 전에 층의 공급 단부로부터 이러한 기체를 제거한다.Examples of such PSA treatments are disclosed in US Pat. Nos. 3,430,418 and 3,986,849, which describe in detail with respect to cycling based on the use of multilayer systems. As is commonly known and described in these patents, the contents of which are hereby incorporated by reference in detail, ie, the PSA method, are generally carried out in a sequential processing cycle comprising each system layer of the PSA. This cycle is typically based on releasing void charge gas from the product end of each layer in one or more trending flow depressurization steps at the end of the adsorption step. The gases released in these cycles are typically used for pressure equalization and subsequent purge steps. This layer is subsequently countercurrently depressurized and often purged to remove such gas from the feed end of the bed before desorbing the components in the more selectively adsorbed gas mixture from the adsorbent to depressurize to the adsorption pressure.

PSA법은 정제 및 대량 분리에 이용되어 왔다. 일부 PSA법은 수소와 같은 단일 고순도 생성물 기체 및 배기 가스, 또는 연료 가스를 제공하는 데에 특히 적합하다. 기타의 PSA법은 1종 이상의 생성 성분 기체를 회수하도록 개시되었다. 이것은 종종 공급 스트림 중에 2종 이상의 목적 성분이 함유되어 있는 경우에 바람직하다.PSA methods have been used for purification and bulk separation. Some PSA methods are particularly suitable for providing a single high purity product gas such as hydrogen and exhaust gas, or fuel gas. Other PSA methods have been disclosed to recover one or more product gas. This is often desirable when the feed stream contains two or more target components.

시카르(Sicar)에게 허여된 미합중국 특허 제4,813,980호에는 메탄 및 기타 가벼운 기체의 혼합물로부터 수소 및 이산화탄소를 분리하는 데 관련되고, 직렬로 연결된 두 군의 흡착제 층을 사용하는 PSA법이 개시되어 있다.US Pat. No. 4,813,980, issued to Sicar, discloses a PSA method that uses two groups of adsorbent layers connected in series relating to the separation of hydrogen and carbon dioxide from a mixture of methane and other light gases.

탈수 및 이산화탄소의 제거, 구체적으로 공기 및 천연 가스 스트림의 정제에 있어서, TSA와 PSA의 혼합법이 제안되어 왔다. 미합중국 특허 제3,738,084호에는 하나의 흡착제에서는 TSA법을 이용하고 다른 흡착제에서는 PSA 및 TSA법 모두를 사용하여 수분 및 이산화탄소를 흡착시키는 방법이 개시되어 있다. 미합중국 특허 제3,841,058호에는 액화에 적합하도록 천연가스 등을 정제시키는 방법이 개시되어 있다. 미합중국 특허 제4,249,915호에는 공기로부터 수분과 이산화탄소를 제거하기 위하여 TSA 및 PSA법을 모두 사용하는 방법이 개시되어 있다.In the dehydration and removal of carbon dioxide, specifically in the purification of air and natural gas streams, a mixture of TSA and PSA has been proposed. US Pat. No. 3,738,084 discloses a process for adsorbing water and carbon dioxide using one TSA method in one adsorbent and both PSA and TSA methods in another adsorbent. US Patent No. 3,841,058 discloses a method for purifying natural gas or the like suitable for liquefaction. US Patent No. 4,249,915 discloses the use of both TSA and PSA methods to remove moisture and carbon dioxide from air.

TSA 및 PSA의 통합법이 공기 및 가벼운 기체의 정제에 제안되어 왔으나, 이들 방법의 개시에는 수소 및 중질 탄화수소와의 혼합물로부터 경질 탄화수소를 분리하는 구체적인 지침이 없다. 따라서 이 분리를 수행하는 데 TSA 및 PSA 기술을 이용하는 방법이 요구되어 왔다.Although integration methods of TSA and PSA have been proposed for the purification of air and light gases, the disclosure of these methods does not have specific instructions for separating light hydrocarbons from mixtures with hydrogen and heavy hydrocarbons. Thus, there has been a need for a method using TSA and PSA techniques to perform this separation.

본 발명은 TSA와 PSA의 통합법을 이용하여, 수소 및 중질 탄화수소의 혼합물로부터 경질 탄화수소를 분리하는 방법을 제공한다. 중질 탄화수소가 먼저 TSA 단계에서 흡착되고, 경질 탄화수소는 PSA 단계에서 후속적으로 흡착된다. 가압 스윙 흡착제로부터 유출물로서 제거되는 수소 스트림은 가열 스윙 흡착제로부터 중질 탄화수소를 탈착시킴에 있어서 정화 기체로 사용되어, 대부분의 경우에 상류 전환 단계로의 재순환에 적합한 수소 및 중질 탄화수소 함유 생성물 스트림을 제공한다.The present invention provides a method for separating light hydrocarbons from a mixture of hydrogen and heavy hydrocarbons using an integrated method of TSA and PSA. Heavy hydrocarbons are first adsorbed in the TSA stage and light hydrocarbons are subsequently adsorbed in the PSA stage. The hydrogen stream removed as an effluent from the pressurized swing adsorbent is used as a purge gas in desorbing heavy hydrocarbons from the heated swing adsorbent to provide a hydrogen and heavy hydrocarbon containing product stream suitable for recycling to the upstream conversion stage in most cases. do.

본 발명의 일면에 의해, 경질 탄화수소와 수소 및 중질 탄화수소와의 혼합물을 함유하는 공급 스트림으로부터 경질 탄화수소를 분리하는 TSA 및 PSA 통합법이 제공된다. 이 방법은 a) 중질 탄화수소 중 적어도 일부를 흡착시키고 수소 및 경질 탄화수소를 포함하는 제1유출물 스트림을 형성하기에 충분한 온도 및 압력으로 유지된 고상 흡착제를 갖는 제1흡착 대역을 통하여 공급 스트림을 통과시키는 단계, b) 경질 탄화수소 중 적어도 일부를 흡착시키고 수소를 포함하는 제2유출물 스트림을 형성하기에 충분한 온도 및 압력으로 유지된 고상 흡착제를 갖는 제2흡착 대역을 통하여 제1유출물 스트림을 통과시키는 단계, c) 제2유출물 스트림 중 적어도 일부를, a) 단계에서 형성된 중질 탄화수소 풍부 흡착제로부터 중질 탄화수소 중 적어도 일부를 탈착시키기에 충분한 온도로 가열하고, 가열된 부분을 상기 제1흡착 대역에 통과시켜 중질탄화수소 및 수소를 포함하는 제1탈착 유출물 스트림을 형성하기에 효과적인 탈착 조건하에 제1흡착 대역에서 형성된 중질 탄화수소 풍부 흡착제중 적어도 일부와 접촉시키는 단계 및 d) 경질 탄화수소 풍부 흡착제로부터 경질 탄화수소 중 적어도 일부를 탈착시켜 경질 탄화수소를 포함하는 제2탈착 유출물을 형성하기에 충분한 압력으로 감압시킴으로써 b)단계에서 형성된 경질 탄화수소 풍부 흡착제 중 적어도 일부를 재생시키는 단계로 이루어진다.One aspect of the present invention provides a TSA and PSA integration method for separating light hydrocarbons from a feed stream containing a mixture of light hydrocarbons and hydrogen and heavy hydrocarbons. This process comprises: a) passing the feed stream through a first adsorption zone having a solid adsorbent maintained at a temperature and pressure sufficient to adsorb at least some of the heavy hydrocarbons and form a first effluent stream comprising hydrogen and light hydrocarbons. B) passing the first effluent stream through a second adsorption zone having a solid sorbent maintained at a temperature and pressure sufficient to adsorb at least a portion of the light hydrocarbons and form a second effluent stream comprising hydrogen; C) heating at least a portion of the second effluent stream to a temperature sufficient to desorb at least a portion of the heavy hydrocarbons from the heavy hydrocarbon rich adsorbent formed in step a), and heating the heated portion to the first adsorption zone. Desorption conditions effective to pass through to form a first desorption effluent stream comprising heavy hydrocarbons and hydrogen Contacting at least a portion of the heavy hydrocarbon rich adsorbent formed in the first adsorption zone and d) sufficient pressure to desorb at least some of the light hydrocarbons from the light hydrocarbon rich adsorbent to form a second desorption effluent comprising light hydrocarbons. Regenerating at least a portion of the light hydrocarbon rich adsorbent formed in step b) by depressurizing.

