專利名稱：具有注入式混合的逆混反應(yīng)室、管道式反應(yīng)器和可軸向移動(dòng)的界面的串聯(lián)式反應(yīng)器系統(tǒng)的制作方法
具有注入式混合的逆混反應(yīng)室、管道式反應(yīng)器和可軸向移動(dòng)的界面的串聯(lián)
式反應(yīng)器系統(tǒng)
相關(guān)申請的交叉引用
本申請是2006年9月25日提交的美國專利申請第11/526,824號、2006 年6月2日提交的美國專利申請第11/446,371號、2006年5月11日提交 的美國專利申請第11/432,692號以及2006年2月10日4是交美國專利申請 第11/351,532號的部分繼續(xù)申請。美國專利申請第11/526,824號、第 11/446,371號、第11/432,692號和第11/351,532號是2005年12月27日提 交的美國專利申請第11/319,093號的部分繼續(xù)申請，后者又是2004年7 月29日提交的美國專利申請第10/901,717號的部分繼續(xù)申請。上述申請 的公開內(nèi)容在此以引用方式并入。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種用于使兩種氣體流體流(例如，不限于，在對形成期 望的烷基氧化物，如曱醇進(jìn)行優(yōu)化的條件下的天然氣和氧化劑)進(jìn)行反應(yīng) 的裝置。更具體地說，各實(shí)施方案涉及反應(yīng)器系統(tǒng)能夠具體控制分別來自 于隨后的副反應(yīng)的主要的自由基引發(fā)副反應(yīng)，副反應(yīng)響應(yīng)引發(fā)的自由基。
這種反應(yīng)器系統(tǒng)的主要應(yīng)用領(lǐng)域涉及將d - C4烷爛和氧直接氧化(在部分 氧化的條件下)轉(zhuǎn)化成烷基氧化物，且更具體地說，將曱烷氧化成曱醇， 其中先生成引發(fā)組的曱基自由基，其隨后促進(jìn)相當(dāng)多系列的衍生的動(dòng)力學(xué) 步驟副反應(yīng)。
目前用于制造曱醇的工業(yè)慣例是兩步驟，F(xiàn)ischer - Tropsch型化學(xué)方 法。第一步驟是將天然氣中的曱烷吸熱重整為一氧化碳和氬氣，接著是第 二步驟，包括使一氧化碳和氫之間發(fā)生固體催化反應(yīng)以生成曱醇。此技術(shù)是能量集中的，且此方法的工藝經(jīng)濟(jì)性只利于大規(guī)模的甲醇車間。
將曱烷轉(zhuǎn)化成曱醇的方法和裝置是已知的。將甲烷蒸氣相轉(zhuǎn)化成合成
氣(CO與H2的混合物)，接著催化轉(zhuǎn)化成曱醇是已知的，如Karavaev M. M.， Leonov B.E.,等人在 "Technology of Synthetic Methanol" , Moscow, "Chemistry" 1984,第72-125頁中公開的。然而，為了實(shí)現(xiàn)此過程，需要提 供復(fù)雜的裝備，以滿足純化氣體的高要求，需要消耗大量的能量來獲得合 成氣以及其純化，且此方法具有相當(dāng)多的間歇階段。而且，對產(chǎn)量小于2000 噸/天的中小企業(yè)來說，這在經(jīng)濟(jì)上不可行。
俄羅斯專利第2162460號包括含烴氣體源、用于壓縮和加熱氣體的壓 縮機(jī)和加熱器以及帶壓縮機(jī)的含氧氣體源。它還包括帶有交替的混合區(qū)和 反應(yīng)區(qū)的連續(xù)設(shè)置的反應(yīng)器以及將含烴氣體輸送到反應(yīng)器的第 一 混合區(qū) 和將含氧氣體輸送到每一個(gè)混合區(qū)的設(shè)備、用于由進(jìn)入加熱器的加熱的含 烴氣體的冷的含烴氣體流冷卻穿過壁的反應(yīng)混合物的回?zé)崾綗峤粨Q器、冷 卻器-冷凝器、用于分離廢氣和液態(tài)產(chǎn)物以及隨后分離曱醇的部分冷凝 器、用于將廢氣輸送到初始的含烴氣體的管線、以及用于將廢的含氧產(chǎn)物 輸送到反應(yīng)器的第 一 混合區(qū)的管線。
然而，在此裝置中，由于熱交換器固有的限制，不可能使含烴氣體的 高度放熱的氧化反應(yīng)的熱迅速排放。這導(dǎo)致需要減少供給的含烴氣體的 量，且進(jìn)而降低了含烴氣體的轉(zhuǎn)化程度。而且，即使采用氧作為氧化劑， 也由于 一 氧化碳濃度的迅速增加而不可能提供含烴氣體的有效重復(fù)循環(huán)。 相當(dāng)部分的供給氧因CO氧化成C02而被浪費(fèi)掉，且因此另外降低了初始 的含烴氣體轉(zhuǎn)化成有用產(chǎn)物的程度，并使反應(yīng)混合物進(jìn)一步過熱。此裝置 還要求燃燒額外量的初始含烴氣體，以便提供液態(tài)產(chǎn)物精餾的應(yīng)用需要。 因?yàn)樵诿恳粋€(gè)反應(yīng)器之后，需要冷卻氣-液混合物，以在下一個(gè)反應(yīng)器之 前分離液態(tài)產(chǎn)物并隨后加熱，所以此裝置相當(dāng)復(fù)雜，且增加了部件的數(shù)目。
在專利文獻(xiàn)RU2200731中公開了另外一種用于生產(chǎn)曱醇的方法和裝 置，在該文獻(xiàn)中，壓縮的加熱的含烴氣體和壓縮的含氧氣體被引入連續(xù)設(shè) 置的反應(yīng)器的混合區(qū)中，并通過用冷凝水冷卻反應(yīng)混合物，由可控的熱敏 傳感器來實(shí)現(xiàn)此反應(yīng)，以便獲得蒸汽，且通過逸出蒸汽的參數(shù)來調(diào)節(jié)反應(yīng)混合物的冷卻程度，這些參數(shù)應(yīng)用在液相產(chǎn)物精餾階段。
其他專利文獻(xiàn)，如美國專利US2196188; US2722553; US4152407; US4243613 ; US4530826 ; US5177279 ; US5959168和國際7>開號 WO96/06901還7>開了用于轉(zhuǎn)化烴的解決方法。
還需要也適合于小規(guī)模加工的一步法，從而克服Fischer Tropsch法的 工藝規(guī)模的限制，且還使"被阻斷的氣體(stranded gas )"成為有價(jià)值的商 品。此方法利用了均勻的、氣相的部分氧化反應(yīng)，而這是通過使天然氣與 氧化劑，且氧化劑作為受限的反應(yīng)物，接觸來實(shí)施的。最富足的產(chǎn)物是源 于曱烷的曱醇和曱醛，主要組分是天然氣。通過氧化都是天然氣的較少成 分的甲烷、乙烷、丙烷以及更高級的烴形成了較少量的乙醇和其他氧化有 機(jī)產(chǎn)物。這些反應(yīng)產(chǎn)物都是液體，且可以輸送到中心位置，用以分離和/ 或隨后用作燃料或化學(xué)中間產(chǎn)物。這種方法的中心特征在于可以在偏遠(yuǎn)位 置處的油田內(nèi)實(shí)施工藝化學(xué)。
美國專利US4，618，732 ( Gesser等人的"通過受控氧化將天然氣直接 專爭4匕成曱酉l" (Direct conversion of natural gas to methanol by controlled oxidation)")描述了一種將天然氣轉(zhuǎn)化成曱醇的方法。甲醇的選擇性被標(biāo) 示為因仔細(xì)地預(yù)混合曱烷和氧氣，以及使用搪玻璃的反應(yīng)器以便在反應(yīng)過 程中，與加工設(shè)備的相互作用最少。在進(jìn)入用于開始反應(yīng)的反應(yīng)器之前， 進(jìn)行混合的需要標(biāo)示在下面的摘錄中
"氣體的混合優(yōu)選在預(yù)混合室中進(jìn)行或者"越過，，相對小的體積，且 在進(jìn)入加熱的反應(yīng)區(qū)之前，通過短的預(yù)反應(yīng)器部分。然而，當(dāng)在高壓下， 在相對小的體積內(nèi)混合氣體時(shí)，通常將會(huì)形成層流，且氧或空氣在通常的 天然氣流內(nèi)形成窄的均勻流。氧或空氣在到達(dá)反應(yīng)區(qū)之前，很少有機(jī)會(huì)遍 布反應(yīng)流分散。雖然并不希望受到理論束縛，但是當(dāng)其發(fā)生時(shí)，假定天然 氣先被氧化成甲醇，在氧流的外圍，即富氧環(huán)境的外圍，曱醇被進(jìn)一步氧 化成更高級的氧化產(chǎn)物。，，
Gesser的美國專利US4,618,732還強(qiáng)調(diào)需要從開始到完成混合之前， 一直保持反應(yīng)(-"在將氧與天然氣引入反應(yīng)器之前，使它們混合，，)。美國專利US4,982,023 ( Han等人的"曱烷氧化成曱醇(Oxidation of methane to methanol)")提出在曱烷直接氧化成曱醇的過程中發(fā)生了多個(gè)反 應(yīng)。在這方面，美國專利US4,982,023表明在此專利主題的討論中稍微考 慮了反應(yīng)-動(dòng)力學(xué)問題
"形成曱醇的機(jī)理祐j人為是涉及過氧曱基自由基(methylperoxy radical) ( CH300 )",其提取曱烷中的氫。遺憾的是，直到現(xiàn)在，每次收率 都受到限制。此受限的收率被合理解釋為因與主要氧化產(chǎn)物-曱醇的更高 的反應(yīng)性相比，甲烷中C-H鍵的反應(yīng)性低，因此當(dāng)試圖增大轉(zhuǎn)化時(shí)，這 會(huì)導(dǎo)致選4奪性地形成深度氧化產(chǎn)物CO和co2。
美國專利US4,982,023還澄清了在反應(yīng)之前，預(yù)混合甲烷和氧，這表 示在下面的摘錄中"...就在被引入反應(yīng)器之前，天然氣和氧或空氣保持 分開直到混合。然而，如果期望的話，在反應(yīng)之前，天然氣和氧可以,皮預(yù) 混合并一皮存〗諸在一起"。
遺憾的是，在使反應(yīng)技術(shù)規(guī)?；瘧?yīng)用到制造級系統(tǒng)的方面，還不能可 靠地重復(fù)有關(guān)曱醇選擇性和曱烷非催化直接氧化成曱醇的單程收率的實(shí) 驗(yàn)室結(jié)果。也一直未能滿足對使曱烷非催化直接氧化成甲醇的有效且低成 本的方法的需求。
概述
因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于使至少兩種流體進(jìn)料流氣相反應(yīng) 的反應(yīng)器系統(tǒng)，其中反應(yīng)器系統(tǒng)包括一種具有與管道式流動(dòng)反應(yīng)器流體相 通的注入式'混合的逆';昆反應(yīng)室 (injectively畫mixed backmixing reaction chamber )。注入式混合的逆混反應(yīng)室具有注入式混合的逆混反應(yīng)室的外殼、 可滑動(dòng)密封地連接到逆混反應(yīng)室外殼的隔板、由逆混反應(yīng)室的外殼和隔板 界定的注入式混合的逆混反應(yīng)室的內(nèi)部容積以及與隔板相對設(shè)置的外殼 部分。在反應(yīng)器系統(tǒng)的實(shí)時(shí)操作過程中，隔板是可滑動(dòng)移動(dòng)的以便在注入 式混合的逆混反應(yīng)室的外殼內(nèi)朝外殼部分前行，以成比例地縮小注入式混 合的逆混反應(yīng)室的內(nèi)部容積，或者可替代地，回縮離開外殼部分，以由此成比例地?cái)U(kuò)大注入式混合的逆混反應(yīng)室的內(nèi)部容積。
在一個(gè)實(shí)施方案中，隔板具有至少一個(gè)通道，用于使產(chǎn)物流從注入式 混合的逆混反應(yīng)室流體傳輸?shù)焦艿朗搅鲃?dòng)反應(yīng)器。在此實(shí)施方案的 一個(gè)方 面，隔板的通道設(shè)置有至少一個(gè)孔，該孔具有截面積，且反應(yīng)器系統(tǒng)具有 阻隔部件，用于在實(shí)時(shí)操作反應(yīng)器系統(tǒng)的過程中，可變地阻隔通道使用的 截面積的一部分。在另一個(gè)方面，隔板具有至少一個(gè)孔作為第一孔，阻隔 部件具有至少一個(gè)第二孔，第一孔和第二孔具有基本上相同的尺寸，且第 一孔和第二孔一起i殳置，以j更以 一種相對定位的形式^f吏隔^l和阻隔部件對
齊設(shè)置，以將通道界定成具有基本上與第一孔的截面積等同的截面積。
在另 一個(gè)實(shí)施方案中，管道式流動(dòng)反應(yīng)器具有由管道式流動(dòng)反應(yīng)器的 外殼和隔板界定的管道式流動(dòng)反應(yīng)器的內(nèi)部容積。在此實(shí)施方案的一個(gè)方 面，隔一反朝外殼部分的可滑動(dòng)移動(dòng)成比例地縮小注入式混合的逆混反應(yīng)室 的內(nèi)部容積，同時(shí)擴(kuò)大管道式流動(dòng)反應(yīng)器的內(nèi)部容積，以及可替代地，隔 板背離外殼部分的可滑動(dòng)移動(dòng)成比例地?cái)U(kuò)大注入式混合的逆混反應(yīng)室的 內(nèi)部容積，同時(shí)縮小管道式流動(dòng)反應(yīng)器的內(nèi)部容積。
在又一個(gè)實(shí)施方案中，注入式混合的逆混反應(yīng)室具有用于反應(yīng)器系統(tǒng)
的第一流體輸入和第二流體輸入；注入式混合的逆混反應(yīng)室具有逆混反應(yīng) 室輸出；管道式流動(dòng)反應(yīng)器具有與逆混反應(yīng)室輸出流體相通的管道式流動(dòng) 反應(yīng)器輸入；第一流體輸入接收進(jìn)入注入式混合的逆混反應(yīng)室的第 一流體 進(jìn)料流；第二流體輸入接收進(jìn)入注入式混合的逆混反應(yīng)室的第二流體進(jìn)料 流；且注入式混合的逆混反應(yīng)室具有約0.05秒到約1.5秒的空間-時(shí)間， 對應(yīng)于第 一流體進(jìn)料流和第二流體進(jìn)料流的總供給速率。
在又一個(gè)實(shí)施方案中，流體進(jìn)料流中的第一流體流包括曱烷，且流體
進(jìn)料流中的第二流體流包括氧氣。在此實(shí)施方案的一個(gè)方面，通過使包括
含烷烴的氣體進(jìn)料流(包含甲烷、乙烷、丙烷和/或丁烷)的第一流體流(在
