用于热解反应器的热隔离组件的制作方法
【专利摘要】本发明的公开内容涉及隔离组件及其用途，例如在再生反应器内的用途。具体地，针对各种反应器组件描述了在反应器，例如热再生反应器，例如再生逆流反应器内，管理来自氧化和热解反应的温度的工艺与装置。
【专利说明】用于热解反应器的热隔离组件
[0001]相关申请的交叉参考
[0002]本申请涉及且要求2012年3月20日提交且标题为“反应器组件”的U.S.S.N.申请号61/613，141的优先权，其公开内容在此通过参考引入本文。
发明领域
[0003]本申请的公开内容涉及隔离组件及其在例如反应器中的用途。本发明涵盖在再生热解反应器中有用的先进材料，方法和装置，所述再生热解反应器可以用于热解或裂解烃。特别地，本发明涉及适合于在高苛刻度的再生热解反应器中，在裂解烃原料中使用的材料，装置和方法的高级用途。
[0004]发明背景
[0005]可使用热解反应器来热解或裂解烃。这些热解反应器可包括再生工艺，所述再生工艺进行或者对称(在两个方向上相同的化学或反应)或者不对称(在该循环中，化学或反应随步骤而变化)的循环。这些反应器和相关工艺的实例公开于美国专利Nos.2，319，679 ;2，678，339 ;2，692，819 ;3，024，094 ;3，093，697 ;和 7，943，808 中。作为该循环中的步骤之一，可针对再生反应器，使用燃烧，进行循环的高温化学。
[0006]该工艺典型地牵涉在一个循环的不同部分内的加热步骤(例如再生步骤)和热解步骤。加热步骤包括放热反应，例如通过导引燃料和氧化剂到反应区中，使该燃料和氧化剂燃烧，然后将燃烧产物导引离开反应区。在热解步骤过程中，含烃的原料经反应区导引，进而在原料内热解烃并从反应器床或其他源中传输热量。一些再生热解反应器将燃料和/或氧化剂直接传输到燃烧区中，在没有使该物流流经预热该物流的反应器床的情况下。燃料和/或氧化剂典型地借助喷嘴，分配器或燃烧器引入，它们通常使用与反应流动方向垂直的机构且通常透过反应器容器侧壁穿透(penetrate)反应器。例如，在常规的伍尔夫(Wulff)裂解炉中的加热步骤期间，空气轴向流经再生体，和燃料借助喷嘴引入，所述燃料穿透反应器侧面，在再生体之间的敞开区域内与空气结合(燃烧并释放热量)。
[0007]在这些系统中，反应器可包括各种组件以管理物流的流动(例如工艺-流程组件(process-flow component))且可包括隔离材料(例如隔离组件)。这些隔离组件典型地牵涉诸如氧化铝或氧化锆之类的材料。作为一个实例，美国专利N0.2，823，027教导了在钢容器内部使用被隔离衬里包围的SiC，氧化铝或氧化锆反应器组件。这一参考文献描述了使用瓷砖(tile)，所述瓷砖由选自包括碳化硅和氧化铝的组中的材料形成。这些材料具有相对高的热量储存和导热能力，并能长时间段地遭受3000° F(1649°C)附近的温度，且没有损坏。其他耐火材料可包括氧化镁，氧化锆，或高温陶瓷。然而，高温和工艺应力可能超出了大多数常规组件材料，其中包括常规的耐火陶瓷的长期可行性。除了考虑组件的物理和热性能以外，组件的化学惰性和结晶稳定性也是应当考虑的考虑因素。
[0008]由于在原料内存在来自烃的碳和潜在地存在氧，因此，目前的燃烧物流可导致过早的陶瓷腐蚀，化学稳定性也可存在某些挑战。在较低温度下相对惰性的许多现有技术的陶瓷材料在较高温度下变得对化学降解，陶瓷腐蚀和/或晶体改变敏感，从而导致过早降解和/或工艺干扰，例如在该工艺中生成不可接受的污染物水平。例举的化学和/或热不稳定的陶瓷包括，但不限于，某些硼化物，碳化物和氮化物。类似地，尽管在某些耐火陶瓷中常常使用氧化锆，但它在适中高的温度和非常高的温度之间经历晶体变化，其方式以使得其原子堆叠(多形态的变化)。
[0009]因此，在热解反应器内部，反应器组件，例如工艺-流程组件和隔离组件的构造可用于提高热解反应器的操作，同时提供热和化学稳定性。也就是说，需要抵抗或避免碳渗透，渗碳和/或氧化物-碳化物腐蚀的陶瓷组合物和陶瓷材料的构造。所需的材料应当同时提供并维持所需的结构完整度，结晶稳定性，相对高的传热能力，和大规模商业应用要求的化学惰性，尤其相对于烃的热解来说。
[0010]发明概述
[0011]在一个或更多个实施方案中，描述了烃的热解反应器。该反应器包括工艺-流程组件和与该工艺-流程组件相邻的隔离组件。该隔离组件包括氧化物，该氧化物具有:i)在范围为800°C -1600°c的温度下，在致密相内彡5ff/m.K的本体热导率；ii)基于隔离组件的体积，^ 30Vol%的孔隙率；iii)不小于2060°C的熔点；和iv)当在下述条件下，保持氧化物形式:a)在第一温度下暴露于第一气体下时，所述第一气体具有i)lxl0_15巴(绝对)的氧分压，和ii)比在第一温度下氧化锆相变成碳化锆时大的碳分压；其中在该氧分压下，第一温度小于锆的三相点的温度；和/或b)在第二温度下暴露于具有氧分压的第二气体下时，其中在该氧分压下，所述第二温度大于或等于锆的三相点的温度。该反应器可以是热量热解反应器，例如逆流再生反应器，它使各组件经历热量热解条件。
[0012]在一个或更多个实施方案中，描述了烃的转化方法。该方法包括提供具有工艺-流程组件和与该工艺-流程组件相邻的隔离组件的反应器；其中该隔离组件包括氧化物，该氧化物具有:i)在范围为800°C -1600°C的温度下，在致密相内彡5W/m -K的本体热导率；ii)基于隔离组件的体积，彡30vol%的孔隙率；iii)不小于2060°C的熔点；和iv)当在下述条件下，保持氧化物形式:a)在第一温度下暴露于第一气体下时，所述第一气体具有i)lxl0_15巴的氧分压，和ii)比在第一温度下氧化锆相变成碳化锆时大的碳分压；其中在该氧分压下，第一温度小于锆的三相点；和/或b)在第二温度下暴露于具有氧分压的第二气体下时，其中在该氧分压下，所述第二温度大于或等于锆的三相点；和在> 1400.(TC的峰值热解气体温度下，将热解原料暴露于热量热解下，生产含C2不饱和物的反应器产物。热解原料可包括>10?丨％烃，基于热解原料的总重量，和其中该热解原料具有范围为0.1-5的氢气(H2)与碳(原料烃分子内的碳原子)的摩尔比。
[0013]仍然进一步地，在一个或更多个实施方案中，描述了再生反应器系统。该系统包括第一反应器床和与第一反应器床流体连通的第二反应器床。该系统包括与第一反应器床和第二反应器床相邻的至少一层隔离层；其中在范围为800°C -1600°C的温度下，在致密相内，隔离层的本体热导率< 5W/m.K，或者孔隙率范围为30%至75%，基于隔离层的体积。至少一层隔离层可包括置于外壳与第一反应器床和第二反应器床之间的多块隔离砖(insulat1n bricks),和/或多块隔离砖中的至少一块可包括>70wt%的氧化乾和多块隔离砖中的至少一块包括锆，氧化铝及其组合中的一种或更多种。此外，该系统可包括置于至少一层隔离层与第一反应器床和第二反应器床之间的流体阻挡层，其中该流体阻挡层的孔隙率范围为0% -10%，基于流体阻挡层的体积。该系统也可包括含>50wt%碳钢的外壳。进一步地，可构造多块隔离砖，在外壳与第一反应器床和第二反应器床之一之间形成两层或更多层。
[0014]在一个或更多个实施方案中，该组件可具有不同的性能。例如，工艺-流程组件的孔隙率范围可以是Ivol %至28vol %，基于工艺-流程组件的体积；和该隔离组件的孔隙率范围可以是30vol %至75vol %, 30vol %至50vol %,和/或50vol %至75vol %,基于隔离组件的体积。该隔离组件在致密相内的本体热导率可以是彡4ff/m.K，( 3ff/m.K或彡2W/m.K，当该隔离组件具有范围为800°C -1600°C的温度时。该隔离组件在1000°C下，在致密相内具有〈0.35，〈0.3的发射率(emissivity)。该隔离组件可包括第一表面和第二表面，其中第二表面具有下述中的一种或更多种:比第一表面大>2%的孔隙率，比第一表面大>2%的热导率，和/或比第一表面大>2%的发射率。
[0015]进一步地，在一个或更多个实施方案中，隔离组件可包括不同的构造。例如，可使用并构造多块隔离砖以在工艺-流程组件和外壳之间形成两层或更多层。多块隔离砖可包括氧化钇，含钇的化合物及其组合中的至少一种。此外，该隔离组件可包括含>50wt%氧化钇的多块隔离砖中的至少一块，和多块隔离砖中的至少一块包括锆，氧化铝及其组合中的一种或更多种。另外，可使用孔隙率范围为0VOl%-10VOl%的流体阻挡层，基于置于多块隔离砖和工艺-流程组件之间的流体阻挡层的体积。前述实施方案中任何一个的隔离组件可以是陶瓷，例如玻璃质或非-玻璃质陶瓷。
[0016]附图简述
[0017]图1A和IB图示了在逆流再生反应器中的热再生和相关的温度曲线。
[0018]图2阐述了在反应器组件中使用的材料的试验结果和在不同温度下的相关热导率。
[0019]图3阐述了在反应器组件中使用的具有不同孔隙率的材料的试验结果和在不同温度下的相关热导率。
[0020]图4阐述了在反应器组件中使用的具有不同孔隙率的材料的试验结果和在不同温度下的相关热导率。
[0021]图5阐述了在反应器组件中使用的材料的结果和在不同温度下的相关发射率。
[0022]图6图示了根据本发明技术的一个实施方案，隔离组件以及工艺-流程组件的构造的一个实施方案。
[0023]图7阐述了根据本发明技术的一个实施方案，在反应器内，对于不同温度来说的传热的示意性图表。
[0024]尽管针对生产C2不饱和物的热量热解工艺描述了本发明，但本发明不限于此。换句话说，在下述详细说明是具体的特定实施方案或特定用途这一方面来说，下述详细说明意欲仅仅阐述，而不是解释为限制本发明的范围。相反，本发明意欲覆盖所附权利要求定义的可包括在本发明的精神和范围内的所有替代方案，改性和等价方案。
[0025]优选实施方案的详细说明
[0026]本发明部分基于下述观察结果:反应器组件，例如隔离和工艺-流程组件，被用于反应器内的不同区中且暴露于不同的工艺条件下。该工艺-流程组件可包括在反应器内部管理工艺流体流经内部区域的组件，而隔离组件可包括抑制热量从反应器内部转移到反应器外部位置的组件。这些隔离组件也可抑制工艺流体流动到反应器外部的位置上。例举的反应器组件可包括在美国专利申请公布Nos.2007-0191664 ；2010-0292522 ；2010-0290978 ;和2010-0292523中描述的那些，在此通过参考引入。作为一个实例，工艺-流程组件可包括混合-分配器机构，反应器床，入口和/或出口机构(例如，阀门和/或喷淋器)，导管和类似物。隔离组件可包括衬垫或填充材料，瓷砖，流体阻挡物，它们可由玻璃，陶瓷(其中包括例如氧化铝，氧化硅，氧化钇，氧化锆等)及其混合物形成。
[0027]对于反应器内的某些位置来说，反应器组件可对(a)环境操作条件和/或(b)温度操作条件敏感。对于某些类型的反应器，例如再生反应器来说，例如已发现，隔离组件和工艺-流程组件可随不同的组成和性能而变化，其中通过使用隔离组件(和/或工艺-流程组件)，其具有针对在反应器内使用该组件时的位置微调的组成和性能，所述组成和性能在反应器内的所有位置不相同，以通常降低反应器对工艺操作条件的敏感度。
[0028]例如，可在不同的位置处，将反应器组件暴露于不同的温度操作条件下。这些温度操作条件可包括对于操作边界和大的温度摆动来说，耐受长期暴露于> 120(TC，优选彡1500°C，更优选> 1700°C，和甚至更优选> 2000°C的温度下。因此，可选择反应器组件所使用的材料以耐受某些温度，同时维持完整度和功能性。也就是说，可基于暴露于某些温度下在某些位置内使用不同的材料，这可包括取决于位置使用不同的材料。作为一个实例，针对隔离组件所使用的材料可以是陶瓷(例如氧化钇)，氧化铝和/或其他耐火材料，它们能耐受热解反应器内部的温度。作为一个具体的实例，在其中进行放热反应的区域附近的工艺-流程组件和隔离组件可包括由氧化钇组成的反应器组件。具体地，这些组件可以是高-氧化乾的耐火材料，它包括大于50wt%,优选大于70wt%,更优选大于90wt%,最优选大于95wt%耐火产品总重量的氧化钇(Y2O3)且具有>1600°C的示温熔锥当量。其他反应器组件可包括金属或其他陶瓷，它可位于反应器端部附近或某一温度范围的外侧。这些材料可包括氧化钇，所述氧化钇可包括稳定氧化锆用的多峰(mult1-modal)配方以生成耐久的孔隙率ΟΟνοΙ^ΙδνοΙ^，基于该组件的体积)和/或兼有小颗粒稳定剂和粗糙颗粒氧化钇的二元氧化物组合物。
[0029]进一步地，在某些具体的位置处，反应器组件还可以暴露于不同的环境条件下。例如，在再生热解反应器内的热量热解可包括再生步骤(例如，加热或氧化步骤)以及热解步骤。在这一工艺中，工艺-流程组件和/或某些隔离组件可暴露于氧化环境和/或还原环境下。作为一个实例，氧化环境可来自于燃料和空气的燃烧，而还原环境可来自于烃的热解。因此，反应器组件必须在反应器内部是化学稳定的。
[0030]而且，可选择反应器组件所使用的材料以提高某些特征或性能。例如，在再生反应器中所使用的某些反应器组件可具有优选的孔隙率，热导率，和/或发射率。工艺-流程组件可具有〈5体积％ (vol % )，<2vol%, <lvol %的孔隙率，基于工艺-流程组件的体积，或者在某些实施方案中，甚至基本上不具有孔隙率。其他工艺-流程组件可具有 >2vol %，>5vol %，>8vol %，>10vol %，或 >15vol % 的孔隙率，但可具有 <28vol %，<25vol %，<20vol %，或<15vol %的孔隙率，基于组件的总体积。隔离组件的孔隙率可以是>30vol %，>35vol %，或者范围为 30vol % -75vol %，35vol % -60vol %，30vol % -50vol %，50vol % -75vol %, 51vol % -70vol %,41vol % -50vol %,或 40vol % -50vol %，基于隔离组件的体积。作为一个具体的实例，工艺-流程组件的孔隙率可以小于或等于(<)28vol%，范围为Ivol % -20vol%，范围为5vol % _15vol %，基于工艺-流程组件的体积，而隔离组件的孔隙率可以大于或等于(彡)30VOl%，范围为30VOl% -75V01%，范围为40vol% _50νο1%，基于隔离组件的体积。
