专利名称：用于直接氧化烷烃气体的系统的制作方法
用于直接氧化烷烃气体的系统
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。
背景技术：
本发明涉及一种在对形成期望的烷基氧化物(alkyl oxygenate)(尤其 是曱醇)进行优化的条件下使天然气与氧化剂进行反应的装置。更具体地 说，各实施方案用于使C,-Q烷烃(曱烷、乙烷、丙烷和丁烷)反应生成 烷基氧化物，且更具体地说，在主要应用中用于将曱烷直接氧化(在部分 氧化的条件下)转化成甲醇。
目前用于制造曱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曱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曱醇。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曱醇车间。
将曱烷转化成曱醇的方法和装置是已知的。将曱烷蒸气相转化成合成 气(CO与H2的混合物)，接着催化转化成曱醇是已知的，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 烃气体的冷的含烂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曱醇的部分冷凝 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C02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曱醇的方法和装 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。的一步法，从而克服Fischer Tropsch法的 工艺规模的限制，且还使"被阻断的气体(strandedgas)"成为有价值的商 品。此方法利用了均匀的、气相的部分氧化反应，而这是通过使天然气与 氧化剂，且氧化剂作为受限的反应物，接触来实施的。最富足的产物是源 于曱烷的曱醇和曱醛，主要组分是天然气。通过氧化都是天然气的较少成 分的曱烷、乙烷、丙烷以及更高级的烃形成了较少量的乙醇和其他氧化有 机产物。这些反应产物都是液体，且可以输送到中心位置，用以分离和/ 或随后用作燃料或化学中间产物。这种方法的中心特征在于可以在偏远位 置处的油田内实施工艺化学。
美国专利US4,618,732 ( Gesser等人的"通过受控氧化将天然气直接 举争4b成甲酉f (Direct conversion of natural gas to methanol by controlled oxidation)")描述了 一种将天然气转化成曱醇的方法。甲醇的选择性被标 示为因仔细地预混合甲烷和氧气，以及使用搪玻璃的反应器以便在反应过 程中，与加工设备的相互作用最少。在进入用于开始反应的反应器之前， 进行混合的需要标示在下面的摘录中
"气体的混合优选在预混合室中进行或者"越过"相对小的体积，且 在进入加热的反应区之前，通过短的预反应器部分。然而，当在高压下， 在相对小的体积内混合气体时，通常将会形成层流，且氧或空气在通常的 天然气流内形成窄的均匀流。氧或空气在到达反应区之前，4艮少有机会遍 布反应流分散。虽然并不希望受到理论束缚，但是当其发生时，假定天然 气先被氧化成曱醇，在氧流的外围，即富氧环境的外围，曱醇被进一步氧 化成更高级的氧化产物。"
Gesser的美国专利US4,618,732还强调需要从开始到完成混合之前， 一直保持反应(_ "在将氧与天然气引入反应器之前，使它们混合")。
美国专利US4,982,023 ( Han等人的"曱烷氧化成甲醇(Oxidation of methane to methanol)")提出在曱烷直接氧化成甲醇的过程中发生了多个反 应。在这方面，美国专利US4，982,023表明在此专利主题的讨论中稍微考 虑了反应-动力学问题
"形成曱醇的机理被认为是涉及过氧曱基自由基(methylperoxyradical) (CH300)，，，其提取曱烷中的氩。遗憾的是，直到现在，每次收率 都受到限制。此受限的收率被合理解释为因与主要氧化产物-曱醇的更高 的反应性相比，曱烷中C-H键的反应性低，因此当试图增大转化时，这 会导致选择性地形成深度氧化产物CO和co2。
美国专利US4,982,023还澄清了在反应之前，预混合曱烷和氧，这表 示在下面的摘录中"...就在被引入反应器之前，天然气和氧或空气保持 分开直到混合。然而，如果期望的话，在反应之前，天然气和氧可以被预 混合并^皮存储在一起"。
遗憾的是，在使反应技术规模化应用到制造级系统的方面，还不能可 靠地重复有关曱醇选择性和曱烷非催化直接氧化成曱醇的单程收率的实 验室结果。也一直未能满足对使曱烷非催化直接氧化成曱醇的有效且低成 本的方法的需求。
概述
因此，本发明的目的是提供一种通过使来自含烷烃的气体进料流中的 烷烃(曱烷、乙烷、丙烷和丁烷中的任意一种)与来自含氧的气体进料流 中的氧进行部分氧化反应来制造至少一种烷基氧化物(如，不限于，曱醇、 甲醛和/或乙醇)的装置。该装置包括一种具有与管道式流动反应器流体相 通的注入式'混合的逆混反应室 (injectively-mixed backmixing reaction chamber )的反应器系统，其中注入式混合的逆混反应室具有烷烃气体输入、 氧气输入和逆混反应室输出；管道式流动反应器具有与逆混反应室输出流 体相通的管道式流动反应器输入；烷烃气体输入接收进入注入式混合的逆 混反应室的含烷烃的气体进料流；氧气输入接收进入注入式混合的逆混反 应室的含氧的气体进料流；且注入式混合的逆混反应室具有足以在注入式 混合的逆混反应室内从烷烃引发烷基自由基且向管道式流动反应器输入 提供烷基自由基的至少一部分的空间-时间，对应于含烷烃的气体进料流 和含氧的气体进料流的总供给速率。
在一个实施方案中，烷烃气体输入和氧气输入纟皮设计成通过注入式混合含烷烃的气体进料流和含氧的气体进料流来湍流搅动注入式混合的逆 混反应室。
在另 一个实施方案中，注入式混合的逆混反应室具有注入式混合的逆 混反应室的外壳，且反应器系统还包括可滑动密封地连接到逆混反应室的 外壳的隔板，其中注入式混合的逆混反应室具有由逆混反应室的外壳和隔
板界定的注入式混合的逆混反应室的内部容积；逆混反应室的外壳具有与 隔板相对设置的外壳部分；且在反应器系统的实时操作过程中，隔板是可 滑动移动的以〗更在注入式混合的逆混反应室的外壳内朝外壳部分前行，以 成比例地缩小注入式混合的逆混反应室的内部容积，以及在反应器系统的 实时操作过程中，隔板可替代地在注入式混合的逆混反应室的外壳内可滑 动地移动，以便回缩离开外壳部分，以由此成比例地扩大注入式混合的逆 混反应室的内部容积。
在一个方面，反应器系统具有不超过40秒的空间-时间，对应于含烷 烃的进料流和含氧的进料流的总供给速率。在另一个方面，用于注入式混 合的逆混反应室的空间-时间不超过1.5秒，对应于含烷烃的进料流和含 氧的进料流的总供给速率。
在另一个实施方案中，管道式流动反应器具有管道式流动反应器输出， 且管道式流动反应器具有设置在管道式流动反应器输入和管道式流动反 应器输出之间的用于接收冷却气体流的至少一个冷却气体输入，并由此骤 冷管道式流动反应器。在此实施方案的各方面，管道式流动反应器具有轴， 且在管道式流动反应器的操作过程中，冷却气体输入是可沿着轴移动的。
在另 一个方面，管道式流动反应器排放来自管道式流动反应器输出的 反应产物流，且该装置还包括与管道式流动反应器输出流体相通的洗涤 器，用于通过使反应产物流与液体吸收剂接触来冷凝反应产物流中的至少 一种烷基氧化物(如，曱醇和/或曱醛)。在另一个方面，吸收剂还吸收反 应产物流中的二氧化石友。
在又一个实施方案中，注入式混合的逆混反应室具有部分由具有注入 式混合的逆混反应室的轴的圓柱表面界定的内部容积，且含氧的气体进料 流从沿着轴且在不平行于轴的方位上设置的多个孔而输入到内部容积中。在另一个相关的实施方案中，注入式混合的逆混反应室具有由具有轴的圆 锥形表面界定的内部流分流器，分流器界定了轴的 一端处的圆锥形底部， 圓锥形表面界定了轴的另 一端处的顶端，分流器的轴与注入式混合的逆混 反应室的轴对齐，分流器设置在外壳内，使得注入式混合的逆混反应室输 出更接近顶端，而不是更接近圆锥形底部，且含氧的进料流从多个孔输入 到内部流空间中，所述多个孔沿着注入式混合的逆混反应室的轴且在不平 4亍于注入式混合的逆混反应室的轴的方^立上i殳置。
在又一个方面，含烷烃的气体进料流包括来自洗涤器的再循环流中的
烷烃。在优选的操作模式中，再循环流提供含烷烃的气体进料流中约4: 5 到约20: 21重量百分比的烷烃。
在又一个方面，离心鼓风机设置成加压含烷烃的气体进料流以输入到 注入式混合的逆混反应室中。
在所附的权利要求中特别提出了被认为是本发明特征的新颖性特点。 当结合附图阅读时，从下面的具体实施方案的描述将更好地理解本发明本 身，不^l关于本发明的结构，还有其^t喿作方法连同其额外的目的和优势。