流體進(jìn)料流中)與流體進(jìn)料流中的包括來自含氧的氣體進(jìn)料流中的氧氣的 第二流體流進(jìn)行部分氧化反應(yīng)來制造至少一種烷基氧化物(如，不限于，
乙醇、曱醛和/或乙醇)；注入式混合的逆混反應(yīng)室具有烷烴氣體輸入、氧 氣輸入和逆混反應(yīng)室輸出；管道式流動(dòng)反應(yīng)器具有與逆混反應(yīng)室輸出流體相通的管道式流動(dòng)反應(yīng)器輸入；烷烴氣體輸入接收進(jìn)入注入式混合的逆混 反應(yīng)室的含烷烴的氣體流；氧氣輸入接收進(jìn)入注入式混合的逆混反應(yīng)室的 含氧的氣體進(jìn)料流；且注入式混合的逆混反應(yīng)室具有足以在注入式混合的 逆混反應(yīng)室內(nèi)從烷烴引發(fā)烷基自由基且向管道式流動(dòng)反應(yīng)器輸入提供烷 基自由基的至少一部分的空間_時(shí)間，對應(yīng)于含烷烴的氣體進(jìn)料流和含氧 的氣體進(jìn)料流的總供給速率。在此實(shí)施方案的一個(gè)方面，烷烴氣體輸入和 氧氣輸入被設(shè)計(jì)成通過注入式混合含烷烴的氣體進(jìn)料流和含氧的氣體進(jìn) 料流來湍流攪動(dòng)注入式混合的逆混反應(yīng)室。
在又一個(gè)實(shí)施方案中，管道式流動(dòng)反應(yīng)器具有管道式流動(dòng)反應(yīng)器輸出， 且管道式流動(dòng)反應(yīng)器具有設(shè)置在管道式流動(dòng)反應(yīng)器輸入和管道式流動(dòng)反 應(yīng)器輸出之間的用于接收冷卻氣體流的至少 一個(gè)冷卻氣體輸入，并由此驟 冷管道式流動(dòng)反應(yīng)器。在一個(gè)方面，管道式流動(dòng)反應(yīng)器具有軸，且在管道 式流動(dòng)反應(yīng)器的操作過程中，冷卻氣體輸入是可沿著軸移動(dòng)的。
在其他實(shí)施方案中，注入式混合的逆混反應(yīng)室具有部分由具有注入式 混合的逆混反應(yīng)室的軸的圓柱表面界定的內(nèi)部容積，且進(jìn)料流中的 一種進(jìn) 料流從沿著軸且在不平行于軸的方位上設(shè)置的多個(gè)孔而輸入到內(nèi)部容積 中。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，注入式混合的逆混反應(yīng)室具有由具有軸的圓錐 形表面界定的內(nèi)部流分流器，分流器界定了軸的一端處的圓錐形底部，圓 錐形的表面界定了軸的另一端處的頂端，分流器的軸與注入式混合的逆混 反應(yīng)室的軸對齊，分流器設(shè)置在外殼內(nèi)，使得注入式混合的逆混反應(yīng)室輸 出更接近頂端，而不是更接近圓錐形底部，且進(jìn)料流中的一種進(jìn)料流從多 個(gè)孔|#入到內(nèi)部流空間內(nèi)，所述多個(gè)孔沿著注入式混合的逆混反應(yīng)室的軸 且在不平行于注入式混合的逆混反應(yīng)室的軸的方位上設(shè)置。
在又一個(gè)實(shí)施方案中，隔板具有至少一個(gè)通道，用于使注入式混合的 逆混反應(yīng)室的產(chǎn)物流從注入式混合的逆混反應(yīng)室流體傳輸?shù)焦艿朗搅鲃?dòng) 反應(yīng)器，管道式流動(dòng)反應(yīng)器具有與逆混反應(yīng)室輸出流體相通的管道式流動(dòng) 反應(yīng)器輸入；隔板的通道設(shè)置有至少一個(gè)孔，該孔具有截面積，管道式流 動(dòng)反應(yīng)器的外殼具有軸以及螺紋連接到逆混反應(yīng)室的外殼的第 一部分和第二部分，且反應(yīng)器系統(tǒng)還包括阻隔部件，其用于在實(shí)時(shí)操作反應(yīng)器系 統(tǒng)的過程中，可變地阻隔通道使用的一部分截面積；可改變位置的冷卻氣 體輸入，其在沿著軸的螺旋方位上設(shè)置在第二部分內(nèi)，以便用冷卻氣體流 驟冷管道式流動(dòng)反應(yīng)器；其中管道式流動(dòng)反應(yīng)器的外殼的第二部分螺紋連 接到具有螺紋的逆混反應(yīng)室的外殼，當(dāng)?shù)诙糠中D(zhuǎn)時(shí)，所述螺紋使第二 部分沿著軸移動(dòng)，且第二部分的旋轉(zhuǎn)同時(shí)沿著軸重新定位隔板，沿著軸重 新定4立冷卻氣體，#入，以及阻隔部件，以改變截面積。
當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時(shí)，從下面的具體實(shí)施方案的描述將更好地理解本發(fā)明本 身，不僅關(guān)于本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，還有其操作方法連同其額外的目的和優(yōu)勢。
附圖簡述
圖1示意性地顯示了用于根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)制造烷基氧化物(如，不 限于，曱醇)的裝置的系統(tǒng)；
中，氧、曱醛和甲醇的濃度的視圖4表示描繪了系統(tǒng)的氧化產(chǎn)率隨再循環(huán)比變化的圖5表示根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo),d - Q烷烴到烷基氧化物的可替代的車間；
圖6表示圖5中所顯示的任選的制氧車間；
圖7描繪了圖5所示車間的氣體處理部分；
圖8描繪了圖5所示車間的液體處理部分；
圖9表示根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，C！-Ct烷烴(如，不限于，曱烷)到烷 基氧化物(如，不限于，曱醇)的另一個(gè)可替代的車間；
圖10表示根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，C,-C4烷烴(如，不限于，甲烷)到 烷基氧化物(如，不限于，曱醇)的又一個(gè)可替代的車間；
圖11表示根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，C,-Q烷烴(如，不限于，甲烷)到 烷基氧化物(如，不限于，曱醇)的又一個(gè)可替代的車間；圖12呈現(xiàn)了具有緊密連接到管道式流動(dòng)反應(yīng)器的注入式混合的逆混
反應(yīng)室的反應(yīng)器系統(tǒng)的 一個(gè)實(shí)施方案的筒化截面圖13A和13B呈現(xiàn)了簡化截面圖，詳細(xì)顯示了改變圖12的注入式混 合的逆混反應(yīng)室的內(nèi)部容積；
圖14A呈現(xiàn)了圖12的注入式混合的逆混反應(yīng)室的可替代的設(shè)計(jì)的簡 化截面圖14B顯示了具有改變的內(nèi)部容積的圖12的注入式混合的逆混反應(yīng) 室的^L圖，此內(nèi)部容積不同于圖12所示的內(nèi)部容積；
圖15A和15B呈現(xiàn)了用于圖12和20的反應(yīng)器系統(tǒng)實(shí)施方案的注入式 混合的逆混反應(yīng)室的"發(fā)刷"流體輸送插入件("hairbrush" lluid ddivery insert)的簡化截面圖16呈現(xiàn)了用于圖12和20的反應(yīng)器系統(tǒng)實(shí)施方案的注入式混合的 逆混反應(yīng)室的圓錐形流體輸送插入件的內(nèi)部流體通道的簡化截面圖17A和17B呈現(xiàn)了擋板細(xì)節(jié)的簡化截面圖，且擋板設(shè)置在圖12和 20的反應(yīng)器系統(tǒng)實(shí)施方案的注入式混合的逆混反應(yīng)室和管道式流動(dòng)反應(yīng) 器之間的界面處；
圖18A和18B呈現(xiàn)了圖12和20的反應(yīng)器系統(tǒng)實(shí)施方案的一種可改變 位置的驟冷入口的細(xì)節(jié)和定位的簡化截面圖19A-19C呈現(xiàn)了用于圖12和20的反應(yīng)器系統(tǒng)實(shí)施方案的管道式 流動(dòng)反應(yīng)器的 一 系列溫度曲線；
圖20呈現(xiàn)了具有緊密連接到管道式流動(dòng)反應(yīng)器的注入式混合的逆混 反應(yīng)室的反應(yīng)器系統(tǒng)的可替代實(shí)施方案的簡化截面圖21呈現(xiàn)了用于圖12和20的反應(yīng)器系統(tǒng)實(shí)施方案的注入式混合的 逆混反應(yīng)室和管道式流動(dòng)反應(yīng)器之間的界面的實(shí)施方案的隔板/擋板細(xì)節(jié)；
圖22A - 22C顯示了用于圖20的反應(yīng)器系統(tǒng)實(shí)施方案的注入式混合的 逆混反應(yīng)室和管道式流動(dòng)反應(yīng)器之間的界面的軸向定位細(xì)節(jié)；
圖23進(jìn)一步顯示了用于圖20的反應(yīng)器系統(tǒng)實(shí)施方案的驟冷入口的細(xì)節(jié)；
圖24A和24B顯示了用于圖20的反應(yīng)器系統(tǒng)實(shí)施方案的軸向視圖細(xì) 節(jié)；以及
圖25A和25B顯示了具有注入式混合的進(jìn)入?yún)^(qū)、多位置驟冷和多位置 溫度感測的管道式流動(dòng)反應(yīng)器系統(tǒng)的^f見圖。
優(yōu)選實(shí)施方案的描述
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此處使用的標(biāo)題(如"引言"和"概述")和副標(biāo)題(如"應(yīng)用")僅 僅期望用于在本發(fā)明的公開內(nèi)容內(nèi)大體組織的主題，且并不期望限制本發(fā) 明的/>開內(nèi)容或其任何一個(gè)方面。具體地，"引言"中/>開的主題可以包 括本發(fā)明范圍內(nèi)各方面的技術(shù)，且可以并不構(gòu)成對現(xiàn)有技術(shù)的復(fù)述。"概 述"中公開的主題并不是本發(fā)明的整個(gè)范圍或其任意實(shí)施方案的詳盡的或 完整的公開內(nèi)容。
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雖然描述和具體的實(shí)施例標(biāo)示了本發(fā)明的各實(shí)施方案，但是期望它們 只是為了闡釋的目的，而并不期望限制本發(fā)明的范圍。而且，引用具有所 述特點(diǎn)的多個(gè)實(shí)施方案并不排除具有額外特點(diǎn)的其他實(shí)施方案，或者合并 了所述特點(diǎn)的不同組合的其他實(shí)施方案。
如此處所使用的，詞匯"優(yōu)選的，，和"優(yōu)選地"指本發(fā)明的在某種情 形下，能給予某些益處的實(shí)施方案。然而，其他實(shí)施方案在相同的或其他 情形下也可以是優(yōu)選的。而且，引用一個(gè)或多個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案并不意味 著其他實(shí)施方案無用，且并不期望將其他實(shí)施方案排除在本發(fā)明的范圍之外。如此處所使用的，詞匯"包括"及其變化形式，期望是非限制性的，
備和方法中的其他類似的項(xiàng)目。
此處描述的實(shí)施例和其他實(shí)施方案是示例性的，且并不期望在描述本 發(fā)明的組合物和方法的完整范圍時(shí)受到限制。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，可以對 具體的實(shí)施方案、材料、組合物和方法進(jìn)行等同的變化、修改和改動(dòng)，獲 得大體類似的結(jié)果。
各實(shí)施方案涉及將至少一種c, -c4烷烴直接氧化轉(zhuǎn)化成至少一種烷
基氧化物。將曱烷直接氧化轉(zhuǎn)化成曱醇是此技術(shù)的關(guān)鍵性轉(zhuǎn)化目標(biāo)。
一種才艮據(jù)本發(fā)明來制造曱醇的裝置具有反應(yīng)器100,該反應(yīng)器100有 利于含烴氣體的氣相氧化，如圖1所示?？傮w來看反應(yīng)器100，將加熱的 含烴氣體流(來自閥120和加熱器136 )和來自管線29的含氧氣體引入反 應(yīng)器IOO。正如下面的詳細(xì)解釋，含氧氣體優(yōu)選具有大于80%的氧含量以 減少因再循環(huán)過程導(dǎo)致的惰性氣體的積聚。
任選地，在操作裝置的過程中，反應(yīng)器IOO還接收來自閥120和熱交 換器121的驟冷的含烴氣體流以便降低反應(yīng)溫度。
所述裝置具有在分離前用于冷卻反應(yīng)產(chǎn)物流混合物的設(shè)備114。此外， 部分冷凝器122結(jié)合氣-液熱交換器，以進(jìn)一步降低產(chǎn)物的溫度。冷凝器 122將H20和醇從烴-C02的混合物中分離。部分冷凝器122優(yōu)選是等壓 而非等溫的，以避免壓力損失。反應(yīng)產(chǎn)物流進(jìn)入冷凝器122，而液體流和 氣體流離開冷凝器122。
塊139表示設(shè)計(jì)成將污染物和產(chǎn)物從含烴再循環(huán)氣體組分分離的設(shè) 備。在這方面，設(shè)備139設(shè)計(jì)成將C02從還原產(chǎn)物流中除去。設(shè)備139可 以采取放氣閥(purge valve )、吸收器、膜分離器或吸附器的形式。設(shè)想設(shè) 備139可用于，如用放氣閥來調(diào)節(jié)諸如N2的其他非反應(yīng)性組分的百分?jǐn)?shù)。
在系統(tǒng)^皮設(shè)計(jì)成回收曱醛時(shí)，氣相還原產(chǎn)物流離開等壓冷凝器122, 并^t傳送到洗滌器134?？梢詰?yīng)用的其他可能的方法使用，如已知的各種 胺物質(zhì)來除去C02和曱醛。為了實(shí)現(xiàn)最小的吸收要求，可以更改曱醇流速或洗滌器塔的操作溫 度。如果希望在非常低的吸收劑流速下運(yùn)轉(zhuǎn)，則可以應(yīng)用較低溫度，例如 0°C。如果希望在室溫或通過冷卻水能達(dá)到的溫度下運(yùn)轉(zhuǎn)，則可以應(yīng)用高 的流速，例如10倍于0。C時(shí)的流速。在任一情況中，富含曱醇的吸收劑流
