JP2015531777A - 振動バッフル付き反応器を用いたオレフィン水和プロセス - Google Patents

Abstract

ブタノール生成システムならびに水および混合ブテンから精製された混合ブタノールを生成する方法。本システムは、内部バッフルシングルパス反応器と、分離システムと、外部運動ドライバと、を含む。反応器は、バッフルセルを有する。分離システムは、精製された混合ブタノールが生成されるように、粗生成物から水および混合ブテンを別々に選択的に分離するように操作可能である。外部運動ドライバは、反応器を通るプロセス流体の流体流動における不安定性を誘発するように操作可能である。精製された混合ブタノールを生成するための方法は、混合ブテン、水、およびブテン水和触媒を反応器の中に導入することと、外部運動ドライバがプロセス流体流動における不安定性を誘発し、混合ブタノールが生じるように、混合ブテンと水との反応がブテン水和触媒の存在下で生じるように、ブタノール生成システムを操作することと、を含む。

Description

本発明の分野は、ブタノールの生成に関する。より具体的には、本分野はブテン水和によるブタノールの生成に関する。

ブタノールは、従来の酸素化物および燃料貯蔵増量剤に対する効率の良い代替物であり、これは、メチルｔｅｒｔ−ブチルエーテルおよびエタノールを含む。ブタノールは、オクタン価増強に寄与するだけでなく、燃料混合の中に、取り込まれた酸素も供給する。混合ブタノールまたは配合ブタノールはまた、比較的安価である。

ブタノール、特に混合ブタノールを生成するための一次手段は、ブテン水和プロセスによるものである。既知のブテン水和プロセスは、液液二相系を含む。ブテンおよび水は、低い相対濃度（水中のブテンおよびブテン中の水の両方）のシステムで互いに非混和性である。高い操作条件は、非混和性を緩和しない。反応物の非混和性は、既知の低い単一パス変換率の１つの理由である。

加えて、非混和性はまた、水和触媒の分布に影響を与える。典型的な水和触媒は、水相または炭化水素相のいずれかを好み、通常両方を好まない。水和触媒のこの分布不良は、二相系全体にわたって触媒反応を促進するのではなく、むしろ単相のみで主に促進する。

したがって、ブテン水和システムおよびプロセスにおいてブテンのブタノールへの単一パス変換収率を改善する必要性が存在する。

水および混合ブテンから精製された混合ブタノールを生成するためのブタノール生成システムは、内部バッフルシングルパス反応器と、分離システムと、外部運動ドライバと、を含む。反応器は、内壁、および基端部と先端部との間の操作長さによって画定された内部流体導管を有する。反応器は、内部流体導管の操作可能な長さの少なくとも一部分に沿って一組の内部流動バッフルを有する。一組の内部流動バッフルおよび内壁は、一組のバッフルセルを画定する。反応器は、水、混合ブテン、および混合ブタノールを含むプロセス流体を含み、このプロセス流体を、プロセス流体流路に沿って基端部のあたりから先端部に内部流体導管を通って搬送し、かつ先端部のあたりから粗生成物を提供するように操作可能である。分離システムは、反応器の先端部のあたりに流動的に連結する。分離システムは、粗生成物を受容し、かつ、精製された混合ブタノールが生成されるように、粗生成物から水および混合ブテンを別々に選択的に分離するように操作可能である。外部運動ドライバは、反応器の基端部のあたりに連結する。外部運動ドライバは、反応器を通るプロセス流体の流体流動における不安定性を誘発するように操作可能である。ブタノール生成システムの一実施形態は、各バッフルセルが不均一系ブテン水和触媒を含むことを含む。不均一系ブテン水和触媒は、反応器の操作条件で、プロセス流体内の混合ブテンを、混合ブタノールに選択的に変換するように操作可能である。

ブタノール生成システムを用いて、ブテン水和触媒の存在下で、水と混合ブテンとの組み合わせから精製された混合ブタノールを生成するための方法は、プロセス流体が生じるように、混合ブテン、水、およびブテン水和触媒を、ブタノール生成システムの内部バッフルシングルパス反応器の中に導入するステップを含む。本方法は、プロセス流体が反応器の基端部から先端部に流れるように、ブタノール生成システムを操作するステップを含む。本方法は、外部運動ドライバがプロセス流体流動における不安定性を誘発するように、ブタノール生成システムを操作するステップを含む。本方法は、混合ブタノールを形成するように、混合ブテンと水との反応がブテン水和触媒の存在下で生じるように、ブタノール生成システムを操作するステップを含む。ブテン水和触媒は、反応器の操作条件でプロセス流体内の混合ブテンを混合ブタノールに選択的に変換するように操作可能である。本方法は、精製された混合ブタノールが形成するように、分離システムが粗生成物から水および混合ブテンを別々に選択的に分離するようにブタノール生成システムを操作するステップを含む。

ブタノール生成システムを用いてブテン水和触媒の存在下で水と混合ブテンとの組み合わせから精製された混合ブタノールを生成するための別の方法は、プロセス流体が形成するように、混合ブテンおよび水をブタノール生成システムの内部バッフルシングルパス反応器の中に導入するステップを含む。本方法は、プロセス流体が反応器の基端部から先端部に流れるように、ブタノール生成システムを操作するステップを含む。本方法は、外部運動ドライバがプロセス流体流動における不安定性を誘発するように、ブタノール生成システムを操作するステップを含む。本方法は、混合ブタノールが形成するように、混合ブテンと水との反応がブテン水和触媒の存在下で生じるように、ブタノール生成システムを操作するステップを含む。不均一系ブテン水和触媒は、各バッフルセル内に位置し、内部バッフルシングルパス反応器の操作条件で、プロセス流体内の混合ブテンを混合ブタノールに選択的に変換するように操作可能である。本方法は、精製された混合ブタノールが形成するように、分離システムが粗生成物から水および混合ブテンを別々に選択的に分離するように、ブタノール生成システムを操作するステップを含む。本方法の一実施形態は、均一系ブテン水和触媒を内部バッフルシングルパス反応器の中に導入することを含む。

ブタノール生成システムは、非混和性反応物間の混合不良ならびにプロセス流体内のブテン水和触媒の不十分な分布の問題を改善する内部バッフルシングルパス反応器を含む。反応器は、混合および反応が生じるバッフルセルを有する。外部運動ドライバを用いてプロセス流体に直接作用することによって反応器を通過するプロセス流体内の不安定性を導入することにより、非混和性成分の混合を高め、プロセス流体全体にわたって水和触媒を分布させる。

プロセス流体に導入される運動は、振動性、周期的、同期的、または非同期的であり得る。内部バッフルシングルパス反応器を通るプロセス流体の全体的な移動に変動を引き起こすことは、非常に小さい（〜５μｍ）気体、液体、または超臨界の液体中の流体の二相混合物の形成をもたらし得る。水相内の炭化水素の全表面積曝露を増加させる支配的な水相内の反応物の混合ブテンの微細分布、および水和触媒のより大きい分布は、全ブテン変換効率およびアルコール生成物の生成を改善する。

本発明のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、以下の発明を実施するための形態、添付の特許請求の範囲、および添付図面に関してより良く理解される。

ブタノール生成システムの一実施形態のプロセスフロー図である。

ブタノール生成システムの他の実施形態のプロセスフロー図である。

ブタノール生成システムの他の実施形態のプロセスフロー図である。

振動バッフル反応器およびオートクレーブ反応器に対して、モル百分率でのブテンからブタノールへの変換と対比する、導入された水対１−ブテンのモル比を示すグラフである。

添付の図では、類似の構成要素もしくは特徴またはその両方が同じ参照ラベルを有することができる。図およびその記述は、ブタノール生成システムおよびその使用方法のより良い理解を容易にする。図は、決して本発明の範囲を限定または定義するべきではない。図は、説明を簡単にするための単純な図である。当業者であれば、このようなシステムが意図される目的のためにそれらを操作可能にする補助設備およびサブシステムを有する複雑な構造であることを理解する。

発明の概要、図面の簡単な説明、および発明を実施するための形態を含む本明細書、ならびに添付の特許請求の範囲は、本発明の特定の特徴（プロセスまたは方法のステップを含む）を指す。当業者であれば、本発明がすべての考えられる組み合わせおよび本明細書に記載される特定の特徴の使用を含むことを理解する。当業者であれば、本発明が本明細書に挙げられる実施形態の説明に、またはそれによって限定されないことを理解する。本発明の主題は、本明細書および添付の特許請求の範囲の趣旨のみを除いて限定されない。

当業者であれば、特定の実施形態を記載するために使用される用語が本発明の範囲または広さを限定しないことも理解する。本明細書および添付の特許請求の範囲を解釈する際に、すべての用語は、各用語の文脈と一致した可能な限り広い様式で解釈されたい。本明細書および添付の特許請求の範囲に使用されるすべての技術的かつ科学的用語は、別段定義されない限り、本発明が属する当業者によって一般に理解されるものと同じ意味を有する。

