JP6122122B2 - 振動バッフル付き反応器を用いたオレフィン水和プロセス - Google Patents
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Description
図1は、ブタノール生成システムの一実施形態のプロセスフロー図である。図1のブタノール生成プロセスは、混合ブテン供給物102、水供給物104、水和触媒供給物106、およびエントレーナ供給物108を含む供給口ラインを通るいくつかの供給物をブタノール生成システム100に導入する。ブタノール生成システム100は、廃触媒110、生成水112、ブタノール生成物114、および使用済みエントレーナ116を含む生産ラインを通るいくつかの生成物を生成する。
図2は、ブタノール生成システムの他の実施形態のプロセスフロー図である。図2のブタノール生成プロセスは、組み合わせられた混合ブテンおよび水供給物201ならびに水和触媒供給物106を含むいくつかの供給物をブタノール生成システム200の中に導入する。組み合わせられた混合ブテンおよび水供給物201は、ブテンおよび水注入ポート203を通って内部バッフルシングルパス反応器120に入る。ブタノール生成システム200は、精製ベント292およびブタノール生成物114を含むいくつかの生成物を生成する。システム再循環流のブテン再循環182および水再循環288の両方は、組み合わせられた供給物201中の混合ブテンおよび水の補給量を最小限にすることに寄与する。
図3は、ブタノール生成システムの他の実施形態のプロセスフロー図である。図3のブタノール生成プロセスは、図2のプロセスに示されるものと同様の供給物を導入する。ブタノール生成システム300は、廃触媒110およびブタノール生成物114を含むいくつかの生成物を生成する。システム300再循環流のブテン再循環182および水再循環288の両方は、組み合わせられた供給物201中の混合ブテンおよび水の補給量を最小限にすることに寄与する。
プロセス流体は、内部バッフルシングルパス反応器の内側の間のブタノール生成プロセスの操作条件での非混和性ブテンおよび水の二相プロセスである。反応器の操作可能な長さに沿った任意の所定の点では、プロセス流体は、ブテン、水、任意にブテン水和触媒、およびブテン水和生成物、特にブタノールを含む。
混合ブテンは、ブタノール生成プロセスの一部としての反応物として導入される。混合ブテンは、精製されてもよく、または石油化学精製所内の供給源によってもたされてもよく、FCCユニットもしくは熱分解ユニットの生成物、MTBEもしくはTBAプロセスからのラフィネート、液化石油ガス(LPG)のほんの一部、または同様の供給源のうちのいくつかからの組み合わされた流れとして含んでいる。混合ブテンは、1−ブテンのうちの1つ以上、片方または両方の2ブテン(すなわち、シスまたはトランス)、およびイソブチレンを含む。混合ブテンはまた、他のアルカンおよびアルケンを含むことができる。
水は、ブタノール生成プロセスの一部としての反応物として導入される。ブタノール生成システムの中に導入される新たな水または補給水は、少なくとも99体積%の水、または99.5体積%の水、または99.9体積%の水、または99.95体積%の水、またはさらに高純度である。水は、汚染物質をブタノール生成システムの中に導入しないように脱気され、脱塩され、脱イオン化されるべきである。不純物は、5体積ppmまたはそれ未満である。
ブテン水和触媒は、ブタノール生成システムが所定の不均一系酸触媒を含まないとき、ブタノール生成プロセスの一部としての反応物として導入される。ブテン水和触媒の導入は、ブタノール生成システムが所定の不均一系酸触媒を含まないときに任意である。ブタノール生成プロセスの一実施形態は、基端部に近接して、プロセス流体が形成するようにブテン水和触媒をブタノール生成システムの内部バッフルシングルパス反応器の中に導入することを含み、そこでブテン水和触媒は、均一酸、不均一酸、およびこれらの組み合わせから選択される。