본 발명의 다른 구체적인 일면에 의해, 수소, 탄소수 1 내지 5의 탄화수소 및 탄소수 6 이상의 탄화수소를 함유하는 탄화수소 전환 공정으로부터 유출물 스트림을 분리하는 방법이 제공된다. 이 방법은 a) 탄소수 6 이상의 탄화수소를 일부 함유하는 액상 응축물 스트림을 응축시키고, 수소, 탄소수 1 내지 5의 탄화수소 분획물 및 탄소수 6 이상의 탄화수소 분획물을 포함하는 상부 증기 스트림을 형성하기에 충분한 온도까지 유출물 스트림을 냉각시키는 단계, b) 탄소수 6 이상의 탄화수소 분획물 중 적어도 일부를 흡착시키고, 수소 및 탄소수 1 내지 5의 탄화수소 분획물을 제1유출물 스트림을 형성하기에 충분한 온도 및 압력으로 유지된 고상 흡착제를 갖는 제1흡착 대역을 통하여 상부 증기 스트림을 통과시키는 단계, c) 탄소수 1 내지 5의 탄화수소 분획물 중 적어도 일부를 흡착시키고, 수소를 포함하는 제2유출물 스트림을 형성하기에 충분한 온도 및 압력으로 유지된 고상 흡착제를 갖는 제2흡착 대역을 통하여 제1유출물 스트림을 통과시키는 단계, d) 상기 b)단계에서 형성된 탄소수 6 이상의 탄화수소 분획물 풍부 흡착제로부터 탄소수 6 이상의 탄화수소 분획물 중 적어도 일부를 탈착시키기에 충분한 온도까지 제2유출물 중 적어도 일부를 가열하여 승온시키고 가열된 부분을 상기 제1흡착 대역에 통과시켜 탄소수 6 이상의 탄화수소 분획물 중 적어도 일부를 포함하는 제1탈착 유출물 스트림을 형성하기에 충분한 탈착 조건하에 제1흡착 대역에서 형성된 탄소수 6 이상의 탄화수소 분획물 풍부 흡착제 중 적어도 일부와 접촉시키는 단계 및 e) 탄소수 1 내지 5의 탄화수소 분획물 풍부 흡착제로부터 탄소수 1 내지 5의 탄화수소 분획물 중 적어도 일부를 탈착시켜 탄소수 1 내지 5의 탄화수소 분획물 중 적어도 일부를 포함하는 제2탈착 유출물을 형성하기에 충분한 압력으로 감압시킴으로써 c)단계에서 형성된 탄소수 1 내지 5의 탄화수소 분획물 풍부 흡착제중 적어도 일부를 재생시키는 단계로 이루어진다.Another specific aspect of the present invention provides a process for separating an effluent stream from a hydrocarbon conversion process containing hydrogen, hydrocarbons having 1 to 5 carbon atoms and hydrocarbons having at least 6 carbon atoms. This process comprises: a) condensing the liquid condensate stream containing some hydrocarbons having at least 6 carbon atoms and exiting to a temperature sufficient to form a top vapor stream comprising hydrogen, hydrocarbon fractions having 1 to 5 carbon atoms and hydrocarbon fractions having at least 6 carbon atoms. Cooling the water stream, b) adsorbing at least a portion of the hydrocarbon fractions having at least 6 carbon atoms, and maintaining the hydrogen and the hydrocarbon fractions having 1 to 5 carbon atoms at a temperature and pressure sufficient to form a first effluent stream. Passing the upper vapor stream through a first adsorption zone having, c) adsorbing at least a portion of the hydrocarbon fraction having 1 to 5 carbon atoms and maintaining at a temperature and pressure sufficient to form a second effluent stream comprising hydrogen; Passing the first effluent stream through a second adsorption zone having a solidified solid adsorbent Step, d) heating at least a portion of the second effluent to a temperature sufficient to desorb at least a portion of the hydrocarbon fraction having at least 6 carbon atoms from the hydrocarbon fraction rich adsorbent having at least 6 carbon atoms formed in step b) and heating the heated portion; Contacting at least a portion of the carbon 6 or higher hydrocarbon fraction rich adsorbent formed in the first adsorption zone under sufficient desorption conditions to pass through the first adsorption zone to form a first desorption effluent stream comprising at least a portion of the hydrocarbon fraction having 6 or more carbon atoms. And e) desorbing at least a portion of the hydrocarbon fraction having 1 to 5 carbon atoms from the hydrocarbon fraction rich adsorbent having 1 to 5 carbon atoms to form a second desorption effluent comprising at least a portion of the hydrocarbon fraction having 1 to 5 carbon atoms. C) by reducing the pressure to a sufficient pressure Hydrocarbon fractions having a carbon number of 1 to 5 is formed in a step of reproducing at least one portion of the rich absorbent.

본 발명의 방법은 수소, 경질 탄화수소 및 중질 탄화수소로 이루어진 공급 스트림에 대하여 실시하도록 의도하였다. “경질 탄화수소”라는 용어에는 분자 당 1 내지 약 4개의 탄소원자를 갖는 탄화수소가 포함된다. “중질 탄화수소”라는 용어에는 분자 당 약 6 내지 20개, 바람직하기로는 분자 당 약 6 내지 12개, 더욱 바람직하기로는 6 내지 9개의 탄소원자를 갖는 탄화수소가 포함된다. 분자 당 5개의 탄소원자를 갖는 탄화수소는 특정 용도에 따라서, 경질 또는 중질 탄화수소로 분류될 수 있다. 일반적으로, 중질 탄화수소는 가열 스윙 흡착제 즉, 제1흡착 대역에서 흡착되고, 경질 탄화수소는 가압 스윙 흡착제 즉, 제2흡착 대역에서 흡착되나, 가열 스윙 흡착제에서 일부 경질 탄화수소를 흡착시키거나 또는 가압 스윙 흡착체에서 일부 중질 탄화수소를 흡착시킴이 바람직한 경우가 있음을 이해하여야 한다. 또한, 당업계의 전문가에게 알려진 바와 같이, 소량의 특정 종의 동시 흡착이 예상되며, 구체적으로 가열 스윙 흡착제 중에서 중질 탄화수소와 함께 경질 탄화수소가 동시 흡착됨이 명백하다.The process of the present invention is intended to be carried out on a feed stream consisting of hydrogen, light hydrocarbons and heavy hydrocarbons. The term “light hydrocarbon” includes hydrocarbons having from 1 to about 4 carbon atoms per molecule. The term "heavy hydrocarbon" includes hydrocarbons having about 6 to 20, preferably about 6 to 12, more preferably 6 to 9 carbon atoms per molecule. Hydrocarbons having five carbon atoms per molecule may be classified as light or heavy hydrocarbons, depending on the particular application. In general, heavy hydrocarbons are adsorbed in a heated swing adsorbent, i.e., the first adsorption zone, and light hydrocarbons are adsorbed in a pressurized swing adsorbent, i. It should be understood that it is desirable to adsorb some heavy hydrocarbons in the sieve. In addition, as is known to those skilled in the art, it is evident that a small amount of co-adsorption of certain species is envisaged, specifically that light hydrocarbons are co-sorbed with heavy hydrocarbons in a heated swing adsorbent.

공급 스트림 성분 각각의 상대량은 본 발명의 방법을 수행하는 데 있어서 중요하지 않다. 일반적으로, 가열 스윙 흡착제로부터 중질 탄화수소를 효과적으로 탈착시킬 수 있도록 충분한 수소를 갖는 것이 바람직하다. 중질 탄화수소에 대한 수소의 몰비는 적어도 1이 바람직하고, 더욱 바람직하기로는 적어도 5이고, 가장 바람직하기로는 적어도 10이다. 필요에 따라, 가열 스윙 흡착제 중의 흡착제의 잔류량을 증가시키거나 또는 탈착 온도를 상승시킴으로써 더 적은량의 수소를 사용할 수 있고, 보충할 수 있다. 이런 조정은 당업계의 전문가들에게 공지되어 있으며, 본 명세서에서 더 논의할 필요는 없다. 전형적으로, 가열 스윙 흡착체에 진입하여 중질 탄화수소의 일부를 제거하기 전에 공급 스트림을 냉각시켜 부분적으로 응축시킨다. 이렇게 부분적으로 응축된 공급 스트림은 약 5몰 중량% 미만의 중질 탄화수소를 함유하는 것이 전형적이다. 본 발명의 방법에 따른 처리에 적합한 전형적인 공급 스트림 조성물에는 중질 탄화수소 약 1 내지 20몰%, 경질 탄화수소 10 내지 70몰% 및 수소 20 내지 90몰%이 함유된다.The relative amount of each of the feed stream components is not critical to carrying out the process of the present invention. In general, it is desirable to have sufficient hydrogen to effectively desorb heavy hydrocarbons from the heated swing adsorbent. The molar ratio of hydrogen to heavy hydrocarbons is preferably at least 1, more preferably at least 5 and most preferably at least 10. If desired, less hydrogen can be used and supplemented by increasing the residual amount of adsorbent in the heated swing adsorbent or by increasing the desorption temperature. Such adjustments are known to those skilled in the art and need not be discussed further herein. Typically, the feed stream is cooled and partially condensed before entering the heated swing adsorbent to remove some of the heavy hydrocarbons. This partially condensed feed stream typically contains less than about 5 mole percent heavy hydrocarbons. Typical feed stream compositions suitable for the treatment according to the process of the invention contain about 1 to 20 mol% heavy hydrocarbons, 10 to 70 mol% light hydrocarbons and 20 to 90 mol% hydrogen.

본 발명의 방법은, 공급 스트림 중의 경질 탄화수소 및 중질 탄화수소에 대하여 목적하는 선택성을 갖는 재료이면 어떤 재료라도 적합한 흡착 재료로서 제1 및 제2흡착 대역에 사용하여 수행할 수 있다. 당업계에 공지되고 상품화된 적합한 흡착제로서 결정질 분자체, 활성탄, 활성백토, 실리카겔, 활성 알루미나 등이 있다. 분자체에는 예를 들면, 제올라이트 분자체 이외에 본 명세서 참조로 인용된 미합중국 특허 제4,440,871호, 동 제4,310,440호 및 동 제4,567,027호에 개시된 실리코알루미노포스페이트 및 알루미노포스 페이트가 있다.The process of the invention can be carried out using any of the materials in the first and second adsorption zones as suitable adsorption materials so long as the material has the desired selectivity for light and heavy hydrocarbons in the feed stream. Suitable adsorbents known and commercialized in the art include crystalline molecular sieves, activated carbon, activated clay, silica gel, activated alumina and the like. Molecular sieves include, for example, silicoaluminophosphates and aluminophosphates disclosed in US Pat. Nos. 4,440,871, 4,310,440 and 4,567,027, which are incorporated herein by reference in addition to zeolite molecular sieves.

소성된 형태인 제올라이트 분자체는 다음 일반식에 의해 나타내어진다.The zeolite molecular sieve in calcined form is represented by the following general formula.

Me2On: Al2O3: xSiO : yH2OMe 2 O n : Al 2 O 3 : xSiO: yH 2 O

식 중, Me는 양이온이고, x는 약 2 내지 무한대의 수이고, n은 양이온가이고, y는 약 2 내지 10이다.Wherein Me is a cation, x is a number from about 2 to infinity, n is a cation value, and y is from about 2 to 10.