本明細書および添付の特許請求の範囲に使用されるとき、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、および「その（ｔｈｅ）」は、文脈上別段明確に示さない限り、複数の言及を含む。動詞「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」およびその活用形は、非排他的様式で要素、構成要素、またはステップを指すと解釈されたい。参照される要素、構成要素、またはステップは、明示的に言及されない他の要素、構成要素、またはステップとともに存在し、利用され、組み合わせられ得る。動詞「連結する（ｃｏｕｐｌｅ）」およびその活用形は、２つ以上の予め結合されていない物体から単数の物体を形成するために、電気的、機械的、または流体を含む任意のタイプの必要とされる接合を完成することを意味する。第１のデバイスが第２のデバイスに連結する場合、この接続は、直接かまたは共通のコネクタを介するかのいずれかで生じ得る。「任意に（Ｏｐｔｉｏｎａｌｌｙ）」およびその様々な形態は、その後記載される事象または状況が生じ得るか、または生じ得ないことを意味する。この記述は、事象または状況が生じる例およびそれが生じない例を含む。「操作可能な（Ｏｐｅｒａｂｌｅ）」およびその様々な形態は、その適切な機能することに適合し、その意図される使用に使用されることができることを意味する。「関連した（Ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ）」およびその様々な形態は、それらがともに生じるか、または１つのものが他のものを生成することに伴い、何か他のものと関連がある何かを意味する。

空間的用語は、物体の相対位置、または別の物体もしくは別の物体の群に対する物体の群を説明する。空間的関係は、垂直軸および水平軸に沿って適用される。「上流（ｕｐｓｔｒｅａｍ）」および「下流（ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍ）」を含む配向用語および相関的用語ならびに他の同様の用語は、記述的便宜上のためであり、別段指示されない限り、限定的ではない。

本明細書または添付の特許請求の範囲が値の範囲を提供する場合、その間隔は、上限と下限との間の各介在値ならびに上限および下限を包含することが理解される。本発明は、提供される任意の特定の排除に供する間隔のより小さい範囲を包含および結合する。「実質的に含まない（Ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ ｆｒｅｅ）」ということは、指示された測定単位による１％未満を意味する。「有意な（Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ）」は、指示された測定単位による１０％以上を意味する。

２つ以上の定義されるステップを含む方法に対して本明細書および添付の特許請求の範囲で参照がなされる場合、定義されるステップは、文脈がその可能性を排除する場合を除いて、任意の順または同時に実施され得る。

［図１］
図１は、ブタノール生成システムの一実施形態のプロセスフロー図である。図１のブタノール生成プロセスは、混合ブテン供給物１０２、水供給物１０４、水和触媒供給物１０６、およびエントレーナ供給物１０８を含む供給口ラインを通るいくつかの供給物をブタノール生成システム１００に導入する。ブタノール生成システム１００は、廃触媒１１０、生成水１１２、ブタノール生成物１１４、および使用済みエントレーナ１１６を含む生産ラインを通るいくつかの生成物を生成する。

ブタノール生成システム１００は、ブテンからブタノールへの変換および精製されたブタノール生成物の生成を支持するいくつかのユニットを含む。内部バッフルシングルパス反応器１２０は、混合ブタノールへのブテンの触媒的に誘導された水和を支持する。混合ブテン供給物１０２、水供給物１０４、および水和触媒供給物１０６はすべて、反応器１２０を通ってブタノール生成システム１００に入る。反応器１２０は、生成された混合ブタノールを回収するために有用な粗生成物流を生成する。

内部バッフルシングルパス反応器１２０は、反応物と触媒と反応生成物との混合物であるプロセス流体を含む。そのプロセス流体は、内壁１２５によって画定された内部流体導管を介して基端部１２２から先端部１２４へ反応器１２０を通過する。プロセス流体の組成物は、ブテン水和反応が生じるとき、反応器１２０の操作可能な長さに沿って変化し、生成物の混合ブタノールを形成し、水および混合ブテンの反応物を消費する。

分離システム１６０（破線ボックス）では、冷却器１７０は、先端部１２４を介して内部バッフルシングルパス反応器１２０に連結し、反応器１２０から粗生成物を受容し、かつ分離処理のために粗生成物の温度を下げるように操作可能である。

ブタノール生成システム１００では、サイクロン１７２は、冷却器１７０に連結し、冷却された粗生成物を受容し、任意の残留不均一系水和触媒を除去する。サイクロン１７２は、廃触媒１１０を通る使用済み触媒および無触媒粗生成物の両方を生成する。

デブタナイザー塔１８０は、サイクロン１７２に連結し、無触媒粗生成物を受容し、未反応ブテンを除去する。デブタナイザー塔１８０は、回収されたブテンおよびブテンを含まない粗生成物を生成する。回収されたブテンは、ブタノール生成システム１００によるブテン再循環１８２を介して内部バッフルシングルパス反応器１２０の基端部へ再循環される。

ブタノール抽出塔１８４は、デブタナイザー塔１８０に連結し、ブテンを含まない粗生成物を受容し、エントレーナ供給物１０８を通ってエントレーナも受容する。ブタノール抽出塔１８４は、ブテンを含まない粗生成物の水相からブタノールを抽出するために導入されたエントレーナを用いることによって操作し、ブタノール不足の水相およびブタノールに富むエントレーナとブタノール相を形成する。水は、生成水１１２を介してブタノール抽出塔１８４から通過する。エントレーナおよびブタノール相は、ブタノール抽出塔１８４の底部として通過する。

ブタノール分離塔１８６は、ブタノール抽出塔１８４に連結し、エントレーナおよびブタノール相を受容し、エントレーナからブタノールを分離する。ブタノール分離塔１８６は、水、ブテン、およびエントレーナを実質的に含まない精製された混合ブタノールを生成する。精製されたブタノール混合物は、ブタノール生成物１１４を介してブタノール分離塔１８６から通過する。回収されたエントレーナは、使用済みエントレーナ１１６を介してブタノール分離塔１８６から通過する。

図１に示されるように、内部バッフルシングルパス反応器１２０の構成は、基端部１２２および先端部１２４を有し、先端部１２４が冷却器１７０に連結する蛇行状の導管である。いくつかのポート１２６は、反応器１２０の内側にアクセスするためである。いくつかの注入ポートは、内部バッフルシングルパス反応器１２０の内側への供給通路を提供し、水注入ポート１２８と、ブテン注入ポート１３０と、触媒注入ポート１３２とを含む。

プロセス流体はまた、外部熱交換システムを通って反応器の中に伝達された熱を搬送することによって水和反応を支持するための潜熱を提供する。例えば、図１は、内部バッフルシングルパス反応器１２０の一部分をおおう温度制御ジャケット１４０を示す。温度制御ジャケット１４０は、プロセス流体内の水和反応を促進するために反応器１２０のおおわれた部分に熱を提供するように操作可能である。温度制御流体供給導管１４２は、新たな温度制御流体を導入し、温度制御流体戻り導管１４４は、使い果たした温度制御流体を通す。

内部バッフルシングルパス反応器１２０は、その操作可能な長さに沿って固定された内部バッフル１４６を有する。固定された内部バッフル１４６は、流体運動量を分裂させ、プロセス流体が反応器１２０を流れるとき、その流体の流路を変更する。流動運動量の分裂および流体流路の変更は、プロセス流体内のブテン、水、および触媒を合わせた均質混合をバッフルセル１４７内で生じさせる。各バッフルセルは、反応器１２０の内壁１２５とともに一対の固定された内部バッフル１４６によって画定される。反応器１２０の中心軸と一直線ではない流体流動はまた、反応器１２０の内壁からバルクプロセス流体の中に熱を搬送することによって流体への伝熱を容易にする。固定された内部バッフル１４６はまた、プロセス滞留時間を増加させ、これは、ブテンのブタノールへの変換を改善する。

プロセス流体振動器１４８は、内部バッフルシングルパス反応器１２０の基端部１２２の近くに位置する。プロセス流体振動器１４８は、プロセス流体振動器１４８が外部汚染物質をプロセス流体に曝露せず、かつプロセス流体を外部環境に漏出せずに、反応器１２０の外側から内側に通過するように、振動器シール１５０を介して反応器１２０に連結する。プロセス流体振動器１４８は、振動器ヘッド１５１で反応器１２０の内壁と摩擦により連結する。振動器ヘッド１５１は、プロセス流体と接触する。

プロセス流体振動器１４８の相対位置への変更は、振動器ヘッド１５１とのその接触およびプロセス流体の非圧縮性により、プロセス流体の位置変更を付与する。プロセス流体の位置変更は、反応器１２０の操作可能な長さに沿ってプロセス流体流動の流動運動量における不安定性を付与する。プロセス流体流動における不安定性は、混合および熱吸収を高める。非圧縮性プロセス流体を押すことおよび引くことは、プロセス流体の流動を反応器１２０の内側の固定位置に対して上昇および後退させる。

振動器シール１５０の構成、外部運動ドライバ１５２への連結、内部バッフルシングルパス反応器１２０の内壁との振動器ヘッド１５１が有する接触は、プロセス流体振動器１４８を限定された可動域に制限する。プロセス流体振動器１４８は、操作可能であるとき、振動器ヘッド１５１を線形方向の前後式に移動させる。

