利用振荡挡板反应器的烯烃水合工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及丁醇生产的领域。更具体而言，本发明涉及通过丁烯水合生产丁醇的 领域。
【背景技术】
[0002] 丁醇是传统的含氧化合物和燃料-原料膨胀剂（包括甲基叔丁基醚和乙醇）的有 效替代品。丁醇不仅有助于辛烷值等级的提高，而且为燃料混合物提供所掺和的氧。混合 或共混的丁醇也是相对廉价的。
[0003] 生产丁醇、尤其是混合丁醇的主要方法是通过丁烯水合工艺。已知的丁烯水合工 艺包括液-液双相体系。丁烯和水在低的相对浓度（在水中的丁烯和在丁烯中的水这二 者）的体系中是彼此不混溶的。提升操作条件不会缓解不混溶性。反应物的不混溶性是已 知的低单程转化率的一个原因。
[0004] 另外，不混溶性还影响水合催化剂的分布。典型的水合催化剂倾向于水相或烃 相一通常不是倾向于这二者。水合催化剂的这种不良分布不会促进整个双相体系的催化反 应，而是主要仅在单相中。
[0005] 因此需要提高在丁烯水合系统和工艺中丁烯向丁醇的单程转化率。
【发明内容】
[0006] -种用于由水和混合丁烯生产精制混合丁醇的丁醇生产系统，包括内部挡板单程 反应器、分离系统和外部运动驱动器。所述反应器具有内部流体管道，所述内部流体管道由 内壁以及近端和远端之间的操作长度限定。所述反应器具有沿着所述内部流体管道的操作 长度的至少一部分的一组内部流动挡板。该组内部流动挡板和所述内壁限定一组挡板室。 所述反应器能够有效地容纳含有水、混合丁烯和混合丁醇的工艺流体，以将所述工艺流体 沿着工艺流体流动通路从所述近端附近经过所述内部流体管道输送至所述远端，并从所述 远端附近提供粗产物。所述分离系统流体连接至所述反应器的所述远端附近。所述分离系 统能够有效地接收所述粗产物，以及独立地从所述粗产物中选择性分离水和混合丁烯，从 而生产精制混合丁醇。所述外部运动驱动器连接至所述反应器的所述近端附近。所述外部 运动驱动器能够有效地引起通过所述反应器的所述工艺流体的非稳态流体流动。所述丁醇 生产系统的实施方案包括其中各挡板室包含非均相丁烯水合催化剂的情况。所述非均相丁 烯水合催化剂能够有效地在所述反应器的运行条件下将所述工艺流体中的所述混合丁烯 选择性地转化为所述混合丁醇。
[0007] -种在丁烯水合催化剂的存在下利用丁醇生产系统由水和混合丁烯的组合生产 精制混合丁醇的方法，包括以下步骤：将混合丁烯、水和丁烯水合催化剂引入到所述丁醇生 产系统的内部挡板单程反应器，从而形成工艺流体。所述方法包括以下步骤：运行所述丁醇 生产系统，使得所述工艺流体从所述反应器的近端流至远端。所述方法包括以下步骤：运行 所述丁醇生产系统，使得外部运动驱动器引起所述工艺流体的非稳态流动。所述方法包括 以下步骤：运行所述丁醇生产系统，使得在所述丁烯水合催化剂的存在下发生混合丁烯和 水的反应，从而生成混合丁醇。所述丁烯水合催化剂能够有效地在所述反应器的运行条件 下将所述工艺流体中的混合丁烯选择性地转化为混合丁醇。所述方法包括以下步骤：运行 所述丁醇生产系统，使得分离系统独立地从粗产物中选择性分离水和混合丁烯，从而形成 精制混合丁醇。
[0008] 另一种在丁烯水合催化剂的存在下利用丁醇生产系统由水和混合丁烯的组合生 产精制混合丁醇的方法，包括以下步骤：将混合丁烯和水引入到所述丁醇生产系统的内部 挡板单程反应器，从而形成工艺流体。所述方法包括以下步骤：运行所述丁醇生产系统，使 得所述工艺流体从所述反应器的近端流至远端。所述方法包括以下步骤：运行所述丁醇生 产系统，使得外部运动驱动器引起所述工艺流体的非稳态流动。所述方法包括以下步骤：运 行所述丁醇生产系统，使得在所述丁烯水合催化剂的存在下发生混合丁烯和水的反应，从 而形成混合丁醇。非均相丁烯水合催化剂位于各挡板室中，并且在所述内部挡板单程反应 器的运行条件下，能够有效地将所述工艺流体中的所述混合丁烯选择性地转化为所述混合 丁醇。所述方法包括以下步骤：运行所述丁醇生产系统，使得分离系统独立地从粗产物中选 择性分离水和混合丁烯，从而形成精制混合丁醇。所述方法的实施方案包括将均相丁烯水 合催化剂引入到所述内部挡板单程反应器。