사용될 수 있는 전형적으로 공지된 제올라이트에는 제올라이트 D로 명칭된 사방비석, 제올라이트 X 및 제올라이트 Y로 명칭된 클리노프틸로라이트(clinoptilolite), 에리오나이트(erionite), 파우자사이트(faujasite), 제올라이트 A 및 제올라이트 P로 명칭된 페리에라이트(ferrierite), 모르데나이트(mordenite)가 있다. 본 발명에 따른 용도로 적합한 다른 제올라이트는 실리카를 고함량으로 함유하는 것, 즉 실리카 대 알루미나의 비가 10초과인 것, 전형적으로 100초과인 것이다. 이러한 실리카 고함량 제올라이트 중 하나가 본 명세서에 사용된 용어와 같은 실리칼라이트(silicalite)이고, 본 명세서에 참고로 인용된 미합중국 특허 제4,061,724호에 개시된 실리카폴리모르프(silicapolymorph) 및 미합중국 특허 제4,073,865호에 개시된 F-실리칼라이트(F-silicalite)가 모두 포함된다.Typical known zeolites that can be used include orthogonal zeolite designated zeolite D, clinoptilolite designated zeolite X and zeolite Y, erionite, faujasite, zeolite A And ferrierite, mordenite, designated Zeolite P. Other zeolites suitable for use according to the invention are those which contain a high content of silica, ie, a silica to alumina ratio of more than 10, typically greater than 100. One such silica high content zeolite is silicalite as the term used herein, and silicapolymorph and US Pat. No. 4,073,865 disclosed in US Pat. No. 4,061,724, which is incorporated herein by reference. All of the F-silicalite disclosed in the call is included.

상기 정의된 제올라이트의 일부에 대한 상세한 설명이 본 명세서에 참고로 인용된 브렉(D.W.Breck)의 Zeolite Molecular Sieves[죤 윌리 앤 산즈(John Wiley and Sons) 출판사, 뉴욕주 소재, 1974년]에 기재되어 있다. 본 발명의 배경에서 인용된 특허는 TSA 및 PSA 공정에 사용되는 각종 공지의 흡착제에 관한 추가의 정보를 제공한다. 이들은 참조로 인용되었으며 본 발명의 실시예 사용하기에 적합하다.A detailed description of some of the zeolites defined above is described in Zeolite Molecular Sieves (John Wiley and Sons, John Wiley and Sons, New York, 1974), incorporated by reference herein. have. Patents cited in the context of the present invention provide additional information regarding the various known adsorbents used in TSA and PSA processes. These are incorporated by reference and are suitable for use with the embodiments of the present invention.

결정질 분자체를 사용할 경우에 흡착제가 적당한 물리적 특성을 가짐을 보장하기 위해 종종 분자체를 결합제와 응집시키는 것이 바람직하다. 금속 산화물, 점토, 실리카, 알루미나, 실리카-알루미나, 실리카-지르코니아, 실리카-토리아(thorias), 실리카-베릴리아(berylias), 실리카-티타니아(titania), 실리카-알루미나-토리아, 실리카-알루미나-지르코니아, 이들의 혼합물 등의 유용한 각종 합성 및 천연 결합제가 있으나, 점토형 결합제가 바람직하다. 제올라이트의 흡착 특성을 거의 변경시키지 않으면서 분자체를 응집시키는데 사용될 수 있는 점토의 예로서는 아타풀가이트(attapulgite), 카올린(kaolin), 볼크레이(volclay), 세피올라이트(sepiolite), 폴리고르스카이트(polygorskite), 제올리나이트(kaolinite), 벤토나이트(bentonite), 몬트모릴로나이트(montmorillonite), 일라이트(illite) 및 클로라이트(chlorite) 등이 있다. 분자체를 응집시키는 데 사용된 적당한 결합제 및 방법을 선택하는 것은 일반적으로 당업계의 전문가에게 공지되어 있으며 본 명세서에 더 설명할 필요는 없다.When using crystalline molecular sieves it is often desirable to agglomerate the molecular sieves with a binder to ensure that the adsorbent has adequate physical properties. Metal oxides, clays, silica, alumina, silica-alumina, silica-zirconia, silica-thorias, silica-berylias, silica-titania, silica-alumina-toria, silica-alumina-zirconia There are a variety of useful synthetic and natural binders, such as mixtures thereof, but clay type binders are preferred. Examples of clays that can be used to aggregate molecular sieves with little change in the adsorption properties of zeolites are attapulgite, kaolin, volclay, sepiolite and polygorskite polygorskite, kaolinite, bentonite, montmorillonite, illite and chlorite. The selection of suitable binders and methods used to aggregate the molecular sieves is generally known to those skilled in the art and need not be described further herein.

제1흡착 대역에는 흡착과 재생(즉, 탈착)단계 사이에서 열 순환되는 적어도 2개의 흡착체 층이 있다. 흡착 층의 온도 및 압력 조건 및 흡착계의 다른 조건은 일반적으로 공급 스트림 특성을 고려한 다른 가열 스윙 방법 계획에 적합한 것으로 밝혀졌다. 공급 스트림이 제1흡착제를 통하여 통과되는 흡착 단계 동안에 중질 탄화수소를 선택적으로 흡착하고 제거하기 위해서는 공급 스트림의 온도를 탄화수소 부하를 증가시키도록 일반적으로 66℃(150℉) 이하로 유지시키며, 바람직하기로는 -18° 내지 38℃(0° 내지 100℉), 더욱 바람직하기로는 4 내지 38℃(40° 내지 100℉)로 유지시킨다. -15℃(4℉) 이하의 온도에서 특정 탄화수소, 예를 들면 벤젠의 고체화가 일어날 수 있다. 또한 흡착제 내의 압력은 적어도 1기압(101kPa)인 것이 바람직하고, 공급 스트림의 중질 탄화수소 부분 압력이 낮은 경우에, 흡착제 상에 중질 탄화수소 압력을 증가시키고 그 결과 중질 탄화수소 부하를 증가시키기 위해서는 1기압 이상이 유리할 수 있다. 바람직하기로는, 제1흡착 대역에서 압력은 689 내지 6890kPa(100 내지 1000psia)이다. 1기압(101kPa) 이상의 압력 증가 정도 및 온도 조건은 증기상의 작용이 목적하는 효율을 갖도록 당업계에 공지된 방법으로 공급 스트림에 관하여 서로 조절할 수 있다.The first adsorption zone has at least two adsorbent layers that are thermally cycled between adsorption and regeneration (ie, desorption) steps. It has been found that the temperature and pressure conditions of the adsorption bed and other conditions of the adsorption system are generally suitable for other heating swing method schemes considering feed stream characteristics. To selectively adsorb and remove heavy hydrocarbons during the adsorption step through which the feed stream is passed through the first adsorbent, the temperature of the feed stream is generally maintained at or below 66 ° C. (150 ° F.), preferably to increase the hydrocarbon load. It is maintained at -18 ° to 38 ° C. (0 ° to 100 ° F.), more preferably 4 to 38 ° C. (40 ° to 100 ° F.). Solidification of certain hydrocarbons, such as benzene, may occur at temperatures below -15 ° C (4 ° F). In addition, the pressure in the adsorbent is preferably at least 1 atmosphere (101 kPa), and when the heavy hydrocarbon partial pressure of the feed stream is low, at least 1 atmosphere is used to increase the heavy hydrocarbon pressure on the adsorbent and consequently increase the heavy hydrocarbon load. May be advantageous. Preferably, the pressure in the first adsorption zone is 689-6890 kPa (100-1000 psia). The degree of pressure increase and temperature conditions of at least 1 atmosphere (101 kPa) can be controlled with respect to the feed stream in a manner known in the art such that the action of the vapor phase has the desired efficiency.

제1흡착 대역 내에서 흡착체 층의 재생 또는 탈착 도중에 평형 중질 탄화수소 부하를 저하시키고 층으로부터 중질 탄화수소(및 다른 불순 피흡착물)의 탈착 및 정화를 용이하게 하기 위하여, 전형적으로 정화 기체를 흡착체의 온도보다 상당히 높은 온도까지 가열한다. 일반적으로, 정화 기체의 온도가 높을 수록, 정화기체의 필요량은 적으나, 당업계의 전문가는 흡착제의 열수 남용 및 내부층과 외부층의 불합리한 온도차에 기인하는 더 높은 열 에너지 손실과 같은 요인을 고려하여야 한다. 본 발명의 목적을 위하여 탈착 온도는 38℃ 내지 316℃(100 내지 600℉)가 바람직하다. 피흡착물이 상기 온도 범위 내에서 충분히 탈착될 경우, 38° 내지 177℃(100° 내지 350℉)의 온도가 더욱 바람직하다. 반대로, 피흡착물이 상기 온도 범위 내에서 탈착되기 어려울 경우에는 149° 내지 316℃(300° 내지 600℉)의 온도가 바람직하다. 재생 도중에 층의 진입단부에서의 재생된 흡착제 물질의 열이, 가열되지 않고 도입되는 정화 기체와 함께 전방으로 이동될 수 있으므로, 정화 기체를 고온 정화 재생의 전과정에 걸쳐 가열할 필요는 없다. 적합한 처리 조건을 설정하기 위하여 주어진 어떤 방법의 관점에서 당업계의 기술자들은 용이하게 경로 계산(routing calculations)을 할 수 있을 것이다. 기술자들은 또한 간접 가열법 즉, 정화 가스 대신 또는 그 외에 층 중의 코일을 가열하는 방법을 사용할 수 있다. 재생 후에 제1흡착 대역을 흡착 온도까지 냉각시키는데 냉각 스트림 즉, 냉각된 정화 기체를 통과시키거나 공급 스트림을 통과시키는 것과 같은 당업자에게 널리 알려진 방법을 사용하되 이것에 한정되지는 않는다. 제1흡착 대역은 또한 임의로 그곳의 압력을 감소시켜서 즉, PSA법으로 재생시킬 수 있다. 이와 같은 압력 감소는 가열 재생의 전, 후 또는 동시에 수행할 수 있다.In order to lower the equilibrium heavy hydrocarbon load during the regeneration or desorption of the adsorbent bed within the first adsorption zone and to facilitate the desorption and purification of heavy hydrocarbons (and other impurities) from the bed, purge gas is typically Heat to a temperature significantly higher than the temperature. In general, the higher the temperature of the purge gas, the smaller the required amount of purge gas, but experts in the art consider factors such as higher thermal energy losses due to hot water abuse of the adsorbent and unreasonable temperature differences between the inner and outer layers. shall. Desorption temperature for the purposes of the present invention is preferably 38 ℃ to 316 ℃ (100 to 600 ℃). When the adsorbate is sufficiently desorbed within the above temperature range, a temperature of 38 ° to 177 ° C (100 ° to 350 ° F) is more preferable. In contrast, when the adsorbate is difficult to desorb within the above temperature range, a temperature of 149 ° to 316 ° C (300 ° to 600 ° F) is preferred. The heat of the regenerated adsorbent material at the inlet end of the bed during regeneration can be moved forward with the purge gas introduced without heating, so the purge gas need not be heated throughout the hot purge regeneration. Those skilled in the art will readily be able to perform routing calculations in view of any given method for setting appropriate processing conditions. The technicians can also use indirect heating, i.e., heating the coils in the layer instead of or in addition to the purge gas. Cooling the first adsorption zone to adsorption temperature after regeneration uses methods well known to those skilled in the art, such as passing through a cooling stream, ie, a cooled purge gas or through a feed stream. The first adsorption zone can also optionally reduce the pressure there, ie regenerate by the PSA method. This pressure reduction can be carried out before, after or simultaneously with heat regeneration.