附图简述
图1示意性地显示了用于根据本发明的教导制造烷基氧化物(如，不 限于，甲醇)的装置的系统；
中，氧、曱醛和曱醇的浓度的视图4表示描绘了系统的氧化产率随再循环比变化的图5表示根据本发明的教导，C, - C4烷烃到烷基氧化物的可替代的车间；
图6表示图5中所显示的任选的制氧车间；
图7描绘了图5所示车间的气体处理部分；
图8描绘了图5所示车间的液体处理部分；
图9表示根据本发明的教导，C,-C4烷烃(如，不限于，曱烷)到烷基氧化物(如，不限于，曱醇)的另一个可替代的车间；
图10表示根据本发明的教导，d-C4烷烃(如，不限于，曱烷)到
烷基氧化物(如，不限于，甲醇)的又一个可替代的车间；
图11表示根据本发明的教导，d- C4烷烃(如，不限于，曱烷)到
烷基氧化物(如，不限于，曱醇)的又一个可替代的车间；
图12呈现了具有紧密连接到管道式流动反应器的注入式混合的逆混 反应室的反应器系统的 一个实施方案的筒化截面图13A和13B呈现了简化截面图，详细显示了改变图12的注入式混 合的逆混反应室的内部容积；
图14A呈现了图12的注入式混合的逆混反应室的可替代的设计的筒 化截面图14B显示了具有改变的内部容积的图12的注入式混合的逆混反应 室的浮见图，此内部容积不同于图12所示的内部容积；
图15A和15B呈现了用于图12和20的反应器系统实施方案的注入式 混合的逆混反应室的"发刷，，5危体丰命送才悉入4牛("hairbrush" fluid delivery insert)的简化截面图16呈现了用于图12和20的反应器系统实施方案的注入式混合的 逆混反应室的圆锥形流体输送插入件的内部流体通道的简化截面图17A和17B呈现了挡板细节的简化截面图，且挡板设置在图12和 20的反应器系统实施方案的注入式混合的逆混反应室和管道式流动反应 器之间的界面处；
图18A和18B呈现了图12和20的反应器系统实施方案的一种可改变 位置的骤冷入口的细节和定位的简化截面图19A-19C呈现了用于图12和20的反应器系统实施方案的管道式 流动反应器的 一 系列温度曲线；
图20呈现了具有紧密连接到管道式流动反应器的注入式混合的逆混 反应室的反应器系统的可替代实施方案的简化截面图；图21呈现了用于图12和20的反应器系统实施方案的注入式混合的
逆混反应室和管道式流动反应器之间的界面的实施方案的隔板/挡板细节；
图22A - 22C显示了用于图20的反应器系统实施方案的注入式混合的 逆混反应室和管道式流动反应器之间的界面的轴向定位细节；
图23进一步显示了用于图20的反应器系统实施方案的骤冷入口的细
节；
图24A和24B显示了用于图20的反应器系统实施方案的轴向视图细 节；以及
图25A和25B显示了具有注入式混合的进入区、多位置骤冷和多位置 温度感测的管道式流动反应器系统的视图。
优选实施方案的描述
在浏览此处提供的本发明的描述时，必须考虑下面的定义和非限制性 的准则。
此处使用的标题(如"引言"和"概述")和副标题(如"应用")仅 仅期望用于在本发明的公开内容内大体组织的主题，且并不期望限制本发 明的公开内容或其任何一个方面。具体地，"引言，，中公开的主题可以包 括本发明范围内各方面的技术，且可以并不构成对现有技术的复述。"概 述"中公开的主题并不是本发明的整个范围或其任意实施方案的详尽的或 完整的公开内容。
此处引用的参考文献并不是要承认那些参考文献是现有技术，或与此 处公开的本发明的可专利性相关。此说明书的描述部分引用的参考文献在 此以引用方式全文并入。
虽然描述和具体的实施例标示了本发明的各实施方案，但是期望它们 只是为了阐释的目的，而并不期望限制本发明的范围。而且，引用具有所 述特点的多个实施方案并不排除具有额外特点的其他实施方案，或者合并 了所述特点的不同组合的其他实施方案。如此处所使用的，词汇"优选的"和"优选地"指本发明的在某种情 形下，能给予某些益处的实施方案。然而，其他实施方案在相同的或其他 情形下也可以是优选的。而且，引用一个或多个优选的实施方案并不意味 着其他实施方案无用，且并不期望将其他实施方案排除在本发明的范围之 外。
如此处所使用的，词汇"包括"及其变化形式，期望是非限制性的，
备和方法中的其他类似的项目。
此处描述的实施例和其他实施方案是示例性的，且并不期望在描述本 发明的组合物和方法的完整范围时受到限制。在本发明的范围内，可以对 具体的实施方案、材料、组合物和方法进行等同的变化、修改和改动，获 得大体类似的结果。
各实施方案涉及将至少一种C, _ C4烷烃直接氧化转化成至少一种烷 基氧化物。将曱烷直接氧化转化成曱醇是此技术的关键性转化目标。
一种根据本发明来制造曱醇的装置具有反应器100，该反应器100有 利于含烃气体的气相氧化，如图1所示。总体来看反应器100,将加热的 含烃气体流(来自阔120和加热器136 )和来自管线29的含氧气体引入反 应器IOO。正如下面的详细解释，含氧气体优选具有大于80%的氧含量以 减少因再循环过程导致的惰性气体的积聚。
任选地，在操作装置的过程中，反应器100还接收来自阀120和热交 换器121的骤冷的含烃气体流以便降低反应温度。
所述装置具有在分离前用于冷却反应产物流混合物的设备114。此外， 部分冷凝器122结合气-液热交换器，以进一步降低产物的温度。冷凝器 将H20和醇从烃-C02的混合物中分离。部分冷凝器122优选是等压 而非等温的，以避免压力损失。反应产物流进入冷凝器122,而液体流和 气体流离开冷凝器122。
块139表示设计成将污染物和产物从含烃再循环气体组分分离的设 备。在这方面，设备139设计成将C02从还原产物流中除去。设备139可以釆取放气阀(purge valve )、吸收器、膜分离器或吸附器的形式。设想设 备139可用于，如用放气阀来调节诸如N2的其他非反应性组分的百分数。
在系统被设计成回收曱醛时，气相还原产物流离开等压冷凝器122， 并被传送到洗涤器134。可以应用的其他可能的方法使用，如已知的各种
胺物质来除去C02和甲醛。
为了实现最小的吸收要求，可以更改曱醇流速或洗涤器塔的操作温 度。如果希望在非常低的吸收剂流速下运转，则可以应用较低温度，例如 0"C。如果希望在室温或通过冷却水能达到的温度下运转，则可以应用高 的流速，例如10倍于0。C时的流速。在任一情况中，富含曱醇的吸收剂流 14通过曱醛蒸馏塔138完全再生。任选地，来自洗涤器134的流14可以 通过冷凝器122，以冷却产物流，并预热再循环的曱醇以改善曱醛蒸馏塔 138的能效。
反应器100与用于供给压缩的和加热的含氧气体的压缩才几124和加热 器126连接。未处理的含烃气体(raw hydrocarbon- containing gas )与来自 洗涤器134的净化的烃气体混合，并且使用加热器136加热。如果未处理 的烃具有高的C02含量，则未处理的烃可以在进入洗涤器134之前与来自 冷凝器122的还原产物烃流混合，以便在进入反应器之前除去污染物气体。
所述装置进一步具有用于精馏甲醇的设备，所述设备包括闪蒸槽132、 精馏塔128和容器130，来自容器130的甲醇被供给，以储存或进一步处 理。此精馏塔128用于将甲醇(较关键组分)从乙醇(非常关键的组分) 和水(非关键组分)中分离。如前所述，希望非常关键的组分的一部分进 入馏出物的流中(如福尔马林的商品规格所指示的)。对于甲醇精馏，通 常是99%或更高的纯度，且用多个塔可达到99.999%的纯度。流4进入塔， 馏出物流5和底部流8以液相形式离开i^。流8具有一些量的乙醇(如果 生产超纯的甲醇，也许是曱醇)，且将被用作商用福尔马林流(流11和福 尔马林存储191)的含水组成的主要成分。这样，在剩余物被排放到废液 流之前， 一些乙醇一皮回收。
被置于塔128和冷凝器122之间的是闪蒸槽132,用于将(302和甲醛 从液态产物流中除去。闪蒸槽132的目的是在进入曱醇精馏塔128之前，使压力下降到合适的水平，并基本上将任何溶解的气体，通常是C02和甲 醛，)t人液态产物流除去。
在操作中，将具有例如高达98%含量的曱烷的未处理的含烃气体流和
还原的烃产物流从用于制备气体的设备或任何其它源供给到加热器136， 在加热器136中将它们加热到温度430-470。C。然后，将加热的含烃气体 供给到反应器100。通过压缩机124将具有例如7-8MPa压力并具有80% 到100%比率，优选为90%到95%的氧的压缩空气也供给到反应器100。 在反应器100内发生曱烷到曱醇和/或曱醛的氧化反应。如先前所述的，反 应物总体积的2%和3%之间的02与加热的含烃气体流反应。为了将系统 内的N2的量限制到，例如少于30%-40%,或减小清洗流的必要量以便实 现同样的作用，优选地，02流实质上是纯的，从而限制进入系统的N2的 量。
反应器中的任选的第二冷却的冷却剂流(或，换言之，是比气体温度 低的冷却剂)被供给到反应器100,如先前概述的。所述流由调节设备(阀) 120调节，调节设备120可形成为已知的气体供给调节设备、调节阀或类 似物。这个冷却流可以主要由，如未处理的烃流、再循环流或上述两种流 的一部分或其组合组成。调节器被设计成基于系统参数调节冷的含烃气体 的体积或压力，上述系统参数例如，但不限于，压力、温度或系统内进一 步向下游的位置处的反应产物百分数。