［図２］
図２は、ブタノール生成システムの他の実施形態のプロセスフロー図である。図２のブタノール生成プロセスは、組み合わせられた混合ブテンおよび水供給物２０１ならびに水和触媒供給物１０６を含むいくつかの供給物をブタノール生成システム２００の中に導入する。組み合わせられた混合ブテンおよび水供給物２０１は、ブテンおよび水注入ポート２０３を通って内部バッフルシングルパス反応器１２０に入る。ブタノール生成システム２００は、精製ベント２９２およびブタノール生成物１１４を含むいくつかの生成物を生成する。システム再循環流のブテン再循環１８２および水再循環２８８の両方は、組み合わせられた供給物２０１中の混合ブテンおよび水の補給量を最小限にすることに寄与する。

図２の分離システム２６０は、図１の分離システム１６０とは異なって構成される。高圧（ＨＰ）水分離器２７２は、冷却器１７０に連結し、冷却された粗生成物を受容し、かなりの部分の水を除去し、水の少ない粗生成物を形成する。回収された水および水和触媒は、内部バッフルシングルパス反応器１２０への再導入のために水再循環２８８を通過する。

デブタナイザー塔１８０は、ＨＰ水分離器２７２に連結し、水の少ない粗生成物を受容し、水の少ない粗生成物から未反応ブテンを除去するように操作し、ブテンを含まない粗生成物を形成する。回収されたブテンは、ブテン再循環１８２を介して内部バッフルシングルパス反応器１２０の基端部に移る。

浸透気化ユニット２８４は、浸透気化膜２８６を含む。浸透気化ユニット２８４は、デブタナイザー塔１８０に連結し、ブテンを含まない粗生成物を受容し、ブテンを含まない粗生成物から浸透気化膜２８６を用いる透過としてブタノールを分離するように操作可能である。浸透気化ユニット２８４は、透過側にブタノール蒸気、および浸透気化膜２８６の供給側に主に水からなる残液を形成する。水残液は、水再循環２８８を通って内部バッフルシングルパス反応器１２０に移る。

ブタノール分離塔２９０は、浸透気化ユニット２８４に連結し、ブタノール蒸気を受容し、ブタノール蒸気を精製して精製された混合ブタノールにするように操作する。精製された混合ブタノールは、水およびブテンを実質的に含まず、ブタノール生成物１１４を介して搬送される。ブタノール分離塔２９０は、軽量および不凝縮ガスを放出する。軽量および不凝縮ガスの一部分は、ベント流２９２を通って放出され、残りは、ブタノール回収のために蒸留再循環２９４を通って浸透気化ユニット２８４に再循環される。

［図３］
図３は、ブタノール生成システムの他の実施形態のプロセスフロー図である。図３のブタノール生成プロセスは、図２のプロセスに示されるものと同様の供給物を導入する。ブタノール生成システム３００は、廃触媒１１０およびブタノール生成物１１４を含むいくつかの生成物を生成する。システム３００再循環流のブテン再循環１８２および水再循環２８８の両方は、組み合わせられた供給物２０１中の混合ブテンおよび水の補給量を最小限にすることに寄与する。

図３の分離システム３６０は、分離システム１６０および２６０とは異なって構成される。サイクロン１７２は、冷却器１７０に連結し、冷却された粗生成物を受容し、廃触媒１１０を介して任意の残留不均一系水和触媒、ポリマー、および他の固体を除去する。サイクロン１７２は、廃触媒１１０を通る使用済み触媒、および触媒を含まない粗生成物の両方を生成する。高圧（ＨＰ）水分離器２７２は、サイクロン１７２に連結し、触媒を含まない粗生成物を受容し、高圧下で水相からブタノールおよびブテンを含む有機相を分離する。水相はそれでもなおいくらかのブタノールを含むが、有機相よりはるかに少ない。デブタナイザー塔１８０は、ＨＰ水分離器２７２に連結し、有機ブタノールおよびブテン相を受容し、有機相を再循環可能なブテンおよび精製された混合ブタノールに分離する。回収されたブテンは、ブテン再循環１８２を介してプロセスの前方に搬送され、精製された混合ブタノールは、ブタノール生成物１１４を介して通過される。共沸塔３９０は、ＨＰ水分離器２７２に連結し、水相を受容し、水相をブタノール／水の共沸混合物および再循環可能な水に分離する。ブタノール／水の共沸混合物は、ブタノール／水再循環３９２を介して分離システム３６０の前方に再循環され、再循環可能な水は、水再循環２８８を介してプロセスの前方に搬送される。

［プロセス流体および粗生成物］
プロセス流体は、内部バッフルシングルパス反応器の内側の間のブタノール生成プロセスの操作条件での非混和性ブテンおよび水の二相プロセスである。反応器の操作可能な長さに沿った任意の所定の点では、プロセス流体は、ブテン、水、任意にブテン水和触媒、およびブテン水和生成物、特にブタノールを含む。

ブテン水和反応は、内部バッフルシングルパス反応器内で生じる。プロセス流体は、反応器内のブテン水和触媒の存在下で、混合ブタノールへの混合ブテンの水和反応を支持する。ブタノール生成プロセスの一部として、プロセス流体は、粗生成物として反応器の先端部に近接した位置で反応器から通過する。

粗生成物は、生成物のブタノールと水とブテンと任意にブテン水和触媒との組み合わせであり、これはさらに活性であり得る。粗生成物は、内部バッフルシングルパス反応器の先端部から通過した後のプロセス流体である。

［混合ブテン］
混合ブテンは、ブタノール生成プロセスの一部としての反応物として導入される。混合ブテンは、精製されてもよく、または石油化学精製所内の供給源によってもたされてもよく、ＦＣＣユニットもしくは熱分解ユニットの生成物、ＭＴＢＥもしくはＴＢＡプロセスからのラフィネート、液化石油ガス（ＬＰＧ）のほんの一部、または同様の供給源のうちのいくつかからの組み合わされた流れとして含んでいる。混合ブテンは、１−ブテンのうちの１つ以上、片方または両方の２ブテン（すなわち、シスまたはトランス）、およびイソブチレンを含む。混合ブテンはまた、他のアルカンおよびアルケンを含むことができる。

ブタノール生成物の生成の一実施形態では、混合ブテンは、１−ブテンを含む。ブタノール生成プロセスの一実施形態は、混合ブテンが本質的に１−ブテンからなることを含む。新たなまたは「補給（ｍａｋｅ−ｕｐ）」１−ブテンは、好ましくは重合度である。新たな１−ブテンは、少なくとも９９体積％の１−ブテン、または９９．５体積％の１−ブテン、または９９．９体積％の１−ブテン、または９９．９５体積％の１−ブテン、またはさらに高純度である。新たな１−ブテン中の不純物は、５体積ｐｐｍまたはそれ未満である。

ブタノール生成システムの他の部分からブテンを再循環することは、ブテン変換効率を最大限にする。ブタノール生成システムは、粗生成物から回収可能な混合ブテンを選択的に分離する分離システムを含む。ブタノール生成システムの一実施形態は、ブタノール生成システムが選択的に分離された混合ブテンを内部バッフルシングルパス反応器の中に導入するように操作可能であることを含む。ブタノール生成プロセスの一実施形態は、別々に選択的に分離された混合ブテンが内部バッフルシングルパス反応器の中に導入されるように、ブタノール生成システムを操作することを含む。再循環されたブテンは、再循環された材料が既にブタノール生成システムの内側にあり、新しい不活性物質または汚染物質を導入することができないことにより、新しいブテンより低い組成純度を有し得る。

混合ブテンの導入は、加圧ガス、液体、超臨界流体、またはこれらの組み合わせとして生じる。１−ブテンの臨界温度は、１４６．４℃であり、臨界圧力は、４０．２バールである。イソブチレンの臨界温度は、１４４．７℃であり、臨界圧力は、４０．０１バールである。導入された混合ブテンを予熱することは、水和を促進するプロセス流体に熱を提供する。

［水］
水は、ブタノール生成プロセスの一部としての反応物として導入される。ブタノール生成システムの中に導入される新たな水または補給水は、少なくとも９９体積％の水、または９９．５体積％の水、または９９．９体積％の水、または９９．９５体積％の水、またはさらに高純度である。水は、汚染物質をブタノール生成システムの中に導入しないように脱気され、脱塩され、脱イオン化されるべきである。不純物は、５体積ｐｐｍまたはそれ未満である。

ブタノール生成システムの他の部分から水を再循環することは、導入される補給水の量を最小限にする。水は典型的に、ブタノール生成プロセスで過剰に使用される。分離システムは、内部バッフルシングルパス反応器から通過する粗生成物から回収可能な水を選択的に分離する。ブタノール生成システムの一実施形態は、ブタノール生成システムが選択的に分離された水を内部バッフルシングルパス反応器の中に導入するように操作可能であることを含む。ブタノール生成プロセスの一実施形態は、別々に選択的に分離された水が内部バッフルシングルパス反応器の中に導入されるように、ブタノール生成システムを操作することを含む。中和されていない均一系触媒を使用するとき、再循環された水は、活性水和触媒をブタノール生成システムの前方に搬送することができる。ブタノール生成プロセスの一実施形態は、別々に選択的に分離された水が均一系ブテン水和触媒も含むことを含む。

ブタノール生成システムの一実施形態は、水対１−ブテンのモル比値が約１〜約２１の範囲であるように、水および混合ブテンが内部バッフルシングルパス反応器の中に導入されることを含む。

