KR102073112B1 - 진동 배플 반응기를 이용한 올레핀 수화 공정 - Google Patents

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KR102073112B1
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아비르 알자흐
카리머딘 엠. 샤이크
웨이 수
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사우디 아라비안 오일 컴퍼니
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Abstract

정제된 혼합 부탄올을 제조하기 위한 부탄올 제조 시스템은 내부 벽에 의해 정의된 내부 유체 도관을 갖는 내부 배플 단일 패스 반응기를 포함한다. 상기 내부 유체 도관은 물, 혼합된 부텐 및 혼합된 부탄올을 포함하는 공정 유체를 함유하여 크루드 제품을 형성한다. 내부 유동 배플은 상기 내부 유체 도관의 길이를 따라 위치된다. 배플 셀은 상기 내부 벽에 의해 외경으로 정의되고 상기 내부 유동 배플에 의해 단부로 정의된다. 분리 시스템은 정제된 혼합 부탄올의 제조를 위해 상기 크루드 제품으로부터 물 및 혼합된 부텐을 분리한다. 진동자 어셈블리는 상기 내부 배플 단일 패스 반응기에 커플링되고 전후방 직선 운동으로 선택적으로 움직일 수 있는 왕복 진동자 헤드를 가지며, 상기 공정 유체와 연통하여 상기 공정 유체가 상기 내부 배플 단일 패스 반응기를 따라 일반적인 사인곡선적인 움직임을 받도록 한다.

Description

진동 배플 반응기를 이용한 올레핀 수화 공정
발명자: 알자흐, 아비르
샤이크, 카리머딘, 엠.
수, 웨이
본 발명의 분야는 부탄올의 제조에 관한 것이다. 더 구체적으로, 상기 분야는 부텐의 수화를 통한 부탄올의 제조에 관한 것이다.
이 출원은 2013년 9월 3일 출원된, 2012년 9월 5일 출원된 미국 가출원 제 61/697,076 호에 대한 우선권을 주장하며 그 이익을 향유하는 "진동 배플 반응기를 사용한 올레핀 수화 공정"으로 명명된 미국 특허 출원 제 14/016,798 호, 현재 미국 특허 제 9,187,388 에 대해 부분 연속 출원, 우선권 주장 및 그 이익을 주장한다. 미국 특허 제도의 목적 상, 본 출원은 상기 출원의 전 개시를 전체적으로 참조로서 포함한다.
부탄올은 메틸 tert-부틸 에테르 및 에탄올을 포함하는 전형적인 함산소 화합물(oxygenate) 및 연료-스톡 확장제에 대한 효과적인 대안이다. 부탄올은 옥탄가 상승에 기여할 뿐 아니라 상기 연료 혼합물에 산소를 공급한다. 혼합된 또는 블렌딩된 부탄올은 또한 비교적 저렴하다.
부탄올, 특히 혼합된 부탄올을 제조하는 주요 수단은 부텐 수화 공정을 거치는 것이다. 공지된 부텐 수화 공정은 액체-액체의 2상 시스템을 포함한다. 부텐 및 물은 낮은 상대 농도(물-중-부텐 및 부텐-중-물 모두) 시스템에서 서로 섞이지 않는다. 상승된 작동 조건은 상기 비 혼화성을 완화시키지 못한다. 상기 반응물의 비 혼화성은 알려진 낮은 단일 패스 전환율의 하나의 이유이다.
또한, 상기 비 혼화성은 상기 수화 촉매의 분포에도 또한 영향을 미친다. 일반적인 수화 촉매는 수상 또는 탄화수소상 중 하나를 선호하며- 보통 두 상 모두를 선호하는 것은 아니다. 이러한 수화 촉매의 열악한 분포는 상기 2상 시스템 전반에 걸쳐 촉매 반응을 조성하는 것이 아니라, 대개 단지 하나의 상에서만 촉매 반응을 조성한다.
따라서, 부텐 수화 시스템 및 공정에서 부텐의 부탄올으로의 단일-패스 전환의 수율을 향상시킬 필요가 있다.
물 그리고 혼합된 부텐으로부터 정제된 혼합 부탄올을 제조하기 위한 부탄올 제조 시스템은 내부 벽 및 근위부와 말단부 사이의 작동 길이에 의해 정의된 내부 유체 도관을 가지는 내부 배플 단일 패스 반응기를 포함하고, 상기 내부 유체 도관은 크루드 제품을 형성하기 위해 물, 혼합된 부텐 및 혼합된 부탄올을 포함하는 공정 유체를 선택적으로 함유 및 혼합한다. 상기 내부 배플 단일 패스 반응기는 상기 내부 유체 도관의 작동 길이의 적어도 일부를 따라 위치되는 내부 유동 배플을 또한 포함하고, 상기 내부 유동 배플은 고리형이고 상기 내부 벽에 고착된다. 배플 셀은 작동 길이를 따라 연속적으로 위치되고 상기 내부 벽에 의해 외경으로 정의되며 상기 내부 유동 배플에 의해 제 1 단부 및 제 2 단부로 정의되는데, 여기서 상기 내부 유동 배플 중 하나는 상기 배플 셀 중 하나의 제 2 단부 및 인접한 배플 셀의 제 1 단부 모두를 정의한다. 분리 시스템은 정제된 혼합 부탄올이 제조되도록 상기 크루드 제품을 선택적으로 수용하고 상기 크루드 제품으로부터 물 및 혼합된 부텐을 분리하기 위해 배향된 상기 내부 배플 단일 패스 반응기와 유체 연통한다. 진동자 어셈블리는 상기 내부 배플 단일 패스 반응기의 근위부에 커플링되고, 상기 진동자 어셈블리는 선택적으로 전후방 직선 운동할 수 있는 왕복 진동자 헤드를 가지며, 상기 공정 유체가 상기 내부 배플 단일 패스 반응기를 따라 일반적으로 사인곡선적인 움직임을 받도록 상기 공정 유체와 연통한다.
대안의 구체예에서, 각각의 상기 내부 유동 배플은 오리피스를 가진 디스크형의 판으로 형성될 수 있고, 상기 오리피스는 상기 판을 통해 연장된다. 상기 디스크형의 판의 외경은 상기 내부 벽에 고정될 수 있다. 상기 오리피스는 상기 판에 따라 크기가 결정되고 위치되어 상기 배플 셀 내의 상기 공정 유체 내에서 와류를 형성할 수 있다. 상기 배플 셀은 상기 내부 유체 도관의 전체 작동 길이를 따라 위치될 수 있다.
다른 대안 구체예에서, 상기 진동자 헤드의 외경은 상기 내부 벽과 슬라이딩하여 맞물릴(engage) 수 있다. 상기 분리 시스템은 상기 내부 유체 도관의 말단부와 유체 연통할 수 있거나 상기 배플 셀 중 적어도 하나와 유체 연통할 수 있다. 상기 진동자 헤드는 2 내지 5 헤르츠의 왕복 진동수를 가질 수 있고, 20-40 밀리미터의 왕복 진폭을 가질 수 있다. 상기 진동자 어셈블리는 상기 진동자 헤드에 기계적으로 커플링되고, 상기 진동자 헤드를 선택적으로 구동시키는 외부 운동(motion) 드라이버를 포함할 수 있다. 상기 진동자 어셈블리는 상기 내부 배플 단일 패스 반응기 및 공정 유체 진동자 멤버를 실링하여 맞물리게 하는 진동자 실 섹션을 포함할 수 있고, 상기 공정 유체 진동자 멤버는 상기 외부 운동 드라이버를 상기 진동자 헤드에 기계적으로 결합시킨다.
본 개시의 또 다른 구체예에서, 물 및 혼합된 부텐의 조합물로부터 정제된 혼합 부탄올을 제조하는 방법은 내부 배플 단일 패스 반응기를 제공하는 단계를 포함한다. 상기 내부 배플 단일 패스 반응기는 내부 벽 및 근위부 및 말단부 사이의 작동 길이에 의해 정의되는 내부 유체 도관을 가진다. 내부 유동 배플은 상기 내부 유체 도관의 작동 길이의 적어도 일부를 따라 위치되고, 상기 내부 유동 배플은 고리형이며 상기 내부 벽에 고착된다. 배플 셀은 작동 길이를 따라 연속적으로 위치되고 상기 내부 벽에 의해 외경으로 정의되고 상기 내부 유동 배플에 의해 제1 단부 및 제2 단부로 정의되며, 여기서 상기 내부 유동 배플 중 하나는 상기 배플 셀의 제2 단부 및 인접한 배플 셀의 제1 단부 모두를 정의한다. 혼합된 부텐, 물 및 혼합된 부탄올을 포함하는 공정 유체는 상기 내부 배플 단일 패스 반응기를 통과된다. 상기 공정 유체는 상기 내부 배플 단일 패스 반응기 내에서 혼합되어 상기 내부 배플 단일 패스 반응기의 근위부에 커플링된 진동자 어셈블리를 갖는 상기 내부 배플 단일 패스 반응기를 따라 공정 유체 내에 일반적으로 사인곡선적인 움직임을 유도함으로써 크루드 제품을 형성하며, 상기 진동자 어셈블리는 전후방 직선 운동으로 선택적으로 이동 가능한 왕복 진동자 헤드를 갖는다. 상기 물 및 혼합된 부텐은 상기 내부 배플 단일 패스 반응기와 유체 연통하는 분리 시스템 내에서 상기 크루드 제품과 분리되어 정제된 혼합 부탄올을 제조한다.
대안 구체예에서, 상기 내부 배플 단일 패스 반응기 내에서 상기 공정 유체를 혼합하는 단계는 상기 내부 유동 배플을 지나는 상기 공정 유체를 밀어냄으로써 상기 배플 셀 내의 상기 공정 유체 내에 와류를 유도하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 공정 유체는 상기 내부 유체 도관의 말단부에서 상기 분리 시스템으로 전달되거나 적어도 하나의 상기 배플 셀로부터 상기 분리 시스템으로 전달될 수 있다.
또 다른 대안 구체예에서, 상기 진동자 어셈블리는 2 내지 5 헤르츠의 왕복 진동수 및 20-40 밀리미터의 왕복 진폭으로 작동될 수 있다. 상기 진동자 헤드는 상기 진동자 헤드에 기계적으로 커플링된 외부 운동 드라이버로 구동될 수 있다. 상기 내부 배플 단일 패스 반응기 및 공정 유체 진동자 멤버는 상기 외부 운동 드라이버를 상기 진동자 헤드에 기계적으로 결합시키는 진동자 실 섹션과 실링하여 맞물릴 수 있다.
본 발명의 이들 및 다른 특징, 관점, 및 이점들은 이하의 바람직한 구체예, 첨부된 청구범위, 및 동반된 도면의 상세한 설명과 관련하여 더 잘 이해된다.
도 1a-1b는 상기 부탄올 제조 시스템의 구체예의 공정 흐름도이며:
도 2는 상기 부탄올 제조 시스템의 또 다른 구체예의 공정 흐름도이며;
도 3은 상기 부탄올 제조 시스템의 또 다른 구체예의 공정 흐름도이며;
도 4는 본 개시의 구체예에 따른 상기 내부 배플 단일 패스 반응기의 일부의 개략적인 상세도이며;
도 5는 본 개시의 구체예에 따른 상기 내부 배플 단일 패스 반응기 및 외부 운동 드라이버의 개략도이며; 및
도 6은 진동식 배플 반응기 및 오토클레이브 반응기에 대한 1-부텐에 도입된 물 대 부텐에서 부탄올로의 전환의 몰 비를 몰 백분율로 나타내는 그래프이다.
동반된 도면에서, 유사한 구성요소 또는 특징, 또는 둘 모두는 동일한 참조 라벨을 가질 수 있다. 도면 및 그 설명은 상기 부탄올 제조 시스템 및 그 사용 방법에 대해 더 나은 이해를 가능하게 한다. 도면은 본 발명의 범위를 제한하거나 정의하지 않아야 한다. 도면은 설명의 편의를 위한 간단한 도해이다. 본 기술의 통상의 기술자는 이러한 시스템이 의도된 목적에 따라 작동 가능하게 하는 보조 장비 및 서브시스템을 갖는 복잡한 구조임을 이해한다.
본 발명의 요약, 도면의 간단한 설명 및 바람직한 구체예의 상세한 설명, 및 첨부된 청구항을 포함하는 명세서는 본 발명의 특정 특징(공정 또는 방법 단계를 포함함)을 나타낸다. 본 기술의 기술자는 본 발명이 명세서에 기술된 특정 특징의 모든 가능한 조합 및 사용을 포함한다는 것을 이해한다. 본 기술의 기술자는 본 발명이 명세서에 주어진 구체예의 설명에 대해 또는 이에 의해 제한되지 않음을 이해한다. 본 발명의 주제는 명세서 및 첨부된 청구항의 사상을 제외하고는 제한되지 않는다.