[0031]类似地，工艺-流程组件可具有较高的本体热导率，而隔离组件可具有较低的本体热导率。特别地，对于>600°C，范围为800°C -2000°C，范围为900°C -1800°C，或范围为1000°C -1800°C的温度来说，在致密相内，隔离组件的本体热导率可以优选彡5瓦特每米。1((1/111*1()，彡41/111*1(，彡31/111*1(，或甚至彡21/111*1(。当使用时，隔离组件可以不在致密相内，因为它可具有以上所述的孔隙率之一。最后，反应器组件可具有优选的发射率，这对于工艺-流程组件来说，可能是较高的，和对于隔离组件来说，可能是较低的。作为一个实例，工艺-流程组件的发射率可以是>0.45，和隔离组件的发射率可以优选< 0.45。特别地，隔离组件可以暴露于高温下，例如彡700°C, ^ 1000°C，或彡1400°C，且由在1000°C下发射率〈0.65，〈0.55，〈0.45，〈0.35，或〈0.3的材料形成。以下进一步讨论这些方面以及其他变化。
[0032]现更详细地描述一个这样的反应器和材料，但本发明不限于此，和本说明书不意味着排除在较宽范围内的其他实施方案。
[0033]1.材料
[0034]在一个或更多个实施方案中，反应器具有可以由不同材料形成的各种反应器组件(例如，工艺-流程组件和/或隔离组件)。这些材料可针对反应器系统内部的不同反应区是优选的，其中基于该位置的条件和在该位置处的打算用途，这导致不同的组成和/或性能。例如，可形成用于某些组件的材料以维持完整度，功能性，且对于操作边界来说，耐受长期暴露于彡1200°C，优选彡1500°C，更优选彡1700°C，和甚至更优选彡2000°C的温度下。
[0035]例如，反应器组件可暴露于不同的加热曲线下。例如，在图1B中描绘了两步不对称循环反应器所使用的逆流再生反应器的例举实施方案，且在图1A中描绘了温度曲线，为了简单起见，将在一起讨论。以下进一步描述的系统包括两个反应器:第一反应器7和第二反应器I。反应器可以被一个或更多个隔离组件20包围，所述隔离组件可被分成不同的砖或瓷砖。因此，基于反应器内部的功能和位置，这些不同组件所使用的材料可牵涉不同性能，如图1A和IB所述。也就是说，不同的反应器组件可经历不同的温度，如图1A中所述。
[0036]作为一个实例，在反应器的末端处，反应器组件可暴露于低于900°C的温度下，而在混合和混合区13附近的反应器I和7内的反应器组件可暴露于大于900°C的温度下，且对于反应器的某些部分来说，可甚至超过2000°C。类似地，可基于隔离组件的位置(例如，在炽热区的附近)或者基于隔离组件的分层(例如，与床相邻的第一层或者与反应器的外壳或外罩相邻布置的第二或第三层)，改变隔离组件。因此，可在隔离组件内调节某些与热有关的性能(例如，发射率，热导率等)，以提高工艺的操作性。
[0037]反应器组件所使用的材料典型地基于选自元素周期表(默克索引，1996)第Ila，IIIb, IVb, Vb, VIb, VIIb, VIII, lb, lib, Illa，和Va族中的一种或更多种元素的至少一种氧化物。任选地，该材料基于元素周期表中一族或更多族的第Illa，IVa, Ila, VIbjP IVb族的元素的氧化物，例如铝的氧化物(氧化铝，Al2O3),硅的氧化物(氧化硅，S12),镁的氧化物(氧化镁，MgO)，钙的氧化物(氧化钙，CaO)，铬的氧化物(氧化铬，Cr2O3)和锆的氧化物(氧化锆，ZrO2)六种碱性氧化物中的一种或更多种，其中包括在它们之间的化合物，例如与碳的组合。对于特殊的应用来说，除了碳和碳化硅(SiC)以外，还添加少量的碳化硼(B4C)和氮化物(Si3N4, BN)。
[0038]典型地，当材料耐受极高的温度时使用氧化锆，但在高度渗碳的环境中它倾向于转化成碳化锆(ZrC)。氧化镁和氧化钙可应用到高温工艺环境中，但在还原环境中它们倾向于蒸发。在高于约1000°C的温度下氧化铬是不稳定的，且它倾向于通过下述反应蒸发:Cr2O3(S)+O2 (g) = CrO3 (g)。碳化硅和碳(石墨)是在一些非常高温的条件下使用的两种其他的耐火材料，但它们不可能与含氧气体接触使用，这是因为它们氧化且燃烧。类似地，在还原氛围中采用含氧化硅的耐火材料受到氧化硅损失局限。已知通过下述反应:2Si02(s)=2Si0(g)+02(g);或者在氢气内通过下述反应:Si02(s)+H2(g) = S1(g)+H2O,在真空或惰性气体内发生挥发。氧化硅的损失量在大于1300°C的高温下可能是显著的。然而，当暴露于热量热解工艺操作条件下时，这些材料具有化学和温度的挑战。
[0039]因此，反应器中的某些区可使用由以上提及的材料形成的反应器组件，但其他区可牵涉其他材料，例如氧化钇。氧化钇-基耐火材料提供示温熔锥当量>1600°C的高耐火性。氧化钇在还原氛围内是不挥发的且在渗碳环境中是化学惰性的。高氧化钇的耐火材料含有大于(>)50wt%, >70wt%, >90wt%,或>95wt%耐火组件总重量的氧化乾(例如，Y2O3)。可使用各种原材料制造高氧化钇的耐火产品，所述耐火产品包括烧结的氧化钇，熔融的氧化钇烧粉(grogs)，化学合成的氧化钇粉末，喷雾干燥且煅烧过的颗粒。
[0040]另外，在各种申请，例如美国专利Nos.7，815，873和7，846，401中；以及美国专利申请公布 Nos.2007-0191664 ；2009-0008292 ；2008-0300438 ；2009-0250377 ；2010-0126907 ；20 10-0 130803 ；2010-0292522 ；20 10-0290978 ；20 10-02886 17 ；
2010-0292523 ;和2011-0011768中描述了在反应器组件中所使用的其他材料，其中每一篇在此通过参考引入。可在没有遭受对这些材料产生问题的操作条件(例如，环境或温度)的区中使用这些其他材料。作为一个实例，这些材料可用于反应器端部附近或与之相邻的隔离组件和/或工艺-流程组件。结果是，可取决于工艺操作条件的要求(例如，环境操作条件和温度操作条件等)，选择并改变反应器组件的物理和化学性能。这些反应器性能可包括密度，孔隙率，炽热和冷强度，杨氏模量，热容量，化学惰性，发射率，热导率，温度稳定性，特别是在负载下，和抗热冲击性。这些性能中的每一种对于不同组件来说，例如在工艺-流程组件和隔离组件之间，或者在组件的相同类型之间可以不同。这些性能，例如粒度和分布以及所得孔隙率的数量和尺寸分布影响这些性能中的一种或更多种，其中包括，密度，炽热和冷强度，抗热冲击性和热导率，可受到熟悉材料科学的技术人员影响。此外，可通过故意形成附加的孔隙率，进一步改变这些性能。
[0041]可在其他资源，例如“高度过射性材料的光谱和总发射率测量”，Internat1nalJournal of Thermodynamics,第 16 卷，第 I 期，第 257-265 页(1995) ;Nait_Ali 等人，“在试验结果，分析计算和数字模拟之间高度多孔陶瓷的制备和热导率表征比较”，Journalof European Ceramic Society, 27,第 1345-1350 页(2007) ;Angelescu 等人，“性能耐火衬里的热导率降低基础要求”，Metalurgia Internat1nal,第XV卷,第8期,第48-54页(2010) ;Chekhovskoi 等人氧化乾的热导率”，Refractories and Industrial Ceramics,第10卷，第5-6期，第323页(1969) ；Predeep等人，“一些稀土氧化物的有效热导率和热扩散性”，Physica Scripta,第 55 卷,第 634-636 页(1997) ;Mogilenskii 等人,“来自煅烧氧化宇乙的高密度耐火产品”，Refractories and Industrial Ceramics,第18卷,第11-12期，第 700-702 页(1977) ;Curtis, “氧化乾陶瓷的性能”，Journal of the American CeramicSociety，第40卷，第8期，第274 278页，1957年8月;和Mullinger等人，工业和工艺炉:原理，设计和操作，第4，6，11和12章(2008) ；McMahon等人，“钇，钐，钆，铒和镥氧化物的高温光谱发射率”，Atomic Energy IS-578，具体地图12和17 (1963) ;Uzberg等人，“从氧化宇乙生产的材料的一些性能”，Refractories and Industrial Ceramics,第18卷，第7-8期，第428-433页(1978)中找到关于具体性能的额外信息。这些文献提供以下进一步讨论的关于某些性能的信息。
[0042]可影响涉及温度操作条件的不同性能以提高系统的操作性。例如基于在图1A中所述的温度曲线，不同的反应器组件可要求不同的热性能和/或孔隙率，它会影响这些性能中的某些。这些性能在下文中用热稳定性，发射率，热容量，和热导率与孔隙率表达。
[0043]热稳定性涉及作为温度变化的结果，材料抗分解的能力。反应器组件(例如，工艺-流程组件和隔离组件)应当包括在暴露温度下热稳定的材料。如上所述，这些温度可随组件所处的具体位置而变化。因此，可使用各种方法来确定热稳定性，这些方法包括美国材料试验学会(ASTM)C71，IS0/R 836，和IS0/R 528。由于某些材料不拥有特定的熔点，因此测量可以是以当在耐火性试验的标准化条件下，材料在或多或少的窄的温度范围内熔融或稍微软化时为基础。优选地，在反应器的最炽热部分内的隔离组件由熔点> 2060°C或彡2160°C的材料形成。
[0044]热导率涉及材料传热的能力。隔离组件应当包括热导率低的材料，以妨碍或限制热量从一种材料转移到相邻的组件，而工艺-流程组件可包括具有较高热导率的材料，以促进热量沿着流体的流动转移到其他区域中。在图2中进一步描述了各种材料的热导率对温度的关系。
[0045]图2阐述了在反应器组件中可使用的材料的试验结果和在不同温度下的相关热导率。这一图提供致密氧化铝208 (99%,牌号A-479，由Kyocera制造)，致密氧化钇210，微细氧化钇212，粗糙氧化钇214和致密氧化锆216的热导率。热导率可以通过ASTM E1461测量，例如闪蒸法热导率，其可由本领域技术人员进行。在图表200中，对于沿着X-轴204的各种温度(单位。C )来说，沿着Y-轴202示出了不同材料以瓦特每米。K(W/m*K)为单位的热导率的某些数值。正如这些热导率响应曲线所描绘的，当温度升高时，相对于其他材料，某些材料提供提高的热导率。特别地，在>1000°C的温度下，致密氧化钇210，微细氧化钇212，和粗糙氧化钇214似乎具有较低的热导率，而在这些较高的温度下，致密氧化锆216和致密氧化铝208似乎具有较高的热导率。正因为如此，对于可暴露于温度>1000°C下的隔离组件来说，在隔离组件内的材料可以基本上是氧化钇，而对于较低温度区域来说，可优选氧化错和氧化招。
[0046]因此，工艺-流程组件可具有较高的本体热导率，而隔离组件可具有较低的本体热导率。特别地，对于>600°C，范围为800°C -2000°C，范围为900°C -1800°C，或范围为1000C -1800°C的温度来说，在致密相内，隔离组件的本体热导率可以优选是彡5ff/m.K，(4胃/111*1(，彡31/111*1(，或甚至彡2W/m*K。当使用时，隔离组件不可能在致密相内，因为它可具有以上所述的孔隙率之一。
[0047]同样图2中示出了孔隙率对氧化钇材料热导率的影响。致密氧化钇210基本上无孔且具有约99%的密度(例如，I %孔隙率)。微细氧化钇212含有约13.2%孔隙率和粗糙氧化钇214含有约23.4%孔隙率。在所研究的全部温度范围内的给定温度下，随着孔隙率增加，热导率下降。已知多孔陶瓷的热导率可以大致表达为材料孔隙率的函数:
[0048]
Jw- mmmm_ Λ 羹 Ψ ".Λ — Λ JJ C:
[0049]其中1?是其孔隙率为O的致密陶瓷的热导率；Φ是多孔陶瓷材料的孔隙率。根据这一公式，陶瓷的热导率随着孔隙率增加而下降。一般地，使用多孔陶瓷作为热隔离材料是有益的，因为它提供较长的寿命，点火(firing)氛围内的均匀度，隔离层内较少的收缩率，化学惰性且不含纤维的陶瓷。进一步地，基于隔离组件的体积，调节孔隙率到高于30Vol%也可提高隔离组件的发射率。对于隔离组件来说，这些孔隙可以是不允许流体流过的闭孔。