一次生成物は、精製された混合ブタノールである。精製されたブタノール生成物の組成は、少なくとも99体積%の混合ブタノール、または99.5体積%の混合ブタノール、または99.7体積%の混合ブタノール、または99.9体積%の混合ブタノール、またはさらに高純度である。ブタノール生成システムの一実施形態は、分離システムが少なくとも99体積パーセントの混合ブタノールの純度を有する精製された混合ブタノールを生成するように操作可能であることを含む。ブテン、ブタン、および不活性成分を含む溶存ガスは、精製された混合ブタノール生成物中に存在し得る微量不純物である。
[内部バッフルシングルパス反応器]
[内部流動バッフルおよびバッフルセル]
ブタノール生成システムは、温度、質量流量、および圧力を含む、ブタノール生成プロセスの他の操作パラメータを変更せずに、プロセス流体の流動における不安定性を誘発する内部バッフルシングルパス反応器の外部のデバイスを含む。プロセス流体に運動を直接伝達することによってプロセス流体の流動における不安定性を誘発することは、外部運動ドライバを使用する。
温度制御システムは、温度修正流体を内部バッフルシングルパス反応器の外側に搬送して、ブタン水和反応に対して適切な温度を維持する。内部バッフルシングルパス反応器内の温度を維持するために有用な温度制御システムの例としては、熱交換器、冷却ジャケット、および送風機が挙げられる。有用な温度修正流体の例としては、水、エチレングリコール、および空気が挙げられる。温度修正流体の強制対流が典型的である。
ブタノール生成システムは、粗生成物から混合ブタノール、混合ブテン、および水を分離するように操作可能な分離システムを含む。
実施形態は、記載される装置、プロセス、方法、およびシステムを可能にし、操作可能にする多くの追加の標準構成要素または設備を含む。当業者に既知のこのような標準設備の例としては、熱交換、ポンプ、送風機、再沸器、蒸気発生、復水操作、膜、単段および多段圧縮器、分離および分別設備、バルブ、スイッチ、コントローラ、ならびに圧力検知デバイス、温度検知デバイス、レベル検知デバイス、および流動検知デバイスが挙げられる。
ブテン水和触媒は、内部バッフルシングルパス反応器の操作条件でプロセス流体内の混合ブテンを混合ブタノールに選択的に変換するように操作可能である。ブタノール生成プロセスの一実施形態は、内部バッフルシングルパス反応器内のプロセス流体の温度が約80℃〜約150℃の範囲に維持されるように、ブタノール生成システムを操作することを含む。ブタノール生成プロセスの一実施形態は、内部バッフルシングルパス反応器内のプロセス流体の温度が約100℃〜約120℃の範囲に維持されるように、ブタノール生成システムを操作することを含む。ブタノール生成プロセスの一実施形態は、内部バッフルシングルパス反応器内のプロセス流体の圧力が約5バール〜約70バールの範囲に維持されるように、ブタノール生成システムを操作することを含む。
特定の実施形態の実施例は、ブタノール生成システムおよびプロセスのより良い理解を容易にする。実施例は、決して本発明の範囲を限定または定義するべきではない。
振動バッフル反応器(OBR)は、5つの実施例の混合物(1〜4)を処理する。オートクレーブ反応器は、5つの比較例の混合物(1〜4)を処理する。各実施例は、類似の水、1−ブテンのモル値比および触媒、1−ブテンの相対関係の比較例を有する。例えば、実施例1は、比較例1と比較可能であり、実施例2は、比較例2と比較可能であり、以下同様である。表1は、実施例1〜4および比較例1〜4の組成物を示す。導入された1−ブテン、水、および全体積は、ミリリットル(mL)である。モル比は、値のない数である。
MCRC4=/BtOH=−0.002173*(MRH2O:C4=)2+0.061323*MRH2O:C4=+0.14264(式1)、
式中、MCRC4=/BtOHは、モルパーセントでの1−ブテンからブタノールへのモル変換率であり、MRH2O:C4=は、導入された混合物中の水対1−ブテンのモル比である。式1は、約1〜約21のモル比範囲に対して決定される。
EMCRC4=/BtOH≧−0.002173*(MRH2O:C4=)2+0.061323*MRH2O:C4=+0.045(式2)および
EMCRC4=/BtOH≦−0.002173*(MRH2O:C4=)2+0.061323*MRH2O:C4=+0.24028、(式3)、