또한 본 기술의 기술자는 특정 구체예를 설명하기 위해 사용된 용어가 본 발명의 범위 또는 폭을 제한하지 않는다는 것을 이해한다. 명세서 및 첨부된 청구항을 해석함에 있어, 모든 용어는 각 용어의 문맥에 따라 가능한 가장 넓은 범위로 해석되어야 한다. 명세서 및 첨부된 청구범위에 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어는 달리 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.
명세서 및 첨부된 청구범위에서 사용된 바와 같이, 단수 형태 "하나의(a, an)", 및 "상기(the)" 는 문맥상 다르게 지시하는 것이 명백하지 않는 한 복수의 참조를 포함한다. "포함하다(comprise)" 라는 동사 및 그것의 결합된 형태는 요소, 구성요소 또는 단계를 비-배타적인 방법으로 언급하는 것으로 해석되어야 한다. 참조된 요소, 구성요소 또는 단계는 명시적으로 언급되지 않은 다른 요소, 구성요소 또는 단계와 함께 존재하거나, 활용되거나 또는 결합될 수 있다. "커플링하다(couple)" 라는 동사 및 그 결합 형태는 전기적, 기계적 또는 유체를 포함한 임의의 유형의 필요한 접합을 완료하여, 2 이상의 이전 비-결합된 객체에서 단일 객체를 형성하는 것을 의미한다. 첫 번째 장치가 두 번째 장치에 커플링되면, 연결은 직접 또는 공통의 연결부를 통해 발생할 수 있다. "선택적으로(optionally)" 및 그것의 다양한 형태는 이후에 설명된 사건 또는 상황이 발생할 수도, 발생하지 않을 수도 있다는 것을 의미한다. 상기 설명은 사건 또는 상황이 발생하는 경우 및 발생하지 않는 경우를 포함한다. "작동 가능(operable)" 및 그것의 다양한 형태는 적절한 기능을 발휘하고 의도된 용도로 사용 가능함을 의미한다. "관련된(associated)" 및 그것의 다양한 형태는 함께 발생하거나 하나가 다른 하나를 제조하기 때문에 또다른 무언가와 연결된 무언가를 의미한다.
공간 용어는 또다른 객체 및 객체의 그룹에 대한 객체 또는 객체의 상대적 위치를 설명한다. 공간 관계는 수직 축 및 수평 축을 따라 적용한다. "업스트림" 및 "다운스트림" 및 다른 유사 용어를 포함하는 방향 지시 및 상대적인 단어는 설명의 편의를 위한 것이며 달리 지시되지 않는 한 제한하는 것은 아니다.
명세서 또는 첨부된 청구범위가 값의 범위를 제공하는 경우, 간격은 상한 및 하한 뿐 아니라 상한 및 하한 사이의 각각의 개재 값을 포함하는 것으로 이해된다. 본 발명은 임의의 특정 배제가 제공되는 보다 작은 범위의 간격을 포함하고 경계를 이룬다. "실질적으로 없는(substantially free)"은 표시된 측정 단위로 1% 미만임을 의미한다. "유의미한(significant)"은 표시된 측정 단위로 10% 이상임을 의미한다.
명세서 및 첨부된 청구범위에서 둘 이상의 정의된 단계를 포함하는 방법에 대해 언급되는 경우, 상기 정의된 단계는 문맥이 그 가능성을 배제하는 경우를 제외하고는 임의의 순서 또는 동시에 수행될 수 있다.
도 1a-1b
도 1a-1b는 상기 부탄올 제조 시스템의 일 구체예의 공정 흐름도를 포함한다. 도 1a-1b의 상기 부탄올 제조 공정은 혼합된 부텐 피드(102), 물 피드(104), 수화 촉매 피드(106) 및 엔트레이너 피드(108)를 포함하는 피드 라인을 통해 부탄올 제조 시스템(100) 내에 몇몇 피드를 도입한다. 부탄올 제조 시스템(100)은 폐 촉매(110), 제조 물(112), 부탄올 제품(114) 및 소비된 엔트레이너(116)를 포함하는 제품 라인을 통해 몇몇 제품을 제조한다.
부탄올 제조 시스템(100)은 부텐의 부탄올로의 전환 및 정제된 부탄올 제품의 제조를 지원하는 몇몇 유닛을 포함한다. 내부 배플 단일 패스 반응기(120)는 혼합된 부탄올로의 부텐의 촉매적으로 유도된 수화를 돕는다. 혼합된 부텐 피드(102), 물 피드(104) 및 수화 촉매 피드(106) 모두는 내부 배플 단일 패스 반응기(120)를 통해 부탄올 제조 시스템(100)으로 들어간다. 내부 배플 단일 패스 반응기(120)는 제조된 혼합 부탄올의 회수에 유용한 크루드 제품 스트림을 제조한다.
내부 배플 단일 패스 반응기(120)는 반응물, 촉매 및 반응 생성물의 혼합물인 공정 유체를 함유한다. 상기 공정 유체는 내부 벽(125)에 의해 정의된 내부 유체 도관을 통해 근위부(122)로부터 말단부(124)까지 내부 배플 단일 패스 반응기(120)를 가로지른다. 상기 공정 유체의 조성은 상기 부텐 수화 반응이 일어나면서 제품 혼합된 부탄올을 형성하고 반응물인 물 및 혼합된 부텐을 소비하면서 내부 배플 단일 패스 반응기(120)의 작동 길이를 따라 변화한다.
분리 시스템(160)은 내부 배플 단일 패스 반응기(120)와 유체 연통한다. 분리 시스템(160)은 정제된 혼합 부탄올이 제조되도록 상기 크루드 제품을 선택적으로 수용하고 물 및 혼합된 부텐을 상기 크루드 제품으로부터 분리하도록 배향된다. 분리 시스템(160)(점선 박스)에서, 냉각기(170)는 내부 배플 단일 패스 반응기(120)와 커플링되고, 내부 배플 단일 패스 반응기(120)로부터 상기 크루드 제품을 수용하고 분리 처리를 위해 상기 크루드 제품의 온도를 감소시키도록 작동 가능하다. 도 1a의 구체예에서, 분리 시스템(160)은 내부 배플 단일 패스 반응기(120)의 말단부(124)와 커플링되고, 이와 유체 연통한다. 도 1b의 구체예에서, 분리 시스템(160)은 내부 배플 단일 패스 반응기(120)의 다른 영역과 커플링되고, 이와 유체 연통한다. 예로서, 분리 시스템(160)은 적어도 하나의 상기 배플 셀(147)에서 내부 배플 단일 패스 반응기(120)와 커플링할 수 있다.
부탄올 제조 시스템(100)에서, 사이클론(172)은 냉각기(170)에 커플링되고, 상기 냉각된 크루드 제품을 수용하며, 임의의 잔류 비균질 수화 촉매를 제거한다. 사이클론(172)은 폐 촉매(110)를 통해 소비되는 촉매 및 촉매 없는 크루드 제품 모두를 제조한다.
디부테나이저(debutenizer) 컬럼(180)은 사이클론(172)에 커플링되고, 상기 촉매 없는 크루드 제품을 수용하며, 미반응 부텐을 제거한다. 디부테나이저 컬럼(180)은 회수된 부텐 및 부텐 없는 크루드 제품을 제조한다. 상기 회수된 부텐은 부탄올 제조 시스템(100)에 의해 부텐 재순환(182)를 통해 내부 배플 단일 패스 반응기(120)의 근위부로 재순환된다.
부탄올 추출 컬럼(184)은 디부테나이저 컬럼(180)과 커플링되고, 상기 부텐 없는 크루드 제품을 수용하며, 또한 엔트레이너 피드(108)를 통해 엔트레이너를 수용한다. 부탄올 추출 컬럼(184)은 상기 도입된 엔트레이너를 사용하여 상기 부텐 없는 크루드 제품의 수상으로부터 부탄올을 추출하여 부탄올이 부족한 수상 및 엔트레이너 및 부탄올이 풍부한 부탄올 상을 형성함으로써 작동한다. 물은 부탄올 추출 컬럼(184)으로부터 제조 물(112)을 통해 통과한다. 상기 엔트레이너 및 부탄올 상은 부탄올 추출 컬럼(184)의 바텀으로 통과한다.
부탄올 분리 컬럼(186)은 부탄올 추출 컬럼(184)과 커플링되고, 상기 엔트레이너 및 부탄올 상을 수용하며, 상기 엔트레이너로부터 부탄올을 분리한다. 부탄올 분리 컬럼(186)은 물, 부텐 및 상기 엔트레이너가 실질적으로 없는 상기 정제된 혼합 부탄올을 제조한다. 상기 정제된 부탄올 혼합물은 부탄올 분리 컬럼(186)으로부터 부탄올 제품(114)을 통해 통과한다. 회수된 엔트레이너는 부탄올 분리 컬럼(186)으로부터 소비된 엔트레이너(116)를 통해 통과한다.
도 1a 내지 1b에 도시된 바와 같이, 내부 배플 단일 패스 반응기(120)의 배열은 근위부(122) 및 말단부(124)를 갖고, 말단부(124)는 냉각기(170)에 커플링되는 서펜타인형의 도관이다. 몇몇 포트(126)는 상기 내부 배플 단일 패스 반응기(120)의 내부에 접근하기 위한 것이다. 몇몇 주입 포트는 상기 내부 배플 단일 패스 반응기(120)의 내부로의 피드 접근을 제공하며, 이는 물 주입 포트(128), 부텐 주입 포트(130) 및 촉매 주입 포트(132)를 포함한다.
또한, 상기 공정 유체는 외부 열 교환 시스템을 통해 상기 반응기로 전달된 열을 이송함으로써 상기 수화 반응을 지원하기 위한 잠열을 제공한다. 예를 들어, 도 1a-1b는 내부 배플 단일 패스 반응기(120)의 일부를 감싸는 온도 제어 재킷(140)을 보여준다. 온도 제어 재킷(140)은 상기 공정 유체 내에서 상기 수화반응을 촉진시키기 위해 내부 배플 단일 패스 반응기(120)의 감싸진 부분에 열을 제공하도록 작동 가능하다. 온도 제어 유체 공급 도관(142)은 새로운 온도 제어 유체를 도입하고 온도 제어 유체 복귀 도관(144)은 배출된 온도 제어 유체를 통과시킨다.
내부 배플 단일 패스 반응기(120)는 이의 작동 가능한 길이를 따라 내부 유동 배플(146)을 갖는다. 각각의 내부 유동 배플(146)은 내부 배플 단일 패스 반응기(120)내에서 움직일 수 없게 고정되도록 내부 벽(125)에 고착된 고리형 멤버일 수 있다. 배플 셀(147)은 연속적인 내부 유동 배플(146) 사이에 위치된다. 배플 셀(147)은 내부 벽(125)에 의해 외경으로 정의되고 내부 유동 배플(146)에 의해 제1 단부 및 제2 단부로 정의되며, 여기서 내부 유동 배플(146) 중 하나는 상기 배플 셀(147) 중 하나의 제2 단부 및 인접한 배플 셀(147)의 제1 단부 모두를 정의한다. 배플 셀(147)은 내부 배플 단일 패스 반응기(120)의 작동 길이를 따라 연속적으로 위치된다.
내부 유동 배플(146)은 상기 유체의 모멘텀을 방해하고 상기 공정 유체가 내부 배플 단일 패스 반응기(120)를 통해 흘러감에 따라 상기 공정 유체의 유동 경로를 변경시킨다. 상기 유동 모멘텀의 방해 및 유체 유동 경로의 변경은 배플 셀(147) 내에서 상기 부텐, 물 및 촉매의 상기 공정 유체에서의 친밀한 혼합을 일으킨다. 내부 배플 단일 패스 반응기(120)의 중심 축과 정렬되지 않은 유체의 유동은 또한 내부 배플 단일 패스 반응기(120)의 상기 내부 벽(125)으로부터 상기 벌크 공정 유체로 열을 이송함으로써 상기 유체로의 열 전달을 가능하게 한다. 내부 유동 배플(146)은 또한 공정 체류 시간을 증가시켜 부텐의 부탄올로의 전환을 향상시킨다.