14通過曱醛蒸餾塔138完全再生。任選地，來自洗滌器134的流14可以 通過冷凝器122,以冷卻產(chǎn)物流，并預(yù)熱再循環(huán)的曱醇以改善曱醛蒸餾塔 138的能效。
反應(yīng)器100與用于供給壓縮的和加熱的含氧氣體的壓縮機(jī)124和加熱 器126連才妻。未處J里的含烴氣體(raw hydrocarbon- containing gas )與來自 洗滌器134的凈化的烴氣體混合，并且使用加熱器136加熱。如果未處理 的烴具有高的C02含量，則未處理的烴可以在進(jìn)入洗滌器134之前與來自 冷凝器122的還原產(chǎn)物烴流混合，以便在進(jìn)入反應(yīng)器之前除去污染物氣體。
所述裝置進(jìn)一步具有用于精餾曱醇的設(shè)備，所述設(shè)備包括閃蒸槽132、 精餾塔128和容器130,來自容器130的曱醇被供給，以儲(chǔ)存或進(jìn)一步處 理。此精餾塔128用于將曱醇(較關(guān)鍵組分)從乙醇(非常關(guān)鍵的組分) 和水(非關(guān)鍵組分)中分離。如前所述，希望非常關(guān)鍵的組分的一部分進(jìn) 入餾出物的流中(如福爾馬林的商品規(guī)格所指示的)。對于甲醇精餾，通 常是99。/?；蚋叩募兌龋矣枚鄠€(gè)塔可達(dá)到99.999%的純度。流4進(jìn)入塔， 餾出物流5和底部流8以液相形式離開》荅。流8具有一些量的乙醇(如果 生產(chǎn)超純的甲醇，也許是曱醇)，且將被用作商用福爾馬林流(流11和福 爾馬林存儲(chǔ)191)的含水組成的主要成分。這樣，在剩余物被排放到廢液 流之前， 一些乙醇被回收。
被置于塔128和冷凝器122之間的是閃蒸槽132,用于將C02和曱醛 從液態(tài)產(chǎn)物流中除去。閃蒸槽132的目的是在進(jìn)入曱醇精餾塔128之前， 使壓力下降到合適的水平，并基本上將任何溶解的氣體，通常是C02和曱 醛，從液態(tài)產(chǎn)物流除去。
在操作中，將具有例如高達(dá)98%含量的甲烷的未處理的含烴氣體流和 還原的烴產(chǎn)物流從用于制備氣體的設(shè)備或任何其它源供給到加熱器136, 在加熱器136中將它們加熱到溫度430-470。C。然后，將加熱的含烴氣體供給到反應(yīng)器100。通過壓縮機(jī)124將具有例如7-8MPa壓力并具有80% 到100%比率，優(yōu)選為90%到95%的氧的壓縮空氣也供給到反應(yīng)器100。 在反應(yīng)器100內(nèi)發(fā)生曱烷到曱醇和/或曱醛的氧化反應(yīng)。如先前所述的，反 應(yīng)物總體積的2%和3%之間的02與加熱的含烴氣體流反應(yīng)。為了將系統(tǒng) 內(nèi)的N2的量限制到，例如少于30%-40%,或減小清洗流的必要量以-使實(shí) 現(xiàn)同樣的作用，優(yōu)選地，02流實(shí)質(zhì)上是純的，從而限制進(jìn)入系統(tǒng)的N2的 量。
反應(yīng)器中的任選的第二冷卻的冷卻劑流(或，換言之，是比氣體溫度 低的冷卻劑)被供給到反應(yīng)器100，如先前概述的。所述流由調(diào)節(jié)設(shè)備(閥) 120調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)設(shè)備120可形成為已知的氣體供給調(diào)節(jié)設(shè)備、調(diào)節(jié)閥或類 似物。這個(gè)冷卻流可以主要由，如未處理的烴流、再循環(huán)流或上述兩種流 的一部分或其組合組成。調(diào)節(jié)器被設(shè)計(jì)成基于系統(tǒng)參數(shù)調(diào)節(jié)冷的含烴氣體 的體積或壓力，上述系統(tǒng)參數(shù)例如，但不限于，壓力、溫度或系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)一 步向下游的位置處的反應(yīng)產(chǎn)物百分?jǐn)?shù)。
由冷卻劑源供給的冷卻劑的作用是降低部分氧化的曱烷的溫度，以減 少曱醛的持續(xù)氧化或分解。此冷卻劑可以是易于與反應(yīng)產(chǎn)物流分離的任意 物質(zhì)。例如，正如下面更好地描述的，冷卻劑可以是未加熱的含烴或含曱 烷氣體流。
優(yōu)選地，冷卻劑可以是易于與反應(yīng)產(chǎn)物分離的任意非氧化物質(zhì)。就此 而言，冷卻劑可以是，如氣態(tài)的或氣溶膠的或霧化液體的co2、曱醛、曱 醇、水和/或蒸汽。另外設(shè)想冷卻劑還可以是循環(huán)反應(yīng)產(chǎn)物、水、蒸汽和/ 或未處理的烴氣體的混合物。
根據(jù)該裝置的預(yù)期操作模式，尤其是曱醇或曱醇和甲醛的預(yù)期生產(chǎn)， 如果期望主要/專門生產(chǎn)曱醇，那么反應(yīng)混合物在反應(yīng)器中經(jīng)歷反應(yīng)，而并 不引入冷的含烴氣體。當(dāng)期望生成曱醇和曱醛時(shí)，則引入冷的含烴氣體。 通過引入冷的含烴氣體來減小反應(yīng)溫度，如減小30°C-90°C,以便通過減 少曱醛分解成co2來保持分離的混合物中的曱醛含量。
將反應(yīng)混合物輸送到熱交換器114中，以將熱從排出反應(yīng)器的反應(yīng)混 合物傳遞到反應(yīng)器輸入流，并在進(jìn)一步冷卻之后，將反應(yīng)混合物供給到部分冷凝器122中。在部分冷凝器122中將混合物分離成高揮發(fā)性組分和低 揮發(fā)性組分(分別是干氣和粗液)，按照期望的，部分冷凝器122可將曱 醛之中的至少一些吸收入粗液流中。干氣前行到洗滌器134，而來自冷;疑 器122的粗液供給到閃蒸槽132。
洗滌器134起到除去來自干氣流的C02和曱醛的作用。就此而言，洗 滌器134在7MPa-8MPa的壓力下和約0。C到約5(TC的溫度之間利用H20
和曱醇來吸收C02和甲醛。
一旦除去C02和曱醛，那么通過在反應(yīng)器之前
或在反應(yīng)器內(nèi)將還原流與未處理的含烴氣體流混合來再循環(huán)烴氣體的還
原流，如所期望的。然后，在被如前所述的熱交換器116和加熱器136加 熱后，將未處理的烴和還原流單獨(dú)地或一起輸入到反應(yīng)室100中。
精鎦塔138用于將二氧化碳(非關(guān)鍵組分)和曱醛(較關(guān)鍵組分)與 曱醇(非常關(guān)鍵的組分)和水(非關(guān)鍵組分)分離。富含曱醇蒸汽的流14 進(jìn)入精餾塔13 8內(nèi)，并被分離成甲醛餾出物流16和底部流15。餾出物流 中的一些量的曱醇是期望的，因?yàn)闀醮加米魃缮逃眉壐栺R林(6% -
15%的乙醇穩(wěn)定劑、37%的曱醛以及剩余的是水)的穩(wěn)定劑。通過使一部 分非常關(guān)鍵的組分進(jìn)入餾出物流，更容易實(shí)現(xiàn)分離；而且，在吸收劑再生 過程中所通常經(jīng)歷的工藝損失隨后就抵消了 ，因?yàn)轲s出物中的曱醇用于生 成福爾馬林。流15由流31補(bǔ)充，以4更替代輸送到餾出物流，流16中的 任何甲醇。將流31與流15合并形成了流17,然后，流17返回到洗滌器 134，作為再生的曱醇吸收劑。同時(shí)，曱醛餾出物，流16與來自閃蒸槽132 的蒸汽，流7組合，以形成曱醛、曱醇和二氧化碳的混合物。
通過洗滌器134除去的甲醛、水、曱醇和C02被輸送到甲酪精鎦塔138。 塔138將曱醛和C02從曱醇_水流中除去。少量的曱醇與所生成的曱醇組 合，并被輸入到洗滌器134中，以從還原的烴流中除去額外量的C02和曱醛。
通過等壓冷凝器122的操作，游離或無水曱醛被允許保持在氣相中。 只要曱醛保留在氣體流中，液態(tài)甲醇產(chǎn)物流或粗液就包括曱醇、乙醇和水。 在這種情況下，流出等壓冷凝器122的液體流在任選地通過閃蒸槽132之 后，可以繞開此工藝的曱醛精餾部分，并進(jìn)入曱醇精餾塔。圖2和圖3分別顯示了不進(jìn)行冷卻和進(jìn)行冷卻時(shí)，反應(yīng)中的氧、曱醛 和曱醇的濃度的圖表。
正如圖2所看到的，約2秒鐘反應(yīng)時(shí)間后，氧基本上完全反應(yīng)。此時(shí)， 反應(yīng)溫度達(dá)到其最大值，且按其各自在反應(yīng)混合物中的比例生成曱醇和曱 醛。在反應(yīng)結(jié)束時(shí)，曱醇是更穩(wěn)定的產(chǎn)物，且在達(dá)到其最大濃度后，曱醇 的濃度基本上是穩(wěn)定的。曱醛的穩(wěn)定性小一些，且因此升高溫度(溫度升 高直到氧基本上完全被消耗)會(huì)略微減小其濃度。
在如圖3所示通過引入冷的氣體來進(jìn)行冷卻的反應(yīng)中，當(dāng)完成曱醇和 曱醛的生成時(shí)，降低了反應(yīng)最后時(shí)期的溫度，以便抑制曱醛的分解。
圖4表示描繪了系統(tǒng)的氧化收率隨再循環(huán)烴氣體的再循環(huán)比變化的曲 線圖。所顯示的是描繪了使用具有97%的CH4和1%的N2的Michigan Antrim氣體的曲線圖。就此而言，此曲線圖顯示了使用相同的輸入流顯著 增加了產(chǎn)物收率，而成本幾乎不增加。因?yàn)橄到y(tǒng)有效地掌控壓力，并合并
工藝的能量用量，所以使能量需求最小，從而增強(qiáng)了整個(gè)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效果。
圖5表示了曱烷到曱醇的可替代的裝置150。裝置150設(shè)置成處理由 共存的油氣田152或氣田154排放的氣體中的甲烷。優(yōu)選緊靠井眼設(shè)置的 裝置150通常由氣體處理裝置156、液體處理裝置158和制氧裝置160形 成。另外，與裝置150配套的是廢水處理裝置162和公用裝置(utility plant) 164。
如圖6所示，任選的制氧裝置160可用于幫助調(diào)節(jié)反應(yīng)器100內(nèi)的烴 流的部分氧化。制氧裝置160具有連接到熱交換器163的壓縮機(jī)161，熱 交換器163的作用是制備用于注入到多個(gè)吸收器165中的壓縮氧。在通過 吸收器之后，所生成的氧流被壓縮，并直接前行到反應(yīng)器100。
通常參考圖7，裝置156的氣體處理部分通常發(fā)揮如上所述的功效(參 見圖l)。就此而言，氣體處理裝置156具有壓縮機(jī)170和172，用于升高 引入的凈化過的烴流174的壓力。此流174隨后被分開，并在反應(yīng)器100 中與氧反應(yīng)，以部分氧化曱烷，如上所述。設(shè)想可以調(diào)節(jié)諸如反應(yīng)時(shí)間以 及反應(yīng)器內(nèi)的溫度和壓力的參數(shù)，以選擇性地控制反應(yīng)器100中生成的C02、 H20、曱醛以及曱醇的量。來自反應(yīng)器的反應(yīng)產(chǎn)物176隨后轉(zhuǎn)移到液 體處理裝置158。
如圖8所示，液體處理裝置158通常發(fā)揮如上所述的功效，以將曱醇 和甲醛與反應(yīng)產(chǎn)物流176分離。顯示的是相關(guān)的蒸餾器、混合機(jī)、閃蒸槽， 它們用于分離反應(yīng)產(chǎn)物流的組分材料，這如上面詳細(xì)顯示的。具體地說， 當(dāng)反應(yīng)產(chǎn)物流是曱醇，且如果期望的話，還有曱醛時(shí)，從反應(yīng)產(chǎn)物流中除 去C02。洗滌器134 (參見圖5)防止C02聚積，并物理收集曱醛。洗滌 器134可利用曱醇和水的混合物從烴氣體再循環(huán)回路135中物理吸收曱醛 和C02。因?yàn)樵傺h(huán)回路135的操作壓力高，所以使沒有致冷就足以有效 操作洗滌器134成為可能。這與傳統(tǒng)的吸收方法所采用的低溫學(xué)上的低溫 是不一樣的。含有些許量的曱醛和C02的作為"臟"氣的氣體進(jìn)入洗滌器 134。這些組分將只以相對少的量存在，因此曱醇吸收劑的作用也是相對 弱的。
如前所述，設(shè)想可以選擇性地調(diào)節(jié)反應(yīng)器的輸出，以便使裝置156的 氣體處理部分所生成的曱醛的量最小。當(dāng)可以排放C02時(shí)，尤其設(shè)想可以 在離井的預(yù)定距離處將來自反應(yīng)產(chǎn)物的C02注入地下，以增加井的輸出。 就此而言，設(shè)想可以在離井的任意合適的距離處注入C02，以便允許增加 地下的壓力來增加井中的氣或油的輸出。另外，設(shè)想能夠?qū)02注入井眼 空型(casement)中或近井眼區(qū)域中，以增加產(chǎn)氣井或產(chǎn)油氣的井的輸出。
雖然顯示為基于陸地的裝置，但是特別設(shè)想，裝置150能夠配套有近 海石油鉆機(jī)。就此而言，裝置150或者是在近海鉆機(jī)上，或者是離鉆機(jī)預(yù) 定近的距離，如緊鄰漂浮平臺(tái)上的近海鉆機(jī)。當(dāng)是生成天然氣的近海鉆機(jī) 的情形時(shí)，設(shè)想從含曱烷的烴流轉(zhuǎn)化的曱醇將被注入含曱烷烴流的第二部 分中，以改善來自近海油井的烴流向陸地的流動(dòng)。注入曱醇，以減少管線 內(nèi)氫氧化物的形成。當(dāng)流到達(dá)海岸之后，與天然氣相伴的曱醇隨后將從含 烴流中除去。
進(jìn)一步設(shè)想其他反應(yīng)產(chǎn)物的任意一種，即CCb、水或曱醇可以被直接 注入到平臺(tái)或基于陸地的井周圍的含烴的地下形成物。具體地說，設(shè)想曱 醇可以被注入到井周圍的氫氧化物結(jié)構(gòu)中，以便增加產(chǎn)天然氣的井的天然氣的輸出。
暫時(shí)返回到圖5,設(shè)想可以將C02注入到井的一個(gè)部分中，同時(shí)將曱 醇或其他反應(yīng)產(chǎn)物注入到井的其他部分。在天然氣可能是被阻斷的或可能 具有大于4%的氮含量的情形時(shí)，可以設(shè)置設(shè)施，以掌控再循環(huán)回路內(nèi)的