[0009] 丁醇生产系统包括内部挡板单程反应器，以解决不混溶反应物间的不良混合以及 丁烯水合催化剂在工艺流体中不充分分布的问题。反应器具有其中发生混合和反应的挡板 室。通过使用外部运动驱动器直接作用于工艺流体来引起经过反应器的工艺流体的非稳 态，增强了不混溶组分的混合，并且将水合催化剂分布于整个工艺流体中。
[0010] 引入到工艺流体的运动可以是振荡运动、周期性运动、同步运动或不同步运动。引 起通过内部挡板单程反应器的工艺流体的整体运动中的变化能够有效地导致形成非常少 的（~5iim)气体、液体或超临界液体中流体的双相混合物。反应物混合丁烯在占主要的 水相中的良好分布增加了烃在水相中的接触总表面积，并且水合催化剂的更广分布提高了 丁烯的整体转化效率和产物醇的产量。
[0011] 附图简要说明
[0012] 由以下对优选实施方案的详细说明、随附的权利要求书以及附图，本发明的这些 和其他特征、方面和优点将更易于理解，其中：
[0013] 图1是丁醇生产系统的实施方案的工艺流程图；
[0014] 图2是丁醇生产系统的另一个实施方案的工艺流程图；
[0015] 图3是丁醇生产系统的另一个实施方案的工艺流程图；
[0016] 图4是示出对于振荡挡板反应器和高压釜反应器而言，引入的水与1-丁烯的摩尔 比相对于丁烯向丁醇的摩尔％转化率的图表。
[0017] 在附图中，相似的部件或特征、或二者可具有相同的参考标号。附图及其说明有助 于更好地理解丁醇生产系统及其使用方法。附图不应以任何方式对本发明的范围进行限制 或限定。为了便于描述，附图是简图。本领域普通技术人员理解，这种系统是具有使其能够 有效地达到预期目的的辅助设备和子系统的复杂结构。
[0018] 优选实施方案的详细说明
[0019] 说明书包括：发明概要、附图简要说明和优选实施方案的详细说明，说明书和随附 的权利要求书涉及本发明的特定特征（包括工艺或方法步骤）。本领域的技术人员可以理 解，本发明包括说明书中所描述具体特征的所有可能的组合和应用。本领域的技术人员应 当理解，本发明并不限于说明书给出的实施方案描述，或本发明不受说明书给出的实施方 案描述的限定。除了仅限于说明书和随附权利要求的精神之外，本发明的主题不受限制。
[0020] 本领域的技术人员还应当理解，用于描述特定实施方案的术语并不限制本发明的 范围或广度。在对说明书和随附权利要求书进行解释时，所有术语应当按照与各术语在文 中一致的可能的最宽泛方式解释。用于说明书和随附权利要求书的所有技术和科学术语的 含义与本发明所属领域的普通技术人员所通常理解的含义相同，除非另外指明。
[0021 ] 在说明书和所附权利要求书中，所使用的单数形式的"一种"、"一个"和"所述"包 括复数形式的指代物，除非本文另外明确指出。动词"包括"及其变化形式应当解释为以非 排他性的方式提及元件、部件或步骤。所提及的元件、部件或步骤可以与其他未明确提及的 元件、部件或步骤共同存在、使用或组合。动词"连接"及其变化形式是指完成任何形式的所 需接合，包括电、机械或流体接合，从而由两个或更多前述未连接的对象形成单个对象。如 果第一装置连接至第二装置，则所述连接可以直接发生或通过常规连接件发生。"任选"及 其变化形式是指随后描述的事件或情况可以发生或可以不发生。所述描述包括所述事件或 情况发生的情形以及所述事件或情况不发生的情形。"能够有效地（Operable)"及其各种 形式是指适于其合适的功能并能够用于其预期用途。"相关的（Associated)"及其各种形 式是指某事与其他事相关，因为它们同时发生或者一者产生另一者。