진동자 어셈블리(149)는 내부 배플 단일 패스 반응기(120)의 근위부(122)와 커플링된다. 진동자 어셈블리(149)는 내부 배플 단일 패스 반응기(120)의 근위부(122) 근처에 위치된 공정 유체 진동자 멤버(148)를 포함한다. 진동자 어셈블리(149)는 또한 상기 진동자 헤드(151)에 외부 운동 드라이버(152)를 기계적으로 결합시키는 공정 유체 진동자 멤버(148) 및 상기 내부 배플 단일 패스 반응기(120)를 실링하여 맞물리게 하는 실 섹션(150)을 포함한다. 공정 유체 진동자 멤버(148)는, 외부 오염물을 상기 공정 유체에 노출시키지 않고 상기 공정 유체를 외부 환경으로 누출시키지 않으면서 공정 유체 진동자 멤버(148)가 외부로부터 내부 배플 단일 패스 반응기의 내부로 통과하도록 진동자 실 섹션(150)을 통해 내부 배플 단일 패스 반응기(120)와 커플링한다. 공정 유체 진동자 멤버(148)는 진동자 헤드(151)의 외경이 내부 벽과 슬라이딩하여 맞물리도록 진동자 헤드(151)에서 내부 배플 단일 패스 반응기(120)의 상기 내부 벽(125)와 커플링한다. 진동자 헤드(151)는 전후방 직선 운동으로 왕복하며, 상기 공정 유체가 상기 내부 배플 단일 패스 반응기(120)를 따라 일반적인 사인곡선적인 움직임을 받도록 상기 공정 유체와 유체 연통한다. 진동자 헤드(151)는 상기 공정 유체와 직접 접촉할 수 있거나 진동자 헤드(151)의 운동을 상기 공정 유체의 일반적인 사인곡선적 움직임으로 전달할 수 있는 다이어프램 또는 다른 멤버와 같이, 간접적으로 상기 공정 유체와 유체 연통할 수 있다.
공정 유체 진동자 멤버(148)의 상대 위치로의 변화는 진동자 헤드(151)와의 접촉 및 상기 공정 유체의 비압축성으로 인한 상기 공정 유체의 위치 변화를 부여한다. 상기 공정 유체의 위치 변화는 내부 배플 단일 패스 반응기(120)의 작동가능한 길이에 따른 상기 공정 유체 유동의 유동 모멘텀에 비정상성을 부여한다. 상기 공정 유체 유동의 비정상성은 혼합 및 열 흡수를 향상시킨다. 상기 비압축성 공정 유체를 미는 것 및 당기는 것은 내부 배플 단일 패스 반응기(120)의 내부의 고정된 위치에 대한 상기 공정 유체의 유동의 서지(surge) 및 후퇴를 야기한다. 내부 배플 단일 패스 반응기(120) 내에서의 상기 공정 유체의 이러한 혼합은 진동자 어셈블리(149)를 갖는 내부 배플 단일 패스 반응기(120)을 따라 상기 공정 유체 내에서 일반적으로 사인곡선적인 움직임을 유도함으로써 크루드 제품을 형성한다.
진동자 어셈블리(149)는 또한 외부 운동 드라이버(152)를 포함한다. 외부 운동 드라이버(152)는 공정 유체 진동자 멤버(148)를 통해 진동자 헤드(151)에 커플링되고 공정 유체 진동자 멤버(148) 및 진동자 헤드(151)를 선택적으로 구동하는 데 사용될 수 있다. 외부 운동 드라이버(152)와의 커플링 및 진동자 헤드(151)가 내부 배플 단일 패스 반응기(120)의 상기 내부 벽(125)과 갖는 접촉인, 진동자 실 섹션(150)의 배열은 공정 유체 진동자 멤버(148)를 제한된 운동 범위로 제한한다. 공정 유체 진동자 멤버(148)는, 작동 가능할 때, 진동자 헤드(151)를 직선방향의 전-후방 유형으로 이동시킨다.
도 2
도 2는 상기 부탄올 제조 시스템의 또 다른 구체예의 공정 흐름도이다. 도 2의 상기 부탄올 제조 공정은 결합된 혼합 부텐 및 물 피드(201) 및 수화 촉매 피드(106)를 포함하는 여러 피드를 부탄올 제조 시스템(200)으로 도입한다. 결합된 혼합 부텐 및 물 피드(201)는 부텐 및 물 주입 포트(203)를 통해 내부 배플 단일 패스 반응기(120)로 유입된다. 부탄올 제조 시스템(200)은 정제 벤트(292) 및 부탄올 제품(114)를 포함하는 여러 제품을 제조한다. 시스템 재순환 스트림 부텐 재순환(182) 및 물 재순환(288)은 모두 물 피드(201)에서의 혼합된 부텐 및 물의 메이크업 양을 최소화하는데 기여한다.
도 2의 분리 시스템(260)은 도 1a-1b의 분리 시스템(160)과 다르게 배열된다. 고압(high pressure, HP) 물 분리기(272)는 냉각기(170)에 커플링되고, 냉각된 크루드 제품을 수용하며, 상기 물의 상당 부분을 제거하여, 물-희박 크루드 제품을 형성한다. 회수된 물 및 수화 촉매는 내부 배플 단일 패스 반응기(120) 내로의 재도입을 위해 물 재순환(288)을 통과한다.
디부테나이저 컬럼(180)은 HP 물 분리기(272)와 커플링되고, 상기 물-희박 크루드 제품을 수용하고, 상기 물-희박 크루드 제품으로부터 미반응 부텐을 제거하여 부텐 없는 크루드 제품을 형성하도록 작동한다. 상기 회수된 부텐은 부텐 재순환(182)을 통해 내부 배플 단일 패스 반응기(120)의 근위부를 통과한다.
투과 증발 유닛(284)은 투과 증발 멤브레인(286)을 포함한다. 투과 증발 유닛(284)은 디부테나이저 컬럼(180)과 커플링되고, 상기 부텐 없는 크루드 제품을 수용하며 상기 부텐 없는 크루드 제품으로부터 투과 증발 멤브레인(286)을 사용하여 투과물로서 부탄올을 분리하도록 작동할 수 있다. 투과 증발 유닛(284)은 상기 투과물 사이드 상에 부탄올 증기를 형성하고 투과 증발 멤브레인(286)의 상기 피드 사이드 상에 주로 물로 구성된 투과유물(retentate)을 형성한다. 상기 물 투과 유물은 물 재순환(288)을 통해 내부 배플 단일 패스 반응기(120)을 통과한다.
부탄올 분리 컬럼(290)은 투과 증발 유닛(284)에 커플링되고, 상기 부탄올 증기를 수용하며 상기 부탄올 증기를 정제된 혼합 부탄올로 정제하기 위해 작동한다. 상기 정제된 혼합 부탄올은 실질적으로 물 및 부텐이 없고 부탄올 제품(114)을 통해 이송된다. 부탄올 분리 컬럼(290)은 빛 및 응축될 수 없는 가스를 배출한다. 상기 빛 및 응축될 수 없는 가스의 일부는 정제 배출(292)의 스트림을 통해 배출되고, 나머지는 부탄올 회수를 위한 증류 재순환(294)을 통해 투과 증발 유닛(284)으로 재순환된다.
도 3
도 3은 상기 부탄올 제조 시스템의 또 다른 구체예의 공정 흐름도이다. 도 3의 상기 부탄올 제조 시스템은 도 2의 상기 공정에서 나타난 것과 유사한 피드를 도입한다. 부탄올 제조 시스템(300)은 폐 촉매(110) 및 부탄올 제품(114)을 포함하는 몇몇 제품을 제조한다. 시스템(300) 재순환 스트림 부텐 재순환(182) 및 물 재순환(288)은 모두 결합된 피드(201)에서의 메이크업 혼합된 부텐 및 물의 양을 최소화시키는 데 기여한다.
도 3의 분리 시스템(360)은 분리 시스템(160 및 260)과 다르게 배열된다. 사이클론(172)은 냉각기(170)와 커플링하고, 상기 냉각된 크루드 제품을 수용하고, 폐 촉매(110)를 통해 남아있는 임의의 비균질 수화 촉매, 중합체 및 다른 고형물을 제거한다. 사이클론(172)은 폐 촉매(110)를 통해 소비되는 촉매 및 촉매 없는 크루드 제품 모두를 생성한다. 고압(HP) 물 분리기(272)는 사이클론(172)에 커플링되고, 상기 촉매 없는 크루드 제품을 수용하고, 고압 하에서 상기 수상으로부터 상기 부탄올 및 부텐을 함유하는 상기 유기 상을 분리한다. 상기 수상은 여전히 몇몇 부탄올을 함유하나 상기 유기 상보다는 훨씬 적다. 디부테나이저 컬럼(180)은 HP 물 분리기(272)에 커플링되고, 상기 유기 부탄올 및 부텐 상을 수용하며, 상기 유기 상을 재순환 가능한 부텐 및 상기 정제된 혼합 부탄올로 분리한다. 상기 회수된 부텐은 부텐 재순환(182)을 통해 상기 공정의 전단으로 이송되고 상기 정제된 혼합 부탄올은 부탄올 제품(114)을 통해 통과된다. 공비(azeotropic) 컬럼(390)은 HP 물 분리기(272)와 커플링되고, 상기 수상을 수용하며, 상기 수상을 부탄올/물 공비 혼합물 및 재순환 가능한 물로 분리한다. 상기 부탄올/물 공비 혼합물은 부탄올/물 재순환(392)을 통해 분리 시스템(360)의 전단으로 재순환되고 상기 재순환 가능한 물은 물 재순환(288)을 통해 상기 공정의 전단으로 전달된다.
도 4
도 4는 내부 배플 단일 패스 반응기(120)의 작동 가능한 길이를 따른 상기 내부 유동 배플(146)의 구체예의 상세도이다. 도 4의 예시적인 구체예에서, 상기 내부 유동 배플(146) 각각은 오리피스(394)를 갖는 디스크형 판으로 형성될 수 있는데, 이 오리피스는 상기 판을 통해 연장된다. 상기 디스크형 판의 외경은 내부 벽(125)에 고정된다. 공정 유체가 배플 셀(147)을 통과함에 따라, 내부 유동 배플(146)과 공정 유체의 상기 상호작용은 상기 공정 유체 내에서 와류를 발생시킨다. 오리피스(394)는 내부 유동 배플(146) 각각을 통해 크기가 결정되고 위치되어 있어 배플 셀(147) 내의 상기 공정 유체 내에 와류를 생성할 수 있고, 이는 상기 공정 유체의 최적화된 혼합이라는 결과를 낳는다. 예로서, 내부 유동 배플(146)의 직경에 대한 오리피스(394)의 직경과 내부 유동 배플(146)을 통한 오리피스(394)의 위치는 상기 공정 유체의 혼합을 최적화하도록 선택될 수 있다.
공정 유체가 내부 배플 단일 패스 반응기(120)을 통해 유동함에 따라, 상기 공정 유체의 몇몇은 내부 유동 배플(146)의 오리피스(394)를 통해 통과한다. 다른 공정 유체는 내부 유동 배플(146)의 상기 고형 고리 부분과 접촉하고, 배플 셀(147) 내에서 방향이 바뀌어 상기 공정 유체 내에 와류를 형성한다. 배플 셀(147) 내에서 형성된 상기 와류는 상기 공정 유체의 혼합을 향상시킨다.
도 5
도 5는 본 개시의 구체예에 따른 외부 운동 드라이버(152)의 예시적인 구체예를 보여준다. 도 5의 예에서, 외부 운동 드라이버(152)는 회전 디스크(396)를 포함한다. 공정 유체 진동자 멤버(148)의 제1 단부는 회전 디스크(396)에 연결된다. 도 5의 실시예에서, 공정 유체 진동자 멤버(148)는 연결 부위(jointed)의 멤버이다. 외부 운동 드라이버(152)가 회전함에 따라, 공정 유체 진동자 멤버(148)의 제2 단부는 내부 배플 단일 패스 반응기(120)의 근위부(122)에 대해 전후방으로 직선적으로 이동한다. 공정 유체 진동자 멤버(148)의 제2 단부는 진동자 헤드(151)에 부착되고 진동자 헤드(151)가 내부 배플 단일 패스 반응기(120) 내에서 왕복 운동하게 한다.