[0050]为了加强特定的材料，可调节孔隙率以及温度变化，所述孔隙率会改变某些性能，例如热导率。孔隙率是材料颗粒之间孔隙或空的空间的量度。它可优选作为基于总体积，孔隙体积的分数。如上所述，某些量的孔隙率是提高材料强度所需的。可例如在一个或更多个热解反应器，例如，但不限于，具有再生反应器床或可用于实施高温化学反应的芯的那些反应器中提供反应器组件所使用的材料。反应器组件可包括基本上任何合适的几何结构，形式或形状，例如，但不限于，球形，珠状，蜂窝材料，管状，管道，U形管，流体混合器，喷嘴，挤出块体，砖块，瓷砖，反应器塔盘(reactor tray)，塔盘组件和暴露于高温下且可用于不同目的的其他耐火组件。这些反应器组件可以被设计为包括流体通道，导管或其他空间作为组件功能的一部分，它们可被视为或称为流体流经其中的“孔容”。要理解，这种孔容不被视为本文描述的陶瓷材料的"孔隙率"的一部分，和孔隙率以本文描述的各自组件的体积为基础。具体地，本文中规定的孔隙率是不携带物流的基质(matrix)或组件的一部分；常常称为组件(例如，工艺-流程组件或隔离组件)的壁或实心部分，它以该组件的体积为基础。类似地，提到材料或组件的体积是指陶瓷基质的体积，其中包括在其内的孔隙率，而不是初级流体导管通道或孔容。本发明材料的持续强度和相对惰性的性能可提供在现有技术中在先可获得的较宽范围的组件几何结构和功能，从而再次导致工艺改进。可理解，工艺-流程组件倾向于优选较低孔隙率，而隔离组件优选增加的孔隙率，因为它与热导率减少有关。
[0051]另外，也可利用孔隙率提高某些性能，例如控制陶瓷的腐蚀。在基质颗粒当中，孔隙率有助于小规模的基质柔性，同时还允许耗散机械和热应力二者的集中(尤其关于阻止裂纹扩展)。尽管孔隙率涉及陶瓷材料的高的强度和抗热冲击性，但增加的孔隙率量(例如，与外部表面相连的开孔)可允许在该材料内部碳的焦化和渗透，这可导致局部的陶瓷腐蚀或碳沉积在反应器组件内部中。进一步地，增加的孔隙率可用于限制热量从一个部分转移到反应器的另一部分。也就是说，孔隙率包括，但不限于，增加的传热表面积，增加的抗热冲击性，减少裂纹扩展，改进的弯曲强度等。孔隙率优选基本上均匀地分散在组合物当中，
[0052]图3阐述了可在反应器组件中使用的具有不同孔隙率的材料的试验结果和在不同温度下的相关热导率。这一方法利用与图2中所述相同的方法，和孔隙率以组件的体积为基础。在这一图中，示出了具有lvol%孔隙率的氧化钇306，具有14vol%孔隙率的氧化钇308，具有27vol %孔隙率的氧化钇，和具有40vol %孔隙率的氧化钇312在不同温度下的热导率的响应曲线。在图表300中，对于沿着X-轴304的各种温度(单位。C)来说，沿着Y-轴302示出了不同材料以W/m.K为单位的热导率的某些数值。正如这些热导率响应曲线306-312上描绘的，对于不同的温度来说，相对于其他材料，氧化钇的孔隙率的某些变化提供提高的热导率。正因为如此，较高的孔隙率似乎提供较低的热导率。
[0053]然而，某些水平的孔隙率可劣化材料的性能。图4阐述了基于各自组件的体积，在反应器组件中可使用的具有不同孔隙率的材料的一些额外的试验结果和在不同温度下的相关热导率。在这一图中，材料是硅酸钙盐(calsil)，并示出了对于具有5Vol%孔隙率的硅酸钙盐406，具有20vol%孔隙率的硅酸钙盐408，具有40vol %孔隙率的硅酸钙盐410，具有60vol%孔隙率的硅酸钙盐412，具有80vol%孔隙率的硅酸钙盐414，具有85vol%孔隙率的硅酸钙盐416和具有95vol %孔隙率的硅酸钙盐418来说，针对不同温度的热导率响应曲线。这一数据源自于测量的数据和预测的数据。在图表400中，对于沿着X-轴404的各种温度(单位。C)来说，沿着Y-轴402示出了对于硅酸钙盐材料的不同孔隙率来说，以W/m.K为单位的热导率的某些数值。正如这些热导率响应曲线所描绘的，当温度升高时，某些材料相对于其他材料提供提高的热导率。特别地，对于反应器可操作的温度来说，具有40Vol%孔隙率的硅酸钙盐410和具有60Vol%孔隙率的硅酸钙盐412提供较低的热导率，而具有80vol%孔隙率的硅酸钙盐414，具有85vol%孔隙率的硅酸钙盐416和具有95Vol%孔隙率的硅酸钙盐418在较高温度下(例如对于具有95Vol%孔隙率的硅酸钙盐418来说，彡400°C，对于具有85vol%孔隙率的硅酸钙盐416来说，彡1000°C，和对于具有80vol%孔隙率的硅酸钙盐414来说，彡)似乎具有较高的热导率。正因为如此，对于可暴露于温度>1000°C的隔离组件来说，在隔离组件内的材料可具有在某一范围内的孔隙率，例如范围为40vol% _80vol%的孔隙率或者范围为40vol% _60vol%的孔隙率。
[0054]因此，可使用具有不同孔隙率的不同反应器组件。作为一个具体的实例，可通过具有较高的热导率，加强工艺-流程组件。该工艺-流程组件的孔隙率可以是〈5Vol%，<2vol%, <lvol%，或在一些实施方案中甚至基本上没有孔隙率。其他工艺-流程组件的孔隙率可以是>2vol%，>5vol%, >8vol%, >10vol %，或>15vol %，但孔隙率可以是<28vol %，<25vol %，<20vol %，或<15vol %，基于组件的总体积。隔离组件可具有较低的热导率。因此，隔离组件的孔隙率可以是>30vol%，>35vol%或者范围为30vol% -75vol%,35vol % -60vol %, 30vol % -50vol %, 50vol % -75vol %, 51vol % -70vol %,41vol % -50voI %,或40voI % -50vol %,基于隔离组件的体积。
[0055]在热量热解中，借助流道的表面积和反应器内流体之间的相互作用进行换热。在反应器内部的传热牵涉对流传热和辐射传热。在反应器内部，在高于约700°C的温度下，辐射传热系数快速增加。温度升高每约300°C，总传热系数增加大致翻倍。因此，这一传热机理可用于进一步加强反应器及其操作，或者可用于提高隔离组件和工艺流体组件所使用的材料。
[0056]对于反应器内部的某些区来说，可用于隔离组件的另一性能是发射率。发射率涉及材料借助辐射发射能量的能力。工艺-流程组件可包括对于暴露于较高温度的某些区域来说具有高发射率的材料，而隔离组件可包括较低的发射率，以耗散热量，而不是储存或用于工艺流体。
[0057]图5阐述了可在反应器组件中使用的材料的一些额外的结果和在不同温度下的相关发射率。在这一图中，针对碳的响应曲线506，氧化铝的响应曲线508，氧化锆的响应曲线510和氧化钇的响应曲线512，示出了不同温度下的发射率响应曲线。在图表500中，针对沿着X-轴504的各种温度(单位。C )，沿着Y-轴502示出了发射率的某些数值。正如发射率响应曲线506-512上所描绘的，当温度升高时，一些材料相对于其他材料，提供加强的发射率。特别地，对于反应器可操作的温度来说，氧化钇响应曲线512令人惊奇地提供较低的发射率，而碳的响应曲线506，氧化铝的响应曲线508，和氧化锆的响应曲线510在较低温度下似乎具有较高的发射率且在温度> 1000°C下增加。尽管在这些较高的温度下氧化钇也增加，但在温度> 1400°C下，它似乎是稳定的，但其他响应曲线以较快的速度继续增加。作为定义，发射率与反射率是相反的(inverse)。在给定的温度下，具有较低发射率的材料具有较高的热量或能量反射率。正因为如此，氧化钇是良好的隔离材料，而其他材料具有较高的发射率，当暴露于温度>1400°C下时。因此，对于暴露于这些较高温度下的隔离组件来说，隔离组件可优选基本上都是氧化钇。
[0058]可以理解，在较低温度下，相对于辐射传热，对流传热可占主导。因此，反应器组件可具有优选的发射率，对于工艺-流程组件来说，它可以是较高的，和对于隔离组件来说，它可以是较低的。作为一个实例，工艺-流程组件的发射率可以>0.45，和隔离组件的发射率可优选< 0.45。作为一个实例，可在某些区域内使用氧化锆和氧化铝或其他材料，以提供较高的热导率和较高的发射率，这对于工艺-流程组件来说，可以是有用的。然而，对于暴露于较高温度，例如彡700°C, ^ 1000°C，或彡1400°C的隔离组件来说，可使用在1000°C下发射率〈0.65，〈0.55，〈0.45，〈0.35或〈0.3的材料。作为一个实例，这一材料可包括氧化钇。
[0059]进一步地,作为又一提高(enhancement),在隔离组件内部的孔度应当小于福射波长。通过在隔离组件内部具有小于辐射波长的孔度，可妨碍或防止辐射线透过孔隙。对于温度高于1000°C的提高的耐热性来说，孔度范围应当是2-3微米。
[0060]热容量涉及材料保持或保留热量的能力。工艺-流程组件应当包括具有高的热容量的材料，以保留来自一个步骤的热量并提供储存的热量到热解步骤中，同时隔离组件可包括较低的热容量，因为隔离组件耗散该热量，该热量没有被储存或者用于工艺流体。例如，工艺-流程组件应当包括在操作过程中提供充足的热量保留能力的材料，以产生图1A中所示的温度曲线。充足的传热速率的特征在于传热参数ATht，且ATht彡约500.(TC，例如，彡约100.(TC，例如彡约50.(TC。该参数Λ Tht定义为恢复所需的床-均体积传热速率与该床的体积传热系数匕之比。对于恢复来说足够的体积传热速率(例如，cal/cm3sec)计算为气体流速(例如，gm/s燃料和氧化剂)与气体热容量(例如，cal/gm°C燃料和氧化齐U)和所需的端到端(end-to-end)温度变化(排除任何反应)的乘积，然后这一数值除以燃料和氧化剂横跨的恢复区的体积(例如，cm3)。作为一个实例，对于区7来说，在通道14内的ATht是指使用经其传输的燃料量计算("ATht燃料〃)，和使用经其传输的氧化剂量，计算在通道内的Λ Tht (〃 Δ Tht氧化剂〃)。总的Λ Tht基本上等于(Λ Tht燃料)+ ( Λ Tht氧化剂)。在美国专利N0.7，815，873中描述了床的体积传热系数hv，在此通过参考引入。
[0061]也可在不同位置处调节隔离组件的诸如成形性，强度，颗粒尺寸和分布，化学惰性，热容量，和温度稳定性之类的性能。这些性能和在反应器组件中所使用的相关材料的实例描述于各种申请，例如美国专利Nos.7，815，873和7，846，401，以及美国专利申请公布 Nos.2007-0191664 ；2009-0008292 ；2008-0300438 ；2009-0250377 ；2010-0126907 ；
2010-0130803；2010-0292522 ；2010-0290978 ；2010-0288617 ；2010-0292523 ；和
2011-0011768中，其中每一篇在此通过参考引入。可在没有经历过成问题的操作条件(例如，环境或温度)的部分反应器内使用其他材料。
[0062]除了物理和化学性能以外，在隔离组件中所使用的材料具有形成为所需形状的能力，以构造反应器的各种区域。成形性是材料通过变形成形的能力，它可用于工艺-流程组件中，因为这些组件可被成型为复杂结构，以管理工艺流体(例如，第一，第二，第四和第五混合物)流经反应器。期望获得几乎网状的组件，以便可减少该形状的任何切削。对于隔离组件来说，成形性不那么担心，因为这些组件可被成型为较大且不那么复杂的组件，例如砖块，瓷砖或铸块。
[0063]热和冷强度是对于某些反应器组件来说有益的另一种性能。工艺-流程组件优选具有充足的强度，以减少对断裂和裂纹的担心，所述断裂和裂纹允许流体非所需的流动，所述流体可以或者可能没有与隔离组件共享(share)。每一反应器组件应当具有较少量的强度，以便在加热，操作和冷却过程中能保留其形式。
[0064]类似地，除了在高温下的结晶/化学稳定性以及粗糙度以外，可基于可以考虑的机械弯曲强度(断裂模量，"M0R")和/或粉碎强度，测量强度。合适地制造的反应器组件应当在延长的操作跨度内保留其抗热冲击性和机械弯曲强度且没有例如由于损失稳定剂和/或由于碳化物-氧化物腐蚀导致的降解或经历晶体改变。抗热冲击性是一个被评价的参数(即，不是材料的性能)，它可取决于热循环的类型，组件的几何结构，和强度，以及取决于材料的性能或因子。依赖于各种假设的简化的数学表达可用于描述在一组条件下材料的性能以及使用数值分析方法的更复杂的分析，例如有限元和应力-应变分析。这些方法可包括快速的水骤冷实验，例如在ASTM C1525中阐述的，或者模拟(modeling)抗热冲击性，例如Zhou等人提供的方法。参见Zhou等人，“用于陶瓷的新搞热震性模型:建立和评价”，Materials Science&Engineering，第 272-276 页，2005 年 5 月 31 日。正因为如此，在断裂之前的温差与强度，热导率和I分钟的泊松比直接成正比，和与弹性模量(MOE)，热膨胀系数(CTE)，密度，和热容量成反比。因此，优选反复试验，以分析循环热震的影响，例如所述热震是在再生反应器中可能遇到的。
[0065]另一陶瓷性能是弯曲强度，它可通过在ASTM F417或C133中阐述的3-点弯曲试验来测量。热冲击因子是在超过强度之前，材料可耐受的最大AT。组合归一化的抗热冲击性等级4与这种MOR强度在本文中被认为是最小的M0R，且抗冲击性能可用于暴露于较高反应器温度范围的反应器组件，而较低的最小MOR和抗冲击性能可用于某些组件，例如暴露于较低反应器温度下的隔离组件。因此，强度可包括至少6kpsi(41.3MPa),优选至少1kpsi的弯曲强度(M0R)，并提供至少四(4)，优选至少五(5)的抗热冲击性等级。进一步地，正如以下进一步描述的，在隔离组件内增加孔隙率提高热冲击，但可减少组件的强度。对于在隔离组件中提供的优势来说，这一减少的强度可以是可接受的。
[0066]另一性能是反应器组件的化学惰性。化学惰性涉及在高温下和在环境操作条件下反应器组件化学且物理稳定的能力。取决于操作条件(例如，温度梯度和环境条件)，反应器组件应当在有效的寿命内化学惰性或者稳定(例如，在高温下的结晶/化学稳定性)。
[0067]某些陶瓷或耐火材料组合物抵抗或避免渗碳和陶瓷腐蚀问题。例如，反应器可包括逆流再生反应器，所述反应器可牵涉某些反应器组件的还原与氧化环境。该反应器组件应当由适合于在热解反应器装置中使用的耐火材料形成以供在超过1500°C的温度下热解烃原料，所述耐火材料抵抗或避免在活性、富碳环境内的渗碳和陶瓷腐蚀。该反应器组件应当避免与氧化锆化合物从氧化物转变成碳化物，然后有时返回变为氧化物的碳化物-氧化物腐蚀问题，以及有关的非所需的碳沉淀和有关的形貌和晶体结构的非所需的变化。这些问题导致晶体结构变化，所述晶体结构变化会导致机械强度和抗热冲击性的劣化。
