CN105050992B - 利用振荡挡板反应器的烯烃水合工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种丁醇生产系统以及由水和混合丁烯生产精制混合丁醇的方法。所述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。所述反应器具有挡板室。所述分离系统能够有效地独立地从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能够有效地引起通过反应器的工艺流体的非稳态流体流动。生产精制混合丁醇的方法包括将混合丁烯、水和丁烯水合催化剂引入到反应器，运行丁醇生产系统，使得外部运动驱动器引起工艺流体的非稳态流动，以及在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。

Description

利用振荡挡板反应器的烯烃水合工艺
技术领域
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
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。
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。
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—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。
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
一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。
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、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。
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。
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。
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(～5μm)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。
附图简要说明
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：
图1是丁醇生产系统的实施方案的工艺流程图；
图2是丁醇生产系统的另一个实施方案的工艺流程图；
图3是丁醇生产系统的另一个实施方案的工艺流程图；
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。
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。
优选实施方案的详细说明
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。
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。
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。
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。
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。
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。
图1
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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料，以进入内部挡板单程反应器120的内部，包括水注入口128、丁烯注入口130和催化剂注入口132。
工艺流体还通过传递借助于外部换热系统转移至反应器内的热量来提供潜热，用于支持水合反应。例如，图1示出了包封内部挡板单程反应器120的一部分的温度控制夹套140。温度控制夹套140能够有效地为反应器120的包封部分提供热量，以促进工艺流体中的水合反应。温控流体供应管道142引入新鲜的温控流体，并且温控流体回流管道144传送用过的温控流体。
内部挡板单程反应器120具有沿着其操作长度的固定内部挡板146。随着工艺流体流过反应器120，固定内部挡板146干扰流体动量，并改变工艺流体的流动路径。流动动量的干扰和流体流动路径的改变使得工艺流体中的丁烯、水和催化剂一起在挡板室147中发生密切混合。各挡板室由一对固定内部挡板146以及沿着反应器120的内壁125而限定。与反应器120的中心轴不一致的流体流动也有利于通过将热量从反应器120的内壁传输至本体工艺流体而将热量传递至流体。固定内部挡板146还增加了工艺停留时间，这提高了丁烯向丁醇的转化。
工艺流体振荡器148位于内部挡板单程反应器120的近端122附近。工艺流体振荡器148通过振荡器封口150连接至反应器120，从使得工艺流体振荡器148从反应器120的外部向内部传送工艺流体，而不会使工艺流体暴露于外部污染物，并且不会将工艺流体泄漏至外部环境。工艺流体振荡器148在振荡器头151处与反应器120的内壁摩擦连接。振荡器头151与工艺流体接触。