由冷却剂源供给的冷却剂的作用是降低部分氧化的曱烷的温度，以减 少曱醛的持续氧化或分解。此冷却剂可以是易于与反应产物流分离的任意 物质。例如，正如下面更好地描述的，冷却剂可以是未加热的含烃或含曱 烷气体流。
优选地，冷却剂可以是易于与反应产物分离的任意非氧化物质。就此 而言，冷却剂可以是，如气态的或气溶胶的或雾化液体的co2、曱醛、曱 醇、水和/或蒸汽。另外设想冷却剂还可以是循环反应产物、水、蒸汽和/ 或未处理的烃气体的混合物。
根据该装置的预期操作模式，尤其是曱醇或曱醇和曱醛的预期生产， 如果期望主要/专门生产甲醇，那么反应混合物在反应器中经历反应，而并不引入冷的含烂气体。当期望生成曱醇和甲醛时，则引入冷的含烃气体。
通过引入冷的含烃气体来减小反应温度，如减小30°C-90°C,以便通过减 少曱醛分解成co2来保持分离的混合物中的曱醛含量。
将反应混合物输送到热交换器114中，以将热从排出反应器的反应混 合物传递到反应器输入流，并在进一步冷却之后，将反应混合物供给到部 分冷凝器122中。在部分冷凝器122中将混合物分离成高挥发性组分和低 挥发性组分(分别是干气和粗液)，按照期望的，部分冷凝器122可将曱 醛之中的至少一些吸收入粗液流中。干气前行到洗涤器134,而来自冷凝 器122的粗液供给到闪蒸槽132。
洗涤器134起到除去来自干气流的C02和曱醛的作用。就此而言，洗 涤器134在7MPa-8MPa的压力下和约0。C到约50。C的温度之间利用H20
和曱醇来吸收C02和曱醛。
一旦除去C02和曱醛，那么通过在反应器之前
或在反应器内将还原流与未处理的含烃气体流混合来再循环烃气体的还
原流，如所期望的。然后，在被如前所述的热交换器116和加热器136加 热后，将未处理的烃和还原流单独地或一起输入到反应室100中。
精馏塔138用于将二氧化碳(非关键组分)和甲醛(较关键组分)与 曱醇(非常关键的组分)和水(非关键组分)分离。富含曱醇蒸汽的流14 进入精馏塔13 8内，并被分离成甲醛馏出物流16和底部流15 。馏出物流 中的一些量的曱醇是期望的，因为甲醇用作生成商用级福尔马林(6% -15%的乙醇稳定剂、37%的曱醛以及剩余的是水)的稳定剂。通过使一部 分非常关键的组分进入馏出物流，更容易实现分离；而且，在吸收剂再生 过程中所通常经历的工艺损失随后就抵消了 ，因为馏出物中的曱醇用于生 成福尔马林。流15由流31补充，以便替代输送到馏出物流，流16中的 任何曱醇。将流31与流15合并形成了流17,然后，流17返回到洗涤器 134，作为再生的甲醇吸收剂。同时，曱醛馏出物，流16与来自闪蒸槽132 的蒸汽，流7组合，以形成曱醛、曱醇和二氧化碳的混合物。
通过洗涤器134除去的曱醛、水、曱醇和C02被输送到曱醛精馏塔138。 塔138将曱醛和C02从曱醇-水流中除去。少量的曱醇与所生成的曱醇组 合，并被输入到洗涤器134中，以从还原的烃流中除去额外量的C02和曱醛。
通过等压冷凝器122的操作，游离或无水甲醛被允许保持在气相中。 只要甲醛保留在气体流中，液态曱醇产物流或粗液就包括曱醇、乙醇和水。 在这种情况下，流出等压冷凝器122的液体流在任选地通过闪蒸槽132之 后，可以绕开此工艺的曱醛精馏部分，并进入曱醇精馏塔。
图2和图3分别显示了不进行冷却和进行冷却时，反应中的氧、曱醛 和甲醇的浓度的图表。
正如图2所看到的，约2秒钟反应时间后，氧基本上完全反应。此时， 反应温度达到其最大值，且按其各自在反应混合物中的比例生成曱醇和曱 醛。在反应结束时，曱醇是更稳定的产物，且在达到其最大浓度后，曱醇 的浓度基本上是稳定的。曱膝的稳定性小一些，且因此升高温度(温度升 高直到氧基本上完全被消耗)会略微减小其浓度。
在如图3所示通过引入冷的气体来进行冷却的反应中，当完成曱醇和 曱醛的生成时，降低了反应最后时期的温度，以便抑制甲醛的分解。
图4表示描绘了系统的氧化收率随再循环烃气体的再循环比变化的曲 线图。所显示的是描绘了使用具有97%的CH4和1%的N2的Michigan Antrim气体的曲线图。就此而言，此曲线图显示了使用相同的输入流显著 增加了产物收率，而成本几乎不增加。因为系统有效地掌控压力，并合并 工艺的能量用量，所以使能量需求最小，从而增强了整个系统的经济效果。
图5表示了甲烷到曱醇的可替代的装置150。装置150设置成处理由 共存的油气田152或气田154排放的气体中的曱烷。优选紧靠井眼设置的 装置150通常由气体处理装置156、液体处理装置158和制氧装置160形 成。另夕卜，与装置150配套的是废水处理装置162和公用装置(utility plant) 164。
如图6所示，任选的制氧装置160可用于帮助调节反应器100内的烃 流的部分氧化。制氧装置160具有连接到热交换器163的压缩机161,热 交换器163的作用是制备用于注入到多个吸收器165中的压缩氧。在通过 吸收器之后，所生成的氧流被压缩，并直接前行到反应器100。通常参考图7,装置156的气体处理部分通常发挥如上所述的功效(参
见图l)。就此而言，气体处理装置156具有压缩机170和172,用于升高 引入的净化过的烃流174的压力。此流174随后被分开，并在反应器100 中与氧反应，以部分氧化曱烷，如上所述。设想可以调节诸如反应时间以 及反应器内的温度和压力的参数，以选择性地控制反应器100中生成的 C02、 H20、曱醛以及曱醇的量。来自反应器的反应产物176随后转移到液 体处理装置158。
如图8所示，液体处理装置158通常发挥如上所述的功效，以将曱醇 和甲醛与反应产物流176分离。显示的是相关的蒸馏器、混合机、闪蒸槽， 它们用于分离反应产物流的组分材料，这如上面详细显示的。具体地说， 当反应产物流是曱醇，且如果期望的话，还有曱醛时，从反应产物流中除 去C02。洗涤器134 (参见图5)防止C02聚积，并物理收集曱醛。洗涤 器134可利用曱醇和水的混合物从烃气体再循环回路135中物理吸收曱醛 和C02。因为再循环回路135的操作压力高，所以4吏没有致冷就足以有效 操作洗涤器134成为可能。这与传统的吸收方法所采用的低温学上的低温 是不一样的。含有些许量的曱醛和C02的作为"脏"气的气体进入洗涤器 134。这些组分将只以相对少的量存在，因此曱醇吸收剂的作用也是相对 弱的。
如前所述，设想可以选择性地调节反应器的输出，以便使装置156的 气体处理部分所生成的曱醛的量最小。当可以排放C02时，尤其设想可以 在离井的预定距离处将来自反应产物的C02注入地下，以增加井的输出。 就此而言，设想可以在离井的任意合适的距离处注入C02,以便允许增加 地下的压力来增加井中的气或油的输出。另外，设想能够将C02注入井眼 空型(casement)中或近井眼区域中，以增加产气井或产油气的井的输出。
虽然显示为基于陆地的装置，但是特别设想，装置150能够配套有近 海石油钻机。就此而言，装置150或者是在近海钻机上，或者是离钻机预 定近的距离，如紧邻漂浮平台上的近海钻机。当是生成天然气的近海钻机 的情形时，设想从含曱烷的烃流转化的曱醇将被注入含曱烷烃流的第二部 分中，以改善来自近海油井的烃流向陆地的流动。注入曱醇，以减少管线内氢氧化物的形成。当流到达海岸之后，与天然气相伴的曱醇随后将从含 烃流中除去。
进一步设想其他反应产物的任意一种，即C02、水或曱醇可以被直接 注入到平台或基于陆地的井周围的含烃的地下形成物。具体地说，设想曱 醇可以被注入到井周围的氢氧化物结构中，以便增加产天然气的井的天然 气的$#出。
暂时返回到图5，设想可以将C02注入到井的一个部分中，同时将曱
醇或其他反应产物注入到井的其他部分。在天然气可能是被阻断的或可能
具有大于4%的氮含量的情形时，可以设置设施，以掌控再循环回路内的 氮累积。当任何特定的井152、 154的输出低时，设想可以使用具有缩短 工艺的单个装置100。在这些情况中，只有与烃流的部分氧化相关的部分 设施以及除去co2的配套设施将被用在井附近。
除去的C02可以被收集、排放或重新注入到地下。紧接着通过洗涤器 除去天然气和相伴的C02之后，剩余的液态产物可以液体形式从井位置输 送到用于将甲醛、甲醇和水与废弃物流分离的另一处位置。就此而言，设 想可以在离被阻断的天然气位置相当远的位置处设置使液体处理(158) 成为最后过程的中央液体处理装置。这允许使用中央液体处理设施158。 还设想可以调节反应器的条件，以生成含有商用级福尔马林的液相。