[0068]在没有额外说明的情况下，本文中所使用的术语“氧化物”是指在分子水平上主要与氧结合和具体地主要不与碳结合的一种或更多种元素。在没有额外说明的情况下，本文中所使用的术语“碳化物”是指在分子水平上主要与碳结合，但也可包括与氧在分子水平上结合的一种或更多种元素。因此，对于本申请的目的来说，诸如碳氧化锆(zirconiumoxycarbide)Zr(CxOy)之类的物质通常被视为碳化物。具体地，除非另有说明，氧化物是具有小于约1mol %碳,更优选小于5mol%碳和甚至更优选小于Imol %碳的耐火材料。除非另有说明，碳化物是具有大于约1mol%碳的耐火材料。
[0069]在一个或更多个实施方案中，在反应器组件中所使用的材料应当具有高的熔点，且具有热力学优先性，以保持氧化物形式，当暴露于具有高碳活性的热解气体混合物下时。对于高温再生热解反应器来说，满意的耐火材料的熔点应当高于纯氧化铝的熔点(2050°C)，纯氧化铝是许多现有技术中的优选材料。由于杂质和实际使用的局限性，氧化铝不适合于在高于1500°C的温度下商业热解。在反应器的高温区中使用的满意材料的熔点不小于2060°C。更优选的材料的熔点高于2110°C，和甚至更优选熔点高于2160°C。
[0070]进一步地，定义耐火材料抗渗碳和碳化物-氧化物腐蚀能力的另一特征是在热解条件下氧化物形式的材料稳定的程度。发现其氧化物形式在所有热解条件下稳定的材料没有碳化物-氧化物腐蚀。因此，该反应器组件可由当暴露于碳分压为10,巴，氧分压为10_15巴的气体下时且在1800°c -2100°C的全程温度下保持氧化物形式的耐火材料形成。作为一个实例，在含碳气体存在下，钇的氧化物或氧化钇(Y2O3)是热力学稳定的，且没有形成碳化钇(YC)。非所需的化合物碳化钇(YC)由金属钇(Y)，而不是由Y2O3形成。由于与氧化锆相t匕，稳定的氧化物形式(例如，Y2O3)对碳或含碳气体相对惰性(例如，热力学稳定)，因此更加稳定的氧化物形式(例如，Y2O3)似乎抑制碳化物有害地转变为氧化物。测定稳定氧化物的优选浓度为 >50wt %, >70wt %, >80wt %, >90wt %, >95wt %, >99wt %,或基本上 100 %,基于陶瓷材料的总重量。
[0071]在一些实施方案中，耐火材料可进一步包括选自以下的一种或多种〃次级氧化物〃:A1、S1、Mg、Ca、Y、Fe、Mn、N1、Co、Cr、T1、Hf、V、Nb、Ta、Mo、W、Sc、La 和 Ce，及它们的混合物。所述次级氧化物可只是偶尔例如作为杂质、或者经由污染、或者由于烧结、退火或者其它的制造过程而存在。该次级氧化物也可有目的地添加，例如改善某些性能或者用途，例如，在制造期间的加工性；或者可以作为从热过程及存在的其它材料作为副产物产生以及沉积。在该稳定化氧化锆形成的组分中次级氧化物的量典型地可为从实际上不存在到最多5wt%，或者存在0.0Olwt%到最多1wt %，或者在一些实施方案中，从0.0lwt %到5wt%，或者典型地，在其它实施方案中，从0.1到3wt%，基于所形成的稳定化氧化锆组分的重量。
[0072]根据本发明的技术，用于反应器组件的合适的耐火材料对碳化物的形成比氧化锆稳定。对于碳化物和氧化物相之间的热力学平衡来说，这种材料通过在2050°C和p02(g)=10_15巴的条件下，碳压[pC(g)]大于pC(g) = 10_n巴来定义。这一技术规格描述了在2050°C和p02(g) = 10_15巴的条件下，其碳化物/氧化物平衡线落在上述这一 pC(g) = 10_n巴内的一组材料。这些材料具有类似于线[I]或[2]的完全平衡线，但其位置使得在2050°C下的具体pC(g)值大于10_n巴。优选的材料甚至更加稳定，其中对于在碳化物和氧化物相之间的热力学平衡来说，在PO2 (g) = 10_15巴和1800°C-210(TC的温度条件下，所述I类的碳压[pC(g)]大于 pC(g) = 10_1Q 巴。
[0073]正如可以理解的，本文中所使用的术语’三相点’具体指金属、金属碳化物、和金属氧化物的三相点。锆的三相点代表温度以及组成的条件，其中Zr，ZrC,以及ZrO2在氧分压为10_15巴下全部互相平衡。对于这三个相(Zr，ZrCdPZrO2)而言，该三相点出现在具体的PO2(g)，pC(g)和温度的组合下。决定此三相点的热力学本质使得仅存在一个自由度。变量PO2 (g)，pC(g)和温度中仅一个变量可以任意设置(在限定范围内)，以及其它两变量然后通过该材料的热力学确定。因此，例如，在固定的PO2 (g)数值10_15巴下，确定该三相点的其它两参数(pC(g)和温度)是锆的热力学结果。其它的两参数是略微地高于10_12巴的pC(g)以及2060°C附近的温度。本领域技术人员理解三相点的精确位置由科学家更准确地测量热力学和相态的特性而连续限定。因为
【发明者】已经发现材料通过能避免某些不符合要求的相变而表现良好，很自然本发明一些实施方案仅仅公开了具有根据平衡和三相点位置而给定的性能的材料。
[0074]结果是，根据本发明技术的合适的耐火材料包括的材料所具有的氧化物相比锆的氧化物相在PO2(g)数值为10_15巴下更稳定。上述耐火材料在pC(g)高于ZrCJP ZrO2平衡时的pC(g)下保持氧化物形式。或者，上述耐火材料在pC(g)高于ZrC与ZrO2之间相变发生时的pC(g)下保持氧化物形式。如果对于存在ZrC/Zr02相边界的任何温度它们满足氧化物稳定的这一热力学准则，则该材料适合本发明的技术。上述温度典型地低于在相同PO2(g)数值为10_15巴下所确定的三相点温度的那些，该p02(g)数值应用于该热力学稳定性准则。
[0075]在其它的实施方案中，根据本发明的技术的合适的耐火材料在氧化锆不具有稳定氧化物相的温度和pC(g)数值下具有稳定的氧化物相。这种耐火材料在高于锆三相点温度的温度下形成热力学稳定的氧化物相。例如，当暴露于具有PO2(g)数值为10_15巴、和温度比在PO2(g)数值为10_15巴处锆三相点的温度高的气体下时，这种耐火材料形成氧化物。在另一实施方案中，当暴露于下述气体时，这种耐火材料形成氧化物相，该气体的PO2 (g)数值为10_15巴、温度比在PO2 (g)数值为10_15巴处锆三相点高的温度、以及pC(g)高于在相同温度下在Zr与ZrC之间发生相变时的pC (g)。
[0076]而且，根据本发明的技术的合适的耐火材料也可包括氧化物形式的材料以及当暴露于热解气体混合物下时还具有保持为氧化物形式的热力学优先性的材料，该热解气体混合物在2050°C和p02(g) = 10_15巴的条件下的碳分压大于10_n巴。优选材料在碳分压大于10_1Q巴(在p02(g) = 10_15巴以及温度为1800°C -2100°C条件下)保持为氧化物形式。这种耐火材料的非限制实例是氧化钇(钇的氧化物，Y2O3)。
[0077]还优选该耐火材料的熔点不低于2060°C，其高于纯氧化铝熔点(2050°C )约10°C，多年的工业实践说明其存在不足。熔点不低于2060°C的合适的耐火材料是特别优选的，由于它能够在高得多的温度下处理烃原料。因此，使烃原料热解的再生热解反应器(它可以是逆流再生热解反应器)包括具有下述性质的材料的反应器组件:i)熔点不低于2060°C和?)当暴露于碳分压大于10_n巴的参比气体时呈氧化物形式的热力学优先性。
[0078]在一个或更多个实施方案中，用于隔离组件，工艺流体组件或二者的材料可被描述为具有下述的氧化物:i)熔点不小于2060°C ;和ii)当下述条件下时，保持氧化物形式:a)在第一温度下，暴露于第一气体下，所述第一气体具有:i)lxl0_15巴的氧分压和ii)比在第一温度下，氧化锆相变成碳化锆时大的碳分压，其中在该氧分压下，第一温度小于锆的三相点的温度，和/或b)暴露于在第二温度下具有氧分压的第二气体下，所述第二温度大于或等于在该氧分压下锆的三相点的温度。
[0079]若在隔离组件中使用这一材料，则它可包括具有下述的氧化物:i)在致密相内，在范围为800°C -1600°C的温度下的本体热导率彡5ff/m.Κ，和ii)基于隔离组件的体积，孔隙率>30vol%。可如以下进一步描述的，使用其他范围的孔隙率，发射率，和热导率。若在工艺-流程组件中使用这一材料，则它可以包括具有下述的氧化物:i)基于工艺-流程组件的体积，孔隙率为O至28vol %，和/或ii)它可包括在致密相内，在范围为800°C -1600°C的温度下的本体热导率>2W/m.K。
[0080]在一些实施方案中，在从环境温度加热到2300°C期间，耐火材料的晶体结构是立方结构，同时在其他实施方案中，在从2300°C冷却到环境温度期间，耐火材料的晶体结构是立方结构。在许多优选的实施方案中，在2000°C下，耐火材料的蒸汽压小于10_7巴。
[0081]进一步地，根据许多优选的实施方案，形成为反应器组件的材料不包括陶瓷，可能有毒的氧化物(包括化合物和元素)，其中包括，但不限于，放射性，致癌物质，或其他潜在危险的物质，例如铍和钍。有毒物质可例如包括在空气中的8小时重均暴露极限〈2 μ g/m3的材料。
[0082]I1.反应器装置和工艺
[0083]术语“反应器”是指化学转化所使用的设备。正因为如此，可结合被鉴定为反应器的数个对象(items)，变为同样被鉴定为反应器的单一的实体(entity)，因为单独和结合的实体全部可表征为化学转化所使用的设备。术语“热解”和“热解化学”是指任选地通过催化剂辅助，在足以热断裂C-C或C-H键的温度下进行的吸热反应，例如将烃转化成不饱和物，例如乙烯和乙炔。
[0084]术语〃反应器〃，〃反应器系统〃，〃再生器〃，〃回热装置(recuperator) 〃，〃再生床"，〃块体(monolith)"，〃蜂窝"，〃反应物"，〃燃料"，以及〃氧化剂〃具有在专利美国专利US7，943，808中公开的含义，其全面引入本申请作为参考。本文所使用的术语〃热解反应器"是指通过至少热解转化烃所用的反应器或其组合或系统。热解反应器任选地包括一个或更多个反应器和/或相关的设备与管线。术语热解反应器涵盖例如在美国专利申请公布N0.2007/0191664中描述的第一和第二热解反应器的组合与系统。其他实例公开于美国专利N0.7，491，250，美国专利序列号N0.61/349，464和美国专利申请公布Nos.2007/0144940和2008/0142409中。就热解反应器而言、术语〃停留时间〃是指对于分子量范围为4_40的不反应(热解不转化)的分子(例如He，N2, Ar)来说，穿过该反应器或反应器内部的确定区，例如热解反应器的热解区的平均持续时间。术语"热解段"是指至少一个热解反应器，以及任选包括用于引导一种或更多种原料进入其中和/或一种或更多种产物从其中离开的装置。就反应器而言，该术语“区”或〃区域〃是指在反应器内的位置，例如在反应器内的特定体积，在两个反应器之间的特定体积。"热解区"是进行热解的反应器内部的体积。术语"热量热解"是指通过(a)氧化剂与第一混合物中的烃和/或氢气进行放热反应，和/或(b)使第一混合物与气态和/或液态燃烧产物接触，加热第一混合物来提供〈50.0%的热解所用热量。术语"热量热解反应器"是热解反应器，其中通过从反应器组件，例如与该反应器相连的固体表面，例如管状或床材料的传热来提供> 50.0%的热解所用热量；任选地，通过这种传热，提供> 80.0%或> 90.0%的热解所用热量。任选地，放热反应(例如燃烧)在热量热解反应器内发生，放热反应提供主要量(即，> 50.0% )的热解吸热，例如其中的> 75.0%或> 90.0%。相对于将包含烃的热解原料，例如第一混合物来说，术语〃高苛刻度〃是指热解操作条件导致原料中烃转化至乙炔的转化率> 10.0wt.%，基于原料中烃的总重量。
[0085]再生热解反应器是已知的且常规地用于转化或裂解反应，并执行循环、高温化学，例如在比常规蒸汽裂化器中合适地进行的温度高的温度下进行的那些反应。再生反应器循环典型地是或者对称或者不对称的。不对称循环典型地用于执行吸热化学，和所需的吸热化学与不同的放热化学(典型地燃烧)成对出现，以提供吸热反应用反应热。在这一实施方案中，再生逆流热解反应器是(i) “逆流”的，因为相对于第一混合物的平均流动，反应器的上游区域是相对于第四混合物的平均流动的下游区域，和(ii)是再生的，因为在第一混合物转化期间消耗的至少一部分热量由第四混合物的放热反应提供。再生反应器是燃料和氧化剂发生放热反应，在加热步骤储存热量在确定容积内和在接续的步骤中在转化步骤中原料物流转化期间除去一部分热量的反应器。例如，在热量热解条件下，再生反应器使燃料和氧化剂发生放热反应，在加热步骤中在确定容积(例如反应器床)内储存热量和在热解步骤中在热解物流转化期间除去一部分热量。
[0086]因此，可以理解，可根据本发明的技术使用各种再生热解反应器。例如，烃热解反应器可包括外壳，多个输入机构(例如导管和阀门)，一个或更多个隔离组件(例如隔离砖或瓷砖)和一个或更多个工艺-流程组件(例如，反应器床，混合组件等)。可利用外壳密闭内部区域且具有与该外壳相邻的一个或更多个隔离组件。多个输入机构可包括一个或更多个导管和一个或更多个阀门，所述阀门被构造为管理一种或更多种物流从内部区域以外的位置或外壳流入到内部区域中。一个或更多个工艺-流程组件被构造为管理流体流经内部区域，其中一个或更多个工艺-流程组件可包括具有不同部分的反应器床，所述不同部分具有不同的流体通路和润湿区域。这些不同的反应器组件可包括基于工艺条件的不同的组成。