由于工艺流体与振荡器头151的接触以及工艺流体的不可压缩性，工艺流体振荡器148的相对位置的变化使得工艺流体的位置产生变化。工艺流体的位置变化使得沿着反应器120的操作长度的工艺流体的流动动量产生非稳态。工艺流体流动的非稳态增强了混合和吸热。不可压缩的工艺流体的拉动和推动使得工艺流体的流动相对于反应器120内部的固定位置发生涌动和后退。
振荡器封口150的构造、与外部运动驱动器152的连接以及振荡器头151与内部挡板单程反应器120的内壁的接触将工艺流体振荡器148限制在有限的运动范围内。当操作时，工艺流体振荡器148使振荡器头151以线性方向的往复方式移动。
图2
图2是丁醇生产系统的另一个实施方案的工艺流程图。图2的丁醇生产工艺将若干种供料引入丁醇生产系统200，包括混合丁烯和水供料的组合201以及水合催化剂供料106。混合丁烯和水供料的组合201通过丁烯和水注入口203进入内部挡板单程反应器120。丁醇生产系统200制得若干种产物，包括精制排气292和丁醇产物114。系统循环流丁烯循环182和水循环288都有助于使组合供料201中的补充混合丁烯和水的量最小化。
图2中的分离系统260与图1中的分离系统160的构成不同。高压(HP)水分离器272连接至冷却器170，接收冷却的粗产物，并除去大部分的水，从而形成贫水的粗产物。回收的水和水合催化剂经水循环288传送用于再次被引入到内部挡板单程反应器120。
脱丁烯塔180连接至HP水分离器272，接收贫水的粗产物，并且运行以从该贫水的粗产物中除去未反应的丁烯，而形成不含丁烯的粗产物。回收的丁烯经由丁烯循环182而传送到内部挡板单程反应器120的近端。
渗透蒸发单元284包括渗透蒸发膜286。渗透蒸发单元284连接到脱丁烯塔180，接收不含丁烯的粗产物，并且能够有效地利用渗透蒸发膜286从不含丁烯的粗产物中将丁醇作为渗透物而分离。渗透蒸发单元284在渗透物侧形成丁醇蒸汽，并在渗透蒸发膜286的供料侧形成大部分由水构成的渗余物。水渗余物通过水循环288而传送到内部挡板单程反应器120。
丁醇分离塔290连接至渗透蒸发单元284，接收丁醇蒸汽，并且运行以将丁醇蒸汽精制为精制混合丁醇。精制混合丁醇基本上不含水和丁烯，并且通过丁醇产物114输送。丁醇分离塔290排出轻质且不冷凝的气体。一部分轻质不冷凝的气体通过排气流292排出，其余的通过丁醇循环的蒸馏循环294而循环至渗透蒸发单元284。
图3
图3是丁醇生产系统的另一个实施方案的工艺流程图。图3的丁醇生产工艺引入与图2的工艺中所示相似的供料。丁醇生产系统300产生若干种产物，包括废催化剂110和丁醇产物114。系统300循环流丁烯循环182和水循环288都有助于使组合供料201中的混合丁烯和水的补充量最小化。
图3中的分离系统360与分离系统160和260构成不同。旋风分离器172连接至冷却器170，接收冷却的粗产物，并经由废催化剂110除去任何残留的非均相水合催化剂、聚合物和其他固体。旋风分离器172通过废催化剂110产生废弃催化剂以及不含催化剂的粗产物。高压(HP)水分离器272连接至旋风分离器172，接收不含催化剂的粗产物，并在高压下将包含丁醇和丁烯的有机相从水相中分离。水相仍然包含一些丁醇，但是比有机相中少得多。脱丁烯塔180连接至HP水分离器272，接收有机丁醇和丁烯相，并将有机相分离成为可循环的丁烯和精制混合丁醇。回收的丁烯经由丁烯循环182被输送至工艺前段，且精制混合丁醇由丁醇产物114传送。共沸塔390连接至HP水分离器272，接收水相，并将水相分离成为丁醇/水共沸混合物和可循环的水。丁醇/水共沸混合物经由丁醇/水循环392循环至分离系统360的前段，且可循环的水经由水循环288输送至工艺的前段。
工艺流体和粗产物
工艺流体是处于内部挡板单程反应器内部时在丁醇生产工艺的运行条件下不混溶的丁烯和水的双相工艺流体。在沿着反应器的操作长度的任意给定点处，工艺流体包含丁烯、水、任选的丁烯水合催化剂和丁烯水合产物，尤其是丁醇。
丁烯水合反应发生在内部挡板单程反应器中。工艺流体支持反应器中在丁烯水合催化剂的存在下混合丁烯转化为混合丁醇的水合反应。作为部分丁醇生产工艺，工艺流体由反应器近端位置以粗产物的形式而传送到反应器的远端位置。
粗产物是产物丁醇、水、丁烯和任选的丁烯水合催化剂(其仍然可以是活性的)的组合。粗产物是从内部挡板单程反应器的远端传送后的工艺流体。
混合丁烯
作为丁醇生产工艺的一部分，将混合丁烯作为反应物而引入。混合丁烯可以是提纯的，或者可以来自于石油化工精炼厂内部来源，包括作为FCC单元或热裂解单元的产物，来自于MTBE或TBA工艺的残油液，液化石油气(LPG)的馏分，或者作为若干种类似来源的组合流。混合丁烯包含一种或多种1-丁烯、一种或两种丁烯(即，顺式或反式)、和异丁烯。混合丁烯还可以包含其他烷烃和烯烃。
在丁醇生产过程的实施方案中，混合丁烯包含1-丁烯。丁醇生产工艺的实施方案包括其中混合丁烯基本上由1-丁烯构成的情况。新鲜的或“补充的”1-丁烯优选是聚合级的。新鲜的1-丁烯为至少99体积％的1-丁烯，或者99.5体积％的1-丁烯，或者99.9体积％的1-丁烯，或者99.95体积％的1-丁烯，或者甚至更高的纯度。新鲜1-丁烯中的杂质为等于或低于5ppm(以体积计)。