제1흡착 대역으로부터의 흡착 단계 유출물은 적어도 3종의 흡착체 용기로 구성되는 제2흡착 대역으로 보내지며, 이들 각각은 순환에 기준을 두고, 고압 흡착, 층의 생성 단부로부터 공극 차지 기체를 방출하는 중간 압력 수준으로의 임의의 동향 감압, 층을 정화시키거나 정화시키지 않고 층의 공급 단부로부터 탈착된 기체를 사용하여 더 낮은 탈착 압력으로의 역류 감압 및 더 높은 흡착 압력으로의 재가압을 진행시킨다. 물론, 제2흡착 대역에서의 흡착 순환은 PSA 기술에서 잘 알려진 추가의 단계 즉, 동향 감압 단계 또는 PSA 기술에서 잘 알려진 바와 같은 동향 대체 단계로 구성될 수 있다. “역류(conutercurrent)”라는 용어는 흡착 대역 즉, 흡착체 층을 통과하는 기체 흐름의 방향이 공급류 기체 흐름 방향에 대하여 반대임을 뜻한다. 이와 유사하게, “동향(cocurrent)”이라는 용어는 공급류 기체 흐름과 동일 방향 흐름임을 나타낸다.Adsorption stage effluent from the first adsorption zone is sent to a second adsorption zone, which consists of at least three adsorbent vessels, each of which is based on the circulation, high pressure adsorption, from Any trend to releasing intermediate pressure levels proceeds with decompression, backflow depressurization to lower desorption pressure and repressurization to higher adsorption pressure using desorbed gas from the feed end of the bed with or without purging the bed Let's do it. Of course, the adsorption circulation in the second adsorption zone may consist of additional steps well known in the PSA technology, ie, trend decompression steps or trend replacement steps as well known in the PSA technology. The term “conutercurrent” means that the direction of gas flow through the adsorption zone, ie the adsorbent bed, is opposite to the direction of feed stream gas flow. Similarly, the term “cocurrent” denotes a co-directional flow with the feed stream gas stream.

제1흡착 대역으로부터의 유출물을 제2흡착 대역으로 직접 보낼 수 있는 반면에, 경우에 따라서 제1흡착 대역으로부터의 유출물을 제1흡착 대역으로의 공급 스트림과 간접 열교환시킴으로써 유출물을 가열시키고, 제1흡착 대역으로의 공급 스트림을 부분적으로 냉각시키는 것이 바람직하다. 제1흡착 대역으로의 공급 스트림 냉각 방식은 흡착과 탈착 사이의 온도 변화를 증가시킴으로써 가열 스윙 사이클의 성능을 향상시킨다. 바람직하기로는, 흡착 도중에 흡착 대역을 689 내지 6890kPa(100 내지 1000psia) 범위의 압력으로 유지시키고, 역류 감압 도중에는 101 내지 1379kPa(14.7 내지 200psia)로 유지시키는 것이 바람직하다. 중간 동향 감압 단계 또는 균등화 단계를 거칠 경우에, 상기 단계 종료 시의 압력은 흡착과 역류 감압 압력의 중간이 될 것이다. 바람직하기로는, 제2흡착 대역에서의 온도는 가압 스윙 사이클에 걸쳐서 -17.8° 내지 48.9℃(0 내지 120℉)이되, 수행될 특정 분리에 따라서 이 범위를 벗어난 온도로 사용할 수 있다.While the effluent from the first adsorption zone can be sent directly to the second adsorption zone, in some cases the effluent from the first adsorption zone may be indirectly heat exchanged with the feed stream to the first adsorption zone and the effluent is heated. It is desirable to partially cool the feed stream to the first adsorption zone. The feed stream cooling to the first adsorption zone improves the performance of the heating swing cycle by increasing the temperature change between adsorption and desorption. Preferably, the adsorption zone is maintained at a pressure in the range of 689 to 6890 kPa (100 to 1000 psia) during adsorption and at 101 to 1379 kPa (14.7 to 200 psia) during backflow depressurization. Intermediate Trend In the case of a decompression or equalization step, the pressure at the end of the step will be halfway between adsorption and countercurrent decompression pressure. Preferably, the temperature in the second adsorption zone is between -17.8 ° and 48.9 ° C. (0 to 120 ° F.) over the pressure swing cycle, but may be used at temperatures outside this range depending on the particular separation to be performed.

본 발명의 TSA 및 PSA 통합법의 중요한 일면은 제1흡착 대역(TSA)에서 재생 도중에 풍부 흡착제를 씻어내는 데 제2흡착 대역(PSA)으로부터 얻는 제2흡착 단계 유출물 스트림의 적어도 일부, 바람직하기로는 전체 유출물을 사용하는 점이다. 이러한 배치는 특히, 소수, 경질, 탄화수소 및 중질 탄화수소로 이루어진 공급 스트림으로부터 경질 탄화수소를 제거하는 것이 목적인 경우에 유용하다. 제2흡착 대역 유출물은 제1흡착 대역에서 사용된 흡착제를 재생시키는 효과적인 수단을 제공하는 외에도 수소 스트림을 중질 탄화수소와 재혼합시키는 데 사용된다. 탄화수소 처리에 있어서, 종종 경질 탄화수소 분획물을 배제할 필요가 있으며, 그렇지 않으면 적체될 수도 있다. 예를 들면 분해 가스를 구성한다.An important aspect of the TSA and PSA integration methods of the present invention is at least a portion of the second adsorption stage effluent stream, preferably from the second adsorption zone (PSA), for washing off the rich adsorbent during regeneration in the first adsorption zone (TSA). Is to use the whole effluent. This arrangement is particularly useful when the purpose is to remove light hydrocarbons from a feed stream consisting of minority, light, hydrocarbons and heavy hydrocarbons. The second adsorption zone effluent is used to remix the hydrogen stream with heavy hydrocarbons in addition to providing an effective means of regenerating the adsorbent used in the first adsorption zone. In hydrocarbon processing, it is often necessary to exclude the light hydrocarbon fraction, which may otherwise be accumulated. For example, the decomposition gas is constituted.

이후에 본 발명의 다양한 측면을 예시하는 도면을 참조하여 본 발명의 방법을 설명한다. 전문가라면 다수의 필수적인 공정 장치를 생략함으로써 간단해진 이들 공정 흐름도를 이해할 수 있을 것이다.The method of the present invention will now be described with reference to the drawings illustrating various aspects of the present invention. Those skilled in the art will appreciate these process flow diagrams, which are simplified by omitting many essential process equipment.

제1도는 수소 및 중질 탄화수소(예, 벤젠)로부터 경질 탄화수소(예, 메틴)를 분리하는 데 이용될 수 있는 공정 흐름도를 예시한다. 이러한 분리는 수소화탈알킬법(THDA)에 의해 톨루엔으로 벤젠을 생성시키는 공정에 바람직하며 여기서, 수소 및 톨루엔을 가열 반응기에 통과시켜서 벤젠 및 메탄올을 생성시킨다. 미합중국 특허 제4,058,452호에는 알킬방향족 탄화수소의 탈알킬화 반응에 대한 방법이 개시되어 있으며 본 명세서에 참조로 인용하였다. 종종, 메탄의 축적을 방지하기 위하여 수소 및 메탄 함유 반응기 배기가스를 대량으로 정화시킨다. 본 발명의 방법은 이 스트림으로부터 메탄올을 제거하는 데 사용될 수 있다.1 illustrates a process flow that can be used to separate light hydrocarbons (eg methine) from hydrogen and heavy hydrocarbons (eg benzene). This separation is preferred for the process of producing benzene with toluene by hydrodealkylation (THDA), where hydrogen and toluene are passed through a heating reactor to produce benzene and methanol. US Patent No. 4,058,452 discloses a process for the dealkylation of alkylaromatic hydrocarbons and is incorporated herein by reference. Often, large amounts of hydrogen and methane containing reactor exhaust are purged to prevent the buildup of methane. The process of the invention can be used to remove methanol from this stream.

제1도는 참조하면, 수소 약 60몰%, 벤젠 2몰% 및 메탄 38몰%를 함유하는 공급 스트림은 2965kPa(430psia)의 압력, 40℃(104℉)의 온도에서 라인(1)을 경유하여 열교환기(101)로 보내지고 여기서, 라인(6)에 의해 전달된 흡착 유출물에 의해 간접 열 교환됨으로써 18.3℃(65℉)로 냉각된 후 라인(2)를 경유하여 급냉기(102)로 보내지고 4.4℃(40℉)로 더욱 냉각된다. 냉각된 공급 스트림은 라인(3)을 경유하여 플래쉬 체임버(103)에 보내지고, 벤젠을 함유하는 액상물이 라인(4)을 경유하여 회수되고 수소, 메탄 및 잔류 벤젠으로 구성된 증기상물이 라인(5)를 통과한다.Referring to FIG. 1, the feed stream containing about 60 mol% hydrogen, 2 mol% benzene and 38 mol% methane is supplied via line 1 at a pressure of 2965 kPa (430 psia) and a temperature of 40 ° C. (104 ° F.). To heat exchanger 101 where it is cooled to 18.3 ° C. (65 ° F.) by indirect heat exchange by adsorption effluent delivered by line 6 and then to quench 102 via line 2. Are sent and further cooled to 4.4 ° C. (40 ° F.). The cooled feed stream is sent to flash chamber 103 via line 3, where the liquid phase containing benzene is recovered via line 4 and the vapor phase consisting of hydrogen, methane and residual benzene is line ( 5) pass.