[0087]再生逆流反应器可牵涉按序反复的多个步骤，形成该工艺的循环。也就是说，热解工艺可包括两个或更多个按序的步骤，所述步骤包括再生步骤，加热各区，和热解步骤，在烃的加工模式期间，将第一混合物内的烃转化成第二混合物(例如，反应器产物)。所述步骤可牵涉在固定的取向(orientat1n)(例如,一个或更多个反应器床)上使混合物在固体材料上流过。作为这些步骤的一部分，可使用阀门，交替引入第一混合物和/或第四混合物内的烃到反应器的内部区域中。作为一个实例，再生反应器典型地传输燃料，氧化剂的第四混合物(例如燃烧反应物)，和/或补充量的这些反应物之一直接到达反应器(例如混合区)内部沿着流动路径的位置。在第四混合物内的被传输的混合物然后在其内发生放热反应(燃烧)，并加热工艺-流程组件。之后，排放第五混合物(例如，放热反应产物，例如燃烧产物)，并将第一混合物，例如汽化的烃引入到反应器内，在相反的方向上流动，并暴露于加热的工艺-流程组件下，引起第一混合物内烃的加热和热解。然后骤冷第二混合物(例如，热解的反应产物和/或未反应的第一混合物)，当它们流经反应器时，以中止热解反应并得到热解产物(例如，反应器产物)。在骤冷期间，工艺-流程组件(例如，反应器床)吸收来自第二混合物的热量，当该流体再次逆转时，足以赋予第四混合物热量。
[0088]高苛刻度的操作条件可包括1200°C至2200°C，优选1400°C至1900°C的峰值热解气体温度。特别低，对于具有等温温度曲线的反应器来说，温度可以是1450°C至1700°C，或1540°C至1650°C。对于具有高斯状温度曲线的反应器来说，峰值热解气体温度范围可以是1540°C -2200°C或1600°C -1800°C。进一步地，优选的操作压力可包括彡4磅/平方英寸表压(psig) (28 千帕表压(kPag)),彡 15psig (103kPag),彡 36psig (248kPag),^ 44psig (303kPag)，或 ^ 103psig (710kPag)的压力，但可以是 < 300psig (2068kPag)，(163psig(1124kPag)，或彡150psig (1034kPag)。热解反应器内的停留时间可以是彡0.5秒，^ 0.3秒，和优选彡约50毫秒，或范围为0.001秒-1.0秒，或范围为0.5秒-0.001秒。对于再生反应器来说，可在范围为I秒-240秒，范围为I秒-60秒，范围为2秒-40秒，范围为2秒-20秒，或甚至范围为3秒-10秒的循环时间内操作该工艺。
[0089]此外，正如可以理解的，可一起使用这些不同的压力和温度，形成不同的组合，这取决于设备的具体构造。进一步地，对于再生逆流反应器来说，在热解步骤中的压力可以类似或不同于再生步骤中的压力(例如，在比热解步骤低或高的压力下)。
[0090]对于每一步骤来说，在反应器内的不同的位置处，沿着流动路径，再生步骤可具有不同的温度曲线。该曲线的形状取决于许多因素，其中包括是否和在哪儿发生热量释放反应(燃烧)，起始温度分布，再生步骤的持续时间，气体物流的流速和入口温度，以及气体和固体材料的热容量和传热性能。平均来说，固体材料在再生步骤最后最热。热解步骤消耗热量并降低固体材料的平均温度。热解步骤改变固体材料的温度曲线，其方式取决于许多因素，其中包括在哪儿发生热量消耗(热解)反应，起始温度温度，和热解步骤的持续时间，气体物流的流速和入口温度，以及气体和固体的热容量与传热性能。固定的-固体再生热解反应器没有在稳态下操作。也就是说，在任何给定的位置处，温度变化。然而，这些反应器可以是处于周期性稳态下，这意味着当反应器按序反复再生和热解步骤时，反复出现相同的循环温度。
[0091]反应器可包括反应器组件，例如工艺-流程组件(例如，管理混合物流经反应器所使用的反应器组件，例如反应器床和/或混合组件)和隔离组件(例如，管理热量从反应器内部的工艺-流程组件转移到反应器外表面所使用的反应器组件，例如隔离砖，瓷砖或填充材料(packing))。该反应器组件可由不同材料,例如耐火材料形成,正如以下进一步讨论的。从再生步骤中生成的热量可优选储存在耐火材料的工艺-流程组件，例如反应器床，混合组件和/或其他固体材料内。可设计工艺-流程组件的材料有助于储存并利用热量。格子砖，瓷砖和块体可在反应器内部用作工艺-流程组件。这些材料形成通路网络，所述网络被每一步骤中的气体用于横越(transit)含固体材料的区域。工艺-流程组件中的耐火材料可以是陶瓷，所述陶瓷可包括氧化钇，氧化锆，氧化铝和/或能耐受热解反应器内部温度的其他耐火材料。
[0092]在一个实施方案中，一个或更多个反应器床包括穿过反应器组件的独立通路，以管理第一和/或第四混合物中的烃组分流经反应器床。优选地，每一反应器床包括单独的通路。在反应器床内单独的流体通路可进一步包括流体挡板(barrier),它有效地充当侧壁的作用，以减少或防止各通路之间流体的交叉流动或混合。每一反应器床优选包括多个通路，所述通路可优选为平行的流动布局。有沟槽(Channeled)的反应器床可优选由一个或更多个蜂窝块体(honeycomb monolith)组成。优选的蜂窝块体是包括与侧壁平行地布局的许多(例如，多个，这意味着大于一个)气体流动通路的结构，从而起到隔开每一通路的作用。这一反应器可包括单一的块体或多个块体。可通过挤出或模压具有成型(例如，正方形或六边形)截面的大块方块，且在彼此之上，之后和侧面二维或三维堆叠这些方块而形成每一块体。块体作为反应器床是尤其有效的，因为它们提供高的传热能力和减少的压降。
[0093]在图1B中描绘了两步不对称循环反应所使用的逆流再生反应器的例举实施方案，且在图1A中描绘了温度曲线，为了简单起见，以下一起讨论。该系统包括两个反应器:第一(回热装置/骤冷)反应器7和第二(热解/重整)反应器I。该反应器可被一个或更多个隔离组件20包围，所述隔离组件20可以分成不同的砖或瓷砖，正如以下进一步描述的。
[0094]第一反应器7和第二反应器I包括反应器床，该反应器床包括衬垫或填充材料，例如一种或更多种的玻璃或陶瓷珠粒或球；金属珠粒或球；(i)陶瓷，其中包括例如氧化铝，氧化硅，氧化钇，氧化锆等，及其混合物；或(ii)金属蜂窝材料；陶瓷管；挤出的块体催化剂等。选择含反应器床的材料，以维持完整度，功能性且对于操作边界来说，耐受长期暴露于温度彡700°C，例如彡1200°C，例如彡1500°C，或甚至彡2000°C下。第一和第二反应器的操作与构造可以是例如与美国专利N0.7，943，808中所述的那些相同。没有限制反应器床的形状到任何特定的几何形状。例如，第一和第二反应器可以是伸长的，且可具有椭圆形，圆柱形，和/或矩形截面，其中包括其组合。反应器可以具有相同的形状和尺寸，但这是不要求的。例如，第一反应器可以是基本上圆柱形截面的蜂窝块体形式。第一反应器的通道各自包括多个通路，该通路包括在再生介质内部，例如在蜂窝内部基本上平行，基本上独立的流动路径。
[0095]如上所述，反应器I和7可以分成多个区域或区。一个区域或区具有用与净流动方向大致垂直的平面或表面表示的开始和末端，且一个区域或区具有特征性“区温”，它是在该区内所有位置上的平均值，和在因逆流反应器操作导致出现的任何周期性温度变化的平均值。可测量或预期区温，这是本领域公知的。在反应器的区的开始或末端内不需要任何物理表现(manifestat1n)。它可简单地是在另外均勻的反应器床内的数学构造确定区域。
[0096]在一个或更多个实施方案中，反应器床具有平均温度低于700°C的冷却端(例如，反应器7的末端9或反应器I的末端3)。因此，人们可鉴定反应器I或7内部的“基础区(base zone)”，其区温Tb为几乎700°C，例如约600°C至800°C。这一基础区可包括具有宽范围温度(例如，300°C -1OOO0C )或窄范围温度(例如，650°C -750°C )的反应器内容物。也可鉴定穿过反应器的额外区。例如，区j(例如，其中‘j’表示任何其他区)可以是在反应器I或7内部的区，其区温Tj为几乎1000°C，例如温度范围为约800°C至1200°C，或范围为900°C-1100°C。另一区j可具有大于或等于(彡)1200°C，彡1500°C，或彡1700°C，例如温度范围为约1200°C至1800°C，范围为1400°C至1700°C或范围为1500°C -1700°C的区温
V
[0097]对于某些区来说，应当理解，可调节在反应器组件内的材料，以提高系统的操作。例如，传热速率牵涉对流传热和辐射传热，其中基于工艺条件(例如操作温度)，它们以不同的量存在。对流传热的速率与表面积(例如，润湿的面积，或单位床体积的转移面积)成正比，而辐射传热通过反应器内部的气体和组件来释放。例如,在暴露于温度>700°C，>1000°C，和>1200°C的区内，发射率具有助长隔离组件辐射传热的效果。因此，若人们在炽热的区内使用具有不同寻常高的发射率的材料，则隔离组件无法合适地管理反应器内部的热量。
[0098]为了操作，可进行各种步骤作为一个循环的部分。要理解，可使用一个或更多个阀门V1-V5和其他流体控制阀门(例如，检测阀，气窗(louver)，限流器，计时系统等)，控制第一，第二，第四和第五混合物和任选的吹扫气体(当使用时)的流体流经反应器I和
7。以下进一步描述了这些混合物。例如，在第一反应器中传输燃料(借助导管305)和氧化剂(借助导管3051)到合适的通道内的机构可包括送风系统(plenums)，阀门，风环(vanes)，喷淋器和/或分配器中的一种或更多种。合适的喷淋器，分配器等公开于美国专利N0.7，815，873中，在此通过参考全文引入。尽管本发明的技术与在段206中使用常规的喷淋器，分配器，送风系统等相容，但本发明不限于此。
[0099]加热步骤包括下述特征:(i)通过将至少一部分燃烧热转移到第一反应器7末端11下游的反应器系统中，和(ii)通过将第一反应器上游区域内(相对于第一和第二反应物流动的上游)由第一和第二反应物回收的至少一部分显热转移到第一反应器的下游区域，区域13，或第二反应器中的一个或更多个中，加热区域13和第二反应器I，热再生反应器系统。因此，每一右手和左手边缘的至少一个片段的温度曲线在加热步骤开始时从它们的起始位置起向下游转变(translate),如图1A中箭头6和8所示。应当意识到,在加热和热解步骤期间，温度曲线的边缘的箭头2，4，6和8表示的转变将约束(confine)温度曲线(它可实现例如>1600°C的温度)到可长期耐受这种条件的反应器区域上。任选地，在温度曲线边缘内的偏移伴随着温度曲线峰位置的偏移。在加热步骤期间的操作条件可以与美国专利N0.7，943，808中公开的那些基本上相同。在一个实施方案中，第四混合物中燃料和氧化剂组分的放热反应包括燃烧，燃烧条件包括温度彡1400°C，例如彡1500°C，例如彡16000C，，例如范围为1900°C -2200°C，和压力彡1.0巴(绝对)，例如范围为1.0巴-15.0巴，例如
2.0 巴-8.0 巴。
[0100]在这一实施方案中，再生步骤的总持续时间是第二反应器足以从氧化中提取充足的热量，以实现热解步骤的时间。换句话说，进行加热步骤，其持续时间大于或等于足以使温度峰值朝第二反应器移动足以加热热解区域2064以供在热解步骤期间暴露第一混合物到温度彡1.20xl03°C的时间。任选地，t2范围为0.1秒-30.0秒。任选地，在再生步骤期间，加入到反应器系统中的总热量不超过(a)维持热解反应以供从第一混合物的热解部分中吸热驱动第二混合物，和(b)从该系统中损失的热量，例如当传导时，通过反应器壁损失的热量，和/或例如与第二混合物对流损失的热量所要求的热量总和。任选地，在反应器系统中储存的总热量通常比热解步骤所需的最小热量大得多。
[0101]在热解步骤(例如，反应步骤)期间，第二反应器I处于升高的温度下，和第一反应器7处于比第二反应器I低的温度下。借助导管2046，将第一混合物(例如，热解原料)引入到第二反应器I的第一端3。第一混合物从反应器I中提取热量并任选地与催化剂反应，产生所需的热解反应。
[0102]在升高的温度下，由第一混合物衍生的第二混合物的至少一部分经由第二端5离开第二反应器I并流经第一反应器7，通过第一端11进入并在第二端9离开。第二混合物的蒸气相部分借助导管2065被导引离开反应器系统，且第二混合物的第二部分例如作为沉积物，例如焦炭沉积物，任选地残留在一个或更多个反应器I或7或混合区13内。第一反应器7最初在比第二反应器I低的温度下。当第一和/或第二混合物流经第一反应器7时，它们冷却到与第一反应器7的第二端9相邻存在的温度下。在该循环的加热步骤(再生步骤)期间，在该位置处的温度可以是与在该位置处引入的燃料和氧化剂大致相同的温度。
[0103]现更加详细地描述在再生逆流反应器系统内，(a)由第一混合物衍生第二混合物和(b)由第四混合物衍生第五混合物的连续或半连续工艺。这一工艺的一个特征是在区13中使用混合机构，它位于反应器7和反应器I之间。现更加详细地描述第一混合物，第二混合物，第三混合物和第四混合物。
[0104]II1.混合物
[0105]在一个实施方案中，第一混合物包含烃和任选地进一步包含分子氢和/或稀释齐?。术语“烃”是指(i)含碳原子和氢原子二者，和任选地含其他原子(杂原子)、例如氧、硫和氮的分子(及其混合物)，其中碳原子和氢原子一起包括> 75.0%该分子或分子的混合物内存在的原子。术语"分子氢"是指H2。烃种类不是关键的；例如，该烃甚至可以包含非挥发性的烃，其中包括在热解反应器进口存在的温度、压力、以及组成条件下不在气相内的那些。
[0106]在一个实施方案中，烃衍生于一种或更多种源材料。术语〃源材料〃是指烃的来源，容器，导管，器皿，贮存器等。含烃的源材料的实例包括如下的一种或更多种:甲烷，含甲烷的物流，蒸馏物，残渣，由植物或动物物质衍生的烃物流，和/或其组合。合适的烃原材料包括在美国专利Nos.7，943，808和7，544，852中所述的那些，在此将其全文引入作为参考。作为一个实例，第一混合物可包括> 50wt%烃，基于第一混合物的总重量。
