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TW201726243A - 整合型氣渦輪機及轉換系統方法 - Google Patents

整合型氣渦輪機及轉換系統方法 Download PDF

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TW201726243A
TW201726243A TW105133445A TW105133445A TW201726243A TW 201726243 A TW201726243 A TW 201726243A TW 105133445 A TW105133445 A TW 105133445A TW 105133445 A TW105133445 A TW 105133445A TW 201726243 A TW201726243 A TW 201726243A
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TW
Taiwan
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reactor
cyclic
catalyst composition
gas
gas stream
Prior art date
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TW105133445A
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English (en)
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TWI626987B (zh
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賴瑞 艾西諾
羅曼 勒莫瓦納
Original Assignee
艾克頌美孚化學專利股份有限公司
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  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Abstract

所揭示者係一種整合式方法和系統以產生動力且將非環狀C5原料轉換成非芳香族環狀C5烴。揭示一種燃燒裝置諸如渦輪機、及含有觸媒化合物之反應器管。亦揭示一種涉及將非環狀C5原料與觸媒組成物接觸及獲得環狀C5烴的方法。

Description

整合型氣渦輪機及轉換系統方法 [相關申請案交叉引用]
本發明主張在2015年11月4日提出之USSN 62/250,674和在2016年2月2日提出之歐洲專利申請案16153715.4的優先權和利益。
本發明係關於整合型氣渦輪機和經對流加熱之管反應器及其在產生動力之方法和用於非環狀C5原料成為包含環狀C5化合物之產物的轉換中的用途。
環戊二烯(CPD)及其二聚物二環戊二烯(DCPD)是高度需求之原料，其在整個化學工業中被用於廣範圍之產物(諸如聚合材料、聚酯樹脂、合成橡膠、溶劑、燃料、燃料添加劑等)中。環戊二烯(CPD)現今是液態饋入之蒸氣裂解(例如石腦油及較重進料)的少量副產物。因為現有及新的蒸氣裂解設施轉至較輕進料，更少CPD被製造，但對CPD之需求正提升。因供應限制所致之高成本 影響在聚合物中CPD的潛力成品的用途。更多以CPD為底質的聚合物產物能被製造，若另外之CPD可在不受約束之速率下且較佳在比由蒸氣裂解回收更低之成本下被製造。其他環狀C5類的合製也是所希望者。環戊烷和環戊烯作為溶劑可具有高價值，同時環戊烯可充作共單體以製造聚合物且作為用於其他高價值化學品的起始材料。
有利地是要能使用觸媒系統以由豐富的C5原料製造環狀C5化合物(其包括作為主要產物之CPD)，以製造CPD，同時使輕(C4-)副產物之製造最少化。雖然較低之氫含量(例如環狀物、烯類、及二烯類)可能是較佳的，因為該反應吸熱被減少且對轉換之熱力學限制被改良，非飽和物比飽和原料更昂貴。由於反應化學和直鏈型C5相對支鏈型C5較低的價值(由於辛烷差異)二者，直鏈型C5的骨幹結構優於支鏈型C5者。豐富的C5可由非常規瓦斯和頁岩油獲得，並且由於嚴格的排放規定，在馬達燃料中減少使用。C5原料也可由生物進料(bio-feeds)產生。
現今使用各種催化脫氫技術以由C3和C4烷類製造單和二烯烴類，但不是環狀單烯烴類或環狀二烯烴類。典型方法使用載持在氧化鋁上之Pt/Sn作為該活性觸媒。另外有用的方法使用在氧化鋁上之氧化鉻。參見B.V.Vora於2012年催化作用專題第55冊1297-1308頁之"脫氫觸媒和方法之發展"("Development of Dehydrogenation Catalysts and Processes," Topics in Catalysis,vol.55,pp.1297-1308)；及J.C.Bricker於2012年催化作用專題第55冊1309-1314頁之"用於製造烯烴類之高等催化脫氫技術"("Advanced Catalytic Dehydrogenation Technologies for Production of Olefins,"Topics in Catalysis,vol.55,pp.1309-1314)。
還有另一常見方法使用載持在Zn及/或Ca鋁酸鹽上之Pt/Sn以使丙烷脫氫。雖然這些方法成功地將烷類脫氫，彼等不進行對於製造CPD為必要之環化。Pt-Sn/氧化鋁和Pt-Sn/鋁酸鹽觸媒展現適度的正戊烷的轉化，但此觸媒對環狀C5產物具有差的選擇率和產率。
載持在經氯化之氧化鋁觸媒上的Pt被用來將低辛烷石油腦重組成芳香族諸如苯和甲苯。參見US 3,953,368(Sinfelt),"有用於作為烴轉化觸媒之多元金屬團簇組成物"("Polymetallic Cluster Compositions Useful as Hydrocarbon Conversion Catalysts")。雖然這些觸媒在脫氫及環化C6和較高碳烷類以形成C6芳香族環上是有效的，彼在轉化非環狀C5類成為環狀C5類較不有效。這些載持在經氯化之氧化鋁觸媒上的Pt展現低的環狀C5產率及在流上之前兩小時之時間內展現鈍化。C6和C7烷類之環化藉助於芳香族環之形成，此並不在C5環化中發生。此效應可能部份是因CPD(一種環狀C5)之形成熱比苯(一種環狀C6)和甲苯(一種環狀C7)者高得多。這也藉由載持在經氯化之氧化鋁上的Pt/Ir及Pt/Sn所展現。雖然這些氧化鋁觸媒進行C6+物質的脫氫和環化二者以形成C6芳香族 環，將需要不同的觸媒以將非環狀C5轉化成環狀C5。
含Ga之ZSM-5觸媒被用在一方法中以由輕烷烴製造芳香族。Kanazirev等人之研究顯示：正戊烷易於利用Ga2O3/H-ZSM-5來轉化。參見Kanazirev等人在1991年催化學第9冊35-42頁的"利用Ga2O3/H-ZSM-5之經機械混合的觸媒對C8芳香族和正戊烷的轉化"(Conversion of C8 aromatics and n-pentane over Ga2O3/H-ZSM-5 mechanically mixed catalysts," Catalysis Letters,vol.9,pp.35-42)。並無報告環狀C5之製造，但在440℃及1.8hr-1 WHSV下製造6wt%以上之芳香族。也已顯示Mo/ZSM-5觸媒將烷烴類(尤其是甲烷)脫氫及/或環化。參見Y.Xu,S.Liu,X.Guo,L.Wang，和M.Xie在1994年催化學第30冊135-149頁的"不使用氧化物下而利用Mo/HZSM-5沸石觸媒對甲烷之活化"("Methane activation without using oxidants over Mo/HZSM-5 zeolite catalysts,"Catalysis Letters,vol.30,pp.135-149)。使用Mo/ZSM-5之高的正戊烷轉化率被證實，並不伴隨環狀C5之製造及裂解產物之高產率。這顯示：以ZSM-5為底質之觸媒可將烷烴類轉化成C6環，但無須製造C5環。
US 5,254,787(Dessau)介紹在烷烴類之脫氫中使用之NU-87觸媒。顯示此觸媒將C2-C6+脫氫以製造彼之不飽和類似物。在此專利中明確區分C2-5與C6+烷類：C2-5烷類之脫氫製造直鏈型或支鏈型單烯烴類或二烯烴類，但C6+烷類之脫氫產生芳香族類。US 5,192,728 (Dessau)涉及類似之化學，但利用含錫之結晶微孔材料。正如利用該NU-87觸媒者，僅顯示C5脫氫會製造直鏈型或支鏈型單烯烴類或二烯烴類而非CPD。
US 5,284,986(Dessau)介紹由正戊烷製造環戊烷和環戊烯之雙階段方法。進行一實例，其中第一階段包含利用Pt/Sn-ZSM-5觸媒將正戊烷脫氫且脫氫環化成烷烴類、單烯烴類和二烯烴類和環烷類之混合物。此混合物後續被導至由Pd/Sn-ZSM-5觸媒構成之第二階段反應器，其中二烯類(尤其是CPD)被轉化成烯烴類和飽和類。環戊烯在此方法中是所要的產物，但CPD是無用的副產物。比較用實例係利用Pt/Sn-ZSM-5觸媒，在不同溫度下進行，且被討論於下。
US 2,438,398；US 2,438,399；US 2,438,400；US 2,438,401；US 2,438,402；US 2,438,403；及US 2,438,404(Kennedy)揭示：利用各種觸媒，由1,3-戊二烯製造CPD。低的操作壓力、低的單程轉化率和低的選擇率使此方法不適當。另外，1,3-戊二烯並不是易取得的原料，不像正戊烷。亦請參見Kennedy等人在1950年工業及工程化學第42冊547-552頁之"由1,3-戊二烯形成環戊二烯"("Formation of Cyclopentadiene from 1,3-Pentadiene,"Industial and Engineering Chemistry,vol.42,pp.547-552,1950)。
Fel'dblyum等人在2009年多克雷地化學第424冊27-30頁之"利用鉑奈米觸媒且在硫化氫存在下C5烴類 之環化和脫氫環化"("Cyclization and dehydrocyclization of C5 hydrocarbons over platinum nanocatalysts and in the presence of hydrogen sulfide," Doklady Chemistry,vol.424,pp.27-30,2009)中報告：由1,3-戊二烯、正戊烯、及正戊烷製造CPD。對於在600℃下利用2%Pt/SiO2，1,3-戊二烯、正戊烯、和正戊烷轉化成為CPD的產率分別是與53%、35%、和21%一般高。在觀察CPD之起初製造的同時，在該反應之前幾分鐘內觀察到觸媒之急劇鈍化。利用含Pt之矽石所進行之實驗顯示利用Pt-Sn/SiO2之正戊烷的適度轉化，但有差的環狀C5產物的選擇率和產率。H2S作為1,3-戊二烯之環化促進劑的用途在以下被Fel'dblyum且在Marcinkowski "1,3-戊二烯之異構化和脫氫"("Isomerization and Dehydrogenation of 1,3-Pentadiene,")M.S.University of Central Florida,1977中被提呈。Marcinkowski顯示在700℃下以H2S有80%之1,3-戊二烯的轉化率與80%之CPD轉化率。高溫、限制之原料、和含硫產物(其後續需要洗滌)的可能性使此方法不合宜。
López等人在2008年之催化學第122冊267-273頁的"利用含Pt之HZSM-5、HBEA和SAPO-11之正戊烷的加氫異構化"(n-Pentane Hydroisomerization on Pt Containing HZSM-5、HBEA and SAPL-11,"Catalysis Letters,vol.122,pp.267-273,2008)中，研究正丁烷的反應，其利用包括H-ZSM-5之含Pt沸石。在中等溫度(250-400℃)下，彼報告利用該Pt-沸石對正戊烷有效率加氫異 構化，卻不討論環戊烯類之形成。想要避免此有害化學，因為支鏈型C5並不如直鏈型C5般有效率地製造環狀C5，如以上討論的。