氮累積。當(dāng)任何特定的井152、 154的輸出低時(shí)，設(shè)想可以使用具有縮短 工藝的單個(gè)裝置100。在這些情況中，只有與烴流的部分氧化相關(guān)的部分
設(shè)施以及除去C02的配套設(shè)施將被用在井附近。
除去的C02可以被收集、排放或重新注入到地下。緊接著通過洗滌器 除去天然氣和相伴的C02之后，剩余的液態(tài)產(chǎn)物可以液體形式從井位置輸
送到用于將曱醛、曱醇和水與廢棄物流分離的另一處位置。就此而言，設(shè)
想可以在離被阻斷的天然氣位置相當(dāng)遠(yuǎn)的位置處設(shè)置使液體處理(158) 成為最后過程的中央液體處理裝置。這允許使用中央液體處理設(shè)施158。 還設(shè)想可以調(diào)節(jié)反應(yīng)器的條件，以生成含有商用級福爾馬林的液相。
另一種方法的實(shí)施方案900呈現(xiàn)在圖9中?？諝?02被輸送至壓縮機(jī) 934，然后在熱交換器904中被冷卻以輸送至氮分離器906或氮分離器908 的其中一個(gè)。氧進(jìn)料被儲(chǔ)存在罐962中，并用壓縮才幾910壓縮以便在加熱 器912中加熱之后，作為含氧進(jìn)料流被引入到反應(yīng)器系統(tǒng)914中。含烷烴 的未處理的進(jìn)料926 (至少一種C,-C4烷烴，主要是甲烷或天然氣)在壓 縮機(jī)928中被壓縮，并與洗滌器920的烷烴再循環(huán)共混以進(jìn)一步在壓縮機(jī) 922中壓縮，并在熱交換器930中與反應(yīng)器產(chǎn)物流的反應(yīng)器936進(jìn)行熱交 換。再循環(huán)流優(yōu)選將含烷烴的進(jìn)料流中約4: 5到約20: 21重量百分?jǐn)?shù)的 烷烴提供給反應(yīng)器914。在一個(gè)實(shí)施方案中，將洗滌器920壓縮到反應(yīng)器 系統(tǒng)914的數(shù)量級的壓力(參見圖12到24B,且所附的文本進(jìn)一步詳細(xì)描 述了用于反應(yīng)器系統(tǒng)914的反應(yīng)器設(shè)計(jì))，壓縮機(jī)922可以是離心鼓風(fēng)機(jī) (非容積式壓縮機(jī))。在熱交換器930中，在與反應(yīng)器產(chǎn)物流的反應(yīng)器936 進(jìn)行熱交換之后，在熱交換器932中加熱相結(jié)合的未處理的烷烴和再循環(huán) 流，以將含烷烴的進(jìn)料流提供給反應(yīng)器系統(tǒng)914。反應(yīng)器系統(tǒng)914的各實(shí) 施方案進(jìn)一步描述在圖12-24B中。洗滌器920起到吸收二氧化碳和烷基 氧化物(如，但不限于，曱醇、乙醇和曱醛)的作用，同時(shí)提供再循環(huán)流以便與新鮮的烷烴結(jié)合而將進(jìn)料流提供給壓縮機(jī)922。閥924處進(jìn)行的凈 化從反應(yīng)器-洗滌器過程回路除去非反應(yīng)性的惰性氣體(如，但不限于， 氮)，以提高反應(yīng)器系統(tǒng)914的有效使用。任選地，從閥938也能夠?qū)Ψ?應(yīng)器系統(tǒng)914進(jìn)行驟冷。液體從洗滌器920的底部前行到閃蒸槽918,在 閃蒸槽918中，頂部流942與產(chǎn)物流940分離(包括，如且不限于，曱醇、 乙醇和曱醛)。爐或熱力氧化器916氧化廢氣，用以排放到大氣中。方法 900用于提供液態(tài)物質(zhì)，以在另一位置處進(jìn)一步處理成純化的烷烴氧化物， 或者提供用于燃料或精確的純度并非關(guān)鍵所在的其他類似用途的烷烴氧 化物混合物。
圖10顯示了另一種方法的實(shí)施方案1000,且前^:方法回^各基本上類 似于圖9呈現(xiàn)的方法900, -f旦結(jié)合了現(xiàn)場蒸餾系統(tǒng)1002,以在流1004 (用 于洗滌器中的吸收劑)中分離曱醇，在流1006中分離純化的水，以用在 分解槽(knockdown drum) 1012中以及生成純化的曱醇1008和廢物流 1010。在將反應(yīng)器產(chǎn)物流的剩余部分引入洗滌器之前，分解槽1012使液 體與反應(yīng)器產(chǎn)物流先分離。
圖11呈現(xiàn)了用于生成曱醇產(chǎn)物流和甲醛的方法實(shí)施方案1100,且前 段方法回路基本上類似于圖9呈現(xiàn)的方法900，但是引入了現(xiàn)場曱醛蒸餾 系統(tǒng)1110和曱醇蒸餾系統(tǒng)1108以生成曱醇產(chǎn)物流1102。來自曱醇蒸餾系 統(tǒng)1108的流冷卻頂部的曱醛蒸餾系統(tǒng)1110,以在吸收器-混合機(jī)1116中 將二氧化碳(產(chǎn)物流1106)和曱醛(產(chǎn)物流1104)分離。至洗滌器的甲醇 再循環(huán)流是從曱醇蒸餾系統(tǒng)1108抽吸的，并在冷卻器1112中冷卻，以提 供高效率的洗滌器來冷凝反應(yīng)器產(chǎn)物流。爐或熱力氧化器1114氧化凈化流 (purge)以除去非反應(yīng)性惰性氣體(如，不限于，氮)和來自反應(yīng)器-洗 滌器方法回路的一些烷烴(曱醇)，并由此提高反應(yīng)器的有效使用。
雖然，常規(guī)的管道式流動(dòng)反應(yīng)器可以與上述方法的任意一種一起使 用，作為反應(yīng)器100和/或反應(yīng)器914,優(yōu)選的反應(yīng)器實(shí)施方案描述在圖12 到24B的討^侖中。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向更深層次地考慮反應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)和用于提供改進(jìn)的反應(yīng)器 系統(tǒng)的進(jìn)一步實(shí)施方案，該改進(jìn)的反應(yīng)器系統(tǒng)用來實(shí)施天然氣部分氧化成曱醇、曱醛和其他氧化物的總反應(yīng)，若干適于小型的、隔離的天然氣氣源 (被阻斷的天然氣)的緊湊型制造設(shè)施已經(jīng)描述在圖1- 11中。用于這些 方法的新穎的反應(yīng)器系統(tǒng)從圖12開始也被進(jìn)一步描迷，且更具體地說，
總體描述在圖12和20中。之所以開始考慮這些反應(yīng)器樣式是源于直接氧
化反應(yīng)自身的特性。
總體而言，反應(yīng)方法包括在優(yōu)化曱醇的形成，以及操控反應(yīng)器的溫度、 總壓力和燃料(如，不限于，天然氣)對氧化劑的比來控制反應(yīng)產(chǎn)物的相 對量的條件下，將天然氣和氧化劑的混合物輸送通過加熱的、連續(xù)流的反
應(yīng)器系統(tǒng)。此反應(yīng)是諸如天然氣的d-Ct燃料被氧化劑、氧氣、空氣或其
他合適的含氧化合物(優(yōu)選地，空氣中的氧或最優(yōu)選，氧)部分氧化?；?合物包含相當(dāng)過量的燃料(如，不限于，天然氣)，以避免完全燃燒成不 期望的產(chǎn)物，如二氧化碳和水。
反應(yīng)是放熱的支鏈反應(yīng)。支鏈化經(jīng)由鏈載體的二次增長而引起反應(yīng)速
率的加速。此類型反應(yīng)的特征在于引發(fā)期(induction period),在引發(fā)期的 過程中，鏈載體濃縮物累積到發(fā)生反應(yīng)速率和溫度非?？焖俚卦鲩L的位 置。反應(yīng)速率非?？焖俚脑鲩L是由于鏈載體的二次增長率，而溫度非?？?速的增長是由于反應(yīng)速率所帶來的產(chǎn)生熱量的速率的增大。在完全消耗燃 料(如，不限于，天然氣)之前，完全消耗了氧化劑、有限的反應(yīng)物，這 限制了溫度的增長。設(shè)置氧化劑對燃料(如，不限于，天然氣)的比以使 形成曱醇的選擇性得以優(yōu)化。
下面的反應(yīng)條件有利于甲醇和其他氧化物的最佳選擇性。在含烷烴的 進(jìn)料流與含氧的進(jìn)料流相結(jié)合之后，反應(yīng)混合物的組分應(yīng)該是約lmor/。到 約10mor/。的氧化劑，優(yōu)選約2mol。/。到約5mor/。的氧化劑，且最優(yōu)選約 2.5mor/。的氧化劑。反應(yīng)器系統(tǒng)中的氣體的總壓力應(yīng)該是在約6MPa到約 10MPa的范圍內(nèi)，優(yōu)選約7.5MPa到約9MPa，且最優(yōu)選約8MPa。反應(yīng)器 系統(tǒng)的壁溫應(yīng)該是約600K到約900K的范圍內(nèi)，且更優(yōu)選約723K到約 823K。反應(yīng)器的總停留時(shí)間應(yīng)該是約1秒到約40秒，更優(yōu)選約1秒到約 10秒，且最優(yōu)選約1秒到約2.5秒。
在這些條件下，曱醇的選擇性在約0.35到至少約0.60的范圍內(nèi)，且含烷烴進(jìn)料流的其他氧化物是較低的選擇性。曱醇的轉(zhuǎn)化是約10%,且天 然氣的其他烴組分的轉(zhuǎn)化是相似的。在反應(yīng)之后，進(jìn)行未反應(yīng)的烴的分離 和再循環(huán)。
對連續(xù)的操作來說，燃料(如，d-Q烷烴或如天然氣中提供的d
-(34烷烴)和氧化劑必須充分混合。基于此目的，提供混合室/反應(yīng)器，既 徹底地混合反應(yīng)組分，又引發(fā)烷基(如，不限于，甲基)自由基的生成， 烷基自由基隨后被包含在來自混合室的輸出流中。因此，在這方面，混合 室在反應(yīng)器系統(tǒng)中有效地提供了注入式混合的逆混反應(yīng)室("逆混反應(yīng) 室")，該反應(yīng)器系統(tǒng)具有與管道式流動(dòng)反應(yīng)器流體相通的注入式混合的逆 混反應(yīng)室來實(shí)施總反應(yīng)。雖然并未理想地落入經(jīng)典的連續(xù)攪拌的罐式反應(yīng) 器模式或者未落入經(jīng)典的管道式流動(dòng)反應(yīng)器模式，但是各實(shí)施方案的注入 式混合的逆混反應(yīng)室具有標(biāo)示了操作特征的許多方面，該操作特征具有比 管道式流動(dòng)反應(yīng)器或活塞流反應(yīng)器模式的親和性大的連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)
器或CSTR模式的親和性(進(jìn)一步表示為連續(xù)攪拌進(jìn)料的釜式反應(yīng)器 (continuous feed stirred tank reactor)或CFSTR;且又進(jìn)一步表示為-急態(tài)逆 ';毘;充反應(yīng)器(steady-state backmix flow reactor))。 注入式'混合的逆)'毘反應(yīng) 室具有約0.05秒到約1.5秒的空間-時(shí)間(優(yōu)選地，預(yù)期空間-時(shí)間是約 0.1秒)，對應(yīng)于含烷烴的進(jìn)料流和含氧的進(jìn)料流的總供給速度，使得進(jìn)料 可以被有效混合，以及使得在注入式混合的逆混反應(yīng)室的產(chǎn)物流(曱烷、 氧以及甲基自由基)被供給到管道式流動(dòng)反應(yīng)器中以進(jìn)一步反應(yīng)成曱醇之 前，可以適應(yīng)產(chǎn)生烷基自由基(如，不限于，曱基自由基)的初始引發(fā)期。 在優(yōu)選的實(shí)施方案中，注入式混合的逆混反應(yīng)室被設(shè)計(jì)成能夠注入式混合 C,-C4烷烴和含氧的進(jìn)料流，以將這些流湍流攪動(dòng)到一起，并有效地湍流 攪動(dòng)注入式混合的逆混反應(yīng)室。在這方面，認(rèn)識到曱基自由基的產(chǎn)生是實(shí) 現(xiàn)將曱烷直接氧化成曱醇(一種相應(yīng)的烷基氧化物)的一組動(dòng)力學(xué)反應(yīng)步 驟中的第一步動(dòng)力學(xué)反應(yīng)，且在管道式流動(dòng)反應(yīng)器之前使用注入式混合的
逆混反應(yīng)室能夠獨(dú)立地優(yōu)化此曱基自由基的引發(fā)步驟。源自C2-C4烷烴的 其他自由基在相似的條件下，通常應(yīng)該具有比曱基自由基較短的引發(fā)期。 隨后的支鏈化動(dòng)力學(xué)副反應(yīng)(動(dòng)力學(xué)副反應(yīng)步驟)接下來將曱基自由基和
注入式混合的逆混反應(yīng)室的產(chǎn)物流中的其他組分轉(zhuǎn)化成曱醇和其他產(chǎn)物；這些稍后的副反應(yīng)在管道式流動(dòng)反應(yīng)器環(huán)境中得到最佳控制，管道式流動(dòng) 反應(yīng)器環(huán)境通常接收現(xiàn)有系統(tǒng)中的混合的(但未反應(yīng)的)曱烷(烷烴)和氧。
因此，反應(yīng)器系統(tǒng)提供了若干自由度(如，不限于，反應(yīng)器空間-時(shí) 間、溫度以及注入混合，這將在此處隨后討論)以增大初始動(dòng)力學(xué)系列的 副反應(yīng)，且在獨(dú)立于增大初始動(dòng)力學(xué)系列的副反應(yīng)的條件下，用于增大整 個(gè)組的副反應(yīng)中稍后的動(dòng)力學(xué)系列副反應(yīng)，這些副反應(yīng)相結(jié)合以實(shí)現(xiàn)將至 少一種d - C4烷烴全部直接氧化反應(yīng)成至少一種相應(yīng)的烷基氧化物。
相對于含烷烴的進(jìn)料流中的甲烷，混合室/反應(yīng)器(注入式混合的逆混
反應(yīng)室)中的曱基自由基的引發(fā)明顯背離于諸如美國專利US4,982,023和 美國專利US4,618，732等文獻(xiàn)的現(xiàn)有教導(dǎo)，這兩個(gè)文獻(xiàn)注明為背景技術(shù)， 它們標(biāo)示進(jìn)料流僅在被引入反應(yīng)器之前被混合。