[0107]第一混合物可以衍生于位于热解上游的源材料，但是这不是必要的。例如，在一个实施方案中，衍生自第一源材料的烃以及衍生自第二源材料的氢气分别引导至该热解反应器，该烃以及氢气合并以紧邻该热解反应器(例如在内部)制备第一混合物。任选地，该烃具有(或该烃衍生于一种或多种具有下述的源物质)，例如，氢含量范围为
6.0wt.% -25.0wt.%，8.0wt.% -20.0wt.% (例如,非天然气),或 20.0wt.% -25.0wt.%(例如天然气)。混合物或源材料中的术语“氢含量”是指键合到碳上和/或杂原子共价键合到其上的原子氢且不包括混合物(或源材料)内的分子氢(H2),以基于混合物(或源材料)中烃的重量的wt%形式表达。
[0108]当第一混合物进一步包括分子氢时，第一混合物任选地具有范围为0.0-15.0，例如，0.1-4.0，例如1.0-3.0或1.0-2.0的分子氢与碳(没有键合到氧原子上的在第一混合物内的所有碳原子，例如这可通过核磁共振光谱法来测定)的摩尔比。任选地，第一混合物具有范围为1.0-15.0,例如范围为3.0-8.0的氢(在第一混合物内的所有氢原子,与原子或分子形式无关)与碳(在第一混合物内的所有碳原子，与原子或分子形式无关)的原子比。
[0109]任选地，第一混合物进一步包含稀释剂，例如，^ 1.0wt.%稀释剂，基于第一混合物的重量。合适的稀释剂(其可以是稀释剂混合物)包括一种或更多种含氧物、氮气(N2)、硫化氢、C4+硫醇、胺、胺混合物、非烃非挥发性物(可燃或不可燃)，其中包括耐火材料无机物在内，例如耐火含氧物、惰性气体(包括惰性气体混合物在内)等。在一个实施方案中，第一混合物包含< 10.0wt.%稀释剂。术语“非挥发性物”是指标准常压沸点> 570.(TC的分子及其混合物，例如耐高温的含氧物，耐高温烃，金属，矿物等。可使用美国材料试验协会("ASTM")的方法，测定这些非挥发性物的标准常压沸点(ASTM方法1078)以及用量与性能，例如ASTM方法D-6560，D-7061，D-189，D-482，D-524，和D-2415。能燃烧的非挥发性物称为“可燃非挥发性物”。术语非挥发性物涵盖例如焦炭，灰分，煤烟，残洛，金属，矿物，灰分形成的浙青质，焦油等，其中包括例如在氧化(例如燃烧或部分氧化)和/或热解之中或之后形成的那些，包括可以在反应区内以残渣或沉积物形式残留的那些。任选地，一种或更多种混合物和/或源材料包括C3+。术语〃C3+〃是指具有至少三个碳原子的分子，包括例如焦炭和煤烟，无论这些产物从反应器中出来还是残留在热解反应器内。术语焦炭是指残留在反应器内的热解的可燃非挥发性产物，而术语煤烟是指从反应器中(例如在反应器流出物内)带出的热解的可燃的非挥发性产物。术语“反应器流出物”是指导引离开反应器的热解产物。反应器流出物包括C2不饱和物，其中术语"C2不饱和物"是指具有两个碳原子和< 4个氢原子的烃。
[0110]在一个实施方案中，第二混合物包含彡1.0wt.%的C2不饱和物以及彡1.0wt.%可燃非挥发性物，基于第二混合物的重量。任选地，^ 50.0被％，例如> 75.0wt %，例如^90.0wt %可燃非挥发性物包括C3+物种，例如焦炭，基于第二混合物内的可燃非挥发性物的重量。例如，第二混合物可包括aCl用量的C2不饱和物和ac2用量的C3+烃，其中(i)ac! ^ 1.0wt%和ac2彡0.lwt%,基于第二混合物的种类,和(ii)C3+烃包括彡90wt%焦炭，基于第二混合物内C3+烃的重量。任选地，第二混合物进一步包括氢气、甲烷、乙烷、或稀释剂中一种或多种。除了焦炭以外，C3+烃还任选地进一步包括苯和/或具有> 3个碳原子的石蜡烃(异构、环构、和/或正构)等。任选地，第二混合物具有<约1.0，例如，<约0.6，例如<约0.4的ac2:aci之比。任选地，第二混合物具有一种或更多种下述额外的性能:乙炔:乙烯摩尔比范围为约0.5-约20.0，例如，约1.0-约10.0，例如约1.5-约6.0;分子氢:C2不饱和物的摩尔比范围为2.0-20.0 ;分子氢:乙炔的摩尔比彡0.75，或彡3.0，例如范围为3.0-20.0。任选地，第二混合物包括彡1.0wt %甲烷，例如，2.0wt %-50.0wt % ；^ 1.0wt % 分子氢，例如，2.0wt % -5.0wt % ； ^ 1.0wt % 乙块，例如，2.0wt % -40.0wt % ；^ 1.0wt % 乙烯，例如，2.0wt % -70.0wt %,例如 2.0wt % -20.0wt % ;和> 1.0wt % 的 C3+,例如，2.0wt% -50.0wt该wt%基于第二混合物的重量。
[0111]通过热解，由第一混合物生产第二混合物是吸热反应，从热解反应器系统中引出热量。这一热量的至少一部分可例如在再生步骤期间被替换，结果可按序(热解步骤，接着再生步骤)，例如连续操作该工艺。
[0112]第四混合物包含第一和第二反应物,例如燃料和氧化剂。燃料和氧化剂的放热反应提供热解所利用的至少一部分热量，例如> 50%，例如> 75%，或> 95%热解所利用的热量。视需要，可通过燃烧器或炉，例如反应器外部但与之热量连通的炉提供额外的热量到再生逆流热解反应器中。燃料和氧化剂在混合区13内混合，生产第四混合物，然后通过例如氧化反应，如燃烧，使燃料和氧化剂反应。燃料可包括例如分子氢、合成气(CO和H2混合物)、或烃，比如彡10.0wt.%烃(包括其混合物)，或彡50.0wt.%烃，或彡90.0wt.%烃，基于燃料的重量。氧化剂可包括例如彡10.0wt%分子氧，例如，彡50.0wt%分子氧，或^ 90.0wt%分子氧，基于氧化剂的重量。当燃料包括烃时，所选择的特定烃不是关键的。例如，在一个实施方案中，烃包括针对第一混合物规定的一种或更多种烃，例如甲烷。在一个实施方案中，烃衍生于一种或更多种甲烷，含甲烷的物流，例如煤床甲烷，生物气，缔合气体，天然气，及其混合物或组分等，包括它们，基本上由其组成或者由其组成。当燃料包括氢气和/或烃时，氧化剂的选择不是关键的，条件是该氧化剂能与氢气和/或烃发生放热反应。例如，在一个实施方案中，氧化剂包括例如分子氧和/或臭氧。
[0113]通常有益的是，增加在第四混合物中的氧化剂量超出基本上氧化全部第四混合物的燃料所需的量，例如，作为热解第一混合物的结果，氧化在反应器内残留的可燃非挥发性物。第四混合物也可包含稀释剂，例如下述中的一种或更多种，例如含氧物(水、二氧化碳等)、不燃物种，氮气(N2)，硫化氢，C4+硫醇，胺，胺混合物，非烃非挥发性物(不管是否可燃)，其中包括耐高温的无机物，例如耐高温的含氧物，惰性气体(其中包括惰性气体混合物)等(例如，> 1.0wt%稀释剂，基于第四混合物的重量)。
[0114]第五混合物包含(i)衍生自第四混合物的燃料以及氧化剂的放热反应的产物，和任选(ii)稀释剂，如果第四混合物中存在稀释剂的话，(iii)未反应的燃料和氧化剂，和/或(iv)衍生自第四混合物与反应器内可燃的非挥发性物反应的产物。当燃料与氧化剂的放热反应包括烃燃烧时，或当第四混合物中存在稀释剂时(比如N2或H2S),第五混合物可以包含二氧化碳，以及可以进一步包含硫的氧化物，氮的氧化物等。
[0115]IV.隔离和反应器组件构造
[0116]在一个或更多个实施方案中，可具体地微调在反应器内部的隔离组件，提供如上所述的性能。可构造这些隔离组件，基于层，或者在隔离组件内部的组成而变化。进一步地，可利用隔离组件的具体构造，进一步提高该工艺，如下图6中所述。
[0117]图6是根据本发明技术的一个实施方案的隔离组件以及工艺-流程组件的构造600的一个实施方案。在这一构造600中，一部分反应器的内部区域602包括置于第一反应器床601和第二反应器床607之间的混合组件603。这些反应器床601和607可以各自是蜂窝块体或者提供工艺流体流动通路的其他合适的结构。混合组件603可包括一个或更多个混合器/分配器，它们被构造为混合工艺流体，当它们流经反应器的内部区域602时。这些反应器床601和607以及混合组件603可以是反应器I和7以及混合组件13的部分视图。
[0118]与反应器床601和607以及混合组件603相邻的是流体阻挡层604。可利用流体阻挡层604防止或限制流体从反应器床601和607以及混合组件603内部流动到隔离体20内。因此，流体阻挡层604可具有低的孔隙率，以最小化流体流动。类似于其他工艺-流程组件，例如反应器床601和607以及混合组件603，这一流体阻挡层应当具有某些性能，使得能耐受操作条件(例如，具有化学稳定性和热稳定性)。
[0119]进一步地，由于流体阻挡层604具有与反应器床601和607以及混合组件603相邻的表面604A，因此，流体阻挡层604可具有朝混合组件603和/或反应器床607和601辐射热量的至少一部分流体阻挡层604的组成。流体阻挡层604也可基于其位置具有不同的导热性，这可限制氢渗透流体阻挡层(例如，低孔隙率或较高的密度)。在某些实施方案中，流体阻挡层604可具有从一个表面604A变化到其他表面的组成。例如，在范围为12000C -1600°C的温度和在1500°C下在发射率〈0.45下，在致密相内，在混合组件603附近且与隔离层606D和606E接触的流体阻挡层604的热导率可以是彡4ff/m.Κ。相反，在范围为1200°C -1600°C的温度和在1500°C下在发射率彡0.45下，在致密相内，在反应器床601和607各自末端附近处以及与隔离层606A-606C和606F-606H接触的流体阻挡层604的热导率可以是>4W/m.K。按照这一方式，辐射热可朝混合区反射或辐射。
[0120]在实施方案中用三层砖块或铸块606A-606H，608A-608H和610A-610H以及外壳612表示可含一层或更多层砖块或铸块的隔离体20。可构造这些不同层的砖块或铸块606A-606H，608A-608H，和610A-610H，以防止或最小化流体流动到外壳612中，和/或可被构造具有低的热导率，以最小化外壳612处的温度。
[0121]因此，砖块或铸块层606A-606H，608A-608H和610A-610H可具有高的孔隙率，基于各铸块的体积，和低的热导率，以最小化传热，和在某些位置处，可具有较低的发射率。作为示意性实例，铸块层606A-606H可具有>30vol %的孔隙率，和在范围为800°C -1600°C的温度下，(5ff/m.K的热导率。铸块层608A-608H可具有>35 %的孔隙率，和在范围为8000C -1600°C的温度下，(4ff/m.K的热导率。铸块层610A-610H可具有>35%的孔隙率，和在范围为800°C -1600°C的温度下，彡2W/m.K的热导率。作为另一示意性实例，砖块层606A-606H可具有>30vol %的孔隙率，和在范围为800°C -1600°C的温度下，彡5W/m.K的热导率。砖块层608A-608H可具有范围为30vol% _50vol %的孔隙率，和在范围为8000C -1600°C的温度下，范围为l-3W/m.K的热导率。铸块层610A-608H可具有范围为51vol% -75vol%的孔隙率，和在范围为800°C -1600°C的温度下，范围为0.1-0.9W/m.Κ的热导率。
[0122]在其他实施方案中，第一层铸块层的孔度或孔隙率可以阻碍流体，例如氢气渗透或流动到隔离组件内或者朝外层渗透或流动(远离工艺流体组件)。也就是说，若没有利用流体阻挡层604，则第一层砖块或铸块层606Α-606Η的孔隙率可以低于铸块层608Α-608Η和610Α-610Η的孔隙率。低的热导率仍然可被这些层中每一层利用，以最小化传热，和在某些位置处可具有较低的发射率。作为一个示意性实例，铸块层606Α-606Η的孔隙率可以是Ilvol % -28vol%，和在范围为800°C -1600°C的温度下，热导率彡5ff/m.K。铸块层608A-608H的孔隙率可以是>35%，和在范围为800°C -1600°C的温度下，热导率彡4ff/m.Κ。铸块层610Α-610Η的孔隙率可以是>35%，和在范围为800°C -1600°C的温度下，热导率(2ff/m.K。或者，砖块层608A-608H的孔隙率范围可以是30vol% _50vol%，和在范围为8000C -1600°C的温度下，热导率范围为l-3W/m.Κ，而铸块层610Α-608Η的孔隙率范围可以是51vol% -75vol%，和在范围为800°C -1600°C的温度下，热导率范围为0.1-0.9ff/m.K。
[0123]作为一个实例，隔离组件可包括主要通过氧化钇(包括Y2O3和/或含钇的化合物)来稳定的稳定的氧化锆材料，但也可存在其他稳定化合物或元素，其浓度次于氧化钇的浓度。氧化钇的存在量为>21wt%，>25wt%, >28wt%，或>30wt%氧化钇，基于隔离组件的总重量。在许多实施方案中，隔离组件可包括>50wt%，或>80wt%，或甚至>90wt%M料的热力学稳定的氧化物材料(例如，但不限于氧化钇)。
[0124]除了孔隙率和热导率以外，这些不同的铸块层可具有不同的发射率。如上所述，工艺-流程组件的发射率可以>0.45和隔离组件的发射率可以优选是< 0.45。特别地，可将隔离组件暴露于较高温度，例如彡700°C, ^ 1000°C，或彡1400°C下，且由在1000°C下发射率〈0.65，或〈0.55，或〈0.45，或〈0.35，或甚至〈0.3的材料形成。以下进一步讨论这些方面以及其他变体。