Li等人在2008年催化期刊第255冊134-137頁之"正烷類至異烯類的催化脫氫異構化"("Catalytic dehydroisomerization of n-alkanes to isoalkenes," Journal of Catalysis,vol.255,pp.134-137,2008)中也研究利用含Pt沸石的正戊烷脫氫，其中Al已以Fe同質異晶地取代。這些Pt/[Fe]ZSM-5觸媒正有效率地將正戊烷脫氫且異構化，但在所用之反應條件下，沒有製造環狀C5且發生非所欲之骨幹異構化。
US 5,633,421揭示一種將C2-C5烷烴類脫氫以獲得對應之烯烴類的方法。同樣地，US 2,982,798揭示一種將含有3至6(包括)個碳原子之脂族烴脫氫的方法。然而，US 5,633,421和US 2,982,798都不揭示由非環狀C5烴類製造CPD，該非環狀C5烴類合適作為原料，因為彼是量多且價低的。
US 7,536,863描述一種經結合的循環，其中部份的該氣渦輪機廢氣流再循環至該氣渦輪機且其餘的該氣渦輪廢氣流由該循環排出。
另外，在設計專門性(on-purpose)CPD製造方法中存在很多挑戰。例如，將C5烴類轉化成CPD之反應是極吸熱的且受益於低壓和低溫，但正戊烷和其他C5烴類的明顯裂解可在相對低溫(例如450℃-500℃)下發生。 另外的挑戰包括在該方法之期間由於焦化所致之觸媒活性的喪失及由該觸媒移除焦炭所需之另外的處理，以及不能使用含氧氣體以在不破壞該觸媒下直接提供熱輸入給反應器。
因此，仍需要一種較佳在商業速率及條件下轉化非環狀C5原料成非芳香族之環狀C5烴類(尤其是環戊二烯)的方法。另外，有需要一種目標是要製造環戊二烯之催化方法，其在不過度製造C4-裂解產物及有可接受之觸媒老化性質下，由豐富的C5原料高產率地產生環戊二烯。另外，有需要由非環狀C5烴類故意CPD製造的方法和反應器系統，其對付上述挑戰。另外有需要有效率之整合式方法及反應器系統以同製造動力和故意CPD。
本發明係關於一種將非環狀C5烴轉換成環狀C5烴(包括但不限於環戊二烯("CPD"))的方法，其中該方法包含：a)壓縮包含氧之氣流；b)以該經壓縮的氣流氧化燃料以產生熱氣流；c)提供包含非環狀C5烴之原料；d)使該原料與觸媒組成物在平行的反應器管中接觸，同時藉由對流將熱從該熱氣流傳送至該反應器管壁的外表面；及e)獲得包含環狀C5烴之反應器流出物，其中該環狀C5 烴包含環戊二烯。
較佳地，b)之氧化可在渦輪機、燃料電池、爐(furnace)、鍋爐(boiler)、過量空氣燃燒器、流化床、及/或其他已知的燃燒裝置中進行。該燃料可以是固體(例如煤)、液體(例如燃料油)、氣體(例如H2、甲烷、天然氣等)、或其混合物。
本發明亦關於一種產生動力且將非環狀C5烴轉換成環狀C5烴的方法，其中該方法包含：a)壓縮包含氧之氣流；b)在渦輪機中以該經壓縮的氣流燃燒燃料氣以產生渦輪機動力及渦輪機廢氣流；c)提供包含非環狀C5烴之原料；d)該原料與觸媒組成物在平行的反應器管中接觸，同時藉由對流將熱從該渦輪機廢氣流傳送至該反應器管壁的外表面；及e)獲得包含環狀C5烴之反應器流出物，其中該環狀C5烴包含環戊二烯。
本發明係關於一種在經對流加熱之反應器中產生電力且將非環狀C5烴轉換成環狀C5烴的方法，其中該方法包含：a)壓縮包含氧之氣流；b)在燃料電池中以該經壓縮的氣流燃燒燃料氣以產生電及熱氣流；c)提供包含非環狀C5烴之原料； d)該原料與觸媒組成物在平行的反應器管中接觸，同時藉由對流將熱從該熱氣流傳送至該反應器管壁的外表面；及e)獲得包含環狀C5烴之反應器流出物，其中該環狀C5烴包含環戊二烯。
本發明亦關於一種在經對流加熱之反應器中產生蒸氣且將非環狀C5烴轉換成環狀C5烴的整合式方法，其中該方法包含：a)壓縮包含氧之氣流；b)在鍋爐中以該燃料流氧化燃料氣以產生蒸氣及熱氣流；c)提供包含非環狀C5烴之原料；d)使該原料與觸媒組成物在平行的反應器管中接觸，同時藉由對流將熱從該熱氣流傳送至該反應器管壁的外表面；及e)獲得包含環狀C5烴之反應器流出物，其中該環狀C5烴包含環戊二烯。
在本發明之一態樣中，該反應器管具有逆溫度分布。本發明之另一態樣中，該反應器管具有等溫或實質等溫的溫度分布。
在本發明之另一態樣中，該原料和該熱氣流(諸如該渦輪機廢氣流)在相同方向上流動以在該入口附近提供熱通量，其大於在該反應器管出口附近的熱通量。
仍在本發明之另一態樣中，另包含使用渦輪 機動力以i)轉動發電機而產生電力及/或ii)轉動壓縮機。
本發明還有一態樣包含i)提供二或更多個的平行反應器管叢，該反應器管包含觸媒組成物及ii)將復活氣體或再生氣體提供至一或多個反應器管叢且同時將包含非環狀C5烴類之原料提供至不同的一或多個反應器管叢。
本發明還有一態樣係關於一種產生動力且將非環狀C5烴轉換成環狀C5烴的系統，其中該整合式轉換系統包含：a)壓縮機，其用於壓縮包含氧之氣流；b)用於在該燃燒裝置中以該經壓縮的氣流燃燒燃料以產生熱氣流的槽；c)包含非環狀C5烴之原料流；d)包含觸媒組成物之平行反應器管；及e)藉由下列所製造之包含環狀C5烴的反應器流出物流：在該(等)平行反應器管中至少一部份之該原料與觸媒組成物接觸，同時藉由對流由該熱氣流將熱傳送至該反應器管壁之外表面，其中該環狀C5烴包含環戊二烯。
較佳地，該槽是渦輪機、燃料電池、爐、鍋爐、過量氣體燃燒器、流化床、及/或其他已知之燃燒裝置。
本發明還有一態樣係關於一種產生動力且將非環狀C5烴轉換成環狀C5烴的整合式轉換系統，其中該整合式轉換系統包含： a)壓縮機，其用於壓縮包含氧之氣流；b)渦輪機，其用於在該渦輪機中以該經壓縮的氣流燃燒燃料氣體以產生渦輪機動力及渦輪機廢氣流；c)包含非環狀C5烴之原料流；d)包含觸媒組成物之平行反應器管；及e)藉由下列所製造之包含環狀C5烴的反應器流出物流：在該(等)平行反應器管中至少一部份之該原料與觸媒組成物接觸，同時藉由對流由該渦輪機廢氣流將熱傳送至該反應器管壁之外表面，其中該環狀C5烴包含環戊二烯。
本發明另一態樣包含：a)包含H2之復活氣流；及b)用於使該復活氣體與該觸媒組成物接觸以移除在該觸媒組成物上之至少一部份的焦炭材料的裝置。
本發明仍還有另一態樣包含：a)包含惰性氣體之驅淨流和包含氧化用材料之再生氣流；及b)用於下列之裝置：i)由該等反應器管驅淨任何可燃氣體，包括原料和反應器產物及ii)使該再生氣體與該觸媒組成物接觸以藉由氧化移除在該觸媒組成物上之至少一部份之焦炭材料。
10‧‧‧原料
11‧‧‧導管
12‧‧‧交換器
13‧‧‧導管
14‧‧‧入口歧管
15‧‧‧導管
16‧‧‧反應器入口
20‧‧‧封體
23‧‧‧平行反應器管
26‧‧‧導管
32‧‧‧反應器流出物
40‧‧‧復活系統
41‧‧‧復活氣體
42‧‧‧交換器
43,44‧‧‧導管
45‧‧‧復活氣體
50‧‧‧再生系統
51,52‧‧‧導管
53‧‧‧再生氣體
54‧‧‧驅淨用氣體
60‧‧‧氣流
61‧‧‧壓縮機
62‧‧‧燃料氣
63‧‧‧渦輪機
64‧‧‧渦輪機動力
70‧‧‧渦輪機廢氣流
71‧‧‧導管
72‧‧‧經冷卻之廢氣流
80‧‧‧封體
81‧‧‧另外之燃燒裝置
82‧‧‧另外之燃料氣
90‧‧‧蒸氣
91‧‧‧交換器
92‧‧‧導管
100‧‧‧濾器
101‧‧‧轉換系統
105‧‧‧壓縮機
110‧‧‧渦輪機
116‧‧‧擋板
120‧‧‧燃燒裝置
121‧‧‧管道燃燒器
130‧‧‧入口歧管
131‧‧‧反應器管
132‧‧‧出口歧管
140‧‧‧熱傳裝置
141‧‧‧再生氣體
142‧‧‧導管
150‧‧‧旁通煙囪
151‧‧‧消音器
152‧‧‧煙囪
153‧‧‧廢氣消音器
160‧‧‧發電機
200‧‧‧再生氣體供應集管
201‧‧‧原料集管
202‧‧‧復活氣體供應集管
203‧‧‧復活流出物集管
204‧‧‧共同產物集管
205‧‧‧再生流出物集管
206,207,208,209‧‧‧導管
210,211,212,213‧‧‧反應器
214,215,216,217‧‧‧導管
圖1描繪用於多重反應器之配置。
圖2描繪轉換系統和方法之示圖。
圖3描繪整合式轉換系統和方法。
圖4描繪在實例3中環狀C5烴類的總碳產率相對在流上之時間(T.O.S)，同時維持逆溫度分布(500℃經過6吋至600℃)或等溫溫度分布(該6吋從頭至尾皆600℃)。
圖5描繪在實例3中C1-C4烴類的總碳產率相對T.O.S，同時維持逆溫度分布(500℃經過6吋至600℃)或等溫溫度分布(該6吋從頭至尾皆600℃)。
圖6描繪在實例5中，於連續在油上反應器操作策略及間歇性H2復活反應器操作策略下，環狀C5烴類之位址-時間-產率(STY)(亦即cC5之莫耳/Pt之莫耳/秒)相對T.O.S。
定義
為供本說明書和所附之申請專利範圍的目的，很多用詞和片語定義於下。
如本揭示和申請專利範圍中使用的，單數型"一"及"該"包括多數型，除非內文另外清楚指明。
如片語(諸如A及/或B)中使用之用詞"及/或"在本文中意欲包括"A和B"、"A或B"、"A"和"B"。
如本文中使用的，用詞"約"是指在特定值加或減其10%之值的範圍。例如，片語"約200"包括200加 或減其10%或由180至220。
用語"飽和類"包括但不限於烷類和環烷類。
用語"非飽和類"包括但不限於烯類、二烯類、炔類、環烯類及環二烯類。
用語"環狀C5"或"cC5"包括但不限於環戊烷、環戊烯、環戊二烯、及其二或多者之混合物。用語"環狀C5"或"cC5"也包括任何前述者的烷化類似物例如甲基環戊烷、甲基環戊烯、和甲基環戊二烯。為本發明之目的，應承認：環戊二烯在廣範圍條件下(包括周圍溫度和壓力)，經由狄耳士-阿德爾反應，隨時間自發地二聚合以形成二環戊二烯。
用語"非環類"包括但不限於直鏈型及支鏈型飽和類和非飽和類。
用語"芳香族"意思是具有共軛雙鍵之平面環狀烴基諸如苯。如本文中使用的，用語"芳香族"涵蓋含有一或多個芳香族環之化合物(其包括但不限於苯、甲苯及二甲苯)、及多核芳香族(PNAs)(其包括萘、蒽、苯并菲、及其烷化變化型)。用語"C6+芳香族"包括以具有6或更多環原子之芳香族環為底質之化合物(其包括但不限於苯、甲苯及二甲苯)、及多核芳香族(PNAs)(其包括萘、蒽、苯并菲、及其烷化變化型)。
用語"BTX"包括但不限於苯、甲苯和二甲苯(鄰位及/或間位及/或對位)之混合物。
用語"焦炭"包括但不限於低氫含量之烴，其 被吸附在該觸媒組成物上。
用語"Cn"意思是每個分子具有n個碳原子之烴(類)，其中n是正整數。
用語"Cn+"意思是每個分子具有至少n個碳原子之烴(類)。
用語"Cn-"意思是每個分子具有不多於n個碳原子之烴(類)。
用語"烴"意思是含有與碳鍵結之氫的化合物類，且涵蓋(i)飽和烴化合物、(ii)不飽和烴化合物、及(iii)烴化合物(飽和及/或不飽和)的混合物，包括具有不同n值之烴化合物的混合物。
用語"C5原料"包括含有正戊烷之原料，諸如主要是正戊烷和異戊烷(也稱為甲基丁烷)而帶有較少比率之環戊烷和新戊烷(也稱為2,2-二甲基丙烷)的原料。
如本文中使用的，用語"含氧"意思是氧和含氧之化合物，包括但不限於O2、CO2、CO、H2O、和含氧烴類諸如醇類、酯類、醚類等。
所有的數字和對於元素週期表的引用是基於在化學和工程新知(Chemical and Engineering News),63(5),27(1985)中所列出之新標記，除非另外說明。
用語"第10族金屬"意思是在週期表第10族中的元素且包括Ni、Pd、及Pt。
用語"第11族金屬"意思是在週期表第11族中的元素且包括但不限於Cu、Ag、Au、及彼之二或多者 的混合物。
用語"第1族鹼金屬"意思是在週期表第1族中的元素且包括但不限於Li、Na、K、Rb、Cs、及彼之二或多者的混合物，且排除氫。
用語"第2族鹼土金屬"意思是在週期表第2族中的元素且包括但不限於Be、Mg、Ca、Sr、Ba、及彼之二或多者的混合物。
用語"限制指數(constraint index)"係在US 3,972,832和US 4,016,218中被定義，二專利藉由引用被併入本文中。