［水和触媒］
ブテン水和触媒は、ブタノール生成システムが所定の不均一系酸触媒を含まないとき、ブタノール生成プロセスの一部としての反応物として導入される。ブテン水和触媒の導入は、ブタノール生成システムが所定の不均一系酸触媒を含まないときに任意である。ブタノール生成プロセスの一実施形態は、基端部に近接して、プロセス流体が形成するようにブテン水和触媒をブタノール生成システムの内部バッフルシングルパス反応器の中に導入することを含み、そこでブテン水和触媒は、均一酸、不均一酸、およびこれらの組み合わせから選択される。

均一酸である有用なブテン水和触媒としては、例えば、硫酸およびリン酸が含まれる。ブタノール生成プロセスの一実施形態は、導入されるブテン水和触媒が均一であることを含む。有用なリン酸の例としては、オルトリン酸、ポリリン酸（ＰＰＡ）、および過リン酸（ＳＰＡ）が挙げられる。ポリリン酸は、一般化学式Ｈ（ＰＯ_３Ｈ）_ｎＯＨを有するリンの酸素酸であり、式中、ｎは、分子中のリン単位の数を表す整数である。ＰＰＡの商業的混合物は、オルト−（ｎ＝１）、パイロ−（ｎ＝２）、トリ−（ｎ＝３）、テトラ−（ｎ＝４）、および高次の縮合鎖酸の混合を有する。約９５％〜約１１８％のリン酸（Ｈ_３ＰＯ_４）の当量濃度の範囲のＰＰＡ濃度は、ポリリン酸の完全加水分解の際に生じる同量のリン酸を表す。一例は、オルトリン酸（Ｈ_３ＰＯ_４）（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｏｒｐ．；Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，Ｍｏ．）である。

有用なブテン水和触媒としては、不均一系酸性触媒も含まれる。ブタノール生成プロセスの一実施形態は、導入されるブテン水和触媒が不均一であることを含む。このような酸は、それらの金属、セラミック、微粒子、または高分子構造に組み込まれた酸官能性を有する。蒸発、気化、蒸留、および遠心分離システムを含む回収プロセスは、プロセス流体または粗生成物から固体触媒を抽出することができる。ブタノール生成プロセスの一実施形態は、分離システムが粗生成物からブテン水和触媒を別々に選択的に分離するように、ブタノール生成システムを操作することを含み、そこでブテン水和触媒は、不均一系触媒である。例としては、Ｄ００８−１およびＤ００８−２（ＫａｉＲｕｉ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．Ｌｔｄ．；Ｈｅｂｅｉ Ｃｉｔｙ，Ｃｈｉｎａ）が挙げられ、これは、スルホン酸（ＳＯ_３Ｈ）官能基が付加されたポリマー樹脂である。

本方法の一実施形態は、均一系ブテン水和触媒、不均一系水和触媒、およびこれらの組み合わせからなる群から導入されたブテン水和触媒を選択することを含む。いくつかの均一／不均一酸結合システムが、アルケンからアルコールへの変換効率もしくは選択性またはその両方に関して相乗効果をもたらすことは既知である。バッフルセル内の不均一系水和触媒を含むブタノール生成システムの実施形態では、ブタノール生成プロセスの一実施形態は、均一系ブテン水和触媒を内部バッフルシングルパス反応器の中に導入することを含む。

水和触媒の導入は、純物質として生じるか、または送達溶液中に希釈されるかのいずれかである。水和触媒は、分散を高めるために水中または混合ブテン中に希釈されて、プロセス流体の中に導入され得る。

［ブタノール生成プロセス生成物］
一次生成物は、精製された混合ブタノールである。精製されたブタノール生成物の組成は、少なくとも９９体積％の混合ブタノール、または９９．５体積％の混合ブタノール、または９９．７体積％の混合ブタノール、または９９．９体積％の混合ブタノール、またはさらに高純度である。ブタノール生成システムの一実施形態は、分離システムが少なくとも９９体積パーセントの混合ブタノールの純度を有する精製された混合ブタノールを生成するように操作可能であることを含む。ブテン、ブタン、および不活性成分を含む溶存ガスは、精製された混合ブタノール生成物中に存在し得る微量不純物である。

ブタノール生成システムは、粗生成物から固体を回収することができる。このような固体は、触媒活性水和触媒を含むことができる。ブタノール生成プロセスは、水和触媒を回収し、それを中和し、次いでブタノール生成プロセスの外側にそれを処分することができる。外部プロセスは、回収された水和触媒を処理または再生することができ、内部バッフルシングルパス反応器の中への再導入のためにそれを再循環する。

ブタノール生成プロセスは、精製プロセスの一部として粗生成物から水を選択的に分離する。回収された水は、有機物、酸触媒、および固体に対して処理され、次いでシステムパージとして処分され得る。

ブタノール生成システムは、分離システムの一部としてガスを放出することができる。ベントガスは、システムパージとしての機能を果たす。ベントガスは、ブテンのわずかな部分を含む不活性成分および軽量の有機ガスを含む。
［内部バッフルシングルパス反応器］

内部バッフルシングルパス反応器は、加圧、加熱、流体封入環境で混合ブテン水和を支持するように操作可能な内壁によって画定された内部流体導管を有するチューブラーである。このチューブラーは、第１の端部（基端部または上流端部）と第２の端部（先端部または下流端部）との間で一定体積を部分的に包囲する内面または壁を有する。反応器の操作可能な長さは、基端部と先端部との間のチューブラーの流体長さである。チューブラーの長さは、その直径よりはるかに大きい。チューブラーはまた、熱が内部と外部との間で伝達するその操作可能な長さに沿って外面または壁を有する。

内部バッフルシングルパス反応器は、反応物および任意に水和触媒が基端部の近くの反応器の中に入り、プロセス流体を混合および形成するように操作可能である。プロセス流体は、流体流路に沿って基端部のあたりから先端部まで反応器の操作可能な長さを通過する。粗生成物は、先端部に近接した反応器から通過する。

図１〜３は、蛇行状の内部バッフルシングルパス反応器を示すが、反応器は、標準管を含む接続された線形および非線形流体導管区分の使用に基づいて任意の数の物理的構成をとることができる。当業者であれば、温度制御、物理的空間、保守、および資本コストを含む操作選好および性能に基づいて内部バッフルシングルパス反応器の全体形状を想定することができる。

内部バッフルシングルパス反応器を通るプロセス流体に対する一次流動要因は、基端部の周囲における反応物および水和触媒の協調的導入、および先端部のあたりからの粗生成物の通過である。必須ではないが、ポンプおよび回転インラインブレードを含む補助流動ドライバは、プロセス流体に補足運動量を提供することができる。

内部バッフルシングルパス反応器は、反応器の基端部の近くに少なくとも１つの反応物供給位置を有する。混合ブテンおよび水の導入は、結合された流れまたは別個の流れであってもよい。新たなおよび再循環された混合ブテンおよび水流は、混合されるか、または反応器の中に別々に供給され得る。

内部バッフルシングルパス反応器は、少なくとも１つの水和触媒供給位置を有する。水和触媒供給位置は、内部バッフルシングルパス反応器の基端部の近くの少なくとも１つの反応物供給位置から下流である。反応物供給位置に対するこの位置は、反応物が水和触媒の導入前に互いに混合することを可能にし、これは、改善された選択性および変換を容易にする。

ブタノール生成システムの一実施形態は、内部バッフルシングルパス反応器の操作可能な長さに沿って複数の反応区間を含む。一実施形態では、反応区間は、第１の混合ブテン導入位置と第２の混合ブテン導入位置との間の操作可能な長さである。他の実施形態では、反応区間は、混合ブテン導入位置と反応器の先端部との間である。他の実施形態では、反応区間は、第１のブテン水和触媒導入位置と第２のブテン水和触媒導入位置との間の操作可能な長さである。他の実施形態では、反応区間は、ブテン水和触媒導入位置と内部バッフルシングルパス反応器の先端部との間である。反応器の操作可能な長さに沿って複数の位置を通って混合された複数のブテンまたは１つのブテン水和触媒を導入することは、高められたレベルのプロセス制御およびブテン変換効率を可能にする。各反応区間は、内部バッフル構造、プロセス流体流量、コンピュータ制御システム、および反応区間温度の操作、ならびに圧力操作を含む、生成を容易にする異なる内部および外部プロセス支援装置を有する。

内部バッフルシングルパス反応器の操作可能な長さに沿った任意の所定の点では、内部流体導管軸は、その点で内部流体導管の断面積に対して垂直である。内部追加物（例えば、内部流動バッフル）がないと、流体は、内部バッフルシングルパス反応器の操作可能な長さを通過し、流れている間、内部流体導管軸と概して一直線のままである。
［内部流動バッフルおよびバッフルセル］

内部バッフルシングルパス反応器は、その操作可能な長さの少なくとも一部分に沿った一連の内部流動バッフルを有する。ブタノール生成システムの一実施形態は、一組の内部流動バッフルが内部流体導管の操作可能な長さ全体に沿って位置することを含む。

内部バッフルシングルパス反応器内の各内部流動バッフルでは、バッフルは、反応器の基端部に向かって方向付けられる一方の側（上流向きの側）、および反応器の先端部に向かって方向付けられる反対側（下流向きの側）を有する。バッフルは従来、反応器の内壁に沿った位置から垂直に延在し、かつ内部流体導管の中に内側に突出するように配向される。バッフルは通常、内部流体導管軸に垂直であるように配向されるが、他の構成が当業者に実現可能である。バッフルは、プロセス流体が、伝熱および混合を促進するようにプロセス流体流路の長さの大部分に対して内部流体導管軸と一直線に流れるのを防ぐ。