[0125]作为一个实例，图7是在基于模拟结果的反应器内，对于不同温度来说，传热的例举图表720。在这一图表720中，阐述了在不同温度下，从流体阻挡层604经砖块隔离层606A-606H, 608A-608H,和610A-61H到达外壳612，反应器不同部分的温度曲线723-731。在这一实例中，在低温条件下进行反应，其中流体阻挡层(“炽热面”)的厚度范围为10mm-50mm，第一砖块隔离层(“ IFl ”)606A-606H 具有 114mm 的壁厚，和 Product 1651 的组成，第二砖块隔离层(“IF2”)608A-608H具有114mm的壁厚和Product 1968的组成，第三砖块隔离层(“IF3”)610A-610H具有114mm的壁厚和Golite 155的组成，和外壳612 ("Outer")具有55mm的壁厚和碳钢的组成。也就是说，外壳包括碳钢，例如>50被％碳钢，基于外壳的重量。这些结果考虑反应器外部的环境温度为30°C，且没有风和外部发射率为 0.90。
[0126]在图表720中，对于各种温度(单位。C )来说沿着Y-轴721，对于某些位置，沿着X-轴722示出了加热曲线的某些数值。这些位置对应于流体阻挡层604，砖块隔离层606A-606H，608A-608H，和610A-610H，和外壳612 (它可简单地称为隔离层606-612)。在这些温度曲线内的峰值温度在流体阻挡层处，且降低到外表面遇到的最低温度。正如所阐述的，流体阻挡层和第一隔离层暴露于较高温度下，所述较高温度从峰值温度下降大于或等于25%。第三隔离层和外表面经历低于300°C的温度。隔离组件可具有闭孔，以减少流体流经隔离层。因此，第二和第三层不可能暴露于针对流体阻挡层和第一隔离层而存在的化学稳定性挑战下。
[0127]因此，可构造不同的隔离组件，来理解不同的温度和环境条件。特别地，可在不同反应器组件之间改变性能和/或组成(例如，在流体阻挡层604和隔离层606-612之间或者在隔离层606-612之间)。作为一个实例，流体阻挡层和第一砖块隔离层606A-606H的组成可具有第一组合物，第二砖块隔离层608A-608H可具有第二组合物，和第三砖块隔离层可具有第三组合物。第一组合物可包括>50被％氧化钇，第二组合物可包括>50被％氧化锆，和第三组合物可包括>50被％氧化铝。作为另一实例，流体阻挡层604的孔隙率范围可以是Ovol % -5vol%，而砖块隔离层606A-606H，608A-608H，和610A-610H的孔隙率范围可以是30vol % -75vol %。作为另一实例，流体阻挡层和第一砖块隔离层606A-606H的组成可具有含>50被％氧化钇的第一组合物。第二砖块隔离层608A-608H的组成可具有含>50被％氧化铝的第二组合物。第三砖块或铸块隔离层610A-610H可具有含>50Wt%氧化铝的第三组合物。
[0128]在其他实施方案中，在相同层内隔离组件(例如，在606A-606H，608A-608H，或610A-610H层内的隔离砖块)之间的性能和/或组成可以变化。例如，一个实施方案可包括流体阻挡层604和具有>50wt%氧化钇的组合物的隔离砖606C-606F，和具有>50被％氧化锆或>50wt%氧化铝的组合物的隔离砖606A，606B，606G，和606H，608A-608H，和具有氧化铝的组合物隔离砖块或铸块610A-610H。作为另一实例，流体阻挡层604的孔隙率范围可以是0vol% -5vol%，而砖块隔离层606A-606H的孔隙率范围为30vol % _50vol %，隔离砖608A-608H的孔隙率可以是50vol% _75vol %，和隔离砖块或铸块610A-610H的孔隙率范围可以是30vol% -75vol%。
[0129]在又一其他实施方案中，在反应器组件(例如，流体阻挡层604和/或隔离层606-612)内部的性能和/或组成可以变化。例如，一个实施方案可包括在第一表面604A上孔隙率范围为Ovol% -5Vol%的流体阻挡层604，基于流体阻挡层的体积，而第二表面的孔隙率为1vol % -20vol %，基于流体阻挡层的体积。类似地，隔离砖606A-606H，608A-608H,和610A-610H在最接近反应器内部的表面上的孔隙率范围可以是30vol% _40vol%，而最接近外表面的表面的孔隙率范围可以是50vol% -75vol%。另一实施方案可包括在第一表面604A上的孔隙率范围为Ovol % -1Ovol %的流体阻挡层604，而第二表面的孔隙率为llvol%-29vol%。类似地，隔离砖606A-606H和608A-608H在最接近反应器内部的表面上的孔隙率范围可以是30vol % -40voI %，而最接近外表面的表面的孔隙率范围可以是41vol% -50vol%。隔离铸块610A-610H的孔隙率范围可以是51vol% _75vol%。
[0130]类似地，隔离组件的发射率可优选是< 0.45。特别地，可将隔离组件暴露于较高温度，例如彡700。。，> 1000。。，或> 1400°C下，且由在1000°C下发射率〈0.65，或〈0.55，或〈0.45，或〈0.35，或甚至〈0.3的材料形成。以下进一步讨论了这些方面以及其他变体。
[0131]在又一其他实施方案中，隔离组件也可在隔离组件内变化。也就是说，在单一的组件(例如，对于靠近表面的层来说)内，砖块或铸块可具有从一个表面到另一表面不同的孔隙率，发射率和/或热导率。作为一个实例，隔离组件可包括第一表面和第二表面，对于隔离组件来说，它们可彼此相对。该隔离组件在第二表面处可具有与第一表面处的第一孔隙率相差>2%，或>4%，或甚至>10%的第二孔隙率。此外，该隔离组件在第二表面处可具有与第一表面处的第一热导率相差>2%，或>4%，或甚至>10%的第二热导率或发射率。作为又一实例，隔离组件在第二表面处可具有与第一表面处的第一热导率相差>2%,或>4%,或甚至>10%的第二热导率。正如可以理解的，上述实施方案描述了隔离层作为隔离组件的三层和外壳。然而，以上所述的实施方案是为了例举的目的。隔离层的数量可以变化为一层或更多层隔离组件与一个外壳，两层或更多层隔离组件与一个外壳，和或四层或更多层隔离组件与一个外壳。在实现这些实施方案的情况下，外壳可包括置于这些层之间或者这些层外部的一层或更多层材料，例如金属，和/或隔离体。
[0132]这些隔离组件可形成为具有多行的砖块或铸块且被用于包围工艺-流程组件。隔离组件的目的是保护反应器外壳避免温度变化，保持反应器内部的工艺核心温度或者提供温度和对外壳(它可以是金属的)的腐蚀防护二者的组合。外壳衬里的厚度可从数英寸变化到数英尺，这取决于其打算的使用场所。
[0133]V.在再生逆流热解反应器内的操作
[0134]在本发明技术的一个或更多个实施方案中，可利用各种反应器和方法。例如，反应器和方法可包括在专利申请，例如美国专利N0.7，815，873和美国专利申请公布Nos.2007-0191664, 2009-0008292, 2008-0300438, 2010-0126907，和 2010-0130803 中描述的那些，其中每一篇在此通过参考引入。这些专利和专利申请教导并公开了在逆流再生热解反应器内热解烃原料的各种装置和方法，其中包括延迟的燃烧和控制的热定位工艺。
[0135]作为一个实施方案，描述了烃的转化方法。该方法包括提供具有工艺-流程组件和与该工艺-流程组件相邻的隔离组件的反应器；其中该隔离组件包括一种氧化物，该氧化物具有:i)在范围为800°C -1600°C的温度下，在致密相内，彡5ff/m.K的本体热导率；ii)孔隙率彡30vol%；iii)熔点不小于2060°C;和iv)当在下述条件下，保持氧化物形式:a)在第一温度下暴露于第一气体下时，所述第一气体具有i)lxl0_15巴的氧分压，和ii)比在第一温度下氧化锆相变成碳化锆时大的碳分压；其中在该氧分压下，第一温度小于锆的三相点的温度；和/或b)在第二温度下暴露于具有氧分压的第二气体下时，其中在该氧分压下，所述第二温度大于或等于锆的三相点的温度；和在> 1400.(TC的峰值热解气体温度下，将热解原料暴露于热量热解下，生产含C2不饱和物的反应器产物。该反应器产物具有(0.45的C3+与乙炔重量比。该热解原料包括烃，和其中该热解原料具有范围为0.1-5的氢气(H2)与碳(在原料烃分子内的碳原子)的摩尔比。
[0136]该方法也可包括其他步骤或具体的操作条件。例如，至少一部分反应器产物可转化成乙烯，这可通过聚合进行。为了提高热解原料的转化，可调节操作条件，进一步提高该工艺。例如，峰值热解气体温度范围为1540.(TC -2200.(TC，和其中暴露的停留时间范围为
0.5秒-0.001秒。在又一实施方案中，峰值热解气体温度范围为1600.(TC -1800.(TC，和暴露的停留时间范围为0.5秒-0.001秒。在其他实施方案中，压力范围为44psig(303kPag)-300psig(2068kPag)，或者甚至范围为 103psig (710kPag) _163psig (1124kPag)。
[0137]为了给工艺-流程组件提供热量，可进行各种加热步骤。例如，燃烧原料(它可包括两种不同的反应物，例如燃料和氧化剂)可被引入到反应器内。这些反应物可发生放热反应，产生燃烧产物，并提供给工艺-流程组件热量；然后，燃烧产物可被导引离开反应器。在某些实施方案中，反应物，例如燃料和氧化剂独立地在再生逆流反应器内部被加热，之后在该区域内放热反应。
[0138]在下述段落中描述了其他实施方案:
[0139]1.一种烃热解反应器，该反应器包括工艺-流程组件和与该工艺-流程组件相邻的隔离组件；其中该隔离组件包括氧化物，该氧化物具有:i)在范围为800°C -1600°C的温度下，在致密相内< 5W/m.K的本体热导率；ii)基于隔离组件的体积，彡30vol%的孔隙率；iii)不小于2060°C的熔点；和iv)当在下述条件下，保持氧化物形式:a)在第一温度下暴露于第一气体下时，所述第一气体具有i)lxl0_15巴的氧分压，和ii)比在第一温度下氧化锆相变成碳化锆时大的碳分压；其中在该氧分压下，第一温度小于锆的三相点的温度；和/或b)在第二温度下暴露于具有氧分压的第二气体下时，其中在该氧分压下，所述第二温度大于或等于锆的三相点的温度。
[0140]2.段落I的烃热解反应器，其中工艺-流程组件的孔隙率范围为lVol%至28vol%，基于工艺-流程组件的体积，和隔离组件的孔隙率范围为30vol%至75vol%，基于隔离组件的体积。
[0141]3.段落1-2任何一项的烃热解反应器，其中隔离组件的孔隙率范围为30vOl%至75vol %，基于隔离组件的体积。
[0142]4.段落1-2任何一项的烃热解反应器，其中隔离组件的孔隙率范围为30vOl%至50vol %，基于隔离组件的体积。
[0143]5.段落1-2任何一项的烃热解反应器，其中隔离组件的孔隙率范围为50vOl%至75vol %，基于隔离组件的体积。
[0144]6.段落1-5任何一项的烃热解反应器，其中当隔离组件具有范围为800°C-1600°C的温度时，在致密相内，隔离组件的本体热导率彡4ff/m.K。
[0145]7.段落1-5任何一项的烃热解反应器，其中当隔离组件具有范围为800°C-1600°C的温度时，在致密相内，隔离组件的本体热导率彡2ff/m.K。
[0146]8.段落1-7任何一项的烃热解反应器，其中在1000°C下，在致密相内，隔离组件的发射率为0.35。
[0147]9.段落1-7任何一项的烃热解反应器，其中在1000°C下，在致密相内，隔离组件的发射率为0.30。
[0148]10.段落1-9任何一项的烃热解反应器，其中隔离组件具有大于90wt%氧化钇的组成，基于隔离组件的重量。
[0149]11.段落1-10任何一项的烃热解反应器，其中隔离组件包括第一表面和第二表面，其中第二表面的孔隙率比第一表面大>2%。
[0150]12.段落1-10任何一项的烃热解反应器，其中隔离组件包括第一表面和第二表面，其中第二表面的热导率比第一表面大>2%。
[0151]13.段落1-10任何一项的烃热解反应器，其中隔离组件包括第一表面和第二表面，其中第二表面的发射率比第一表面大>2%。
[0152]14.段落1-13任何一项的烃热解反应器，其中当在2050°C的温度下，暴露于碳分压为10_n巴，氧分压为10_15巴的气体下时，该隔离组件保持氧化物形式。
[0153]15.段落1-14任何一项的烃热解反应器，其中烃热解反应器包括至少一个热量热解反应器。
[0154]16.段落1-14任何一项的烃热解反应器，其中烃热解反应器包括至少一个逆流再生反应器。
[0155]17.段落1-16任何一项的烃热解反应器，其中隔离组件的熔点不小于2160°C。
[0156]18.段落1-17任何一项的烃热解反应器，其中隔离组件包括多块隔离砖，其中该隔离砖包括氧化钇，含钇的化合物及其组合中的至少一种。
[0157]19.段落1-17任何一项的烃热解反应器，其中隔离组件包括多块隔离砖，其中多块隔离砖中的至少一块包括>50wt%氧化钇，和含氧化钇的隔离砖中的至少一块进一步包括一种或更多种的锆，氧化铝及其组合。
[0158]20.段落18-19任何一项的烃热解反应器，进一步包括置于多块隔离砖和工艺-流程组件之间的孔隙率范围为0% -10%的流体阻挡层。
[0159]21.段落18-20任何一项的烃热解反应器，进一步包括置于多块隔离砖和在该反应器外部位置之间的含钢的外壳。
[0160]22.段落21的烃热解反应器，其中构造多块隔离砖，在工艺-流程组件和外壳之间形成两层或更多层。
[0161]23.段落1-22任何一项的烃热解反应器，其中工艺-流程组件是一种或更多种的反应流体混合器，蜂窝块，反应器床，反应器导管，和反应物混合器。
[0162]24.段落1-23任何一项的烃热解反应器，其中隔离组件包括0.001wt% _5￥七％含选自 Al，Si，Mg, Ca, Fe, Mn, Ni, Co, Cr, Ti, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Sc, La 和 Ce 中的元素的化合物及其混合物，基于隔离组件的重量。