[0022] 空间术语描述一个物体或一组物体相对于另一个物体或另一组物体的相对位置。 空间关系沿垂直轴和水平轴适用。表示方位和关系的词语包括"上游"和"下游"以及其他 类似术语，是为了便于描述而非限制目的，除非另外指明。
[0023] 当说明书或随附的权利要求书中提供数值范围时，应当理解的是，数值区间包括 上限和下限之间的各个区间值以及上限和下限。基于所提供的任何具体排除，本发明包括 并限定了所述区间的更小范围。"基本上不含"是指小于1%的所指测量单位。"显著的"表 示等于或大于10%的所指测量单位。
[0024] 当在说明书和随附权利要求书中提到包括两个或更多个所限定步骤的方法时，所 限定的步骤可以按任意顺序进行或者同时进行，除非上下文排除了这种可能性。
[0025] 图 1
[0026] 图1是丁醇生产系统的实施方案的工艺流程图。图1的丁醇生产工艺将若干种供 料通过供料管线引入到丁醇生产系统100,包括混合丁烯供料102、水供料104、水合催化剂 供料106和夹带剂供料108。丁醇生产系统100通过产物管线产生若干种产物，包括废催化 剂110、产出水112、丁醇产物114和废夹带剂116。
[0027] 丁醇生产系统100包括若干个单元来支持丁烯向丁醇的转化以及精制丁醇产物 的生产。内部挡板单程反应器120支持催化引发丁烯水合为混合丁醇。混合丁烯供料102、 水供料104和水合催化剂供料106全部通过反应器120进入丁醇生产系统100。反应器120 制得用于回收产出的混合丁醇的粗产物流。
[0028] 内部挡板单程反应器120包含工艺流体，该工艺流体为反应物、催化剂和反应产 物的混合物。该工艺流体通过由内壁125限定的内部流体管道从近端122经过反应器120 到达远端124。随着丁烯水合反应的发生、形成产物混合丁醇以及消耗的反应物水和混合丁 烯，工艺流体的组成沿着反应器120的操作长度而变化。
[0029] 在分离系统160(虚线框）中，冷却器170通过远端124连接至内部挡板单程反应 器120,并且能够有效地接收来自于反应器120的粗产物，并降低粗产物的温度用于分离处 理。
[0030] 在丁醇生产系统100中，旋风分离器172连接至冷却器170,接收冷却的粗产物，并 除去任何残留的非均相水合催化剂。旋风分离器172产生由废催化剂110得到的废弃催化 剂以及不含催化剂的粗产物。
[0031] 脱丁烯塔180连接至旋风分离器172,接收不含催化剂的粗产物，并除去未反应的 丁烯。脱丁烯塔180产生回收的丁烯和不含丁烯的粗产物。回收的丁烯由丁醇生产系统 100通过丁烯循环182循环至内部挡板单程反应器120的近端。
[0032] 丁醇提取塔184连接至脱丁烯塔180,接收不含丁烯的粗产物，并且还通过夹带剂 供料108接收夹带剂。丁醇提取塔184能够有效地通过利用引入的夹带剂从不含丁烯的粗 产物的水相中提取丁醇，形成其中缺乏丁醇的水相和其中富含丁醇的夹带剂和丁醇相。水 通过产出水112而从丁醇提取塔184传送。夹带剂和丁醇相作为丁醇提取塔184的塔底产 物而传送。
[0033] 丁醇分离塔186连接至丁醇提取塔184,接收夹带剂和丁醇相，并将丁醇从夹带剂 中分离。丁醇分离塔186产生精制混合丁醇，其基本上不含水、丁烯和夹带剂。精制丁醇混 合物通过丁醇产物114从丁醇分离塔186传送。回收的夹带剂通过废夹带剂116从丁醇分 离塔186传送。
[0034] 如图1所示，内部挡板单程反应器120的构造是具有近端122和远端124并且远 端124连接至冷却器170的蛇形导管。若干个端口 126用于进入反应器120的内部。若干 个注入口提供供