제1흡착 대역을 통과하기 전에 공급 스트림 즉, 라인(1)을 냉각시키고 플래쉬시킬 필요는 없다. 그러나, 이러한 냉각에 의해 벤젠 일부가 제거되고 따라서, 제거되지 않았으면 벤젠이 흡착될 제1흡착 대역의 크기를 감소시키므로 유리할 수 있다. 또한, 이러한 냉각을 통하여 공급 스트림의 온도가 흡착과 재생 사이의 온도차를 증가시킬 수 있는 제1흡착 대역으로 낮추어지며 제1흡착 대역의 용량을 효과적으로 증가시킨다.It is not necessary to cool and flash the feed stream, ie line 1, before passing through the first adsorption zone. However, this cooling may be advantageous because some of the benzene is removed and thus, if not removed, reduces the size of the first adsorption zone where benzene will be adsorbed. This cooling also lowers the temperature of the feed stream to the first adsorption zone, which can increase the temperature difference between adsorption and regeneration, effectively increasing the capacity of the first adsorption zone.

제1흡착 대역은 적어도 2개의 흡착 층 즉, 흡착체 층(104) 및 (107)을 가지며, 이들 각각은 벤젠을 흡착하는 데 적합한 흡착제 즉, 활성탄을 함유하며 당업계의 전문가라면 더욱 복잡한 흡착 사이클 뿐만 아니라 2개 이상의 흡착체 층을 사용할 수 있음을 이해할 것이다. 벤젠이 제거되어 있는 제1대역 흡착 유출물은 흡착체(104)로부터 라인(6)을 거쳐 회수되고 라인(7)을 경유하여 제2흡착 대역(105)에 보내지기 전에 약 34.4℃(94℉)로 가열시키는 상기한 바와 같은 열 교환기(101)로 보내진다. 임의로 가열 단계를 생략할 수 있으며 유출물은 제2대역으로 직접 보내진다.The first adsorption zone has at least two adsorption layers, namely adsorbent layers 104 and 107, each of which contains an adsorbent suitable for adsorbing benzene, i.e. activated carbon, and is more complex for those skilled in the art. It will also be appreciated that more than one adsorbent layer may be used. The first zone adsorption effluent, from which benzene has been removed, is recovered from adsorbent 104 via line 6 and before being sent to second adsorption zone 105 via line 7 to about 34.4 ° C. (94 ° F.). ) Is sent to a heat exchanger 101 as described above which is heated with Optionally, the heating step can be omitted and the effluent is sent directly to the second zone.

제2흡착 대역(105)는 적어도 3개의 흡착체 층을 함유하며, 임의로 더 많은 흡착체 층을 가질 수 있고, 메탄 흡착용으로 적합한 흡착제 즉, 활성탄을 함유한다. 메탄이 제거되어 있는 제2흡착 대역의 유출물은 라인(8)을 통하여 제거되며 121℃(250℉)의 온도로 가열시키는 열교환기(106)에 보내지고 라인(9)를 경유하여 제1대역 흡착체(107)에 보내져서 상기 흡착체(107)을 정화시킴으로써 흡착된 벤젠이 탈착된다.The second adsorption zone 105 contains at least three adsorbent layers and may optionally have more adsorbent layers and contains a suitable adsorbent, i.e. activated carbon, for methane adsorption. The effluent of the second adsorption zone, from which methane has been removed, is removed via line 8 and sent to a heat exchanger 106 which heats to a temperature of 121 ° C. (250 ° F.) and passes the first zone via line 9. The adsorbed benzene is desorbed by being sent to the adsorbent 107 to purify the adsorbent 107.

흡착체(107)은 앞에서 흡착체(104)에 대하여 기재된 방식으로 벤젠의 부하가 걸렸음을 이해할 수 있을 것이다. 각 흡착체에 흡착되는 벤젠의 양은 목적하는 생성물의 순도에 따라서 당업계의 전문가에 의해 결정될 수 있다. 예를 들면, 일부 경우에, 일부 벤젠을 벤젠 생성물의 고순도를 보장하기 위하여 제1흡착 대역의 유출물로 용출되게 함이 바람직할 수 있다. 다른 경우에는 벤젠의 돌파 전에 흡착 단계를 중지시키고 메탄 일부를 제1흡착 대역중에 보류시키는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 경우에, 당업계의 전문가들은 목적하는 결과를 달성하기 위하여 흡착체를 적절한 조합으로 사용할 수 있다.It will be appreciated that the adsorbent 107 is loaded with benzene in the manner described for the adsorbent 104 above. The amount of benzene adsorbed to each adsorbent can be determined by one skilled in the art depending on the purity of the desired product. For example, in some cases, it may be desirable to allow some benzene to elute into the effluent of the first adsorption zone to ensure high purity of the benzene product. In other cases it may be desirable to stop the adsorption step prior to breakthrough of benzene and hold some of the methane in the first adsorption zone. In such cases, those skilled in the art can use the adsorbents in the appropriate combination to achieve the desired result.

수소와 벤젠으로 구성된 생성물 스트림은 흡착체(107)으로부터 라인(11)을 경유하여 회수된다. THDA 방법에서 예를 들면, 이 스트림은 추가의 분리를 하지 않고 THDA 반응기로 재구순환시킬 수 있고 추가처리에 사용할 수 있다. 별법으로 벤젠은 통상의 방법으로 분리시킬 수 있으며 수소를 반응기에 재순환시킬 수 있다. 흡착체(107)로부터 벤젠의 탈착이 진행된 후 일정 시간 동안 흡착체(107)을 제2대역 흡착 유출물 온도 정도로 냉각시키기 위하여 라인(10)을 통하여 열교환기(106) 주변에서 제2대역 흡착 유출물을 전환시킨다. 이러한 냉각 도중에 벤젠의 일부 추가 탈착이 발생한다. 흡착체(107)을 냉각시키기 위한 열교환기(106) 주위에서 정화 기체를 인도하는 시기의 결정은 당업계의 전문가에게 알려진 방법을 고려함에 좌우된다. 최종적으로 흡착 온도까지 냉각시키는 것은 흡착 단계 도중에 그것을 통하여 냉각된 공급 스트림을 통과시킴으로써 달성될 수 있다.The product stream consisting of hydrogen and benzene is recovered from adsorbent 107 via line 11. In the THDA process, for example, this stream can be recycled back to the THDA reactor without further separation and used for further processing. Alternatively, benzene can be separated by conventional methods and hydrogen can be recycled to the reactor. After the desorption of benzene from the adsorbent 107 proceeds, the second band adsorption outflow around the heat exchanger 106 through line 10 to cool the adsorbent 107 to the second band adsorption effluent temperature for a period of time. Switch the water Some further desorption of benzene occurs during this cooling. The determination of when to deliver the purge gas around the heat exchanger 106 to cool the adsorbent 107 is dependent upon considering methods known to those skilled in the art. Finally cooling to the adsorption temperature can be accomplished by passing the cooled feed stream through it during the adsorption step.

제2흡착 대역 내의 흡착체 층 중에 흡착된 메탄은 주변 압력까지 압력을 저하시켜서 탈착시킨다. 최종 감압 및 정화 단계 전에 제2흡착 대역에서 수소의 회수를 개선하기 위하여 일련의 중간 동향 감압 및 균등화 단계를 사용한다. 이러한 단계는 당업계에 공지되어 있으며 본 명세서에서 더 이상 논의할 필요는 없다.Methane adsorbed in the adsorbent bed in the second adsorption zone is desorbed by lowering the pressure to ambient pressure. A series of intermediate trend decompression and equalization steps are used to improve the recovery of hydrogen in the second adsorption zone prior to the final decompression and purification steps. These steps are known in the art and need not be discussed further herein.

제2도는 상기한 미합중국 특허 제4,058,452호에 개시된 바와 같은 탈알킬화 반응 즉, 열 수소화탈알킬 반응에 통합된 본 발명의 방법을 예시하고 있다. 제2도에 예시된 배치는 특히 수소 공급 스트림이 메탄 내지 부탄과 같은 경질 탄화수소 불순물을 함유할 때 유용하다. 알킬방향족 탄화수소를 함유하는 공급 스트림은 라인(20)을 경유하여 공정에 도입시켜 수소 스트림(38) (이것의 공급원은 하기함)과 합쳐지고 예비가열을 위하여 라인(21)을 지나서 열교환기(201)에 보내진다. 예비 가열된 스트림은 라인(22)을 경유하여 로(202)에 보내지고 이어서, 라인(23)을 경유하여 반응기(203)으로 보내진다. 반응계는 상기된 미합중국 특허 제4,058,452호에 기재되어 있다.FIG. 2 illustrates the process of the present invention incorporated into a dealkylation reaction, ie a thermal hydrodealkylation reaction, as disclosed in U.S. Patent No. 4,058,452, supra. The arrangement illustrated in FIG. 2 is particularly useful when the hydrogen feed stream contains light hydrocarbon impurities such as methane to butane. A feed stream containing alkylaromatic hydrocarbons is introduced into the process via line 20 to combine with hydrogen stream 38 (its source is described below) and past heat exchanger 201 past line 21 for preheating. Sent to). The preheated stream is sent to furnace 202 via line 22 and then to reactor 203 via line 23. The reaction system is described in US Pat. No. 4,058,452, supra.