式中、EMCRC4=/BtOHは、モルパーセントでの1−ブテンからブタノールへの推定モル変換率であり、MRH2O:C4=は、導入された混合物中の水対1−ブテンのモル比であり、これは、約1〜約21の範囲である。ブタノール生成方法の一実施形態は、モルパーセントでの1−ブテンからブタノールへのモル変換率が、式2および式3によって決定されるように、推定モル変換率値の範囲内であるように、ブタノール生成システムを操作することを含む。ブタノール生成方法の一実施形態は、モルパーセントでの1−ブテンからブタノールへのモル変換率が、式2によって決定されるように、推定モル変換率値をほぼ超えるように、ブタノール生成システムを操作することを含む。加えて、式1〜3に類似するあと2つの式が、破線「多項式(中低)(Poly.(MedLow))」および「多項式(中高)(Poly.(MedHigh))」として図4に図示される。式4および式5は、実施例1に近く、かつ式2と式3の中間の実施例のモル比範囲に対する実施例1〜4のモル変換率値を含む。
EMCRC4=/BtOH≧−0.002173*(MRH2O:C4=)2+0.061323*MRH2O:C4=+0.09382(式4)および
EMCRC4=/BtOH≦−0.002173*(MRH2O:C4=)2+0.061323*MRH2O:C4=+0.19146、(式5)、
式中、EMCRC4=/BtOHは、モルパーセントでの1−ブテンからブタノールへの推定モル変換率であり、MRH2O:C4=は、導入された混合物中の水対1−ブテンのモル比であり、これは、約1〜約21の範囲である。ブタノール生成方法の一実施形態は、モルパーセントでの1−ブテンからブタノールへのモル変換率が、式4および式5によって決定されるように、推定モル変換率値の範囲内であるように、ブタノール生成システムを操作することを含む。ブタノール生成方法の一実施形態は、モルパーセントでの1−ブテンからブタノールへのモル変換率が、式4によって決定されるように、推定モル変換率値の範囲をほぼ超えるように、ブタノール生成システムを操作することを含む。
実施例1〜4に使用されるOBRは、実施例の混合物5を処理する。比較例1〜4に使用されるオートクレーブ反応器は、比較例の混合物5を処理する。実施例および比較例は、類似の水対1−ブテンのモル値率および触媒対1−ブテンの体積関係を有する。表2は、実施例5および比較例5の組成物を示す。導入された1−ブテン、水、および全体積は、ミリリットル(mL)である。モル比は、値のない数である。
[表2]
Claims (34)
- ブテン水和触媒の存在下で、水およびブテンから精製されたブタノールを生成するためのブタノール生成システムであって、
内部バッフルシングルパス反応器であって、
内壁および基端部と先端部との間の操作長さによって画定された内部流体導管を有し、
前記内部流体導管のその操作可能な長さの少なくとも一部分に沿って一組の内部流動バッフルを有し、前記一組の内部流動バッフルおよび前記内壁が一組のバッフルセルを画定し、かつ
水、ブテン、およびブタノールを含むプロセス流体を含み、前記プロセス流体を、プロセス流体流路に沿って前記基端部から前記先端部に前記内部流体導管を通って搬送し、かつ前記先端部から粗生成物を提供するように操作可能である、内部バッフルシングルパス反応器と、
前記内部バッフルシングルパス反応器の前記先端部に流動的に連結し、前記粗生成物を受容し、かつ精製されたブタノールが生成されるように、前記粗生成物から水およびブテンを別々に選択的に分離するように操作可能である、分離システムと、
前記内部バッフルシングルパス反応器の前記基端部に連結し、前記内部バッフルシングルパス反応器を通る前記プロセス流体のその流体流動における振動運動を誘発するように操作可能である、外部運動ドライバと、を備える、ブタノール生成システム。 - 前記一組の内部流動バッフルは、固定された内部流動バッフルであり、前記内部流体導管の操作可能な長さ全体に沿って位置する、請求項1に記載のブタノール生成システム。
- 前記外部運動ドライバは、3ヘルツの周波数で振動することによって前記プロセス流体流動における不安定性を誘発するように操作可能である、請求項1または2に記載のブタノール生成システム。
- 前記ブタノール生成システムは、前記選択的に分離されたブテンを前記内部バッフルシングルパス反応器の中に導入するように操作可能である、請求項1〜3のいずれか一項に記載のブタノール生成システム。