另一种方法的实施方案900呈现在图9中。空气902被输送至压缩机 934,然后在热交换器904中被冷却以输送至氮分离器906或氮分离器908 的其中一个。氧进料被储存在罐962中，并用压缩机910压缩以便在加热 器912中加热之后，作为含氧进料流被引入到反应器系统914中。含烷烃 的未处理的进料926 (至少一种C广C4烷烃，主要是曱烷或天然气)在压 缩机928中被压缩，并与洗涤器920的烷烃再循环共混以进一步在压缩机 922中压缩，并在热交换器930中与反应器产物流的反应器936进行热交 换。再循环流优选将含烷烃的进料流中约4: 5到约20: 21重量百分数的 烷烃提供给反应器914。在一个实施方案中，将洗涤器920压缩到反应器 系统914的数量级的压力(参见图12到24B，且所附的文本进一步详细描 述了用于反应器系统914的反应器设计)，压缩机922可以是离心鼓风机(非容积式压缩机)。在热交换器930中，在与反应器产物流的反应器936 进行热交换之后，在热交换器932中加热相结合的未处理的烷烃和再循环 流，以将含烷烃的进料流提供给反应器系统914。反应器系统914的各实 施方案进一步描述在图12-24B中。洗涤器920起到吸收二氧化碳和烷基 氧化物(如，但不限于，甲醇、乙醇和曱醛)的作用，同时提供再循环流 以便与新鲜的烷烃结合而将进料流提供给压缩机922。阀924处进行的净 化从反应器-洗涤器过程回路除去非反应性的惰性气体(如，但不限于， 氮)，以提高反应器系统914的有效使用。任选地，从阀938也能够对反 应器系统914进行骤冷。液体从洗涤器920的底部前行到闪蒸槽918，在 闪蒸槽918中，顶部流942与产物流940分离(包括，如且不限于，曱醇、 乙醇和曱醛)。炉或热力氧化器916氧化废气，用以排放到大气中。方法 900用于提供液态物质，以在另一位置处进一步处理成纯化的烷烃氧化物， 或者提供用于燃料或精确的纯度并非关键所在的其他类似用途的烷烃氧 化物混合物。
图10显示了另一种方法的实施方案1000，且前段方法回路基本上类 似于图9呈现的方法900， ^旦结合了现场蒸馏系统1002,以在流1004 (用 于洗涤器中的吸收剂)中分离甲醇，在流1006中分离纯化的水，以用在 分解槽(knockdown drum) 1012中以及生成纯化的曱醇1008和废物流 1010。在将反应器产物流的剩余部分引入洗涤器之前，分解槽1012使液 体与反应器产物流先分离。
图11呈现了用于生成曱醇产物流和曱醛的方法实施方案1100,且前 段方法回路基本上类似于图9呈现的方法900，但是引入了现场曱醛蒸馏 系统1110和曱醇蒸馏系统1108以生成曱醇产物流1102。来自曱醇蒸馏系 统1108的流冷却顶部的曱醛蒸馏系统1110,以在吸收器-混合机1116中 将二氧化碳(产物流1106)和甲醛(产物流1104)分离。至洗涤器的曱醇 再循环流是从曱醇蒸馏系统1108抽吸的，并在冷却器1112中冷却，以提 供高效率的洗涤器来冷凝反应器产物流。炉或热力氧化器1114氧化净化流 (purge)以除去非反应性惰性气体(如，不限于，氮)和来自反应器-洗 涤器方法回路的一些烷烃(曱醇)，并由此提高反应器的有效使用。虽然，常规的管道式流动反应器可以与上述方法的任意一种一起使
用，作为反应器100和/或反应器914,优选的反应器实施方案描述在图12 到24B的讨论中。
现在转向更深层次地考虑反应中的动力学和用于提供改进的反应器 系统的进一步实施方案，该改进的反应器系统用来实施天然气部分氧化成 甲醇、曱醛和其他氧化物的总反应，若干适于小型的、隔离的天然气气源 (被阻断的天然气)的紧凑型制造设施已经描述在图1-11中。用于这些 方法的新颖的反应器系统从图12开始也被进一步描述，且更具体地说， 总体描述在图12和20中。之所以开始考虑这些反应器样式是源于直接氧 化反应自身的特性。
总体而言，反应方法包括在优化甲醇的形成，以及操控反应器的温度、 总压力和燃料(如，不限于，天然气)对氧化剂的比来控制反应产物的相 对量的条件下，将天然气和氧化剂的混合物输送通过加热的、连续流的反 应器系统。此反应是诸如天然气的C,-C4燃料被氧化剂、氧气、空气或其 他合适的含氧化合物(优选地，空气中的氧或最优选，氧)部分氧化。混 合物包含相当过量的燃料(如，不限于，天然气)，以避免完全燃烧成不 期望的产物，如二氧化碳和水。
反应是放热的支链反应。支链化经由链载体的二次增长而引起反应速 率的加速。此类型反应的特征在于引发期(inductionperiod)，在引发期的 过程中，链载体浓缩物累积到发生反应速率和温度非常快速地增长的位 置。反应速率非常快速的增长是由于链载体的二次增长率，而温度非常快 速的增长是由于反应速率所带来的产生热量的速率的增大。在完全消耗燃 料(如，不限于，天然气)之前，完全消耗了氧化剂、有限的反应物，这 限制了温度的增长。设置氧化剂对燃料(如，不限于，天然气)的比以使 形成甲醇的选择性得以优化。
下面的反应条件有利于曱醇和其他氧化物的最佳选4奪性。在含烷烃的 进料流与含氧的进料流相结合之后，反应混合物的组分应该是约lmor/。到 约10mor/。的氧化剂，优选约2mor/。到约5mor/。的氧化剂，且最优选约 2.5mor/。的氧化剂。反应器系统中的气体的总压力应该是在约6MPa到约10MPa的范围内，优选约7.5MPa到约9MPa,且最优选约8MPa。反应器 系统的壁温应该是约600K到约卯0K的范围内，且更优选约723K到约 823K。反应器的总停留时间应该是约1秒到约40秒，更优选约1秒到约 10秒，且最优选约1秒到约2.5秒。
在这些条件下，曱醇的选择性在约0.35到至少约0.60的范围内，且 含烷烃进料流的其他氧化物是较低的选择性。曱醇的转化是约10%，且天 然气的其他烃组分的转化是相似的。在反应之后，进行未反应的烃的分离 和再循环。
对连续的操作来说，燃料(如，d-C4烷烃或如天然气中提供的Ci
-Q烷烃)和氧化剂必须充分混合。基于此目的，提供混合室/反应器，既 彻底地混合反应组分，又引发烷基(如，不限于，曱基)自由基的生成， 烷基自由基随后被包含在来自混合室的输出流中。因此，在这方面，混合 室在反应器系统中有效地提供了注入式混合的逆混反应室("逆混反应 室")，该反应器系统具有与管道式流动反应器流体相通的注入式混合的逆 混反应室来实施总反应。虽然并未理想地落入经典的连续搅拌的罐式反应 器模式或者未落入经典的管道式流动反应器模式，但是各实施方案的注入 式混合的逆混反应室具有标示了操作特征的许多方面，该操作特征具有比 管道式流动反应器或活塞流反应器模式的亲和性大的连续搅拌釜式反应 器或CSTR模式的亲和性(进一步表示为连续搅拌进料的釜式反应器 (continuous feed stirred tank reactor)或CFSTR;且又进一步表示为稳-态逆 混流反应器(steady-state backmix flow reactor))。 注入式混合的逆混反应 室具有约0.05秒到约1.5秒的空间-时间(优选地，预期空间-时间是约 0.1秒)，对应于含烷烃的进料流和含氧的进料流的总供给速度，使得进料 可以被有效混合，以及使得在注入式混合的逆混反应室的产物流(曱烷、 氧以及曱基自由基)被供给到管道式流动反应器中以进一步反应成曱醇之 前，可以适应产生烷基自由基(如，不限于，曱基自由基)的初始引发期。 在优选的实施方案中，注入式混合的逆混反应室被设计成能够注入式混合 C,-C4烷烃和含氧的进料流，以将这些流湍流搅动到一起，并有效地湍流 搅动注入式混合的逆混反应室。在这方面，认识到曱基自由基的产生是实现将曱烷直接氧化成曱醇(一种相应的烷基氧化物)的一组动力学反应步 骤中的第 一步动力学反应，且在管道式流动反应器之前使用注入式混合的 逆混反应室能够独立地优化此曱基自由基的引发步骤。源自C2-C4烷烃的 其他自由基在相似的条件下，通常应该具有比曱基自由基较短的引发期。 随后的支链化动力学副反应(动力学副反应步骤)接下来将曱基自由基和 注入式混合的逆混反应室的产物流中的其他组分转化成甲醇和其他产物； 这些稍后的副反应在管道式流动反应器环境中得到最佳控制，管道式流动 反应器环境通常接收现有系统中的混合的(但未反应的)曱烷(烷烃)和 氧。
因此，反应器系统提供了若干自由度(如，不限于，反应器空间-时 间、温度以及注入混合，这将在此处随后讨论)以增大初始动力学系列的 副反应，且在独立于增大初始动力学系列的副反应的条件下，用于增大整 个组的副反应中稍后的动力学系列副反应，这些副反应相结合以实现将至 少一种C, _ C4烷烃全部直接氧化反应成至少一种相应的烷基氧化物。
相对于含烷烃的进料流中的曱烷，混合室/反应器(注入式混合的逆混
反应室)中的甲基自由基的引发明显背离于诸如美国专利US4，982,023和 美国专利US4，618,732等文献的现有教导，这两个文献注明为背景技术， 它们标示进料流仅在被引入反应器之前被混合。
将反应物以分离的流供给到混合室/反应器(注入式混合的逆混反应 室)中。当反应物出现在注入式混合的逆混反应室中时，接着就将被供给 到管道式流动反应器中。必须进行彻底地混合，并实现注入式混合的逆混 反应室中反应物浓度的均匀分布或基本上均匀分布的目标。这是必须的， 以避免氧化期望的产物-甲醇和其他氧化物。否则，这种氧化将出现在存 在相对高的氧化剂浓度的不完全混合的区域内，且产物收率成比例地减 少。在这方面，与管道式流动反应器中的停留时间相比，注入式混合的逆 混反应室中的混合时间必须相对短暂。鉴于总体来看，反应器系统的优选 的总停留时间是约1秒到约2.5秒，那么在注入式混合的逆混反应室中的 停留时间必须是至少0.1秒。在这方面，可以用至少lms实现气体实际的 湍流混合。虽然存在若干用于实现令人满意的混合的实施方案，这将在下文描述，但是采用最短停留时间的优选实施方案采用了利用分流器散流器