[0163]25.一种烃的转化方法，该方法包括:
[0164]提供具有工艺-流程组件和与该工艺-流程组件相邻的隔离组件的反应器；其中该隔离组件包括氧化物，该氧化物具有:
[0165]i)在范围为800°C -1600°C的温度下，在致密相内彡5ff/m.K的本体热导率；
[0166]ii)基于隔离组件的体积，彡30VOl%的孔隙率；
[0167]iii)不小于2060°C的熔点；和
[0168]iv)当在下述条件下，保持氧化物形式:
[0169]a)在第一温度下暴露于第一气体下时，所述第一气体具有i) IxlO-15巴的氧分压，和ii)比在第一温度下氧化锆相变成碳化锆时大的碳分压；其中在该氧分压下，第一温度小于锆的三相点的温度；和/或
[0170]b)在第二温度下暴露于具有氧分压的第二气体下时，其中在该氧分压下，所述第二温度大于或等于锆的三相点的温度；和
[0171]在> 1400.(TC的峰值热解气体温度下，将热解原料暴露于热量热解下，生产含C2不饱和物的反应器产物。
[0172]26.段落25的方法，其中反应器产物具有彡0.45的C3+与乙炔重量比。
[0173]27.段落25-26任何一项的方法，其中热解原料包括>10Wt%烃，基于热解原料的总重量，和其中该热解原料具有范围为0.1-5的氢气(H2)与碳(在原料烃分子内的碳原子)的摩尔比。
[0174]28.段落25-27任何一项的方法，进一步包括聚合至少一部分反应器产物成乙烯。
[0175]29.段落25-28任何一项的方法，进一步包括:引入燃烧原料到反应器中；使该燃烧原料反应，产生燃烧产物并提供给工艺-流程组件热量；和将燃烧产物从反应器中导引开。
[0176]30.段落29的方法，其中燃烧原料包括在再生逆流反应器内部独立地加热的燃料和氧化剂，之后在该区域内放热反应。
[0177]31.段落25-30任何一项的方法，其中峰值热解气体温度范围为1540.(TC -2200.(TC，和其中暴露的停留时间范围为0.5秒-0.001秒。
[0178]32.段落25-30任何一项的方法，其中峰值热解气体温度范围为1600.0°C -1800.(TC，和其中暴露的停留时间范围为0.5秒-0.001秒。
[0179]33.段落25-31任何一项的方法，其中压力范围为44psig(303kPag)-300psig(2068kPag) ο
[0180]34.段落25-31任何一项的方法，其中压力范围为103psig(710kPag)-163psig(ll24kPag)ο
[0181]35.一种再生反应器系统，它包括:第一反应器床和与该第一反应器床流体连通的第二反应器床，与第一反应器床和第二反应器床相邻的至少一层隔离层，其中在范围为8000C -1600°C的温度下，在致密相内，隔离层的本体热导率彡5ff/m.K，或者孔隙率范围为30 %至75 %，基于隔离层的体积。
[0182]36.段落34的烃热解反应器，其中至少一层隔离层包括置于外壳和第一反应器床与第二反应器床之间的多块隔离砖。
[0183]37.段落35的烃热解反应器，其中多块隔离砖中的至少一块包括>70Wt%氧化钇，和至少一块含氧化钇的隔离砖包括一种或更多种的锆，氧化铝及其组合。
[0184]38.段落34-36任何一项的烃热解反应器，进一步包括置于至少一层隔离层和第一反应器床与第二反应器床之间的流体阻挡层，其中该流体阻挡层的孔隙率范围为0% -10%，基于流体阻挡层的体积。
[0185]39.段落36-37任何一项的烃热解反应器，其中外壳包括>50被％的碳钢。
[0186]40.段落34-38任何一项的烃热解反应器，其中构造多块隔离砖，在第一反应器床与第二反应器床和外壳之间形成两层或更多层。
[0187]41.一种烃的转化方法，该方法包括:
[0188]提供具有工艺-流程组件和与该工艺-流程组件相邻的隔离组件的反应器；其中该隔离组件包括氧化物，该氧化物具有:
[0189]i)在范围为800°C -1600°C的温度下，在致密相内彡5ff/m.K的本体热导率；
[0190]ii)基于隔离组件的体积，彡30VOl%的孔隙率；
[0191]iii)不小于2060°C的熔点；和
[0192]iv)当在下述条件下，保持氧化物形式:
[0193]a)在第一温度下暴露于第一气体下时，所述第一气体具有i) IxlO-15巴的氧分压，和ii)比在第一温度下氧化锆相变成碳化锆时大的碳分压；其中在该氧分压下，第一温度小于锆的三相点的温度；和/或
[0194]b)在第二温度下暴露于具有氧分压的第二气体下时，其中在该氧分压下，所述第二温度大于或等于锆的三相点的温度；和
[0195]在> 1400.(TC的峰值热解气体温度下，将热解原料暴露于热量热解下，产生含C2不饱和物的反应器产物。
[0196]42.段落41的方法，其中反应器产物具有彡0.45的C3+与乙炔重量比。
[0197]43.段落41-42任何一项的方法，其中热解原料包括>1(^丨％烃，基于热解原料的总重量，和其中该热解原料具有范围为0.1-5的氢气(H2)与碳(在原料烃分子内的碳原子)的摩尔比。
[0198]44.段落41-43任何一项的方法,进一步包括聚合至少一部分反应器产物成乙烯。
[0199]45.段落41-44任何一项的方法，进一步包括:
[0200]引入燃烧原料到反应器中；
[0201]使该燃烧原料反应，产生燃烧产物并提供给工艺-流程组件热量；和
[0202]将燃烧产物从反应器中导引开。
[0203]46.段落45的方法，其中燃烧原料包括在再生逆流反应器内部独立地加热的燃料和氧化剂，之后在该区域内放热反应。
[0204]47.段落41-46任何一项的方法，其中峰值热解气体温度范围为1540.(TC -2200.(TC，和其中暴露的停留时间范围为0.5秒-0.001秒。
[0205]48.段落41-46任何一项的方法，其中峰值热解气体温度范围为1600.0°C -1800.(TC，和其中暴露的停留时间范围为0.5秒-0.001秒。
[0206]49.段落41-48任何一项的方法，其中压力范围为44psig(303kPag)-300psig(2068kPag) ο
[0207]50.段落41-48任何一项的方法，其中压力范围为103psig(710kPag)-163psig(ll24kPag)ο
[0208]51.一种再生反应器系统,它包括:
[0209]第一反应器床和与该第一反应器床流体连通的第二反应器床，
[0210]与第一反应器床和第二反应器床相邻的至少一层隔离层，其中在范围为8000C -1600°C的温度下，在致密相内，隔离层的本体热导率彡5ff/m.K，或者孔隙率范围为30%至 75%。
[0211]52.段落51的烃热解反应器，其中至少一层隔离层包括置于外壳和第一反应器床与第二反应器床之间的多块隔离砖。
[0212]53.段落52的烃热解反应器，其中多块隔离砖中的至少一块包括>70wt%氧化钇和多块隔离砖中的至少一块包括一种或更多种的锆，氧化铝及其组合。
[0213]54.段落51-53任何一项的烃热解反应器，进一步包括置于至少一层隔离层和第一反应器床与第二反应器床之间的流体阻挡层，其中该流体阻挡层的孔隙率范围为0% -10%。
[0214]55.段落52-54任何一项的烃热解反应器，其中外壳包括>50wt%碳钢。
[0215]56.段落51-55任何一项的烃热解反应器，其中构造多块隔离砖，在第一反应器床与第二反应器床和外壳之间形成两层或更多层。
[0216]尽管相对于某些实施方案，描述并阐述了本发明，但要理解，本发明不限于所公开的特定细节并且延伸到权利要求范围内的所有等价方案。除非另有说明，所有百分比，份数，比值等以重量计。除非另有说明，提到化合物或组件包括该化合物或组件本身以及与其他元件，化合物或组件的组合，例如化合物的混合物。进一步地，当以优选的上限值和优选的下限值形式给出用量，浓度或其他值或参数时，要理解为具体地公开了由任何一对优选上限和优选下限形成的所有范围，而与是否独立地公开范围无关。
【权利要求】
1.一种烃热解反应器，该反应器包括: 工艺-流程组件；和 与该工艺-流程组件相邻的隔离组件；其中该隔离组件包括氧化物，该氧化物具有: i)在范围为800°C-1600°C的温度下在致密相内彡5ff/m.K的本体热导率； ii)基于隔离组件的体积，彡30Vol%的孔隙率； iii)不小于2060°C的熔点；和 iv)当在下述条件下，保持氧化物形式: a)在第一温度下暴露于第一气体下时，所述第一气体具有 i)lxl0_15巴的氧分压，和 ii)比在第一温度下氧化锆相变成碳化锆时大的碳分压； 其中在该氧分压下，第一温度小于锆的三相点的温度；和/或 b)在第二温度下暴露于具有氧分压的第二气体下时，其中在该氧分压下，所述第二温度大于或等于锆的三相点的温度。
2.权利要求1的烃热解反应器，其中工艺-流程组件的孔隙率范围为1V01%至28vol %，基于工艺-流程组件的体积。
3.权利要求1或2的烃热解反应器，其中隔离组件的孔隙率范围为30vOl%至75vol %，基于隔离组件的体积。
4.权利要求1-3任何一项的烃热解反应器，其中隔离组件的孔隙率范围为30vOl%至50vol %，基于隔离组件的体积。
5.权利要求1-4任何一项的烃热解反应器，其中隔离组件的孔隙率范围为50vOl%至75vol %，基于隔离组件的体积。
6.权利要求1-5任何一项的烃热解反应器，其中在范围为800°C-1600°C的温度下，在致密相内，隔离组件的本体热导率为< 4W/m.K。
7.权利要求1-5任何一项的烃热解反应器，其中在范围为800°C-1600°C的温度下，在致密相内，隔离组件的本体热导率为< 2W/m.K。
8.权利要求1-7任何一项的烃热解反应器，其中在1000°C下，在致密相内，隔离组件的发射率为〈0.35。
9.权利要求1-7任何一项的烃热解反应器，其中在1000°C下，在致密相内，隔离组件的发射率为〈0.30。
10.权利要求1-9任何一项的烃热解反应器，其中隔离组件包括彡90wt%氧化钇，基于隔离组件的重量。
11.权利要求1-10任何一项的烃热解反应器，其中隔离组件包括第一表面和第二表面，其中第二表面的孔隙率比第一表面大>2%。
12.权利要求1-10任何一项的烃热解反应器，其中隔离组件包括第一表面和第二表面，其中第二表面的热导率比第一表面大>2%。
13.权利要求1-10任何一项的烃热解反应器，其中隔离组件包括第一表面和第二表面，其中第二表面的发射率比第一表面大>2%。
14.权利要求1-13任何一项的烃热解反应器，其中当在碳分压为10_n巴和氧分压为10_15巴的气体存在下，暴露于2050°C的温度下时，该隔离组件保持氧化物形式。
15.权利要求1-14任何一项的烃热解反应器，其中烃热解反应器包括至少一个热量热解反应器。
16.权利要求1-14任何一项的烃热解反应器，其中烃热解反应器包括至少一个逆流再生反应器。
17.权利要求1-16任何一项的烃热解反应器，其中隔离组件的熔点不小于2160°C。
18.权利要求1-17任何一项的烃热解反应器，其中隔离组件包括多块隔离砖，其中该隔离砖包括氧化钇，含钇的化合物及其组合中的至少一种。
19.权利要求1-17任何一项的烃热解反应器，其中隔离组件包括多块隔离砖，其中多块隔离砖中的至少一块包括>50wt%氧化钇，和多块隔离砖中的至少一块包括锆和/或氧化招。
20.权利要求18或19的烃热解反应器，进一步包括置于多块隔离砖和工艺-流程组件之间的孔隙率范围为0% -10%的流体阻挡层。
21.权利要求18-20任何一项的烃热解反应器,进一步包括含钢的外壳,该外壳置于多块隔离砖和在该反应器外部的位置之间。
22.权利要求21的烃热解反应器，其中多块隔离砖在工艺-流程组件和外壳之间形成两层或更多层。
23.权利要求1-22任何一项的烃热解反应器，其中工艺-流程组件是反应流体混合器，蜂窝块，反应器床，反应器导管，或反应物混合器中的一种或更多种。
24.权利要求1-23任何一项的烃热解反应器，其中隔离组件包括0.001wt% _5被％含选自 Al，Si，Mg, Ca, Fe, Mn, Ni, Co, Cr, Ti, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Sc, La 和 Ce 中的元素的化合物及其混合物，基于隔离组件的重量。
25.一种隔离组件，它包括选自元素周期表第IIa, IIIb, IVb, Vb, VIb, VIb7VIIb, VIII，lb, lib, Illa，或Va族中的一种或更多种元素的至少一种氧化物，该氧化物具有: i)在范围为800°C-1600°C的温度下，在致密相内彡5ff/m.K的本体热导率； ii)基于隔离组件的体积，彡30Vol%的孔隙率； iii)不小于2060°C的熔点；和 iv)当在下述条件下，保持氧化物形式: a)在第一温度下暴露于第一气体下时，所述第一气体具有 i)lxl0_15巴的氧分压，和 ii)比在第一温度下氧化锆相变成碳化锆时大的碳分压； 其中在该氧分压下，第一温度小于锆的三相点的温度；和/或 b)在第二温度下暴露于具有氧分压的第二气体下时，其中在该氧分压下，所述第二温度大于或等于锆的三相点的温度。
【文档编号】B01J19/02GK104203395SQ201380015106
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2013年1月14日 优先权日:2012年3月20日
【发明者】P·F·柯森科思恩, C·全, F·赫什科维茨, R·L·安特拉姆 申请人:埃克森美孚化学专利公司