- 前記ブタノール生成システムは、前記選択的に分離された水を前記内部バッフルシングルパス反応器の中に導入するように操作可能である、請求項1〜4のいずれか一項に記載のブタノール生成システム。
- 前記分離システムは、前記粗生成物からブテン水和触媒を別々に選択的に分離するように操作可能である、請求項1〜5のいずれか一項に記載のブタノール生成システム。
- 前記分離システムは、少なくとも99体積パーセントのブタノールの純度を有する前記精製されたブタノールを生成するように操作可能である、請求項1〜6のいずれか一項に記載のブタノール生成システム。
- 各バッフルセルは、不均一系ブテン水和触媒を含み、前記不均一系ブテン水和触媒は、前記内部バッフルシングルパス反応器の操作条件で前記プロセス流体内の前記ブテンを前記ブタノールに選択的に変換するように操作可能である、請求項1〜7のいずれか一項に記載のブタノール生成システム。
- 前記不均一系ブテン水和触媒は、前記バッフルセルを画定する前記内壁上の前記バッフルセル内に位置する、請求項8に記載のブタノール生成システム。
- 前記不均一系ブテン水和触媒は、前記バッフルセルに向かって内側に向けられた前記内部流動バッフルの側面上の前記バッフルセル内に位置する、請求項8または9に記載のブタノール生成システム。
- 前記不均一系ブテン水和触媒は、前記バッフルセルの下流バッフルの流通窓を流れる前記プロセス流体が前記不均一系ブテン水和触媒と接触するように前記バッフルセル内に位置する、請求項8〜10のいずれか一項に記載のブタノール生成システム。
- ブタノール生成システムを用いてブテン水和触媒の存在下で水とブテンとの組み合わせから精製されたブタノールを生成するための方法であって、そのブタノール生成方法は、
プロセス流体が生じるように、ブテン、水、およびブテン水和触媒を前記ブタノール生成システムの内部バッフルシングルパス反応器の中に導入するステップと、
前記プロセス流体が前記内部バッフルシングルパス反応器の基端部から先端部に流れるように、前記ブタノール生成システムを操作するステップであって、外部運動ドライバが前記内部バッフルシングルパス反応器の前記基端部に連結し、且つ前記プロセス流体流動における振動運動を誘発し、ブタノールが生じるように、ブテンと水との反応が前記ブテン水和触媒の存在下で生じ、前記精製されたブタノールが生じるように、分離システムが前記内部バッフルシングルパス反応器の前記先端部に連結し、粗生成物を受容し、前記粗生成物から水およびブテンを別々に選択的に分離する、ステップと、を含み、
前記ブテン水和触媒は、前記内部バッフルシングルパス反応器の前記操作条件で前記プロセス流体内のブテンをブタノールに選択的に変換するように操作可能である、方法。 - 前記ブテンは、1−ブテンを含む、請求項12に記載の方法。
- 前記ブテンは、1−ブテンからなる、請求項12に記載の方法。
- 前記ブテン水和触媒は、均一系ブテン水和触媒、不均一系ブテン水和触媒、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項12〜14のいずれか一項に記載の方法。
- 前記外部運動ドライバは、3ヘルツの周波数で振動することによって前記プロセス流体流動における不安定性を誘発する、請求項12〜15のいずれか一項に記載の方法。
- 前記分離システムが前記粗生成物から前記ブテン水和触媒を別々に選択的に分離するように、前記ブタノール生成システムを操作することをさらに含み、その分離されたブテン水和触媒は、不均一系ブテン水和触媒である、請求項12〜16のいずれか一項に記載の方法。
- 別々に選択的に分離されたブテンが内部バッフルシングルパス反応器の中に導入されるように、前記ブタノール生成システムを操作することをさらに含む、請求項12〜17のいずれか一項に記載の方法。
- 別々に選択的に分離された水が内部バッフルシングルパス反応器の中に導入されるように、前記ブタノール生成システムを操作することをさらに含む、請求項12〜18のいずれか一項に記載の方法。
- 前記別々に選択的に分離された水は、均一系ブテン水和触媒も含む、請求項19に記載の方法。
- 前記内部バッフルシングルパス反応器内の前記プロセス流体の温度が80℃〜150℃の範囲に維持されるように、前記ブタノール生成システムを操作することをさらに含む、請求項12〜20のいずれか一項に記載の方法。