圆锥体(diverter diffuser cone)而形成的基本上相对的湍性射流，所述分 流器散流器圆锥体具有其最靠近管道式流动反应器的趋向于尖端的侧面
(apex _ tending side )(尖端)。鉴于烷基(如，曱基)自由基的高反应性， 圆锥体的目的是使注入式混合的逆混反应室的容纳物的各分賴二
(sub-portion)的长停留时间最短。
在反应的化学环境中，反应器壁必须是惰性的。反应器结构材料必须 是钢，优选是不锈钢，以承受必要的总压。在钢表面降低了曱醇选择性的 情况下，钢优选纟皮涂布有惰性涂层，如TeflonTM,或有才几蜡。将PyrexTM或 石英衬套插入反应器中也提供了相对惰性的表面。
限流挡板设置在注入式混合的逆混反应室的输出中以增大注入式混 合的逆混反应室和管道式流动反应器之间的压力降，且由此在注入式混合 的逆混反应室中获得期望的停留时间的精细转变特征(fine turning feature ) (控制自由度)。在优选的实施方案中，限流挡板(带孔的隔板，用于形 成流体通道)可方便地轴向移动，使得在工艺运行的情形之前或者在工艺 运行的过程中，可替代的挡板位置可以布置在注入式混合的逆混反应室的 定制构建的有效空间-时间内。在优选的实施方案中，限流挡板被进一步 靠近可方便地轴向移动的阻隔部件(blocking component),使得在工艺运 行的情形之前或者在工艺运行的过程中，可变的挡板(隔板)通道可以通 过部分阻塞注入式混合的逆混反应室的定制构建的有效空间-时间内的 挡板(隔板)内的孔来界定；这个特征提供了运行控制的另一个自由度。
现在转向全面评述管道式流动反应器，温度最大值的轴向位置对反应 器的入口温度、总流速和反应物组分非常敏感。这些量中任意一种的波动 都可能造成反应器"热点"的位置移动。在极端情况下，"热点，，可以移 出反应器容器，并由此对性能造成不利地影响。因此，在一个实施方案中， 管道式流动反应器优选配置有经由滑动密封件沿轴向(沿着反应器内一般 流的轴)平移的热电偶。在另一个实施方案中，没置成测量管道式流动反 应器的沿着流动轴的温度曲线的多个热电偶能够监测温度。热电偶组监测 反应器内轴向的气相温度分布，且热电偶的监测结果还用于控制反应器。曱醇、甲醛和其他氧化物可以在管道式流动反应器的高温下进行热分 解，这导致了产物损失。通过冷却紧邻"热点"下游的位置处的反应器容 纳物能使这种分解最小化。因为壁的冷却并不是充分响应的，所以优选的 实施方案采用了通过管来注入冷却气体，而该管的轴向位置可通过滑动密 封件来改变。冷却气体优选是天然气，但也可以使用二氧化碳、氮气或别 的惰性物质。
图12呈现了反应器系统1200的简化的截面图，该系统具有紧密连接
到管道式流动反应器1204的注入式混合的逆混反应室1202,以使所提供 的具有与管道式流动反应器流体相通的注入式混合的逆混反应室的反应 器系统用于结合图1 _ 11所述方法的其中一种。反应器系统的主室和反应 器部分沿着轴1220对齐，注入式混合的逆混反应室具有外壳1206 (与隔 板1232相互配合界定了具有圆柱形表面的内部容积1234)。管道式流动 反应器1204具有外壳1210,外壳1210与可滑动的管道式流动反应器1204 的具有外壳1208的部分和隔板1232相互配合界定了内部容积1248。含烷 烃的气体进料流(第一流体流)通过烷经气体输入1222以及如图所示的 类似的烷烃输入进入。含氧的气体进料流(第二流体流)通过氧气输入1224 和圓锥形的分流器/分配器1226进入。圆锥形的分流器/分配器1226具有 连接到外壳1206的与隔板1232相对设置的一部分的圓锥形底部(图16 的底部1614)。通过隔板(挡板)1232和通道1270 (图17A和17B更详 细地显示了其相关的流体通道)以及任选的阻隔部件1230形成了逆混反 应室的输出。隔板(挡板)1232和任选的(用于定义在实时操作反应器系 统中的可变通道)阻隔部件1230提供了诸如通道1270的通道，以将注入 式混合的逆混反应室1202的产物流供给到管道式流动反应器1204。因此， 管道式流动反应器1204具有在隔^反(挡纟反)1232和阻隔部件1230处通过 通道1270与逆混反应室1202的输出流体相通的管道式流动反应器的输 入。烷烃气体的输入1222 (连同如图所示的类似的烷烃气体输入)和氧气 的输入1224以及圆锥形分流器/分配器1226和氧输入孔1228 (连同如图 所示的类似的烷烃气体输入)被纟皮设计成(相对于含烷烃的和含氧的进料 流的流动定位并依尺寸设计成)通过注入混合含烷烃的气体进料流与含氧 的气体进料流而在注入式混合的逆混反应室1202的内部容积1234内湍流才觉动反应组分。
管道式流动反应器1204具有管道式流动反应器输出1260,且管道式 流动反应器1204具有设置在源于隔板1232处的通道(通道1270)的管道 式流动反应器的输入和管道式流动反应器的输出1260之间的冷却气体输 入1274,用于接收冷却气体流(冷却气体流在冷却输入端1236进入，然 后在前行到冷却气体输入1274之前进入冷却气体内部的输入端1250),并 从而骤冷管道式流动反应器1204。在这方面，在一个实施方案中，冷却气 体输入1274是具有至少一个孔1274的细长管(参见图18 A和18B,表示 相对于轴1220的详细截面图)，用于将骤冷流传送入反应器空间1248内。 管1262与引导管1264相互配合。在一个实施方案中，管1262在引导管 1264内旋转以调整输送到一位置的骤冷量。在可替代的实施方案中，管 1262是可沿轴向滑动的(相对于轴1220)以定位在管道式流动反应器1204 内，并提供局部骤冷。在又一个实施方案中，管1262在引导管1264内旋 转以调整输送到一位置的骤冷量，且也是可沿轴向滑动的(相对于轴1220) 以定位在管道式流动反应器1204内，并提供局部骤冷。因此，骤冷部件 (包括附图标记1262、 1250、 1236、 1264和1274)才是供用于才喿控在管道 式流动反应器1204内沿着轴1220的温度曲线的自由度。在一个实施方案 中，诸如热电偶1216的热电偶和如图所示的类似的热电偶提供了温度曲 线的测量。在另一个实施方案中，滑动热电偶1214 (具有热电偶传感器 1272并用滑动密封件1212密封到外壳1210)提供了温度曲线的测量。图 12显示了具有固定式热电偶的实施方案，固定式热电偶如热电偶1216以 及滑动热电偶1214 (具有热电偶头1272)。
管道式流动反应器1204具有外壳1210,该外壳1210与可滑动的管道 式流动反应器1204的具有外壳1208且也具有隔板1232(和任选的阻隔部 件1230，其用于l是供通道1270作为截面积可变的通道的)的部分相互配 合来界定内部容积1248。隔板1232和阻隔部件1230可滑动密封地连接到 逆混反应室的外壳1206,且因此，都有效地连4^到可滑动的管道式流动反 应器1204的具有外壳1208的部分。因此，外壳部分1208用密封件1244、 1246和1238可滑动密封地连接到外壳1210,且还连接到外壳1206,从而与外部环境隔离。注入式混合的逆混反应室1202具有注入式混合的逆混
反应室的由逆混反应室的外壳1206和隔板1232(和任选的阻隔部件1230 ) 界定的内部容积1234。因此，隔板1232 (和阻隔部件1230)在反应器系 统视图1200的实时操作过程中是可滑动移动的，以在逆混反应室的外壳 1206内朝输入1224前行，并由此成比例地缩小内部容积1234，且可替代 地，隔板1232 (和阻隔部件1234)在实时操作过程中是可滑动移动的， 以回缩离开输入1224并由此成比例地扩大内部容积1234。在图12的实施 方案中，管道式流动反应器1204具有由管道式流动反应器的外壳1208和 1210以及隔板1232 (和阻隔部件1230)界定的管道式流动反应器的内部 容积1248。因此，隔板1232 (和阻隔部件1230)在反应器系统视图1200 的实时才喿作过程中是可滑动移动的，以便当隔板1232背离输入1224移动 时，成比例地缩小内部容积1248 ，以及可替代地，在实时操作过程中，隔 板1232 (和任选的，阻隔部件1230)是可滑动移动的，以便朝输入1224 移动并由此成比例地扩大内部容积1248。此可移动的界面能够有控制反应 器系统视图1200内的在管道式流动反应器1204和注入式混合的逆混反应 室1202之间的相对空间-时间(对气体来说，基本上等同于由移动穿过 内部反应容积的体积流速分开的内部反应容积)的自由度。
