[发明专利]具有注入式混合的逆混反应室、管道式反应器和可轴向移动的界面的串联式反应器系统

说明书

相关申请的交叉引用

本申请是2006年9月25日提交的美国专利申请第11/526,824号、2006 年6月2日提交的美国专利申请第11/446,371号、2006年5月11日提交 的美国专利申请第11/432,692号以及2006年2月10日提交美国专利申请 第11/351,532号的部分继续申请。美国专利申请第11/526,824号、第 11/446,371号、第11/432,692号和第11/351,532号是2005年12月27日提 交的美国专利申请第11/319,093号的部分继续申请，后者又是2004年7 月29日提交的美国专利申请第10/901,717号的部分继续申请。上述申请 的公开内容在此以引用方式并入。

发明背景

本发明涉及一种用于使两种气体流体流(例如，不限于，在对形成期 望的烷基氧化物，如甲醇进行优化的条件下的天然气和氧化剂)进行反应 的装置。更具体地说，各实施方案涉及反应器系统能够具体控制分别来自 于随后的副反应的主要的自由基引发副反应，副反应响应引发的自由基。 这种反应器系统的主要应用领域涉及将C₁-C₄烷烃和氧直接氧化(在部分 氧化的条件下)转化成烷基氧化物，且更具体地说，将甲烷氧化成甲醇， 其中先生成引发组的甲基自由基，其随后促进相当多系列的衍生的动力学 步骤副反应。

目前用于制造甲醇的工业惯例是两步骤，Fischer-Tropsch型化学方 法。第一步骤是将天然气中的甲烷吸热重整为一氧化碳和氢气，接着是第 二步骤，包括使一氧化碳和氢之间发生固体催化反应以生成甲醇。此技术 是能量集中的，且此方法的工艺经济性只利于大规模的甲醇车间。

将甲烷转化成甲醇的方法和装置是已知的。将甲烷蒸气相转化成合成 气(CO与H₂的混合物)，接着催化转化成甲醇是已知的，如Karavaev M. M.，Leonov B.E.，等人在“Technology of Synthetic Methanol”，Moscow， “Chemistry”1984，第72-125页中公开的。然而，为了实现此过程，需要提 供复杂的装备，以满足纯化气体的高要求，需要消耗大量的能量来获得合 成气以及其纯化，且此方法具有相当多的间歇阶段。而且，对产量小于2000 吨/天的中小企业来说，这在经济上不可行。

俄罗斯专利第2162460号包括含烃气体源、用于压缩和加热气体的压 缩机和加热器以及带压缩机的含氧气体源。它还包括带有交替的混合区和 反应区的连续设置的反应器以及将含烃气体输送到反应器的第一混合区 和将含氧气体输送到每一个混合区的设备、用于由进入加热器的加热的含 烃气体的冷的含烃气体流冷却穿过壁的反应混合物的回热式热交换器、冷 却器-冷凝器、用于分离废气和液态产物以及随后分离甲醇的部分冷凝 器、用于将废气输送到初始的含烃气体的管线、以及用于将废的含氧产物 输送到反应器的第一混合区的管线。

然而，在此装置中，由于热交换器固有的限制，不可能使含烃气体的 高度放热的氧化反应的热迅速排放。这导致需要减少供给的含烃气体的 量，且进而降低了含烃气体的转化程度。而且，即使采用氧作为氧化剂， 也由于一氧化碳浓度的迅速增加而不可能提供含烃气体的有效重复循环。 相当部分的供给氧因CO氧化成CO₂而被浪费掉，且因此另外降低了初始 的含烃气体转化成有用产物的程度，并使反应混合物进一步过热。此装置 还要求燃烧额外量的初始含烃气体，以便提供液态产物精馏的应用需要。 因为在每一个反应器之后，需要冷却气-液混合物，以在下一个反应器之 前分离液态产物并随后加热，所以此装置相当复杂，且增加了部件的数目。

在专利文献RU2200731中公开了另外一种用于生产甲醇的方法和装 置，在该文献中，压缩的加热的含烃气体和压缩的含氧气体被引入连续设 置的反应器的混合区中，并通过用冷凝水冷却反应混合物，由可控的热敏 传感器来实现此反应，以便获得蒸汽，且通过逸出蒸汽的参数来调节反应 混合物的冷却程度，这些参数应用在液相产物精馏阶段。

其他专利文献，如美国专利US2196188；US2722553；US4152407； US4243613；US4530826；US5177279；US5959168和国际公开号 WO96/06901还公开了用于转化烃的解决方法。