来自于丁醇生产系统的其他部分的循环丁烯使丁烯转化效率最大化。丁醇生产系统包括分离系统，其将可回收的混合丁烯从粗产物中选择性分离。丁醇生产系统的实施方案包括其中丁醇生产系统能够有效地将选择性分离的混合丁烯引入到内部挡板单程反应器的情况。丁醇生产工艺的实施方案包括运行丁醇生产系统，从而独立地将选择性分离的混合丁烯引入到内部挡板单程反应器。与新鲜的丁烯相比，循环的丁烯可具有较低的组成纯度，因为循环材料已经存在于丁醇生产系统的内部，不能引入新的惰性或污染性的物质。
以压缩气体、液体、超临界流体或其组合的形式进行混合丁烯的引入。1-丁烯的临界温度为146.4℃，临界压力为40.2巴。异丁烯的临界温度为144.7℃，临界压力为40.01巴。对引入的混合丁烯进行预热可为促进水合的工艺流体提供热量。
水
作为丁醇生产工艺的一部分，将水作为反应物而引入。被引入到丁醇生产系统的新鲜水或补充水为至少99体积％的水，或99.5体积％的水，或99.9体积％的水，或99.95体积％的水，或甚至更高的纯度。水应当是脱气的、除去矿物质的和去离子的，从而不向丁醇生产系统中引入污染物。杂质为等于或低于5ppm(以体积计)。
来自于丁醇生产系统的其他部分的循环水使引入的补充水的量最小化。水通常在丁醇生产工艺中过量使用。分离系统将可回收的水从经过内部挡板单程反应器的粗产物中选择性分离。丁醇生产系统的实施方案包括其中丁醇生产系统能够有效地将选择性分离的水引入到内部挡板单程反应器的情况。丁醇生产工艺的实施方案包括运行丁醇生产系统，从而独立地将选择性分离的水引入到内部挡板单程反应器。当使用未中和的均相催化剂时，循环水可以将活化的水合催化剂输送至丁醇生产系统的前段。丁醇生产工艺的实施方案包括其中独立地选择性分离的水还包含均相丁烯水合催化剂的情况。
丁醇生产工艺的实施方案包括将水和混合丁烯引入到内部挡板单程反应器，使得水与1-丁烯的摩尔比值在约1至约21的范围内。
水合催化剂
当丁醇生产系统不包含固定非均相酸催化剂时，作为丁醇生产工艺的一部分，将丁烯水合催化剂作为反应物而引入。当丁醇生产系统不包含固定非均相酸催化剂时，丁烯水合催化剂的引入是任选的。丁醇生产工艺的实施方案包括向丁醇生产系统的内部挡板单程反应器引入丁烯水合催化剂，使得从近端至远端形成工艺流体，其中丁烯水合催化剂选自于均相酸、非均相酸及其组合。
有用的作为均相酸的丁烯水合催化剂包括(例如)硫酸和磷酸。丁醇生产工艺的实施方案包括其中所引入的丁烯水合催化剂为均相的情况。有用的磷酸的例子包括正磷酸、多聚磷酸(PPA)和过磷酸(SPA)。多聚磷酸是具有化学通式H(PO3H)nOH(其中n为整数，表示分子中含磷单元的数目)的含磷含氧酸。市售的PPA混合物具有正-(n＝1)、焦-(n＝2)、三聚-(n＝3)、四聚-(n＝4)以及更高级的缩合链式酸。PPA浓度在约95％至约118％磷酸(H3PO4)浓度当量范围内表示经多聚磷酸的完全水解而形成的磷酸的当量数。一个例子为正磷酸(H3PO4)(美国密苏里州圣路易斯Sigma-Aldrich公司)。
有用的丁烯水合催化剂还包括非均相酸催化剂。丁醇生产工艺的实施方案包括其中所引入的丁烯水合催化剂为非均相的情况。这类酸具有引入到它们的金属、陶瓷、粒子或聚合结构中的酸官能。包括蒸发、汽化、蒸馏和离心系统的回收工艺能够有效地将固体催化剂从工艺流体或粗产物中提取出来。丁醇生产工艺的实施方案包括运行丁醇生产系统，使得分离系统独立地将丁烯水合催化剂从粗产物中选择性分离，其中丁烯水合催化剂为非均相催化剂。例子包括D008-1和D008-2(中国河北省KaiRui化学有限公司)，其为附有磺酸(SO3H)官能团的聚合物树脂。
所述方法的实施方案包括从均相丁烯水合催化剂、非均相水合催化剂及其组合中选择所引入的丁烯水合催化剂。一些均相/非均相酸组合系统对于由烯烃产生醇的转化效率或选择性或这二者产生的协同效果是已知的。在挡板室中包含非均相水合催化剂的丁醇生产系统的实施方案中，丁醇生产工艺的实施方案包括将均相丁烯水合催化剂引入到内部挡板单程反应器。
水合催化剂可以作为纯净物或稀释在输送溶液中的形式引入。水合催化剂可以稀释在水中或者混合丁烯中而被引入，以增强在工艺流体中的分散性。
丁醇生产工艺产物
主要产物是精制混合丁醇。精制丁醇产物的组成为至少99体积％的混合丁醇，或99.5体积％的混合丁醇，或99.7体积％的混合丁醇，或99.9体积％的混合丁醇，或甚至更高的纯度。丁醇生产系统的实施方案包括其中分离系统能够有效地产生具有至少99体积％的混合丁醇的纯度的精制混合丁醇的情况。溶解气体(包括丁烯、丁烷和惰性气体)是可以存在于精制混合丁醇产物中的少量杂质。
丁醇生产系统能够有效地从粗产物中回收固体。这类固体可包括催化活性的水合催化剂。丁醇生产工艺能够有效地回收水合催化剂，将其中和，然后排放至丁醇生产工艺的外部。外部工艺能够有效地处理回收的水合催化剂或使其再生，并将其循环使用以再次引入到内部挡板单程反应器。
作为精炼工艺的一部分，丁醇生产工艺将水从粗产物中选择性分离。回收的水可以进行有机物、酸催化剂和固体的处理，然后以系统吹扫物的形式而排放。
作为分离系统的一部分，丁醇生产系统能够有效地排放气体。排放气体用作系统吹扫气体。排放气体包含惰性气体和轻质有机气体，包括少部分的丁烯。
内部挡板单程反应器
内部挡板单程反应器为具有由内壁限定的内部流体管道的管状物，其能够有效地在加压、加热、流体填充的环境中支持混合丁烯的水合。所述管状物具有内表面或内壁，其部分包封第一端(近端或上游端)和第二端(远端或下游端)之间的固定体积。反应器的操作长度是近端和远端之间的管状物的流体长度。管状物的长度远大于其直径。所述管状物沿着其操作长度还具有外表面或外壁，通过外表面或外壁在内部和外部之间进行传热。
运行内部挡板单程反应器，使得反应物和任选的水合催化剂能够有效地传送进入反应器的近端附近，混合并形成工艺流体。工艺流体从近端附近沿着流体流动路径穿过反应器的操作长度而到达远端。粗产物从反应器近端而传送到远端。