内部流動バッフルは、ロッド、有孔板、メッシュスクリーン、オリフィス板（中心にある流通窓、および中心から外れた流通窓）、ならびに区分された板を含む多くの物理的形状を有することができる。各バッフルは、各バッフルに対する流通窓を少なくとも部分的に画定する窓縁を有する。オリフィス板等のいくつかのバッフルでは、窓縁は、プロセス流体が流れるバッフル内に円形空隙を完全に画定する。他のバッフルでは、窓縁は、プロセス流体が流れる空隙を部分的に画定する。このようなバッフルを反応器の中に取り付けると、反応器の内壁は、流通窓の残部を画定する。バッフルの寸法に対する流通窓の寸法、内部流体導管の中心に対するその位置、他の隣接する内部バッフルに対するその形状（平行、斜行、垂直）は、プロセス流体の進行方向を変更する際の重要な要因である。

内部バッフルシングルパス反応器の内側を通る流体流路は、内部流体導管軸に対する隣接するバッフルの形状、流通窓、間隔、および配向を含む、反応器の内壁および内部流動バッフルの配列の両方によって画定される。プロセス流体流路の長さは、反応器の操作可能な長さより長い。バッフルは、プロセス流体が基端部から先端部までの距離を流れなければならないだけでなく、内部バッフルの周囲も移動しなければならないことにより、プロセス流体が反応器を通って通過する距離を増加させる。

複数の反応区間を有する反応器では、バッフルの異なる組は、各反応区間内に存在し得る。内部流動バッフルの配列は、各組内に、バッフルが位置する操作可能な長さの部分に沿って直列に配列され、かつその組における各隣接するバッフル間に等距離離間するような配列である。ブタノール生成システムの一実施形態は、その操作可能な長さに沿って１組以上の内部流動バッフルを有する内部バッフルシングルパス反応器を含む。

内壁を伴う内部流動バッフルは、内部バッフルシングルパス反応器の内部流体導管内に１組のバッフルセルを画定する。各バッフルセルは、一組のバッフルの中で上流バッフルの下流向きの側および下流バッフルの上流向きの側、ならびに反応器の内壁によって結合される。一組の内部流動バッフルと関連付けられたバッフルセルの数は常に、その組におけるバッフルの数未満のものである。

プロセス流体が内部バッフルシングルパス反応器を通過するとき、プロセス流体は、上流バッフルによって少なくとも一部画定された流通窓を通ってバッフルセルに入る。バッフルセルに入ると、プロセス流体は、セル内で循環し、反応物、触媒、生成物をともに混合し、ならびに、プロセス流体の異なる部分間であるが、プロセス流体と反応器の内壁との間でも双方とも内部で熱を伝達する。プロセス流体は次に、下流バッフルによって少なくとも一部画定された流通窓を通ってバッフルセルから通過する。バッフルセルを通過するプロセスは、プロセス流体が反応器の操作可能な長さに沿ってバッフルセルからバッフルセルまで通過するときに繰り返される。

ブタノール生成プロセスの一実施形態では、ブテン水和触媒の導入は任意である。このようなプロセスでは、内部バッフルシングルパス反応器は、プロセス流体内の混合ブテンを混合ブタノールに選択的に変換する固体の不均一系ブテン水和触媒を含む。触媒は反応器の内部流体導管内のどこにでも含まれ得るが、反応物の混合および変換を最大限にする触媒を位置決めするための最も効果的な位置は、各バッフルセル内である。

各バッフルセル内の固体の不均一系ブテン水和触媒の位置は、材料、構造、およびバッフルセル構成要素への触媒の適用によって異なり得る。ペレットの形状、球体、または他の緩んだ、一般に構造化されていない形態では、触媒は、流動穴またはスロットおよびワイヤメッシュバッグを有する構造化フレームを含む容器または他の物理的拘束手段内に含まれてもよく、これは、プロセス流体が触媒を容器から搬送されることを可能にしない間、触媒の蓄積の中に、およびそこから自由に流れることを可能にする。これは、触媒が内部バッフルシングルパス反応器の先端部に向かって下流にプロセス流体流動とともに移動し、かつ分離システムを汚染することを防ぐ。非構造化触媒の自由形式構造は、内部流動バッフルの流通窓を含む、プロセス流体流路内の直接配置を可能にすることができる。ブタノール生成システムの一実施形態は、下流バッフルの流通窓を流れるプロセス流体が不均一系ブテン水和触媒と接触するように、不均一系ブテン水和触媒が位置することを含み、ブタノール生成プロセスの実施形態は、混合ブテンと水との反応が下流の流通窓に近接した各バッフルセル内で生じることを含む。触媒の位置は、上流バッフルの流通窓を流れるプロセス流体が不均一系ブテン水和触媒と接触するような位置であり得る。格子、マトリクス、およびシート等の構造化形態、ならびに硬化性、熱可塑性、および他の展性のある形状等の「非晶質（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ）」形態を含む触媒の他の形態は、触媒が内壁の内側向きの表面およびバッフルセルを画定する内部流動バッフル上に取り付けられ、付着され、塗装され、またはスプレーコーティングされることを可能にする。ブタノール生成システムの一実施形態は、触媒がバッフルセルを画定する内壁上に位置することを含み、ブタノール生成プロセスの実施形態は、混合ブテンと水との反応が内壁に沿って各バッフルセル内で生じることを含む。各バッフルセルでは、上流バッフルの下流向きの側および下流向きのバッフルの上流向きの側は、バッフルセルに向かって内側に方向付けられる。ブタノール生成システムの一実施形態は、触媒がバッフルセルに向かって内側に方向付けられる内部流動バッフルの側に位置することを含む。

［外部運動ドライバ］
ブタノール生成システムは、温度、質量流量、および圧力を含む、ブタノール生成プロセスの他の操作パラメータを変更せずに、プロセス流体の流動における不安定性を誘発する内部バッフルシングルパス反応器の外部のデバイスを含む。プロセス流体に運動を直接伝達することによってプロセス流体の流動における不安定性を誘発することは、外部運動ドライバを使用する。

外部運動ドライバは、プロセス流体に運動を付与または伝達するために、電気、電気機械、水圧、空気圧、ガス注入、圧縮ガス、化学反応、および任意の他のシステムまたは装置を含む。

ブタノール生成プロセスの間、外部運動ドライバは、流体が内部バッフルシングルパス反応器を流れるとき、流体の運動量を分裂させることによってプロセス流体流動に不安定性を誘発する。外部運動ドライバは、プロセス流体が反応器の基端部から先端部に通過するとき、物理的様式でプロセス流体に作用する。外部運動ドライバは、プロセス流体と接触する装置の部分を用いて、振動、往復運動、変数、および非同期流体運動を含む運動をプロセス流体に伝達する。内部流体導管内の連結された装置の運動は、プロセス流体流動における不安定性を形成する。

不安定性を誘発せずに、ブタノール生成プロセスは、内部バッフルシングルパス反応器内に「定常状態（ｓｔｅａｄｙ ｓｔａｔｅ）」条件を維持することができる。定常状態条件は、システム内の任意の点での流体特性が時間と比較したときに変化しない条件である。石油、石油化学、および化学操作の分野の当業者であれば、「定常状態操作（ｓｔｅａｄｙ ｓｔａｔｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）」が時々、いくつかのわずかなプロセス変動を含むが、一般に、操作条件、供給率、生成率が大幅に変化しないことを理解する。

外部運動ドライバによる運動の適用は、プロセス流体流動の流体運動量を分裂させることによって、定常状態流動条件を非定常状であるものに変化させる。非定常条件は、流体運動量の不安定化に反応して、システムの伝熱、反応効率、および全体的な生産性を含む、他のプロセスおよび生成条件に影響を与えるカスケード効果をもたらす。不安定性は、不安定にする運動の導入モーメント中に生じ、ある期間続き、その後、時間の関数として効果を減少する。追加の不安定相互作用がなく、かつ別の方法で一貫した操作条件を維持することによって、新しい定常状態条件、元の定常状態に類似し得るものが達成され得る。プロセス流体に方向付けられた不安定運動の繰り返される、定期的、または断続的な適用は、不安定性の連続的な条件を存在させる。

プロセス流体の誘発された非定常流動条件は、内部バッフルシングルパス反応器内の定位置と比較してプロセス流体の相対運動（例えば、加速、遅延）を変更する。非定常条件の誘発は、供給物導入および通過する粗生成物がプロセスの全体的な体積または質量流量に影響を与えるとき、反応器によって単位時間あたりの総体積または質量流量に影響を与えない。

プロセス流体内の流体渦および逆流の過渡形成および散逸は、非定常流動中に生じる。乱流と関連付けられたランダム方向の流動に類似して、非定常流動はまた、層状型流動に特有の低いレイノルズ数の流動様式で生じ得る。プロセス流体の非定常流動は、内部バッフルシングルパス反応器を通って移動するプロセス流体の一部分を過渡期のみ、予測不可能かつ非定常様式で流させることによってバッフルセル内の混合、反応、および伝熱を促進する。