如本文中使用的，用語"MCM-22系分子篩"(或"MCM-22系之材料"或"MCM-22系材料"或"MCM-22系沸石")包括下列一或多者：分子篩，其係由普通之第一度結晶建構塊單位晶格製成，該單位晶格具有MWW架構位相。(單位晶格是原子之空間排列，其若鋪排在三維空間中，則描述晶體結構。此等晶體結構係在2001年"沸石架構類型之圖冊(Atlas of Zeolite Framework Types)"第5版中討論，其整體內容被併入作為參考)；分子篩，其係由普通之第二度建構塊製成，是此等MWW架構位相單位晶格之二維鋪排，形成具有一單位晶格厚度(較佳是一c單位晶格厚度)的單層；分子篩，其係由普通之第二度建構塊製成，是具有一或多於一單位晶格厚度的多層，其中該具有多於一單位晶 格厚度之層係由堆疊、壓縮、或結合至少二個具有一單位晶格厚度之單層而製成。此類第二度建構塊之堆疊可以是規則方式、不規則方式、隨機方式、或彼等之任何組合；及分子篩，其係藉由具有MWW架構位相之單位晶格的任何規則或隨機2-維或3-維組合所製成。
該MCM-22系包括那些具有包括在12.4±0.25、6.9±0.15、3.57±0.07、及3.42±0.07埃之最大d-間距的X光繞射圖的分子篩。用以將該材料特徵化之X光繞射圖係藉由使用銅之K-α偶極子作為入射輻射及一配備閃爍計數器和相關電腦作為收集系統之繞射儀的標準技術而獲得。
如本文中所用的，術語"分子篩"與用語"微多孔性結晶材料"或"沸石"同義地被使用。
如本文中所用的，術語"碳選擇率"意思是在所形成之個別環狀C5、CPD、C1、及C2-4中的碳莫耳數除以在所轉化之戊烷中的碳的總莫耳數。片語"至少30%之環狀C5的碳選擇率"意思是：在該經轉化之戊烷中每100莫耳的碳有30莫耳的碳形成在該環狀C5中。
如本文中所用的，術語"轉化率"意思是在被轉化成產物之非環狀C5原料中的碳莫耳數。用語"至少70%之該非環狀C5原料成為該產物的轉化率"意思是至少70莫耳%之該非環狀C5原料被轉化成產物。
如本文中所用的，術語"反應器系統"是指包 括一或多個反應器及在環戊二烯製造中使用之所有需要及隨意之設備的系統。
如本文中所用的，術語"反應器"是指任何槽，其中發生化學反應。反應器包括確定的反應器以及在單一反應器設備內之反應區和若適用，穿過多個反應器之反應區。換言之，且如常見的，單一反應器可具有多個反應區。在該描述指稱第一和第二反應器的情況中，該技藝之一般技術人員將容易了解此種指稱包括二個反應器，以及具有第一和第二反應區之單一反應器。同樣地，第一反應器流出物和第二反應器流出物會被認為是分別包括來自單一反應器之該第一反應區之流出物和來自該第二反應區之流出物。
為供本發明之目的，1psi等於6.895kPa。尤其，1psia等於1kPa絕對(kPa-a)。同樣地，1psig等於6.895kPa表(kPa-g)。
本發明係關於一種將非環狀C5烴轉換成環狀C5烴的方法。在某些態樣中，本發明係關於一種產生動力且將非環狀C5烴轉換成環狀C5烴的整合式方法，其中該方法包含：壓縮包含氧之氣流；在渦輪機中以該經壓縮的氣流燃燒燃料氣以產生渦輪機動力及渦輪機廢氣流；提供包含非環狀C5烴之原料；使該原料與觸媒組成物在平行的反應器管中接觸，同時藉由對流將熱從該渦輪機廢氣流傳送至該反應器管壁的外表面；及獲得包含環狀C5烴之反應器流出物，其中該環狀C5烴包含環戊二烯。該轉換 系統和方法之各態樣使能在該反應器管中維持逆溫度分布，此可以有利地使含碳物質之形成最小化且和提升產物產率。本發明之其他態樣允許在低於大氣壓之壓力下操作該反應器出口以強化環狀C5產物之形成。本發明還有其他態樣呈現：改良整體能量利用率及使能量成本最小化之優點，此係藉由提取最高數值之熱作為軸工(shaft work)，同時減低或消除加熱該轉化方法所需之另外燃燒裝置(例如燃燒器)的個數。
原料
在本文中有用的非環狀C5原料可由原油或天然氣冷凝液獲得，且可包括藉由精煉及化學方法(諸如流體催化裂解(FCC)、重組、加氫裂解、加氫處理、焦化、及蒸氣裂解)製造之經裂解的C5(不同的不飽和度：烯類、二烯類、炔類)。
在一或多個實例態樣中，在本發明之方法中有用的非環狀C5原料包含戊烷、戊烯、戊二烯、及其二或多者的混合物。較佳地，在一或多個實例態樣中，該非環狀C5原料包含至少約50wt%、或60wt%、或75wt%、或90wt%正戊烷、或在約50wt%至約100wt%範圍中的正戊烷。
該非環狀C5原料隨意地不包含C6芳香族化合物諸如苯，較佳地C6芳香族化合物之存在少於5wt%、較佳地少於1wt%，較佳地存在少於0.01wt%，較佳地 0wt%。
該非環狀C5原料隨意地不包含苯、甲苯、或二甲苯(鄰位、間位、或對位)，較佳地該苯、甲苯、或二甲苯(鄰位、間位、或對位)化合物之存在少於5wt%、較佳地少於1wt%，較佳地存在少於0.01wt%，較佳地0wt%。
該非環狀C5原料隨意地不包含C6+芳香族化合物諸如苯，較佳地C6+芳香族化合物之存在少於5wt%、較佳地少於1wt%，較佳地存在少於0.01wt%，較佳地0wt%。
該非環狀C5原料隨意地不包含C6+化合物，較佳地C6+化合物之存在少於5wt%、較佳地少於1wt%，較佳地存在少於0.01wt%，較佳地0wt%。
較佳地，該C5原料實質上不含有含氧化合物。在上下文中使用之"實質上不含有"意思是該原料包含以該進料之重量計少於約1.0wt%，例如少於約0.1wt%、少於約0.01wt%、少於約0.001wt%、少於約0.0001wt%、少於約0.00001wt%之含氧化合物。
較佳地，包含氫及隨意之輕烴類(諸如C1-C4烴類)的氫共進料也饋入該第一反應器。較佳地，至少一部份之該氫共進料在饋入該第一反應器之前與該C5原料摻混。在入口位置上(其中該進料首先與該觸媒接觸)，在該進料混合物中氫之存在防止或減少在該觸媒粒子上焦炭之形成。C1-C4烴類也可與該C5共饋入。
非環狀C5轉化方法
本發明之第一態樣是一種將非環狀C5原料轉化成包含環狀C5化合物之產物的方法。該方法包含在非環狀C5轉化條件下，於一或多種觸媒組成物(包括但不限於本文中所述之觸媒組成物)存在下，接觸該原料及隨意之氫以形成該產物的步驟。
本發明之第二態樣也是一種將非環狀C5原料轉化成包含環狀C5化合物之產物的方法，該方法包含在非環狀C5轉化條件下，於一或多種觸媒組成物(包括但不限於本文中所述之觸媒組成物)存在下，接觸該原料及隨意之氫以形成該產物的步驟。
在一或多個實例態樣中，轉化非環狀C5原料之方法的產物包含環狀C5化合物。該環狀C5化合物包含環戊烷、環戊烯、環戊二烯之一或多者，且包括其混合物。在一或多個實例態樣中，該環狀C5化合物包含至少約20wt%、或約30wt%、或約40wt%、或約50wt%之環戊二烯、或在約10wt%至約80wt%，可選擇地10wt%至80wt%之範圍中。
在一或多個實例態樣中，該非環狀C5轉化條件包括至少溫度、反應器出口壓力、反應器壓力降及每小時之重量空間速度(WHSV)。該溫度是在約450℃至約800℃之範圍中、或在約450℃至約650℃之範圍中、較佳地在約450℃至約600℃之範圍中。該反應器出口壓力在約 1至約50psia之範圍中、或在約4至約25psia之範圍中、較佳地在約4至約10psia之範圍中。有利地，在低於大氣壓之壓力下操作該反應器出口強化環狀C5產物之形成。由反應器入口至反應器出口所測量之該反應器壓力降(反應器入口壓力-反應器出口壓力)是在約1至約100psi之範圍中、或在約1至約75psi之範圍中、較佳地約5至約45psi。該每小時之重量空間速度在約1至約1000hr-1之範圍中、或在約1至約100hr-1之範圍中、較佳地在約2至約20hr-1。此等條件包括該隨意之氫共進料對該非環狀C5原料之莫耳比率在約0至3範圍中、或在約1至約2範圍中。此等條件也可包括共進料C1-C4烴類與該非環狀C5進料。較佳地，共進料(若存在)不管包含氫、C1-C4烴類或二者與否，實質上不含有含氧化合物。在上下文中使用之"實質上不含有"意思是：該共進料包含以該共進料重量計少於約1.0wt%，例如少於約0.1wt%、少於約0.01wt%、少於約0.001wt%、少於約0.0001wt%、少於約0.00001wt%之含氧化合物。
在一或多個實例態樣中，本發明係關於一種將正戊烷轉化成環戊二烯之方法，其包含下述步驟：在550℃至650℃之反應器出口溫度、4至約20psia之反應器出口壓力、約5至約45psi之反應器壓力降及2至約20hr-1之每小時重量空間速度下，使正戊烷及隨意之氫(若存在，一般地H2對正戊烷係以0.01至3.0之比率存在)與一或多種觸媒組成物(其包括但不限於本文所述之觸媒組 成物)接觸以形成環戊二烯。
觸媒組成物
在本文中有用之觸媒組成物包括微多孔性結晶金屬矽酸鹽類諸如結晶鋁矽酸鹽類、結晶鐵矽酸鹽類、或其他含金屬之結晶矽酸鹽類(諸如那些該金屬或含金屬化合物分散在該結晶矽酸鹽結構內且可以或可以不是該結晶構造之部份者)。在本文中有用於作為觸媒組成物的微多孔性結晶金屬矽酸鹽構造類型包括但不限於MWW、MFI、LTL、MOR、BEA、TON、MTW、MTT、FER、MRE、MFS、MEL、DDR、EUO、及FAU。
特別適合用於本文中之微多孔性金屬矽酸鹽類包括MWW、MFI、LTL、MOR、BEA、TON、MTW、MTT、FER、MRE、MFS、MEL、DDR、EUO、及FAU構造類型者(諸如沸石β、絲光沸石、八面沸石、沸石L、ZSM-5、ZSM-11、ZSM-22、ZSM-23、ZSM-35、ZSM-48、ZSM-50、ZSM-57、ZSM-58、及MCM-22系材料)，其中元素週期表之第8、11、及13族中之一或多種金屬(較佳地Fe、Cu、Ag、Au、B、Al、Ga、及/或In之一或多者)在合成期間被併入該晶體結構中或在結晶後被浸漬。據承認：金屬矽酸鹽可具有一或多種金屬存在且例如一種材料可被稱為鐵矽酸鹽，但最可能仍含有少量鋁。
該微多孔性結晶金屬矽酸鹽類較佳具有少於12，或者1至12，或者3至12之限制指數。在本文中有 用之鋁矽酸鹽類具有少於12，諸如1至12，或者3至12之限制指數，且包括但不限於沸石β、絲光沸石、八面沸石、沸石L、ZSM-5、ZSM-11、ZSM-22、ZSM-23、ZSM-35、ZSM-48、ZSM-50、ZSM-57、ZSM-58、及MCM-22系材料、及其二或多者的混合物。在一較佳實例態樣中，該結晶鋁矽酸鹽具有約3至約12之限制指數且為ZSM-5。
ZSM-5被描述於US 3,702,886中。ZSM-11被描述於US 3,709,979中。ZSM-22被描述於US 5,336,478中。ZSM-23被描述於US 4,076,842中。ZSM-35被描述於US 4,016,245中。ZSM-48被描述於US 4,375,573中。ZSM-50被描述於US 4,640,829中。ZSM-57被描述於US 4,873,067中。ZSM-58被描述於US 4,698,217中。限制指數及其測定方法被描述於US 4,016,218中。上述專利之每一者的全部內容藉由引用被併入本文中。
該MCM-22系材料係選自由MCM-22、PSH-3、SSZ-25、MCM-36、MCM-49、MCM-56、ERB-1、EMM-10、EMM-10-P、EMM-12、EMM-13、UZM-8、UZM-8HS、ITQ-1、ITQ-2、ITQ-30、及其二或更多者的混合物組成之群組。
該MCM-22系之材料包括MCM-22(在US 4,954,325中被描述)、PSH-3(在US 4,439,409中被描述)、SSZ-25(在US 4,826,667中被描述)、ERB-1(在EP 0 293 032中被描述)、ITQ-1(在US 6,077,498中被描述)、 及ITQ-2(在WO 97/17290中被描述)、MCM-36(在US 5,250,277中被描述)、MCM-49(在US 5,236,575中被描述)、MCM-56(在US 5,362,697中被描述)、及其二或更多者的混合物。於該MCM-22系中所要包括之相關沸石是UZM-8(在US 6,756,030中被描述)及UZM-8HS(在US 7,713,513中被描述)，二者也皆適合用於作為該MCM-22系之分子篩。