基本上说，隔板1232 (和阻隔部件1230)的特征所赋予的功能用于 逆混反应室，在逆混反应室中，可以易于改动内部容积(由外壳的内表面， 且也由可移动密封地连接到此内表面的任一部件的表面界定)，使得可以 改变时间-空间而不必改变流速、湍流和/或那些流体的压力降，上述空间 -时间由逆混反应室设置，以使以气态流体在内部容积内流动的所组成的 组分进行化学反应。在这方面，用于将内部容积从第 一 内部容积改变成第 二内部容积的任何方法都可能是有用的。例如，在一个概念化的实施方案 中，隔板1232被轴向固定，圓锥形的分流器/分配器1226具有宽度足以可 滑动密封住逆混反应室的外壳1206的底部，圆锥形的分流器/分配器1226 具有互连到输入1224的可滑动管(未显示)，且由此，圆锥形的分流器/ 分配器1226能在背离输入1224移动时，成比例地缩小内部容积1234,而 当朝向输入1224移动时，成比例地扩大内部容积1234。在另一个扭克念化 的实施方案中，外壳1206具有可移动的部分，该可移动的部分进入到室
27中以缩小内部容积1234,以及可替代地，其从室回缩以扩大内部容积1234。 在又一个概念化的实施方案中，内部的带隔膜的部件(internal diaphramed component)通过改变其特征来成比例地改变内部体积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都能够使反应器系统视图1200的可移动部件可移动地滑 动。旋转部件1218能够在操作过程中使阻隔部件1230旋转。应该是明显 的，各部件的移动(尤其在反应器系统视图1200的4喿作过程中)优选在 变速电动机、杠杆、具有配套传动装置的杠杆和/或步进电动机以及配套的 传动装置(未显示，但对本领域技术人员来说应该是明显的)的帮助下实 现。
操作中，将含烷烃的进料流和含氧的进料流通过诸如输入1222 (含烷 烃的进料流)和输入1224 (含氧的进料流)的输入端口输入到注入式混合 的逆混反应室1202中。注入式混合的逆混反应室1202的内部条件被设置 成在注入式混合的逆混反应室1202中引发烷基自由基的形成，以产生注 入式混合的逆混反应室的产物流，用以输出并通过诸如隔板1232和阻隔 部件1230内的通道1270的通道流体传输入管道式流动反应器1204。将各 部件依尺寸设计且设置成在进入流体中提供相当大分子的动量，使得在注 入式混合的逆混反应室1202中形成注入混合和湍流反应流体。因此，经 由通道1270供给到管道式流动反应器1204的注入式混合的逆混反应室的 产物流包括氧、未反应的烷烃以及在注入式混合的逆混反应室1202中引 发的烷基自由基的至少一部分。在这方面，烷烃到烷基氧化物的"反应" (主要是，曱烷到曱醇的"反应")涉及很多个短期反应(此处也称为动 力学系列副反应或动力学副反应)；的确，系统内发生的曱烷到曱醇的整 个"反应"以及其他烷基的氧化中可以有至少60个动力学系列副反应。 当烷烃分子接触分子氧时，最初的动力学副反应开始从烷烃引发烷基。烷 基的这种引发似乎要求了比湍流混合两种流体进料流所需时间超出许多 数量级的时间，且相对于在可以获得烷基自由基时发生的动力学系列副反 应而言，还似乎是消耗时间的动力学系列副反应。因此，在单独的与管道 式流动反应器流体相通的注入式混合的逆混反应室内处理此反应是有效力的，在管道式流动反应器中，烷基的一致的(随时间且在稳态操作时) 部分将会基本上被传送(被供给入管道式流动反应器中)，以提供能够发 生随后许多的平行且连续的动力学副反应的基础，这些副反应是大量放热 的，且要求一种对管道式流动反应器比对注入式混合的逆混反应室更可控 制的热控制方法。虽然在一个实施方案中，紧密连接到管道式流动反应器， 但是与管道式流动系统相比，注入式混合的逆混反应室在其空间_时间上 为反应组分提供了基本上通用的组分的和物理(温度、压力和分子动量)
的操作状态；这使得能够控制独立于管道式流动反应器的关键性的烷基引
发步骤，在管道式流动反应器中，沿着管道式流动反应器的轴线，反应组 分具有在轴向方向上(且可能在径向方向上)不同的组分和物理状态。
对技术人员应该是明显的，在诸如反应器系统视图1200的系统中扩 大掌控需要在增大空间_时间的情形下掌控提供可接受的分子动量的挑 战；如果减小分子动量，注入式混合的逆混反应室内的反应流体将会朝平 流范围迁移，且注入式混合的逆混反应室反应物流体的必要的总稠度由此 可能受到损害；因此，根据视图1200的反应器在用于使"被阻断的气体" 成为有价值的商品的小规模处理方面似乎是有效的。
整个反应器系统的空间-时间不超过40秒，且优选不超过2.5秒，对 应于含烷烃的进料流和含氧的进料流的总供给速率。注入式混合的逆混反 应室的反应空间_时间被控制到不超过1.5秒。
图13A和13B呈现了改变图12的注入式混合的逆混反应室1202的内 部容积的^L图1300和1350的细节的筒化截面图。在这方面，图13A呈现 了用于注入式混合的逆混反应室1202的可替代的视图1300，其中描述了 用于含氧的进料流的"发刷"分配器1308 (在15A和15B中进一步详细 描述)。图13A的视图1300通常显示了处于完全扩张或延伸到外壳1306 中的方位的隔板1304和任选的阻隔部件1302。
图13B的反应器一见图1350通常显示了处于插入到外壳1306中的方位 以缩小注入式混合的逆混反应室的相对于视图1300的容积(空间-时间) 的容积(和空间-时间，在稳态操作时)。
图14A呈现了用于图12的注入式混合的逆混反应室1202的另一个可替代:没计的简化截面图1400。在这方面，半^i形的头部分1402形成外壳 的轮廓，且相似于插入的隔板的半球形轮廓。
图14B显示了具有改变的内部容积的图12的注入式混合的逆混反应 室1202的视图1450，此内部容积不同于图12所示的内部容积。将隔板 1232和(任选的)阻隔部件1230描绘成处于插入到外壳1206中的方位， 以缩小注入式混合的逆混反应室的相对于视图1200的容积(空间-时间) 的容积(和空间-时间，在稳态净喿作时)。
图15A和15B呈现了用于图12的注入式混合的逆混反应室1202的可 替代设计的"发刷"流体输送插入件1308的对齐的截面图1500和1550。 在优选的实施方案中，轴1504与轴1220对齐，且视图1500显示了 "发 刷"分配器1308的相对于与轴1504垂直的平面的细节，以及^f见图1550 显示了 "发刷"分配器1308的相对于与轴1504平行的平面的细节。从沿 着外壳1206的圓柱形表面的基本上中心线内的注入式混合的逆混反应室 的轴以及当轴1504基本上与轴1220对齐时，沿着与注入式混合的逆混反 应室的轴1220非平行的方位设置的多个孔(如，孑L 1502)将含氧的进料 流输入到内部的流空间1234。
图16呈现了用于将含氧的进料流输送到图12的注入式混合的逆混反 应室1202中的圓锥形流体输送插入件1226的内部的简化截面图1600。内 部流体分流器由具有轴1602的圆锥形表面1604界定。圓锥形底部1614 在轴1602的一端处，且顶端1612 (如果圆锥体延伸的话，该端将最终会 聚为圓锥体的顶点)在轴1602的另一端。如图12的视图1200所示，当 圓锥形分流器1226设置在圆锥形外壳1206内时，轴1602与注入式混合 的逆混反应室的轴1220对齐，使得逆混反应室的输出(通道1270)更接 近顶端1216,而不是圆锥形底部1614。含氧的进料流一皮输送到入口 1610 (从图12的入口 1214),然后从沿着注入式混合的逆混反应室的轴1220 (轴1602 )且与轴1220非平行的方位设置的多个孔1608输送入内部的流 空间1234内。内部通道1606将含氧的进料流流动地传送给多个孔1608。
图17A和17B呈现了界面挡板(1232/1230)的简化截面图，且挡板 设置在图12的反应器系统的注入式混合的逆混反应室1202和管道式流动反应器1204之间的界面处。在图17A的视图1700中，隔板1702具有至 少一个孔1704,该孑L 1704界定了用于使注入式混合的逆混反应室的产物 流从注入式混合的逆混反应室1202流体传输到管道式流动反应器1204的 通道(参见图12中的通道1270)。隔板1702 (图12中的隔板1232)提供 了具有至少一个孔1704的通道，而该孔1704具有截面积。在流动的流体 中，具有孔1704的隔板1702界定了当流动的流体从注入式混合的逆混反 应室1202输送到管道式流动反应器1204中时，用于在注入式混合的逆混 反应室1202和管道式流动反应器1204之间产生压力降的挡板。在一个实 施方案中，在"被调整的"反应器系统中，孑L 1704可以被准确地依尺寸 设计使得不需要阻隔部件；这样的布置具有较少的操作自由度，但从密封 和构建的观点来看，又较不复杂。对实时操作变化的由孔1704形成的有 效通道来说，在可替代的实施方案中布置了阻隔部件1230,如图17B的 1750所示，其中可以将阻隔部件1230旋转以"阻隔，，孔1704的一部分截 面积，其中一部分阻隔部件1706 (图12的阻隔部件1230)显示为限制孔 1704的通道(注意，可以将^L图1750构想成平行于轴1220且从管道式流 动反应器1204朝向注入式混合的逆混反应室1202的视图的概念)，并由 此限制通道。