진동자 헤드(151)가 내부 배플 단일 패스 반응기(120) 내로 더 멀리 이동함에 따라, 진동자 헤드(151)은 근위부(122)로부터 말단부(124)로의 방향으로 공정 유체를 밀어낸다. 진동자 헤드(151)가 근위부(122)를 향해 반대 방향으로 이동함에 따라, 진동자 헤드(151)는 도 5의 방향 화살표로 나타낸 바와 같이, 공정 유체를 말단부(124)로부터 근위부(122)로의 방향으로 밀어낸다. 진동자 헤드(151)의 이러한 전후방 운동으로 인해, 상기 공정 유체는 내부 배플 단일 패스 반응기(120) 내에서 일반적인 전체 사인곡선적 전후방 운동으로 움직인다. 이러한 방식으로, 진동 운동은 내부 배플 단일 패스 반응기(120) 내의 모든 반응물에 중첩된다. 이 사인곡선 유형의 운동은 독특한 방사형 혼합을 가능하게 한다.
공정 유체 및 크루드 제품
상기 공정 유체는 상기 내부 배플 단일 패스 반응기 내에서 상기 부탄올 제조 공정의 작동 조건에서의 비혼화성 부텐 및 물의 2상 공정이다. 상기 반응기의 작동 길이를 따른 임의의 주어진 지점에서, 상기 공정 유체는 부텐, 물, 선택적인 부텐 수화 촉매 및 부텐 수화 제품, 특히 부탄올을 포함한다.
상기 부텐 수화 반응은 상기 내부 배플 단일 패스 반응기 내에서 발생한다. 상기 공정 유체는 상기 반응기 내 상기 부텐 수화 촉매의 존재 하에서 혼합된 부텐의 혼합된 부탄올로의 수화 반응을 지원한다. 상기 부탄올 제조 공정의 일부로서, 상기 공정 유체는 크루드 제품으로서 상기 반응기의 근위부 위치로부터 말단부로 통과한다.
상기 크루드 제품은 생성물인 부탄올, 물, 부텐 및 선택적으로 부텐 수화 촉매의 조합이고, 상기 부텐 수화 촉매는 여전히 활성일 수 있다. 상기 크루드 제품은 상기 내부 배플 단일 패스 반응기의 말단부를 통과한 후의 상기 공정 유체이다.
혼합된 부텐
혼합된 부텐은 상기 부탄올 제조 공정의 일부로 반응물로서 도입된다. 상기 혼합된 부텐은 정제되거나 FCC 유닛 또는 열분해 유닛의 제품, MTBE 또는 TBA 공정의 라피네이트(raffinate), 액화 석유 가스(LPG)의 분획을 포함하는 석유화학 제유소 내의 공급원으로부터 유래되거나, 또는 여러 유사 공급원으로부터의 결합된 스트림으로부터 유래될 수 있다. 혼합된 부텐은 하나 이상의 1-부텐, 하나 또는 두 개의 2-부텐(즉, 시스 또는 트랜스 형태), 및 아이소부틸렌을 포함한다. 혼합된 부텐은 또한 다른 알칸 및 알켄을 포함할 수 있다.
상기 부탄올 제품 제조 구체예에서, 상기 혼합된 부텐은 1-부텐을 포함한다. 상기 부탄올 제조 공정의 구체예는 상기 혼합된 부텐이 본질적으로 1-부텐으로 구성되는 경우를 포함한다. 새로운(fresh) 또는 "메이크-업(make-up)" 1-부텐은 바람직하게는 중합 등급이다. 새로운 1-부텐은 최소 99 부피%의 1-부텐, 또는 99.5 부피%의 1-부텐, 또는 99.9 부피%의 1-부텐, 또는 99.95 부피%의 1-부텐, 또는 심지어 그보다 더 높은 순도를 가진다. 상기 새로운 1-부텐의 불순물은 부피 기준으로 5ppm 이하이다.
상기 부탄올 제조 시스템의 다른 부분으로부터의 부텐의 재순환은 부텐 전환 효율을 극대화한다. 부탄올 생산 시스템은 회수 가능한 혼합된 부텐을 상기 크루드 제품으로부터 선택적으로 분리하는 분리 시스템을 포함한다. 상기 부탄올 제조 시스템의 구체예는 상기 부탄올 제조 시스템이 상기 내부 배플 단일 패스 반응기로 상기 선택적으로 분리된 혼합된 부텐을 도입하도록 작동할 수 있는 경우를 포함한다. 상기 부탄올 제조 공정의 구체예는 상기 별도로 선택적으로 분리된 혼합 부텐이 상기 내부 배플 단일 패스 반응기로 도입되도록 상기 부탄올 제조 시스템을 작동하는 단계를 포함한다. 재순환된 부텐은 상기 재순환 물질이 이미 상기 부탄올 제조 시스템 내에 존재하고 새로운 비활성 또는 오염 물질을 도입할 수 없기 때문에 새로운 부텐보다 낮은 조성적인 순도를 가질 수 있다.
혼합된 부텐의 도입은 가압된 가스, 액체, 초임계 유체 또는 이들의 조합물로서 발생한다. 1-부텐의 임계 온도는 146.4°C이고 임계 압력은 40.2bar이다. 아이소부틸렌의 임계 온도는 144.7°C이고 임계 압력은 40.01bar이다. 상기 도입된 혼합 부텐을 예열하는 것은 수화를 촉진시키는 상기 공정 유체에 열을 제공한다.
물
물은 상기 부탄올 제조 공정의 일부로 반응물로서 도입된다. 상기 부탄올 제조 시스템에 도입된 새로운 또는 메이크업 물은 적어도 99 부피%의 물, 또는 99.5 부피%의 물, 또는 99.9 부피%의 물, 또는 99.95 부피%의 물, 또는 심지어 그보다 높은 순도를 가진다. 상기 물은 상기 부탄올 제조 시스템에 오염 물질을 도입하지 않도록 탈기, 탈회 및 탈 이온 처리되어야 한다. 불순물은 부피 기준으로 5ppm이하이다.
상기 부탄올 제조 시스템의 다른 부분으로부터의 물의 재순환은 도입된 메이크업 물의 양을 최소화한다. 물은 상기 부탄올 제조 공정에서 일반적으로 과량으로 사용된다. 상기 분리 시스템은 상기 내부 배플 단일 패스 반응기로부터 통과하는 상기 크루드 제품으로부터 회수 가능한 물을 선택적으로 분리한다. 상기 부탄올 제조 시스템의 구체예는 상기 부탄올 제조 시스템이 상기 선택적으로 분리된 물을 상기 내부 배플 단일 패스 반응기로 도입하도록 작동할 수 있는 경우를 포함한다. 상기 부탄올 제조 공정의 구체예는 상기 별도로 선택적으로 분리된 물이 상기 내부 배플 단일 패스 반응기로 도입되도록 상기 부탄올 제조 시스템을 작동시키는 것을 포함한다. 중화되지 않은 균질 촉매를 사용할 때, 상기 재순환된 물은 상기 활성 수화 촉매를 상기 부탄올 제조 시스템의 전단으로 이송할 수 있다. 상기 부탄올 제조 공정의 구체예는 상기 별도로 선택적으로 분리된 물이 또한 균질 부텐 수화 촉매를 포함하는 경우를 포함한다.
상기 부탄올 제조 공정의 구체예는 1-부텐에 대한 물의 몰비가 약 1 내지 약 21의 범위가 되도록 상기 물 및 혼합된 부텐이 상기 내부 배플 단일 패스 반응기에 도입되는 경우를 포함한다.
수화 촉매
상기 부탄올 제조 시스템이 고정된 비균질 산 촉매를 포함하지 않을 때, 부탄올 수화 촉매는 상기 부탄올 제조 공정의 일부로 반응물로서 도입된다. 상기 부탄올 제조 시스템이 고정된 비균질 산 촉매를 포함하지 않는 경우, 부텐 수화 촉매의 도입은 선택적이다. 상기 부탄올 제조 공정의 구체예는 상기 공정 유체가 근위부에 근접하게 형성되도록 상기 부텐 수화 촉매를 상기 부탄올 제조 시스템의 상기 내부 배플 단일 패스 반응기에 도입하는 단계를 포함하며, 여기서 상기 부텐 수화 촉매는 균질한 산, 비균질 산, 및 이들의 조합 중에서 선택된다.
균질한 산인 유용한 부텐 수화 촉매는 예를 들어, 황산 및 인산을 포함한다. 상기 부탄올 제조 공정의 구체예는 도입된 상기 부텐 수화 촉매가 균질한 경우를 포함한다. 유용한 인산의 예는 오쏘 인산, 폴리 인산(PPA) 및 과인산(SPA)을 포함한다. 폴리 인산은 일반 화학식 H(PO3H) n OH 를 가지는 인의 산소산으로, 여기서 n은 분자내 인 단위의 수를 나타내는 정수이다. PPA의 시판되는 혼합물은 오쏘-(n=1), 파이로-(n=2), 트리-(n=3), 테트라-(n=4) 및 보다 고차의 축합 사슬 산의 블렌드를 갖는다. 약 95% 내지 약 118%의 인산(H3PO4) 농도 당량의 PPA 농도는 상기 폴리 인산의 완전한 가수분해 시 형성되는 인산의 당량을 나타낸다. 그 예로 오쏘 인산(H3PO4)(Sigma-Aldrich Corp.; St. Louis, Mo.)이 있다.
유용한 부텐 수화 촉매는 또한 비균질 산성 촉매를 포함한다. 상기 부탄올 제조 공정의 구체예는 도입된 상기 수화 촉매가 비균질한 경우를 포함한다. 이러한 산은 금속, 세라믹, 미립자 또는 중합체 구조에 포함된 산-작용기를 가진다. 증발, 기화, 증류 및 원심분리 시스템을 포함하는 회수 공정은 상기 공정 유체 또는 크루드 제품으로부터 상기 고형 촉매를 추출할 수 있다. 상기 부탄올 제조 공정의 구체예는 상기 부텐 수화 촉매는 비균질 촉매인 경우, 상기 분리 시스템이 상기 크루드 제품으로부터 별도로 선택적으로 상기 부텐 수화 촉매를 분리하도록 상기 부탄올 제조 시스템을 작동시키는 단계를 포함한다. 예로는 술폰산(SO3H) 작용기가 부착된 고분자 수지인 D008-1 및 D008-2(KaiRui Chemical Co. Ltd.; Hebei City, China)가 있다.
상기 방법의 구체예는 균질한 부텐 수화 촉매, 비균질 수화 촉매, 및 이들의 조합로 구성된 군으로부터 상기 도입된 부텐 수화 촉매를 선택하는 것을 포함한다. 몇몇 균질/비균질 산 조합 시스템은 알켄의 알콜로의 전환 효율 또는 선택도, 또는 둘 모두와 관련하여 시너지 효과를 발생시키는 것으로 알려져 있다. 상기 배플 셀 내의 비균질 수화 촉매를 함유하는 상기 부탄올 제조 시스템의 구체예에서, 상기 부탄올 제조 공정의 구체예는 균질 수화 촉매를 상기 내부 배플 단일 패스 반응기에 도입하는 것을 포함한다.
수화 촉매의 도입은 순수한 물질로서 발생하거나 전달 용액으로 희석된다. 상기 수화 촉매는 상기 공정 유체로의 분산을 향상시키기 위해 물 또는 혼합된 부텐으로 희석되어 도입될 수 있다.
부탄올 제조 공정 제품
주 제품은 정제된 혼합 부탄올이다. 상기 정제된 부탄올 제품의 조성은 적어도 99 부피%의 혼합된 부탄올, 또는 99.5 부피%의 혼합된 부탄올, 또는 99.7 부피%의 혼합된 부탄올, 또는 99.9 부피%의 혼합된 부탄올, 또는 심지어 그보다 더 높은 순도이다. 상기 부탄올 제조 시스템의 구체예는 상기 분리 시스템이 적어도 99 부피 퍼센트의 혼합된 부탄올 순도를 갖는 정제된 혼합 부탄올을 제조하도록 작동할 수 있는 경우를 포함한다. 부텐, 부탄 및 비활성 성분을 포함하는 용해된 가스는 상기 정제된 혼합 부탄올 제품에 존재할 수 있는 작은 불순물이다.
상기 부탄올 제조 시스템은 상기 크루드 제품으로부터 고형물을 회수할 수 있다. 이러한 고형물은 촉매적으로-활성인 수화 촉매를 포함할 수 있다. 상기 부탄올 제조 공정은 상기 수화 촉매를 회수하여, 그것을 중화시키고 상기 부탄올 제조 공정의 외부에서 처분할 수 있다. 외부 공정은 상기 회수된 수화 촉매를 처리 또는 재생할 수 있고 이를 상기 내부 배플 단일 패스 반응기로 재도입하기 위해 재순환시킬 수 있다.