일반적으로, 열 수소화 탈알킬반응을 이용할 경우에, 반응기는 상부에 입구를 갖는 수직 원통형 용기로 이루어짐이 바람직하다. 이 용기는 촉매로서 작용하도록 선택되고 고안된 어떠한 재료도 함유하지 않는다. 그럼에도 불구하고 반응기 내에 사용된 재료는 이 대역내에서 사용되는 고온에서 일부 촉매활성을 나타낼 수도 있다. 반응 대역의 상부 1/2 내지 2/3가 거의 비어 있고 대역의 나머지 부분이 흐름을 저해하는 수단(예, 불할성 세라믹 볼, 수직 배플 등)을 함유하는 것이 바람직하다. 열 수소화 탈알킬반응 조건은 일반적으로 593° 내지 816℃(1100° 내지 1500℉) 또는 그 이상의 온도 및 2171 내지 5619kPa(300 내지 800psig)의 압력이다. 반응 대역 내의 공급 스트림 체류 시간은 4 내지 60초의 넓은 범위이어야 하고, 12 내지 30초가 바람직하다. 반응 대역 내에서 수소 대 탄소수 6 이상의 탄화수소 비는 적어도 2, 바람직하기로는 4 내지 8로 유지된다. 반응 대역은 반응 대역 내에서 온도가 110℃(200℉) 미만, 바람직하기로는 55.6° 내지 97.2℃(100 내지 175℉)내에서 증가하도록 제한하는 방식으로 실행되어야 한다.In general, when using a thermal hydrogenation dealkylation reaction, the reactor is preferably composed of a vertical cylindrical vessel having an inlet at the top. This vessel does not contain any material selected and designed to act as a catalyst. Nevertheless, the materials used in the reactor may exhibit some catalytic activity at the high temperatures used in this zone. It is preferred that the upper 1/2 to 2/3 of the reaction zone is almost empty and the rest of the zone contains means for inhibiting flow (e. G. Insoluble ceramic balls, vertical baffles, etc.). Thermal hydrogenation dealkylation conditions are generally 593 ° to 816 ° C. (1100 ° to 1500 ° F.) or higher and pressures of 2171 to 5619 kPa (300 to 800 psig). The feed stream residence time in the reaction zone should be in the wide range of 4 to 60 seconds, with 12 to 30 seconds being preferred. The hydrocarbon ratio of hydrogen to carbon atoms of 6 or more in the reaction zone is maintained at least 2, preferably 4-8. The reaction zone should be run in a manner that limits the temperature within the reaction zone to increase below 110 ° C. (200 ° F.), preferably within 55.6 ° to 97.2 ° C. (100 to 175 ° F.).

알킬방향족의 촉매 수소화 탈알킬 반응에 있어서, 바람직한 조건은 2717 내지 6890kPa(300 내지 1000psig)의 압력 및 482° 내지 816℃(900 내지 1500℉)의 온도이다. 목적하는 반응을 수행할 수 있는 촉매라면 본 발명의 용도로 적합하다. 한 적합한 촉매는 내화무기 산화물, 바람직하기로는 알루미나 상의 주기율표 VI-B족 금속(예, 크롬, 몰리브데늄 또는 텅스텐)의 산화물로 이루어진다. 촉매 상에 사용될 수 있는 다른 금속에는 주기율표의 Ⅷ족으로 분류되는 것이 포함되며, 백금 니켈, 컬 및 코발트가 포함되고, 또한 레늄 및 망간이 포함된다. 특히 바람직한 촉매는 알루미나 기재의 산화 크롬 10 내지 20중량%의 양으로 크롬이 존재하는 넓은 표면적의 알루미나 상에 조성된 크롬으로 구성된다. 공급 스트림은 반응 대역 내에서 수소대 탄화수소 비가 약 5.1 내지 15 : 1로 유지되도록 시간 당 0.5 내지 5.0의 시간당 액체 공간 속도로 충진시킨다.For catalytic hydrogenation dealkylation of alkylaromatics, preferred conditions are pressures of 2717-6890 kPa (300-1000 psig) and temperatures of 482 ° -816 ° C. (900-1500 ° F.). Any catalyst capable of carrying out the desired reaction is suitable for use in the present invention. One suitable catalyst consists of an oxide of a refractory inorganic oxide, preferably a metal of Group VI-B of the periodic table on the alumina (eg chromium, molybdenum or tungsten). Other metals that may be used on the catalyst include those classified as Group VIII of the periodic table, including platinum nickel, curl and cobalt, and also rhenium and manganese. Particularly preferred catalysts consist of chromium composed on alumina having a large surface area in which chromium is present in an amount of 10 to 20% by weight of chromium oxide based on alumina. The feed stream is packed at an hourly liquid space velocity of 0.5 to 5.0 per hour to maintain a hydrogen to hydrocarbon ratio of about 5.1 to 15: 1 in the reaction zone.

반응기 유출물은 라인(24)를 경유하여 회수되며 부분적으로 냉각시키기 위하여 열교환기(201)로 보내지고 이것을 더욱 냉각시키기 위하여 라인(25)를 경유하여 열교환기(204)에 보내진다. 냉각된 반응기 유출물은 라인(26)을 경유하여 플래쉬 체임버(205)에 보내지고 여기서 액상 방향족 화합물은 라인(39)를 통하여 회수되며, 수소, 탄소수 1 내지 4의 탄화수소 및 방향족 탄화수소로 구성되는 증기상물은 라인(27)을 통하여 회수된다. 증기상물은 라인(27)을 통해 제1흡착 대역의 제1대역 흡착체(206)에 보내지고 여기서 방향족 탄화수소가 흡착된다.The reactor effluent is recovered via line 24 and sent to heat exchanger 201 for partial cooling and to heat exchanger 204 via line 25 for further cooling. The cooled reactor effluent is sent to flash chamber 205 via line 26 where liquid aromatic compounds are recovered via line 39 and consist of hydrogen, hydrocarbons having 1 to 4 carbon atoms and aromatic hydrocarbons. The merchandise is recovered via line 27. The vapor phase is sent via line 27 to the first zone adsorbent 206 in the first adsorption zone where the aromatic hydrocarbons are adsorbed.

수소 및 탄소수 1 내지 4의 탄화수소로 이루어지는 제1대역 흡착 유출물은 라인(28)을 통하여 회수되고 라인(29)에 의해 불순수소 스트림과 합쳐진다. 합쳐진 공급 스트림은 라인(30)을 지나 제2흡착 대역(207)(즉, PSA 대역)으로 보내지고, 여기서 공급 스트림은 라인(31)로 회수되는 탄소수 1 내지 4의 탄화수소를 함유하는 연료 기체 스트림 및 라인(32)로 회수되는 수소 생성물 스트림으로 분리된다. 수소 생성물 스트림은 목적하는 탈착 온도로 가열하기 위하여 열교환기(208)에 보내지고 라인(33)을 경유하여 탈착이 진행되고 있는 제1흡착 대역의 흡착체(209)에 보내진다. 라인(34)는 흡착체(206) 및 (209)를 냉각시키기 위해 열교환기(208) 주변에 우회로를 제공한다. 흡착체(209)로부터의 탈착 유출물 스트림은 수소 및 방향족 탄화 수소로 구성되는데 라인(35)를 경유하여 냉각기(210)에 보내지고 이어서, 라인(36)을 경유하여 플래쉬 체임버(211)을 통과한다. 액상 방향족 생성물은 라인(37)을 경유하여 회수되고, 라인(39)와 합쳐져서 생성 라인(40)을 형성한다. 수소 풍부 스트림은 라인(38)을 경유하여 회수되고 본 명세서에 기재된 알킬방향족 공급스트림, 라인(20)과 합쳐진다.The first zone adsorption effluent consisting of hydrogen and hydrocarbons of 1 to 4 carbon atoms is recovered via line 28 and combined with the impure hydrogen stream by line 29. The combined feed stream is passed through line 30 to a second adsorption zone 207 (ie, PSA zone), where the feed stream contains a fuel gas stream containing 1 to 4 carbon atoms that is returned to line 31. And the hydrogen product stream, which is returned to line 32. The hydrogen product stream is sent to heat exchanger 208 to heat to the desired desorption temperature and to adsorbent 209 in the first adsorption zone where desorption is progressing via line 33. Line 34 provides a bypass around heat exchanger 208 to cool adsorbents 206 and 209. The desorption effluent stream from adsorbent 209 is composed of hydrogen and aromatic hydrocarbons which are sent to cooler 210 via line 35 and then through flash chamber 211 via line 36. do. The liquid aromatic product is recovered via line 37 and combined with line 39 to form product line 40. The hydrogen rich stream is recovered via line 38 and combined with the alkylaromatic feedstream, line 20 described herein.

제3도는 프로판과 부탄 함유 공급 스트림을 탈수소화시클로 다이머화 반응을 통하여 방향족 탄화수소를 생서시키는 본 발명의 방법을 통합시켜 나타낸 흐름도를 예시한다. 탈수소화시클로 다이머화 반응은 미합중국 특허 제4,547,205호에 개시되어 있으며, 이것은 탄화수소 전환 반응 대역의 유출물 스트림으로부터 수소 및 탄소수 6 이상의 탄화수소를 회수하는 방법에 관한 것이고 본 명세서에 참고로 인용하였다.Figure 3 illustrates a flow diagram illustrating the process of the present invention incorporating propane and butane containing feed streams to produce aromatic hydrocarbons via dehydrogenation cyclodimerization reaction. Dehydrogenation cyclodimerization reactions are disclosed in US Pat. No. 4,547,205, which relates to the recovery of hydrogen and hydrocarbons having at least 6 carbon atoms from the effluent stream of the hydrocarbon conversion reaction zone and is incorporated herein by reference.

제3도를 참조하면 프로판 및 부탄을 함유하는 공급 스트림은 라인(51)을 경유하여 처리 장치에 도입되고 라인(60)으로부터의 추가 프로판 및 부탄과 합쳐지며 이것의 공급원은 하기 정의한다. 합쳐진 스트림은 라인(52)를 경유하여 열교환기(301)에 보내지고 이어서, 가열된 라인(53)을 경유하여 로(302)에 보내진다. 가열된 스트림은 라인(54)를 경유하여 반응기(303)에 보내지고, 여기서 전환이 이루어진다. 반응의 상세한 부분은 본 명세서에 참고로 인용된 상기 미합중국 특허 제4,547,205호에 개시되어 있다.Referring to FIG. 3, a feed stream containing propane and butane is introduced into the treatment apparatus via line 51 and merged with additional propane and butane from line 60 and its source is defined below. The combined stream is sent to heat exchanger 301 via line 52 and then to furnace 302 via heated line 53. The heated stream is sent to reactor 303 via line 54 where conversion takes place. Details of the reactions are disclosed in US Pat. No. 4,547,205, incorporated herein by reference.