將反應(yīng)物以分離的流供給到混合室/反應(yīng)器(注入式混合的逆混反應(yīng) 室)中。當(dāng)反應(yīng)物出現(xiàn)在注入式混合的逆混反應(yīng)室中時(shí)，接著就將^皮供給 到管道式流動(dòng)反應(yīng)器中。必須進(jìn)行徹底地混合，并實(shí)現(xiàn)注入式混合的逆混 反應(yīng)室中反應(yīng)物濃度的均勻分布或基本上均勻分布的目標(biāo)。這是必須的， 以避免氧化期望的產(chǎn)物-曱醇和其他氧化物。否則，這種氧化將出現(xiàn)在存 在相對高的氧化劑濃度的不完全混合的區(qū)域內(nèi)，且產(chǎn)物收率成比例地減 少。在這方面，與管道式流動(dòng)反應(yīng)器中的停留時(shí)間相比，注入式混合的逆 混反應(yīng)室中的混合時(shí)間必須相對短暫。鑒于總體來看，反應(yīng)器系統(tǒng)的優(yōu)選 的總停留時(shí)間是約1秒到約2.5秒，那么在注入式混合的逆混反應(yīng)室中的 停留時(shí)間必須是至少0.1秒。在這方面，可以用至少lms實(shí)現(xiàn)氣體實(shí)際的 湍流混合。雖然存在若干用于實(shí)現(xiàn)令人滿意的混合的實(shí)施方案，這將在下 文描述，但是采用最短停留時(shí)間的優(yōu)選實(shí)施方案采用了利用分流器散流器 圓錐體(diverter diffuser cone)而形成的基本上相對的湍性射流，所述分 流器散流器圓錐體具有其最靠近管道式流動(dòng)反應(yīng)器的趨向于尖端的側(cè)面
(apex - tending side )(尖端)。鑒于烷基(如，曱基)自由基的高反應(yīng)性， 圓錐體的目的是使注入式混合的逆混反應(yīng)室的容納物的各分段
(sub-portion)的長停留時(shí)間最短。在反應(yīng)的化學(xué)環(huán)境中，反應(yīng)器壁必須是惰性的。反應(yīng)器結(jié)構(gòu)材料必須 是鋼，優(yōu)選是不銹鋼，以承受必要的總壓。在鋼表面降低了曱醇選擇性的
情況下，鋼優(yōu)選一皮涂布有惰性涂層，如Teflon ,或有機(jī)蠟。將PyrexTM或 石英襯套插入反應(yīng)器中也提供了相對惰性的表面。
限流擋板設(shè)置在注入式混合的逆混反應(yīng)室的輸出中以增大注入式混 合的逆混反應(yīng)室和管道式流動(dòng)反應(yīng)器之間的壓力降，且由此在注入式混合 的逆混反應(yīng)室中獲得期望的停留時(shí)間的精細(xì)轉(zhuǎn)變特征(fine turning feature ) (控制自由度)。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，限流擋板(帶孔的隔板，用于形 成流體通道)可方便地軸向移動(dòng)，使得在工藝運(yùn)行的情形之前或者在工藝 運(yùn)行的過程中，可替代的擋板位置可以布置在注入式混合的逆混反應(yīng)室的 定制構(gòu)建的有效空間-時(shí)間內(nèi)。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，限流擋板被進(jìn)一步 靠近可方便地軸向移動(dòng)的阻隔部件(blocking component),使得在工藝運(yùn) 行的情形之前或者在工藝運(yùn)行的過程中，可變的擋板(隔板)通道可以通 過部分阻塞注入式混合的逆混反應(yīng)室的定制構(gòu)建的有效空間_時(shí)間內(nèi)的 擋板(隔板)內(nèi)的孔來界定；這個(gè)特征提供了運(yùn)行控制的另 一個(gè)自由度。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向全面評述管道式流動(dòng)反應(yīng)器，溫度最大值的軸向位置對反應(yīng) 器的入口溫度、總流速和反應(yīng)物組分非常敏感。這些量中任意一種的波動(dòng) 都可能造成反應(yīng)器"熱點(diǎn)"的位置移動(dòng)。在極端情況下，"熱點(diǎn)，，可以移 出反應(yīng)器容器，并由此對性能造成不利地影響。因此，在一個(gè)實(shí)施方案中， 管道式流動(dòng)反應(yīng)器優(yōu)選配置有經(jīng)由滑動(dòng)密封件沿軸向(沿著反應(yīng)器內(nèi)一般 流的軸)平移的熱電偶。在另一個(gè)實(shí)施方案中，設(shè)置成測量管道式流動(dòng)反 應(yīng)器的沿著流動(dòng)軸的溫度曲線的多個(gè)熱電偶能夠監(jiān)測溫度。熱電偶組監(jiān)測 反應(yīng)器內(nèi)軸向的氣相溫度分布，且熱電偶的監(jiān)測結(jié)果還用于控制反應(yīng)器。
曱醇、曱醛和其他氧化物可以在管道式流動(dòng)反應(yīng)器的高溫下進(jìn)行熱分 解，這導(dǎo)致了產(chǎn)物損失。通過冷卻緊鄰"熱點(diǎn)"下游的位置處的反應(yīng)器容 納物能使這種分解最小化。因?yàn)楸诘睦鋮s并不是充分響應(yīng)的，所以優(yōu)選的 實(shí)施方案采用了通過管來注入冷卻氣體，而該管的軸向位置可通過滑動(dòng)密 封件來改變。冷卻氣體優(yōu)選是天然氣，但也可以使用二氧化碳、氮?dú)饣騽e 的惰性物質(zhì)。圖12呈現(xiàn)了反應(yīng)器系統(tǒng)1200的簡化的截面圖，該系統(tǒng)具有緊密連接 到管道式流動(dòng)反應(yīng)器1204的注入式混合的逆混反應(yīng)室1202,以使所-提供 的具有與管道式流動(dòng)反應(yīng)器流體相通的注入式混合的逆混反應(yīng)室的反應(yīng) 器系統(tǒng)用于結(jié)合圖1 - 11所述方法的其中一種。反應(yīng)器系統(tǒng)的主室和反應(yīng) 器部分沿著軸1220對齊，注入式混合的逆混反應(yīng)室具有外殼1206 (與隔 板1232相互配合界定了具有圓柱形表面的內(nèi)部容積1234)。管道式流動(dòng) 反應(yīng)器1204具有外殼1210，外殼1210與可滑動(dòng)的管道式流動(dòng)反應(yīng)器1204 的具有外殼1208的部分和隔板1232相互配合界定了內(nèi)部容積1248。含烷 烴的氣體進(jìn)料流(第一流體流)通過烷烴氣體輸入1222以及如圖所示的 類似的烷烴輸入進(jìn)入。含氧的氣體進(jìn)料流(第二流體流)通過氧氣輸入1224 和圓錐形的分流器/分配器1226進(jìn)入。圓錐形的分流器/分配器1226具有 連接到外殼1206的與隔板1232相對設(shè)置的一部分的圓錐形底部(圖16 的底部1614)。通過隔板(擋板)1232和通道1270 (圖17A和17B更詳 細(xì)地顯示了其相關(guān)的流體通道)以及任選的阻隔部件1230形成了逆混反 應(yīng)室的輸出。隔板(擋板)1232和任選的(用于定義在實(shí)時(shí)操作反應(yīng)器系 統(tǒng)中的可變通道)阻隔部件1230提供了諸如通道1270的通道，以將注入 式混合的逆混反應(yīng)室1202的產(chǎn)物流供給到管道式流動(dòng)反應(yīng)器1204。因此， 管道式流動(dòng)反應(yīng)器1204具有在隔板(擋纟反)1232和阻隔部件1230處通過 通道1270與逆混反應(yīng)室1202的輸出流體相通的管道式流動(dòng)反應(yīng)器的輸 入。烷烴氣體的輸入1222 (連同如圖所示的類似的烷烴氣體輸入)和氧氣 的輸入1224以及圓錐形分流器/分配器1226和氧輸入孔1228 (連同如圖 所示的類似的烷烴氣體輸入)被被設(shè)計(jì)成(相對于含烷爛的和含氧的進(jìn)料 流的流動(dòng)定位并依尺寸設(shè)計(jì)成)通過注入混合含烷烴的氣體進(jìn)料流與含氧 的氣體進(jìn)料流而在注入式混合的逆混反應(yīng)室1202的內(nèi)部容積1234內(nèi)湍流 攪動(dòng)反應(yīng)組分。
管道式流動(dòng)反應(yīng)器1204具有管道式流動(dòng)反應(yīng)器輸出1260,且管道式 流動(dòng)反應(yīng)器U04具有設(shè)置在源于隔板1232處的通道(通道1270)的管道 式流動(dòng)反應(yīng)器的輸入和管道式流動(dòng)反應(yīng)器的輸出1260之間的冷卻氣體輸 入1274,用于接收冷卻氣體流(冷卻氣體流在冷卻輸入端1236進(jìn)入，然 后在前行到冷卻氣體輸入1274之前進(jìn)入冷卻氣體內(nèi)部的輸入端1250)，并乂人而驟冷管道式流動(dòng)反應(yīng)器1204。在這方面，在一個(gè)實(shí)施方案中，冷卻氣 體輸入1274是具有至少一個(gè)孔1274的細(xì)長管(參見圖18 A和18B,表示 相對于軸1220的詳細(xì)截面圖)，用于將驟冷流傳送入反應(yīng)器空間1248內(nèi)。 管1262與引導(dǎo)管1264相互配合。在一個(gè)實(shí)施方案中，管1262在引導(dǎo)管 1264內(nèi)旋轉(zhuǎn)以調(diào)整輸送到一位置的驟冷量。在可替代的實(shí)施方案中，管 1262是可沿軸向滑動(dòng)的(相對于軸1220)以定位在管道式流動(dòng)反應(yīng)器1204 內(nèi)，并提供局部驟冷。在又一個(gè)實(shí)施方案中，管1262在引導(dǎo)管1264內(nèi)旋 轉(zhuǎn)以調(diào)整輸送到一位置的驟冷量，且也是可沿軸向滑動(dòng)的(相對于軸1220) 以定位在管道式流動(dòng)反應(yīng)器1204內(nèi)，并提供局部驟冷。因此，驟冷部件 (包括附圖標(biāo)記1262、 1250、 1236、 1264和1274 ) 4是供用于梯:控在管道 式流動(dòng)反應(yīng)器1204內(nèi)沿著軸1220的溫度曲線的自由度。在一個(gè)實(shí)施方案 中，諸如熱電偶1216的熱電偶和如圖所示的類似的熱電偶提供了溫度曲 線的測量。在另一個(gè)實(shí)施方案中，滑動(dòng)熱電偶1214 (具有熱電偶傳感器 1272并用滑動(dòng)密封件1212密封到外殼1210)提供了溫度曲線的測量。圖 12顯示了具有固定式熱電偶的實(shí)施方案，固定式熱電偶如熱電偶1216以 及滑動(dòng)熱電偶1214 (具有熱電偶頭1272)。
管道式流動(dòng)反應(yīng)器1204具有外殼1210,該外殼1210與可滑動(dòng)的管道 式流動(dòng)反應(yīng)器1204的具有外殼1208且也具有隔板1232(和任選的阻隔部 件1230,其用于4是供通道1270作為截面積可變的通道的)的部分相互配 合來界定內(nèi)部容積1248。隔*反1232和阻隔部件1230可滑動(dòng)密封地連接到 逆混反應(yīng)室的外殼1206，且因此，都有效地連接到可滑動(dòng)的管道式流動(dòng)反 應(yīng)器1204的具有外殼1208的部分。因此，外殼部分1208用密封件1244、 1246和1238可滑動(dòng)密封地連接到外殼1210,且還連接到外殼1206，從而 與外部環(huán)境隔離。注入式混合的逆混反應(yīng)室1202具有注入式混合的逆混 反應(yīng)室的由逆混反應(yīng)室的外殼1206和隔板1232(和任選的阻隔部件1230) 界定的內(nèi)部容積1234。因此，隔板1232 (和阻隔部件1230)在反應(yīng)器系 統(tǒng)視圖1200的實(shí)時(shí)操作過程中是可滑動(dòng)移動(dòng)的，以在逆混反應(yīng)室的外殼 1206內(nèi)朝輸入1224前行，并由此成比例地縮小內(nèi)部容積1234,且可替代 地，隔板1232 (和阻隔部件1234)在實(shí)時(shí)操作過程中是可滑動(dòng)移動(dòng)的， 以回縮離開輸入1224并由此成比例地?cái)U(kuò)大內(nèi)部容積1234。在圖12的實(shí)施方案中，管道式流動(dòng)反應(yīng)器1204具有由管道式流動(dòng)反應(yīng)器的外殼1208和 1210以及隔板1232 (和阻隔部件1230)界定的管道式流動(dòng)反應(yīng)器的內(nèi)部 容積1248。因此，隔板1232 (和阻隔部件1230)在反應(yīng)器系統(tǒng)視圖1200 的實(shí)時(shí)操作過程中是可滑動(dòng)移動(dòng)的，以便當(dāng)隔板1232背離輸入1224移動(dòng) 時(shí)，成比例地縮小內(nèi)部容積1248,以及可替代地，在實(shí)時(shí)才喿作過程中，隔 板1232 (和任選的，阻隔部件1230)是可滑動(dòng)移動(dòng)的，以便朝輸入1224 移動(dòng)并由此成比例地?cái)U(kuò)大內(nèi)部容積1248。此可移動(dòng)的界面能夠有控制反應(yīng) 器系統(tǒng)視圖1200內(nèi)的在管道式流動(dòng)反應(yīng)器1204和注入式混合的逆混反應(yīng) 室1202之間的相對空間-時(shí)間(對氣體來說，基本上等同于由移動(dòng)穿過 內(nèi)部反應(yīng)容積的體積流速分開的內(nèi)部反應(yīng)容積)的自由度。
基本上說，隔板1232 (和阻隔部件1230)的特征所賦予的功能用于 逆混反應(yīng)室，在逆混反應(yīng)室中，可以易于改動(dòng)內(nèi)部容積(由外殼的內(nèi)表面， 且也由可移動(dòng)密封地連接到此內(nèi)表面的任一部件的表面界定)，使得可以 改變時(shí)間-空間而不必改變流速、湍流和/或那些流體的壓力降，上述空間 -時(shí)間由逆混反應(yīng)室設(shè)置，以使以氣態(tài)流體在內(nèi)部容積內(nèi)流動(dòng)的所組成的 組分進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。在這方面，用于將內(nèi)部容積從第一內(nèi)部容積改變成第 二內(nèi)部容積的任何方法都可能是有用的。例如，在一個(gè)概念化的實(shí)施方案