在一或多個實例態樣中，該結晶金屬矽酸鹽之Si/M莫耳比率(其中M是第8、11、或13族金屬)大於約3、或大於約25、或大於約50、或大於約100、或大於約400、或在約100至約2,000、或約100至約1,500、或約50至約2,000、或約50至約1,200之範圍中。
在一或多個實例態樣中，該結晶金屬矽酸鹽之SiO2/Al2O3莫耳比率大於約3、或大於約25、或大於約50、或大於約100、或大於約400、或在約100至約400、或約100至約500、或約25至約2,000、或約50至約1,500、或約100至約1,200、或約100至約1000之範圍中。
在本發明之另一實例態樣中，該微多孔性結晶金屬矽酸鹽(諸如鋁矽酸鹽)係與第10族金屬或金屬化合物及隨意之一、二、三、或多種第1、2、或11族金屬或金屬化合物結合。
在一或多個實例態樣中，該第10族金屬包括或選自由Ni、Pd、及Pt組成之群組，較佳是Pt。該觸媒 組成物之第10族金屬含量以該觸媒組成物之重量計是至少0.005wt%。在一或多個實例態樣中，該第10族含量以該觸媒組成物之重量計是在約0.005wt%至約10wt%之範圍中，或在約0.005wt%至約1.5wt%之範圍中。
在一或多個實例態樣中，該第1族鹼金屬包括或選自由Li、Na、K、Rb、Cs、及其二或多者之混合物組成之群組，較佳是Na。
在一或多個實例態樣中，該第2族鹼土金屬包括或選自由Be、Mg、Ca、Sr、Ba及其二或多者之混合物組成之群組。
在一或多個實例態樣中，該第1族鹼金屬係以氧化物形式存在且該金屬是選自由Li、Na、K、Rb、Cs、及其二或多者之混合物組成之群組。在一或多個實例態樣中，該第2族鹼土金屬係以氧化物形式存在且該金屬是選自由Be、鎂、鈣、Sr、Ba及其二或多者之混合物組成之群組。在一或多個實例態樣中，該第1族鹼金屬係以氧化物形式存在且該金屬是選自由Li、Na、K、Rb、Cs、及其二或多者之混合物組成之群組；且該第2族鹼土金屬係以氧化物形式存在且該金屬是選自由Be、鎂、鈣、Sr、Ba及其二或多者之混合物組成之群組。
在一或多個實例態樣中，該第11族金屬包括或選自由銀、金、銅組成之群組，較佳是銀或銅。該觸媒組成物之第11族金屬含量以該觸媒組成物之重量計是至少0.005wt%。在一或多個實例態樣中，該第11族含量以 該觸媒組成物之重量計是在約0.005wt%至10wt%，或從約0.005wt%至高約1.5wt%之範圍中。
在一或多個實例態樣中，該觸媒組成物具有少於約25(較佳少於約15)之α值，如在添加該第10族金屬(較佳是鉑)之前所測量的。α值係如在US 3,354,078；催化作用期刊(The Journal of Catalysis)第4冊527頁(1965)；第6冊278頁(1966)；及第61冊395頁(1980)中所述者，使用538℃之固定溫度和在催化作用期刊第61冊395頁中詳述之可變流速來測定。
在鋁矽酸鹽之一或多個實例態樣中，該第1族鹼金屬對Al之莫耳比率是至少約0.5，或從至少約0.5至高約3，較佳至少約1，更佳至少約2。
在鋁矽酸鹽之一或多個實例態樣中，該第2族鹼土金屬對Al之莫耳比率是至少約0.5，或從至少約0.5至高約3，較佳至少約1，更佳至少約2。
在一或多個實例態樣中，該第11族金屬對第10族金屬之莫耳比率是至少約0.1，或從至少約0.1至高約10，較佳至少約0.5，更佳至少約1。在一或多個實例態樣中，該第11族鹼土金屬係以氧化物形式存在且該金屬係選自由金、銀、及銅、及其二或多者的混合物組成之群組。
在一或多個實例態樣中，在非環狀C5轉化條件(其含有正戊烷之原料與等莫耳H2、在約550℃至約600℃範圍中之溫度、於3與10psia之間的正戊烷分壓、及 10至20hr-1之正戊烷的每小時重量空間速度)下，本發明之觸媒組成物的使用提供至少約70%、或至少約75%、或至少約80%、或在約60%至約80%之範圍中的該非環狀C5原料的轉化率。
在一或多個實例態樣中，在非環狀C5轉化條件(其包括正戊烷原料與等莫耳H2、在約550℃至約600℃範圍中之溫度、在該反應器入口上於3與10psia之間的正戊烷分壓、及10至20hr-1之正戊烷的每小時重量空間速度)下，本發明之觸媒組成物之任一者的使用提供至少約30%、或至少約40%、或至少約50%、或在約30%至約80%之範圍中的環狀C5化合物的碳選擇率。
在一或多個實例態樣中，在非環狀C5轉化條件(其包括正戊烷原料與等莫耳H2、在約550℃至約600℃範圍中之溫度、在該反應器入口上於3與10psia之間的正戊烷分壓、及10至20hr-1之正戊烷的每小時重量空間速度)下，本發明之觸媒組成物之任一者的使用提供至少約30%、或至少約40%、或至少約50%、或在約30%至約80%之範圍中的環戊二烯的碳選擇率。
本發明之觸媒組成物可與基質或黏合劑材料結合以使其耐磨耗且更能抵抗在烴轉化應用之使用期間彼將被曝露的嚴苛條件。該經結合之組成物可含有以該基質(黏合劑)和本發明之材料的結合重量計1至99wt%之本發明的材料。微結晶材料和基質之相對比例可廣泛地變化，而該晶體含量範圍是約1至90wt%，且更經常地，尤其在 該複合材料被製備成珠粒、擠出體、丸粒、油滴形成之粒子、噴霧乾燥粒子等形式時是該複合材料的約2至約80wt%。
觸媒組成物之形狀和設計較佳被配置以使壓力降最小化、增加熱量傳送、且使質量輸送現象最小化。觸媒組成物可被形成為粒子，該等粒子被隨機載入該反應器中或可在該反應器內被形成為結構化觸媒形狀。
適合的觸媒之形狀和設計係描述於WO 2014/053553中，其係藉由引用被併入本文。該觸媒組成物可以是直徑2mm至20mm(例如2mm至10mm、或5mm至15mm)之擠出體。隨意地，該觸媒組成物橫剖面係經成形以具有一或多葉及/或凹面。另外，該觸媒組成物之葉及/或凹面係螺旋狀(spiraled)。該觸媒組成物可以是直徑2mm至20mm(例如2mm至10mm、或5mm至15mm)之擠出體；且該觸媒組成物橫剖面可以經成形以具有一或多葉及/或凹面；該觸媒組成物之葉及/或凹面係螺旋狀。用於固定床反應器(燃管、對流管、及循環的)，葉片型、凹型、螺旋型等之粒子形狀是特別有用的，且用於流體床反應器，球形粒子形狀是特別有用的。較佳地，用於固定床(例如循環的固定床反應器、燃管反應器、對流加熱管反應器等)之粒子一般是直徑2mm至20mm之擠出體；且該觸媒組成物橫剖面可以經成形以具有一或多葉及/或凹面；且該觸媒組成物之葉及/或凹面係螺旋狀。形狀也可包括在該形狀中之洞或穿孔以增加空隙度且改良質量 傳送。
結構化觸媒之形狀的實例包括在該反應器之內壁上及/或在其他經形成的無機載體結構上的觸媒塗層。適合之經成形的無機載體結構可以是金屬的或陶瓷的。較佳的陶瓷是那些具有高導熱性者例如碳化矽、氮化鋁、碳化硼、及氮化矽。適合之經成形的無機載體結構可以是有序的結構諸如經擠出之陶瓷獨塊及經擠出或捲曲之金屬獨塊。通常，適合之經形成的無機載體結構也可包括陶瓷或金屬泡體及經3D列印的結構。活性觸媒之塗層可藉由洗液塗覆或其他在此技藝中已知的措施施加至該載體結構。較佳地，該塗層厚度小於1,000微米；更佳地小於500微米；最佳地在100與300微米之間。
在使用該觸媒組成物於本發明之方法的期間，焦炭可被沉積在該觸媒組成物上，因此，此種觸媒組成物喪失其部份催化活性且變鈍化。該經鈍化的觸媒組成物可藉由包括高壓氫處理及以氧(諸如空氣或O2氣體)燃燒在該觸媒組成物上之焦炭之技術而再生。
有用的觸媒組成物包含結晶鋁矽酸鹽或鐵矽酸鹽，其隨意地與一、二、或多種另外之金屬或金屬化合物結合。較佳之結合物包括：1)結晶鋁矽酸鹽(諸如ZSM-5或沸石L)，其與第10族金屬(諸如Pt)、第1族鹼金屬(諸如鈉或鉀)、及/或第2族鹼土金屬結合；2)結晶鋁矽酸鹽(諸如ZSM-5或沸石L)，其與第 10族金屬(諸如Pt)及第1族鹼金屬(諸如鈉或鉀)結合；3)結晶鋁矽酸鹽(諸如鐵矽酸鹽或經鐵處理之ZSM-5)，其與第10族金屬(諸如Pt)及第1族鹼金屬(諸如鈉或鉀)結合；4)結晶鋁矽酸鹽(沸石L)，其與第10族金屬(諸如Pt)及第1族鹼金屬(諸如鉀)結合；5)結晶鋁矽酸鹽(諸如ZSM-5)，其與第10族金屬(諸如Pt)、第1族鹼金屬(諸如鈉)、及第11族金屬(諸如銀或銅)結合。
另一有用的觸媒組成物是第10族金屬(諸如Ni、Pd、及Pt，較佳是Pt)，其經載持在矽石(例如二氧化矽)上，該矽石係以第1族鹼金屬矽酸鹽(諸如Li、Na、K、Rb、及/或Cs矽酸鹽類)及/或第2族鹼土金屬矽酸鹽(諸如Mg、Ca、Sr、及/或Ba矽酸鹽類)改質，較佳是矽酸鉀、矽酸鈉、矽酸鈣及/或矽酸鎂，較佳以矽酸鉀及/或矽酸鈉。該觸媒組成物之第10族金屬的含量是以該觸媒組成物之重量計至少0.005wt%，較佳地以該觸媒組成物之重量計在約0.005wt%至約10wt%、或從約0.005wt%至高約1.5wt%的範圍中。該矽石(SiO2)可以是一般作為觸媒載體之任何矽石諸如那些以商標DAVISIL 646(Sigma Aldrich)、Davison 952、DAVISON 948或Davison 955(Davison Chemical Division of W.R.Grace and Company)上市者。
在不同態樣中，該觸媒材料(及隨意之基質材 料)之平均直徑可以是約5μm至約50mm，諸如約25μm至約3500μm。較佳地，該觸媒材料(及隨意之基質或黏合劑)之平均直徑可以是約25μm至約1200μm，更佳地約50μm至約1000μm，更佳地約10μm至約500μm，更佳地約30μm至約400μm，更佳地約40μm至約300μm。
對於在1至3500μm範圍中之粒子的"平均直徑"係使用由Malvern Instruments,Ltd.,Worcestershire,England取得之MastersizerTM 3000測定。除非另外陳述，否則粒度係在D50測定。D50是在累積分布中於50%之點上的粒子直徑值。例如，若D50=5.8μm，則在該樣品中之50%的粒子等於或大於5.8μm且50%小於5.8μm。(相對地，若D90=5.8μm，則在該樣品中之粒子的10%等於或大於5.8μm且90%小於5.8μm。)對於在3mm至50mm範圍中之粒子的"平均直徑"係使用測微器，對100個粒子之代表性樣品測定。
關於有用之觸媒組成物的更多資訊，請參見下列申請案：1)2015年11月4日提出之USSN 62/250,675；2)2015年11月4日提出之USSN 62/250,681；3)2015年11月4日提出之USSN 62/250,688；4)2015年11月4日提出之USSN 62/250,695；及5)2015年11月4日提出之USSN 62/250,689；彼等藉由引用被併入本文中。
轉換系統
該原料被饋入包含定位在封體內之平行反應器管的該轉換系統。隨意地，該原料在被饋至該平行反應器管之前，被饋至絕熱前導反應區。關於使用絕熱前導反應區之更多資訊，請參見2015年11月4日提出之USSN 62/250,697，其藉由引用被併入本文中。雖然可以使用任何已知之反應器管配置或封體，較佳地，該轉換系統包含多個平行反應器管在對流熱傳封體內。較佳地，該反應器管是直的，而非具有盤繞的或彎曲的路徑穿過該封體(雖然可以使用盤繞的或彎曲的管)。另外，該等管可具有圓形、橢圓形、長方形、及/或其他已知形狀的橫剖面。有利地，該等管具有小的橫剖面尺寸以使橫剖面的溫度梯度最小化。然而，減低該等管之橫剖面尺寸，對於特定生產速率而言，會增加管之數目。因此，最佳之管尺寸的選擇較佳是將橫剖面溫度梯度的最小化及構造成本的最小化最佳化。適合之橫剖面尺寸(亦即圓柱形管之直徑)可以是1cm至20cm，更佳是2cm至15cm，且最佳是3cm至10cm。
該等管係以藉由以包含氧之壓縮氣流氧化燃料所產生之熱氣流加熱。經常，該等管係以渦輪機廢氣流加熱，該渦輪機廢氣流係藉由以包含氧之壓縮氣渦輪機燃燒燃料氣所產生。在其他態樣，該反應器管係藉由對流以藉由在任何已知燃燒裝置中之燃燒所產生之熱氣來加熱，其中該燃燒裝置較佳係選自燃料電池、爐、鍋爐、或過量 空氣燃燒器。然而，以渦輪廢氣加熱該反應器管可能是較佳的，因在其他優點之外，還有動力或軸功之共產生。