일반적으로, 반응기 시스템은 미합중국 특허 제3,652,231호, 동 제3,692,496호, 동 제3,706,536호, 동 제3,785,963호, 동 제3,825,116호, 동 제3,839,196호, 동 제3,839,197호, 동 제3,854,887호, 동 제3,856,662호, 동 제3,918,930호, 동 제3,981,824호, 동 제4,094,814호, 동 제4,110,091호, 동 제4,403,909호에 기재된 바와 같은 이동하는 층 방사류 다단계 반응기(moving bed radial flow multi stage reactor)로 구성된다. 이들 특허에는 또한 촉매 재생계 및 이동하는 촉매 층 운전 및 장치의 각종 측면에 관하여 기재되어 있다. 이 반응기 시스템은 나프타 분획물의 개질용으로 상품화되어 널리 이용되고 있다. 또한 경파라핀의 탈수소반응에 관하여 기재되어 있다.In general, reactor systems are US Pat. Nos. 3,652,231, 3,692,496, 3,706,536, 3,785,963, 3,825,116, 3,839,196, 3,839,197, 3,854,887, 3,856,662 3,918,930, 3,981,824, 4,094,814, 4,110,091, 4,403,909, and a moving bed radial flow multi stage reactor. These patents also describe various aspects of catalyst regeneration systems and moving catalyst bed operations and apparatus. This reactor system has been commercialized and widely used for reforming naphtha fractions. It also describes the dehydrogenation of light paraffins.

바람직한 이동 층 반응기 시스템은 구상 촉매를 사용한다. 촉매는 지지체 재료 및 그 위에 피착된 금속 성분으로 구성됨이 바람직하다. 현재로 제올라이트 지지체가 바람직하고, 제올라이트 ZSM-5가 특히 바람직하다. 바람직한 금속 성분은 미합중국 특허 제4,180,689호에 기재된 바와 같은 갈륨이다. 탈수소화시클로 다이머화 반응 대역은 493° 내지 566℃(920° 내지 1050℉)의 온도 및 793kPa(100psig) 이하의 압력에서 바람직하게 구성된다. 수소 생성 반응은 일반적으로 낮은 압력에 의해서 바람직하게 생성되며 586kPa(70psig) 이하의 압력이 특히 바람직하다.Preferred moving bed reactor systems use spherical catalysts. The catalyst is preferably composed of a support material and a metal component deposited thereon. Zeolite supports are presently preferred, with zeolite ZSM-5 being particularly preferred. Preferred metal components are gallium as described in US Pat. No. 4,180,689. The dehydrogenated cyclo dimerization reaction zone is preferably configured at temperatures of 493 ° to 566 ° C (920 ° to 1050 ° F) and pressures up to 793 kPa (100 psig). Hydrogen generation reactions are generally preferably produced by low pressures, with pressures below 586 kPa (70 psig) being particularly preferred.

방향족 탄화수소, 수소, 메탄, 에탄, 프로판 및 부탄으로 구성되는 반응기 유출물은 라인(55)를 경유하여 열교환기(301)로 보내지고, 여기서 부분적으로 냉각된다. 부분적으로 냉각된 반응기 유출물은 라인(56)에 의해, 라인(74)(이것의 공급원은 후술함)에 의해 운반된 제1대역 탈착 유추물과 합쳐지고 라인(57)을 경유하여 냉각기(304)로 보내지고 라인(58)을 경유하여 플래쉬 체임버(305)로 보내진다. 액상물은 라인(59)를 경유하여 이소 부탄 제거 장치(deisobuta-nizer) 컬럼(306)으로 보내진다. 방향족 탄화수소를 함유하는 탄화수소 생성물은 라인(66)을 통하여 회수된다. 컬럼(306)으로부터의 상부는 프로판 및 부탄을 함유하여 라인(60)을 경유하여 재순환되어 공급 스트림(51)과 합쳐진다.The reactor effluent, consisting of aromatic hydrocarbons, hydrogen, methane, ethane, propane and butane, is sent to heat exchanger 301 via line 55 where it is partially cooled. The partially cooled reactor effluent is combined with the first zone desorption analogue carried by line 56 and by line 74 (the source of which is described below) and via cooler 304 via line 57. ) And to flash chamber 305 via line 58. The liquid is sent to deisobuta-nizer column 306 via line 59. Hydrocarbon products containing aromatic hydrocarbons are recovered via line 66. The top from column 306 contains propane and butane and is recycled via line 60 to merge with feed stream 51.

플래쉬 체임버(305)로부터의 증기상은 라인(61)을 경유하여 회수되고 압축기(307)로 보내지고 여기서, 1379kPa(200psig) 이상으로 압축되고, 라인(62)를 경유하여 열교환기(308)에 보내지고, 여기서 상기한 라인(68)을 경유한 제1대역 흡착 유출물과의 간접 열교환기에 의해 부분적으로 냉각된다. 부분적으로 냉각된 스트림은 라인(63)을 경유하여 냉각기(309)로 보내지고 이어서, 라인(64)를 경유하여 플래쉬 체임버(310)에 보내진다. 방향족 탄화수소, 부탄 및 프로판으로 구성되는 액상물은 라인(65)를 경유하여 부탄 제거 장치 컬럼(306)으로 보내진다. 플래쉬 체임버(310)으로부터의 증기층은 라인(67)을 경유하여 회수되고, TSA 방식으로 운전시킨 제1흡착 대역 내에서 흡착이 진행되는 흡착체(311)로 보내진다. 별법으로, 예를 들면, 플래쉬 체임버(305)로부터의 증기층 즉, 라인(61)을 압축하기 전에 흡착체(311)로 보내진다.Vapor phase from flash chamber 305 is recovered via line 61 and sent to compressor 307 where it is compressed to at least 1379 kPa (200 psig) and sent to heat exchanger 308 via line 62. And partially cooled by an indirect heat exchanger with the first zone adsorption effluent via line 68 described above. The partially cooled stream is sent to cooler 309 via line 63 and then to flash chamber 310 via line 64. The liquid consisting of aromatic hydrocarbons, butane and propane is sent to butane removal unit column 306 via line 65. The vapor layer from the flash chamber 310 is recovered via the line 67 and sent to the adsorbent 311 where adsorption proceeds in the first adsorption zone operated by the TSA method. Alternatively, for example, the vapor layer from flash chamber 305 is sent to adsorbent 311 before compressing line 61.

흡착체 층(311) 중에서의 흡착 단계는 메탄, 에탄 및 수소의 거의 대부분이 층으로부터 용출될 때까지 계속되나 프로판 및 부탄의 거의 대부분은 층 중에 잔류한다. 이런 시점에서, 흡착 단계는 종료되며 공급 스트림은 제1흡착 대역 중의 다른 흡착체로 향하게 된다. 제1흡착 대역으로부터의 유출물은 라인(68)을 경유하여 상기된 바와 같은 열교환기(308)로 보내지고 이후에 라인(69)를 경유하여 PSA 방식으로 작동시킨 제2흡착 대역(312)로 보내진다. 메탄 및 에탄올 함유하는 연료 가스 스트림은 라인(70)을 경유하여 회수된다. 제2흡착 대역 유출물 스트림은 라인(75)를 경유하여 회수되고 그 일부는 수소 생성물로서 라인(71)을 경유하여 회수된다. 잔류부는 열교환기(313)에 통과시키거나 또는 별법으로 라인(72)를 경유하여 우회되며 라인(73)을 경유하여 탈착이 진행되는 제1흡착 대역의 흡착체(314)를 통과한다. 흡착체(314)로부터의 탈착 유출물은 라인(74)를 경유하여 상기된 바와같이, 라인(56)과 합쳐진다. 일부 경우에, 탈착 유출물 즉, 라인(74)를 열교환기(304) 및 플래쉬 체임버(305)로 재순환시키는 대신에 수소의 재순환을 방지하기 위하여 방향족 탄화수소를 분리 회수하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 변형된 방법도 본 발명의 범위 내에 포함된다.The adsorption step in the adsorbent layer 311 continues until most of the methane, ethane and hydrogen are eluted from the bed but most of the propane and butane remain in the bed. At this point, the adsorption step ends and the feed stream is directed to another adsorbent in the first adsorption zone. Effluent from the first adsorption zone is sent to heat exchanger 308 as described above via line 68 and then to second adsorption zone 312 operated in a PSA manner via line 69. Is sent. A fuel gas stream containing methane and ethanol is recovered via line 70. The second adsorption zone effluent stream is recovered via line 75 and a portion thereof is recovered via line 71 as hydrogen product. The remainder passes through heat exchanger 313 or alternatively passes through line 72 and through adsorbent 314 in the first adsorption zone where desorption proceeds via line 73. Desorption effluent from the adsorbent 314 merges with line 56, as described above via line 74. In some cases, it may be desirable to separate and recover the aromatic hydrocarbons to prevent recycling of hydrogen instead of recycling the desorption effluent, ie, line 74, to heat exchanger 304 and flash chamber 305. Such modified methods are also included within the scope of the present invention.

당업계의 전문가에 있어 본 발명의 방법을 상기된 이외의 방법중에 사용할 수 있음이 명백하다. 예를 들면, 미합중국 특허 제4,579,834호에 기재된 바와 같은, 합성 가스를 액상 모터 연료로 전환시키는 방법에 있어서, 탄소수 5 이상의 중질 탄화수소 및 수소로부터 탄소수 1 내지 4의 경질 탄화수소를 분리하는 것이 목적일 수 있다. 또한 미합중국 특허 제4,704,888호에 기재된 바와 같은 탄화수소 및 수소를 생성시키기 위한 메탄 전환법에 있어서, 중질 탄화수소 및 수소로부터 경질 탄화수소를 분리하는 것이 목적일 수 있다. 또한, 나프타의 촉매 개질법 및 파라핀의 탈수소화법등의 다수의 다른 탄화수소 전환법이 있으며, 여기서, 예를 들면, 본 발명은 다음의 특허 청구의 범위 내에서 이용될 수 있다.It is apparent to one skilled in the art that the method of the present invention can be used in methods other than those described above. For example, in a method for converting syngas to a liquid motor fuel, as described in US Pat. No. 4,579,834, the objective may be to separate light hydrocarbons of 1 to 4 carbon atoms from heavy hydrocarbons of 5 or more carbon atoms and hydrogen. . In a methane conversion process for producing hydrocarbons and hydrogen as also described in US Pat. No. 4,704,888, it may be an objective to separate light hydrocarbons from heavy hydrocarbons and hydrogen. There are also a number of other hydrocarbon conversion methods, such as catalytic reforming of naphtha and dehydrogenation of paraffin, wherein the present invention can be used, for example, within the scope of the following claims.