图1-3示出了蛇形的内部挡板单程反应器；然而，基于连接的线性和非线性流体管道区段(包括标准管)的用途，反应器可以呈现任意数量的物理构造。普通技术人员基于操作参数和性能(包括温度控制、物理空间、维修和投资费用)，能够有效地预想到内部挡板单程反应器的总体形状。
对于通过内部挡板单程反应器的工艺流体，主要流动动力是在近端附近协调引入反应物和水合催化剂以及从远端附近传送粗产物。虽然没有要求，但是辅助流动驱动器(包括泵和旋转式叶片)能够有效地为工艺流体提供补充动量。
内部挡板单程反应器在反应器的近端附近具有至少一个反应物供料位置。混合丁烯和水可以作为组合流或作为单独流而引入。可以将新鲜的或循环的混合丁烯和水流组合或分别地供给到反应器。
内部挡板单程反应器具有至少一个水合催化剂供料位置。水合催化剂供料位置处于内部挡板单程反应器的近端附近的至少一个反应物供料位置的下游。这种相对于反应物供料位置的布置使得反应物可与另一种反应物在引入水合催化剂之前进行混合，这有利于提高选择性和转化。
丁醇生产系统的实施方案包括沿着内部挡板单程反应器的操作长度的多个反应区。在一个实施方案中，所述反应区是介于第一混合丁烯引入位置和第二混合丁烯引入位置之间的操作长度。在另一个实施方案中，反应区是介于混合丁烯引入位置和反应器的远端之间。在又另一个实施方案中，反应区是介于第一丁烯水合催化剂引入位置和第二丁烯水合催化剂引入位置之间的操作长度。还在又另一个实施方案中，反应区是介于丁烯水合催化剂引入位置和内部挡板单程反应器的远端之间。沿着反应器的操作长度通过多个位置引入混合丁烯或丁烯水合催化剂使得可提高工艺控制和丁烯转化效率的水平。各反应区可具有不同的内部和外部工艺支持设备从而有利于生产，包括内部挡板的结构、工艺流体流速的操控、计算机控制系统、以及反应区温度和压力操控。
在沿着内部挡板单程反应器的操作长度的任意给定点处，内部流体管道轴在该点相对于内部流体管道的横截面区域是垂直的。在没有内部添加物(例如，内部流动挡板)时，流体将会穿过内部挡板单程反应器的操作长度，并且在流动时一般会与内部流体管道轴保持一致。
内部流动挡板和挡板室
内部挡板单程反应器沿着其操作长度的至少一部分具有一系列的内部流动挡板。丁醇生产系统的实施方案包括其中一组内部流动挡板位于沿着内部流体管道的整个操作长度的位置的情况。
对于内部挡板单程反应器中的各内部流动挡板，挡板具有朝向反应器的近端的一侧(面对上游的一侧)以及朝向反应器的远端的相对侧(面对下游的一侧)。将挡板常规定向，使得它们从沿着反应器内壁的位置垂直延伸，并向内投射到内部流体管道内。通常将挡板定向使得它们垂直于内部流体管道轴，但是其他的构造对于本领域普通技术人员也是可行的。对于大部分工艺流体流动路径的长度而言，挡板防止了工艺流体沿着与内部流体管道轴一致的方向流动，从而促进传热和混合。
内部流动挡板可具有多种物理构造，包括棒、多孔板、网筛、孔板(居中和偏置的流动窗口)和区段板。各挡板具有至少部分限定各挡板的流动窗口的窗口边缘。在一些挡板(如孔板)中，窗口边缘完全限定了工艺流体流过挡板的环形空隙。在其他挡板中，窗口边缘部分限定了工艺流体流过的空隙。将这样的挡板安装到反应器中时，反应器的内壁限定了流动窗口的其余部分。流动窗口相对于挡板尺寸的尺寸、流动窗口相对于内部流体管道中心的位置、以及流动窗口相对于其他相邻的内部挡板的构造(平行、歪斜、垂直)是修正工艺流体的行进方向的重要因素。
通过内部挡板单程反应器内部的流体流动路径由反应器的内壁和内部流动挡板的排列(包括形状、流动窗口、间隔和相邻挡板相对于内部流体管道轴的方位)限定。工艺流体流动路径的长度比反应器的操作长度长。挡板增加了工艺流体穿过反应器的距离，因为工艺流体不仅必须要从近端流到远端，还必须要绕着内部挡板行进。
在具有多个反应区的反应器中，在各反应区中可以存在不同的挡板组。内部流动挡板的排列使得在各组内所述挡板沿着部分操作长度串联排列，其中所述组中设置各相邻挡板并等距隔开。丁醇生产系统的实施方案包括内部挡板单程反应器，沿着其操作长度具有多于一组的内部流动挡板。
沿内壁的内部流动挡板在内部挡板单程反应器的内部流体管道内限定了一组挡板室。各个挡板室由挡板组内的面对上游挡板侧的下游和面对下游挡板侧的上游、以及反应器的内壁来界定。与内部流动挡板组相关的挡板室的数目总是比所述组中挡板的数目少一个。
作为穿过内部挡板单程反应器的工艺流体，该工艺流体经由至少一部分上游挡板限定的流动窗口进入挡板室。一旦进入挡板室，工艺流体在室内循环，与反应物、催化剂和产物混合在一起，以及不仅在工艺流体的不同部分中内部传热并且还在工艺流体和反应器内壁之间相互传热。然后工艺流体从挡板室通过由至少一部分下游挡板限定的流动窗口传送。随着工艺流体沿着反应器的操作长度从挡板室到挡板室的传送，重复穿过挡板室的所述过程。
在丁醇生产工艺的实施方案中，丁烯水合催化剂的引入是任选的。在这类工艺中，内部挡板单程反应器包含固态的非均相丁烯水合催化剂，以将工艺流体中的混合丁烯选择性地转化为混合丁醇。虽然该催化剂可以包含于反应器的内部流体管道内的任何地方，但是为了最大程度混合反应物和转化，催化剂的最有效定位位置是在各挡板室中。