外部運動ドライバは、プロセス流体に運動を直接付与するように操作可能であるデバイスに連結する。ピストンのような操作者の操作は、さらに概して基端部から先端部に内部流体導管を流れる間、プロセス流体流動を上昇および後退させる。プロセス流体と流体接触する振動板のような装置は、非圧縮性プロセス流体に対して拡大および縮小し、内部流体導管内の類似の体積を変位させ、所望のプロセス流体流動の不安定性を形成する。

ブタノール生成システムの一実施形態は、約３ヘルツの周波数で振動することによって、プロセス流体流動における不安定性を誘発するように操作可能な外部運動ドライバを含む。ブタノール生成方法の一実施形態は、外部運動ドライバが３ヘルツの周波数で振動することによって、プロセス流体流動における不安定性を誘発する、ブタノール生成システムを操作することを含む。

ブタノール生成システムの一実施形態は、各外部運動ドライバがプロセス流体に運動量を直接付与するように操作可能なデバイスに連結する２つ以上の外部運動ドライバを含む。ブタノール生成プロセスの一実施形態は、第１および第２の外部運動ドライバを同期的に操作することを含む。ブタノール生成プロセスの他の実施形態は、第１および第２の外部運動ドライバを非同期的に操作することを含む。

［温度制御システム］
温度制御システムは、温度修正流体を内部バッフルシングルパス反応器の外側に搬送して、ブタン水和反応に対して適切な温度を維持する。内部バッフルシングルパス反応器内の温度を維持するために有用な温度制御システムの例としては、熱交換器、冷却ジャケット、および送風機が挙げられる。有用な温度修正流体の例としては、水、エチレングリコール、および空気が挙げられる。温度修正流体の強制対流が典型的である。

［分離システム］
ブタノール生成システムは、粗生成物から混合ブタノール、混合ブテン、および水を分離するように操作可能な分離システムを含む。

ブタノール生成システムは、粗生成物から混合ブテンを選択的に分離して、ブテンを含まない粗生成物および回収された混合ブテンを生成するように操作可能である。回収された混合ブテンは、ブタノール生成システムによる再循環および反応物供給として内部バッフルシングルパス反応器への導入に有用である。未反応な混合ブテンの再循環は、ブテンプロセス効率を改善させる。

ブタノール生成システムはまた、粗生成物から水を選択的に分離して、水を含まない粗生成物を生成するように操作可能である。回収された水は、ブタノール生成システムによる再循環および反応物供給として内部バッフルシングルパス反応器への導入に有用である。水はまた、システムパージの一部として処分され得る。

ブタノール生成システムの一実施形態は、粗生成物からブテン水和触媒を別々に選択的に分離するように操作可能である。サイクロン分離システムは、より重質な液体および固体をより形質な生成物から分離させる粗生成物への遠心力を誘発する。サイクロン分離システムは、固体が角運動量の適用時に残りの液体から容易に分離するように、固体の不均一系触媒で特に有用である。インライン濾過はまた、粗生成物から固体を除去する類似の作業を行うことができ、固体が蓄積し、フィルタ表面からそれら自体の重量で剥離することを可能にする。気化器は、粗生成物の部分が蒸気を形成するように熱を粗生成物の中に導入することができる。薄膜蒸発器を含む蒸発器は、より低い操作圧力で気相状態を達成し得る粗生成物の部分から高温で沸騰する生成物および固体を分離することができる。水和触媒および回収された任意の他の固体または非常に重質な液体は、回収または処分のためにブタノール生成システムから排出され得る。

同伴流体は、粗生成物からブタノールを選択的に抽出することに有用である。粗生成物は、ある程度の水、したがって水から容易に分離可能な水非混和性有機化合物を含み、抽出を実施するのに有用な水と比較して混合ブタノールが即時の親和力を有する。大気圧で混合ブタノールより低い蒸留沸点を有するエントレーナ流体はまた、これが混合ブタノールからエントレーナを分離することを比較的学問的にするときに有用である。有用なエントレーナ流体の例としては、ペンタン、ヘキサン、ヘキセン、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシレン、およびこれらの混合物が挙げられる。

粗生成物中の水と非混和性の希薄なエントレーナ流体の導入は、粗生成物を二相、エントレーナを含むブタノールに富んだ有機相、およびブタノールに乏しい水相に分離させる。ブタノール抽出塔は、エントレーナ相から水相を分離することができる。図１は、生成水１１２として通過するブタノールの乏しい水相、およびブタノール分離塔１８６に移るブタノールに富んだエントレーナとブタノールとの混合物を生成するブタノール抽出塔１８４を示す。他の精製システムのプロセスは、ブタノールに富んだエントレーナ流体を精製された混合ブタノールおよび希薄なエントレーナ流体に変換する。

浸透気化膜は、粗生成物から混合ブタノールを直接分離することができる。浸透気化膜を含むブタノール生成プロセスは、混合ブタノールを選択的に浸透気化し、水を選択的に浸透気化しない。この浸透気化物は、精製された混合ブタノールを形成するように凝縮および蒸留され得る蒸気質の混合ブタノールである。この濾液は、いくつかの混合ブタノールを含む主に水からなる液体である。この種の精製システムからの濾液は、所望のブタノールを再捕捉するだけでなく、再利用するために水を貯蔵するために再循環することにも有用である。

［支持設備］
実施形態は、記載される装置、プロセス、方法、およびシステムを可能にし、操作可能にする多くの追加の標準構成要素または設備を含む。当業者に既知のこのような標準設備の例としては、熱交換、ポンプ、送風機、再沸器、蒸気発生、復水操作、膜、単段および多段圧縮器、分離および分別設備、バルブ、スイッチ、コントローラ、ならびに圧力検知デバイス、温度検知デバイス、レベル検知デバイス、および流動検知デバイスが挙げられる。

プロセスまたは方法の部分もしくは、プロセスまたは方法の全ステップの操作、制御、および性能は、人間の相互作用、予めプログラムされたコンピュータ制御システムおよび応答システム、またはこれらの組み合わせによって生じ得る。

［ブタノール生成システムの稼動］
ブテン水和触媒は、内部バッフルシングルパス反応器の操作条件でプロセス流体内の混合ブテンを混合ブタノールに選択的に変換するように操作可能である。ブタノール生成プロセスの一実施形態は、内部バッフルシングルパス反応器内のプロセス流体の温度が約８０℃〜約１５０℃の範囲に維持されるように、ブタノール生成システムを操作することを含む。ブタノール生成プロセスの一実施形態は、内部バッフルシングルパス反応器内のプロセス流体の温度が約１００℃〜約１２０℃の範囲に維持されるように、ブタノール生成システムを操作することを含む。ブタノール生成プロセスの一実施形態は、内部バッフルシングルパス反応器内のプロセス流体の圧力が約５バール〜約７０バールの範囲に維持されるように、ブタノール生成システムを操作することを含む。

液体もしくは臨界流体状態における混合ブタノールもしくは混合ブタノールの構成要素のうちのいくつか、またはその両方の組み合わせを維持することは、内部バッフルシングルパス反応器内での混合を高めることができる。ブタノール生成プロセスの一実施形態は、内部バッフルシングルパス反応器内のプロセス流体の温度および圧力が、混合ブテンが液体状態であるような範囲に維持されるように、ブタノール生成システムを操作することを含む。ブタノール生成プロセスの一実施形態は、内部バッフルシングルパス反応器内のプロセス流体の温度および圧力が、混合ブテンが超臨界状態であるような範囲に維持されるように、ブタノール生成システムを操作することを含む。

内部バッフルシングルパス反応器内で生じる改善された混合は、標準の一定の体積の反応器システムを有するものより、材料の高いスループットを可能にする。ブタノール生成プロセスの一実施形態は、内部バッフルシングルパス反応器内のプロセス流体の滞留時間が約０．１時間〜約０．２時間の範囲に維持されるように、ブタノール生成システムを操作することを含む。より低い滞留時間は、有用性の低い２−ブテンへの異性化を引き起こし得る温度への１−ブテンの曝露を最小限にするより高い空間速度を確保する。

［実施例］
特定の実施形態の実施例は、ブタノール生成システムおよびプロセスのより良い理解を容易にする。実施例は、決して本発明の範囲を限定または定義するべきではない。

［実施例１〜４および比較例１〜４］
振動バッフル反応器（ＯＢＲ）は、５つの実施例の混合物（１〜４）を処理する。オートクレーブ反応器は、５つの比較例の混合物（１〜４）を処理する。各実施例は、類似の水、１−ブテンのモル値比および触媒、１−ブテンの相対関係の比較例を有する。例えば、実施例１は、比較例１と比較可能であり、実施例２は、比較例２と比較可能であり、以下同様である。表１は、実施例１〜４および比較例１〜４の組成物を示す。導入された１−ブテン、水、および全体積は、ミリリットル（ｍＬ）である。モル比は、値のない数である。