상기 부탄올 제조 공정은 상기 정제 공정의 일부로서 상기 크루드 제품으로부터 물을 선택적으로 분리한다. 회수된 물은 유기물, 산 촉매 및 고형물에 대해 처리된 다음, 시스템 퍼지로서 처분될 수 있다.
상기 부탄올 제조 시스템은 상기 분리 시스템의 일부로서 가스를 배출할 수 있다. 배출된 가스는 시스템 퍼지로서 작용한다. 상기 배출된 가스는 약간의 부텐을 포함하는 비활성 기체 및 경질 유기 가스를 함유한다.
내부 배플 단일 패스 반응기
상기 내부 배플 단일 패스 반응기는 가압되고, 가열되고, 유체가 채워진 환경에서 혼합된 부텐의 수화를 지원하도록 작동 가능한 내부 벽에 의해 정의된 내부 유체 도관을 가지는 관(tubular)이다. 상기 관은 제1 단부(근위부 또는 업스트림 단부) 및 제2 단부(말단부 또는 다운스트림 단부) 사이에 고정된 체적을 부분적으로 둘러싸는 내부 표면 또는 벽을 갖는다. 상기 반응기의 작동 길이는 근위부 및 말단부 사이의 상기 관의 유체 길이이다. 상기 관의 길이는 이의 직경보다 훨씬 길다. 상기 관은 또한 내부 및 외부 사이에서 열이 전달되는 이의 작동 길이를 따라 외부 표면 또는 벽을 갖는다.
상기 내부 배플 단일 패스 반응기는 반응물 및 선택적으로 수화 촉매가 근위부 근처의 상기 반응기 내로 통과하여, 상기 공정 유체를 혼합 및 형성할 수 있도록 작동할 수 있다. 상기 공정 유체는 상기 유체 유동 경로를 따라 근위부로부터 말단부까지 상기 반응기의 작동 가능 길이를 가로지른다. 상기 크루드 제품은 말단부에 근접한 상기 반응기로부터 통과한다.
도 1 내지 3은 서펜타인형의 내부 배플 단일 패스 반응기를 나타내며; 그러나 상기 반응기는 표준 파이프를 포함한 연결된 선형 및 비선형 유체 도관 세그먼트의 사용에 기초하여 임의의 수의 물리적 배열을 취할 수 있다. 당업자는 온도 제어, 물리적 공간, 유지 보수 및 자본 비용을 포함하는 작동 선호도 및 성능에 기초하여 상기 내부 배플 단일 패스 반응기의 전체 형상을 구상할 수 있다.
상기 내부 배플 단일 패스 반응기를 통한 상기 공정 유체에 대한 주요 유동 동기는 근위부에 대한 반응물 및 수화 촉매의 조율된 도입 및 말단부로부터의 크루드 제품의 통과이다. 필수적인 것은 아니나, 펌프 및 회전식 인-라인 블레이드를 포함한 보조 유동 드라이버는 상기 공정 유체에 보충적인 모멘텀을 제공할 수 있다.
상기 내부 배플 단일 패스 반응기는 상기 반응기 근위부 근처에 적어도 하나의 반응물 피드 위치를 가진다. 혼합된 부텐 및 물의 도입은 결합된 스트림 또는 별도의 스트림으로 이루어질 수 있다. 새로운 및 재순환된 혼합 부텐 및 물 스트림은 뒤섞이거나(comingle) 상기 반응기 내로 별도로 공급될 수 있다.
상기 내부 배플 단일 패스 반응기는 적어도 하나의 수화 촉매 피드 위치를 가진다. 상기 수화 촉매 피드 위치는 상기 내부 배플 단일 패스 반응기의 근위부 근처의 적어도 하나의 반응물 피드 위치로부터 다운스트림이다. 상기 반응물 피드 위치에 대한 이 위치는 상기 수화 촉매의 도입 이전에 상기 반응물을 서로 섞이게 하여, 선택도 및 전환을 향상시킨다.
상기 부탄올 제조 시스템의 구체예는 상기 내부 배플 단일 패스 반응기의 작동 길이를 따라 다중 반응 영역을 포함한다. 하나의 구체예에서, 상기 반응 영역은 제1 혼합된 부텐 도입 위치 및 제2 혼합된 부텐 도입 위치 사이의 작동 길이이다. 또 다른 구체예에서, 상기 반응 영역은 혼합된 부텐 도입 위치 및 상기 반응기의 말단부 사이이다. 또 다른 구체예에서, 상기 반응 영역은 제1 부텐 수화 촉매 도입 위치 및 제2 부텐 수화 촉매 도입 위치 사이의 작동 길이이다. 또 다른 구체예에서, 상기 반응 영역은 상기 부텐 수화 촉매 도입 위치 및 상기 내부 배플 단일 패스 반응기의 말단부 사이에 있다. 상기 반응기의 작동 길이에 따른 다중의 위치를 통해 혼합된 부텐 또는 부텐 수화 촉매를 도입하는 것은 공정 제어 및 부텐 전환 효율의 더 높은 수준을 허용한다. 각 반응 영역은 제조를 지원하기 위한 내부 배플 구조, 공정 유체 유속의 조작, 컴퓨터 제어 시스템, 및 반응 영역의 온도 및 압력 조작을 포함하는 다른 내부 및 외부 공정 지원 장비를 가질 수 있다.
상기 내부 배플 단일 패스 반응기의 작동 길이를 따른 임의의 주어진 지점에서, 상기 내부 유체 도관 축은 그 지점에서 상기 내부 유체 도관의 단면 영역에 대해 수직이다. 내부 첨가물이 없는 경우(예를 들어, 내부 유동 배플), 유체는 상기 내부 배플 단일 패스 반응기의 작동 길이를 가로지를 것이고, 유동하는 동안 상기 내부 유체 도관과 정렬을 일반적으로 유지할 것이다.
내부 유동 배플 및 배플 셀
상기 내부 배플 단일 패스 반응기는 이의 작동 길이의 적어도 일부를 따라 일련의 내부 유동 배플을 갖는다. 상기 부탄올 제조 시스템의 구체예는 내부 유동 배플의 세트가 상기 내부 유체 도관의 전체 작동 길이를 따라 위치되는 경우를 포함한다.
상기 내부 배플 단일 패스 반응기 내의 각각의 내부 유동 배플에 대해, 상기 배플은 상기 반응기의 근위부를 향하는 사이드(업스트림 대면 사이드) 및 상기 반응기의 말단부를 향하는 반대 사이드(다운스트림 대면 사이드)를 가진다. 상기 배플은 배플이 상기 반응기의 내부 벽을 따르는 위치로부터 수직으로 연장하고 상기 내부 유체 도관 내부로 돌출되도록 통상적으로 배향된다. 배플은 상기 내부 유체 도관 축에 수직하게 일반적으로 배향되지만, 다른 배열도 본 기술의 통상적인 기술자에게 실현 가능하다. 상기 배플은 열 전달 및 혼합을 촉진하기 위해 상기 공정 유체가 상기 공정 유체 유동 경로의 대부분의 길이 동안 상기 내부 유체 도관 축과 정렬하여 유동하는 것을 방지한다.
상기 내부 유동 배플은 로드, 다공판, 메쉬 스크린, 오리피스 판(중심 및 중심에서 벗어난 유동 창) 및 분절된 판을 포함하는 다수의 물리적 배열을 가질 수 있다. 각각의 배플은 각각의 배플에 대한 상기 유동 창을 적어도 부분적으로 정의하는 창 에지를 가진다. 오리피스 판과 같은 일부 배플에서, 상기 창 모서리는 공정 유체가 흘러가는 상기 배플 내의 원형 보이드(void)를 완전히 정의한다. 다른 배플에서, 상기 창 에지는 이를 통해 상기 공정 유체가 흘러가는 상기 보이드를 부분적으로 정의한다. 반응기 내에 그러한 배플을 설치하면, 상기 반응기의 내부 벽은 상기 유동 창의 나머지를 정의한다. 상기 배플의 크기에 대한 유동창의 크기, 상기 내부 유체 도관의 중심에 대한 이의 위치 및 다른 인접한 내부 배플에 대한 이의 배열(평행, 비스듬함, 수직)은 상기 공정 유체의 진행 방향을 바꾸는 중요한 요소이다.
상기 내부 배플 단일 패스 반응기의 내부를 통과하는 상기 유체의 유동 경로는 상기 반응기의 내부 벽 및 형상, 유동 창, 간격, 및 상기 내부 유체 도관 축에 대한 인접한 배플의 배향을 포함하는 상기 내부 유동 배플의 배열 모두에 의해 정의된다. 상기 공정 유체의 유동 경로의 길이는 상기 반응기의 작동 길이보다 길다. 상기 공정 유체가 근위부로부터 말단부까지의 거리를 유동할 뿐만 아니라 상기 내부 배플 주위를 돌아다녀야 하기 때문에 상기 배플은 상기 공정 유체가 상기 반응기를 통해 가로지르는 거리를 증가시킨다.
다중 반응 구역을 갖는 반응기에서, 상이한 세트의 배플이 각각의 반응 구역에 존재할 수 있다. 내부 유동 배플의 배열은 각 세트 내에서 상기 배플이 배치되는 작동 길이의 일부를 따라 직렬로 배열되고, 세트 내의 인접한 각각의 배플 사이에 등-간격으로 이격되어 배치된다. 상기 부탄올 제조 시스템의 구체예는 작동 길이를 따라 하나 이상의 내부 유동 배플 세트를 가지는 내부 배플 단일 패스 반응기를 포함한다.
상기 내부 벽과 함께 상기 내부 유동 배플은 상기 내부 배플 단일 패스 반응기의 상기 내부 유체 도관 내에서 배플 셀의 세트를 정의한다. 각각의 배플 셀은 상기 배플의 세트 내의 업스트림 배플의 다운스트림 대면 사이드 및 다운스트림 배플의 업스트림 대면 사이드 및 상기 반응기의 내부 벽에 의해 한정된다. 일련의 내부 유동 배플과 관련된 배플 셀의 수는 세트의 배플 수보다 항상 하나가 적다.
상기 공정 유체가 상기 내부 배플 단일 패스 반응기를 가로지를 때, 상기 공정 유체는 적어도 부분적으로 업스트림 배플에 의해 정의된 상기 유동 창을 통해 배플 셀에 들어간다. 배플 셀에 들어갈 때, 와류의 형성 및 상기 내부 유동 배플을 지나는 상기 공정 유체를 밀고, 반응물, 촉매 및 생성물을 함께 혼합하며, 상기 공정 유체의 다른 부분들 사이 뿐 아니라 상기 공정 유체 및 상기 반응기의 내부 벽 사이에서 내부적으로 열을 전달함으로써 상기 공정 유체에서 유도된 일반적인 사인곡선적인 움직임 모두를 통해 셀 내에서 순환한다. 그 다음, 상기 공정 유체는 상기 배플 셀로부터 적어도 부분적으로 상기 다운스트림 배플에 의해 정의된 상기 유동 창을 통과한다. 배플 셀을 가로지르는 공정은 상기 공정 유체가 상기 반응기의 작동 길이를 따라 배플 셀로부터 배플 셀로 통과함에 따라 반복된다.
상기 부탄올 제조 공정의 구체예에서, 상기 부텐 수화 촉매의 도입은 선택적이다. 이러한 공정에서, 상기 내부 배플 단일 패스 반응기는 고형인, 비균질 부텐 수화 촉매를 함유하여 상기 공정 유체 내의 혼합된 부텐을 혼합된 부탄올로 선택적으로 전환시킨다. 상기 촉매는 상기 반응기의 내부 유체 도관 내 임의의 위치에 함유될 수 있으나, 상기 반응물의 혼합 및 전환을 극대화하기 위해 상기 촉매를 위치시키는 가장 효율적인 위치는 각 배플 셀 내이다.