包含氧之經壓縮的氣體係在至少一壓縮機中壓縮。較佳地，該經壓縮之氣體是經壓縮之空氣。隨意地，該經壓縮之空氣包含藉由部份分離氮而富含氧之空氣。可以使用在此技藝中已知之任何壓縮機及/或渦輪機。適合用於此轉換系統之壓縮機及渦輪機之實例被描述在US 7,536,863中，其藉由引用被併入本文中。較佳地，該渦輪機另外產生動力。可以使用該渦輪機動力以轉動壓縮機，該壓縮機壓縮該包含氧之經壓縮的空氣。隨意地，該轉換系統另外包含以藉由該渦輪機所產生之動力轉動的發電機及/或另外之壓縮機。該發電機可以產生電力。
藉由對流，熱由該熱氣流(常是該渦輪機廢氣流)傳送至該反應器管壁之外表面。該反應器管可以任何組態定位在該封體內。較佳地，該反應器管定位在該封體內以使原料和該熱氣流同向流動。同向流動提供在該反應器管入口附近之熱通量，其大於在該反應器出口附近之熱通量。在該反應器管入口附近需要較高之熱，例如用於提供反應熱及將原料加熱至所要之反應溫度所需之熱。所欲的是在該反應器管出口部份的附近係較低之熱通量(相對於壓入口之熱通量的量)，以避免高於想要之溫度，例如促進非所欲之焦化及/或裂解之溫度，該焦化及/或裂解對於特定之觸媒、操作壓力、及/或滯留時間，隨著溫度高於轉化條件溫度範圍以上而發生。
該轉化系統隨意地另外包含至少一種燃燒裝置，其使另外之熱能輸入該熱氣流(諸如該渦輪機廢氣流)。另外之熱可藉由燃燒裝置在該反應器管上游或下游提供至該熱氣流(例如該渦輪機廢氣流)。另外之燃料氣可以用該熱氣流(例如該渦輪機廢氣流)中之未反應的氧來燃燒，以在藉由對流從該熱氣流(例如該渦輪機廢氣流)傳送熱至該反應器管壁之前或之後，提高該熱氣流(例如該渦輪機廢氣流)之溫度。該另外之熱輸入可藉由任何在此技藝中已知之燃燒裝置，提供至該熱氣流(例如該渦輪機廢氣流)。適合燃燒裝置之實例包括導管燃燒器、補充的燃燒器、或其他習知之用於補充加熱煙道氣的裝置。
在某些態樣，該熱氣流可在比需要之溫度高的溫度下(亦即該轉化方法會在高於需要之溫度下，由於有從該熱氣流來的熱輸入)。在此等態樣，該熱氣流之溫度可在接觸該反應器管之前被降低。降低該熱氣流溫度之較佳方法包括該熱氣流與較冷氣流(諸如另外之空氣及/或再循環之經冷卻氣體)混合及/或使該熱氣流通過熱交換器。來自該熱氣流之過量的熱較佳可被使用以提供熱至該轉化方法，將該燃料或該包含氧之氣流預熱、及/或產生蒸氣。
該反應器管內含有觸媒組成物。該觸媒組成物可被塗覆在該反應器管內表面或可以是在該等管內之觸媒固定床(其包含隨機及結構化床)的部份。較佳地，該反應器管含有觸媒組成物和惰性材料之固定床。填充及/或 設計反應器管之固定床的合適方法包括US 8,178,075，其藉由引用整體被併入。該反應器管可包括至少一內部結構(例如同心的外殼)，以支撐該觸媒組成物及/或減低在該反應器管內之壓力降。該反應器管可包含定位在該反應器管內之混合用內部結構以在該徑向方向上提供混合。該混合用內部結構可定位在觸媒組成物之床內或在該反應器管之各部份中以分開二或多區之觸媒組成物。該反應器管可包含鰭片或輪廓(contours)在該反應器管之內部或外部，以促進熱由該管壁傳送至該觸媒組成物。該等鰭片或輪廓可被定位以在該反應器管入口附近提供熱通量，其大於在該反應器管出口附近之熱通量。適合之內部結構的實例包括多個擋板、棚、盤、管、桿、鰭片、輪廓、及/或分布器。這些內部結構可以用觸媒塗覆。適合之內部結構可以是金屬的或陶瓷的。較佳之陶瓷是那些具有高導熱性者例如碳化矽、氮化鋁、碳化硼、及氮化矽。
該反應區之溫度分布可藉由控制熱輸入速率(基於硬體設計、觸媒負載、燃燒等)來操控。儘管如此，只要在該反應器管入口附近之熱通量大於在該反應器管出口附近之熱通量，則可以提供實質等溫溫度分布，其係沿著該管中心線測得。實質等溫溫度分布之優點是使該觸媒之有效利用最大化且使無用之C4-副產物之製造最小化的優點。如本文中使用的，"等溫溫度分布"意思是如沿著該反應器之管中心線所測量之在該反應器入口與反應器出口之間的每一點上的溫度保持實質固定，例如在相同溫度下 或在相同之窄的溫度範圍內，其中上限溫度和下限溫度間之差距不多於約40℃；更佳是不多於20℃。較佳地，該等溫溫度分布是其中該反應器入口溫度與該反應器出口溫度差距在約40℃內，或是約20℃內，或是約10℃內，或是約5℃內者，或者該反應器入口溫度同於該反應器出口溫度。或者，該等溫溫度分布是其中該反應器入口溫度是在該反應器出口溫度之約20%內，或者在約10%內，或者在約5%內，或者在約1%內。
較佳地，該等溫溫度分布是其中沿著該反應器管內之反應區長度上的溫度與該反應器入口溫度相比，變化不多於約40℃，或不多於約20℃，或是不多於約10℃，或是不多於約5℃。或者，該等溫溫度分布是其中沿著該反應器內之反應區長度上的溫度是在該反應器入口溫度之約20%內，或者在約10%內，或者在約5%內，或者在該反應器入口溫度之約1%內。
然而，為使觸媒鈍化速率最小化，較佳者可以是要使該轉化系統之設計最佳化以致在該管型反應器中維持實質逆溫度分布。如本文中使用的，"逆溫度分布"意思是該反應器入口溫度低於該反應器出口溫度。較佳地，在該管入口之管中心線溫度低於在該管出口之管中心線溫度。"逆溫度分布"包括下述系統，其中在該反應器或系統中之溫度有變化，只要在該反應器管入口之溫度低於在該反應器管出口之溫度。"逆溫度分布"另外涵蓋一種反應器管，其具有中心線溫度T1：在沿著該反應器管之某些長 度上，該中心線溫度降至溫度T2；在沿著該反應器管之進一步長度上，該中心線溫度升至溫度T3；最後，在該反應器管出口的中心線溫度降至溫度T4；其中T3>T4>T1>T2。
在原料剛接觸在該反應器入口附近之觸媒組成物之點上所測量之溫度與該流出物不與在該反應器出口附近之觸媒組成物接觸之點上所測量的溫度相比，低約0℃至約200℃之間，較佳是約25℃至約150℃，更佳是約50℃至約100℃。較佳地，在原料剛接觸在該管入口附近之觸媒組成物之點上所測量之該管中心線溫度與該流出物不與在該管出口附近之觸媒組成物接觸之點上所測量的該管中心線溫度相比，低約0℃至約200℃之間，較佳是約25℃至約150℃，更佳是約50℃至約100℃。
在該反應器管中維持逆溫度分布可有利地使在該入口之含碳材料的形成最少化，該形成可能有助於該觸媒組成物之焦化。該逆溫度分布也可在該反應器管中，於在比出口溫度低而可使在流出物出口的含碳材料之形成最少化的操作溫度下，提供足夠之反應時間和長度以製造足量H2。
該轉換系統可另外包含熱傳送裝置，其用於由該熱氣流(例如該渦輪機廢氣)傳送另外之熱量至其他流諸如復活氣體、再生氣體、該原料(在該原料進入該反應器管之前)、該燃料(例如該燃料氣)、該包含氧之氣流、及/或蒸氣。該另外之熱傳送裝置可以是在此技藝中已知之 任何合適的熱傳裝置。適合之熱傳送裝置包括熱交換管束。該熱傳送裝置可被定位在該反應器管封體中，以致在熱從該熱氣流(例如該渦輪機廢氣)傳送至該反應器管之前或之後，另外之熱由該熱氣流(例如該渦輪機廢氣)，傳送至該反應器管。
該轉換系統可另外包含二或更多個平行反應器管叢在對流熱傳送封體內。該轉換系統可包含二或多個封體，每一封體包含一叢含有觸媒組成物之平行反應器管。該轉換系統也可包含用於控制該熱氣流(例如該渦輪機廢氣)之流動至每一叢的裝置。適合之流動控制裝置包括控制閥、擋板、百葉窗(louvre)、阻尼器、及/或管線。轉換系統也可包括使至少一部份該熱氣流(例如該渦輪機廢氣)轉向的能力以離開或環繞該反應器管和導引該熱氣流(例如該渦輪機廢氣)至其他熱回收裝置或至廢氣煙囪。該轉換系統也可包括輔助設備諸如廢氣消音器及洗滌器。
復活
在該轉換方法期間，含碳材料或焦炭材料形成在該觸媒組成物上而減低該觸媒組成物之活性。在一轉換循環期間沉積在該觸媒上之焦炭量被稱為遞增沉積之焦炭。使用復活循環以由該觸媒組成物移除至少一部份之該遞增沉積之焦炭材料。復活係藉由停止非環狀C5原料流動至該反應器管且減少藉由對流從該熱氣流(該渦輪機廢氣)所傳送至熱量而開始。從該熱氣流(該渦輪機廢氣流)傳 送至該反應器管之熱量可藉由限制該熱氣流(該渦輪機廢氣流)之流動及/或使至少一部份之該熱氣流(該渦輪機廢氣流)轉向以遠離該反應器管而降低。實質上不含反應性含氧化合物且包含氫(H2)之復活氣體被提供至該反應器管。在上下文中使用之"實質上不含"意思是該復活氣體包含基於該復活氣體之重量計少於約1.0wt.%，例如少於約0.1wt.%，少於約0.01wt.%，少於約0.001wt.%，少於約0.0001wt.%，少於約0.00001wt.%之含氧化合物。"反應性含氧化合物"是可利用其中之氧以與該觸媒反應的化合物，相對地，含氧之惰性化合物(諸如CO)不與該觸媒反應。
復活氣體之流動可以與停止之原料流動同方向或相反方向。該復活氣體包含≧50wt%H2(諸如≧60wt%、≧70wt%、較佳係≧90wt%H2)。復活氣體可另外包含惰性物質(例如N2、CO)、及/或甲烷。
該復活氣體在該反應器管內部與該觸媒組成物接觸以形成輕質烴且移除至少10wt%(≧10wt%)之遞增沉積之焦炭材料。被移除之遞增沉積之焦炭材料在約10wt%至約100wt%之間，較佳地在約90wt%至約100wt%之間。在焦炭材料移除後，暫停復活氣體之流動且重新開始非環狀C5原料的流動以及增量之藉由對流從該熱氣流(例如該渦輪機廢氣)的熱傳。
在所說明之轉換系統中的復活有利地具有≦90分鐘、例如≦60分鐘、≦30分鐘、≦10分鐘、諸如≦ 1分鐘、或≦10秒之時間長度。觸媒組成物與該復活氣體之接觸係在約500℃至約900℃之溫度下，較佳在約575℃至約750℃之溫度下發生。該反應器管出口壓力在復活循環期間是在約5psia至約250psia之間，較佳地在約25psia至約250psia之間。在所說明之轉化方法開始之後，復活可以有利地進行≧10分鐘，例如≧30分鐘、≧2小時、≧5小時、≧24小時、≧2天、≧5天、≧20天。
離開該反應器管且包含輕烴、未反應之氫、及焦炭顆粒之復活流出物可被送至壓縮裝置且後續送至分離設備，其中製造富含輕烴之氣體和耗盡輕烴之氣體。該輕烴氣體可被帶離，例如用於作為燃料氣體。該耗盡輕烴之流可與補充的氫結合且構成至少一部份之復活氣體以提供至該反應器管。該分離設備可以是薄膜系統、吸附系統(例如變壓型及/或變溫型)、或其他已知之用於將氫由輕烴分離的系統。可以提供顆粒分離裝置(例如旋風分離滾筒)，其中焦炭顆粒由該流出的復活氣體分離。
再生
在該轉換方法期間，在該觸媒組成物上形成一些含碳材料或焦炭材料，其並不藉由以含H2之復活氣體無氧地復活而移除。使用氧化性再生以由該觸媒組成物移除至少一部份之此焦炭材料。該再生循環係藉由停止原料流動至該反應器管，且減少藉由對流從該熱氣流(該渦輪機廢氣)所傳送之熱量而開始。使用驅淨用氣體(例如 N2)從該反應器管驅淨可燃烴氣體，其包括原料或反應器產物(非環狀及環狀C5烴)。在烴驅淨之後，包含氧化用材料(諸如氧)之再生氣體(例如空氣)被提供至該反應器管。再生氣體係在該反應器管內部與該觸媒組成物接觸以藉由氧化移除至少10wt%(≧10wt%)之在再生開始時所存在之焦炭材料。移除介於約10wt%至約100wt%，較佳地介於約90wt%至約100wt%之焦炭材料。在焦炭材料移除之後，復活氣體之流動被暫停且驅淨用氣體再被引導以由該反應器管驅淨含氧的再生氣體。在驅淨氧之後，接著可重新開始非環狀C5原料的流動，伴同藉由對流從該熱氣流(該渦輪機廢氣)所傳送之提高的熱量。
再生(包括在焦炭氧化之前或之後的驅淨)需要少於約10天，較佳地少於約3天來完成。再生可以在約每6天1次至約每180天1次之間地進行，較佳地在約每10天1次至約每40天1次之間地進行。
多封體配置
該轉換系統可另外包含二或更多個平行反應器管叢在對流熱傳封體內。該轉換系統可包含二或多個封體，每一封體包含一個含有觸媒組成物之平行反應器管叢。該轉換系統也可包含用於控制該熱氣流(例如該渦輪廢氣)流動至每一叢的裝置。合適之流動控制裝置包括控制閥、擋板、百葉窗、阻尼器、及/或導管。
所說明之轉化系統的轉化方法可包含提供復 活氣體或再生氣體至一或更多個平行反應器管叢且，同時提供包含非環狀C5烴之原料至不同之一或更多個反應器管叢。