取决于催化剂的材料、结构以及在挡板室部件中的应用，各挡板室内固体非均相丁烯水合催化剂的位置可以不同。当形成粒状、球状或其他松散且通常无组织的形状时，催化剂可以包封在容器或其他物理限制装置中，包括具有流动孔或狭缝的结构框架以及金属丝网包，其允许工艺流体自由流入和流出催化剂积聚处，同时不允许将催化剂携带出容器。这防止了催化剂随着下游工艺流体流向内部挡板单程反应器的远端移动并防止分离系统结垢。自由形态结构的无组织催化剂使得能够有效地将它们直接置于工艺流体流动路径中，包括内部流动挡板的流动窗口。丁醇生产系统的实施方案包括其中非均相丁烯水合催化剂处于这样的位置的情况，即所述位置使得流过下游挡板的流动窗口的工艺流体与该非均相丁烯水合催化剂接触，并且丁醇生产系统的实施方案包括其中在靠近下游流动窗口的各挡板室中发生混合丁烯和水的反应的情况。催化剂的位置可以是这样的，使得流过上游挡板的流动窗口的工艺流体与非均相丁烯水合催化剂接触。其他催化剂形式，包括如栅格、矩阵和片状的结构化形式和“无定形”形式(如可固化的、热塑性的和其他延展性的形状)使得可将催化剂安装、粘附、涂布或喷涂在内壁和限定挡板室的内部流动挡板的朝向内部的表面上。丁醇生产系统的实施方案包括其中将催化剂置于限定挡板室的内壁上，并且丁醇生产工艺的实施方案包括其中在各挡板室中沿内壁的位置发生混合丁烯和水的反应的情况。对于各挡板室，上游挡板面对下游的一侧和下游挡板面对上游的一侧向内朝向挡板室。丁醇生产系统的实施方案包括其中将催化剂置于内部流动挡板的向内朝向挡板室的一侧上。
外部运动驱动器
丁醇生产系统包括在内部挡板单程反应器外部的装置，其在不改变丁醇生产工艺的其他操作参数(包括温度、质量流率和压力)的情况下引发工艺流体的非稳态流动。通过使用外部运动驱动器直接将运动传递至工艺流体内来引发工艺流体的非稳态流动。
外部运动驱动器包括电的、电动机械的、水力的、气动的、注气、压缩气体、化学反应以及任何其他的系统或装置，用于将运动赋予或传递至工艺流体内。
在丁醇生产工艺中，通过在流体流过内部挡板单程反应器时干扰其动量，外部运动驱动器引起工艺流体的非稳态流动。随着工艺流体从反应器的近端穿送至远端，外部运动驱动器以物理方式作用于该工艺流体。利用装置与工艺流体接触的部分，外部运动驱动器将运动(包括振荡、往复、变化的和非同步的流体运动)输送给工艺流体。相连装置在内部流体管道内的运动产生工艺流体的非稳态流动。
在不引起非稳态的情况下，丁醇生产工艺能够有效地在内部挡板单程反应器中保持“稳态”状态。稳态状态是这样的一种状态，其中系统中任意点处的流体性质都不随着时间而变化。石油、石化和化工操作领域的普通技术人员应当理解，“稳态运行”包括时不时的一些较小的工艺变化，但是通常运行条件、供料和生产率都不会明显变化。
通过干扰工艺流体流动的流体动量，由外部运动驱动器施加的运动将稳态流动状态变为非稳态状态。由于流体动量的不稳定，非稳态状态产生级联效应，其影响其他工艺和生产条件，包括传热、反应效率和系统的总生产率。非稳态发生在引入非稳态运动的时刻，并在之后随着效果(为时间的函数)减弱而持续一段时间。在没有另外的非稳态相互作用的情况下，通过另外维持稳定的运行条件，可以获得与最初稳态类似的新的稳定状态条件。向工艺流体施加反复的、周期性的或连续的非稳态运动导致存在连续的非稳态状态。
与内部挡板单程反应器内的固定位置相比，所引起的工艺流体的非稳态流动状态改变了工艺流体的相对运动(例如，加速、减速)。非稳态状态的引发不会影响通过反应器的单位时间内的总体体积流量或质量流量，因为供料的引入和粗产物的传送会影响工艺的总体体积流率或质量流率。
在非稳态流动过程中，工艺流体中会发生流体涡流和逆流的瞬时生成和消失。类似于与湍流相关的随机方向流动，在典型的层流型流动中，低雷诺数的流态下也可能发生非稳态流动。仅仅在瞬变周期内，通过使移动通过内部挡板单程反应器的一部分工艺流体以不可预测和非稳态的方式流动，工艺流体的非稳态流动促进挡板室中的混合、反应和热传递。
外部运动驱动器连接到能够有效地将运动直接赋予工艺流体内部的装置。当工艺流体仍然通常从近端通过内部流体管道流至远端时，活塞状操作器的操作引发工艺流体流动的涌动和后退。与工艺流体流体接触的隔膜状的装置相对于不可压缩的工艺流体进行扩张和收缩，并直接置换内部流体管道中的相似体积，这产生了所需的工艺流体流动的不稳定。
丁醇生产系统的实施方案包括外部运动驱动器，其能够有效地通过在约3赫兹的频率下振荡而引起工艺流体流动的非稳态。丁醇生产方法的实施方案包括运行该丁醇生产系统，其中外部运动驱动器通过在3赫兹的频率下振荡而引起工艺流体流动的非稳态。
丁醇生产系统的实施方案包括多于一个的外部运动驱动器，其中各外部运动驱动器均连接到能够有效地将动量直接赋予工艺流体内的装置。丁醇生产工艺的实施方案包括同步运行第一和第二外部运动驱动器。丁醇生产工艺的另一个实施方案包括不同步运行第一和第二外部运动驱动器。
温度控制系统
温度控制系统将温度调节流体输送到内部挡板单程反应器的外部，以保持丁烯水合反应的合适温度。用于保持内部挡板单程反应器中温度的温度控制系统的例子包括换热器、冷却夹套和鼓风机。有用的温度调节流体的例子包括水、乙二醇和空气。常见的是温度调节流体的强制对流。
分离系统
丁醇生产系统包括能够有效地将混合丁醇、混合丁烯和水从粗产物中分离的分离系统。
丁醇生产系统能够有效地将混合丁烯从粗产物中选择性分离，以产生不含丁烯的粗产物和回收的混合丁烯。回收的混合丁烯可用于丁醇生产系统的再循环，以及作为反应物供料引入到内部挡板单程反应器。未反应的混合丁烯的再循环提高了丁烯的工艺效率。
丁醇生产系统还能够有效地将水从粗产物中选择性分离，以产生不含水的粗产物。回收的水可用于通过丁醇生产系统的再循环，以及作为反应物供料引入到内部挡板单程反应器。水也可以作为系统清除物的一部分来处理。