각각의 배플 셀 내의 상기 고형, 비균질 부텐 수화 촉매의 위치는 상기 배플 셀 구성 요소에 대한 촉매의 재료, 구조 및 적용에 따라 달라질 수 있다. 펠릿, 구 또는 다른 느슨하고 일반적으로 구조화되지 않은 형태의 형상에서, 상기 촉매는 용기 또는 다른 물리적 구속 수단 내에 담길 수 있는데, 여기서 상기 용기 또는 다른 물리적 구속 수단은 유동 구멍 또는 슬롯을 갖는 구조화된 프레임 및 공정 유체가 촉매의 축적물로부터 및 축적물 내로 자유롭게 유동하는 것을 허용하는 한편, 상기 촉매가 상기 용기 밖으로 운반되는 것은 허용하지 않는 와이어 메시 백을 포함한다. 이는 상기 촉매가 상기 내부 배플 단일 패스 반응기의 말단부를 향해 상기 공정 유체 유동 다운스트림과 함께 이동하는 것 및 상기 분리 시스템을 파울링하는 것을 방지한다. 구조화되지 않은 촉매의 자유-형 구조는 상기 내부 유동 배플의 유동 창을 포함하는 상기 공정 유체의 유동 경로에 이들의 직접적인 배치를 허용한다. 상기 부탄올 제조 시스템의 구체예는 상기 다운스트림 배플의 유동 창을 통해 유동하는 상기 공정 유체가 비균질 부텐 수화 촉매와 접촉하도록 상기 비균질 부텐 수화 촉매가 위치되는 경우를 포함하고, 상기 부탄올 제조 공정의 구체예는 상기 혼합된 부텐 및 물의 반응이 상기 다운스트림 유동 창에 인접한 각각의 배플 셀 내에서 발생하는 경우를 포함한다. 상기 촉매의 위치는 업스트림 배플의 유동 창을 통해 유동하는 상기 공정 유체가 상기 비균질 부텐 수화 촉매와 접촉할 수 있는 위치일 수 있다. 격자, 매트릭스 및 시트와 같은 구조화된 형태, 및 경화성, 열 가소성 및 다른 가단성 있는 형상과 같은 "비정질" 형태를 포함하는 상기 촉매의 다른 형태는 상기 촉매가 상기 배플 셀을 정의하는 상기 내부 벽의 내부로-대면하고 있는 표면 및 내부 유동 배플에 장착, 접착, 페인팅 또는 분무 코팅되는 것을 허용한다. 상기 부탄올 제조 시스템의 구체예는 상기 촉매가 상기 배플 셀을 정의하는 상기 내부 벽 상에 위치되는 경우를 포함하며, 상기 부탄올 제조 공정의 구체예는 상기 혼합된 부텐 및 물의 반응이 상기 내부 벽을 따라 각각의 배플 셀 내에서 발생하는 경우를 포함한다. 각각의 배플 셀에 대해, 상기 업스트림 배플의 다운스트림 대면 사이드 및 상기 다운스트림 배플의 업스트림 대면 사이드는 상기 배플 셀을 향해 안쪽으로 향하게 된다. 상기 부탄올 제조 시스템의 구체예는 상기 촉매가 상기 배플 셀을 향하여 안쪽으로 향한 상기 내부 유동 배플의 사이드에 위치되는 경우를 포함한다.
외부 운동 드라이버
상기 부탄올 제조 시스템은 상기 부탄올 제조 공정의 온도, 질량 유속 및 압력을 포함하는 다른 작동 파라미터를 변경하지 않고 상기 공정 유체의 유동의 불안정함을 유도하는 상기 내부 배플 단일 패스 반응기의 외부의 장치를 포함한다. 상기 외부 운동 드라이버를 사용하여 상기 공정 유체 내로 운동을 직접 전달함으로써 상기 공정 유체의 유동에 비정상성을 유도한다. 상기 외부 운동 드라이버는 2 내지 5 헤르츠의 왕복 주파수 및 20-40 밀리미터의 왕복 진폭으로 작동될 수 있다.
외부 운동 드라이버는 전기, 전자-기계, 유압, 공압, 가스 주입, 압축 가스, 화학-반응 및 상기 공정 유체에 운동을 주거나 전달하는 기타 시스템 및 장치를 포함한다.
상기 부탄올 제조 공정 중에, 상기 외부 운동 드라이버는 유체가 상기 내부 배플 단일 패스 반응기를 통과하여 유동할 때 상기 유체의 모멘텀을 방해함으로써 상기 공정 유체 유동에 비정상성을 유도한다. 상기 외부 운동 드라이버는 상기 공정 유체가 상기 반응기의 근위부로부터 말단부로 가로지를 때 물리적 방식으로 상기 공정 유체에 작용한다. 상기 외부 운동 드라이버는 상기 공정 유체와 접촉하는 장치의 부분을 이용하여 상기 공정 유체에 진동, 왕복, 가변 및 비동기(asynchronous) 유체 운동을 포함하는 운동을 이송한다. 상기 내부 유체 도관 내의 커플링된 장치의 운동은 상기 공정 유체 유동에 비정상성을 생성한다.
비정상의 유도 없이, 상기 부탄올 제조 공정은 상기 내부 배플 단일 패스 반응기 내에서 "정상 상태" 조건을 유지할 수 있다. 정상 상태 조건은 상기 시스템내의 임의 지점에서 유체의 특성이 시간과 비교하여 변하지 않는 조건이다. 석유, 석유화학 및 화학적 작동 분야의 통상의 기술자는 "정상 상태 작동"은 가끔 몇몇 작은 공정 변동성을 포함하지만, 일반적으로 작동 조건, 피드 및 생산 속도는 크게 변하지 않는다는 것을 이해한다.
상기 외부 운동 드라이버에 의한 운동의 적용은 상기 정상 상태 유동 조건을 상기 공정 유체 유동의 유체 모멘텀을 방해함으로써 비정상 상태로 변화시킨다. 상기 비정상 조건은 유체 모멘텀의 불안정화에 대한 반응으로 열 전달, 반응 효율 및 상기 시스템의 전체적인 생산성을 포함한 제조 조건 및 다른 공정에 캐스케이드(cascade) 효과를 초래한다. 상기 비정상은 상기 비정상 운동이 도입되는 순간 발생하며 시간의 함수로서 감소하는 효과로 이후의 기간동안 지속된다. 부가적인 비정상 상호작용이 없고 일정한 작동 조건을 유지함으로써, 새로운 정상 상태 조건-원래의 정상 상태와 유사할 수 있음-이 달성될 수 있다. 상기 공정 유체로 향하는 비정상 운동의 반복적, 주기적 또는 계속적인 적용은 비정상 상태가 계속 존재하게 만든다.
상기 공정 유체의 유도된 비정상 유동 조건은 상기 내부 배플 단일 패스 반응기 내의 고정된 위치와 비교하여 상기 공정 유체의 상대적인 운동(예를 들어,가속된, 지체된 운동)을 변경시킨다. 상기 비정상 조건의 유도는 피드 도입으로서 상기 반응기를 통한 단위 시간당 전체 체적 또는 질량 유동에 영향을 미치지 않고, 크루드 제품의 통과는 상기 공정의 전체 체적 또는 질량의 유속에 영향을 미친다.
상기 공정 유체 내에서 유체 소용돌이 및 역류의 일시적인 형성 및 소멸이 비정상 유동 중 발생한다. 난류와 관련된 임의의 방향으로의 유동과 유사하게, 상기 비정상 유동은 전형적인 층류인 낮은 레이놀즈 수 유동 체계에서도 발생할 수 있다. 상기 공정 유체의 비정상 유동은 상기 내부 배플 단일 패스 반응기를 통해 이동하는 상기 공정 유체의 일부를 과도 기간 동안만 예측 불가하고 정상-아닌 방식으로 유동하게 함으로써 상기 배플 셀 내에서의 혼합, 반응 및 열 전달을 촉진한다.
상기 외부 운동 드라이버는 상기 공정 유체에 직접적으로 움직임을 부여하도록 작동할 수 있는 장치에 커플링된다. 피스톤형 작동기의 작동은 상기 공정 유체 유동이 여전히 일반적으로 상기 내부 유체 도관을 통해 근위부로부터 말단부를 유동하는 동안 서지 및 후퇴하도록 한다. 상기 공정 유체와 유체 접촉하는 다이어프램형 장치는 비압축성 공정 유체에 대해 팽창 및 수축하고 상기 내부 유체 도관 내에서 유사한 부피로 직접적으로 변위시켜, 원하는 공정 유체 유동 불안정성을 생성한다.
상기 부탄올 제조 시스템의 구체예는 2 내지 5 헤르츠의 왕복 주파수를 갖는 진동자 헤드를 갖는 진동자 어셈블리를 포함한다. 그러한 구체예에서, 상기 외부 운동 드라이버는 2 내지 5 헤르츠의 주파수에서 진동함으로써 상기 공정 유체의 비정상성을 유도하도록 작동 가능하고, 대안의 구체예에서, 상기 외부 운동 드라이버는 약 3 헤르츠의 진동수에서 진동한다. 상기 부탄올 제조 시스템의 구체예는 20-40 밀리미터의 왕복 진폭을 갖는 진동자 헤드를 갖는 진동자 어셈블리를 포함한다. 이러한 구체예에서, 상기 외부 운동 드라이버는 20-40 밀리미터의 왕복 진폭으로 진동함으로써 상기 공정 유체 유동의 비정상성을 유도하도록 작동될 수 있고, 대안 의 구체예에서, 상기 외부 운동 드라이버는 약 30 밀리미터의 진폭으로 진동한다.
상기 부탄올 제조 시스템의 구체예는 하나 이상의 외부 운동 드라이버를 포함하며, 여기서 각 외부 운동 드라이버는 상기 공정 유체에 직접 모멘텀을 부여하도록 작동될 수 있는 장치에 커플링한다. 상기 부탄올 제조 공정의 구체예는 제 1 및 제 2 외부 운동 드라이버를 동기적으로 작동시키는 단계를 포함한다. 상기 부탄올 제조 공정의 또 다른 구체예는 제1 및 제2 외부 운동 드라이버를 비동기적으로 작동시키는 단계를 포함한다.
온도 제어 시스템
온도 제어 시스템은 상기 부텐 수화 반응을 위한 적절한 온도를 유지하기 위해 상기 내부 배플 단일 패스 반응기의 외부에 온도-조정 유체를 이송한다. 상기 내부 배플 단일 패스 반응기 내의 온도를 유지하는데 유용한 온도 제어 시스템의 예는 열 교환기, 냉각 재킷 및 송풍기를 포함한다. 유용한 온도-조정 유체의 예는 물, 에틸렌 글리콜 및 공기를 포함한다. 상기 온도-조정 유체의 강제적인 대류는 전형적이다.
분리 시스템
상기 부탄올 제조 시스템은 혼합된 부탄올, 혼합된 부텐 및 물을 상기 크루드 제품으로부터 분리하도록 작동될 수 있는 분리 시스템을 포함한다.
상기 부탄올 제조 시스템은 상기 크루드 제품으로부터 혼합된 부텐을 선택적으로 분리하여 부텐 없는 크루드 제품 및 회수된 혼합 부텐을 제조할 수 있다. 상기 회수된 혼합 부텐은 부탄올 제조 시스템에 의한 재순환 및 반응물 피드로서 상기 내부 배플 단일 패스 반응기에의 도입에 유용하다. 미반응 혼합 부텐의 재순환은 부텐 공정의 효율을 향상시킨다.
상기 부탄올 제조 시스템은 또한 상기 크루드 제품으로부터 물을 선택적으로 분리하여 물 없는 크루드 제품을 제조하도록 작동할 수 있다. 상기 회수된 물은 상기 부탄올 제조 시스템에 의한 재순환 및 반응물 피드로서 상기 내부 배플 단일 패스 반응기에의 도입에 유용하다. 물은 또한 시스템 퍼지의 일부로 처분될 수 있다.
상기 부탄올 제조 시스템의 구체예는 상기 크루드 제품으로부터 부텐 수화 촉매를 별도로 선택적으로 분리하도록 작동할 수 있다. 사이클론 분리 시스템은 무거운 액체 및 고형물이 가벼운 제품으로부터 분리되도록 상기 크루드 제품에 원심력을 유도한다. 각 모멘텀의 적용 시 고형물이 나머지 액체와 쉽게 분리되기 때문에 사이클론 분리 시스템은 고형, 비균질 촉매에서 특히 유용하다. 인-라인 여과는 또한 상기 크루드 제품으로부터 고형물을 제거하는 유사한 작업을 수행하며, 상기 고형물이 상기 필터 표면으로부터 자신의 무게 하에 축적되고 흘러 내리는 것을 허용한다. 기화기(vaporizer)는 상기 크루드 제품의 일부가 증기를 형성하도록 상기 크루드 제품에 열을 도입할 수 있다. 박막 증발기를 포함하는 증발기는 고온 비등 제품 및 고형물을 보다 낮은 작동 압력에서 증기 상태를 얻을 수 있는 상기 크루드 제품의 부분으로부터 분리할 수 있다. 상기 수화 촉매 및 회수된 다른 고형물 또는 매우 무거운 액체는 회수 또는 처분을 위해 상기 부탄올 제조 시스템에서 배출될 수 있다.