各実施例および比較例を処理するために、各実施例または比較例のためのブテン水和触媒（Ｄ００８；ＫａｉＲｕｉ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．Ｌｔｄ．；Ｈｅｂｅｉ Ｃｉｔｙ，Ｃｈｉｎａ）および水の量は、指定された反応器タイプ（ＯＢＲ、オートクレーブ）の中に導入される。窒素圧下の１−ブテンの量は、それぞれの実験のために指定された反応器タイプの中に導入される。反応器を密閉すると、反応器は、操作温度（１００〜１１０℃）まで加熱する。オートクレーブ反応器内の実験では、加熱ジャケットは、実験全体にわたって操作温度を維持する。ＯＢＲ内の実験では、高温シリコーンオイルバスは、操作温度を維持する。反応時間は、１時間、オートクレーブおよびＯＢＲの両方で生じる。実施例の処理中、ＯＢＲ反応器は、３ヘルツ（Ｈｚ）の周波数および３０ミリメートルの振幅で実施例の組成物を混合するが、オートクレーブは、毎分２００回転数（ＲＰＭ）の速度で各比較例の組成物を撹拌する。両反応器は、これらの組成物を混合して、非混和性反応物の不均一系混合物を形成する。１時間後、各タイプの反応器は、混合することを中断し、室温まで冷却し、未反応の１−ブテンを放出する。各実施例および比較例の液体生成物を分析することは、存在する２−ブタノールの量および１−ブテンの変換効率を決定するのに役立つ。

［表１］

表１に見られるように、ＯＢＲ実験運転のすべては、比較可能なオートクレーブ実施例の運転に対してより高い１−ブテンの変換率を有する。

図４は、振動バッフル反応器（実施例）およびオートクレーブ反応器（比較例）に対してモル百分率でのブテンからブタノールへの変換と対比する導入された水対１−ブテンのモル比を図示する。図４は、測定された１−ブテン変換率と対比する反応器の中に導入されたモル比の表３からのデータのプロットである。情報（実施例および比較例）の各組に対するデータは、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｅｘｃｅｌ ２０１０（Ｒｅｄｍｏｎｄ，Ｗａｓｈ．）を用いた二次多項式を用いて曲線適合される。

図４はまた、導入された水対１−ブテンのモル比と１−ブテンのモルパーセントの変換率間の二次多項式の関係を示す。ＯＢＲでは、決定された二次関係は、０．９９を超えるＲ^２値でよく適合される。ＯＢＲ実験運転の二次多項式は、式１として表され、
ＭＣＲ_{Ｃ４＝／ＢｔＯＨ}＝−０．００２１７３^＊（ＭＲ_{Ｈ２Ｏ：Ｃ４＝}）^２＋０．０６１３２３^＊ＭＲ_{Ｈ２Ｏ：Ｃ４＝}＋０．１４２６４（式１）、
式中、ＭＣＲ_{Ｃ４＝／ＢｔＯＨ}は、モルパーセントでの１−ブテンからブタノールへのモル変換率であり、ＭＲ_{Ｈ２Ｏ：Ｃ４＝}は、導入された混合物中の水対１−ブテンのモル比である。式１は、約１〜約２１のモル比範囲に対して決定される。

加えて、ＯＢＲ実験運転（実施例１〜４）の全モル変換率値は、ブタノールへの１−ブテンのモル変換率を推定するのに有用な２つの二次多項式関係間で適合する。式１に類似する２つの式は、破線「多項式（低）（Ｐｏｌｙ．（Ｌｏｗ））」および「多項式（高）（Ｐｏｌｙ．（Ｈｉｇｈ））」として図４に図示される。式２および式３は、実施例のモル比範囲に対する実施例１〜４のモル変換率値を含む。
ＥＭＣＲ_{Ｃ４＝／ＢｔＯＨ}≧−０．００２１７３^＊（ＭＲ_{Ｈ２Ｏ：Ｃ４＝}）^２＋０．０６１３２３^＊ＭＲ_{Ｈ２Ｏ：Ｃ４＝}＋０．０４５（式２）および
ＥＭＣＲ_{Ｃ４＝／ＢｔＯＨ}≦−０．００２１７３^＊（ＭＲ_{Ｈ２Ｏ：Ｃ４＝}）^２＋０．０６１３２３^＊ＭＲ_{Ｈ２Ｏ：Ｃ４＝}＋０．２４０２８、（式３）、
式中、ＥＭＣＲ_{Ｃ４＝／ＢｔＯＨ}は、モルパーセントでの１−ブテンからブタノールへの推定モル変換率であり、ＭＲ_{Ｈ２Ｏ：Ｃ４＝}は、導入された混合物中の水対１−ブテンのモル比であり、これは、約１〜約２１の範囲である。ブタノール生成方法の一実施形態は、モルパーセントでの１−ブテンからブタノールへのモル変換率が、式２および式３によって決定されるように、推定モル変換率値の範囲内であるように、ブタノール生成システムを操作することを含む。ブタノール生成方法の一実施形態は、モルパーセントでの１−ブテンからブタノールへのモル変換率が、式２によって決定されるように、推定モル変換率値をほぼ超えるように、ブタノール生成システムを操作することを含む。加えて、式１〜３に類似するあと２つの式が、破線「多項式（中低）（Ｐｏｌｙ．（ＭｅｄＬｏｗ））」および「多項式（中高）（Ｐｏｌｙ．（ＭｅｄＨｉｇｈ））」として図４に図示される。式４および式５は、実施例１に近く、かつ式２と式３の中間の実施例のモル比範囲に対する実施例１〜４のモル変換率値を含む。
ＥＭＣＲ_{Ｃ４＝／ＢｔＯＨ}≧−０．００２１７３^＊（ＭＲ_{Ｈ２Ｏ：Ｃ４＝}）^２＋０．０６１３２３^＊ＭＲ_{Ｈ２Ｏ：Ｃ４＝}＋０．０９３８２（式４）および
ＥＭＣＲ_{Ｃ４＝／ＢｔＯＨ}≦−０．００２１７３^＊（ＭＲ_{Ｈ２Ｏ：Ｃ４＝}）^２＋０．０６１３２３^＊ＭＲ_{Ｈ２Ｏ：Ｃ４＝}＋０．１９１４６、（式５）、
式中、ＥＭＣＲ_{Ｃ４＝／ＢｔＯＨ}は、モルパーセントでの１−ブテンからブタノールへの推定モル変換率であり、ＭＲ_{Ｈ２Ｏ：Ｃ４＝}は、導入された混合物中の水対１−ブテンのモル比であり、これは、約１〜約２１の範囲である。ブタノール生成方法の一実施形態は、モルパーセントでの１−ブテンからブタノールへのモル変換率が、式４および式５によって決定されるように、推定モル変換率値の範囲内であるように、ブタノール生成システムを操作することを含む。ブタノール生成方法の一実施形態は、モルパーセントでの１−ブテンからブタノールへのモル変換率が、式４によって決定されるように、推定モル変換率値の範囲をほぼ超えるように、ブタノール生成システムを操作することを含む。

［実施例５および比較例５］
実施例１〜４に使用されるＯＢＲは、実施例の混合物５を処理する。比較例１〜４に使用されるオートクレーブ反応器は、比較例の混合物５を処理する。実施例および比較例は、類似の水対１−ブテンのモル値率および触媒対１−ブテンの体積関係を有する。表２は、実施例５および比較例５の組成物を示す。導入された１−ブテン、水、および全体積は、ミリリットル（ｍＬ）である。モル比は、値のない数である。

実施例５および比較例５の処理は、ブテン水和触媒がオルトリン酸（Ｈ_３ＰＯ_４）（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｏｒｐ．；Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，Ｍｏ．）であることを除いて、実施例１〜４および比較例１〜４に対するプロセスにそれぞれ類似する。
［表２］

表２は、類似の処理条件（すなわち、温度、時間、組成物）下でＯＢＲ対オートクレーブ反応器内での実施例および比較例の組成物の処理の結果を示す。これらの運転では、重量パーセントの量および１−ブテンの変換モル百分率の両方は、オートクレーブ処理材料に対するものよりもＯＢＲ処理材料に対するものが高い。酸水和変換触媒を使用することは、類似の処理条件に対してＯＢＲを使用することが１−ブテンを水和させるためのオートクレーブ反応器よりも優れていることを確証する。

Claims (34)