- 前記内部バッフルシングルパス反応器内の前記プロセス流体の圧力が5バール〜70バールの範囲に維持されるように、前記ブタノール生成システムを操作することをさらに含む、請求項12〜21のいずれか一項に記載の方法。
- 前記内部バッフルシングルパス反応器内の前記プロセス流体の温度および圧力が、ブテンが液体状態であるような範囲に維持されるように、前記ブタノール生成システムを操作することをさらに含む、請求項12〜22のいずれか一項に記載の方法。
- 前記内部バッフルシングルパス反応器内の前記プロセス流体の温度および圧力が、ブテンが超臨界状態であるような範囲に維持されるように、前記ブタノール生成システムを操作することをさらに含む、請求項12〜23のいずれか一項に記載の方法。
- 前記内部バッフルシングルパス反応器内の前記プロセス流体の滞留時間が0.1時間〜0.2時間の範囲に維持されるように、前記ブタノール生成システムを操作することをさらに含む、請求項12〜24のいずれか一項に記載の方法。
- 前記水および前記ブテンは、水対1−ブテンのモル比が1〜21の範囲の値を有するように、前記内部バッフルシングルパス反応器の中に導入される、請求項12〜25のいずれか一項に記載の方法。
- モルパーセントでの1−ブテンからブタノールへのモル変換率であるEMCR C4=/BtOH が、−0.002173*(MRH2O:C4=)2+0.061323*MRH2O:C4=+0.045〜−0.002173*(MRH2O:C4=)2+0.061323*MRH2O:C4=+0.24028の範囲の値を有するように、前記ブタノール生成システムを操作させることをさらに含み、MRH2O:C4=は、導入された混合物中の水対1−ブテンのモル比の値である、請求項26に記載の方法。
- 前記内部バッフルシングルパス反応器のための、モルパーセントでの1−ブテンからブタノールへのモル変換率が少なくとも−0.002173*(MRH2O:C4=)2+0.061323*MRH2O:C4=+0.045の値を有するように、前記ブタノール生成システムを操作させることをさらに含み、MRH2O:C4=は、導入された混合物中の水対1−ブテンのモル比の値である、請求項26に記載の方法。
- 前記精製されたブタノールは、少なくとも99体積パーセントのブタノールを含む、請求項12〜28のいずれか一項に記載の方法。
- ブタノール生成システムを用いてブテン水和触媒の存在下で水とブテンとの組み合わせから精製されたブタノールを生成するための方法であって、そのブタノール生成方法は、
プロセス流体が生じるように、ブテンおよび水を前記ブタノール生成システムの内部バッフルシングルパス反応器の中に導入するステップと、
前記プロセス流体が前記内部バッフルシングルパス反応器の基端部から先端部に流れるように、前記ブタノール生成システムを操作するステップであって、外部運動ドライバが前記内部バッフルシングルパス反応器の前記基端部に連結し、且つ前記プロセス流体流動における振動運動を誘発し、ブタノールが生じるように、ブテンと水との反応が前記ブテン水和触媒の存在下で生じ、前記精製されたブタノールが生じるように、分離システムが前記内部バッフルシングルパス反応器の前記先端部に連結し、粗生成物を受容し、前記粗生成物から水およびブテンを別々に選択的に分離する、ステップと、を含み、
不均一系ブテン水和触媒は、各バッフルセル内に位置し、前記内部バッフルシングルパス反応器の前記操作条件で前記プロセス流体内の前記ブテンを前記ブタノールに選択的に変換するように操作可能である、方法。 - ブテンと水の反応は、前記流動バッフルの側面上の各バッフルセル内で生じる、請求項30に記載の方法。
- ブテンと水との反応は、前記内壁に沿って各バッフルセル内で生じる、請求項30または31に記載の方法。
- 前記ブテンと水との反応は、下流流通窓に近接した各バッフルセル内で生じる、請求項30〜32のいずれか一項に記載の方法。
- 均一系ブテン水和触媒を前記内部バッフルシングルパス反応器の中に導入することをさらに含む、請求項30〜33のいずれか一項に記載の方法。
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