엔트레이닝 유체는 상기 크루드 제품으로부터 부탄올을 선택적으로 추출하는 데 유용하다. 상기 크루드 제품은 약간의 물을 포함하므로, 물과 쉽게 분리될 수 있고 혼합된 부탄올이 물과 비교하여 친화성이 있는 수-비혼화성 유기 화합물은 추출을 수행하는 데 유용하다. 대기압에서 상기 혼합된 부탄올보다 낮은 증류 비점을 갖는 엔트레이너 유체는 또한 상대적으로 이론적인 상기 혼합된 부탄올로부터 엔트레이너를 분리시키는데 유용하다. 유용한 엔트레이너 유체의 예는 펜탄, 헥산, 헥센, 사이클로헥산, 벤젠, 톨루엔, 크실렌 및 이들의 혼합물을 포함한다.
상기 크루드 제품 내에서 물과 섞이지 않는 희박한 엔트레이너 피드의 도입은 상기 크루드 제품을 두 개의 상으로 분리한다: 상기 엔트레이너를 포함하는 부탄올-풍부 유기 상, 및 부탄올-빈곤 수상. 부탄올 추출 컬럼은 상기 수상을 상기 엔트레이너 상으로부터 분리할 수 있다. 도 1a-1b는 제조 물(112)로 통과하는, 부탄올이 부족한 수상 및 부탄올 분리 컬럼(186)을 통과하는 엔트레이너 및 부탄올이 풍부한 부탄올 혼합물을 제조하는 부탄올 추출 컬럼(184)을 나타낸다. 다른 정제 시스템 공정은 상기 부탄올-풍부 엔트레이너 유체를 정제된 혼합 부탄올 및 희박한 엔트레이너 유체로 전환시킨다.
투과 증발 멤브레인은 상기 크루드 제품으로부터 직접 혼합된 부탄올을 분리할 수 있다. 투과 증발 멤브레인을 포함하는 부탄올 제조 공정은 상기 혼합된 부탄올을 선택적으로 투과 증발시키고 물을 선택적으로 투과 증발시키지 않는다. 상기 투과 증발물은 상기 정제된 혼합 부탄올을 형성하기 위해 응축되고 증류될 수 있는 증기성 혼합 부탄올이다. 잔류물은 대부분 약간의 부탄올을 함유하는 물로 구성된 액체이다. 이러한 종류의 정제 시스템에서 잔류물은 원하는 부탄올을 다시 포획하기 위해서 뿐 아니라 재사용을 위해 물을 보전하기 위해 재순환하는데 유용하다.
지원 장비
구체예들은 설명된 장치, 공정, 방법 및 시스템을 가능하게 하고 작동 가능하게 하는 많은 추가적인 표준 구성 요소 또는 장비를 포함한다. 본 기술분야의 기술자에게 공지된 그러한 표준 장비의 예는 열 교환기, 펌프, 송풍기, 리보일러, 증기 발생 장치, 콘덴세이트 핸들링 장치, 멤브레인, 단일 및 다단 압축기, 분리 및 분류 장비, 밸브, 스위치, 제어기 및 압력-, 온도-, 레벨- 및 유량-센서 장치를 포함한다.
프로세스 또는 방법의 일부 또는 전체 단계의 작동, 제어 및 수행은 인간의 상호 작용, 미리 프로그래밍된 컴퓨터 제어 및 응답 시스템, 또는 이들의 조합을 통해 발생할 수 있다.
상기 부탄올 제조 시스템의 작동
상기 부텐 수화 촉매는 상기 내부 배플 단일 패스 반응기의 작동 조건에서 상기 공정 유체 내의 혼합된 부텐을 혼합된 부탄올로 선택적으로 전환시키도록 작동할 수 있다. 상기 부탄올 제조 공정의 구체예는 상기 내부 배플 단일 패스 반응기 내의 공정 유체의 온도가 약 80℃내지 약 150℃의 범위로 유지되도록 상기 부탄올 제조 시스템을 작동시키는 단계를 포함한다. 상기 부탄올 생산 공정의 구체예는 상기 내부 배플 단일 패스 반응기 내의 공정 유체의 온도가 약 100℃ 내지 약 120℃의 범위로 유지되도록 상기 부탄올 제조 시스템을 작동시키는 단계를 포함한다. 상기 부탄올 제조 공정의 구체예는 상기 내부 배플 단일 패스 반응기 내의 공정 유체의 압력이 약 5bar 내지 약 70bar의 범위로 유지되도록 상기 부탄올 제조 시스템을 작동시키는 단계를 포함한다.
상기 혼합된 부탄올, 또는 상기 혼합된 부탄올의 몇몇 성분을 액체 또는 임계 유체 상태, 또는 둘의 조합으로 유지하는 것은 상기 내부 배플 단일 패스 반응기 내에서의 혼합을 향상시킬 수 있다. 상기 부탄올 제조 공정의 구체예는 상기 내부 배플 단일 패스 반응기 내의 공정 유체의 온도 및 압력이 상기 혼합된 부텐이 액체 상태가 되도록 하는 범위로 유지되도록 상기 부탄올 제조 시스템을 작동시키는 단계를 포함한다. 상기 부탄올 제조 공정의 구체예는 상기 내부 배플 단일 패스 반응기 내의 공정 유체의 온도 및 압력이 상기 혼합된 부텐이 초임계 상태에 있도록 상기 부탄올 제조 시스템을 작동시키는 단계를 포함한다.
상기 내부 배플 단일 패스 반응기 내에서 발생하는 개선된 혼합은 표준 고정 체적 반응기 시스템보다 더 높은 물질의 처리량을 허락한다. 상기 부탄올 제조 공정의 구체예는 상기 내부 배플 단일 패스 반응기 내의 공정 유체의 체류 시간이 약 0.1 시간 내지 약 0.2 시간의 범위로 유지되도록 상기 부탄올 제조 시스템을 작동시키는 단계를 포함한다. 보다 짧은 체류 시간은 덜 유용한 2-부텐으로의 이성질화를 야기할 수 있는 온도에 대한 1-부텐의 노출을 최소화하는 더 높은 공간 속도를 보장한다.
실시예
특정 구체예의 실시예는 상기 부탄올 제조 시스템 및 공정의 더 나은 이해를 가능하게 한다. 상기 실시예는 본 발명의 범위를 제한하거나 정의하지 않아야 한다.
실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 4
진동 배플 반응기(oscillating baffle reactor, OBR)은 5개의 실시예 혼합물(1 내지 4)을 처리한다. 오토클레이브 반응기는 5개의 비교예 혼합물(1 내지 4)을 처리한다. 각각의 실시예는 유사한 물:1-부텐의 몰 비 및 촉매:1-부텐 상대적 관계의 비교예를 갖는다. 예를 들어, 실시예 1은 비교예 1과 유사하고, 실시예 2는 비교예 2와 유사하며, 이하도 그러하다. 표 1은 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 4의 조성을 나타낸다. 도입된 1-부텐, 물 및 총 부피는 밀리미터(mL) 단위이다. 몰 비는 단위가 없는 숫자이다.
각각의 실시예 및 비교예를 처리하기 위해, 각각의 실시예 및 비교예에 대한 부텐 수화 촉매(D008; KaiRui Chemical Co. Ltd.; 허베이 성, 중국) 및 물의 양은 지정된 반응기 타입(OBR; 오토클레이브)에 도입되었다. 질소 압력 하에서의 1-부텐의 양은 각각의 실험에 대한 지정된 반응기 타입에 도입된다. 반응기를 실링할 때, 상기 반응기는 작동 온도(100-110℃)로 가열된다. 상기 오토클레이브 반응기 내의 실험에서, 가열 재킷은 상기 실험 내내 상기 작동 온도를 유지한다. 상기 OBR 내에서의 실험에서, 뜨거운 실리콘 오일 배스(bath)는 상기 작동 온도를 유지한다. 반응 시간은 상기 오토클레이브 및 OBR 모두에서 1시간 동안 일어난다. 실시예의 처리 동안, 상기 OBR 반응기는 상기 예의 조성물을 3 헤르츠(Hz) 주파수 및 30 밀리미터 진폭에서 혼합하는 한편, 상기 오토 클레이브는 각 비교예의 조성물을 분당 200 회전(RPM)의 속도로 교반한다. 두 반응기는 모두 조성물을 혼합하여 비혼화성 반응물의 균일한 혼합물을 형성한다. 한 시간 후, 각 타입의 반응기가 혼합을 멈추고, 실온으로 냉각시키며, 미반응 1-부텐을 배출한다. 각 실시예 및 비교예에 대한 액체 생성물을 분석하는 것은 존재하는 2-부탄올의 양 및 1-부텐의 전환 효율을 결정하는 것을 돕는다.
표 1은 유사한 처리 조건(즉, 온도, 시간, 피드 조성) 하에서 상기 실시예 및 비교예의 피드 조성을 상기 OBR 및 상기 오토클레이브 반응기 내에서 처리한 것의 결과를 보여준다. 4개의 예 모두에 대해, 중량 퍼센트 및 상기 1-부텐 전환 몰 퍼센트 둘 다 OBR-처리된 물질이 오토클레이브-처리된 물질보다 높다.
실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 4의 실험.
OBR 실시 오토클레이브 실시
조건 단위 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4
수화촉매 D008 grams 10.0 7.5 5.0 2.5 5.0 3.8 2.5 1.3
도입된 1-부텐 mL 40.0 30.0 20.0 10.0 20.0 15.0 10.0 5.0
도입된 물 mL 8.0 12.0 40.0 40.0 4.0 6.0 20.0 20.0
물:1-부텐 몰비 --- 1.0 2.1 10.4 20.7 1.0 2.1 10.4 20.7
도입된 총 부피 mL 48.0 42.0 60.0 50.0 24.0 21.0 30.0 25.0
총 제품 무게의 sec-부탄올 wt. % 93 50 23 10 32 31 12 5
1-부텐 전환율 mol. % 22 24 55 48 8 15 29 24
표 1에서 보는 바와 같이, 모든 상기 OBR 실험 실시는 비교 가능한 오토클레이브 비교예 실시에 비해 높은 1-부텐 전환율을 가진다.
도 6은 상기 진동 배플 반응기(실시예) 및 상기 오토 클레이브 반응기(비교예)에 대해 도입된 물:1-부텐의 몰 비 대 부텐의 부탄올로의 전환의 몰 퍼센트를 도표로 나타낸다. 도 6은 상기 반응기에 도입된 몰 비 대 결정된 1-부텐 전환율의 표 3으로부터의 데이터의 플롯이다. 각 정보 세트(실시예 및 비교예)에 대한 데이터는 Microsoft Excel 2010 (Redmond, Wash.)을 사용하는 2차 다항식을 이용한 커브 핏이다.
도 6은 또한 1-부텐의 몰 퍼센트 전환율과 상기 도입된 물:1-부텐의 몰 비 사이의 2차 다항식 관계를 나타낸다. 상기 OBR의 경우, 결정된 2차 관계는 0.99 초과의 R2 값을 가져 잘 맞는다. 상기 OBR 실험 실시에 대한 2차 다항식은 식 1과 같이 주어진다:
MCRC4=/BtOH = -0.002173*(MRH2O:C4=)2 + 0.061323*MRH2O:C4= + 0.14264 (식 1),
여기서 MCRC4=/BtOH은 몰 퍼센트로 나타낸 1-부텐의 부탄올로의 몰 전환율이고, MRH2O:C4=는 도입된 혼합물 내의 물 대 1-부텐의 몰비이다. 식 1은 약 1 내지 약 21의 몰 비 범위에 대해 결정된다.
또한, 상기 OBR 실험 실시(실시예 1 내지 4)에 대한 전체 몰 전환율 값은 1-부텐의 부탄올로의 몰 전환율을 추정하는데 유용한 두 개의 2차 다항식 관계 사이에 맞는다. 식 1과 유사한 상기 두 식은, 도 6에서 “Poly. (Low)”및 “Poly. (High)”의 점선으로 도표로 표시된다. 식 2 및 3은 상기 실시예의 몰 비 범위에 대한 실시예 1 내지 4의 몰 전환율 값을 나타낸다.