1. 水および混合ブテンから精製された混合ブタノールを生成するためのブタノール生成システムであって、
   内部バッフルシングルパス反応器であって、
   内壁および基端部と先端部との間の操作長さによって画定された内部流体導管を有し、
   前記内部流体導管のその操作可能な長さの少なくとも一部分に沿って一組の内部流動バッフルを有し、前記一組の内部流動バッフルおよび前記内壁が一組のバッフルセルを画定し、かつ
   水、混合ブテン、および混合ブタノールを含むプロセス流体を含み、前記プロセス流体を、プロセス流体流路に沿って前記基端部から前記先端部に前記内部流体導管を通って搬送し、かつ前記先端部から粗生成物を提供するように操作可能である、内部バッフルシングルパス反応器と、
   前記内部バッフルシングルパス反応器の前記先端部に流動的に連結し、前記粗生成物を受容し、かつ精製された混合ブタノールが生成されるように、前記粗生成物から水および混合ブテンを別々に選択的に分離するように操作可能である、分離システムと、
   前記内部バッフルシングルパス反応器の前記基端部に連結し、前記内部バッフルシングルパス反応器を通る前記プロセス流体のその流体流動における不安定性を誘発するように操作可能である、外部運動ドライバと、を備える、ブタノール生成システム。
2. 前記一組の流動バッフルは、前記内部流体導管の操作可能な長さ全体に沿って位置する、請求項１に記載のブタノール生成システム。
3. 前記外部運動ドライバは、３ヘルツの周波数で振動することによって前記プロセス流体流動における不安定性を誘発するように操作可能である、請求項１または２に記載のブタノール生成システム。
4. 前記ブタノール生成システムは、前記選択的に分離された混合ブテンを前記内部バッフルシングルパス反応器の中に導入するように操作可能である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のブタノール生成システム。
5. 前記ブタノール生成システムは、前記選択的に分離された水を前記内部バッフルシングルパス反応器の中に導入するように操作可能である、請求項１〜４のいずれか一項に記載のブタノール生成システム。
6. 前記分離システムは、前記粗生成物からブテン水和触媒を別々に選択的に分離するように操作可能である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のブタノール生成システム。
7. 前記分離システムは、少なくとも９９体積パーセントの混合ブタノールの純度を有する前記精製された混合ブタノールを生成するように操作可能である、請求項１〜６のいずれか一項に記載のブタノール生成システム。
8. 各バッフルセルは、不均一系ブテン水和触媒を含み、前記不均一系ブテン水和触媒は、前記内部バッフルシングルパス反応器の操作条件で前記プロセス流体内の前記混合ブテンを前記混合ブタノールに選択的に変換するように操作可能である、請求項１〜７のいずれか一項に記載のブタノール生成システム。
9. 前記不均一系ブテン水和触媒は、前記バッフルセルを画定する前記内壁上の前記バッフルセル内に位置する、請求項８に記載のブタノール生成システム。
10. 前記不均一系ブテン水和触媒は、前記バッフルセルに向かって内側に向けられた前記内部流動バッフルの側面上の前記バッフルセル内に位置する、請求項８または９に記載のブタノール生成システム。
11. 前記不均一系ブテン水和触媒は、前記バッフルセルの前記下流バッフルの前記流通窓を流れる前記プロセス流体が前記不均一系ブテン水和触媒と接触するように前記バッフルセル内に位置する、請求項８〜１０のいずれか一項に記載のブタノール生成システム。
12. ブタノール生成システムを用いてブテン水和触媒の存在下で水と混合ブテンとの組み合わせから精製された混合ブタノールを生成するための方法であって、そのブタノール生成方法は、
    プロセス流体が生じるように、混合ブテン、水、およびブテン水和触媒を前記ブタノール生成システムの内部バッフルシングルパス反応器の中に導入するステップと、
    前記プロセス流体が前記内部バッフルシングルパス反応器の基端部から先端部に流れるように、前記ブタノール生成システムを操作するステップであって、前記外部運動ドライバが前記プロセス流体流動における不安定性を誘発し、混合ブタノールが生じるように、混合ブテンと水との反応が前記ブテン水和触媒の存在下で生じ、前記精製された混合ブタノールが生じるように、前記分離システムが粗生成物から水および混合ブテンを別々に選択的に分離する、ステップと、を含み、
    前記ブテン水和触媒は、前記内部バッフルシングルパス反応器の前記操作条件で前記プロセス流体内の混合ブテンを混合ブタノールに選択的に変換するように操作可能である、方法。
13. 前記混合ブテンは、１−ブテンを含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記混合ブテンは、本質的に１−ブテンからなる、請求項１２に記載の方法。
15. 前記ブテン水和触媒は、均一系ブテン水和触媒、不均一系ブテン水和触媒、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 前記外部運動ドライバは、３ヘルツの周波数で振動することによって前記プロセス流体流動における不安定性を誘発する、請求項１２〜１５のいずれか一項に記載の方法。
17. 前記分離システムが前記粗生成物から前記ブテン水和触媒を別々に選択的に分離するように、前記ブタノール生成システムを操作することをさらに含み、その分離されたブテン水和触媒は、不均一系ブテン水和触媒である、請求項１２〜１６のいずれか一項に記載の方法。
18. 別々に選択的に分離された混合ブテンが内部バッフルシングルパス反応器の中に導入されるように、前記ブタノール生成システムを操作することをさらに含む、請求項１２〜１７のいずれか一項に記載の方法。
19. 別々に選択的に分離された水が内部バッフルシングルパス反応器の中に導入されるように、前記ブタノール生成システムを操作することをさらに含む、請求項１２〜１８のいずれか一項に記載の方法。
20. 前記別々に選択的に分離された水は、均一系ブテン水和触媒も含む、請求項１９に記載の方法。
21. 前記内部バッフルシングルパス反応器内の前記プロセス流体の温度が８０℃〜１５０℃の範囲に維持されるように、前記ブタノール生成システムを操作することをさらに含む、請求項１２〜２０のいずれか一項に記載の方法。
22. 前記内部バッフルシングルパス反応器内の前記プロセス流体の圧力が５バール〜７０バールの範囲に維持されるように、前記ブタノール生成システムを操作することをさらに含む、請求項１２〜２１のいずれか一項に記載の方法。
23. 前記内部バッフルシングルパス反応器内の前記プロセス流体の温度および圧力が、混合ブテンが液体状態であるような範囲に維持されるように、前記ブタノール生成システムを操作することをさらに含む、請求項１２〜２２のいずれか一項に記載の方法。
24. 前記内部バッフルシングルパス反応器内の前記プロセス流体の温度および圧力が、混合ブテンが超臨界状態であるような範囲に維持されるように、前記ブタノール生成システムを操作することをさらに含む、請求項１２〜２３のいずれか一項に記載の方法。
25. 前記内部バッフルシングルパス反応器内の前記プロセス流体の滞留時間が０．１時間〜０．２時間の範囲に維持されるように、前記ブタノール生成システムを操作することをさらに含む、請求項１２〜２４のいずれか一項に記載の方法。
26. 前記水および前記混合ブテンは、水対１−ブテンのモル比が１〜２１の範囲の値を有するように、前記内部バッフルシングルパス反応器の中に導入される、請求項１２〜２５のいずれか一項に記載の方法。
27. １−ブテンからブタノールへのモル変換率が−０．００２１７３^＊（ＭＲ_{Ｈ２Ｏ：Ｃ４＝}）^２＋０．０６１３２３^＊ＭＲ_{Ｈ２Ｏ：Ｃ４＝}＋０．０４５〜−０．００２１７３^＊（ＭＲ_{Ｈ２Ｏ：Ｃ４＝}）^２＋０．０６１３２３^＊ＭＲ_{Ｈ２Ｏ：Ｃ４＝}＋０．２４０２８の範囲のモルパーセントの１−ブテンの値を有するように、前記ブタノール生成システムを操作させることをさらに含み、ＭＲ_{Ｈ２Ｏ：Ｃ４＝}は、水対１−ブテンのモル比の値である、請求項２６に記載の方法。
28. 前記内部バッフルシングルパス反応器のための１−ブテンからブタノールへのモル変換率が少なくとも−０．００２１７３^＊（ＭＲ_{Ｈ２Ｏ：Ｃ４＝}）^２＋０．０６１３２３^＊ＭＲ_{Ｈ２Ｏ：Ｃ４＝}＋０．０４５のモルパーセントの１−ブテンの値を有するように、前記ブタノール生成システムを操作させることをさらに含み、ＭＲ_{Ｈ２Ｏ：Ｃ４＝}は、水対１−ブテンのモル比の値である、請求項２６に記載の方法。
29. 前記精製された混合ブタノールは、少なくとも９９体積パーセントの混合ブタノールを含む、請求項１２〜２８のいずれか一項に記載の方法。
30. ブタノール生成システムを用いてブテン水和触媒の存在下で水と混合ブテンとの組み合わせから精製された混合ブタノールを生成するための方法であって、そのブタノール生成方法は、
    プロセス流体が生じるように、混合ブテンおよび水を前記ブタノール生成システムの内部バッフルシングルパス反応器の中に導入するステップと、
    前記プロセス流体が前記内部バッフルシングルパス反応器の基端部から先端部に流れるように、前記ブタノール生成システムを操作するステップであって、前記外部運動ドライバが前記プロセス流体流動における不安定性を誘発し、混合ブタノールが生じるように、混合ブテンと水との反応が前記ブテン水和触媒の存在下で生じ、前記精製された混合ブタノールが生じるように、前記分離システムが粗生成物から水および混合ブテンを別々に選択的に分離する、ステップと、を含み、
    前記不均一系ブテン水和触媒は、各バッフルセル内に位置し、前記内部バッフルシングルパス反応器の前記操作条件で前記プロセス流体内の前記混合ブテンを前記混合ブタノールに選択的に変換するように操作可能である、方法。
31. 混合ブテンと水の反応は、前記流動バッフルの側面上の各バッフルセル内で生じる、請求項３０に記載の方法。
32. 混合ブテンと水との反応は、前記内壁に沿って各バッフルセル内で生じる、請求項３０または３１に記載の方法。
33. 前記混合ブテンと水との反応は、下流流通窓に近接した各バッフルセル内で生じる、請求項３０〜３２のいずれか一項に記載の方法。
34. 均一系ブテン水和触媒を前記内部バッフルシングルパス反応器の中に導入することをさらに含む、請求項３０〜３３のいずれか一項に記載の方法。
    
    

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