中，隔板1232被軸向固定，圓錐形的分流器/分配器1226具有寬度足以可 滑動(dòng)密封住逆混反應(yīng)室的外殼1206的底部，圓錐形的分流器/分配器1226 具有互連到輸入1224的可滑動(dòng)管(未顯示)，且由此，圓錐形的分流器/ 分配器1226能在背離輸入1224移動(dòng)時(shí)，成比例地縮小內(nèi)部容積1234，而 當(dāng)朝向輸入1224移動(dòng)時(shí)，成比例地?cái)U(kuò)大內(nèi)部容積1234。在另一個(gè)斗既念化 的實(shí)施方案中，外殼1206具有可移動(dòng)的部分，該可移動(dòng)的部分進(jìn)入到室 中以縮小內(nèi)部容積1234,以及可替代地，其從室回縮以擴(kuò)大內(nèi)部容積1234。 在又一個(gè)概念化的實(shí)施方案中，內(nèi)部的帶隔膜的部件(internal diaphramed component)通過改變其特征來成比例地改變內(nèi)部體積1234。
密封件1246、密封件1212、密封件1244、密封件1238、密封件1242 和密封件1240都能夠使反應(yīng)器系統(tǒng)視圖1200的可移動(dòng)部件可移動(dòng)地滑 動(dòng)。旋轉(zhuǎn)部件1218能夠在操作過程中使阻隔部件1230旋轉(zhuǎn)。應(yīng)該是明顯的，各部件的移動(dòng)(尤其在反應(yīng)器系統(tǒng)視圖1200的操作過程中)優(yōu)選在 變速電動(dòng)機(jī)、杠桿、具有配套傳動(dòng)裝置的杠桿和/或步進(jìn)電動(dòng)機(jī)以及配套的 傳動(dòng)裝置(未顯示，但對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說應(yīng)該是明顯的)的幫助下實(shí)現(xiàn)。
操作中，將含烷烴的進(jìn)料流和含氧的進(jìn)料流通過諸如輸入1222 (含烷 烴的進(jìn)料流)和輸入1224 (含氧的進(jìn)料流)的輸入端口輸入到注入式混合 的逆混反應(yīng)室1202中。注入式混合的逆混反應(yīng)室1202的內(nèi)部條件被設(shè)置 成在注入式混合的逆混反應(yīng)室1202中引發(fā)烷基自由基的形成，以產(chǎn)生注 入式混合的逆混反應(yīng)室的產(chǎn)物流，用以輸出并通過諸如隔板1232和阻隔 部件1230內(nèi)的通道1270的通道流體傳輸入管道式流動(dòng)反應(yīng)器1204。將各 部件依尺寸設(shè)計(jì)且設(shè)置成在進(jìn)入流體中提供相當(dāng)大分子的動(dòng)量，使得在注 入式混合的逆混反應(yīng)室1202中形成注入混合和湍流反應(yīng)流體。因此，經(jīng) 由通道1270供給到管道式流動(dòng)反應(yīng)器1204的注入式混合的逆混反應(yīng)室的 產(chǎn)物流包括氧、未反應(yīng)的烷烴以及在注入式混合的逆混反應(yīng)室1202中引 發(fā)的烷基自由基的至少一部分。在這方面，烷烴到烷基氧化物的"反應(yīng)" (主要是，曱烷到甲醇的"反應(yīng)")涉及很多個(gè)短期反應(yīng)(此處也稱為動(dòng) 力學(xué)系列副反應(yīng)或動(dòng)力學(xué)副反應(yīng))；的確，系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生的曱烷到曱醇的整 個(gè)"反應(yīng)，，以及其他烷基的氧化中可以有至少60個(gè)動(dòng)力學(xué)系列副反應(yīng)。 當(dāng)烷烴分子接觸分子氧時(shí)，最初的動(dòng)力學(xué)副反應(yīng)開始從烷烴引發(fā)烷基。烷 基的這種引發(fā)似乎要求了比湍流混合兩種流體進(jìn)料流所需時(shí)間超出許多 數(shù)量級的時(shí)間，且相對于在可以獲得烷基自由基時(shí)發(fā)生的動(dòng)力學(xué)系列副反 應(yīng)而言，還似乎是消耗時(shí)間的動(dòng)力學(xué)系列副反應(yīng)。因此，在單獨(dú)的與管道 式流動(dòng)反應(yīng)器流體相通的注入式混合的逆混反應(yīng)室內(nèi)處理此反應(yīng)是有效 力的，在管道式流動(dòng)反應(yīng)器中，烷基的一致的(隨時(shí)間且在穩(wěn)態(tài)操作時(shí)) 部分將會(huì)基本上被傳送(被供給入管道式流動(dòng)反應(yīng)器中)，以提供能夠發(fā) 生隨后許多的平行且連續(xù)的動(dòng)力學(xué)副反應(yīng)的&出，這些副反應(yīng)是大量放熱 的，且要求一種對管道式流動(dòng)反應(yīng)器比對注入式混合的逆混反應(yīng)室更可控 制的熱控制方法。雖然在一個(gè)實(shí)施方案中，緊密連接到管道式流動(dòng)反應(yīng)器， 但是與管道式流動(dòng)系統(tǒng)相比，注入式混合的逆混反應(yīng)室在其空間-時(shí)間上 為反應(yīng)組分提供了基本上通用的組分的和物理(溫度、壓力和分子動(dòng)量)的操作狀態(tài)；這使得能夠控制獨(dú)立于管道式流動(dòng)反應(yīng)器的關(guān)鍵性的烷基引 發(fā)步驟，在管道式流動(dòng)反應(yīng)器中，沿著管道式流動(dòng)反應(yīng)器的軸線，反應(yīng)組 分具有在軸向方向上(且可能在徑向方向上)不同的組分和物理狀態(tài)。
對技術(shù)人員應(yīng)該是明顯的，在諸如反應(yīng)器系統(tǒng)視圖1200的系統(tǒng)中擴(kuò) 大掌控需要在增大空間_時(shí)間的情形下掌控提供可接受的分子動(dòng)量的挑
戰(zhàn)；如果減小分子動(dòng)量，注入式混合的逆混反應(yīng)室內(nèi)的反應(yīng)流體將會(huì)朝平 流范圍遷移，且注入式混合的逆混反應(yīng)室反應(yīng)物流體的必要的總稠度由此 可能受到損害；因此，根據(jù)視圖1200的反應(yīng)器在用于使"被阻斷的氣體" 成為有價(jià)值的商品的小規(guī)^莫處理方面似乎是有效的。
整個(gè)反應(yīng)器系統(tǒng)的空間-時(shí)間不超過40秒，且優(yōu)選不超過2.5秒，對 應(yīng)于含烷烴的進(jìn)料流和含氧的進(jìn)料流的總供給速率。注入式混合的逆混反 應(yīng)室的反應(yīng)空間-時(shí)間被控制到不超過1.5秒。
圖13A和13B呈現(xiàn)了改變圖12的注入式混合的逆混反應(yīng)室1202的內(nèi) 部容積的視圖1300和1350的細(xì)節(jié)的簡化截面圖。在這方面，圖13A呈現(xiàn) 了用于注入式混合的逆混反應(yīng)室1202的可替代的視圖1300,其中描述了 用于含氧的進(jìn)料流的"發(fā)刷"分配器1308 (在15A和15B中進(jìn)一步詳細(xì) 描述)。圖13A的視圖1300通常顯示了處于完全擴(kuò)張或延伸到外殼1306 中的方位的隔板1304和任選的阻隔部件1302。
圖13B的反應(yīng)器坤見圖1350通常顯示了處于插入到外殼1306中的方位 以縮小注入式混合的逆混反應(yīng)室的相對于視圖1300的容積(空間-時(shí)間) 的容積(和空間-時(shí)間，在穩(wěn)態(tài)操作時(shí))。
圖14A呈現(xiàn)了用于圖12的注入式混合的逆混反應(yīng)室1202的另一個(gè)可 替代設(shè)計(jì)的簡化截面圖1400。在這方面，半球形的頭部分1402形成外殼 的輪廓，且相似于插入的隔板的半球形輪廓。
圖14B顯示了具有改變的內(nèi)部容積的圖12的注入式混合的逆混反應(yīng) 室1202的視圖1450,此內(nèi)部容積不同于圖12所示的內(nèi)部容積。將隔板 1232和(任選的)阻隔部件1230描繪成處于插入到外殼1206中的方位， 以縮小注入式混合的逆混反應(yīng)室的相對于視圖1200的容積(空間-時(shí)間)的容積(和空間_時(shí)間，在穩(wěn)態(tài)操作時(shí))。
圖15A和15B呈現(xiàn)了用于圖12的注入式混合的逆混反應(yīng)室1202的可 替代設(shè)計(jì)的"發(fā)刷"流體輸送插入件1308的對齊的截面圖1500和1550。 在優(yōu)選的實(shí)施方案中，軸1504與軸1220對齊，且視圖1500顯示了 "發(fā) 刷"分配器1308的相對于與軸1504垂直的平面的細(xì)節(jié)，以及視圖1550 顯示了 "發(fā)刷"分配器1308的相對于與軸1504平行的平面的細(xì)節(jié)。從沿 著外殼1206的圓柱形表面的基本上中心線內(nèi)的注入式混合的逆混反應(yīng)室 的軸以及當(dāng)軸1504基本上與軸1220對齊時(shí)，沿著與注入式混合的逆混反 應(yīng)室的軸1220非平行的方位設(shè)置的多個(gè)孔(如，孔1502)將含氧的進(jìn)料 流豐#入到內(nèi)部的流空間1234。
圖16呈現(xiàn)了用于將含氧的進(jìn)料流輸送到圖12的注入式混合的逆混反 應(yīng)室1202中的圓錐形流體輸送插入件1226的內(nèi)部的簡化截面圖1600。內(nèi) 部流體分流器由具有軸1602的圓錐形表面1604界定。圓錐形底部1614 在軸1602的一端處，且頂端1612 (如果圓錐體延伸的話，該端將最終會(huì) 聚為圓錐體的頂點(diǎn))在軸1602的另一端。如圖12的視圖1200所示，當(dāng) 圓錐形分流器1226設(shè)置在圓錐形外殼1206內(nèi)時(shí)，軸1602與注入式混合 的逆混反應(yīng)室的軸1220對齊，使得逆混反應(yīng)室的輸出(通道1270)更接 近頂端1216，而不是圓錐形底部1614。含氧的進(jìn)料流^皮輸送到入口 1610 (從圖12的入口 1214)，然后從沿著注入式混合的逆混反應(yīng)室的軸1220 (軸1602)且與軸1220非平行的方位設(shè)置的多個(gè)孔1608輸送入內(nèi)部的流 空間1234內(nèi)。內(nèi)部通道1606將含氧的進(jìn)料流流動(dòng)地傳送給多個(gè)孔1608。
圖17A和17B呈現(xiàn)了界面擋板(1232/1230)的筒化截面圖，且擋板 設(shè)置在圖12的反應(yīng)器系統(tǒng)的注入式混合的逆混反應(yīng)室1202和管道式流動(dòng) 反應(yīng)器1204之間的界面處。在圖17A的視圖1700中，隔板1702具有至 少一個(gè)孔1704,該孔1704界定了用于使注入式混合的逆混反應(yīng)室的產(chǎn)物 流從注入式混合的逆混反應(yīng)室1202流體傳輸?shù)焦艿朗搅鲃?dòng)反應(yīng)器1204的 通道(參見圖12中的通道1270)。隔板1702 (圖12中的隔板1232)提供 了具有至少一個(gè)孔1704的通道，而該孔1704具有截面積。在流動(dòng)的流體 中，具有孔1704的隔板1702界定了當(dāng)流動(dòng)的流體從注入式混合的逆混反應(yīng)室1202輸送到管道式流動(dòng)反應(yīng)器1204中時(shí)，用于在注入式混合的逆混 反應(yīng)室1202和管道式流動(dòng)反應(yīng)器1204之間產(chǎn)生壓力降的擋板。在一個(gè)實(shí) 施方案中，在"被調(diào)整的"反應(yīng)器系統(tǒng)中，孔1704可以被準(zhǔn)確地依尺寸 設(shè)計(jì)使得不需要阻隔部件；這樣的布置具有較少的操作自由度，但從密封 和構(gòu)建的觀點(diǎn)來看，又較不復(fù)雜。對實(shí)時(shí)操作變化的由孑L 1704形成的有 效通道來說，在可替代的實(shí)施方案中布置了阻隔部件1230,如圖17B的 1750所示，其中可以將阻隔部件1230旋轉(zhuǎn)以"阻隔"孔1704的一部分截 面積，其中一部分阻隔部件1706 (圖12的阻隔部件1230)顯示為限制孔 1704的通道(注意，可以將纟見圖1750構(gòu)想成平行于軸1220且從管道式流 動(dòng)反應(yīng)器1204朝向注入式混合的逆混反應(yīng)室1202的視圖的概念)，并由 此限制通道。
在優(yōu)選的實(shí)施方案中，隔板(1232/1702)具有至少一個(gè)孔1704作為 第一孔，且阻隔部件(1230/1706)具有至少一個(gè)第二孔(1708 )。這些第 一孔和第二孔優(yōu)選具有基本上相同的尺寸，且第一孔1704和第二孔1708 一起設(shè)置，以便以一種相對定位的形式使隔板(1232/1702 )和阻隔部件 (1230/1706)對齊設(shè)置，以將通道(1270)界定成具有基本上與第一孔的 截面積等同的截面積。瀏覽1750,考慮到孔1704的沒有被使用阻隔部件 1706的通道阻隔的部分也是孔1708的沒有被使用隔板1702的通道阻隔的 部分，這就可以得到理解。
相對于圖21,進(jìn)一步討論了不包括使用旋轉(zhuǎn)部件1218的隔板 (1232/1702)和阻隔部件(1230/1706)的組合的可替代實(shí)施方案。在此 可替代實(shí)施方案中，隔板(1232/1702 )相對于固定式阻隔部件(1230/1706) 是可移動(dòng)的，其中鍵槽1710提供了抵抗鍵2110 (圖21 )的可軸向滑動(dòng)的 限制(相對于軸1220)以抑制阻隔部件(1230/1706)的旋轉(zhuǎn)。在此實(shí)施 方案中，隔板(1232/1702)牢固地連接到外殼1208,但外殼1208還繞軸 1220旋轉(zhuǎn)，以獲得由孔1704和孔1708界定的可變通道1270。鍵2110固 定到外殼1206 (未詳細(xì)顯示)，且孔1714 (圖17A)為鍵2110提供了無阻 力的開口以輸送入內(nèi)部容積1248,使得隔板(1232/1702 )和阻隔部件 (1230/1706 )相對于入口 1224軸向(軸1220 )移動(dòng)，且阻隔部件1230/1706總是受到限制，而隔板1232/1702總是能夠繞軸1220旋轉(zhuǎn)。