在优选的实施方案中，隔板(1232/1702)具有至少一个孔1704作为 第一孔，且阻隔部件(1230/1706)具有至少一个第二孔(1708 )。这些第 一孔和第二孔优选具有基本上相同的尺寸，且第一孔1704和第二孔1708 一起设置，以便以一种相对定位的形式使隔板(1232/1702)和阻隔部件 (1230/1706)对齐设置，以将通道(1270)界定成具有基本上与第一孔的 截面积等同的截面积。浏览1750，考虑到孔1704的没有被使用阻隔部件 1706的通道阻隔的部分也是孔1708的没有被使用隔板1702的通道阻隔的 部分，这就可以得到理解。
相对于图21,进一步讨论了不包括使用旋转部件1218的隔板 (1232/1702 )和阻隔部件(1230/1706)的组合的可替代实施方案。在此 可替代实施方案中，隔板(1232/1702 )相对于固定式阻隔部件(1230/1706) 是可移动的，其中键槽1710提供了抵抗键2110 (图21 )的可轴向滑动的限制(相对于轴1220)以抑制阻隔部件(1230/1706)的旋转。在此实施 方案中，隔板(1232/1702)牢固地连接到外壳1208,但外壳1208还绕轴 1220旋转，以获得由孔1704和孔1708界定的可变通道1270。键2110固 定到外壳1206 (未详细显示)，且孔1714 (图17A)为键2110提供了无阻 力的开口以输送入内部容积1248，使得隔板(1232/1702 )和阻隔部件 (1230/1706 )相对于入口 1224轴向(轴1220 )移动，且阻隔部件1230/1706 总是受到限制，而隔板1232/1702总是能够绕轴1220旋转。
球轴承1712用在优选的实施方案中以增大可移动部件(隔板 1232/1702或阻隔部件1230/1706,这取决于其特定的实施方案)纟氐抗挡斧反 系统中的不可移动部件的平滑旋转。
图18A和18B呈现了用于图12的反应器系统的可改变位置的骤冷入 口 1274的细节和定位的筒化截面图1800、 1850和1860。由于管截面1802 具有沿轴1220延伸的细长槽1808，因此在图1800中，将引导管1264显 示在相对于轴1220垂直的截面内。细长的槽难以显示在图12中，但以完 全敞开的通道1808描绘在图18A和18B中以展示轴的槽；骤冷管 1804/1262显示为具有孔1806/1274-参见图12中的入口通道1274 -以显 示此孔的轴向尺寸基本上比引导管1802/1264的槽1808的轴向尺寸小。当 旋转孔1806以阻隔具有引导管1802/1264的内表面的通道(1274)时，图 1850所示的管1804/1262与引导管1802/1264共同配合,以便不将骤冷传 送至内部容积1248。在一个实施方案中，管1804/1262在引导管1802/1264 内是可轴向滑动的，以便沿着轴1220重新轴向设置孔1806/1274。接着， 图1860显示了在管1804/1262和引导管1802/1264之间径向旋转对准,使 得能够形成通道/入口 1274。应注意，若干可替代组(未显示)的孔1806 可易于设置在管1804的不同径向位置，以提供随着在管道式流动反应器 1204内沿着轴1220的管1804/1262的径向方位变化的可替代的骤冷方式。
图19A-19C呈现了用于图12的在操作中的反应器系统的管道式流动 反应器的一系列温度曲线。在这方面，横坐标轴1904和纵坐标轴1906在 整个图19A、 19B和19C中是相同的，且横坐标轴1904显示了沿着管道 式流动反应器1204的轴1220的距离，而纵坐标轴1906描绘了管道式流动反应器1204的反应流体内的温度。轨迹1902 (图19A)被构想成描绘 了管道式流动反应器1204的温度曲线，且没有骤冷的益处。轨迹1922 (图 19B) ^:构想成描绘了管道式流动反应器1204的曲线，且来自位置1938 的骤冷的益处基本上给予输出1260。轨迹1932 (图19C)被构想成描绘了 管道式流动反应器1204的温度曲线，且只在位置1938处存在骤冷的益处。 前述讨论的动力学系列副反应将会改变它们的活性，这取决于管道式流动 反应器1204内沿着轴1220的温度曲线。因此，例如，来自管道式流动反 应器1204的产物混合的每一个轨迹1902、 1922和1932的每次不同的热 曲线，成比例不同的能量，以及用于动力学系列副反应组中的单独的副反 应的成比例不同的动力学活性是不同的。因此，骤冷管的设计为优化由d -C4含烷烃的进料流和含氧的进料流产生的烷基氧化物反应器系统产物 流的组合物^提供另外的自由度。
图20呈现了具有紧密连接到管道式流动反应器的注入式混合的逆混 反应室的反应器系统的可替代实施方案的简化截面图2000。在实时操作反 应器系统2000的过程中，界面挡板组件(相对于图12描述的隔板1232 和阻隔部件1230的组件实施方案和图17A、 17B和21的可替代的限制键 的布置实施方案)可以滑动移动和旋转，以便通过使用带螺紋的密封件和 靠凸螺紋2012 (图21和22A-22C中的凸螺紋2212) 4足进的连接来前行 和/或回缩离开输入2062。注入式混合的逆混反应室和管道式流动反应器 的大部分共享外壳2070,该外壳2070被进一步螺紋连接以提供凹螺紋供 与螺紋2012/2212配合使用。图22A-22C进一步显示了这方面的细节， 其中图22A显示了呈完全前行位置的管道式流动反应器的套筒2016,图 22B显示了呈中间点的前行/回缩位置的管道式流动反应器的套筒2016,以 及图22C显示了呈完全回缩位置的管道式流动反应器的套筒2016。
反应器系统视图2000的逆混反应室和管道式流动反应器沿着轴2014 对齐。含烷烃的气体进料流(第一流体流)通过烷烃气体输入2060和如 图所示的多个烷烃气体输入孔进入。含氧的气体进料流(第二流体流)通 过氧气输入2062以及前面相对于图15A和15B讨论的发刷分配器进入。 在可替代的实施方案中，圓锥形的分流器/分配器(图16)用于含氧的气体流。
管道式流动反应器具有在密封件2008处可滑动密封地连接到外壳 2004的管道式流动反应器套筒2016，并使流体输出到由外壳2004界定的 相对小的空间。外壳2004具有足以适应由螺紋2012/2212 (还是见图 22A-22C)所带来的整个轴向移动的轴向深度。外壳2004在输出2020处 具有用于反应器产物流的输出。冷却气体输入2002接收前述冷却气体而 进入冷却气体空间2072(由外壳2070的内表面和套筒2016和阻隔管2006 的外表面之间界定)。冷却气体流随后经由螺旋槽2018前行入套筒2016 的内部空间中，在阻隔管2006的轴向槽(在2042处面向右方位和图23 内的横跨轴2014的垂直截面^L图2028的轴向槽2032 )和螺旋槽20] 8对 齐，以界定通道(图23的2302),且还由此骤冷管道式流动反应器的套筒 2016的内部空间。因此，套筒2016与阻隔管2006紧密配合。
用可滑动的密封件2074将套筒2016密封到外壳2070，且由此旋转以 同时相对于注入式混合的逆混反应室的每一个螺紋2012/2212 (图22A-22C)前行/后退，调整输送到管道式流动反应器的套筒2016内一位置的骤 冷量(描述在图20中，且进一步描述在图23中)，以及改变通道的截面 积(如前所述且进一步在图21中讨论的固定键挡板组件)。因此，虽然这 三个控制自由度(挡板位置的前行/后退、骤冷输送和挡板通道的截面积) 不能完全独立地掌控，旋转套筒2016 —次的每次改变的速度的差异能够 使可控制的系统具有比相对于图12描述的实施方案少的密封件，且在用 于正常操作的三个自由度之间只有非常有限的回旋。在这方面，套筒2016 的一次完整的旋转实现了将螺旋槽2018的位置完全移动(其整个轴向类 似范围)，可能用于挡板位置的前行/后退的整个轴向类似范围的约2%， 用于具有6个孔的挡板(图17A和17B )的通道截面积的整个轴向类似范 围的600%。因此，先旋转套筒2016以在用于挡板位置的前行/后退的轴 向类似范围内定位，然后在用于骤冷的轴向类似范围内定位，以及最后在 用于通道截面积的轴向类似范围内定位。只要轴向定位被期望成是用于特 定的含烷烃的气体进料流组合物的相对策略的操作设置，那么实时操作的 调整应该更多涉及单一旋转的骤冷和(1/6旋转)挡板通道的定位。在2040处以面向左的方位，才黄^争轴2014的垂直截面图2030进一步 显示了孔内的细节，孔设置成用于将来自输入2060和2062的进料输入到 逆混反应室中。
图21呈现了用于图20的反应器系统实施方案以及还用于前面相对于 图17A和17B讨论的图12的反应器系统的注入式混合的逆混反应室和管 道式流动反应器之间的界面的可替代实施方案的隔板/挡板的细节2100。 套筒2016是图20的重复，且具有凸螺紋2012/2212。正如相对于图17A 和17B描述的可替代实施方案，阻隔部件2108因键2110的旋转而受到限 制(正插入到槽1710 (图17B)中)，且隔板2104不可滑动地连接到套筒 2016。球轴承2106将隔板2104 (套筒2016的末端)连接到阻隔部件2108。 隔板2104 (套筒2016)依靠非限制性的圓形孔1714 (图17A)在键2110 周围自如旋转。