Claims (6)

a) 중질 탄화수소(heavy hydrocarbons) 중 적어도 일부를 흡착시키고, 수소 및 경질 탄화수소(light hydrocarbons)를 포함하는 제1유출물 스트림을 형성하기에 충분한 온도 및 압력으로 유지된 고상 흡착제를 갖는 제1흡착 대역을 통하여 공급 스트림(feed stream)을 통과시키는 단계, b) 경질 탄화수소 중 적어도 일부를 흡착시키고, 수소를 포함하는 제2유출물 스트림을 형성하기에 충분한 온도 및 압력으로 유지된 고상 흡착제를 갖는 제2흡착 대역을 통하여 상기 제1유출물 스트림을 통과시키는 단계, c) 상기 제2유출물 스트림 중 적어도 일부를, 상기 a)단계에서 형성된 중질 탄화수소 풍부 흡착제로부터 중질 탄화수소 중 적어도 일부를 탈착시키기에 충분한 온도로 가열하고, 가열된 부분을 상기 제1흡착 대역에 통과시켜서 중질 탄화수소 및 수소를 포함하는 제1탈착 유출물 스트림을 형성하기에 효과적인 탈착 조건 하에 제1흡착 대역에서 형성된 중질 탄화수소 풍부 흡착제 중 적어도 일부와 접촉시키는 단계 및 d) 상기 경질 탄화수소 풍부 흡착제로부터 경질 탄화수소 중 적어도 일부를 탈착시켜 경질 탄화수소를 포함하는 제2탈착 유출물을 형성하기에 충분한 압력으로 감압시킴으로써 상기 b)단계에서 형성된 경질 탄화수소 풍부 흡착제중 적어도 일부를 재생시키는 단계로 이루어지는, 경질 탄화수소, 수소 및 중질 탄화수소 함유 공급 스트림으로부터 경질 탄화수소를 분리시키는 통합된 흡착법.a) a first adsorption zone having a solid phase adsorbent maintained at a temperature and pressure sufficient to adsorb at least some of the heavy hydrocarbons and to form a first effluent stream comprising hydrogen and light hydrocarbons; Passing a feed stream through the process, b) adsorbing at least some of the light hydrocarbons and having a solid adsorbent maintained at a temperature and pressure sufficient to form a second effluent stream comprising hydrogen; Passing the first effluent stream through an adsorption zone, c) a temperature sufficient to desorb at least a portion of the second effluent stream, at least a portion of the heavy hydrocarbons from the heavy hydrocarbon rich adsorbent formed in step a) Heating and passing the heated portion through the first adsorption zone for first desorption comprising heavy hydrocarbons and hydrogen Contacting with at least a portion of the heavy hydrocarbon rich adsorbent formed in the first adsorption zone under desorption conditions effective to form an output stream; and d) desorbing at least some of the light hydrocarbons from the light hydrocarbon rich adsorbent to comprise light hydrocarbons. Recoupling at least a portion of the light hydrocarbon rich adsorbent formed in step b) by depressurizing to a pressure sufficient to form a desorption effluent, separating the light hydrocarbons from the light hydrocarbon, hydrogen and heavy hydrocarbon containing feed stream. Adsorption method. 제1항에 있어서, 상기 b)단계 중의 제2흡착 대역의 온도가 상기 a)단계 중의 제1흡착 대역의 온도보다 높은 방법.The method of claim 1, wherein the temperature of the second adsorption zone in step b) is higher than the temperature of the first adsorption zone in step a). 제1항에 있어서, 상기 경질 탄화수소가 분자 당 1 내지 5개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소이고, 상기 중질 탄화수소가 분자 당 6개 이상의 탄소 원자를 갖는 탄화수소인 방법.The method of claim 1, wherein the light hydrocarbon is a hydrocarbon having 1 to 5 carbon atoms per molecule and the heavy hydrocarbon is a hydrocarbon having 6 or more carbon atoms per molecule. 탄소수 6 이상의 탄화수소 일부를 포함하는 액상 응축물 스트림을 응축시키고, 수소, 탄소수 1 내지 5의 탄화수소 분획물 및 탄소수 6 이상의 탄화수소 분획물을 포함하는 상부 증기 스트림을 형성하기에 충분한 온도까지 유출물 스트림을 냉각시키는 단계, b) 탄소수 6 이상의 탄화수소 분획물 중 적어도 일부를 흡착시키고 수소 및 탄소수 1 내지 5의 탄화수소 분획물을 포함하는 제1유출물 스트림을 형성하기에 충분한 온도 및 압력으로 유지된 고상 흡착제를 갖는 제1흡착 대역을 통하여 상부 증기 스트림을 통과시키는 단계, c) 탄소수 1 내지 5의 탄화수소 분획물 중 적어도 일부를 흡착시키고, 수소를 포함하는 제2유출물 스트림을 형성하기에 충분한 온도 및 압력으로 유지된 고상 흡착제를 갖는 제2흡착 대역을 통하여 상기 제1유출물 스트림을 통과시키는 단계, d) 상기 b)단계에서 형성된 탄소수 6 이상의 탄화수소 분획물 풍부 흡착제로부터 탄소수 6 이상의 탄화수소 분획물 중 적어도 일부를 탈착시키기에 충분한 온도까지 제2유출물중 적어도 일부를 가열하여 승온시키고, 가열된 부분을 상기 제1흡착 대역에 통과시켜, 탄소수 6 이상의 탄화수소 분획물 중 적어도 일부를 포함하는 제1탈착 유출물 스트림을 형성하기에 효과적인 탈착 조건 하에 제1흡착 대역에서 형성된 탄소수 6 이상의 탄화수소 분획물 풍부 흡착제 중 적어도 일부와 접촉시키는 단계 및 e) 상기 탄소수 1 내지 5의 탄화수소 분획물 풍부 흡착제로부터 탄소수 1 내지 5의 탄화수소 분획물 중 적어도 일부를 탈착시켜 탄소수 1 내지 5의 탄화수소 분획물 중 적어도 일부를 포함하는 제2탈착 유출물을 형성하기에 충분한 압력으로 감압시켜서 상기 c)단계에서 형성된 탄소수 1 내지 5의 탄화수소 분획물 풍부 흡착제 중 적어도 일부를 재생시키는 단계로 이루어지는, 탄화수소 전환 공정으로부터 수소, 탄소수 1 내지 5의 탄화수소 및 탄소수 6 이상의 탄화수소를 함유하는 유출물 스트림을 분리하는 방법.Condensing the liquid condensate stream comprising a portion of hydrocarbons having at least 6 carbon atoms and cooling the effluent stream to a temperature sufficient to form a top vapor stream comprising hydrogen, hydrocarbon fractions having 1 to 5 carbon atoms and hydrocarbon fractions having at least 6 carbon atoms. Step, b) first adsorption with solid phase adsorbent maintained at a temperature and pressure sufficient to adsorb at least a portion of the hydrocarbon fraction having at least 6 carbon atoms and to form a first effluent stream comprising hydrogen and hydrocarbon fractions having 1 to 5 carbon atoms; Passing the upper vapor stream through the zone, c) adsorbing at least a portion of the hydrocarbon fraction having 1 to 5 carbon atoms and maintaining a solid phase adsorbent maintained at a temperature and pressure sufficient to form a second effluent stream comprising hydrogen. Passing the first effluent stream through a second adsorption zone having (D) heating and warming at least a portion of the second effluent to a temperature sufficient to desorb at least a portion of the hydrocarbon fraction having at least 6 carbon atoms from the hydrocarbon fraction rich at least 6 carbon atoms adsorbent formed in step b); Is passed through the first adsorption zone to form a first desorption effluent stream comprising at least a portion of the hydrocarbon fractions having at least 6 carbon atoms, wherein at least one of the hydrocarbon fractions rich at 6 carbon atoms or more formed in the first adsorption zone is effective under desorption conditions. Contacting a portion and e) a second desorption effluent comprising at least a portion of the hydrocarbon fraction having 1 to 5 carbon atoms by desorbing at least a portion of the hydrocarbon fraction having 1 to 5 carbon atoms from the hydrocarbon fraction rich adsorbent having 1 to 5 carbon atoms. To a pressure sufficient to form Separating an effluent stream containing hydrogen, hydrocarbons of 1 to 5 carbon atoms and hydrocarbons of 6 or more carbon atoms from the hydrocarbon conversion process, which comprises regenerating at least a portion of the hydrocarbon fraction enriched adsorbent having 1 to 5 carbon atoms formed in step c). How to. 제4항에 있어서, 상기 탄소수 1 내지 5의 탄화수소 분획물이 주로 메탄을 함유하고, 탄소수 6 이상의 탄화수소 분획물이 주로 벤젠을 함유하는 방법.The method of claim 4, wherein the hydrocarbon fraction having 1 to 5 carbon atoms contains mainly methane and the hydrocarbon fraction having 6 or more carbon atoms contains mainly benzene. 제1항에 있어서, 스트림 중에 함유되어 제1흡착 대역을 통과하는 수소 대 중질 탄화수소의 비가 1 : 1 내지 10 : 1인 방법.The process of claim 1 wherein the ratio of hydrogen to heavy hydrocarbons contained in the stream and passing through the first adsorption zone is from 1: 1 to 10: 1.
KR1019910006723A 1991-04-26 1991-04-26 Integrated adsorption process for hydrogen and hydrocarbon recovery using temperature swing step in front of pressure swing step KR940003499B1 (en)

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