球軸承1712用在優(yōu)選的實(shí)施方案中以增大可移動(dòng)部件(隔板 1232/1702或阻隔部件1230/1706,這耳又決于其特定的實(shí)施方案)4氐抗擋板 系統(tǒng)中的不可移動(dòng)部件的平滑旋轉(zhuǎn)。
圖18A和18B呈現(xiàn)了用于圖12的反應(yīng)器系統(tǒng)的可改變位置的驟冷入 口 1274的細(xì)節(jié)和定位的簡化截面圖1800、 1850和1860。由于管截面1802 具有沿軸1220延伸的細(xì)長槽1808，因此在圖1800中，將引導(dǎo)管1264顯 示在相對于軸1220垂直的截面內(nèi)。細(xì)長的槽難以顯示在圖12中，但以完 全敞開的通道1808描繪在圖18A和18B中以展示軸的槽；驟冷管 1804/1262顯示為具有孔1806/1274-參見圖12中的入口通道1274-以顯 示此孔的軸向尺寸基本上比引導(dǎo)管1802/1264的槽1808的軸向尺寸小。當(dāng) 旋轉(zhuǎn)孔1806以阻隔具有引導(dǎo)管1802/1264的內(nèi)表面的通道(1274)時(shí)，圖 1850所示的管1804/1262與引導(dǎo)管1802/1264共同配合，以便不將驟冷傳 送至內(nèi)部容積1248。在一個(gè)實(shí)施方案中，管1804/1262在引導(dǎo)管1802/1264 內(nèi)是可軸向滑動(dòng)的，以便沿著軸1220重新軸向設(shè)置孔1806/1274。接著， 圖1860顯示了在管1804/1262和引導(dǎo)管1802/1264之間徑向旋轉(zhuǎn)對準(zhǔn)，使 得能夠形成通道/入口 1274。應(yīng)注意，若干可替代組(未顯示)的孔1806 可易于設(shè)置在管1804的不同徑向位置，以提供隨著在管道式流動(dòng)反應(yīng)器 1204內(nèi)沿著軸1220的管1804/1262的徑向方位變化的可替代的驟冷方式。
圖19A-19C呈現(xiàn)了用于圖12的在操作中的反應(yīng)器系統(tǒng)的管道式流動(dòng) 反應(yīng)器的一 系列溫度曲線。在這方面，橫坐標(biāo)軸1904和縱坐標(biāo)軸1906在 整個(gè)圖19A、 19B和19C中是相同的，且橫坐標(biāo)軸1904顯示了沿著管道 式流動(dòng)反應(yīng)器1204的軸1220的距離，而縱坐標(biāo)軸1906描繪了管道式流 動(dòng)反應(yīng)器1204的反應(yīng)流體內(nèi)的溫度。軌跡l卯2 (圖19A)被構(gòu)想成描繪 了管道式流動(dòng)反應(yīng)器1204的溫度曲線，且沒有驟冷的益處。軌跡1922 (圖 19B)被構(gòu)想成描繪了管道式流動(dòng)反應(yīng)器1204的曲線，且來自位置1938 的驟冷的益處基本上給予輸出1260。軌跡1932 (圖19C)被構(gòu)想成描繪了 管道式流動(dòng)反應(yīng)器1204的溫度曲線，且只在位置1938處存在驟冷的益處。 前述討論的動(dòng)力學(xué)系列副反應(yīng)將會(huì)改變它們的活性，這取決于管道式流動(dòng)反應(yīng)器1204內(nèi)沿著軸1220的溫度曲線。因此，例如，來自管道式流動(dòng)反 應(yīng)器1204的產(chǎn)物混合的每一個(gè)軌跡1902、 1922和1932的每次不同的熱 曲線，成比例不同的能量，以及用于動(dòng)力學(xué)系列副反應(yīng)組中的單獨(dú)的副反 應(yīng)的成比例不同的動(dòng)力學(xué)活性是不同的。因此，驟冷管的設(shè)計(jì)為優(yōu)化由C, -C4含烷烴的進(jìn)料流和含氧的進(jìn)料流產(chǎn)生的烷基氧化物反應(yīng)器系統(tǒng)產(chǎn)物 流的組合物提供另外的自由度。
圖20呈現(xiàn)了具有緊密連接到管道式流動(dòng)反應(yīng)器的注入式混合的逆混 反應(yīng)室的反應(yīng)器系統(tǒng)的可替代實(shí)施方案的筒化截面圖2000。在實(shí)時(shí)操作反 應(yīng)器系統(tǒng)2000的過程中，界面擋板組件(相對于圖12描述的隔板1232 和阻隔部件1230的組件實(shí)施方案和圖17A、 17B和21的可替代的限制4建 的布置實(shí)施方案)可以滑動(dòng)移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)，以便通過使用帶螺紋的密封件和 靠凸螺紋2012 (圖21和22A-22C中的凸螺紋2212)促進(jìn)的連接來前行 和/或回縮離開輸入2062。注入式混合的逆混反應(yīng)室和管道式流動(dòng)反應(yīng)器 的大部分共享外殼2070,該外殼2070被進(jìn)一步螺紋連接以提供凹螺紋供 與螺紋2012/2212配合使用。圖22A-22C進(jìn)一步顯示了這方面的細(xì)節(jié)， 其中圖22A顯示了呈完全前行位置的管道式流動(dòng)反應(yīng)器的套筒2016,圖 22B顯示了呈中間點(diǎn)的前行/回縮位置的管道式流動(dòng)反應(yīng)器的套筒2016，以 及圖22C顯示了呈完全回縮位置的管道式流動(dòng)反應(yīng)器的套筒2016。
反應(yīng)器系統(tǒng)碎見圖2000的逆混反應(yīng)室和管道式流動(dòng)反應(yīng)器沿著軸2014 對齊。含烷烴的氣體進(jìn)料流(第一流體流)通過烷烴氣體輸入2060和如 圖所示的多個(gè)烷烴氣體輸入孔進(jìn)入。含氧的氣體進(jìn)料流(第二流體流)通 過氧氣輸入2062以及前面相對于圖15A和15B討論的發(fā)刷分配器進(jìn)入。 在可替代的實(shí)施方案中，圓錐形的分流器/分配器(圖16)用于含氧的氣 體流。
管道式流動(dòng)反應(yīng)器具有在密封件2008處可滑動(dòng)密封地連"l妻到外殼 2004的管道式流動(dòng)反應(yīng)器套筒2016，并使流體輸出到由外殼2004界定的 相對小的空間。外殼2004具有足以適應(yīng)由螺紋2012/2212 (還是見圖 22A-22C)所帶來的整個(gè)軸向移動(dòng)的軸向深度。外殼2004在輸出2020處 具有用于反應(yīng)器產(chǎn)物流的輸出。冷卻氣體輸入2002接收前述冷卻氣體而進(jìn)入冷卻氣體空間2072(由外殼2070的內(nèi)表面和套筒2016和阻隔管2006 的外表面之間界定)。冷卻氣體流隨后經(jīng)由螺旋槽2018前行入套筒2016 的內(nèi)部空間中，在阻隔管2006的軸向槽(在2042處面向右方位和圖23 內(nèi)的橫跨軸2014的垂直截面視圖2028的軸向槽2032 )和螺旋槽2018對 齊，以界定通道(圖23的2302),且還由此驟冷管道式流動(dòng)反應(yīng)器的套筒 2016的內(nèi)部空間。因此，套筒2016與阻隔管2006緊密配合。
用可滑動(dòng)的密封件2074將套筒2016密封到外殼2070,且由此;5走轉(zhuǎn)以 同時(shí)相對于注入式混合的逆混反應(yīng)室的每一個(gè)螺紋2012/2212 (圖22A-22C)前行/后退，調(diào)整輸送到管道式流動(dòng)反應(yīng)器的套筒2016內(nèi)一位置的驟 冷量(描述在圖20中，且進(jìn)一步描述在圖23中)，以及改變通道的截面 積(如前所述且進(jìn)一步在圖21中討論的固定鍵擋板組件)。因此，雖然這 三個(gè)控制自由度(擋板位置的前行/后退、驟冷輸送和擋板通道的截面積) 不能完全獨(dú)立地掌控，旋轉(zhuǎn)套筒2016 —次的每次改變的速度的差異能夠 使可控制的系統(tǒng)具有比相對于圖12描述的實(shí)施方案少的密封件，且在用 于正常操作的三個(gè)自由度之間只有非常有限的回旋。在這方面，套筒2016 的一次完整的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)了將螺旋槽2018的位置完全移動(dòng)(其整個(gè)軸向類 似范圍)，可能用于擋板位置的前行/后退的整個(gè)軸向類似范圍的約2%, 用于具有6個(gè)孔的擋板(圖17A和17B )的通道截面積的整個(gè)軸向類似范 圍的600%。因此，先旋轉(zhuǎn)套筒2016以在用于擋板位置的前行/后退的軸 向類似范圍內(nèi)定位，然后在用于驟冷的軸向類似范圍內(nèi)定位，以及最后在 用于通道截面積的軸向類似范圍內(nèi)定位。只要軸向定位被期望成是用于特 定的含烷烴的氣體進(jìn)料流組合物的相對策略的操作設(shè)置，那么實(shí)時(shí)操作的 調(diào)整應(yīng)該更多涉及單一旋轉(zhuǎn)的驟冷和(1/6旋轉(zhuǎn))擋板通道的定位。
在2040處以面向左的方位，橫跨軸2014的垂直截面圖2030進(jìn)一步 顯示了孔內(nèi)的細(xì)節(jié)，孔設(shè)置成用于將來自輸入2060和2062的進(jìn)料輸入到 逆混反應(yīng)室中。
圖21呈現(xiàn)了用于圖20的反應(yīng)器系統(tǒng)實(shí)施方案以及還用于前面相對于 圖17A和17B討論的圖12的反應(yīng)器系統(tǒng)的注入式混合的逆混反應(yīng)室和管 道式流動(dòng)反應(yīng)器之間的界面的可替代實(shí)施方案的隔板/擋板的細(xì)節(jié)2100。套筒2016是圖20的重復(fù)，且具有凸螺紋2012/2212。正如相對于圖17A 和17B描述的可替代實(shí)施方案，阻隔部件2108因鍵2110的旋轉(zhuǎn)而受到限 制(正插入到槽1710 (圖17B)中)，且隔板2104不可滑動(dòng)地連接到套筒 2016。球軸承2106將隔板2104(套筒2016的末端)連接到阻隔部件2108。 隔板2104 (套筒2016)依靠非限制性的圓形孔1714 (圖17A)在鍵2110 周圍自如旋轉(zhuǎn)。
如前所述，圖22A-22C顯示了，用于圖20的反應(yīng)器系統(tǒng)實(shí)施方案的 注入式混合的逆混反應(yīng)室和管道式流動(dòng)反應(yīng)器之間的界面的軸向定位的 細(xì)節(jié)2200、 2230和2260。套筒2016是圖20的重復(fù)，且具有凸螺紋 2012/2212。
圖23進(jìn)一步顯示了在用于圖20的反應(yīng)器系統(tǒng)實(shí)施方案的驟冷入口內(nèi) 的細(xì)節(jié)2300。在這方面，顯示了與用于輸入2002 (圖20)的進(jìn)入的軸對 齊的套筒2016和阻隔管2006的垂直圖。套筒2016、阻隔管2006、螺旋 槽2018和軸向槽2032 (圖20的視圖2028 )都是圖20的重復(fù)。位置2302 顯示了阻隔管2006與螺旋槽2018的對齊點(diǎn)，用以將驟冷氣體輸送入套筒 2016內(nèi)，以由此驟冷管道式流動(dòng)反應(yīng)器的內(nèi)部空間。
圖24A和24B顯示了用于圖20的反應(yīng)器系統(tǒng)實(shí)施方案的軸向視圖細(xì) 節(jié)。圖24A顯示了沿著軸2014 (圖20)從反應(yīng)器系統(tǒng)的外面面向右的視 圖；輸入2060和2062是圖20的重復(fù)。圖24B顯示了在2022處(圖20 ) 呈面向左的方位的橫跨軸2014的垂直截面視圖2450;輸入2002是圖20 的重復(fù)，且孔1704/1706是圖17A和17B的重復(fù)。
圖25A和25B顯示了具有注入式混合的進(jìn)入?yún)^(qū)(圖25A&B中的區(qū) 2520 )、多位置驟冷和多位置溫度感測的兩個(gè)管道式流動(dòng)反應(yīng)器系統(tǒng)實(shí)施 方案的圖2500和2550。圖25A和25B中的混合區(qū)2520顯示了具有全錐 體的象征性的圓錐形分配器的分流器2502，高度類似于圖16以及還有圖 12的圓錐形分流器。圖25A的系統(tǒng)圖2500顯示了外殼2512內(nèi)的多個(gè)熱電 偶(如熱電偶2510 )和多個(gè)驟冷入口端(如驟冷入口端2508 )。圖25B的 系統(tǒng)圖2550顯示了密封設(shè)置在由外殼2514界定的內(nèi)部空間內(nèi)的可改變位 置的熱電偶2504和可改變位置的熱電偶驟冷入口端2506。因此，驟冷和溫度測量高度類似于圖12和25B中的用于這些實(shí)施方案中的兩個(gè)管道式 流動(dòng)反應(yīng)器。圖25A和25B的系統(tǒng)用于提供高度類似于圖12和20的實(shí)施 方案的反應(yīng)器系統(tǒng)，除了圖25A和25B中不存在界定了注入式混合的逆混 反應(yīng)室和管道式流動(dòng)反應(yīng)器之間的清晰界面的分離的擋板組件。在這方 面，當(dāng)與由操作圖12和圖20中任意一個(gè)系統(tǒng)得到的數(shù)據(jù)相比，由操作圖 25A和25B中任意一個(gè)系統(tǒng)得到的數(shù)據(jù)在標(biāo)示相對于擋板界面(圖12的 隔板1232/部件1230或圖20的帶螺紋的擋板組件)的設(shè)置的功效方面是 有價(jià)值的。
應(yīng)該理解，上述每一個(gè)元件，或者一起的兩個(gè)或更多個(gè)元件也可以在 不同于上述類型的其他類型的方法和結(jié)構(gòu)中找到有益的應(yīng)用。雖然已經(jīng)按 照用于生產(chǎn)曱醇的方法和裝置所實(shí)施的闡釋并描述了本發(fā)明，但并不期望 限制到所顯示的細(xì)節(jié)，因?yàn)榭梢赃M(jìn)行各種改動(dòng)和結(jié)構(gòu)上的變化，而并不會(huì) 以任何方式偏離本發(fā)明的主旨。