丁醇生产系统的实施方案能够有效地独立地将丁烯水合催化剂从粗产物中选择性分离。旋风分离系统将离心力引入到粗产物，使得较重的液体和固体与较轻的产物分离。旋风分离系统可特别用于固体非均相催化剂，因为当施加角动量时，固体能够有效地容易地与余下的液体分离。串联过滤也能够有效地完成相似的任务，将固体从粗产物中除去，使得固体积聚并在其自身重力下从过滤器表面脱离。汽化器能够有效地将热量引入到粗产物，使得粗产物部分形成蒸汽。蒸发器(包括薄膜蒸发器)能够有效地将高温沸腾的产物和固体与粗产物中能够有效地在较低的运行压力下达到蒸汽态的那部分分离。回收的水合催化剂和任何其他固体或非常重的液体能够有效地传送出丁醇生产系统用于回收或处理。
夹带流体用于从粗产物中选择性地提取丁醇。粗产物包含一定量的水，因此与水不混溶的有机化合物可用于进行提取，该有机化合物容易与水分离并且与水相比，混合丁醇对该有机化合物具有更好的亲和性。与混合丁醇相比，在常压下具有较低的蒸馏沸点的夹带流体也是有用的，因为其能够有效地相对科学地将夹带剂从混合丁醇中分离。有用的夹带剂流体的例子包括戊烷、己烷、己烯、环己烷、苯、甲苯、二甲苯及其混合物。
贫夹带剂流体(其与粗产物中的水不混溶)的引入导致粗产物分为两相：包含夹带剂的富含丁醇的有机相，以及贫丁醇的水相。丁醇提取塔能够有效地将水相与夹带剂相分离。图1示出了丁醇提取塔184，其生产贫丁醇的水相(作为产出水112传送)；以及富含丁醇的夹带剂和丁醇混合物，其传送到丁醇分离塔186。其他精制系统工艺将富含丁醇的夹带剂流体转化成精制混合丁醇和贫夹带剂流体。
渗透蒸发膜能够有效地将混合丁醇从粗产物中直接分离。包括渗透蒸发膜的丁醇生产工艺选择性地渗透蒸发混合丁醇，而不会选择性地渗透蒸发水。渗透蒸发物是气态的混合丁醇，其能够有效地被冷凝和蒸馏而形成精制混合丁醇。渗余物是包含大部分水的液体，其包含一部分混合丁醇。这种精制系统的渗余物不仅可用于再循环以收回所需的丁醇，还可用来保留水以重复利用。
支持装置
实施方案包括许多另外的标准组件或设备使得能够有效地运行所述装置、工艺、方法和系统。本领域普通技术人员已知的这种标准设备的例子包括：换热器、泵、鼓风机、再沸器、蒸汽发生器、冷凝处理器、膜、单级和多级压缩机、分离和分馏设备、阀门、开关、控制器以及压力、温度、电平和流量传感装置。
可通过人为干预、预编程的计算机控制和响应系统、或它们的组合来进行工艺或方法的部分或全部步骤的运行、控制和实施。
运行丁醇生产系统
在内部挡板单程反应器的运行条件下，丁烯水合催化剂能够有效地在工艺流体中将混合丁烯选择性地转化为混合丁醇。丁醇生产工艺的实施方案包括运行丁醇生产系统，使得内部挡板单程反应器中工艺流体的温度维持在约80℃至约150℃的范围内。丁醇生产工艺的实施方案包括运行丁醇生产系统，使得内部挡板单程反应器中工艺流体的温度维持在约100℃至约120℃的范围内。丁醇生产工艺的实施方案包括运行丁醇生产系统，使得内部挡板单程反应器中工艺流体的压力维持在约5巴至约70巴的范围内。
将混合丁醇、或混合丁醇的一部分组分维持在液态或超临界流体状态或这二者的组合情况下，能够增强内部挡板单程反应器中的混合。丁醇生产工艺的实施方案包括运行丁醇生产系统，使得将内部挡板单程反应器中工艺流体的温度和压力维持在使混合丁烯处于液态的范围内。丁醇生产工艺的实施方案包括运行丁醇生产系统，使得将内部挡板单程反应器中工艺流体的温度和压力维持在使混合丁烯处于超临界状态的范围内。
与标准的固定体积反应器系统相比，发生在内部挡板单程反应器内的改进混合允许更高的材料生产能力。丁醇生产工艺的实施方案包括运行丁醇生产系统，使得将内部挡板单程反应器中工艺流体的停留时间维持在约0.1小时至约0.2小时的范围内。较少的停留时间确保了较高的空速，其将1-丁烯暴露在可能导致异构化生成较无用的2-丁烯的温度下的可能性最小化。
例子
具体实施方案的例子有利于更好地理解丁醇生产系统和工艺。这些例子不应以任何方式限制或限定本发明的范围。
实施例1-4和比较例1-4
振荡挡板反应器(OBR)处理五种实施例混合物(1-4)。高压釜反应器处理五种比较例混合物(1-4)。每个实施例都具有与之相似的水：1-丁烯摩尔比值和相似的催化剂：1-丁烯相对关系的比较例。例如，实施例1与比较例1对照，实施例2与比较例2对照，等等。表1示出了实施例1-4和比较例1-4的组成。引入的1-丁烯、水和总体积都以毫升(mL)计。摩尔比是无单位的数值。
对于各实施例和比较例的工艺，将用于各实施例或比较例的量的丁烯水合催化剂(D008；中国河北省KaiRui化学有限公司)和水引入到指定的反应器类型(OBR；高压釜)中。在氮气压力下将一定量的1-丁烯引入到指定的反应器类型用于各自的试验。在反应器密封后，将反应器加热至工作温度(100-110℃)。对于高压釜反应器中的试验，加热套维持整个试验中的工作温度。对于OBR中的试验，热硅油浴维持工作温度。高压釜和OBR中的反应时间均为1小时。在实施例的工艺中，OBR反应器在3赫兹(Hz)频率和30毫米的振幅下将实施例组合物混合，同时高压釜在200转/分钟(RPM)的速度下搅拌各个比较例组合物。两种反应器都将组合物混合以形成不混溶反应物的均匀混合物。1小时之后，各类型的反应器均停止共混，冷却至室温并排放出未反应的1-丁烯。对各实施例和比较例的液体产物进行分析有助于确定2-丁醇的存在量和1-丁烯的转化效率。
表1示出了在相似的工艺条件(即，温度、时间、供料组成)下，OBR中的实施例供料组合物和高压釜反应器中的比较例供料组合物的处理结果。对于全部四次运行，与高压釜处理的材料相比，OBR处理的材料的量(重量％)以及1-丁烯的转化摩尔％都更高。
表1：实施例1-4和比较例1-4的运行结果。
从表1中可以看出，相对于比较例高压釜的运行结果，全部OBR试验运行结果都具有更高的1-丁烯转化率。