EMCRC4=/BtOH≥-0.002173*(MRH2O:C4=)2 + 0.061323*MRH2O:C4= + 0.045 (식 2) 및 EMCRC4=/BtOH≤-0.002173*(MRH2O:C4=)2 + 0.061323*MRH2O:C4= + 0.24028, (식 3),
여기서 EMCRC4=/BtOH는 1-부텐 대 부탄올의 몰 퍼센트로 나타낸 추정된 몰 전환율이고, MRH2O:C4=는 약 1 내지 약 21의 범위인, 상기 도입된 혼합물 내의 물 대 1-부텐의 몰 비이다. 상기 부탄올 제조 방법의 예는 1-부텐의 부탄올로의 몰 전환율이 몰 백분율로 나타냈을 때 식 2 및 3에 의해 결정된 바와 같은 추정된 몰 전환율 값 범위 내에 있도록 상기 부탄올 제조 시스템을 작동시키는 단계를 포함한다. 상기 부탄올 제조 방법의 구체예는 1-부텐의 부탄올로의 몰 퍼센트로 나타낸 몰 전환율이 식 2에 의해 결정된 바와 같은 추정된 몰 전환율 값보다 대략 크게 되도록 상기 부탄올 제조 시스템을 작동시키는 단계를 포함한다. 또한, 식 1 내지 3과 유사한 두 개의 식이 도 6에서 점선 "Poly. (MedLow)" 및 "Poly. (MedHigh)"로서 도표로 표시된다. 식 4 및 5는 식 1에 근접하고, 식 2 및 3 사이인 실시예의 몰 비 범위에 대한 실시예 1 내지 4의 몰 전환율 값을 나타낸다:
EMCRC4=/BtOH≥-0.002173*(MRH2O:C4=)2 + 0.061323*MRH2O:C4= + 0.09382 (식 4) 및EMCRC4=/BtOH≤-0.002173*(MRH2O:C4=)2 + 0.061323*MRH2O:C4= + 0.19146, (식 5),
여기서, EMCRC4=/BtOH는 추정된 몰 퍼센트로 나타낸 1-부텐의 부탄올로의 몰 전환율이고, MRH2O:C4=는 약 1 내지 약 21의 범위 내인, 상기 도입된 혼합물 내의 1-부텐에 대한 물의 몰 비이다. 상기 부탄올 제조 방법의 실시예는 1-부텐의 부탄올로의 몰 퍼센트로 나타낸 몰 전환율이 식 4 및 5에 의해 결정된 바와 같은 추정된 몰 전환율 값의 범위 내에 있도록 상기 부탄올 제조 시스템을 작동시키는 단계를 포함한다. 상기 부탄올 제조 방법의 구체예는 1-부텐의 부탄올로의 몰 퍼센트로 나타낸 몰 전환율이 식 4에 의해 결정된 바와 같은 추정된 몰 전환율 값보다 대략 크게 되도록 상기 부탄올 제조 시스템을 작동시키는 단계를 포함한다.
실시예 5 및 비교예 5
실시예 1 내지 4에서 사용된 상기 OBR은 실시예 5의 혼합물을 처리한다. 비교예 1 내지 4에서 사용된 상기 오토클레이브 반응기는 비교예 5의 혼합물을 처리한다. 실시예 및 비교예는 유사한 물:1-부텐의 몰 비 및 촉매:1-부텐의 부피 관계를 가진다. 표 2는 실시예 5 및 비교예 5의 조성을 나타낸다. 도입된 1-부텐, 물 및 총 부피는 밀리미터(mL) 단위이다. 몰 비는 단위가 없는 숫자이다.
실시예 5 및 비교예 5의 공정은 상기 부텐 수화 촉매가 오쏘 인산(H3PO4)인 것을 제외하고는 각각 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 4의 공정과 유사하다(Sigma-Aldrich Corp.; St. Louis, Mo.).
실시예 5 및 비교예 5의 실시.
　 　 OBR 실시 오토클레이브 실시
조건 단위 실시예 5 비교예 5
수화촉매 H3PO4 grams 5.0 2.5
도입된 1-부텐 mL 20.0 10.0
도입된 물 mL 20.0 10.0
물:1-부텐 몰 비 --- 5.2 5.2
도입된 총 부피 mL 45.0 20.0

총 제품 무게의 sec-부탄올		 wt. % 15 2

1-부텐 전환율		 mol. % 18 2
표 2는 유사한 처리 조건(즉, 온도, 시간, 조성) 하에서 오토클레이브 반응기에 대한 OBR에서의 실시예 및 비교예의 조성물 처리 결과를 나타낸다. 실험에 있어, 중량 퍼센트 및 1-부텐 전환 몰 퍼센트는 상기 OBR-처리된 물질이 상기 오토클레이브-처리된 물질보다 더 높다. 산-수화 전환 촉매를 사용하는 것은 1-부텐을 수화하기 위한 상기 오토클레이브 반응기와 유사한 처리 조건에서 상기 OBR을 사용하는 것의 우월함을 확인시킨다.

Claims (20)

  1. 물 및 혼합된 부텐으로부터 정제된 혼합 부탄올을 제조하기 위한 부탄올 생산 시스템으로서,
    내부 배플 단일 패스 반응기로서,
    내부 벽 및 근위부 및 말단부 사이의 작동 길이에 의해 정의되는 내부 유체 도관, 상기 내부 유체 도관은 물, 혼합된 부텐 및 혼합 부탄올을 포함하는 공정 유체를 선택적으로 함유하고 혼합하여 크루드 제품을 형성하며,
    상기 내부 유체 도관의 작동 길이의 적어도 일부를 따라 위치되는 내부 유동 배플, 상기 내부 유동 배플은 고리형이고 상기 내부 벽에 고착되며, 상기 내부 유동 배플은 상기 공정 유체 내에 와류를 생성하고, 및
    작동 길이를 따라 연속적으로 위치되고 상기 내부 벽에 의해 외경으로 정의되며 상기 내부 유동 배플에 의해 제1 단부 및 제2 단부로 정의되는 배플 셀을 가지고, 여기서 상기 내부 유동 배플 중 하나는 상기 배플 셀 중 하나의 제2 단부 및 인접한 배플 셀의 제1 단부 모두를 정의하는 내부 배플 단일 패스 반응기;
    크루드 제품을 선택적으로 수용하고 크루드 제품으로부터 물 및 상기 혼합된 부텐을 분리하여 정제된 혼합 부텐이 제조되도록 배향된 상기 내부 배플 단일 패스 반응기와 유체 연통하는 분리 시스템 및;
    전후방으로 선택적인 직선 운동이 가능한 왕복운동 진동자 헤드를 가지며, 상기 공정 유체가 상기 내부 배플 단일 패스 반응기를 따라 일반적인 사인 곡선적인 움직임을 받도록 상기 공정 유체와 연통하는, 상기 내부 배플 단일 패스 반응기의 근위부에 커플링된 진동자 어셈블리를 포함하는 부탄올 생산 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 내부 유동 배플 각각은 오리피스를 가지는 디스크형 판으로 형성되고, 여기서 상기 오리피스는 상기 판을 통해 연장되는 것을 특징으로 하는 부탄올 생산 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 디스크형 판의 외경이 상기 내부 벽에 고정되는 것을 특징으로 하는 부탄올 생산 시스템.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 오리피스는 상기 배플 셀 내에서 상기 판을 통해 크기가 결정되고 위치되어 상기 공정 유체 내에 와류를 형성하는 것을 특징으로 하는 부탄올 생산 시스템.
  5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진동자 헤드의 외부 직경은 상기 내부 벽과 슬라이딩하여 맞물리는(engage) 것을 특징으로 하는 부탄올 생산 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 분리 시스템은 상기 내부 유체 도관의 말단부와 유체 연통하는 것을 특징으로 하는 부탄올 생산 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 분리 시스템은 적어도 하나의 상기 배플 셀과 유체 연통하는 것을 특징으로 하는 부탄올 생산 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 배플 셀은 상기 내부 유체 도관의 전체 작동 길이를 따라 위치되는 것을 특징으로 하는 부탄올 생산 시스템.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 진동자 헤드는 2 내지 5 헤르츠의 왕복 주파수를 가지는 것을 특징으로 하는 부탄올 생산 시스템.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 진동자 헤드는 20-40 밀리미터의 왕복 진폭을 갖는 것을 특징으로 하는 부탄올 생산 시스템.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 진동자 어셈블리는 상기 진동자 헤드에 기계적으로 커플링되고, 상기 진동자 헤드를 선택적으로 구동시키는 외부 운동(motion) 드라이버를 포함하는 것을 특징으로 하는 부탄올 생산 시스템.
  12. 청구항 11 에 있어서,
    상기 진동자 어셈블리는 상기 내부 배플 단일 패스 반응기와 공정의 유체 진동자 멤버를 실링하여 맞물리는 진동자 실 섹션을 포함하고, 상기 공정의 유체 진동자 멤버는 상기 외부 운동 드라이버를 상기 진동자 헤드에 기계적으로 연결시키는 것을 특징으로 하는 부탄올 생산 시스템.
  13. 물 및 혼합된 부텐의 조합물로부터 정제된 혼합 부탄올을 제조하는 방법으로서,
    내부 배플 단일 패스 반응기를 제공하는 단계, 여기서 상기 반응기는,
    내부 벽 및 근위부와 말단부 사이의 작동 길이에 의해 정의되는 내부 유체 도관,
    상기 내부 유체 도관의 작동 길이의 적어도 일부를 따라 위치된 내부 유동 배플, 상기 내부 유동 배플은 고리형이고 상기 내부 벽에 고착되며,
    작동 길이를 따라 연속적으로 위치되고 상기 내부 벽에 의해 외경으로 정의되며, 유동 배플에 의해 제1 단부 및 제2 단부로 정의되는 배플 셀을 가지며, 여기서 상기 내부 유동 배플 중 하나는 상기 배플 셀의 제2 단부와 인접한 배플 셀의 제1 단부 모두를 정의하며;
    혼합된 부텐, 물 및 혼합된 부탄올을 포함하는 공정 유체를 상기 내부 단일 패스 반응기를 통해 통과시키는 단계;
    상기 공정 유체 내에서 상기 내부 배플 단일 패스 반응기의 근위부에 커플링된 진동자 어셈블리를 가지는 상기 내부 배플 단일 패스 반응기를 따라 일반적으로 사인곡선적인 움직임 및 와류의 형성을 유도함으로써 크루드 제품을 형성하기 위해 상기 내부 배플 단일 패스 반응기 내에서 상기 공정 유체를 혼합하는 단계, 상기 진동자 어셈블리는 전후방 직선 움직임이 선택적으로 가능한 왕복 진동자 헤드를 구비하고 있으며; 및
    정제된 혼합 부탄올을 제조하기 위해 상기 내부 배플 단일 패스 반응기와 유체 연통하는 분리 시스템에서 크루드 제품으로부터 상기 물 및 혼합된 부텐을 분리하는 단계를 포함하는 물 및 혼합된 부텐의 조합물로부터 정제된 혼합 부탄올을 제조하는 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 내부 배플 단일 패스 반응기 내에서 상기 공정 유체를 혼합하는 단계는 상기 유동 배플을 지나는 상기 공정 유체를 밀어냄으로써 와류를 유도하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 물 및 혼합된 부텐의 조합물로부터 정제된 혼합 부탄올을 제조하는 방법.
  15. 청구항 13 또는 14에 있어서,
    물 및 혼합된 부텐의 조합물로부터 정제된 혼합 부탄올을 제조하는 방법은 상기 내부 유체 도관의 말단부에서 상기 분리 시스템으로 상기 공정 유체를 전달하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 청구항 13에 있어서,
    물 및 혼합된 부텐의 조합물로부터 정제된 혼합 부탄올을 제조하는 방법은 적어도 하나의 상기 배플 셀로부터 상기 분리 시스템으로 상기 공정 유체를 전달하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 청구항 13에 있어서,
    물 및 혼합된 부텐의 조합물로부터 정제된 혼합 부탄올을 제조하는 방법은 2 내지 5 헤르츠의 왕복 주파수로 상기 진동자 어셈블리를 작동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 청구항 13에 있어서,
    물 및 혼합된 부텐의 조합물로부터 정제된 혼합 부탄올을 제조하는 방법은 20-40 밀리미터의 왕복 진폭으로 상기 진동자 어셈블리를 작동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 청구항 13에 있어서,
    물 및 혼합된 부텐의 조합물로부터 정제된 혼합 부탄올을 제조하는 방법은 상기 진동자 헤드에 기계적으로 커플링된 외부 운동 드라이버를 갖는 상기 진동자 헤드를 구동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 청구항 19 에 있어서,
    물 및 혼합된 부텐의 조합물로부터 정제된 혼합 부탄올을 제조하는 방법은 상기 외부 운동 드라이버를 상기 진동자 헤드에 기계적으로 연결시키는 진동자 실 섹션과 상기 내부 배플 단일 패스 반응기 및 공정 유체 진동자 멤버를 실링하여 맞물리게 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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