圖1說明用於經平行互連之多個反應器(反應器管叢)的可能配置220。包含C5烴類(例如非環狀C5烴類)之原料可以由一原料集管201被分布至所有該等反應器(並非所有由每一集管至每一反應器之導管被顯示在圖1中)。產物可經由產物集管204從所有該等反應器收集。關於所收集之產物的可能配備的資訊，請參見下列申請案：1)2015年11月4日提出之USSN 62/250,678；2)2015年11月4日提出之USSN 62/250,692；3)2015年11月4日提出之USSN 62/250,702；及4)2015年11月4日提出之USSN 62/250,708；這些藉由引用被併入本文中。
同樣地，可能有一個用於該復活氣體之復活氣體供應集管202及/或一個用於再生氣體(其被分布至所有該等反應器)之再生氣體供應集管200。再生流出物集管205可由所有該等反應器收集再生流出物。同樣地，復活流出物集管203可由所有該等反應器收集復活流出物。雖然四(4)個反應器之配置係在圖1中顯示，本發明不受此數目限制。具有2、3、4、5、6、7、8、9、10、或更多反應器之多反應器配置適合本發明。較佳是具有五(5)個反應器之多反應器配置。
包含非環狀C5之原料可由原料集管201被提供至至少一個反應器(例如經由導管206至反應器210及/或經由導管208至反應器212)以作為該"油上(on-oil)"轉換循環之部份。離開該"油上"反應器(例如經由導管214及/或216)而包含環狀C5產物之反應器流出物被結合且經由共同產物集管204被導離。與該"油上"轉換同時地，復活氣體可被提供至一或多個反應器，例如經由導管207至反應器211。同樣地，再生氣體及驅淨用氣體可經過再生氣體供應集管200同時被提供至一或多個反應器，例如經由導管209至反應器213。再生流出物可由該一或多個被提供再生氣體和驅淨用氣體之反應器被收集。例如，再生流出物可由反應器213，經由導管217被收集至再生流出物集管205。復活流出物可由該一或多個被提供復活氣體之反應器被收集。例如，復活流出物可由反應器211，經由導管215被收集至復活流出物集管203。每一反應器被設計成具有閥調節系統(未被顯示)以使彼能根據該反應器是否正用於油上原料轉換、復活、及/或再生循環而與所有不同的集管連通及阻隔。該圖指明在特定時間點上的流動。應確認：在其他時間點上，該流動可背離該圖中所顯示者，因為反應器可週期地曝於油上原料轉換、復活、及/或再生。可以使用在此技藝中已知之任何閥調節系統及控制系統(例如雙阻擋和抽出)以防止可燃氣體和氧化劑氣體接觸。
有利地，該轉換方法可包含在多反應器轉化 系統中用於同時"油上"原料轉換、復活、及/或再生之循環配置。"油上"轉換時間一般多於10分鐘，常是約10分鐘至約20天。復活時間一般是約10秒至約2小時。在圖1中指明之配置220允許有多反應器，例如反應器210、211、及212可重複旋轉循環之"油上"轉換及復活，同時至少一個其他反應器(例如反應器213)完成再生。當反應器(例如反應器213)之再生被完成時，彼可返回至"油上"轉換/復活循環，同時另一反應器(例如反應器210)可視需要由循環出來以供再生。有利地，此一配置提供更一致之產物組成，同時減少所需之設備的量。
另外實例態樣
本發明另外關於：
實例態樣1. 一種產生動力且將非環狀C5烴轉換成環狀C5烴的整合式方法，其中該方法包含：a)壓縮包含氧之氣流；b)在渦輪機中以該經壓縮的氣流燃燒燃料氣以產生渦輪機動力及渦輪機廢氣流；c)提供包含非環狀C5烴之原料；d)使該原料與觸媒組成物在平行的反應器管中接觸，同時藉由對流將熱從該渦輪機廢氣流傳送至該反應器管壁的外表面；及e)獲得包含環狀C5烴之反應器流出物，其中該環狀C5烴包含環戊二烯。
實例態樣2. 實例態樣1之方法，其中該反應器管具有逆溫度分布。
實例態樣3. 實例態樣1或2之方法，其中該原料及該渦輪機廢氣流在相同方向上流動以提供在入口附近之熱通量，其大於在該反應器管之出口附近的熱通量。
實例態樣4. 實例態樣1至3中任一者的方法，其另包含使用該渦輪機動力以i)轉動發電機以產生電力及/或ii)轉動壓縮機。
實例態樣5. 實例態樣1至4中任一者的方法，其另包含以在該渦輪機廢氣流中未反應之氧燃燒另外的燃料氣以在步驟d)中該藉由對流傳送熱之前，提高該渦輪機廢氣流之溫度。
實例態樣6. 實例態樣1至5中任一者的方法，其中原料與觸媒組成之接觸係在H2、C1、C2、C3、及/或C4烴類存在下進行。
實例態樣7. 實例態樣1至6中任一者的方法，其另包含藉由提供鰭片或輪廓(contours)在該反應器管之內部及/或外部上以促進熱傳送至該觸媒組成物。
實例態樣8. 實例態樣7之方法，其中該鰭片及/或該輪廓促進在該入口之熱通量，其大於在該反應器管出口之熱通量。
實例態樣9. 實例態樣1至8中任一者的方法，其另包含藉由將混合用內部裝置提供於反應器管內以在該徑向方向上混合原料和經轉換之環狀C5烴，其中該混合用內 部裝置被定位i)在該觸媒組成物之床內或ii)在該反應器管之各部份中以分開二或多區的觸媒組成物。
實例態樣10. 實例態樣1至9中任一者的方法，其中原料與該觸媒組成物之接觸發生在約450℃至約800℃之溫度下。
實例態樣11. 實例態樣1至10中任一者的方法，其中提供至該反應器管之原料在該反應器入口具有約450℃至約550℃之溫度。
實例態樣12. 實例態樣1至11中任一者的方法，其中該反應器管在接觸原料期間具有約4psia至約50psia之出口壓力。
實例態樣13. 實例態樣1至12中任一者的方法，其中該反應器管在接觸原料期間，由反應器入口至反應器出口測量，具有約1psi至約100psi之壓力降。
實例態樣14. 實例態樣1至13中任一者的方法，其中至少約30wt%之該非環狀C5烴類被轉換成環戊二烯。
實例態樣15. 實例態樣1至14中任一者的方法，其中該觸媒組成物包含鉑於ZSM-5上、鉑於沸石L上、及/或鉑於經矽酸鹽改質之矽石上。
實例態樣16. 實例態樣15之方法，其中該觸媒組成物另包含惰性材料。
實例態樣17. 實例態樣1至16中任一者的方法，其中該觸媒組成物是直徑2mm至20mm之擠出體。
實例態樣18. 實例態樣1至17中任一者的方法，其 中該觸媒組成物橫剖面係經成形以具有一或多葉及/或凹面。
實例態樣19. 實例態樣18之方法，其中該觸媒組成物之葉及/或凹面係螺旋狀。
實例態樣20. 實例態樣1至19中任一者的方法，其中以在反應器管中活性觸媒含量計該每小時重量空間速度是1至1000hr-1。
實例態樣21. 實例態樣1至20中任一者的方法，其中該反應器管之內徑是約20mm至約200mm。
實例態樣22. 實例態樣1至21中任一者的方法，其中i)該原料、再生氣體、或復活氣體係經由入口和出口歧管被導引往返於該反應器等。
實例態樣23. 實例態樣1至22中任一者的方法，其另包含藉由對流而從該渦輪機廢氣傳送另外之熱量至復活氣體、再生氣體、該原料、該燃料氣、該包含氧之氣流、及/或蒸氣。
實例態樣24. 實例態樣1至23中任一者的方法，其另包含i)提供二或更多個平行反應器管叢，該等反應器管含有觸媒組成物及ii)將復活氣體或再生氣體提供至一或多個反應器管叢且同時將包含非環狀C5烴類之原料提供至不同的一或多個反應器管叢。
實例態樣25. 實例態樣1至24中任一者的方法，其另包含：a)停止提供包含非環狀C5烴類的原料且減少藉由對流 而從該渦輪機廢氣所傳送之熱量；b)提供包含H2之復活氣體；c)使該復活氣體與該觸媒組成物接觸以移除至少一部份在該觸媒組成物上之焦炭材料；及d)停止提供復活氣體且重新開始提供包含非環狀C5烴類的原料且提高藉由對流而從該渦輪機廢氣所傳送之熱量。
實例態樣26. 實例態樣25之方法，其中步驟a)至d)之持續時間是1.5小時或更短。
實例態樣27. 實例態樣25或26之方法，其中接觸復活氣體係在約500℃至約900℃之溫度下發生。
實例態樣28. 實例態樣25至27中任一者的方法，其中該反應器管在接觸復活氣體時具有約5psia至約250psia之出口壓力。
實例態樣29. 實例態樣25或26之方法，其中接觸復活氣體係在約575℃至約750℃之溫度下發生。
實例態樣30. 實例態樣25、26、或29中任一者的方法，其中該反應器管在接觸復活氣體時具有約25psia至約250psia之出口壓力。
實例態樣31. 實例態樣25至30中任一者的方法，其中該焦炭被遞增地沉積且至少10wt%之該遞增沉積之焦炭材料係由該觸媒組成物移除。
實例態樣32. 實例態樣1至31中任一者的方法，其另包含： a)停止提供包含非環狀C5烴類的原料且減少藉由對流而從該渦輪機廢氣所傳送之熱量；b)由該等反應器管驅淨任何可燃氣體，其包括原料和反應器產物；c)使包含氧化用材料之再生氣體與該觸媒組成物接觸以藉由氧化移除至少部份之在該觸媒組成物上之焦炭材料；d)由該等反應器管驅淨再生氣體；及e)停止以再生氣體驅淨且重新開始提供包含非環狀C5烴類的原料且提高藉由對流而從該渦輪機廢氣所傳送之熱量。
實例態樣33. 一種產生動力且將非環狀C5烴轉換成環狀C5烴的整合式轉換系統，其中該系統包含：a)壓縮機，其用於壓縮包含氧之氣流；b)渦輪機，其用於在該渦輪機中以該經壓縮的氣流燃燒燃料氣以產生渦輪機動力及渦輪機廢氣流；c)包含非環狀C5烴之原料流；d)包含觸媒組成物之平行的反應器管；及e)藉由下列所製造之包含環狀C5烴的反應器流出物流：在該(等)平行反應器管中至少部份該原料與觸媒組成物接觸，同時由該渦輪機廢氣流將熱傳送(較佳藉由對流)至該反應器管壁之外表面，其中該環狀C5烴包含環戊二烯。
實例態樣34. 實例態樣33之系統，其中該反應器管具有逆溫度分布。
實例態樣35. 實例態樣33或34之系統，其中該原料和該渦輪機廢氣流在相同方向上流動以提供在該入口的熱通量，其大於在該等反應器管出口的熱通量。
實例態樣36. 實例態樣33至35中任一者的系統，其另包含至少一個燃燒裝置，其使另外之熱能輸入該渦輪機廢氣流。
實例態樣37. 實例態樣33至36中任一者的系統，其另包含在該等反應器管之內部或外部上的鰭片或輪廓以促進熱傳送至該觸媒組成物。
實例態樣38. 實例態樣33至37中任一者的系統，其另包含定位在該反應器管內之混合用內部裝置以在徑向方向上提供混合，其中該混合用內部裝置被定位i)在該觸媒組成物床內或ii)在該等反應器管之各部份中以隔開二或多區之觸媒組成物。
實例態樣39. 實例態樣33至38中任一者之系統，其中該觸媒組成物包含鉑於ZSM-5上、鉑於沸石L上、及/或鉑於經矽酸鹽改質之矽石上。
實例態樣40. 實例態樣39之系統，其中該觸媒組成物另包含惰性材料。
實例態樣41. 實例態樣33至40中任一者的系統，其中該觸媒組成物是直徑2mm至20mm的擠出體。
實例態樣42. 實例態樣33至41中任一者的系統，其中該觸媒組成物橫剖面係經成形以具有一或多葉及/或凹面。
實例態樣43. 實例態樣42之系統，其中該觸媒組成物之葉及/或凹面係螺旋狀。
實例態樣44. 實例態樣33至43中任一者的系統，其該等反應器管之直徑是約20mm至約200mm。
實例態樣45. 實例態樣33至44中任一者的系統，其另包含與該等反應器管流體連通之入口和出口歧管，其中該原料、再生氣體、或復活氣體係經由該入口及出口歧管被導引往返於該等反應器管。
實例態樣46. 實例態樣33至45中任一者的系統，其另包含用於藉由對流而從該渦輪機廢氣傳送另外之熱量至復活氣體、再生氣體、該原料、該燃料氣體、該包含氧之氣流、及/或蒸氣的熱傳裝置。
實例態樣47. 實例態樣33至46中任一者的系統，其另包含用於產生電力之發電機及/或壓縮機，其中該發電機及/或壓縮機以該渦輪機動力轉動。
實例態樣48. 實例態樣33至47中任一者的系統，其另包含i)二或更多個平行反應器管叢，該等反應器管含有觸媒組成物及ii)經提供至一或多個反應器管叢的復活氣流或再生氣流，其中將包含非環狀C5烴類之原料被同時提供至不同的一或多個反應器管叢。
實例態樣49. 實例態樣33至48中任一者的系統，其另包含：a)包含H2之復活氣流；及b)用於使該復活氣體與該觸媒組成物接觸以移除在至少 一部分之該觸媒組成物上之焦炭材料的裝置。
實例態樣50. 實例態樣33至49中任一者的系統，其另包含：a)包含惰性氣體之驅淨用流和包含氧化用材料之再生氣流；及b)一裝置，其係用於i)由該等反應器管驅淨任何可燃氣體，包括原料和反應器產物及ii)使該再生氣體與該觸媒組成物接觸以藉由氧化移除至少一部份之在該觸媒組成物上的焦炭材料。