無需進(jìn)一步的分析，前述內(nèi)容如此充分地揭示了本發(fā)明的要點(diǎn)，以致 其他人可以通過運(yùn)用目前的知識容易地使其適用于各種應(yīng)用，而不會(huì)遺漏 從已有技術(shù)的觀點(diǎn)來看適當(dāng)?shù)貥?gòu)成本發(fā)明的一般方面或特定方面的基本 特征的特點(diǎn)。新的且期望受到專利證書保護(hù)的所要求保護(hù)的內(nèi)容在所附權(quán) 利要求中被提出。
權(quán)利要求
1. 一種用于使至少兩種流體進(jìn)料流氣相反應(yīng)成產(chǎn)物流的反應(yīng)器系統(tǒng)，所述反應(yīng)器系統(tǒng)包括注入式混合的逆混反應(yīng)室，其與管道式流動(dòng)反應(yīng)器流體相通，所述注入式混合的逆混反應(yīng)室具有逆混反應(yīng)室的外殼；以及隔板，其可滑動(dòng)密封地連接到所述逆混反應(yīng)室的外殼；其中所述注入式混合的逆混反應(yīng)室具有由所述逆混反應(yīng)室的外殼和所述隔板界定的注入式混合的逆混反應(yīng)室的內(nèi)部容積；所述逆混反應(yīng)室的外殼具有與所述隔板相對設(shè)置的外殼部分；且在所述反應(yīng)器系統(tǒng)的實(shí)時(shí)操作過程中，所述隔板是可滑動(dòng)移動(dòng)的以便在所述注入式混合的逆混反應(yīng)室的外殼內(nèi)朝所述外殼部分前行，以成比例地縮小所述注入式混合的逆混反應(yīng)室的內(nèi)部容積，且在所述反應(yīng)器系統(tǒng)的實(shí)時(shí)操作過程中，所述隔板可替代地在所述注入式混合的逆混反應(yīng)室的外殼內(nèi)可滑動(dòng)地移動(dòng)，以回縮離開所述外殼部分，以由此成比例地?cái)U(kuò)大所述注入式混合的逆混反應(yīng)室的內(nèi)部容積。
2. 如權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器系統(tǒng)，其中所述隔板具有至少一個(gè)通道 用于使所述注入式混合的逆混反應(yīng)室的產(chǎn)物流從所述注入式混合的逆混 反應(yīng)室流體傳輸?shù)剿龉艿朗搅鲃?dòng)反應(yīng)器。
3. 如權(quán)利要求2所述的反應(yīng)器系統(tǒng)，其中所述隔板的所述通道設(shè)置有 至少一個(gè)孔，所述孔具有截面積，且所述反應(yīng)器系統(tǒng)具有阻隔部件，用于 在實(shí)時(shí)操作所述反應(yīng)器系統(tǒng)的過程中，可變地阻隔通道使用的所述截面積 的一部分。
4. 如權(quán)利要求3所述的反應(yīng)器系統(tǒng)，其中所述隔板具有至少一個(gè)所述 孔作為第一孔，所述阻隔部件具有至少一個(gè)第二孔，所述第一孔和所述第 二孔具有基本上相同的尺寸，且所述第一孔和所述第二孔一起設(shè)置，以便 以一種相對定位的形式使所述隔板和所述阻隔部件對齊設(shè)置，以將所述通道界定成具有基本上與所述第 一孔的所述截面積等同的截面積。
5. 如權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器系統(tǒng)，其中所述管道式流動(dòng)反應(yīng)器具有由管道式流動(dòng)反應(yīng)器的外殼和所述隔板界定的管道式流動(dòng)反應(yīng)器的內(nèi)部 容積。
6. 如權(quán)利要求5所述的反應(yīng)器系統(tǒng)，其中所述隔板朝所述外殼部分的 可滑動(dòng)移動(dòng)成比例地縮小所述注入式混合的逆混反應(yīng)室的內(nèi)部容積，同時(shí) 擴(kuò)大所述管道式流動(dòng)反應(yīng)器的內(nèi)部容積，以及可替代地，所述隔板背離所述外殼部分的可滑動(dòng)移動(dòng)成比例地?cái)U(kuò)大所述注入式混合的逆混反應(yīng)室的 內(nèi)部容積，同時(shí)縮小所述管道式流動(dòng)反應(yīng)器的內(nèi)部容積。
7. 如權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器系統(tǒng)，其中所述注入式混合的逆混反應(yīng) 室具有用于所述反應(yīng)器系統(tǒng)的第 一流體輸入和第二流體輸入；所述注入式混合的逆混反應(yīng)室具有逆混反應(yīng)室輸出；所述管道式流動(dòng)反應(yīng)器具有與所述逆混反應(yīng)室輸出流體相通的管道 式;克動(dòng)反應(yīng)器^T入；所述第 一流體輸入接收進(jìn)入所述注入式混合的逆混反應(yīng)室的第 一流 體進(jìn)料流；所述第二流體輸入接收進(jìn)入所述注入式混合的逆混反應(yīng)室的第二流 體進(jìn)料流；且所述注入式混合的逆混反應(yīng)室具有約0.05秒到約1.5秒的空間-時(shí) 間，對應(yīng)于所述第一流體進(jìn)料流和所述第二流體進(jìn)料流的總供給速率。
8. 如權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器系統(tǒng)，其中所述流體進(jìn)料流中的第一流 體流包括曱烷，且所述流體進(jìn)料流中的第二流體流包括氧氣。
9. 如權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器系統(tǒng)，其中通過使所述流體進(jìn)料流中的包括含烷烴的氣體進(jìn)料流的第 一流體流 與所述流體進(jìn)料流中的包括來自含氧的氣體進(jìn)料流中的氧氣的第二流體 流進(jìn)行部分氧化反應(yīng)來制造至少 一種烷基氧化物；所述烷烴選自由曱烷、乙烷、丙烷和丁烷組成的組；所述注入式混合的逆混反應(yīng)室具有烷烴氣體輸入、氧氣輸入和逆混反應(yīng)室l命出；所述管道式流動(dòng)反應(yīng)器具有與所述逆混反應(yīng)室輸出流體相通的管道式流動(dòng)反應(yīng)器輸入；所述烷烴氣體輸入4妾收進(jìn)入所述注入式混合的逆混反應(yīng)室的所述含 烷烴的氣體進(jìn)料流；所述氧氣輸入接收進(jìn)入所述注入式混合的逆混反應(yīng)室的所述含氧的 氣體進(jìn)料流；且所述注入式混合的逆混反應(yīng)室具有足以在所述注入式混合的逆混反 應(yīng)室內(nèi)從所述烷烴引發(fā)烷基自由基且向所述管道式流動(dòng)反應(yīng)器輸入提供 所述烷基自由基的至少一部分的空間-時(shí)間，對應(yīng)于所述含烷烴的氣體進(jìn) 料流和所述含氧的氣體進(jìn)料流的總供給速率。
10. 如權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述烷烴包括曱烷，且所述烷基 氧化物包括甲醇。
11. 如權(quán)利要求IO所述的裝置，其中所述烷基氧化物還包括甲醛。
12. 如權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述烷基氧化物包括乙醇。
13. 如權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述烷烴氣體輸入和所述氧氣輸 入被設(shè)計(jì)成通過注入式混合所述含烷烴的氣體進(jìn)料流和所述含氧的氣體 進(jìn)料流來湍流攪動(dòng)所述注入式混合的逆混反應(yīng)室。
14. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述管道式流動(dòng)反應(yīng)器具有管道 式流動(dòng)反應(yīng)器輸出，且所述管道式流動(dòng)反應(yīng)器具有設(shè)置在所述管道式流動(dòng) 反應(yīng)器輸入和所述管道式流動(dòng)反應(yīng)器輸出之間的用于接收冷卻氣體流的 至少 一個(gè)冷卻氣體輸入，并由此驟冷所述管道式流動(dòng)反應(yīng)器。
15. 如權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述管道式流動(dòng)反應(yīng)器具有軸， 且在所述管道式流動(dòng)反應(yīng)器的操作過程中，所述冷卻氣體輸入是可沿著所 述軸移動(dòng)的。
16. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述注入式混合的逆混反應(yīng)室具有部分由具有注入式混合的逆混反應(yīng)室的軸的圓柱表面界定的內(nèi)部容積， 且所述進(jìn)料流中的一種進(jìn)料流從沿著所述軸且在不平行于所述軸的方位 上設(shè)置的多個(gè)孔而輸入到所述內(nèi)部容積中。
17. 如權(quán)利要求14所述的裝置，其中所述注入式混合的逆混反應(yīng)室具 有由具有軸的圓錐形表面界定的內(nèi)部流分流器，所述分流器界定了所述軸的一端處的圓錐形底部，所述圓錐形表面界定了所述軸的另 一端處的頂端，所述分流器的軸與所述注入式混合的逆混反應(yīng)室的軸對齊，所述分流器設(shè)置在所述外殼內(nèi)，使得所述逆混反應(yīng)室輸出更接近所述 頂端，而不是更接近所述圓錐形底部，且所述進(jìn)料中的一種進(jìn)料流從多個(gè)孔輸入到內(nèi)部流空間內(nèi)，所述多個(gè)孔 沿著所述注入式混合的逆混反應(yīng)室的軸且在不平行于所述注入式混合的 逆混反應(yīng)室的軸的方位上設(shè)置。
18. 如權(quán)利要求5所述的反應(yīng)器系統(tǒng)，其中所述隔板具有至少一個(gè)通 道，用于4吏注入式混合的逆混反應(yīng)室的產(chǎn)物流乂人所述注入式混合的逆混反 應(yīng)室流體傳輸?shù)剿龉艿朗搅鲃?dòng)反應(yīng)器，所述管道式流動(dòng)反應(yīng)器具有與所 述逆混反應(yīng)室輸出流體相通的管道式流動(dòng)反應(yīng)器輸入；所述隔板的所述通 道設(shè)置有至少一個(gè)孔，所述孔具有截面積，所述管道式流動(dòng)反應(yīng)器的外殼 具有軸以及螺紋連接到所述逆混反應(yīng)室的外殼的第 一部分和第二部分，且 所述反應(yīng)器系統(tǒng)還包括阻隔部件，其用于在實(shí)時(shí)操作所述反應(yīng)器系統(tǒng)的過程中，可變地阻隔 通道4吏用的 一部分截面積；可變的冷卻氣體輸入，其在沿著所述軸的螺旋方位上設(shè)置在所述第二 部分內(nèi)，以便用冷卻氣體流驟冷所述管道式流動(dòng)反應(yīng)器；其中所述管道式流動(dòng)反應(yīng)器的外殼的第二部分螺紋連接到具有螺紋 的所述逆混反應(yīng)室的外殼，當(dāng)所述第二部分旋轉(zhuǎn)時(shí)，所述螺紋使所述第二 部分沿著所述軸移動(dòng)，且所述第二部分的旋轉(zhuǎn)同時(shí)沿著所述軸重新定位所述隔板，沿著所述軸重新定位所述冷卻氣體輸入，以及所述阻隔部件，以 改變所述截面積。
19. 一種用于使至少兩種流體進(jìn)料流氣相反應(yīng)成產(chǎn)物流的反應(yīng)器系統(tǒng)，所述反應(yīng)器系統(tǒng)包括注入式混合的逆混反應(yīng)室，其與管道式流動(dòng)反應(yīng)器流體相通，所述注 入式混合的逆混反應(yīng)室具有由外殼的內(nèi)表面和可移動(dòng)密封地連接到所述 內(nèi)表面的部件的表面界定的內(nèi)部容積；以及用于改變所述內(nèi)部容積的裝置；其中所述用于改變所述內(nèi)部容積的裝置移動(dòng)所述部件，以由此將所述 內(nèi)部容積從第 一 內(nèi)部容積改變到第二內(nèi)部容積。
20. 如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述用于改變所述內(nèi)部容積的裝 置包括可滑動(dòng)密封地連接到所述外殼的隔板；所述外殼具有與所述隔板相對設(shè)置的外殼部分；且所述隔板可滑動(dòng)地移動(dòng)，以在所述外殼內(nèi)朝所述外殼部分前行以由此 成比例地縮小所述內(nèi)部容積，以及可替代地，所述隔板在所述外殼內(nèi)可滑 動(dòng)地移動(dòng)，以回縮離開所述外殼部分以由此成比例地?cái)U(kuò)大所述內(nèi)部容積。
全文摘要
一種用于使至少兩種流體進(jìn)料流氣相反應(yīng)的反應(yīng)器系統(tǒng)，其中反應(yīng)器系統(tǒng)具有與管道式流動(dòng)反應(yīng)器流體相通的注入式混合的逆混反應(yīng)室。注入式混合的逆混反應(yīng)室具有隔板，在實(shí)時(shí)操作過程中，滑動(dòng)隔板以縮小或擴(kuò)大逆混反應(yīng)室的內(nèi)部容積。在一個(gè)實(shí)施方案中，通過隔板的有效通道空間也是可變化調(diào)整的。在另一個(gè)實(shí)施方案中，管道式流動(dòng)反應(yīng)器共享隔板，以使隔板的軸向移動(dòng)成比例地?cái)U(kuò)大一個(gè)反應(yīng)空間，同時(shí)縮小另一個(gè)反應(yīng)空間。具有足夠速度的輸入氣體流通過將含烷烴的氣體進(jìn)料流和含氧的氣體進(jìn)料流以注入混合的方式進(jìn)入逆混反應(yīng)室中，以湍流攪動(dòng)注入式混合的逆混反應(yīng)室中的容納物。主要的應(yīng)用是天然氣直接(部分)氧化轉(zhuǎn)化成烷基氧化物。
文檔編號B01J19/26GK101443113SQ200780017115
公開日2009年5月27日 申請日期2007年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月11日
發(fā)明者納森·A·帕拉克, 羅伯特·W·卡爾, 羅杰·J·格倫奇 申請人:氣體技術(shù)有限公司