图4以图表形式示出了对于振荡挡板反应器(实施例)和高压釜反应器(比较例)，引入的水：1-丁烯摩尔比相对于丁烯向丁醇的摩尔％转化率的关系。图4将表3的引入反应器的摩尔比数据相对于所确定的1-丁烯转化率数据的关系绘图。对于每组信息(实施例和比较例)的数据，均是采用Microsoft Excel 2010(华盛顿州，Redmond)利用二阶多项式拟合的曲线。
图4还示出了1-丁烯的摩尔％转化率与引入的水：1-丁烯摩尔比之间的二阶多项式关系。对于OBR，所确定的二阶关系拟合良好，并且具有超过0.99的R2值。对于OBR试验运行结果的二阶多项式在方程式1中给出：
MCRC4＝/BtOH＝-0.002173*(MRH2O:C4＝)2+0.061323*MRH2O:C4＝+0.14264(方程式1)，
其中MCRC4＝/BtOH是1-丁烯向丁醇的摩尔转化率(以摩尔％计)，MRH2O:C4＝是引入的混合物中水与1-丁烯的摩尔比。方程式1由从约1至约21的摩尔比范围来确定。
另外，OBR试验运行结果(实施例1-4)的全部摩尔转化率的值利用介于两个二阶多项式之间的关系来拟合，其用于评价1-丁烯向丁醇的摩尔转化率。类似于方程式1，这两个方程式在图4中以图表方式用虚线“多项式(低)”和“多项式(高)”来示出。对于实施例的摩尔比范围，方程式2和3包含了实施例1-4的摩尔转化率的值：
EMCRC4＝/BtOH≥-0.002173*(MRH2O:C4＝)2+0.061323*MRH2O:C4＝+0.045(方程式2)和
EMCRC4＝/BtOH≤-0.002173*(MRH2O:C4＝)2+0.061323*MRH2O:C4＝+0.24028(方程式3)，
其中EMCRC4＝/BtOH是1-丁烯向丁醇的估算摩尔转化率(以摩尔％计)，MRH2O:C4＝是引入的混合物中水与1-丁烯的摩尔比，其在约1至约21的范围内。丁醇生产方法的实施方案包括运行丁醇生产系统，使得1-丁烯向丁醇的摩尔转化率(以摩尔％计)在由方程式2和3所确定的估算摩尔转化率的范围内。丁醇生产方法的实施方案包括运行丁醇生产系统，使得1-丁烯向丁醇的摩尔转化率(以摩尔％计)约大于由方程式2所确定的估算摩尔转化率的值。另外，类似于方程式1-3，还有两个方程式在图4中用虚线“多项式(中低)”和“多项式(中高)”以图表方式示出。对于接近方程式1以及介于方程式2和3之间的实施例的摩尔比范围，方程式4和5包含了实施例1-4的摩尔转化率的值：
EMCRC4＝/BtOH≥-0.002173*(MRH2O:C4＝)2+0.061323*MRH2O:C4＝+0.09382(方程式4)和
EMCRC4＝/BtOH≤-0.002173*(MRH2O:C4＝)2+0.061323*MRH2O:C4＝+0.19146(方程式5)，
其中EMCRC4＝/BtOH是1-丁烯向丁醇的估算摩尔转化率(以摩尔％计)，MRH2O:C4＝是引入的混合物中水与1-丁烯的摩尔比，其在约1至约21的范围内。丁醇生产方法的实施方案包括运行丁醇生产系统，使得1-丁烯向丁醇的摩尔转化率(以摩尔％计)在由方程式4和5所确定的估算摩尔转化率的范围内。丁醇生产方法的实施方案包括运行丁醇生产系统，使得1-丁烯向丁醇的摩尔转化率(以摩尔％计)约大于由方程式4所确定的估算摩尔转化率的值。
实施例5和比较例5
将用于实施例1-4的OBR来处理实施例混合物5。将用于比较例1-4的高压釜反应器来处理比较例混合物5。实施例和比较例具有相似的水：1-丁烯摩尔比值和相似的催化剂：1-丁烯体积关系。表2示出了实施例5和比较例5的组成。引入的1-丁烯、水和总体积都以毫升(mL)计。摩尔比是无单位的数值。
实施例5和比较例5的工艺分别类似于实施例1-4和比较例1-4的工艺，不同之处在于丁烯水合催化剂为正磷酸(H3PO4)(密苏里州圣路易斯Sigma-Aldrich公司)。
表2：实施例5和比较例5的运行结果。
表2示出了在相似的工艺条件(即，温度、时间、组成)下，OBR中的实施例组合物相对于高压釜反应器中的比较例组合物的处理结果。对于运行结果，与高压釜处理的材料相比，OBR处理的材料的量(重量％)以及1-丁烯转化摩尔％都更高。使用酸水合转化催化剂证实了，对于相似的工艺条件，使用OBR用于水合1-丁烯相对于使用高压釜反应器的优越性。

Claims (34)

1.一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，所述丁醇生产系统包括：
内部挡板单程反应器，该内部挡板单程反应器
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，
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固定内部流动挡板，其中该组固定内部流动挡板和内壁限定一组挡板室，并且
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经过所述内部流体管道输送至所述远端，并从所述远端提供粗产物；
分离系统，该分离系统流体连接至所述内部挡板单程反应器的所述远端，并且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；以及
外部运动驱动器，其连接至所述内部挡板单程反应器的所述近端，并且能够有效地引起通过所述内部挡板单程反应器的所述工艺流体的流体流动的振荡运动。
2.权利要求1所述的丁醇生产系统，其中该组固定内部流动挡板沿着所述内部流体管道的整个操作长度设置。
3.权利要求1所述的丁醇生产系统，其中所述外部运动驱动器能够有效地通过在3赫兹的频率下振荡而引起所述工艺流体的非稳态流动。
4.权利要求1所述的丁醇生产系统，其中所述丁醇生产系统能够有效地将选择性分离的混合丁烯引入到所述内部挡板单程反应器。