工業應用性
在該非環狀C5轉換方法期間所得之含有環狀、支鏈型、及直鏈型C5烴類且隨意地含有氫、C4及較輕副產物之任何結合、或C6和較重副產物的第一烴反應器流出物本身是有價值產物。較佳地，CPD及/或DCPD可由該反應器流出物分離出以獲得經純化產物流，其有用於製造多種高價值產物。
例如，含有50wt%或更高(或較佳地60wt%或更高)之DCPD的經純化產物流是有用於製造烴樹脂、不飽和聚酯樹脂、及環氧材料。含有80wt%或更高(或較佳地90wt%或更高)之CPD的經純化產物流是有用於製造狄耳士-阿德爾反應產物(Diels-Alder)反應產物，其係根據下列反應流程圖(I)所形成： 其中R是雜原子、經取代之雜原子、經取代或未取代之C1-C50烴基基團(常是含有雙鍵之烴基基團)、芳香族基團、或其任何結合。較佳地，經取代之基團或群含有第13-17族(較佳是第15或16族)中之一或多種元素，更佳是氮、氧、或硫。除了在流程圖(I)中描述之單烯烴之狄耳士-阿德爾反應產物之外，還可使用含有80wt%或更高(或更佳地90wt%或更高)之CPD的經純化產物流以形成CPD與下列之一或多者的狄耳士-阿德爾反應產物：其他CPD分子、共軛二烯類、炔類、重烯類、經二取代之烯烴類、經三取代之烯烴類、環烯烴類、及前述者之經取代型。較佳之狄耳士-阿德爾反應產物包括降莰烯、亞乙基降莰烯(ethylidene norborene)、經取代之降莰烯類(其包括含氧之降伯烯類)、降莰二烯類、及四環十二碳烯(tetracyclododecene)，如下列結構中所描繪的：
前述之狄耳士-阿德爾反應產物係有用於製造聚合物及與烯烴類(諸如乙烯)共聚合之環狀烯烴類的共聚物。所得之環狀烯烴共聚物和環狀烯烴聚合物產物係有用 於多種應用例如包裝用膜。
含有99wt%或更高之DCPD的經純化產物流是有用於製造DCPD聚合物，其使用例如開環複分解聚合(ROMP)觸媒。該DCPD聚合物產物係有用於形成物件，特別是模塑零件，例如風力機葉片及汽車零件。
另外的成份也可由該反應器流出物分離出且用於形成高價值產物。例如，經分離的環戊烯係有用於製造聚環戊烯(也已知為聚戊烯物(polypentenamer))，如流程圖(II)中描述的。
經分離之環戊烷係有用於作為發泡劑及作為溶劑。直鏈型和支鏈型C5產物係有用於轉化成較高碳烯烴類和醇類。環狀和非環狀C5產物，隨意地在氫化之後，係有用於作為辛烷強化劑及輸送燃料摻合物成份。
[實例]
下列實例描繪本發明。諸多改良型和變化型是可能的，且應了解的是，在所附之申請專利範圍的範圍內，本發明可用本文中所具體描述者以外的方式被實施。
實例1
引用圖2，包含非環狀C5烴之原料10被提供至在封體20中的平行反應器管23。該原料係在反應器管23內部與觸媒組成物(未顯示)接觸。包含環狀C5烴(例如環戊二烯)之反應器流出物32被導離以作為產物或供進一步處理。
包含氧之氣流60在壓縮機61中被壓縮。燃料氣62係在該壓縮機61中與經壓縮之氣體結合且在渦輪機63中燃燒以產生渦輪機動力64和渦輪機廢氣流70。隨意地，另外的燃料氣82被供應至封體80中的另外燃燒裝置81，其中該另外之燃料氣82係以在該渦輪機廢氣流中之未反應的氧燃燒以增加該渦輪機廢氣流之溫度。使用渦輪機動力64以轉動壓縮機61且轉動發電機(未顯示)以產生電力。
至少一部份之渦輪機廢氣流70被引導經由導管71至封體20，其中熱藉由對流而由渦輪機廢氣流70傳送至該等反應器管23壁的外表面。原料10和渦輪機廢氣流70在封體20內部係在相同方向上流動，以提供在反應器管23入口附近之較高的熱通量及在反應器管23出口附近之較低的熱通量。反應器管23具有逆溫度分布。引導至封體20之渦輪機廢氣流70之溫度和流速係基於離開反應器管23之所要反應器流出物32的溫度被控制。
另外之熱量係藉由對流而由在封體20內之渦輪機廢氣流70，被傳送以加熱i)在交換器12中的原料10，ii)在交換器42中之復活氣體41，及iii)在交換器91 中之蒸氣90。另外之交換器(未顯示)隨意地將渦輪機廢熱傳送至燃料氣62、再生氣體53、及/或該含氧之氣流60。在交換器91中所產生之經加熱的蒸氣係經由導管92被導離，以特別供作為設施(utility)流之另外用途。經冷卻之廢氣流72經由導管26而由封體20被導離。
原料10經由導管11被引導至交換器12，且被預熱至約450℃至約550℃，且由交換器12經由導管13、入口歧管14、和導管15被引導至反應器管23。原料10係在約450℃至約800℃下，於反應器23中與觸媒組成物(未顯示)接觸。該(等)反應器管23之出口壓力在接觸期間保持在約4psia至約50psia之間。原料10和經轉換之環狀C5烴(例如環戊二烯)藉由在該等反應器管23內部之混合用內部裝置(未顯示)在徑向方向上被混合。在原料10中至少約30wt%之該非環狀C5烴類被轉換成環戊二烯。在接觸期間，由該反應器入口16至該反應器出口33所測量之越過該反應器管23的壓力降是約1psi至約100psi。
原料10之流動可被停止且渦輪機廢氣70之流動可被降低或轉向以進行復活。包含H2之復活氣體45係經由復活系統40和導管41被提供。復活氣體45在交換器42中隨意地以對流熱加熱且引導經由導管43、入口歧管14、及導管15至反應器管23。復活氣體45在反應器管23內部，於約400℃至約800℃下與該觸媒組成物(未顯示)接觸以由該觸媒組成物移除至少一部份之焦炭材 料。在與復活氣體45接觸期間，反應器管23之出口壓力是約5psia至約250psia。至少10wt%之該遞增沉積之焦炭材料由該觸媒組成物被移除。
復活流出物離開反應器管23且經由導管30、出口歧管31、和導管44被導離至復活系統40。在復活系統40內，包含輕烴、未反應之氫、和焦炭顆粒之該復活流出物被送至壓縮裝置(未顯示)且後續被送至分離設備(也未顯示)，其中輕烴經濃縮之氣體和輕烴經耗盡之氣體被產生。該輕烴氣體(未顯示)被帶離以供特別作為燃料氣體的用途。該輕烴經耗盡之流(也未顯示)在復活系統40中與新鮮的復活氣體45結合且被提供至該反應器管23。在充份移除焦炭後，停止復活氣體45之流動且重新開始提供原料10及提高渦輪機廢氣70的流動。
可以停止原料10之流動且可以降低渦輪機廢氣70之流動以進行再生。經由再生系統50和導管51提供驅淨用氣體54。提供驅淨用氣體54之流動以由該等反應器管23和相關導管和歧管以驅淨任何可燃氣體(包括原料和反應器產物)。在驅淨之後，經由再生系統50和導管51提供包含氧化用材料之再生氣體53(例如空氣)。經由導管51、入口歧管14、和導管15，將再生氣體53引導至反應器管23。再生氣體53在反應器管23內部與該觸媒組成物(未顯示)接觸以藉由以該再生氣體53之氧化而由該觸媒組成物移除至少一部份之焦炭材料(未顯示)。再生流出物離開反應器管23且經由導管30、出口歧管31、 和導管52導離至再生系統50。當已移除足夠之焦炭(例如已經移除至少10wt%之焦炭)或當進一步氧化不藉由離開該等反應器管23之低濃度的氧化產物(諸如CO或CO2)所偵測時，停止再生氣體53之流動。重新開始驅淨用氣體54之流動以由該等反應器管23驅淨再生氣體。在驅淨之後，重新開始原料10之流動及提高之渦輪機廢氣70之流動。
引用圖3，描繪一種用於產生動力及轉換非環狀C5烴成為環狀C5烴的整合式轉換系統和方法。該轉換系統101包含濾器100，其過濾包含氧(空氣)之氣流，其被引導至壓縮機105。經壓縮之空氣在渦輪機110中以燃料氣(未顯示)燃燒。在渦輪機110內部膨脹燃燒氣產生渦輪機動力及渦輪機廢氣流(未顯示)。渦輪機動力轉動壓縮機105及產生電力之發電機160。包含管道燃燒器121之燃燒裝置120將另外之熱輸入提供至該渦輪機廢氣流。來自渦輪機廢氣流之熱藉由對流被傳送至反應器管131。包含非環狀C5烴(未顯示)之原料流係經由入口歧管130引導至反應器管131。原料在反應器管131中與觸媒組成物(未顯示)接觸且反應器流出物(也未顯示)經由出口歧管132離開反應器管131。在該渦輪機廢氣離開包含廢氣消音器153之煙囪152之前，包含熱傳交換器管之熱傳裝置140使另外之熱可藉由對流而由渦輪機廢氣被傳送。
復活氣體及/或再生氣體141在熱傳裝置140中被加熱且經由導管142引導至反應器管131。藉由對流 傳送至反應器管131的熱量可藉由關閉擋板116及打開擋板115被降低，該擋板115再次將至少一部份之渦輪機廢氣導離反應器管131且經過包含消音器151之旁通煙囪150。
實例2
具有~22%固體之混合物係藉由在5加侖桶型容器中混合8,800g之DI水、600g之50% NaOH溶液、26g之43%鋁酸鈉溶液、730g之100%正丙胺溶液、20g之ZSM-5種晶體、及3,190g之Sipernat-340矽石而製備。該混合物後續填充於5加侖壓熱器中。該混合物具有以下莫耳組成：
SiO2/Al2O3~470
H2O/SiO2~10.7
OH/SiO2~0.16
Na/SiO2~0.16
n-PA/Si~0.25
在該壓熱器中，該混合物在350rpm下混合且在210℉(99℃)下反應72小時。所得之反應漿液被排出且在5加侖桶型容器中貯存。合成的材料之XRD圖(未被顯示)顯示ZSM-5位相學之典型的純相。合成的材料之SEM(未被顯示)顯示該材料係由具有0.5-1微米之晶體混 合物組成。合成的晶體具有~467之SiO2/Al2O3莫耳比率和~0.25wt%之Na。
此材料係在氮中、900℉(482℃)下煅燒6小時。在冷卻後，該樣品在氮中再加熱至900℉(482℃)且保持3小時。大氣後續在四步遞增中逐漸改變至1.1、2.1、4.2、和8.4%氧。每一步後維持原態30分鐘。溫度被提升至1000℉，氧含量被提升至16.8%，且材料保持在1000℉下6小時。在冷卻後，經由使用硝酸銀水溶液之初始濕浸漬以添加0.29wt% Ag。該樣品係在250℉(120℃)下乾燥4小時。隨後，經由使用氫氧化鉑四胺水溶液之初始濕浸漬以添加0.44wt% Pt。該觸媒係在空氣中室溫下、然後在250℉(120℃)下乾燥，且在空氣中610℉(320℃)下煅燒1小時。
實例3
實例2之觸媒在二種反應器溫度分布下試驗：實質等溫溫度分布和逆溫度分布。該觸媒(0.5g)與石英(1.5g,60-80網目)物理性混合且填充於3/8" OD、18"長之不鏽鋼反應器中。該觸媒床與石英木保持在合適位置上且該反應器空隙空間以粗糙石英粒子填充。該觸媒在He(100mL/min,30psig,250℃)下乾燥1小時，然後在H2(200mL/min,30psig,500℃)下還原1小時。該觸媒後續以含有正戊烷、H2、及補足用He的進料試驗效能。
用於維持等溫溫度分布之試驗條件是下列 者：0.5g ZSM-5(400：1)/0.4% Pt/0.2% Ag、在反應器入口5psia之C5H12、1：1之H2：C5進料、及在補足He下60psia之總壓，WHSV為16.1h-1、600℃之床溫度。用於維持逆溫度分布之試驗條件是下列者：0.5g ZSM-5(400：1)/0.4% Pt/0.2% Ag、在反應器入口5psia之C5H12、1：1之H2：C5進料、及在補足He下60psia之總壓，WHSV為4.0h-1以供該梯度試驗且應用500℃至600℃之線性溫度梯度。實例3之效能結果顯示於圖4和5中。
如圖4中顯示的，以逆或梯度溫度分布(亦即在該入口較低之溫度和在該出口較高之溫度)之反應器的操作使觸媒比在相同出口溫度下等溫操作之反應器者有更高穩定性。特別地，圖4顯示：雖然對於二種溫度分布之總環狀C5產率起初是類似，在具有等溫溫度分布之反應器中，產率經過53小時減低至其原初值的43%。對比之下，在逆溫度分布操作規劃中的產率僅減低至其原初值的73%，且此產率下降係經過57小時之較長時間發生。如圖5中顯示的，當想要使副產物C1-C4裂解烴產物的產率最少時，等溫操作之反應器比利用逆或梯度溫度分布操作者可能是有益的。
實例4
具有~22%固體之混合物係藉由在2升容器中混合950g之DI水、53.5g之50%之NaOH溶液、76.8g 之100%的正丙胺溶液、10g之ZSM-5種晶體、及336g之Ultrasil PMTM Modified矽石和4.4g之硝酸銀而製備。該混合物後續填充於2升壓熱器中。該混合物具有以下莫耳組成：