如前所述，图22A-22C显示了，用于图20的反应器系统实施方案的 注入式混合的逆混反应室和管道式流动反应器之间的界面的轴向定位的 细节2200、 2230和2260。套筒2016是图20的重复，且具有凸螺紋 2012/2212。
图23进一步显示了在用于图20的反应器系统实施方案的骤冷入口内 的细节2300。在这方面，显示了与用于输入2002 (图20)的进入的轴对 齐的套筒2016和阻隔管2006的垂直图。套筒2016、阻隔管2006、螺旋 槽2018和轴向槽2032 (图20的视图2028 )都是图20的重复。位置2302 显示了阻隔管2006与螺旋槽2018的对齐点，用以将骤冷气体输送入套筒 2016内，以由此骤冷管道式流动反应器的内部空间。
图24A和24B显示了用于图20的反应器系统实施方案的轴向视图细 节。图24A显示了沿着轴2014 (图20)从反应器系统的外面面向右的视 图；输入2060和2062是图20的重复。图24B显示了在2022处(图20 ) 呈面向左的方位的4黄跨轴2014的垂直截面视图2450;输入2002是图20 的重复，且孔1704/1706是图17A和17B的重复。
图25A和25B显示了具有注入式混合的进入区(图25A&B中的区 2520 )、多位置骤冷和多位置温度感测的两个管道式流动反应器系统实施方案的图2500和2550。图25A和25B中的混合区2520显示了具有全锥 体的象征性的圆锥形分配器的分流器2502，高度类似于图16以及还有图 12的圆锥形分流器。图25A的系统图2500显示了外壳2512内的多个热电 偶(如热电偶2510 )和多个骤冷入口端(如骤冷入口端2508 )。图25B的 系统图2550显示了密封设置在由外壳2514界定的内部空间内的可改变位 置的热电偶2504和可改变位置的热电偶骤冷入口端2506。因此，骤冷和 温度测量高度类似于图12和25B中的用于这些实施方案中的两个管道式 流动反应器。图25A和25B的系统用于提供高度类似于图12和20的实施 方案的反应器系统，除了图25A和25B中不存在界定了注入式混合的逆混 反应室和管道式流动反应器之间的清晰界面的分离的挡板组件。在这方 面，当与由操作图12和图20中任意一个系统得到的数据相比，由操作图 25A和25B中任意一个系统得到的数据在标示相对于挡板界面(图12的 隔板1232/部件1230或图20的带螺紋的挡板组件)的设置的功效方面是 有价值的。
应该理解，上述每一个元件，或者一起的两个或更多个元件也可以在 不同于上述类型的其他类型的方法和结构中找到有益的应用。虽然已经按 照用于生产曱醇的方法和装置所实施的阐释并描述了本发明，但并不期望 限制到所显示的细节，因为可以进行各种改动和结构上的变化，而并不会 以任何方式偏离本发明的主旨。
无需进一步的分析，前述内容如此充分地揭示了本发明的要点，以致 其他人可以通过运用目前的知识容易地使其适用于各种应用，而不会遗漏 从已有技术的观点来看适当地构成本发明的一般方面或特定方面的基本 特征的特点。新的且期望受到专利证书保护的所要求保护的内容在所附权 利要求中被提出。
权利要求
1. 一种通过使来自含烷烃的气体进料流中的烷烃与来自含氧的气体进料流中的氧进行部分氧化反应来制造至少一种烷基氧化物的装置，所述装置包括反应器系统，其具有与管道式流动反应器流体相通的注入式混合的逆混反应室；其中所述烷烃选自由甲烷、乙烷、丙烷和丁烷组成的组；所述注入式混合的逆混反应室具有烷烃气体输入、氧气输入和逆混反应室输出；所述管道式流动反应器具有与所述逆混反应室输出流体相通的管道式流动反应器输入；所述烷烃气体输入接收进入所述注入式混合的逆混反应室的所述含烷烃的气体进料流；所述氧气输入接收进入所述注入式混合的逆混反应室的所述含氧的气体进料流；且所述注入式混合的逆混反应室具有足以在所述注入式混合的逆混反应室内从所述烷烃引发烷基自由基且向所述管道式流动反应器输入提供所述烷基自由基的至少一部分的空间-时间，对应于所述含烷烃的气体进料流和所述含氧的气体进料流的总供给速率。
2. 如权利要求l所述的装置，其中所述烷烃包括曱烷，且所述烷基氧 化物包括曱醇。
3. 如权利要求2所述的装置，其中所述烷基氧化物还包括曱醛。
4. 如权利要求l所述的装置，其中所述烷基氧化物包括乙醇。
5. 如权利要求1所述的装置，其中所述烷烃气体输入和所述氧气输入 被构建成通过注入式混合所述含烷烃的气体进料流和所述含氧的气体进 料流来湍流搅动所述注入式混合的逆混反应室。
6. 如权利要求1所述的装置，其中所述注入式混合的逆混反应室具有 逆混反应室的外壳，且所述反应器系统还包括隔板，其可滑动密封地连接到所述逆混反应室的外壳；其中所述注入式混合的逆混反应室具有由所述逆混反应室的外壳和所述隔板界定的注入式混合的逆混反应室的内部容积；所述逆混反应室的外壳具有与所述隔板相对设置的外壳部分；且在所述反应器系统的实时操作过程中，所述隔板是可滑动移动的以便 在所述注入式混合的逆混反应室的外壳内朝所述外壳部分前行，以成比例 地缩小所述注入式混合的逆混反应室的内部容积，且在所述反应器系统的 实时操作过程中，所述隔板可替代地在所述注入式混合的逆混反应室的外 壳内可滑动地移动，以^^回缩离开所述外壳部分，以由此成比例地扩大所 述注入式混合的逆混反应室的内部容积。
7. 如权利要求1所述的装置，其中所述反应器系统具有不超过40秒 的空间-时间，对应于所述含烷烃的进料流和所述含氧的进料流的总供给速率。
8. 如权利要求1所述的装置，其中用于所述注入式混合的逆混反应室 的空间-时间不超过1.5秒，对应于所述含烷烃的进料流和所述含氧的进 料流的总供给速率。
9. 如权利要求1所述的装置，其中所述管道式流动反应器具有管道式 流动反应器输出，且所述管道式流动反应器具有设置在所述管道式流动反 应器输入和所述管道式流动反应器输出之间的用于接收冷却气体流的至 少 一个冷却气体输入，并由此骤冷所述管道式流动反应器。
10. 如权利要求9所述的装置，其中所述管道式流动反应器具有轴， 且在所述管道式流动反应器的操作过程中，所述冷却气体输入是可沿着所 述轴移动的。
11. 如权利要求9所述的装置，其中所述管道式流动反应器排放来自 所述管道式流动反应器输出的反应产物流，且所述装置还包括与所述管道 式流动反应器输出流体相通的洗涤器，用于通过使所述反应产物流与液体吸收剂接触来冷凝所述反应产物流中的至少 一种所述烷基氧化物。
12. 如权利要求11所述的装置，其中所述吸收剂还吸收所述反应产物 流中的二氧化碳。
13. 如权利要求12所述的装置，其中所述烷烃包括曱烷，第一所述烷基氧化物包括曱醇，第二所述烷基氧化物包括曱醛，且所述吸收剂吸收所 述反应产物流中的曱醇和曱醛。
14. 如权利要求1所述的装置，其中所述注入式混合的逆混反应室具 有部分由具有注入式混合的逆混反应室的轴的圓柱表面界定的内部容积， 且所述含氧的气体进料流从沿着所述轴且在不平行于所述轴的方位上设 置的多个孔而输入到所述内部容积中。
15. 如权利要求14所述的装置，其中所述注入式混合的逆混反应室具 有由具有轴的圆锥形表面界定的内部流分流器，所述分流器界定了所述轴的一端处的圓锥形底部，所述圓锥形表面界定了所述轴的另 一端处的顶端，所述分流器的所述轴与所述注入式混合的逆混反应室的所述轴对齐，所述分流器设置在所述外壳内，使得所述逆混反应室输出更接近所述 顶端，而不是更接近所述圆锥形底部，且所述含氧的进料流从多个孔输入到内部流空间中，所述多个孔沿着所 述注入式混合的逆混反应室的轴且在不平行于所述注入式混合的逆混反 应室的轴的方位上设置。
16. 如权利要求11所述的装置，其中所述含烷烃的气体进料流包括来 自所述洗涤器的再循环流中的烷经。
17. 如权利要求16所述的装置，其中所述再循环流提供所述含烷烃的 气体进料流中约4: 5到约20: 21重量百分比的烷烃。
18. 如权利要求1所述的装置，其中所述装置还包括离心鼓风机，所 述离心鼓风机设置成加压所述含烷烃的气体进料流以输入到所述注入式 混合的逆混反应室中。
全文摘要
一种用于经由烷烃(甲烷)的部分氧化来制造烷基氧化物(如，甲醇)的装置具有与管道式流动反应器流体相通的注入式混合的逆混反应室。在输入到管道式流动反应器中之前，注入式混合的逆混反应室引发烷基自由基。进料流的注入式混合搅动了逆混反应室。在一个实施方案中，可改变位置的隔板轴向移动以成比例地改变逆混反应室和管道式流动反应器的容积。在另一个实施方案中，管道式流动反应器具有可改变位置的骤冷输入。“发刷”和圆锥形的输入插入件都促进了在注入式混合的逆混反应室中的进料流的湍流注入混合。冷凝洗涤器也用于处理来自反应系统的输出流。
文档编号C07B63/02GK101443294SQ200780017149
公开日2009年5月27日 申请日期2007年2月19日 优先权日2006年5月11日
发明者纳森·A·帕拉克, 罗伯特·W·卡尔, 罗杰·J·格伦奇 申请人:气体技术有限公司