5.权利要求1所述的丁醇生产系统，其中所述丁醇生产系统能够有效地将选择性分离的水引入到所述内部挡板单程反应器。
6.权利要求1所述的丁醇生产系统，其中所述分离系统能够有效独立地从所述粗产物中选择性分离丁烯水合催化剂。
7.权利要求1所述的丁醇生产系统，其中所述分离系统能够有效地生产具有至少99体积％混合丁醇的纯度的所述精制混合丁醇。
8.权利要求1所述的丁醇生产系统，其中各挡板室均包含非均相丁烯水合催化剂，其中在所述内部挡板单程反应器的运行条件下，所述非均相丁烯水合催化剂能够有效地将所述工艺流体中的混合丁烯选择性地转化为混合丁醇。
9.权利要求8所述的丁醇生产系统，其中所述非均相丁烯水合催化剂在所述挡板室内位于限定所述挡板室的所述内壁上。
10.权利要求8所述的丁醇生产系统，其中所述非均相丁烯水合催化剂位于所述挡板室内的所述固定内部流动挡板的向内朝向所述挡板室的一侧上。
11.权利要求8所述的丁醇生产系统，其中所述非均相丁烯水合催化剂位于所述挡板室内，使得流经所述挡板室的下游挡板的流动窗口的所述工艺流体与所述非均相丁烯水合催化剂接触。
12.一种在丁烯水合催化剂的存在下利用权利要求1所述的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，所述丁醇生产方法包括以下步骤：
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所述内部挡板单程反应器，从而形成工艺流体；
运行所述丁醇生产系统，以使所述工艺流体从所述内部挡板单程反应器的近端流至远端，所述外部运动驱动器引起所述工艺流体的振荡运动，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，以及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；
其中在所述内部挡板单程反应器的运行条件下，所述丁烯水合催化剂能够有效地将所述工艺流体中的混合丁烯选择性地转化为混合丁醇。
13.权利要求12所述的方法，其中所述混合丁烯包含1-丁烯。
14.权利要求12所述的方法，其中所述混合丁烯由1-丁烯构成。
15.权利要求12所述的方法，其中所述丁烯水合催化剂选自由均相丁烯水合催化剂、非均相丁烯水合催化剂及其组合构成的组。
16.权利要求12所述的方法，其中所述外部运动驱动器通过在3赫兹的频率下振荡而引起所述工艺流体的非稳态流动。
17.权利要求12所述的方法，还包括运行所述丁醇生产系统，以使所述分离系统独立地从所述粗产物中选择性分离所述丁烯水合催化剂，其中分离的丁烯水合催化剂是非均相丁烯水合催化剂。
18.权利要求12所述的方法，还包括运行所述丁醇生产系统，从而将独立地选择性分离的混合丁烯引入到所述内部挡板单程反应器。
19.权利要求12所述的方法，还包括运行所述丁醇生产系统，从而将独立地选择性分离的水引入到所述内部挡板单程反应器。
20.权利要求19所述的方法，其中独立地选择性分离的水还包含均相丁烯水合催化剂。
21.权利要求12所述的方法，还包括运行所述丁醇生产系统，从而将所述内部挡板单程反应器中所述工艺流体的温度维持在80℃至150℃的范围内。
22.权利要求12所述的方法，还包括运行所述丁醇生产系统，从而将所述内部挡板单程反应器中所述工艺流体的压力维持在5巴至70巴的范围内。
23.权利要求12所述的方法，还包括运行所述丁醇生产系统，从而将所述内部挡板单程反应器中所述工艺流体的温度和压力维持在使得混合丁烯处于液态的范围内。
24.权利要求12所述的方法，还包括运行所述丁醇生产系统，从而将所述内部挡板单程反应器中所述工艺流体的温度和压力维持在使得所述混合丁烯处于超临界态的范围内。
25.权利要求12所述的方法，还包括运行所述丁醇生产系统，从而将所述内部挡板单程反应器中所述工艺流体的停留时间维持在0.1小时至0.2小时的范围内。
26.权利要求12所述的方法，其中将所述水和所述混合丁烯引入到所述内部挡板单程反应器，使得水与1-丁烯的摩尔比值在1至21的范围内。
27.权利要求26所述的方法，还包括运行所述丁醇生产系统，使得按1-丁烯的摩尔％计，1-丁烯向丁醇的摩尔转化率具有从-0.002173*(MRH2O:C4＝+2+0.061323*MRH2O:C4＝+0.045至-0.002173*(MRH2O:C4＝)2+0.061323*MRH2O:C4＝+0.24028范围内的值，其中MRH2O:C4＝为水与1-丁烯的摩尔比值。
28.权利要求26所述的方法，还包括运行所述丁醇生产系统，使得按1-丁烯的摩尔％计，所述内部挡板单程反应器的1-丁烯向丁醇的摩尔转化率具有至少-0.002173*(MRH2O:C4＝)2+0.061323*MRH2O:C4＝+0.045的值，其中MRH2O:C4＝为水与1-丁烯的摩尔比值。
29.权利要求12所述的方法，其中所述精制混合丁醇包含至少99体积％的混合丁醇。
30.权利要求12或15所述的方法，
其中所述非均相丁烯水合催化剂位于各挡板室中。
31.权利要求30所述的方法，其中混合丁烯和水的反应发生在所述挡板室中的固定内部流动挡板一侧。
32.权利要求30所述的方法，其中混合丁烯和水的反应发生在所述挡板室中的沿着内壁一侧。
33.权利要求30所述的方法，其中混合丁烯和水的反应发生在所述挡板室中接近下游流动窗口处。
34.权利要求12或15所述的方法，还包括将所述均相丁烯水合催化剂引入到所述内部挡板单程反应器。
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