SiO2/Al2O3>1000
H2O/SiO2~10.98
OH/SiO2~0.17
Na/SiO2~0.17
n-PA/Si~0.25
在該壓熱器中，該混合物在250rpm下混合且在230℉(110℃)下反應72小時。所得之產物被過濾且以去離子水清洗，後續在250℉下乾燥過夜。合成材料之XRD圖(未被顯示)顯示ZSM-5位相學之典型的純相。合成材料之SEM(未被顯示)顯示該材料係由具有尺寸<1微米之大晶體的混合物組成。所得之ZSM-5晶體具有>800之SiO2/Al2O3莫耳比率和~0.28%之Na，及0.9wt%之Ag。
此材料係在氮中、482℃下煅燒6小時。在冷卻後，該樣品在氮中再加熱至900℉且保持3小時。大氣在四步遞增中逐漸改變至1.1、2.1、4.2、和8.4%氧。每一步後維持原態30分鐘。溫度被提升至1000℉，氧含量被提升至16.8%，且材料保持在1000℉下6小時。在冷卻 後，經由使用氫氧化鉑四胺水溶液之初始濕浸漬以添加0.45wt% Pt。該觸媒係在空氣中室溫下、然後在250℉下乾燥，且在空氣中350℃下煅燒3小時。該觸媒粉末被壓縮(15噸)、壓碎、及過篩以獲得40-60網目之粒度。
實例5
實例4之觸媒在二種反應器操作策略下試驗：連續油上策略及間歇H2復活策略。該觸媒(0.5g)與石英(1.5g,60-80網目)物理性混合且填入3/8" OD、18"長之不鏽鋼反應器。該觸媒床與石英棉保持在合適位置上且該反應器空隙空間以粗糙石英粒子填充。該觸媒在He(100mL/min,30psig,250℃)下乾燥1小時，然後在H2(200mL/min,30psig,500℃)下還原1小時。該觸媒後續以含有正戊烷、H2、及補足用He的進料試驗效能。用於連續油上操作策略之試驗條件是下列者：0.5g之[0.96% Ag]-ZSM-5/0.5% Pt、50psia之C5H12、1：1莫耳之H2：C5、14.7 WHSV、在該油上期間之總45psia。用於間歇H2復活策略之試驗條件是下列者：該反應器係1小時在油上且1小時在H2復活上(在600℃之200cm3 min-1 H2和45psia之全H2的條件下，亦即在沒有另外之He下)循環。兩個操作策略之效能結果顯示於圖6中以作為環狀C5之位址-時間-產率(亦即cC5莫耳數/Pt莫耳數/秒)。圖6描繪該H2復活能改良觸媒之經時催化C5烴環化的能力。
在本文中描述之所有文件係藉由引用在不與此正文有矛盾之程度上被併入本文中，包括任何優先權文件及/或試驗程序。如由前述一般描述和該等特定實例態樣所顯明的，雖然本發明之型式已經描繪及描述，多種改良型可在不偏離本發明之精神和範圍下進行。因此，無意使本發明受此限制。同樣地，用語"包含"與用語"包括"同義。同樣地，每當組成物、元素或元素群組前有過渡性片語"包含"時，據了解：我們也考慮該組成物或元素群組具有過渡性片語"實質上由…構成"、"由…構成"、"選自由下列者所組成之群組"或"是"在該組成元素或元素等的列述之前，且反之亦然。
100‧‧‧濾器
101‧‧‧轉換系統
105‧‧‧壓縮機
110‧‧‧渦輪機
115‧‧‧擋板
116‧‧‧擋板
120‧‧‧燃燒裝置
121‧‧‧管道燃燒器
130‧‧‧入口歧管
131‧‧‧反應器管
132‧‧‧出口歧管
140‧‧‧熱傳裝置
141‧‧‧再生氣體
142‧‧‧導管
150‧‧‧旁通煙囪
151‧‧‧消音器
152‧‧‧煙囪
153‧‧‧廢氣消音器
160‧‧‧發電機

Claims (28)

  1. 一種將非環狀C5烴轉換成環狀C5烴之方法，其中該方法包含：a)壓縮包含氧之氣流；b)以該經壓縮的氣流氧化燃料以產生熱氣流；c)提供包含非環狀C5烴之原料(feedstock)；d)使該原料與觸媒組成物在平行的反應器管中接觸，同時藉由對流將熱從該熱氣流傳送至該反應器管壁的外表面；及e)獲得包含環狀C5烴之反應器流出物，其中該環狀C5烴包含環戊二烯。
  2. 一種產生動力且將非環狀C5烴轉換成環狀C5烴的整合型之方法，其中該方法包含：a)壓縮包含氧之氣流；b)在渦輪機中以該經壓縮的氣流燃燒燃料氣以產生渦輪機動力及熱氣流，其中該熱氣流是渦輪機廢氣流；c)提供包含非環狀C5烴之原料；d)使該原料與觸媒組成物在平行的反應器管中接觸，同時藉由對流將熱從該渦輪機廢氣流傳送至該反應器管壁的外表面；及e)獲得包含環狀C5烴之反應器流出物，其中該環狀C5烴包含環戊二烯。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中該反應器管具有逆溫度分布(profile)或等溫溫度分布。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中該原料及該熱氣流在相同方向上流動以提供在入口附近之熱通量，其大於在該反應器管之出口附近之熱通量。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其另包含該以該熱氣流中之未反應的氧燃燒另外的燃料，以在步驟d)之該藉由對流傳送熱之前，提高該熱氣流之溫度。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中該使原料與觸媒組成物接觸係在H2、C1、C2、C3、及/或C4烴類存在下進行。
  7. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其另包含藉由提供鰭片(fin)或輪廓(contour)在該反應器管之內部及/或外部上以促進熱傳送至該觸媒組成物。
  8. 如申請專利範圍第7項之方法，其中該鰭片及/或該輪廓促進在該入口附近之熱通量，其大於在該反應器管出口之熱通量。
  9. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其另外包含藉由將混合用內部裝置(mixing internal)提供於該反應器管內以在徑向方向上混合原料和經轉換之環狀C5烴，其中該混合用內部裝置被定位i)在該觸媒組成物之床內或ii)在該反應器管之各部份中以分開二或更多區之觸媒組成物。
  10. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中使原料與該觸媒組成物之接觸發生在約450℃至約800℃之溫度下。
  11. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中該反應器管在使原料與觸媒組成物接觸期間具有約4psia至約50psia之出口壓力。
  12. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中在使原料與觸媒組成物接觸期間，該反應器管具有約1psi至約100psi之由反應器入口至反應器出口所測量之壓力降。
  13. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中該觸媒組成物包含鉑於ZSM-5上、鉑於沸石L上、及/或鉑於經矽酸鹽改質之矽石上。
  14. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中該觸媒組成物是直徑2mm至20mm之擠出體。
  15. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中該觸媒組成物橫剖面係經成形以具有一或多個葉及/或凹面，且其中該觸媒組成物之葉及/或凹面係螺旋狀(spiraled)或是直的。
  16. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中該反應器管之內徑是約20mm至約200mm。
  17. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其另包含藉由對流而從該熱氣流傳送另外之熱量至復活(rejuvenation)氣體、再生氣體、該原料、該燃料、該包含氧之氣流、及/或蒸氣。
  18. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其另包含i)提供二或更多個平行反應器管叢，該等反應器管含有觸媒組成物及ii)將復活氣體或再生氣體提供至一或多個反應 器管叢且將包含非環狀C5烴類之原料提供至不同的一或多個反應器管叢。
  19. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其另包含：a)停止提供包含非環狀C5烴類的原料且減少藉由對流而從該熱氣流所傳送之熱量；b)提供包含H2之復活氣體；c)使該復活氣體與該觸媒組成物接觸以移除至少一部份在該觸媒組成物上之焦炭材料；及d)停止提供復活氣體且重新開始提供包含非環狀C5烴類的原料且提高藉由對流而從該熱氣流所傳送之熱量。
  20. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其另包含：a)停止提供包含非環狀C5烴類的原料且減少藉由對流而從該熱氣流所傳送之熱量；b)由該等反應器管驅淨任何可燃氣體，其包括原料和反應器產物；c)使包含氧化用材料之再生氣體與該觸媒組成物接觸以藉由氧化移除至少一部份在該觸媒組成物上之焦炭材料；d)由該等反應器管驅淨再生氣體；及e)停止以再生氣體驅淨且重新開始提供包含非環狀C5烴類的原料且提高藉由對流而從該熱氣流所傳送之熱量。
  21. 一種產生動力且將非環狀C5烴轉換成環狀C5烴的整合型轉換系統，其中該系統包含：a)壓縮機，其用於壓縮包含氧之氣流；b)渦輪機，其用於在該渦輪機中以該經壓縮的氣流燃燒 燃料氣體以產生渦輪機動力及渦輪機廢氣流；c)包含非環狀C5烴之原料流；d)包含觸媒組成物之平行的反應器管；及e)藉由下列所製造之包含環狀C5烴的反應器流出物流：在該(等)平行反應器管中使至少一部分之該原料與觸媒組成物接觸，同時由該渦輪機廢氣流將熱傳送(較佳藉由對流)至該反應器管壁之外表面，其中該環狀C5烴包含環戊二烯。
  22. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中該觸媒組成物係經形成為經結構化觸媒形狀。
  23. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其另包含在d)中之該接觸之前，將該原料提供至至少一個絕熱反應區。
  24. 如申請專利範圍第22項之方法，其另外包含在d)中之該接觸之前，將該原料提供至至少一個絕熱反應區。
  25. 如申請專利範圍第1項之方法，其中b)之該氧化係在渦輪機、燃料電池、爐(furnace)、鍋爐(boiler)、過量空氣燃燒器、及/或流化床中進行，且其中該燃料係選自由煤、燃料油、氫、甲烷、及其混合物所組成之群組。
  26. 一種物件，其係由如申請專利範圍第1至20或22至25項中任一項的方法所製造之產物所衍生。
  27. 如申請專利範圍第26項之物件，其中該物件係由一種由該產物與含雙鍵之反應物(substrate)的狄耳士-阿德爾(Diels-Alder)反應所衍生之材料所衍生。
  28. 如申請專利範圍第26項之物件，其中該物件是其中之該產物係選自由環戊二烯、二環戊二烯、環戊烯、環戊烷、戊烯、戊二烯、降莰烯、四環十二碳烯(tetracyclodocene)、經取代之降莰烯類、環戊二烯之狄耳士-阿德爾反應衍生物、環烯烴共聚物、環烯烴聚合物、聚環戊烯、不飽和之聚酯樹脂、烴樹脂膠黏劑、經調合之環氧樹脂、聚二環戊二烯、降莰烯或經取代之降莰烯類或二環戊二烯或彼之任何組合的移位聚合物(metathesis polymer)、風力機葉片、含有玻璃或碳纖維之複合材料、經調合之黏合劑、亞乙基降莰烯(ethylidene norbornene)、EPDM橡膠、醇類、塑化劑、發泡劑、溶劑、辛烷強化劑、汽油、及彼之混合物所組成之群組。
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